JP2019211641A - Light source device, display unit, display system, movable body, and light quantity control method - Google Patents

Light source device, display unit, display system, movable body, and light quantity control method Download PDF

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Abstract

To make it possible to optimize a light quantity control range used for light quantity control.SOLUTION: A light source device according to an embodiment of the present invention comprises: a light source element 111 (an example of a light source) that outputs a laser beam; and a control circuit 300 that controls the quantity of the laser beam output from the light source element 111. The control circuit 300 sets a light quantity control range indicating the range of a current value used for controlling the light quantity, on the basis of an output from a photo detector 119 that detects the laser beam output from the light source element 111, and controls the quantity of the laser beam output from the light source element 111 in the set light quantity control range.SELECTED DRAWING: Figure 12

Description

本発明は、光源装置、表示装置、表示システム、移動体および光量制御方法に関する。   The present invention relates to a light source device, a display device, a display system, a moving body, and a light amount control method.

車両等の移動体において、少ない視線移動で運転者(観察者)に各種情報(車両情報、警告情報、ナビゲーション情報等)を視認させるアプリケーションとして、HUD(ヘッドアップディスプレイ)等の表示装置が利用されている。このような表示装置において、観察者に視認させる画像を形成するため、波長の異なるレーザ光を出力するレーザ光源が用いられる。   In a moving body such as a vehicle, a display device such as a HUD (head-up display) is used as an application that allows a driver (observer) to visually recognize various information (vehicle information, warning information, navigation information, etc.) with a small amount of line of sight. ing. In such a display device, a laser light source that outputs laser beams having different wavelengths is used to form an image that is visually recognized by an observer.

レーザ光源の光量は、温度変化による変動が大きく、変動量は光源ごとに異なる。そのため、光検出器によって光量変動をモニタして光量制御(APC)を行う技術が知られている。例えば、特許文献1は、レーザ投射表示装置において、通常時および調光処理時の半導体レーザに対する電流設定をより高精度に最適化し、光量制御を安定化させる内容を開示している。   The amount of light from the laser light source varies greatly due to temperature changes, and the amount of variation varies from light source to light source. For this reason, a technique for performing light amount control (APC) by monitoring light amount fluctuations with a photodetector is known. For example, Patent Document 1 discloses the content of optimizing the current setting with respect to the semiconductor laser at the normal time and the dimming process with higher accuracy and stabilizing the light amount control in the laser projection display device.

しかしながら、従来の方法では、光量制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲が最適化されていないという課題があった。   However, the conventional method has a problem that the light amount control range indicating the range of the current value used for the light amount control is not optimized.

請求項1に係る光源装置は、レーザ光を出力する光源と、前記光源から出力されるレーザ光の光量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記光源から出力されたレーザ光を検出する光検出器からの出力に基づいて、前記光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定し、前記光量制御範囲において前記光量を制御する。   The light source device according to claim 1 includes: a light source that outputs laser light; and a control unit that controls a light amount of the laser light output from the light source, wherein the control unit outputs the laser light output from the light source. Is set based on the output from the light detector for detecting the light amount, and a light amount control range indicating a current value range used for the light amount control is set, and the light amount is controlled in the light amount control range.

本発明によれば、光量制御に用いる光量制御範囲を最適化することができる。   According to the present invention, it is possible to optimize a light amount control range used for light amount control.

実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the system configuration | structure of the display system which concerns on embodiment. 実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the display apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a function structure of the display apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the optical deflection | deviation apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the screen which concerns on embodiment. マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in the effect | action by the difference in the magnitude relationship of an incident light beam diameter and a lens diameter in a micro lens array. 光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correspondence of the mirror of an optical deflection | deviation apparatus, and a scanning range. 2次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the scanning line locus | trajectory at the time of two-dimensional scanning. 実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the light source device which concerns on embodiment. 実施形態に係る光源装置から射出されたレーザ光のスクリーン上における走査領域の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the scanning area | region on the screen of the laser beam inject | emitted from the light source device which concerns on embodiment. 実施形態に係る光源装置の構成の一例を概略的に示した図である。It is the figure which showed schematically an example of the structure of the light source device which concerns on embodiment. 実施形態に係る制御回路の機能構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a function structure of the control circuit which concerns on embodiment. 光源素子からの出力光量のアナログ電流値の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the analog electric current value of the output light quantity from a light source element. (a)光源素子の出力光量と電流デジタル値の特性を示す図である。(b)光検出器の出力と電流デジタル値の特性を示す図である。(A) It is a figure which shows the characteristic of the output light quantity of a light source element, and an electric current digital value. (B) It is a figure which shows the characteristic of the output of an optical detector, and an electric current digital value. ゲイン値の制御によるIL特性の変動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fluctuation | variation of the IL characteristic by control of a gain value. オフセット値の制御によるIL特性の変動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fluctuation | variation of the IL characteristic by control of an offset value. ゲイン値およびオフセット値を最適化した場合のIL特性を示す図である。It is a figure which shows IL characteristic at the time of optimizing a gain value and an offset value. 実施形態に係る光源装置において、光量制御方法の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of a light amount control method in the light source device according to the embodiment. 電流決定部における探索処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the search process in an electric current determination part. 実施形態に係る光源装置における、第1の探索用オフセット値と探索用ゲイン値によるIL特性を示す図である。It is a figure which shows the IL characteristic by the 1st search offset value and the search gain value in the light source device which concerns on embodiment. 実施形態に係る光源装置における、第2の探索用オフセット値と探索用ゲイン値によるIL特性を示す図である。It is a figure which shows the IL characteristic by the 2nd search offset value and the search gain value in the light source device which concerns on embodiment. (a)非線形なIL特性の一例を示す図である。(b)非線形なIL特性を用いて算出される回帰直線の一例を示す図である。(A) It is a figure which shows an example of a nonlinear IL characteristic. (B) It is a figure which shows an example of the regression line calculated using a nonlinear IL characteristic. 実施形態に係る光源装置における最小光量の電流デジタル値の算出方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calculation method of the electric current digital value of the minimum light quantity in the light source device which concerns on embodiment. 実施形態に係る光源装置における最大光量の電流デジタル値の算出方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calculation method of the electric current digital value of the maximum light quantity in the light source device which concerns on embodiment. 光量の異常点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the abnormal point of light quantity. 光量の異常点が存在する場合において、3点を用いて求めた回帰直線と実際に光源素子から出力される光量のIL特性との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the regression line calculated | required using 3 points | pieces, and the IL characteristic of the light quantity actually output from a light source element, when the abnormal point of a light quantity exists. 実施形態に係る光源装置における発振閾値の算出方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calculation method of the oscillation threshold value in the light source device which concerns on embodiment. 実施形態に係る光源装置における光量制御方法の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the light quantity control method in the light source device which concerns on embodiment. 光源素子を点灯させるパルス幅を変更させた異なるディーティ比のIL特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the IL characteristic of a different duty ratio which changed the pulse width which lights a light source element.

