JP2019008296A - 画像を形成することを目的とする光ビームを放射する装置及び方法、投影システム、並びに前記装置を使用するディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】光強度を減少させることの可能性が大きくなり、ビームの光強度を昼間の運転状態及び夜間の運転状態に適応させることが可能な装置を提供する。【解決手段】画像を形成することを目的とする光ビーム（１０）を放射する装置であって、当該装置は、レーザタイプのビーム（７、８、９）を夫々放射する１つ以上の光源（４、５、６）を含み、当該装置は、１つのレーザビームより、又は前記レーザビーム（７、８、９）を組み合わせて集めることにより、前記光ビーム（１０）を形成するように構成され、当該装置は、減衰手段（１２）を含み、この減衰手段は、１つ以上の光源（４、５、６）の下流側に配置されるとともに、１つ以上のビームを減衰手段への供給電流の関数として透過および／または反射させることにより、光ビーム（１０）の光強度を変化させることを可能とする装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、画像を形成することを目的とする光ビームを放射する装置及び方法、前記装置を使用する投影システム、並びに前記システムを使用するディスプレイに関する。

本発明は、例えば自動車において、車両の利用者、特に運転者に情報を通知するために応用される。

自動車にいわゆるヘッドアップディスプレイシステムを備え付けることが知られている。このようなシステムは、自動車運転者の視界に設置され、自動車の状態、交通その他に関する情報を表示する。

運転の妨げにならないようにするためには、投影画像の輝度を周囲の明るさに適応させる必要がある。特に、投影画像の光強度が、昼間の行程と夜間の行程とで、又はトンネルの通過時に、大きく異なるようにすることが必要である。

発光ダイオードを使用するヘッドアップディスプレイにおいて、ダイオードの供給電流を制御することにより、投影画像の輝度を変化させることが提案されている。このような装置により、輝度を十分に適応させることができるものの、昼間の輝度は不適切なままである。

この欠点を補うために、レーザタイプの光源を使用するディスプレイが知られている。
しかしながらこの場合、光源に供給する電流量を制御することで輝度を適応させるやり方では、画像の光強度を十分に減らすことは出来ない。例えば、昼間の運転状態において約１００００Ｃｄ／ｍ^２、夜間の運転状態において約５Ｃｄ／ｍ^２の光強度を有することが望ましいと考えられる場合、運転状態が一方から他方に変化する時には、輝度を係数２０００で減少させる必要があると言える。

出願人は、光源の電流供給を制御すること（例えば、パルス幅変調技術や使用される電流の振幅制御を用いることによる）により、投影画像の輝度を適応させる技術の研究を行ったが、これらの技術には限界があることを示している。ダイオードの線形動作に関しては、パルス持続時間及び電流振幅を最小にすることが特に必要である。

本発明の目的は、画像を形成することを目的とする光ビームを放射する装置を提案することによって上記問題を解決することであり、前記装置は、レーザタイプのビームを夫々放射する１つ以上の光源を含み、前記装置は、１つのレーザビームから、又は前記レーザビームを組み合わせて集めることによって前記光ビームを形成するように構成される。「集める」とは、前記レーザビームが組み合わされた後、光ビーム中ではなお個別に存在していても、肉眼からは単一の光ビームに見えるように形成されることを意味する。簡潔化のため、用語「光ビーム」は以下においても、レーザビームが集められた後のそれらの組み合わせを示すものとする。

本発明によれば、前記装置は、前記１つ以上の前記光源の下流に配置され、前記１つ以上のビームを前記減衰手段への供給電流の関数として透過および／または反射させることにより、光ビームの光強度を変化させることを可能にする、減衰手段を含む。用語「光強度（optical power）」は、１つ以上の光源によって放射された光束の光パワー（light power）を意味する。光強度は、例えば、光束を受けるフォトダイオードによって発生した電流からミリワット（ｍＷ）で測定することが可能である。あるいは同様に、平方メートル当たりのカンデラ（Ｃｄ／ｍ^２）で測定することや、所定の面積に対して光束が生成する照度から測定することも可能である。

