JP2017183690A - 波長推定装置、光源装置、画像表示装置、物体装置、波長推定方法及び光源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成により、光源からの光の波長を精度良く推定できる。【解決手段】 波長推定装置は、発光素子１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃをそれぞれ含む３つの光源からの光の波長を推定する波長推定装置であって、各光源からの光を受光する光検出器１１７と、該光検出器１１７での受光光量に基づいて該光源からの光の波長を推定する波長推定部７００ａ（推定手段）と、を備えている。この場合、簡易な構成により、光源からの光の波長を精度良く推定できる。【選択図】図６

Description

本発明は、波長推定装置、光源装置、画像表示装置、物体装置、波長推定方法及び光源制御方法に関する。

従来、光源からの光の波長を測定する波長測定方式（例えば光バンドパスフィルタを用いるスーパーヘテロダイン方式等）が知られている。

また、発光波長帯域が異なる複数の光源からの光を合成し、虚像を表示する装置が知られている（例えば特許文献１、２参照）。

例えば特許文献１、２に開示されている装置等において高品質の虚像を表示するためには、光源からの光の波長を測定もしくは精度良く推定する必要がある。

しかしながら、例えば特許文献１、２に開示されている装置等に、従来の波長測定方式を導入すると、構成が煩雑化することが懸念される。

本発明は、光源からの光の波長を推定する波長推定装置であって、前記光源からの光を受光する光検出器と、前記光検出器での受光光量に基づいて前記波長を推定する推定手段と、を備える波長推定装置である。

本発明によれば、簡易な構成により、光源からの光の波長を精度良く推定できる。

一実施形態のＨＵＤ装置の概略構成を示す図である。 ＨＵＤ装置の制御系のハードウェア構成を示すブロック図である。 ＨＵＤ装置の機能ブロック図である。 ＨＵＤ装置の光偏向器について説明するための図である。 ２次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。 ＨＵＤ装置の光源装置について説明するための図である。 縦マルチモード発振している高出力半導体レーザのスペクトラム分布を示す図である。 赤色半導体レーザからの光の波長の自己温度依存性と雰囲気温度依存性を示すグラフである。 緑色半導体レーザからの光の波長の自己温度依存性と雰囲気温度依存性を示すグラフである。 青色半導体レーザからの光の波長の自己温度依存性と雰囲気温度依存性を示すグラフである。 基準波長の求め方を説明するための図である。 光源制御処理を説明するためのフローチャートである。 発光光量設定処理を説明するためのフローチャートである。 半導体レーザが収容されるパッケージ内に受光素子を配置する一例（変形例１）を説明するための図である。 半導体レーザが収容されるパッケージ内に受光素子を配置する他の例（変形例２）を説明するための図である。 単一の半導体レーザを有する光源装置を説明するための図である。 各半導体レーザの発光光量を設定する手順を説明するための図である。

以下に、一実施形態の画像表示装置としてのＨＵＤ装置１００について図面を参照して説明する。なお、「ＨＵＤ」は「ヘッドアップディスプレイ」の略称である。

図１には、本実施形態のＨＵＤ装置１００の全体構成が概略的に示されている。

《ＨＵＤ装置の全体構成》
ところで、ヘッドアップディスプレイの投射方式は、液晶パネル、ＤＭＤパネル（デジタルミラーデバイスパネル）、蛍光表示管（ＶＦＤ）のようなイメージングデバイスで中間像を形成する「パネル方式」と、レーザ光源から出射されたレーザビームを２次元走査デバイスで走査し中間像を形成する「レーザ走査方式」がある。特に後者のレーザ走査方式は、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するパネル方式とは違い、各画素に対して発光／非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。

そこで、ＨＵＤ装置１００では「レーザ走査方式」を採用している。無論、投射方式として上記「パネル方式」を用いることもできる。

ＨＵＤ装置１００は、一例として、車両、航空機、船舶、ロボット等の移動体に搭載され、該移動体のフロントウインドシールド５０（図１参照）を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば移動体の速度、進行方向、目的地までの距離、現在地名称、移動体前方における物体の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報などの情報）を視認可能にする。この場合、フロントウインドシールド５０は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材としても機能する。以下では、ＨＵＤ装置がフロントウインドシールド５０を備える自動車に搭載される例を、主に説明する。

ＨＵＤ装置１００は、図１に示されるように、光源部１１、光偏向器１５及び走査ミラー２０（例えば凹面鏡）を含む光走査手段１０と、スクリーン３０と、凹面ミラー４０とを備え、フロントウインドシールド５０に対して画像を形成する光（画像光）を照射することにより、視認者Ａ（ここでは自動車の乗員である運転者）の視点位置から虚像Ｉを視認可能にする。つまり、視認者Ａは、光走査手段１０によりスクリーンに形成（描画）される画像（中間像）を、フロントウインドシールド５０を介して虚像Ｉとして視認することができる。

ＨＵＤ装置１００は、一例として、自動車のダッシュボードの下方に配置されており、視認者Ａの視点位置からフロントウインドシールド５０までの距離は、数十ｃｍから精々１ｍ程度である。

ここでは、凹面ミラー４０は、虚像Ｉの結像位置が所望の位置になるように、一定の集光パワーを有するように既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて設計されている。

ＨＵＤ装置１００では、虚像Ｉが視認者Ａの視点位置から１ｍ以上かつ１０ｍ以下（好ましくは６ｍ以下）の位置（奥行位置）に表示されるように、凹面ミラー４０の集光パワーが設定されている。

なお、通常、フロントウインドシールドは、平面でなく、僅かに湾曲している。このため、凹面ミラー４０とフロントウインドシールド５０の曲面により、虚像Ｉの結像位置が決定される。

光源部１１では、画像データに応じて変調されたＲ,Ｇ,Ｂの３色のレーザ光が合成される。３色のレーザ光が合成された合成光の一部は、光偏向器１５の反射面に導かれる。光偏向器１５は、半導体製造プロセス等で作製されたＭＥＭＳスキャナであり、直交する２軸周りに独立に揺動可能な単一の微小ミラーを含む。なお、光偏向器１５は、１軸周りに揺動可能な微小ミラーを含むＭＥＭＳスキャナを２つ組み合わせたものであっても良い。また、スキャナとして、ＭＥＭＳスキャナに限らず、例えばガルバノスキャナやポリゴンスキャナを用いても良い。光源部１１、光偏向器１５の詳細は、後述する。

光源部１１からの画像データに応じた光（上記合成光の一部）は、光偏向器１５で偏向され、走査ミラー２０で広がりを抑制されつつ折り返されてスクリーン３０に照射される。そこで、スクリーン３０が光走査され該スクリーン３０上に中間像が形成される。なお、凹面ミラー４０は、フロントウインドシールド５０の影響で中間像の水平線が上または下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように設計、配置されることが好ましい。

スクリーン３０を介した光は、凹面ミラー４０でフロントウインドシールド５０に向けて反射される。フロントウインドシールド５０への入射光束の一部はフロントウインドシールド５０を透過し、残部の少なくとも一部は視認者Ａの視点位置（アイポイント）に向けて反射される。この結果、視認者Ａはフロントウインドシールド５０を介して中間像の拡大された虚像Ｉを視認可能となる。すなわち、視認者から見て虚像Ｉがフロントウインドシールド５０越しに拡大表示される。