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

●システム構成●
まず、図1乃至図8を用いて、各実施形態における光源装置が適用されるシステムについて説明する。図1は、実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。表示システム1は、表示装置10から投射される投射光を、透過反射部材に投射させることによって観察者3に表示画像を視認させるシステムである。表示画像は、観察者3の視界に虚像45として重畳して表示する画像である。
● System configuration ●
First, a system to which the light source device in each embodiment is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a system configuration of a display system according to the embodiment. The display system 1 is a system that causes a viewer 3 to visually recognize a display image by projecting projection light projected from the display device 10 onto a transmission / reflection member. The display image is an image that is superimposed and displayed as a virtual image 45 in the field of view of the observer 3.

表示システム1は、例えば、車両、航空機もしくは船舶等の移動体、または操縦シミュレーションシステムもしくはホームシアターシステム等の非移動体に備えられる。本実施形態は、表示システム1が、移動体の一例である自動車に備えられた場合について説明する。なお、表示システム1の使用形態は、これに限られるものではない。   The display system 1 is provided in, for example, a moving body such as a vehicle, an aircraft, or a ship, or a non-moving body such as an operation simulation system or a home theater system. This embodiment demonstrates the case where the display system 1 is equipped with the motor vehicle which is an example of a mobile body. The usage pattern of the display system 1 is not limited to this.

表示システム1は、例えば、フロントガラス50を介して車両の操縦に必要なナビゲーション情報(例えば車両の速度、進路情報、目的地までの距離、現在地名称、車両前方における物体(対象物)の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報等)を、観察者3(操縦者)に視認可能にする。この場合、フロントガラスは、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機能する。観察者3の視点位置からフロントガラス50までの距離は、数十cm〜1m程度である。   The display system 1 is, for example, navigation information (for example, vehicle speed, route information, distance to a destination, current location name, presence / absence of an object (object) in front of the vehicle, and the like necessary for maneuvering the vehicle via the windshield 50. Marks such as position and speed limit, information such as traffic jam information, etc.) are made visible to the observer 3 (operator). In this case, the windshield functions as a transmission / reflection member that transmits part of the incident light and reflects at least part of the remaining part. The distance from the viewpoint position of the observer 3 to the windshield 50 is about several tens of cm to 1 m.

表示システム1は、表示装置10、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50を備える。表示装置10は、例えば、移動体の一例である自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置(HUD装置)である。表示装置10は、自動車のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置される。表示装置10は、例えば、自動車のダッシュボードの下方に配置されてもよく。ダッシュボード内に埋め込まれていてもよい。   The display system 1 includes a display device 10, a free-form curved mirror 30, and a windshield 50. The display device 10 is, for example, a head-up display device (HUD device) mounted on an automobile that is an example of a moving object. The display device 10 is arranged at an arbitrary position in accordance with the interior design of the automobile. The display device 10 may be disposed, for example, below a dashboard of an automobile. It may be embedded in the dashboard.

表示装置10は、レーザ光を出力する光源装置11と、光源装置11から出力されたレーザ光を偏向する光偏向装置13と、光偏向装置13によって偏向されたレーザ光を発散させるスクリーン15を備える。光源装置11は、光源から射出されたレーザ光を、装置外部へ照射するデバイスである。光源装置11は、例えば、R、G、Bの3色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源装置11から射出(出力)されたレーザ光は、光偏向装置13の反射面に導かれる。光源装置11は、光源として、LD(Laser Diode)等の半導体発光素子を有する。なお、光源は、これに限られず、LED(light emitting diode)等の半導体発光素子を有してもよい。   The display device 10 includes a light source device 11 that outputs laser light, a light deflection device 13 that deflects laser light output from the light source device 11, and a screen 15 that diverges the laser light deflected by the light deflection device 13. . The light source device 11 is a device that irradiates laser light emitted from a light source to the outside of the device. For example, the light source device 11 may irradiate a laser beam obtained by combining laser beams of three colors of R, G, and B. The laser light emitted (output) from the light source device 11 is guided to the reflection surface of the light deflection device 13. The light source device 11 includes a semiconductor light emitting element such as an LD (Laser Diode) as a light source. The light source is not limited to this, and may include a semiconductor light emitting element such as an LED (light emitting diode).