電流供給の制御以外の方法で作動する特定の手段を用いてレーザ源から放射される光ビームを減衰させることで、光強度を減少させることの可能性が大きくなる。その結果として、昼間に高輝度、夜間に低輝度といった特長を同時に得ることが可能である。さらに、電力供給に基づき作動する減衰手段を用いることにより、当該解決手段は動く構成部品を含まない。

本発明の１つの態様によれば、前記減衰手段は、1つ以上のエレクトロクロミックミラーを含む。これらは、例えば、前記１つ以上のビームの光路内に直列に設けることができる。このようにして、それらの減衰係数を組み合わせることができる。

前述の態様と組み合わせ可能な、本発明のもう１つの態様によれば、前記放射装置は、前記光源の電流供給を制御する手段を含んでも良く、前記制御手段は、前記光ビームの光強度の追加調整を行うように構成される。このようにして、減衰手段及び制御手段による光強度の調整能力は組み合わされ、所望の減衰係数、特には少なくとも１０００、更には２０００の減衰係数が得られる。

前記制御手段は、前記レーザビームの光強度の線形電流を調節できるように構成され、前記レーザビームの各々に割り当てられた光強度の比率に応じて光ビームの色が選択できる。このようにして、色の選択のための調節方法を利用できる。

前記制御手段は、前記光ビームの光強度の前記追加調整を行うために、前記レーザビームの光強度をパルス幅変調により調節するようにも構成できる。このようにして、光強度の追加調整のための調節方法を利用できる。換言すると、減衰係数は、前記レーザ源の供給電流のパルス幅変調と前記減衰手段とを組み合わされた結果、生じ得るものであり、ここで、前記変調は、前記制御手段を、用いて実行される。

更に正確には、前記制御手段は、前記パルス幅変調の調節について、例えば５〜２０、とりわけ１０の減衰係数により、前記追加調整を行うように構成される。減衰手段に関しては、とりわけ前述したようにいくつかのエレクトロクロミックミラーを直列に配置することにより、１００〜３００、とりわけ約２００の減衰係数を得ることが可能である。

場合により前述の特徴の全部又は一部と組み合わされる、一緒に又は個別に用いることができる本発明の他の特徴によれば、
− 前記減衰手段は、前記レーザビームの少なくとも１つの光強度を、他の前記レーザビームの少なくとも１つとの組み合わせ前に、変化させるように構成され、これに代えて、あるいはこれに加えて、前記減衰手段は、前記レーザビームの組み合わせからなる前記光ビームの光強度を変化させるように構成され、
− 前記装置は、周囲輝度を検出する手段と、前記検出手段によって検出された周囲輝度に応じて前記減衰手段に作用することを可能にする処理手段とを更に含む。

有利には、前記放射装置は、少なくとも３つのレーザ源を含み、３つのレーザ源は、夫々単色光ビームを放射することが可能である。

これにより、本発明は、上記のような光ビームを放射する装置を含む画像投影システムにも関する。

前記システムは、例えば、前記光ビームから画像を形成する手段を含む。前記減衰手段は、前記画像形成手段の上流及び／又は下流に配置される。

前記画像形成手段は、例えば、前記放射装置の１つ以上の光源から生成される画像が形成されるディフューザスクリーンを含む。

第１の実施によれば、前記画像形成手段は、前記放射装置によって発生した光ビームからディフューザスクリーン上に画像を形成する、光ビームを発生させるレーザ走査プロジェクタを更に含む。

もう１つの実施態様によれば、前記画像形成手段は、１つ以上の光源と、ディフューザスクリーンとの間に配置されたマイクロミラーアレイを含むプロジェクタを含み、マイクロミラーアレイは、第２投影画像が形成されるディフューザスクリーン上に第１投影画像を形成する。