なお、フロントウインドシールド５０よりも視認者Ａの視点位置側に透過反射部材としてコンバイナを配置し、該コンバイナに凹面ミラー４０からの光を照射するようにしても、フロントウインドシールド５０のみの場合と同様に虚像表示を行うことができる。

《ＨＵＤ装置の制御系のハードウェア構成》
図２には、ＨＵＤ装置１００の制御系のハードウェア構成を示すブロック図が示されている。ＨＵＤ装置１００の制御系は、図２に示されるように、ＦＰＧＡ６００、ＣＰＵ６０２、ＲＯＭ６０４、ＲＡＭ６０６、Ｉ／Ｆ６０８、バスライン６１０、ＬＤドライバ６１１１、ＭＥＭＳコントローラ６１５を備えている。

ＦＰＧＡ６００は、画像データと、後述する光検出器１１７の出力もしくは信号処理部１２０の出力と、走査光検出部６０の出力とに基づいてＬＤドライバ６１１１を介して後述するＬＤを制御するＬＤ制御回路７００、及びＭＥＭＳコントローラ６１５を介して光偏向器１５を制御する光偏向器制御回路を含む。ＣＰＵ６０２は、ＨＵＤ装置１００の各機能を制御する。ＲＯＭ６０４は、ＣＰＵ６０２がＨＵＤ装置の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶している。ＲＡＭ６０６は、ＣＰＵ６０２のワークエリアとして使用される。Ｉ／Ｆ６０８は、外部コントローラ等と通信するためのインターフェイスであり、例えば、自動車のCAN（Controller Area Network）等に接続される。

《ＨＵＤ装置の機能ブロック》
図３には、ＨＵＤ装置１００の機能を示すブロック図が示されている。ＨＵＤ装置１００は、図３に示されるように、車両情報入力部８００、外部情報入力部８０２、画像データ生成部８０４及び画像描画部８０６を備えている。車両情報入力部８００には、ＣＡＮ等から車両の情報（速度、走行距離、対象物までの距離、外界の明るさ等の情報）が入力される。外部情報入力部８０２には、外部ネットワークから車両外部の情報（ＧＰＳからのナビ情報等）が入力される。画像データ生成部８０４は、車両情報入力部８００及び外部情報入力部８０２から入力される情報に基づいて、描画すべき画像の画像データを生成し、ＦＰＧＡ６００に送る。画像描画部８０６は、制御部８０６０を備え、該制御部８０６０は、ＦＰＧＡ６００に画像描画を開始もしくは終了させるための制御信号を送信する。

《光偏向器の構成》
図４には、光偏向器１５の構成が示されている。光偏向器１５は、半導体プロセスにて製造されたＭＥＭＳスキャナであり、図４に示されるように、反射面を有するミラー１５０と、Ｘ軸方向に並ぶ複数の梁を含み、隣り合う２つの梁が折り返し部を介して蛇行するように接続された一対の蛇行部１５２とを有する。各蛇行部１５２の隣り合う２つの梁は、梁Ａ（１５２ａ）、梁Ｂ（１５２ｂ）とされ、枠部材１５４に支持されている。複数の梁には、複数の圧電部材１５６（例えばＰＺＴ）が個別に設けられている。各蛇行部の隣り合う２つの梁の圧電部材に異なる電圧を印加することで、該蛇行部の隣り合う２つの梁が異なる方向に撓み、それが蓄積されて、ミラー１５０がＸ軸周り（＝垂直方向）に大きな角度で回転することになる。このような構成により、Ｘ軸を中心とした垂直方向の光走査が、低電圧で可能となる。一方、Ｙ軸を中心とした水平方向では、ミラー１５０に接続されたトーションバーなどを利用した共振による光走査が行われる。

以上のように構成される光偏向器１５によって、スクリーン３０の画像描画領域に対してレーザビームが２次元的に走査（例えばラスタースキャン）されるとともに（図５参照）、レーザビームの走査位置に応じてＬＤの発光制御を行うことで画素毎の描画、虚像の表示を行うことができる。なお、図５において、Ｐｓは、走査線ピッチである。

《光走査、虚像表示》
ＨＵＤ装置１００からは、瞬間的にはレーザビーム径に相当する点像しか投射されないが、非常に高速に走査させるため、一フレーム画像内では十分に人間の目に残像が残っている。この残像現象を利用することで、運転者には、あたかも「表示エリア」に像を投射させているように知覚される。実際には、スクリーン３０に映った像が、凹面ミラー４０とフロントウインドシールド５０によって反射されて運転者に「表示エリア」において虚像として知覚される。このような仕組みであるので、像を表示させない場合は、ＬＤの発光を停止すれば良い。つまり、「表示エリア」において虚像が表示される箇所以外の箇所の輝度を実質０にすることが可能となる。

すなわち、ＨＵＤ装置１００による虚像の結像位置は、該虚像を結像可能な所定の「表示エリア」内の任意の位置となる。この「表示エリア」は、ＨＵＤ装置の設計時の仕様で決まる。

このように、「レーザ走査方式」を採用したことにより、表示したい部分以外では、表示の必要がないためＬＤを消灯したり、光量を低下させたりするなどの措置を取ることができる。

これに対して、例えば液晶パネル及びＤＭＤパネルのようなイメージングデバイスで中間像を表現する「パネル方式」では、パネル全体を照明する必要があるため、画像信号としては非表示とするために黒表示であったとしても、液晶パネルやＤＭＤパネルの特性上、完全には０にし難いため、黒部が浮き上がって見えることがあったが、レーザ走査方式ではその黒浮きを無くすことが可能となる。

ここで、図５に示されるように、スクリーン３０における画像描画領域（「有効走査領域」とも呼ぶ）の周辺領域に、走査光検出部６０が設けられている。走査光検出部６０は、光偏向器１５の動作を検出するために設けられ、信号領域に光が照射されることで走査タイミング（ビームの走査位置）を検出し、環境や経時変化に伴う光偏向器１５の特性変化を制御して一定の画質を保つために用いられる。走査光検出部６０としては、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等を含んで構成される。走査光検出部６０の出力信号は、ＦＰＧＡ６００に送られる。

《光源部》
以下に、光源部１１について詳細に説明する。図６には、光源部１１の構成が概略的に示されている。以下では、図６等に示されるαβγ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。

光源部１１は、一例として図６に示されるように、単数あるいは複数の発光点を有する発光素子と該発光素子を収容するパッケージとを含む光源を複数（例えば３つ）備えている。３つの光源の発光素子を、それぞれ発光素子１１１Ｒ、１１１Ｂ、１１１Ｇと呼ぶ。

また、光源部１１は、上記３つの光源に加えて、複数（例えば３つ）のカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂ、複数（例えば３つ）のアパーチャ部材１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂ、２つの光路合成素子１１４、１１５、反射ミラー１１８、集光レンズ１１６、光検出器１１７などを備えている。光源部１１の各構成部材は、筐体１１ａに組み付けられている。