光偏向部としての光偏向装置13は、光源装置11から射出された光を主走査方向および主走査方向に直交する副走査方向に走査して、光学素子としてのスクリーン15上に中間像40を形成するものであり、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等を利用してレーザ光の進行方向を変化させるデバイスである。光偏向装置13は、例えば、直交する2軸に対して揺動する単一の微小なMEMSミラー、または1軸に対して揺動もしくは回転する2つのMEMSミラーからなるミラー系等の走査手段を利用して構成される。光偏向装置13から出力されたレーザ光は、スクリーン15に走査される。なお、光偏向装置13は、MEMSミラーに限られず、ポリゴンミラー等を用いて構成されてもよい。   The light deflecting device 13 as the light deflecting unit scans the light emitted from the light source device 11 in the main scanning direction and the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, and forms the intermediate image 40 on the screen 15 as the optical element. It is a device that changes the traveling direction of laser light using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) or the like. The optical deflector 13 includes scanning means such as a single minute MEMS mirror that swings about two orthogonal axes, or a mirror system that includes two MEMS mirrors that swing or rotate about one axis. Configured using. The laser beam output from the optical deflecting device 13 is scanned on the screen 15. The light deflecting device 13 is not limited to the MEMS mirror, and may be configured using a polygon mirror or the like.

光を発散させる光学素子としてのスクリーン15は、レーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有する発散部材である。スクリーン15は、例えば、EPE(Exit Pupil Expander)の形態として、マイクロレンズアレイ(MLA)または拡散板等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子によって構成される。なお、スクリーン15は、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子によって構成されてもよい。スクリーン15は、光偏向装置13から出力されたレーザ光がスクリーン15上に走査されることによって、スクリーン15上に二次元像である中間像40を形成する。   The screen 15 as an optical element for diverging light is a diverging member having a function of diverging laser light at a predetermined divergence angle. The screen 15 is configured by a transmissive optical element having a light diffusing effect such as a microlens array (MLA) or a diffusing plate in the form of EPE (Exit Pupil Expander), for example. The screen 15 may be configured by a reflective optical element having a light diffusion effect such as a micromirror array. The screen 15 scans the screen 15 with the laser beam output from the light deflecting device 13, thereby forming an intermediate image 40 that is a two-dimensional image on the screen 15.

ここで、表示装置10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)または蛍光表示管(VFD)等イメージングデバイスで中間像40を形成する「パネル方式」と、光源装置11から出力されたレーザ光を走査手段で走査して中間像40を形成する「レーザ走査方式」がある。   Here, the projection method of the display device 10 is a “panel method” in which an intermediate image 40 is formed by an imaging device such as a liquid crystal panel, a DMD panel (digital mirror device panel), or a fluorescent display tube (VFD), and an output from the light source device 11. There is a “laser scanning method” in which an intermediate image 40 is formed by scanning the laser beam with a scanning unit.

本実施形態に係る表示装置10は、後者の「レーザ走査方式」を採用する。「レーザ走査方式」は、各画素に対して発光または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。なお、表示装置10は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよい。   The display device 10 according to the present embodiment employs the latter “laser scanning method”. In the “laser scanning method”, light emission or non-light emission can be assigned to each pixel, so that generally a high-contrast image can be formed. The display device 10 may use a “panel method” as a projection method.

スクリーン15から出力されたレーザ光(光束)によって、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50に投射された虚像45は、中間像40から拡大されて表示される。自由曲面ミラー30は、フロントガラス50の湾曲形状による画像の傾き、歪、位置ずれ等を相殺するように設計および配置されている。自由曲面ミラー30は、所定の回転軸を中心として回転可能に設置されてもよい。これにより、自由曲面ミラー30は、スクリーン15から出力されたレーザ光(光束)の反射方向を調整し、虚像45の表示位置を変化させることができる。   The virtual image 45 projected on the free-form surface mirror 30 and the windshield 50 by the laser light (light beam) output from the screen 15 is enlarged from the intermediate image 40 and displayed. The free-form surface mirror 30 is designed and arranged so as to cancel out the inclination, distortion, misalignment and the like of the image due to the curved shape of the windshield 50. The free-form surface mirror 30 may be installed to be rotatable about a predetermined rotation axis. As a result, the free-form surface mirror 30 can adjust the reflection direction of the laser beam (light beam) output from the screen 15 and change the display position of the virtual image 45.

ここでは、自由曲面ミラー30は、虚像45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。表示装置10は、虚像45が観察者3の視点位置から例えば1m以上かつ30m以下(好ましくは10m以下)の位置(奥行位置)に表示されるように、自由曲面ミラー30の集光パワーを設定する。なお、自由曲面ミラー30は、凹面ミラーやその他集光パワーを有する素子であってもよい。自由曲面ミラー30は、結像光学系の一例である。   Here, the free-form surface mirror 30 is designed using existing optical design simulation software so as to have a constant light condensing power so that the imaging position of the virtual image 45 becomes a desired position. The display device 10 sets the condensing power of the free-form surface mirror 30 so that the virtual image 45 is displayed at a position (depth position) of 1 m or more and 30 m or less (preferably 10 m or less) from the viewpoint position of the observer 3. To do. Note that the free-form surface mirror 30 may be a concave mirror or other element having a condensing power. The free-form curved mirror 30 is an example of an imaging optical system.

フロントガラス50は、レーザ光(光束)の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる機能(部分反射機能)を有する透過反射部材である。フロントガラス50は、観察者3に前方の景色および虚像45を視認させる半透過鏡として機能する。虚像45は、例えば、車両情報(速度、走行距離等)、ナビゲーション情報(経路案内、交通情報等)、警告情報(衝突警報等)等を観察者3に視認させるための画像情報である。なお、透過反射部材は、フロントガラス50とは別途設けられたフロントウインドシールド等であってもよい。フロントガラス50は、反射部材の一例である。   The windshield 50 is a transmission / reflection member having a function (partial reflection function) of transmitting a part of the laser light (light beam) and reflecting at least a part of the remaining part. The windshield 50 functions as a semi-transparent mirror that allows the observer 3 to visually recognize the scenery in front and the virtual image 45. The virtual image 45 is image information for causing the observer 3 to visually recognize vehicle information (speed, travel distance, etc.), navigation information (route guidance, traffic information, etc.), warning information (collision warning, etc.), and the like. The transmission / reflection member may be a front windshield provided separately from the windshield 50. The windshield 50 is an example of a reflecting member.