本発明は、上記のような投影システムを含むヘッドアップディスプレイシステムも含む。

かかるシステムは、例えば、ステアリングホイールと、車両のフロントガラスとの間、又はフロントガラス自体に配置されることが可能な半反射板を含む。

本発明によるシステムは、ディフューザスクリーンと、半反射板との間で画像の経路内に配置された反射装置を更に含んでも良い。かかる反射装置は、画像を放射装置の所定の位置から所望の場所に送信しながら、投影装置を更に容易に設置することを可能にする。

本発明は、画像を形成することを目的とする光ビームを放射する方法であって、レーザタイプのビームを夫々放射する１つ以上の光源が与えられ、前記光ビームが、１つのレーザビームから、又は前記レーザビームを組み合わせて集めることによって形成され、かつ前記光ビームの光強度が、前記１つ以上の光源の下流に配置された減衰手段を用いて、変化させられる方法にも関する。

特にすでに前述の特徴により、前記１つ以上の光源の電流供給を制御する手段を用いて、前記光ビームの光強度の追加調整を行うことも可能である。

有利には、前記方法は、前述の放射装置を使用する。

本発明の他の特徴、詳細及び利点については、図面を参照の上、以下の記載を読めば更に明瞭に理解されるであろう。

第１の動作モードにある本発明による放射装置の図である。 第２の動作モードにある図１に示す装置の図である。 第３の動作モードにある図１に示す装置の図である。 本発明によるヘッドアップディスプレイシステムの概略図である。

なお、図面は、本発明を詳細に開示することで本発明を使用可能とするものであるが、必要に応じて、本発明をさらに明確にするために使用することも当然可能である。

図１から図３に示すように、本発明は第一に、画像を形成することを目的とする光ビームを放射する装置１に関する。かかる装置は、特に、自動車のヘッドアップディスプレイを備えることを目的とし、そこには、車両に関する情報の少なくとも１つの項目が投影される。

前記装置は、１つ以上の光源４、５、６を含み、各々がレーザタイプのビーム７、８、９を放射する。光源は、例えばレーザ源、概してレーザダイオードであり、各々のレーザ源は、単色の（すなわち単一色からなる）ビームを放射する。

前記装置は、ここで複数の（この場合は３つの）光源４、５、６を含み、前記装置は、前記光源４、５、６によって夫々個別に放射されたビーム７、８、９を集めて組み合わせることによって光ビーム１０を形成するように構成される。更に正確には、光源は、光源毎に異なる色を放射するものであってもよい。色は、例えば赤、緑、又は青（ＲＧＢ）である。

光源の光強度は、１つ以上のレーザ源の供給電流を用いることにより夫々個別に制御される。所定の光強度において、光ビーム１０の色は、レーザダイオード間のパワー比が確立することにより、夫々決定される。例えば、白色光を得るためには、光強度は、比率として、緑色ダイオード６０、青色ダイオード３０、赤色ダイオード１０、の配分が確立されなければならない。以下に記載するように、光源の各々の光強度は、光ビーム１０の光強度を変調するために制御してもよい。

光源の各々から放射されたビーム７、８、９は、例えば、互いに平行に配向された後に同じ方向に反射し、組み合わされることで、前記共通の光ビーム１０形成する。この目的のため、ここで前記装置１は、ダイクロイックミラー又は組み合わせ板１１のような、波長範囲にわたって半透明な光学素子を含むことで、前記光源の各々から放射されたビーム７、８、９を遮り、かつそれらを前記ビーム１０の方向に組み合わせる。

更に一般的には、前記装置１は、前記光ビーム１０を前記１つ以上のレーザビーム７、８、９からなるように構成されるが、多くの光源４、５、６を用いても良い。単一の光源を用いた場合、光ビーム１０は、その使用される単一の光源によって放射されたレーザビームから構成され、得られた画像は、その結果単色であり、前記色の階調により、それを形成する点の各々に適用される異なる光強度から構成される。複数の光源、典型的には前述の３つの光源４、５、６を用いた場合、前記光ビームを形成する前記共通のビーム１０は、色のスペクトルによる画像の構築を可能にし、色のスペクトルの解像度は、前記光源４、５、６のパワー供給の制御の精密さに対応する。