各発光素子は、発振波長帯域（発光波長帯域）が互いに異なる端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ：レーザダイオード）である。発光素子１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの発振波長（設計値）をλＲ、λＧ、λＢとすると、例えばλＲ＝６５３ｎｍ、λＧ＝５１５ｎｍ、λＢ＝４５３ｎｍである。ここでは、発光素子１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの出射方向はいずれも＋α方向である。各発光素子は、ＬＤドライバ６１１１が設けられた回路基板２００に実装されている。以下では、各発光素子を「半導体レーザ」や「ＬＤ」とも呼ぶ。

ＬＤ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂから出射された光束Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、対応するカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂにより後続の光学系にカップリングされる。

カップリングされた光束は、対応するアパーチャ部材１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂにより整形される。各アパーチャ部材の開口形状は、光束の発散角等に応じて円形、楕円形、長方形、正方形等、様々な形状とすることができる。

アパーチャ部材１１３Ｂを介した光束Ｌｂは、反射ミラー１１８で−β方向に向けて反射され、光路合成素子１１４（例えばダイクロイックミラー）に入射する。

アパーチャ部材１１３Ｇを介した光束Ｌｇは、光路合成素子１１４（例えばダイクロイックミラー）で光束Ｌｂと光路合成される。詳述すると、反射ミラー１１８を介した光束Ｌｂは光路合成素子１１４の中心を−β方向に透過し、アパーチャ部材１１３Ｇを介した光束Ｌｇは光路合成素子１１４の中心で−β方向に反射される。

そして、光束Ｌｇと光束Ｌｂが合成された合成光束Ｌｇｂと、アパーチャ部材１１３Ｒを介した光束Ｌｒとが光路合成素子１１５で合成され、その合成光束が透過光束と反射光束に分岐される。なお、ここでは、２つの光路合成素子１１４、１１５、反射ミラー１１８は、別体とされているが、これらの少なくとも２つは一体的に設けられても良い。

詳述すると、合成光束Ｌｇｂは、一部が光路合成素子１１５の中心を−β方向に透過し、残部が光路合成素子１１５の中心で＋α方向に反射される。アパーチャ部材１１３Ｒを介した光束Ｌｒは、一部が光路合成素子１１５の中心で−β方向に反射され、残部が光路合成素子１１５の中心を＋α方向に透過する。

すなわち、光路合成素子１１５から、合成光束Ｌｇｂの一部と光束Ｌｒの一部が合成された合成光束Ｌｒｇｂ１が−β方向に出射され、合成光束Ｌｇｂの残部と光束Ｌｒの残部が合成された合成光束Ｌｒｇｂ２が＋α方向に出射される。

合成光束Ｌｒｇｂ１は、筐体１１ａの開口の周囲部に該開口を覆うように取り付けられた光透過窓部材５を介して光偏向器１５に照射され、スクリーン３０上での画像描画（虚像表示）に用いられる。なお、光路合成素子１１５と光偏向器１５との間に、例えば光偏向器１５側に凹面が向くメニスカスレンズを設置しても良い。

合成光束Ｌｒｇｂ２は、集光レンズ１１６を介して光検出器１１７に導かれる。光検出器１１７は、受光した合成光束Ｌｒｇｂ２の光量に応じた信号をＬＤ制御回路７００に出力する。光検出器１１７は、受光素子１１７ａと、該受光素子１１７ａの出力電流を電圧信号（受光信号）に変換する電流電圧変換器１１７ｂとを含んで構成される。受光素子１１７ａとしては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）やフォトトランジスタを用いることができる。

電流電圧変換器１１７ｂの後段には、受光信号を時間平均する信号処理部１２０が設けられている。信号処理部１２０は、ある時間帯Ｔに入力された受光信号を積算し、その積算値を時間平均し（Ｔで割って）、ＬＤ制御回路７００に出力する。なお、信号処理部１２０は、必須ではなく、電流電圧変換器１１７ｂからの受光信号をＬＤ制御回路７００に直接出力しても良い。

なお、図６から明らかなように、各発光素子から光路合成素子１１５までの光路長は互いに異なる。具体的には、発光素子１１１Ｂから光路合成素子１１５までの光路長が最長であり、発光素子１１１Ｒから光路合成素子１１５までの光路長が最短である。これは、虚像で白を構成する際、ＲＧＢの合成比率は約２．５：１：０．５であり、赤の光量が多く必要であり、逆に青の光量は小さくてよいことに由来しており、発光素子による光利用効率の低下を抑制するためである。

ＬＤ制御回路７００は、光検出器１１７の出力信号に基づいて、発光素子毎の変調信号（パルス信号）を生成し、ＬＤドライバ６１１１に送る。ＬＤドライバ６１１１は、発光素子毎の変調信号に応じた駆動電流を該発光素子に印加する。

ところで、ＨＵＤ装置において所望の色の虚像を表示するためには、光源部１１で所望の色の光を生成する必要がある。

すなわち、発振波長λＲ、λＧ、λＢの３つの半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂから出射され合成される光（出射光）のパワーバランスが適正である必要がある。

そこで、発光素子１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの発光光量の比（駆動電流の比）を、所望の色の光を生成するための、発振波長λＲ、λＧ、λＢに応じた比ａ：ｂ：ｃに設定すれば、理論上は、所望の色の光を生成できるはずである。

しかしながら、実際には、半導体レーザの発振波長は、周辺の雰囲気温度や、半導体レーザに注入される電流量（駆動電流）に応じて増減する発光光量によって変動するため、所望の色の光を生成できなくなることが懸念される。特に、ＨＵＤ装置では、車両の周辺環境の明暗のダイナミックレンジが大きいため、それに対応するために要求される発光光量の変動が大きくなり、かつ時間や車両の位置によって雰囲気温度が変動し、ひいては発振波長が変動してしまう。すなわち、発振波長が設計値からずれてしまう。発振波長がずれれば発振波長を含む発振波長帯域もずれることになる。

そこで、ＨＵＤ装置において、所望の色の虚像を表示するためには、各半導体レーザの出射光の波長をタイムリーにモニタし、モニタした波長に基づいて該半導体レーザの発光光量を適切に制御する必要がある。

波長を測定する方法としては、光バンドパスフィルタを利用したスーパーヘテロダイン方式などが知られているが、これを導入するとＨＵＤ装置が大型化してしまい、車両内における設置スペースの制約から小型化が要求されるＨＵＤ装置の性質上、好ましくない。

そこで、発明者らは、半導体レーザの種類に拠らず、発振波長の温度依存性が線形であることに着目し、この性質を利用することにより半導体レーザの出射光の波長を精度よく推定できることを見出した。

ここで、波長推定部７００ａによって推定される波長（推定対象の波長）について説明する。図７には、縦マルチモード発振している高出力半導体レーザのスペクトラム分布を示している。

図７から分かるように、このようなスペクトラム分布を発振波長帯域に有している半導体レーザでは、縦単一モード発振する半導体レーザと異なり、何を以ってこの半導体レーザの出射光の波長（推定対象の波長）と定めるかは、非常に難しい。

しかし、ＨＵＤ装置において虚像の色を生成することを考えた場合、推定対象の波長を、縦マルチモードにおけるピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長成分を加重平均した波長と定義すると、この波長に基づいたパワーバランスと色生成の相関が非常に高いことが発明者らの検討で分かった。

−２０ｄＢよりも小さい強度を有する波長成分は、色生成の誤差としては殆んど無視できるし、また加重平均波長であれば、ＬＥＤなどで採用されているドミナント波長のように半導体レーザの色座標を求める必要がないので、測定も容易である。