虚像45は、フロントガラス50の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。また、フロントガラス50は、平面でなく、湾曲している。そのため、虚像45の結像位置は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の曲面によって決定される。なお、フロントガラス50は、部分反射機能を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡(コンバイナ)を利用してもよい。   The virtual image 45 may be displayed so as to overlap the scenery in front of the windshield 50. Further, the windshield 50 is not flat but curved. Therefore, the imaging position of the virtual image 45 is determined by the curved surface of the free-form surface mirror 30 and the windshield 50. The windshield 50 may use a semi-transmission mirror (combiner) as an individual transmission reflection member having a partial reflection function.

このような構成により、スクリーン15から出力されたレーザ光(光束)は、自由曲面ミラー30に向けて投射され、フロントガラス50で反射される。観察者3は、フロントガラス50で反射された光によって、スクリーン15に形成された中間像40が拡大された虚像45を視認することができる。   With such a configuration, the laser light (light beam) output from the screen 15 is projected toward the free-form surface mirror 30 and reflected by the windshield 50. The observer 3 can visually recognize the virtual image 45 in which the intermediate image 40 formed on the screen 15 is enlarged by the light reflected by the windshield 50.

●ハードウエア構成●
図2は、実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図2に示すハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
● Hardware configuration ●
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the display device according to the embodiment. 2 may be added or deleted as necessary.

表示装置10は、表示装置10の動作を制御するためのコントローラ17を有する。コントローラ17は、表示装置10の内部に実装された基板またはICチップ等である。コントローラ17は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)1001、CPU(Central Processing Unit)1002、ROM(Read Only Memory)1003、RAM(Random Access Memory)1004、I/F(Interface)1005およびバスライン1006を含む。   The display device 10 includes a controller 17 for controlling the operation of the display device 10. The controller 17 is a substrate or an IC chip mounted inside the display device 10. The controller 17 includes an FPGA (Field-Programmable Gate Array) 1001, a CPU (Central Processing Unit) 1002, a ROM (Read Only Memory) 1003, a RAM (Random Access Memory) 1004, an I / F (Interface) 1005, and a bus line 1006. Including.

FPGA1001は、表示装置10の設計者による設定変更が可能な集積回路である。CPU1002は、表示装置10全体を制御するための処理を行う集積回路である。ROM1003は、CPU1002を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。RAM1004は、CPU1002のワークエリアとして機能する記憶装置である。I/F1005は、外部装置と通信するためのインターフェースである。I/F1005は、例えば自動車のCAN(Controller Area Network)等に接続される。   The FPGA 1001 is an integrated circuit that can be changed by the designer of the display device 10. The CPU 1002 is an integrated circuit that performs processing for controlling the entire display device 10. The ROM 1003 is a storage device that stores a program for controlling the CPU 1002. The RAM 1004 is a storage device that functions as a work area for the CPU 1002. An I / F 1005 is an interface for communicating with an external device. The I / F 1005 is connected to a CAN (Controller Area Network) of an automobile, for example.

LD1007は、例えば、光源装置11の一部を構成する半導体発光素子である。MEMS1009は、光偏向装置13の一部を構成し、走査ミラーを変位させるデバイスである。モータ1011は、自由曲面ミラー30の回転軸を回転させる電動機である。   The LD 1007 is, for example, a semiconductor light emitting element that constitutes a part of the light source device 11. The MEMS 1009 is a device that constitutes a part of the light deflection apparatus 13 and displaces the scanning mirror. The motor 1011 is an electric motor that rotates the rotation shaft of the free-form curved mirror 30.

●機能構成●
図3は、実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。表示装置10により実現される機能は、車両情報受信部171、外部情報受信部172、画像生成部173および画像表示部174を含む。
● Function structure ●
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the display device according to the embodiment. Functions realized by the display device 10 include a vehicle information reception unit 171, an external information reception unit 172, an image generation unit 173, and an image display unit 174.

車両情報受信部171は、CAN等から自動車の情報(速度、走行距離等の情報)を受信する機能である。車両情報受信部171は、図2に示したI/F1005およびCPU1002の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。   The vehicle information receiving unit 171 has a function of receiving automobile information (information such as speed and travel distance) from CAN or the like. The vehicle information receiving unit 171 is realized by the processing of the I / F 1005 and the CPU 1002 illustrated in FIG. 2, a program stored in the ROM 1003, and the like.

外部情報受信部172は、外部ネットワークから自動車外部の情報(GPSからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報または交通情報等)を受信する機能である。外部情報受信部172は、図2に示したI/F1005およびCPU1002の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。   The external information receiving unit 172 has a function of receiving information outside the vehicle (position information from the GPS, route information from the navigation system, traffic information, etc.) from the external network. The external information receiving unit 172 is realized by the processing of the I / F 1005 and the CPU 1002 illustrated in FIG. 2, a program stored in the ROM 1003, and the like.

画像生成部173は、車両情報受信部171および外部情報受信部172により入力された情報に基づいて、中間像40および虚像45を表示させるための画像情報を生成する機能である。画像生成部173は、図2に示したCPU1002の処理、およびROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。   The image generation unit 173 has a function of generating image information for displaying the intermediate image 40 and the virtual image 45 based on information input by the vehicle information reception unit 171 and the external information reception unit 172. The image generation unit 173 is realized by the processing of the CPU 1002 illustrated in FIG. 2 and the program stored in the ROM 1003.