本発明によれば、前記装置１は、前記１つ以上の光源４、５、６の下流に配置された減衰手段１２を含み、前記１つ以上のビームを前記減衰手段１２への供給電流の関数として透過および／または反射させることにより、光ビーム１０の光強度を変化させることを可能にする。換言すると、光源の電流供給を制御することによって光ビーム１０に与えられる色及び／又は強度に対し、前記減衰手段１２は、１つ以上のビーム７、８、９、１０の光強度を変化させることを可能にする。特に、ビームの光強度を昼間の運転状態及び夜間の運転状態に適応させることが可能である。

前記装置は、前記光源の電流供給を制御する手段を含んでも良い。前述のように、制御手段は、光ビーム１０の色を選択することを可能にする。

更に正確には、前記制御手段は、例えば、前記レーザビーム７、８、９の各々に割り当てられた光強度の比率により、光ビーム１０の前記色の選択を行うために、前記レーザビーム７、８、９の光強度の線形電流を調節するように構成される。例えば、前記レーザビーム７、８、９の各々の６４レベルの光強度に対応する６ビットでの色の符号化を行うことが可能である。

前記制御手段は、前記光ビームの光強度の追加調整を行うようにも構成できる。このようにして、特に高い減衰係数を実現できる。

更に正確には、前記制御手段は、とりわけ５〜２０、特に約１０の減衰係数により、前記光ビーム１０の光強度の前記追加調整を行うように、前記レーザビーム７、８、９の光強度のパルス幅変調により調節するように構成される。

このようにして、前記光ビーム１０の色及び／又は光強度を調整することが可能である。前記制御手段は、例えば、図示しないがマイクロコントローラを含む。

前記減衰手段１２は、例えば１つ以上のエレクトロクロミックミラーを含む。公知の態様により、前記ミラーは、当該ミラーに印加される電流に依存して、より多いか或いはより少ない光を反射する。ここでは単一のミラーが描かれているが、いくつかのミラーを、とりわけ前記１つ以上のビーム７、８、９、１０の光路内に直列に配置することもできる。

各ミラーは、例えば、約１００の減衰係数を呈する。このようにして、２つの直列に設けられたミラーにより、約２００の減衰係数を得ることが可能であり、制御手段、特にパルス幅変調に由来する減衰係数と組み合わされると、前述の２０００のレベルに到達することも可能である。

図１においては、前記減衰手段１２は、光ビーム１０の約１００％の反射を可能とする第１レベルの電流を供給されている。図２においては、前記減衰手段１２は、光ビーム１０の約３０％の反射を可能とする第２レベルの電流を供給されている。図３においては、前記減衰手段１２は、数値０％により表象されているように、光ビーム１０のほぼ全ての反射をカットオフしている。

そのような次第で、図示した形状によれば、前記減衰手段１２は、共通の光ビーム１０の経路に配置される。換言すると、前記減衰手段１２は、前記共通の光ビーム１０の光強度を変化させるように構成される。更に正確には、ここでは、前記エレクトロクロミックミラーの全てまたは一部が共通の光ビーム１０の経路に配置されても良い。

図示しないバリエーションによれば、前記減衰手段１２は、少なくとも部分的に、光源４、５、６によって放射されたビームの経路（この場合は前記光源４、５、６と、前記ミラー１１との間）に配置される。換言すると、前記減衰手段１２は、前記光源４、５、６によって夫々放射されたレーザビームの光強度を変化させるように構成される。更に正確には、前記エレクトロクロミックミラーの全てまたは一部は、前記光源４、５、６と、前記ミラー１１との間に配置されても良い。

前記装置は、周囲輝度を検出する手段と、前記検出手段によって測定された周囲輝度に応じて前記減衰手段に作用することを可能にする処理手段とを更に含んでも良い。周囲輝度を検出する前記手段は、例えば、車両のダッシュボード上の表示スクリーンを修正したような、光検出器を含む。前記処理手段は、例えば、前述のマイクロコントローラのレベルで統合される。