一方、縦単一モード発振する半導体レーザでは、単一のスペクトルの波長そのものが推定対象の波長である。

以下に、「発振波長の温度依存性」（「半導体レーザの出射光の温度依存性」）について具体的に説明する。

図８〜図１０には、発振波長の設計値が６５３ｎｍ（赤）、５１５ｎｍ（緑）、４５３ｎｍ（青）の半導体レーザについて、半導体レーザが収容されるパッケージの温度と、発振波長の実測値の関係が示されている。

図８〜図１０から、発振波長の温度依存性は、半導体レーザの種類に拠らず、
（１）周辺の雰囲気の温度による雰囲気温度依存性
（２）自己の発光光量に応じた自己発熱による自己温度依存性
の２種類の温度依存性があることが理解できる。

半導体レーザの出射光の波長を正確に推定するためには、これら２種類の温度依存性を加味する必要がある。

そこで、本実施形態では、以下に詳細に説明するように、例えば温度センサ１３０（図６参照）を用いて半導体レーザの周辺の雰囲気温度をモニタし、かつ光検出器１１７を用いて半導体レーザの発光光量をモニタすることにより、「雰囲気温度依存性」と「自己温度依存性」の両面から各半導体レーザの出射光の波長を推定することとしている。

図６に戻り、ＬＤ制御回路７００は、波長推定部７００ａ、パワーバランス決定部７００ｂ、変調信号生成部７００ｃを含む。

波長推定部７００ａは、光検出器１１７の出力信号と、温度センサ１３０又は後述する検出手段の出力とに基づいて、各半導体レーザの出射光の波長を推定する。そこで、波長推定部７００ａと、光検出器１１７と、温度センサ１３０又は検出手段とを含んで波長推定装置が構成される。

具体的には、波長推定部７００ａは、受光素子１１７ａでの受光光量Ｐ_ｍｏｎｉ（光検出器１１７の出力信号）をモニタし、Ｐ_ｍｏｎｉに対し、半導体レーザから受光素子１１７ａまでの光利用効率ηを演算して、現在の半導体レーザの発光光量Ｐに変換する（Ｐ＝Ｐ_ｍｏｎｉ÷η）。

半導体レーザの発振方法としては、ＨＵＤ装置の虚像としてどのような情報を生成するかによって、さまざまなパルス発振が考えられるが、発光光量Ｐを「時間平均された時間平均光量」と定義すると、波長の推定が精度よくできることを発明者らは見出した。

ここで、上述の如く半導体レーザの出射光の波長は雰囲気温度依存性があるため、温度センサ１３０を、半導体レーザの雰囲気温度を取得できる位置に設置するのが好ましい。

なお、温度センサ１３０で雰囲気温度を検出するのに代えて、半導体レーザが収容されるパッケージの温度であるパッケージ温度Ｔ_ｐｋを温度センサ（以下では「パッケージ温度センサ」と呼ぶ）でモニタしても良い。パッケージ温度センサとしては、接触型及び非接触型のいずれを用いても良い。パッケージ温度Ｔ_ｐｋ、雰囲気温度Ｔ_ａ、半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤについて、Ｔ_ｐｋ＝Ｔ_ａ＋Ｔ_ＬＤが成立するので、パッケージ温度Ｔ_ｐｋと半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤから雰囲気温度Ｔ_ａを求めることができる。

ここで、半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤは、パルス発振の周期に対するｏｎ時間の比、すなわちＤｕｔｙ比に依存する。
そこで、予め各色の半導体レーザのＤｕｔｙ比に応じた該半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤを波長推定部７００ａのファームウェアに書き込んでおき、パッケージ温度Ｔ_ｐｋを取得したときのパルス発振の情報（各色の半導体レーザのＤｕｔｙ比）から該半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤをファームウェアから読み出して、Ｔ_ｐｋ−Ｔ_ＬＤを計算することで、雰囲気温度Ｔ_ａを求めれば良い。この際、必ずしも全ての半導体レーザについてＴ_ｐｋ−Ｔ_ＬＤを算出しＴ_ａを求める必要はなく、少なくとも１つの半導体レーザについてＴ_ｐｋ−Ｔ_ＬＤを算出しＴ_ａを求めれば良い。但し、半導体レーザ間でＴ_ｐｋ−Ｔ_ＬＤに誤差が生じることもあるので、複数の半導体レーザについてＴ_ｐｋ−Ｔ_ＬＤを算出しＴ_ａを求め、Ｔ_ａの平均値や中央値を採用することが好ましい。

また、半導体レーザを点灯していない状態（Ｄｕｔｙ比＝０％）では半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤが最も低く、半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤが最も高いのは連続点灯（Ｄｕｔｙ比＝１００％）のときであり、その間のＤｕｔｙ比の変化に対する半導体レーザの温度変化は線形性を仮定できる。
そこで、各色の半導体レーザについて、半導体レーザを点灯していない状態での半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤと、連続点灯した際の半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤとを波長推定部７００ａのファームウェアに書き込んでおき、パッケージ温度Ｔ_ｐｋを取得したときの半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤをＤｕｔｙ比に基づいて計算で求めても良い。この場合も、上記と同様の理由から、少なくとも１つの半導体レーザについてＴ_ＬＤを求めれば良い。

また、半導体レーザを点灯していない状態（Ｄｕｔｙ比＝０％）での半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤ＝０℃であることが一般的なので、連続点灯した際の半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤだけを波長推定部７００ａのファームウェアに書き込んでおき、パッケージ温度Ｔ_ｐｋを取得したときの半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤをＤｕｔｙ比に基づいて計算で求める際には、半導体レーザを点灯していない状態での半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤ＝０℃として計算で求めても良い。この場合も、上記と同様の理由から、少なくとも１つの半導体レーザについてＴ_ＬＤを求めれば良い。

以上説明したようなパッケージ温度Ｔ_ｐｋをモニタすることによる雰囲気温度Ｔ_ａの検出は、パッケージ温度センサと、半導体レーザのＤｕｔｙ比を取得するＤｕｔｙ比取得部と、上記ファームウェアと、Ｔ_ｐｋ−Ｔ_ＬＤを計算する演算部とを含む検出手段によって行われる。

なお、半導体レーザのパルス発振を高速化するためには、ＬＤドライバ６１１１と半導体レーザの配線長は短い方が好ましいが、この場合、ＬＤドライバ６１１１の駆動による発熱が、回路基板２００のグランド層を伝搬し半導体レーザの温度上昇を助長する場合がある。この場合には、半導体レーザが収容されるパッケージ温度Ｔ_ｐｋは、雰囲気温度Ｔ_ａ、半導体レーザの温度Ｔ_ＬＤ、ＬＤドライバ６１１１の温度Ｔ_ＩＣの３つの温度成分が合成された温度となる。すなわち、Ｔ_ｐｋ＝Ｔ_ａ＋Ｔ_ＬＤ＋Ｔ_ＩＣが成立する。
さらに、ＬＤドライバ６１１１が各色の半導体レーザで共通である場合には、例えば、赤色だけ点灯して、それ以外の色は点灯していない場合など、Ｄｕｔｙ比以外の影響についても考慮する必要がある。このように、半導体レーザが収容されるパッケージ温度Ｔ_ｐｋから雰囲気温度Ｔ_ａを抽出する方法においては、ＬＤドライバ６１１１の温度Ｔ_ＩＣによる影響にも配慮する必要がある。