画像表示部174は、画像生成部173により生成された画像情報に基づいて、スクリーン15に中間像40を形成し、中間像40を構成したレーザ光(光束)をフロントガラス50に向けて投射して虚像45を表示させる機能である。画像表示部174は、図2に示したCPU1002およびFPGA1001の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。   The image display unit 174 forms an intermediate image 40 on the screen 15 based on the image information generated by the image generation unit 173, and projects the laser light (light beam) constituting the intermediate image 40 toward the windshield 50. The virtual image 45 is displayed. The image display unit 174 is realized by the processing of the CPU 1002 and the FPGA 1001 illustrated in FIG. 2, the program stored in the ROM 1003, and the like.

画像表示部174は、制御部175、中間像形成部176および投影部177を含む。
制御部175は、中間像40を形成するために、光源装置11および光偏向装置13の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部175は、虚像45を所定の位置に表示させるために、自由曲面ミラー30の動作を制御する制御信号を生成する。
The image display unit 174 includes a control unit 175, an intermediate image forming unit 176, and a projection unit 177.
The control unit 175 generates a control signal for controlling operations of the light source device 11 and the light deflection device 13 in order to form the intermediate image 40. In addition, the control unit 175 generates a control signal for controlling the operation of the free-form curved mirror 30 in order to display the virtual image 45 at a predetermined position.

中間像形成部176は、制御部175によって生成された制御信号に基づいて、スクリーン15に中間像40を形成する。投影部177は、観察者3に視認させる虚像45を形成するために、中間像40を構成したレーザ光を、透過反射部材(フロントガラス50等)に投射させる。   The intermediate image forming unit 176 forms the intermediate image 40 on the screen 15 based on the control signal generated by the control unit 175. The projection unit 177 projects the laser light constituting the intermediate image 40 onto a transmission / reflection member (the windshield 50 or the like) in order to form the virtual image 45 that is visually recognized by the observer 3.

●光偏向装置●
図4は、実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置13は、半導体プロセスにより製造されるMEMSミラーであり、ミラー130、蛇行状梁部132、枠部材134、および圧電部材136を含む。光偏向装置13は、走査部の一例である。
● Light deflection device ●
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the light deflection apparatus according to the embodiment. The optical deflection device 13 is a MEMS mirror manufactured by a semiconductor process, and includes a mirror 130, a meandering beam portion 132, a frame member 134, and a piezoelectric member 136. The light deflection device 13 is an example of a scanning unit.

ミラー130は、光源装置11から出力されたレーザ光をスクリーン15側に反射する反射面を有する。光偏向装置13は、ミラー130を挟んで一対の蛇行状梁部132を形成する。蛇行状梁部132は、複数の折り返し部を有する。折り返し部は、交互に配置される第1の梁部132aと第2の梁部132bとから構成されている。蛇行状梁部132は、枠部材134に支持されている。圧電部材136は、隣接する第1の梁部132aと第2の梁部132bとを接続するように配置されている。圧電部材136は、第1の梁部132aと第2の梁部132bとに異なる電圧を印加し、梁部132a,132bのそれぞれに反りを発生させる。   The mirror 130 has a reflection surface that reflects the laser beam output from the light source device 11 toward the screen 15. The light deflecting device 13 forms a pair of meandering beam portions 132 with the mirror 130 interposed therebetween. The meandering beam portion 132 has a plurality of folded portions. The folded portion is composed of first beam portions 132a and second beam portions 132b that are alternately arranged. The meandering beam portion 132 is supported by the frame member 134. The piezoelectric member 136 is disposed so as to connect the adjacent first beam portion 132a and the second beam portion 132b. The piezoelectric member 136 applies different voltages to the first beam portion 132a and the second beam portion 132b, and generates warpage in each of the beam portions 132a and 132b.

これにより、隣接する梁部132a,132bは、異なる方向に撓む。ミラー130は、撓みが累積されることによって、左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、光偏向装置13は、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査は、ミラー130に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。   Thereby, the adjacent beam parts 132a and 132b bend in different directions. The mirror 130 rotates in the vertical direction about the left-right axis as the deflection is accumulated. With such a configuration, the optical deflecting device 13 can perform optical scanning in the vertical direction with a low voltage. Optical scanning in the horizontal direction with the vertical axis as the center is performed by resonance using a torsion bar or the like connected to the mirror 130.

●スクリーン●
図5は、実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。スクリーン15は、光源装置11の一部を構成するLD1007から出力されたレーザ光を結像させる。また、スクリーン15は、所定の発散角で発散させる発散部材である。スクリーン15は、光学素子の一例である。図5に示すスクリーン15は、六角形形状を有する複数のマイクロレンズ150が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。マイクロレンズ150のレンズ径(対向する2辺間の距離)は、200μm程度である。スクリーン15は、マイクロレンズ150の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ150を高密度で配列することができる。
● Screen ●
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the screen according to the embodiment. The screen 15 forms an image of the laser light output from the LD 1007 constituting a part of the light source device 11. The screen 15 is a diverging member that diverges at a predetermined divergence angle. The screen 15 is an example of an optical element. The screen 15 shown in FIG. 5 has a microlens array structure in which a plurality of hexagonal microlenses 150 are arranged without gaps. The lens diameter of the microlens 150 (distance between two opposing sides) is about 200 μm. The screen 15 can arrange a plurality of microlenses 150 at a high density by making the shape of the microlenses 150 hexagonal.