図４に示すように、本発明は、前述のような放射装置１を含む画像投影システム１００にも関する。投影システム１００は、前記光ビーム１０から画像を形成する手段１０２を更に含む。

前記画像形成手段１０２、例えば、非限定的な例として、とりわけ６０Ｈｚに等しい周波数で走査を生成するために、光ビーム１０を水平及び垂直に移動させる機能をもつ走査発生器１１０を含む。走査発生器１１０は、光ビーム１０が、走査ビーム１０３として反射される微小電気機械システム（以下でＭＥＭＳと呼ぶ）を有する走査ミラーをとりわけ含む。かかるＭＥＭＳミラーは、例えば１ｍｍの直径を有する。ＭＥＭＳミラーは、前記画像形成手段１０２のディフューザスクリーン１１１の例えば６０Ｈｚのリフレッシュ周波数での走査を生成するために、２つの回転軸の周りを回転可能である。前記画像は、前記ディフューザ１１１上に形成される。あるいは、ＭＥＭＳミラーは、運動が連係される２つの可動平面ミラーに置き換えても良い。これらのミラーの一方は、水平軸に沿った走査に向けられても良く、他方のミラーは、垂直軸に沿った走査に向けられても良い。

画像が形成されるディフューザ１１１は、透明性による投影のための複雑な構造を有する透明投影スクリーンであっても良い。あるいは、ディフューザは、半透明であっても良い。ディフューザは、例えばガラス、とりわけすりガラスから、又はポリカーボネートから作られる。例として、ディフューザスクリーンは、射出瞳（射出瞳拡大器）タイプである。ディフューザスクリーンは、拡張した観察コーンを有することを可能にする。ディフューザスクリーンは、光ビームが横断する平面に伸長し、この走査ビーム１０３により得られる画像は、ディフューザスクリーン１１１の面の平面に形成される。

このディフューザスクリーンは、走査ビーム１０３を受ける。ディフューザスクリーンは、走査ビームが、ディフューザスクリーン１１１に到達する瞬間に走査ビーム１０３の方向に対して例えば３０°に等しい角度領域で、この走査ビーム１０３の分散を引き起こすように配設される。これを行うために、非限定的な例によれば、ディフューザスクリーンの面１１２は、走査ビーム１０３の分散を引き起こす凹凸を含むという意味で粗い。粗面１１２は、ビームが出る面、すなわち画像が形成される面に対応する。

図示しないもう１つのバリエーションによれば、前記画像形成手段は、先に記載したように走査発生器を含まないが、マイクロミラーアレイ（デジタルマイクロミラーシステムとも呼ばれる）を含む。この形状において、画像は、マイクロミラーアレイのレベルで形成され、次にディフューザスクリーン上に投影される。一般的に、投影光学系は、アレイと、スクリーンとの間に置かれる。各マイクロミラーは、画像の画素に対応する。この実施態様において、画像は、最初はディフューザスクリーン上に形成されず、マイクロミラーアレイに以前形成された画像が受信される。

前記減衰手段１２は、図示した例のように、前記画像形成手段１０２の上流にあっても良いことが、注目されるべきである。前記減衰手段は、下流にあっても良い。バリエーションとして、減衰手段は、一方で走査発生器１１０又はマイクロミラーアレイと、他方でディフューザスクリーン１１１との間に配置されても良い。

前記投影システムは、とりわけ走査ビーム１０３の経路に、種々のミラー１０４、１０６を更に含んでも良い。

本発明は、前述のバリエーションのいずれかによる投影システム１００を含むディスプレイ、とりわけヘッドアップディスプレイにも関する。

光ビームの運動方向でディフューザスクリーン１１１の下流に、前記ディスプレイは、少なくとも半反射板１２６と、ディフューザスクリーン１１１と、半反射板１２６との間で画像の経路内に配置された反射装置１２５とを含む。この図において、画像の経路は点線で示される３本の矢印３０によって表され、反射装置１２５上で反射した後、半反射板１２６を通して表示される。反射装置１２５は、画像を拡大し、及び／又は、半反射板１２６の透明性により、前記半反射板を通過させ、さらに装備車両のフロントガラスを通過させた画像を仮想スクリーン１３０のレベルで表示させる。