本実施形態では、温度センサ１３０を、一例として、筐体１１ａ内における各半導体レーザからある程度離れたアパーチャ部材１１３Ｂの近傍に設置している。無論、他のアパーチャ部材近傍、反射ミラー近傍、光路合成素子近傍、集光レンズ近傍等の他の位置に設けても良いが、いずれにしても半導体レーザの周辺の雰囲気温度を検出するのに適正な距離範囲に設置することが望ましい。

温度センサ１３０としては、発光素子周辺の雰囲気の温度を検出可能な温度センサであれば良く、例えば熱電対、サーミスタ、測温抵抗体、放射温度計等が挙げられる。

波長推定部７００ａは、受光素子１１７ａでの受光光量をモニタするのに加えて、温度センサ１３０又は上記検出手段で検出した雰囲気温度をモニタし、半導体レーザの出射光の現在の波長を推定する。

このとき、半導体レーザの出射光の現在の波長λは、
λ^（０）：基準波長
α：雰囲気温度係数
Ｔ_ａ：現在の雰囲気温度
Ｔ_ａ ^（０）：基準波長測定時の雰囲気温度
β：光量係数
Ｐ：現在の発光光量
Ｐ^（０）：基準波長測定時の発光光量
として、次の（１）式で表される。
λ＝λ^（０）＋α×（Ｔ_ａ−Ｔ_ａ ^（０））＋β×（Ｐ−Ｐ^（０））…（１）

なお、温度係数αは図８〜図１０における雰囲気温度依存性のグラフの傾きであり、光量係数βは図８〜図１０における自己温度依存性のグラフの傾きである。

基準波長λ^（０）は、上記加重平均した波長であることが望ましい。この場合、実質的に現在の波長λも加重平均した波長となる。

上記（１）式を用いることで、現在の雰囲気温度、現在の発光光量がいかなる値であっても、現在の波長λを精度良く推定することができる。

基準波長λ^（０）は、もし発光素子から発振されるパルス条件が常に固定されている場合には、任意の雰囲気温度Ｔ_ａ ^（０）、及び任意の光量Ｐ^（０）における「ある１条件」で取得された波長で良いが、ＨＵＤ装置１００の虚像として生成される情報はさまざまであり、更に車外の輝度に応じてＨＵＤ装置１００の虚像の輝度も変える必要があることから、パルス発振が１つの条件で固定されているということは一般的に考えにくい。

この場合、基準波長λ^（０）は、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］における仮想的な波長と定義するのが好ましい。なぜならば、すべてのパルス条件で共通な状況は、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］以外にないからである。

当然、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］という状況下で波長を実測することはできないが、図１１に示されるようにＰ_１、Ｐ_２、…、Ｐ_５、Ｐ_６と半導体レーザの発光光量を変化させ、それに対応した波長λ_１、λ_２、…、λ_５、λ_６から線形補間することで、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］における仮想的な波長を求めることができ、これが基準波長λ^（０）である。この際、極短時間であれば、雰囲気温度は略一定とみなすことができるため、基準波長の測定誤差はほとんど生じない。

なお、図１１では、半導体レーザの発光光量を６段階に変化させて各段階で波長を測定しているが、これに限らず、要は、半導体レーザの発光光量を少なくとも２段階に変化させて各段階で波長を測定すれば良い。大抵のＬＤは線形性が非常に良いため、例えば２段階（低発光光量と高発光光量）で波長の測定を行って得られた２つのプロットを通る直線と縦軸の交点（切片）として基準波長を求めることもできる。

また、同一発振波長帯域（同一色）の半導体レーザ間でも、発振波長には±５ｎｍ程度の範囲の個体差があるため、個々の半導体レーザについて基準波長の測定を行うことが好ましい。

一方、温度係数α、光量係数βは、半導体レーザ毎の個体差がほとんどないため、色毎に一定値に決まる。勿論、波長推定精度を高めるために、温度係数α、光量係数βを個体毎に予め測定して、その測定値を波長推定部７００ａのファームウェアに書き込んでも良い。

図１１に示される基準波長を求めるプロセスは、波長測定器（スペクトルアナライザ等）を用いて半導体レーザ毎に行われる。取得された基準波長、基準波長測定時の雰囲気温度、基準波長測定時の発光光量は、上記（１）式に代入される。具体的には、取得された基準波長、該基準波長測定時の雰囲気温度及び発光光量の数値が波長推定部７００ａのファームウェアに書き込まれる。

波長推定部７００ａは、半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂから異なるタイミングで出射され受光素子１１７ａで異なるタイミングで受光された光の受光光量Ｐ_ｍｏｎｉ ^（赤）、Ｐ_ｍｏｎｉ ^（緑）、Ｐ_ｍｏｎｉ ^（青）をモニタし、そのモニタ情報から現在の発光素子の発光光量Ｐ^（赤）、Ｐ^（緑）、Ｐ^（青）を算出する（Ｐ^（赤）＝Ｐ_ｍｏｎｉ ^（赤）÷η^（赤）、Ｐ^（緑）＝Ｐ_ｍｏｎｉ ^（緑）÷η^（緑）、Ｐ^（青）＝Ｐ_ｍｏｎｉ ^（青）÷η^（青））。

そして、波長推定部７００ａは、温度センサ１３０又は上記検出手段での現在の雰囲気温度Ｔ_ａの情報から、各半導体レーザから出射されている光の現在の波長λを、上記（１）式により算出し、その算出結果をパワーバランス決定部７００ｂに送る。

パワーバランス決定部７００ｂは、画像データの画素毎の色と３つの半導体レーザの現在の波長に基づいて、該色の光を生成するのに好適な（適正な）パワーバランスとなるように各半導体レーザの発光光量を設定し、その設定値を変調信号生成部７００ｃに送る。

具体的には、例えば図１７に示される色度座標において、３つの半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの現在の波長をそれぞれ６５０ｎｍ、５１５ｎｍ、４４５ｎｍすると、３つの半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂのうち２つの半導体レーザの発光光量を適当に決めてある色Ｐを生成し、残る１つの半導体レーザの発光光量を所望の色（ターゲット色）となるよう色Ｐに応じた適切な値に設定する。図１７において６５０ｎｍ、５１５ｎｍ、４４５ｎｍの３点を頂点とする三角形の中の全ての色を生成可能である。図１７の馬蹄形の縁は「スペクトル軌跡」と呼ばれ、波長と色が対応するラインである。

変調信号生成部７００ｃは、パワーバランス決定部７００ｂで設定された各発光素子の発光光量と画像データに基づいて、該発光素子毎の変調信号を生成し、走査光検出部６０からの出力信号に基づく所定のタイミングでＬＤドライバ６１１１に出力する。

これにより、３つの発光素子から出射光のパワーバランスが適正化されて所望の色の合成光が生成され、この合成光により画像描画領域が走査され、所望の色の虚像が表示される。

すなわち、画像データの画素毎の色情報を忠実に再現した高品質なカラーの虚像を表示することが可能となる。

以上、虚像の色に関して説明したが、虚像の明るさに関しては、３つの発光素子１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの設定後の発光光量の比を一定に保ちつつ各発光光量を一律に増減することで、虚像を所望の色かつ所望の明るさに制御することが可能である。