なお、マイクロレンズ150の形状は、六角形に限られるものではなく、例えば四角形、三角形等であってもよい。また、複数のマイクロレンズ150が規則正しく配列された構造を例示しているが、マイクロレンズ150の配列は、これに限られるものではなく、例えば、各マイクロレンズ150の中心を互いに偏心させ、不規則な配列としてもよい。このように偏心させた配列を採用する場合、各マイクロレンズ150は、互いに異なる形状となる。   Note that the shape of the microlens 150 is not limited to a hexagon, and may be, for example, a quadrangle, a triangle, or the like. Further, the structure in which the plurality of microlenses 150 are regularly arranged is illustrated, but the arrangement of the microlenses 150 is not limited to this, and for example, the centers of the microlenses 150 are eccentric to each other and irregularly arranged. It is good also as an arrangement. When such an eccentric arrangement is adopted, the microlenses 150 have different shapes.

図6は、マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。図6(a)において、スクリーン15は、マイクロレンズ150が整列して配置された光学板151によって構成される。光学板151上に入射光152を走査する場合、入射光152は、マイクロレンズ150により発散され、発散光153となる。スクリーン15は、マイクロレンズ150の構造により、入射光152を所望の発散角154で発散させることができる。この発散角154は、マイクロレンズ150の曲率と対応関係がある。マイクロレンズ150の周期155は、入射光152の径156aよりも大きくなるように設計される。これにより、スクリーン15は、レンズ間での干渉を起こさずに、干渉ノイズの発生を抑制する。   FIG. 6 is a diagram for explaining the difference in action due to the difference in the magnitude relationship between the incident light beam diameter and the lens diameter in the microlens array. In FIG. 6A, the screen 15 is constituted by an optical plate 151 in which microlenses 150 are arranged. When scanning the incident light 152 on the optical plate 151, the incident light 152 is diverged by the microlens 150 and becomes divergent light 153. The screen 15 can diverge the incident light 152 at a desired divergence angle 154 by the structure of the microlens 150. This divergence angle 154 has a corresponding relationship with the curvature of the microlens 150. The period 155 of the microlens 150 is designed to be larger than the diameter 156 a of the incident light 152. Thereby, the screen 15 suppresses generation | occurrence | production of interference noise, without causing interference between lenses.

図6(b)は、入射光152の径156bが、マイクロレンズ150の周期155の2倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光152は、二つのマイクロレンズ150a、150bに入射し、それぞれ発散光157、158を生じさせる。このとき、領域159において、二つの発散光が存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光が観察者の目に入った場合、干渉ノイズとして視認される。   FIG. 6B shows an optical path of diverging light when the diameter 156 b of the incident light 152 is twice as large as the period 155 of the microlens 150. Incident light 152 is incident on two microlenses 150a and 150b to generate diverging light 157 and 158, respectively. At this time, since two divergent lights exist in the region 159, light interference may occur. When this interference light enters the observer's eyes, it is visually recognized as interference noise.

以上を考慮して、干渉ノイズを低減するため、マイクロレンズ150の周期155は、入射光の径156よりも大きく設計される。なお、図6は、凸面レンズの形態で説明したが、凹面レンズの形態においても同様の効果があるものとする。   Considering the above, in order to reduce interference noise, the period 155 of the microlens 150 is designed to be larger than the diameter 156 of the incident light. In addition, although FIG. 6 demonstrated in the form of the convex lens, the same effect shall also be obtained in the form of a concave lens.

図7は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置11の各光源素子は、FPGA1001によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。各光源素子から出力され光路合成されたレーザ光は、図7に示すように、光偏向装置13のミラー130によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー130を介して走査光としてスクリーン15に照射される。すなわち、スクリーン15は、光偏向装置13による主走査および副走査によって二次元走査される。   FIG. 7 is a diagram for explaining the correspondence between the mirror of the optical deflector and the scanning range. The light emission intensity, lighting timing, and optical waveform of each light source element of the light source device 11 are controlled by the FPGA 1001. As shown in FIG. 7, the laser light output from each light source element and combined in the optical path is two-dimensionally deflected around the α axis and the β axis by the mirror 130 of the optical deflector 13 and scanned through the mirror 130. The screen 15 is irradiated as light. That is, the screen 15 is two-dimensionally scanned by main scanning and sub-scanning by the light deflecting device 13.

走査範囲は、光偏向装置13によって走査しうる全範囲である。走査光は、スクリーン15の走査範囲を、2〜4万Hz程度の速い周波数で主走査方向(X軸方向)に振動走査(往復走査)しつつ、数十Hz程度の遅い周波数で副走査方向(Y軸方向)に片道走査する。すなわち、光偏向装置13は、スクリーン15に対してラスタースキャンを行う。この場合、表示装置10は、走査位置(走査光の位置)に応じて各光源素子の発光制御を行うことで、画素ごとの描画または虚像の表示を行うことができる。   The scanning range is the entire range that can be scanned by the light deflecting device 13. Scanning light scans the scanning range of the screen 15 in the main scanning direction (X-axis direction) at a fast frequency of about 2 to 40,000 Hz, and in the sub-scanning direction at a slow frequency of about several tens of Hz. One-way scanning is performed in the (Y-axis direction). That is, the light deflecting device 13 performs a raster scan on the screen 15. In this case, the display device 10 can perform drawing or display of a virtual image for each pixel by performing light emission control of each light source element according to the scanning position (scanning light position).

一画面を描画する時間、すなわち1フレーム分の走査時間(二次元走査の1周期)は、
上記のように副走査周期が数十Hzであることから、数十msecとなる。例えば、主走査周期を20000Hz、副走査周期を50Hzとした場合、1フレーム分の走査時間は、20msecとなる。
The time for drawing one screen, that is, the scanning time for one frame (one cycle of two-dimensional scanning) is
As described above, since the sub-scanning cycle is several tens of Hz, it is several tens of msec. For example, when the main scanning period is 20000 Hz and the sub-scanning period is 50 Hz, the scanning time for one frame is 20 msec.