この透明板は、２０％以上の反射率を有し、ユーザが高コントラストで表示画像を見えるようにしつつ、板を通して車両の進むルートを見ることを可能にする。あるいは、画像の表示は、前記ディスプレイを備えた車両のフロントガラス上で行われても良い。

すでに述べたように、前記減衰手段は、画像形成装置１０２の下流で半反射板１２６に至るまでの間に配置されても良い。

Claims (15)

1. 画像を形成することを目的とする光ビーム（１０）を放射する装置であって、前記装置は、レーザタイプのビーム（７、８、９）を夫々放射する１つ以上の光源（４、５、６）を含み、前記装置は、１つのレーザビームより、又は前記レーザビーム（７、８、９）を組み合わせて集めることにより、前記光ビーム（１０）を形成するように構成され、前記装置は、減衰手段（１２）を含み、前記減衰手段は、前記１つ以上の光源（４、５、６）の下流側に配置されるとともに、前記１つ以上のビームを前記減衰手段への供給電流の関数として透過および／または反射させることにより、前記光ビーム（１０）の光強度を変化させることを可能とすることを特徴とする装置。
2. 前記減衰手段（１２）は、１つ以上のエレクトロクロミックミラーを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記エレクトロクロミックミラーが複数、前記１つ以上のビームの光路上に設けられている、ことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記光源（４、５、６）の電流供給を制御する手段を含み、前記制御手段が、前記光ビーム（１０）の光強度の追加調整を行うように構成される、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の装置。
5. 前記制御手段が、前記レーザビーム（７、８、９）の各々に割り当てられた光強度の比率により前記光ビーム（１０）の色の選択を行うために、前記レーザビーム（７、８、９）の光強度の線形電流調節を行うように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記制御手段が、前記光ビーム（１０）の光強度の前記追加調整を行うために、前記レーザビーム（７、８、９）の光強度のパルス幅変調による調節を行うように構成されることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
7. 前記制御手段は、パルス幅変調による前記調節が、５〜２０の減衰係数により、前記追加調整を行うように構成されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記減衰手段（１２）が、前記レーザビーム（７、８、９）の少なくとも１つの光強度を、他の前記レーザビーム（７、８、９）の少なくとも１つと組み合わせられる前に、変化させるように構成されることを特徴とする、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の装置。
9. 前記減衰手段（１２）が、前記レーザビーム（７、８、９）の組み合わせからなる前記光ビーム（１０）の光強度を変化させるように構成されることを特徴とする、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の装置。
10. 周囲輝度を検出する手段と、前記検出手段によって測定された前記周囲輝度に応じて前記減衰手段（１２）に作用することを可能にする処理手段とを更に含むことを特徴とする、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の装置。
11. 請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の装置を含む、画像投影システム。
12. 前記光ビーム（１０）から画像を形成する手段（１０２）を含み、かつ前記減衰手段（１２）が、前記画像形成手段（１０２）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
13. 請求項１１または１２に記載の投影システムを少なくとも含むディスプレイ、とりわけヘッドアップディスプレイ。
14. 画像を形成することを目的とする光ビーム（１０）を放射する方法であって、レーザタイプのビーム（７、８、９）を夫々放射する１つ以上の光源（４、５、６）を用意し、前記光ビーム（１０）を、１つのレーザビームから、又は前記レーザビーム（７、８、９）を組み合わせて集めることによって形成し、前記光ビーム（１０）の光強度を、前記１つ以上の光源（３、４、５）の下流側に配置された減衰手段（１２）を用いて、変化させることを特徴とする方法。
15. 前記１つ以上の光源（４、５、６）の電流供給を制御する手段を用いて、前記光ビーム（１０）の光強度の追加調整を行うことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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