以下に、本実施形態の光源制御処理について図１２を参照して説明する。図１２のフローチャートは、ＬＤ制御回路７００によって実行される処理アルゴリズムに基づいている。この光源制御処理は、例えばＨＵＤ装置１００が搭載される自動車の電気系統がＯＮになりＨＵＤ装置１００が起動したときに開始される。ＨＵＤ装置１００が起動すると、光偏向器１５が動作を開始する。

最初のステップＳ１では、各発光素子を点灯させる。具体的には、変調信号生成部７００ｃが、画像データの各画素の色に応じて発光素子毎の変調信号を生成し、走査光検出部６０の出力信号に基づく所定タイミングでＬＤドライバ６１１１に出力する。この結果、発光素子毎の変調信号に応じた駆動電流が該発光素子に印加され、画像データに応じた画像のスクリーン３０への描画、ひいては虚像の表示が開始される。

次のステップＳ２では、所定回走査されたか否かを判断する。具体的には、走査光検出部６０の出力信号と光偏向器１５の水平走査周波数に基づいて、主走査方向における往復もしくは片道の走査回数をカウントし、カウント数が所定回になったときに、次のステップＳ３に移行する。すなわち、走査回数が所定回になるまで、待ちの状態となる。なお、「所定回」としては、往復走査単位でカウントする場合には１回〜少なくとも１フレーム分の往復走査の回数で良く、片道走査単位でカウントする場合には１回〜少なくとも１フレーム分の片道走査の回数で良い。

ステップＳ３では、「発光光量設定処理」を実施する。発光光量設定処理の詳細については、後述する。

次のステップＳ４では、各発光素子を設定後の発光光量で点灯する。具体的には、ステップＳ３で設定された発光光量で各発光素子を点灯する。これにより、３つの発光素子の出射光のパワーバランスが適正となり、所望の色の虚像が表示される。

次のステップＳ５では、処理終了であるか否かを判断する。ＨＵＤ装置１００が搭載される自動車の電気系統がＯＮのとき、ここでの判断が否定されステップＳ２に戻り、ＯＦＦになったとき、ここでの判断が肯定されフローが終了する。

なお、上記光源制御処理のステップＳ２では、所定回走査されたか否かを判断しているが、これに代えて、所定時間が経過したか否かを判断しても良い。

以下に、上記光源制御処理のステップＳ３の「発光光量設定処理」について図１３を参照して説明する。図１３のフローチャートは、ＬＤ制御回路７００によって実行される処理アルゴリズムに基づいている。この発光光量設定処理は、走査光が有効走査領域（画像描画領域）に照射されない時間帯（画像描画されない時間帯）、例えば走査光が有効走査領域の周辺領域に照射されるときや、連続するフレーム間の遷移時間に実施される。

最初のステップＳ１２では、発光素子毎の時間平均光量を取得する。具体的には、各発光素子を順次点灯させ、信号処理部１２０からの、点灯毎の受光信号が時間平均された信号を取得する。

次のステップＳ１３では、温度センサ１３０で検出した雰囲気温度を取得する。

次のステップＳ１４では、取得された時間平均光量（現在の発光光量）及び雰囲気温度（現在の雰囲気温度）に基づいて各発光素子の出射光の波長λを推定する。具体的には、上記（１）式を用いて波長λを推定する。

次のステップＳ１５では、推定された波長λに基づいて、各発光素子の発光光量を設定する（図１７参照）。

なお、上記実施形態では、受光素子を、半導体レーザを収容するパッケージの外部に設けているが、例えば図１４、図１５にそれぞれ示される変形例１、２のように半導体レーザを収容するパッケージ内に設けることも可能である。

ＨＵＤ装置で用いる半導体レーザは高出力のものが求められるため、低出力の半導体レーザで一般的に採用されているバック光モニタ方式をそのまま転用することは難しい。

このため、上記実施形態では、複数の半導体レーザから出射されたビームを合成した後、分岐させ、一方の分岐光を受光素子１１７ａに導光している。

しかし、この場合、ＨＵＤ装置の虚像側に導光される他方の分岐光の光量損失が懸念される。

そこで、変形例１、２のように受光素子内蔵の光源を用いれば、この問題は軽減される。

変形例１では、図１４に示されるように、半導体レーザから出射されたビームが、パッケージの開口の周囲部に該開口を覆うように取り付けられたカバーガラス（光透過窓部材）で透過光と反射光に分岐され、その反射光が受光素子で受光される。

また、バック光モニタ方式の変形例２では、図１５に示されるように、半導体レーザの一端面から出射された光をカバーガラスを介して放射させ、半導体レーザの他端面から出射された光を減光素子（ＮＤフィルタ）を介して受光素子に入射させることで、受光素子における光量飽和を抑制している。

そして、変形例１、２の光源を、それぞれ上記実施形態のように赤、緑、青の３色分用意した変形例３、４によれば、光源毎に受光素子が設けられているため、上記光源制御処理、上記発光光量設定処理において各光源の発光素子を同時に点灯させ受光素子で同時に受光することができる。この場合、発光光量の設定をより短時間で行うことができる。

また、以上説明した上記実施形態及び各変形例の波長推定方法では、複数の光源を有する光源装置を例にとって説明したが、図１６に示される変形例５のように、単一の光源を有する光源装置にも適用可能である。単一の光源を用いる場合も、出射光の波長を精度良く推定することにより、光源の発光光量を精度良く設定することができる。単一の光源（例えば半導体レーザ）を有する光源装置の用途としては、例えばモノクロ画像を表示する画像表示装置、レーザ加工機、レーザアニール装置、レーザ点火プラグ等が挙げられる。

この場合、光源の出射光の波長を波長推定部で推定し、その推定結果に基づいてパワー設定部で発光光量を算出し、その算出結果に基づいて変調信号生成部で変調信号を生成することで、光源を所望の発光光量で点灯させることができる。

また、本発明の画像表示装置は、ＨＵＤ装置のみならず、例えばヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置への適用も可能である。この場合も、所望の色の画像を表示することが可能である。

例えば、プロジェクタ装置に適用する場合には、該プロジェクタ装置をＨＵＤ装置１００と同様に構成することができる。すなわち、凹面ミラー４０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すれば良い。なお、凹面ミラー４０を設けずにスクリーン３０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影しても良い。また、凹面ミラー４０の代わりに自由曲面ミラーを用いても良い。

また、本発明の光源及び波長推定装置を備える光源装置は、例えば感光体を露光して画像を形成するカラープリンタ、カラー複写機等の画像形成装置の露光用光源としても用いることができる。この場合も、所望の色の画像を形成することが可能である。

以上の説明では、半導体レーザの出射光の波長の雰囲気温度依存性と自己温度依存性の両面から出射光の波長を推定したが、例えば半導体レーザの雰囲気温度が略一定と見做せる環境下では、変形例６として、自己温度依存性のみ（受光素子１１７ａの受光光量もしくは平均化光量のみ）に基づいて出射光の波長を推定しても良い。この場合には、温度センサ１３０や上記検出手段が設けられなくても良い。