図8は、2次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。スクリーン15は、図8に示すように、中間像40が描画される(画像データに応じて変調された光が照射される)画像領域61(有効走査領域)と、画像領域61を取り囲むフレーム領域62を含む。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a scanning line locus during two-dimensional scanning. As shown in FIG. 8, the screen 15 has an image area 61 (effective scanning area) on which the intermediate image 40 is drawn (irradiated with light modulated according to image data), and a frame area surrounding the image area 61. 62.

走査範囲は、スクリーン15における画像領域61とフレーム領域62の一部(画像領域61の外縁近傍の部分)を併せた範囲とする。図8において、走査範囲における走査線の軌跡は、ジグザグ線によって示される。図8において、走査線の本数は、便宜上、実際よりも少なくしている。   The scanning range is a range in which the image area 61 and a part of the frame area 62 on the screen 15 (a part near the outer edge of the image area 61) are combined. In FIG. 8, the trajectory of the scanning line in the scanning range is indicated by a zigzag line. In FIG. 8, the number of scanning lines is less than the actual number for convenience.

スクリーン15は、上述のように、マイクロレンズアレイ150等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されている。画像領域61は、矩形または平面である必要はなく、多角形または曲面であってもよい。また、スクリーン15は、光拡散効果を持たない平板または曲板であってもよい。さらに、スクリーン15は、装置レイアウトに応じて、例えば、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子とすることもできる。   As described above, the screen 15 is composed of a transmissive optical element having a light diffusion effect, such as the microlens array 150. The image area 61 does not have to be a rectangle or a plane, but may be a polygon or a curved surface. The screen 15 may be a flat plate or a curved plate that does not have a light diffusion effect. Further, the screen 15 may be a reflective optical element having a light diffusion effect, such as a micromirror array, according to the device layout.

スクリーン15は、走査範囲における画像領域61の周辺領域(フレーム領域62の一部)に、受光素子を含む同期検知系60を備える。図8において、同期検知系60は、画像領域61の−X側かつ+Y側の隅部に配置される。同期検知系60は、光偏向装置13の動作を検出して、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定するための同期信号をFPGA1001に出力する。   The screen 15 includes a synchronization detection system 60 including a light receiving element in a peripheral region (a part of the frame region 62) of the image region 61 in the scanning range. In FIG. 8, the synchronization detection system 60 is disposed at the corner of the image area 61 on the −X side and the + Y side. The synchronization detection system 60 detects the operation of the optical deflecting device 13 and outputs a synchronization signal for determining the scan start timing and the scan end timing to the FPGA 1001.

●光源装置●
●構成
続いて、図9乃至図29を用いて、本実施形態に係る光源装置11について説明する。まず、図9乃至図12を用いて、本実施形態に係る光源装置11の構成について説明する。
● Light source device ●
Configuration Next, the light source device 11 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 29. First, the configuration of the light source device 11 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 12.

図9は、実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。光源装置11は、光源素子111(r),111(g),111(b)(以下、区別する必要のないときは、光源素子111とする。)、カップリングレンズ112(r),112(g),112(b)(以下、区別する必要のないときは、カップリングレンズ112とする。)、アパーチャ113(r),113(g),113(b)(以下、区別する必要のないときはアパーチャ113とする。)、ミラー114、光合成素子115,116、光分岐素子117および光検出器119を含む。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the light source device according to the embodiment. The light source device 11 includes light source elements 111 (r), 111 (g), and 111 (b) (hereinafter referred to as the light source element 111 when it is not necessary to distinguish them), coupling lenses 112 (r) and 112 ( g), 112 (b) (hereinafter referred to as coupling lens 112 when it is not necessary to distinguish), apertures 113 (r), 113 (g), 113 (b) (hereinafter, it is not necessary to distinguish between them). In some cases, it is referred to as an aperture 113.), a mirror 114, light combining elements 115 and 116, a light branching element 117, and a photodetector 119.

三色(R,G,B)の光源素子111(r),111(g),111(b)は、例えば、それぞれ単数または複数の発光点を有するLD(レーザダイオード)である。光源素子111(r),111(g),111(b)は、互いに異なる波長λR,λG,λB(例えば、λR=650nm,λG=515nm,λB=450nm)のレーザ光(光束)を出力(射出)する。光源装置11は、画像に必要な色生成のため、波長の異なる光束を出力する複数の光源素子111(111(r),111(g),111(b))を有する。光源素子111を駆動させるための回路基板は、小型化や低コストを考え、各光源素子111(r),111(g),111(b)を光源装置11の同じ面に配置することで共通化される。なお、図9に示す光源素子111は、図2に示したLD1007に対応する構成である。   The three-color (R, G, B) light source elements 111 (r), 111 (g), 111 (b) are, for example, LDs (laser diodes) each having a single or a plurality of light emitting points. The light source elements 111 (r), 111 (g), 111 (b) output laser beams (light beams) having different wavelengths λR, λG, λB (for example, λR = 650 nm, λG = 515 nm, λB = 450 nm) ( Eject). The light source device 11 includes a plurality of light source elements 111 (111 (r), 111 (g), 111 (b)) that output light beams having different wavelengths in order to generate colors necessary for an image. The circuit board for driving the light source element 111 is common in that each light source element 111 (r), 111 (g), 111 (b) is arranged on the same surface of the light source device 11 in consideration of downsizing and low cost. It becomes. The light source element 111 shown in FIG. 9 has a configuration corresponding to the LD 1007 shown in FIG.