ここで、「半導体レーザの雰囲気温度が略一定と見做せる環境下」とは、ＨＵＤ装置１００が搭載される車両内の温度が空調によって略一定に保たれる場合や、本発明の光源及び波長推定装置を含む光源装置を備える画像表示装置としての、ヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置を室内で使用する場合に該室内の温度が空調によって略一定に保たれている場合が想定される。

具体的には、次の（２）式を用いて出射光の波長を推定することができる。

λ＝λ^（０）＋β×（Ｐ−Ｐ^（０））…（２）
但し、λ：現在の波長
λ^（０）：基準波長
β：光量係数
Ｐ：現在の発光光量
Ｐ^（０）：基準波長測定時の発光光量

この場合も、上記実施形態と同様にして基準波長を求めることができる（図１１参照）。この場合、縦マルチモード発振する半導体レーザにおいて、推定対象の波長を、例えば上記加重平均した波長としても良いし、ピーク強度での波長としても良い。

以上説明した上記実施形態及び各変形例の波長推定装置は、光源からの光の波長を推定する波長推定装置であって、光源からの光を受光する光検出器と、該光検出器での受光光量に基づいて光源からの光の波長を推定する波長推定部と、を備えている。

この場合、光源からの波長を直接的に測定する方式（例えば光バンドパスフィルタを用いるスーパーヘテロダイン方式等）を導入することなく、該波長を精度良く推定できる。

すなわち、簡易な構成により、光源からの光の波長を精度良く推定できる。

また、上記実施形態及び各変形例の波長推定装置は、光検出器からの受光光量に応じた信号を時間平均する信号処理部を更に備え、波長推定部は、信号処理部からの時間平均された信号に基づいて光源からの光の波長を推定することが好ましい。

この場合、光源からの光の波長をより精度良く推定できる。

また、上記実施形態及び変形例１〜５の波長推定装置は、光源の周辺の雰囲気温度を検出する検出系（温度センサ１３０や上記検出手段）を更に備え、波長推定部は、受光光量及び検出系で検出した雰囲気温度に基づいて光源からの光の波長を推定することが好ましい。

この場合、光源からの光の波長をより精度良く推定できる。

また、λ＝λ^（０）＋α×（Ｔ_ａ−Ｔ_ａ ^（０））＋β×（Ｐ−Ｐ^（０））が成立することが好ましい。
但し、λ：現在の波長
λ^（０）：基準波長
α：温度係数
Ｔ_ａ：現在の雰囲気温度
Ｔ_ａ ^（０）：基準波長測定時の雰囲気温度
β：光量係数
Ｐ：現在の発光光量
Ｐ^（０）：基準波長測定時の発光光量

また、基準波長λ^（０）を、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］における仮想的な波長とすることが好ましい。

また、光源は、半導体レーザを含み、該半導体レーザは縦マルチモード発振しており、基準波長λ^（０）は、縦マルチモードにおけるピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長成分を加重平均した波長であることが好ましい。

また、発光素子を含む光源と、該光源からの光の波長を推定する上記実施形態及び各変形例の波長推定装置と、を備える光源装置によれば、光源からの光の波長を精度良く推定でき、その推定結果に基づいて光源の発光光量を適正に制御できる。この結果、所望の色の光を再現性良く生成できる。

また、光源装置は、光源を駆動するＬＤドライバ（駆動回路）を更に備え、波長推定装置の温度センサ１３０は、検出する雰囲気温度がＬＤドライバの発熱の影響を受け難い位置に配置されることが好ましい。

また、上記実施形態、変形例６では、光源は複数（例えば３つ）あり、複数の光源の発光素子は、発光波長帯域が互いに異なり、複数の光源からの光を合成し、その合成光を分岐する光学系を更に備え、受光素子は、光学系からの分岐光の光路上に配置され、光源装置は、波長推定装置で測定された複数の光源からの光の波長に基づいて、複数の発光素子の発光光量を設定する発光光量設定手段を更に備えている。

また、上記変形例１、３では、光源は、発光素子を収容する、カバーガラス（光透過窓部材）が設けられたパッケージ（収容体）を更に含み、発光素子からの光は、カバーガラスで透過光と反射光に分岐され、波長推定装置の受光素子は、反射光を受光するようにパッケージに収容されている。

また、上記変形例２、４では、発光素子は、端面発光型の半導体レーザであり、光源は、半導体レーザを収容する、カバーガラスが設けられたパッケージ（収容体）を更に含み、半導体レーザの一端面からの光は、カバーガラスを介してパッケージの外部に放射され、波長推定装置の受光素子は、半導体レーザの他端面からの光を受光するようにパッケージに収容されている。

また、上記変形例２、４では、パッケージ内における半導体レーザの他端面と受光素子との間の光路上に減光素子が配置されることが好ましい。

また、上記変形例３、４では、上記光源は複数（例えば３つ）あり、受光素子は、複数の光源に対応して複数あり、複数の光源の発光素子は、発光波長帯域が互いに異なり、波長推定装置で推定された複数の半導体レーザからの光の波長に基づいて、複数の半導体レーザの発光光量を設定する発光光量設定手段を更に備えている。

また、ＨＵＤ装置１００は、光源装置と、該光源装置からの光により画像を形成する光偏向器１５（画像形成素子）と、画像を形成した光が照射されるスクリーン３０と、を備えている。この場合、スクリーン３０に画像を色再現性良く描画できる。

また、スクリーン３０を介した光をフロントウインドシールド５０（透過反射部材）に向けて投射する凹面ミラー４０（投光部）を更に備えるＨＵＤ装置１００と、該ＨＵＤ装置１００が搭載される自動車と、を備える移動体装置によれば、視認性に優れた虚像を運転者に対して表示できる。

また、上記実施形態及び各変形例の波長推定方法は、光源からの光の波長を測定する波長推定方法であって、光源からの光を受光する工程と、該受光する工程での受光結果に基づいて光源からの光の波長を推定する工程と、を含む。

この場合、光源からの波長を直接的に測定する方式（例えば光バンドパスフィルタを用いるスーパーヘテロダイン方式等）を導入することなく、該波長を精度良く推定できる。

すなわち、簡易な構成により、光源からの光の波長を精度良く推定できる。

上記実施形態及び変形例１〜５の波長推定方法は、光源の周辺の雰囲気温度を検出する工程を更に含み、推定する工程では、検出する工程での検出結果と受光結果に基づいて光源からの光の波長を推定する。

この場合、光源からの光の波長をより精度良く推定できる。

また、上記実施形態及び変形例３、４、６の光源制御方法は、発光波長が異なる複数の光源を制御する光源制御方法であって、複数の光源を発光させる工程と、複数の光源からの光を受光する工程と、受光する工程での受光結果に基づいて複数の光源からの光の波長を推定する工程と、推定する工程での推定結果に基づいて、複数の半導体レーザの発光光量を設定する工程と、を含む。

この場合、所望の色の光を再現性良く生成することができる。

また、上記実施形態及び変形例１〜５の光源制御方法は、複数の光源の周辺の雰囲気温度を検出する工程を更に含み、推定する工程では、検出する工程での検出結果と受光結果に基づいて光源からの光の波長を推定する。

この場合、所望の色の光をより再現性良く生成することができる。

例えば、上記実施形態及び変形例５、６における光源装置において、少なくとも１つの光源に対応する受光素子を複数設けても良い。具体的には、少なくとも１つの光源からの光を分岐させ、一方の分岐光を対応する受光素子で受光させ、他方の分岐光を合成し画像表示に用いれば良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、投光部は、凹面ミラー４０から構成されているが、これに限らず、例えば、凸面鏡から構成されても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、走査ミラー２０を有しているが、有していなくても良い。すなわち、光偏向器１５で偏向された光を、光路を折り返さずに、スクリーン３０に直接照射もしくは凸面レンズを介して照射するようにしても良い。また、走査ミラー２０として平面鏡を用いても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、発光素子としてＬＤを用いているが、例えばＶＣＳＥＬ等の他のレーザ、ＬＥＤ、有機ＥＬ素子、白色光源等の発光素子を用いても良い。

また、透過反射部材は、移動体のフロントガラスに限らず、例えばサイドガラス、リアガラス等であっても良く、要は、透過反射部材は、移動体に設けられ、移動体の搭乗者が該移動体の外部を視認するための窓部材（ウインドシールド）であることが好ましい。

また、上記実施形態及び各変形例では、画像表示装置（ＨＵＤ）は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等の移動体に搭載用のものとして説明したが、要は、物体に搭載されるものであれば良い。なお、「物体」は、移動体の他、恒常的に設置されるものや運搬可能なものを含む。

また、本発明の波長推定装置、光源装置、画像表示装置、物体装置は、上記実施形態及び各変形例で説明した構成に限定されず、適宜変更可能である。

１１…光源部、１５…光偏向器（画像形成素子）、３０…スクリーン、４０…凹面ミラー（投光部）、５０…フロントウインドシールド（透過反射部材）、１００…ＨＵＤ装置（画像表示装置）、１１８…反射ミラー（光学系の一部）、１１４…光路合成素子（光学系の一部）、１１５…光路合成素子（光学系の一部）、１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ…発光素子（光源）、７００ａ…波長推定部（推定手段）、７００ｂ…パワーバランス決定部（発光光量設定手段）、６１１１…ＬＤドライバ（駆動回路）。

特許第５３０４３８０号公報 特開２０１５−１４８６６５号公報

Claims (20)

1. 光源からの光の波長を推定する波長推定装置であって、
   前記光源からの光を受光する光検出器と、
   前記光検出器での受光光量に基づいて前記波長を推定する推定手段と、を備える波長推定装置。
2. 前記光検出器からの前記受光光量に応じた信号を時間平均する信号処理部を更に備え、
   前記推定手段は、前記信号処理部からの時間平均された信号に基づいて前記波長を推定することを特徴とする請求項１に記載の波長推定装置。
3. 前記光源の周辺の雰囲気温度を検出する検出系を更に備え、
   前記推定手段は、前記受光光量及び前記検出系で検出された雰囲気温度に基づいて前記波長を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の波長推定装置。
4. λ＝λ^（０）＋α×（Ｔ_ａ−Ｔ_ａ ^（０））＋β×（Ｐ−Ｐ^（０））が成立することを特徴とする請求項３に記載の波長推定装置。
   但し、λ：現在の波長
   λ^（０）：基準波長
   α：温度係数
   Ｔ_ａ：現在の雰囲気温度
   Ｔ_ａ ^（０）：基準波長測定時の雰囲気温度
   β：光量係数
   Ｐ：現在の発光光量
   Ｐ^（０）：基準波長測定時の発光光量
5. 前記基準波長λ^（０）を、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］における仮想的な波長とすることを特徴とする請求項４に記載の波長推定装置。
6. 前記光源は、半導体レーザを含み、
   前記半導体レーザは縦マルチモード発振しており、
   前記基準波長λ^（０）は、前記縦マルチモードにおけるピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長成分を加重平均した波長であることを特徴とする請求項４又は５に記載の波長推定装置。
7. 発光素子を含む光源と、
   前記光源からの光の波長を推定する請求項３〜６のいずれか一項に記載の波長推定装置と、を備える光源装置。
8. 前記光源を駆動する駆動回路を更に備え、
   前記波長推定装置の検出系は、温度センサを含み、
   前記温度センサは、該温度センサで検出される雰囲気温度が前記駆動回路の発熱の影響を受け難い位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記光源は、複数あり、
   前記複数の光源の発光素子は、発光波長帯域が互いに異なり、
   前記複数の光源からの光を合成し、その合成光を分岐する光学系を更に備え、
   前記波長推定装置の光検出器は、前記光学系からの分岐光の光路上に配置され、
   前記波長推定装置で推定された前記複数の光源からの光の波長に基づいて、前記複数の発光素子の発光光量を設定する発光光量設定手段を更に備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の光源装置。
10. 前記光源は、前記発光素子を収容する、光透過窓部材を有する収容体を更に含み、
    前記発光素子からの光は、前記光透過窓部材で透過光と反射光に分岐され、
    前記波長推定装置の光検出器は、前記反射光を受光するように前記収容体に収容された受光素子を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の光源装置。
11. 前記発光素子は、端面発光型の半導体レーザであり、
    前記光源は、前記半導体レーザを収容する、光透過窓部材を有する収容体を更に含み、
    前記半導体レーザの一端面からの光は、前記光透過窓部材を介して前記収容体の外部に放射され、
    前記波長推定装置の光検出器は、前記半導体レーザの他端面からの光を受光するように前記収容体に収容された受光素子を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の光源装置。
12. 前記収容体内における前記半導体レーザの他端面と前記受光素子との間の光路上に配置された減光素子を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
13. 前記光源は、複数あり、
    前記光検出器は、前記複数の光源に対応して複数あり、
    前記複数の光源の発光素子は、発光波長帯域が互いに異なり、
    前記波長推定装置で推定された前記複数の光源からの光の波長に基づいて、前記複数の発光素子の発光光量を設定する発光光量設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の光源装置。
14. 請求項７〜１３のいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成素子と、
    前記画像を形成した光が照射されるスクリーンと、を備える画像表示装置。
15. 前記スクリーンを介した光を透過反射部材に向けて投射する投光部を更に備える請求項１４に記載の画像表示装置と、
    前記画像表示装置が搭載される物体と、を備える物体装置。
16. 前記物体は、移動体であることを特徴とする請求項１５に記載の物体装置。
17. 光源からの光の波長を測定する波長推定方法であって、
    前記光源からの光を受光する工程と、
    前記受光する工程での受光結果に基づいて前記波長を推定する工程と、を含む波長推定方法。
18. 前記光源の周辺の雰囲気温度を検出する工程を更に含み、
    前記推定する工程では、前記検出する工程での検出結果と前記受光結果に基づいて前記波長を推定することを特徴とする請求項１７に記載の波長推定方法。
19. 発光波長が異なる複数の光源を制御する光源制御方法であって、
    前記複数の光源を発光させる工程と、
    前記複数の光源からの光を受光する工程と、
    前記受光する工程での受光結果に基づいて前記複数の光源からの光の波長を推定する工程と、
    前記推定する工程での推定結果に基づいて、前記複数の光源の発光光量を設定する工程と、を含む光源制御方法。
20. 前記複数の光源の周辺の雰囲気温度を検出する工程を更に含み、
    前記推定する工程では、前記検出する工程での検出結果と前記受光結果に基づいて前記波長を推定することを特徴とする請求項１９に記載の光源制御方法。

Images