出力された各光束は、それぞれ対応するカップリングレンズ112(r),112(g),112(b)によりカップリングされる。光源素子111から出力されるレーザ光(光束)は、拡散光であるため、対応するカップリングレンズ112によって集光されて平行光となる。半導体レーザは、指向性が高い一方で出射端において拡がりを有するため、次第に減衰してしまう。光源装置11は、放射された光束の損失を小さくするため、カップリングレンズ112を用いて放射された光束を平行光にする。   Each output light beam is coupled by the corresponding coupling lens 112 (r), 112 (g), 112 (b). Since the laser light (light beam) output from the light source element 111 is diffused light, it is condensed by the corresponding coupling lens 112 to become parallel light. Since the semiconductor laser has high directivity but has a spread at the emission end, it gradually attenuates. The light source device 11 converts the emitted light beam into parallel light using the coupling lens 112 in order to reduce the loss of the emitted light beam.

カップリングされた各光束は、それぞれ対応するアパーチャ113(r),113(g),113(b)により整形される。アパーチャ113は、光束の発散角等の所定の条件に応じた形状(例えば円形、楕円形、長方形、正方形等)を有する。アパーチャ113により整形された光束は、ミラー114と、2つの合成素子115,116とを用いて合成される。   Each coupled light beam is shaped by the corresponding aperture 113 (r), 113 (g), 113 (b). The aperture 113 has a shape (for example, a circle, an ellipse, a rectangle, a square, or the like) according to a predetermined condition such as a light beam divergence angle. The light beam shaped by the aperture 113 is combined using the mirror 114 and the two combining elements 115 and 116.

ミラー114は、光源素子111(b)から出力された光束を偏向して、光分岐素子117へ導光する。光合成素子115は、ミラー114により導光された光束と、光源素子111(g)から出力された光束とを合成する。光合成素子116は、光合成素子115によって合成された光束と、光源素子111(r)から出力された光束とをさらに合成する。光合成素子115,116は、プレート状またはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて光束を反射または透過し、一つの光束に合成する。光源素子111(r),111(g),111(b)から出力された光束は、光合成素子115および光合成素子116によって合成され、同一の光路をたどるようになる。   The mirror 114 deflects the light beam output from the light source element 111 (b) and guides it to the light branching element 117. The light combining element 115 combines the light beam guided by the mirror 114 and the light beam output from the light source element 111 (g). The light combining element 116 further combines the light beam combined by the light combining element 115 and the light beam output from the light source element 111 (r). The light synthesizing elements 115 and 116 are plate-shaped or prism-shaped dichroic mirrors, and reflect or transmit a light beam according to a wavelength, and synthesize it into one light beam. The light beams output from the light source elements 111 (r), 111 (g), and 111 (b) are combined by the light combining element 115 and the light combining element 116, and follow the same optical path.

光分岐素子117に入射した入射光の一部は、光分岐素子117を透過し、他の一部すなわち残部の少なくとも一部は、光分岐素子117で反射される。すなわち、光合成素子116によって合成された光束は、光分岐素子117によって透過光と反射光に分岐される。なお、光分岐素子117は、光合成素子116と光偏向装置13との間の光路上に配置されていればよい。   A part of the incident light incident on the light branching element 117 is transmitted through the light branching element 117, and the other part, that is, at least a part of the remaining part is reflected by the light branching element 117. That is, the light beam combined by the light combining element 116 is branched into transmitted light and reflected light by the light branching element 117. The light branching element 117 may be disposed on the optical path between the light combining element 116 and the light deflecting device 13.

透過光は、光偏向装置13に照射され、スクリーン15上での画像描画および虚像表示に用いられる。すなわち、透過光は、画像光として用いられる。一方で、反射光は、光検出器119に照射され、虚像の色や輝度を調整するためのモニタ光として用いられる。   The transmitted light is applied to the light deflecting device 13 and used for image drawing and virtual image display on the screen 15. That is, the transmitted light is used as image light. On the other hand, the reflected light is applied to the photodetector 119 and used as monitor light for adjusting the color and brightness of the virtual image.

光検出器119は、光分岐素子117によって分岐されたモニタ光の光量を検出する。光検出器119は、光源装置11の小型化のため、複数の光源素子111から出力されたレーザ光(光束)を一つの素子で検出することが好ましい。   The photodetector 119 detects the amount of monitor light branched by the light branching element 117. In order to reduce the size of the light source device 11, the photodetector 119 preferably detects laser light (light flux) output from the plurality of light source elements 111 with one element.

波長の異なる複数のレーザ光源を用いた光源装置11において、表示させる虚像の色の表現は、液晶ディスプレイと同様に、白色を実現するホワイトバランスが基準となるので、ホワイトバランス(光量比)を適切に設定する必要がある。各光源素子111によって出力されるレーザ光(光束)の光量は、温度変化等の環境変動によって変動するため、ホワイトバランスを実現するための光量も変化してしまう。そこで、光源装置11は、各光源素子111から出力されるレーザ光(光束)の光量変動を光検出器119で検出し、光源素子111によって出力されるレーザ光(光束)の光量制御(APC)を行う。光源装置11は、合成素子116で合成されたレーザ光の一部を光分岐素子117によって光検出器119へ分岐させる。なお、光源装置11は、光分岐素子117における分岐面をレーザ光(光束)の入射面とし、光分岐素子117によって反射されたレーザ光を光検出器119へ導光し、光分岐素子117を透過したレーザ光を光偏向装置13へ導光するように、光分岐素子117が配置されている。   In the light source device 11 using a plurality of laser light sources having different wavelengths, the expression of the color of the virtual image to be displayed is based on the white balance that realizes white as in the case of the liquid crystal display. Must be set to Since the amount of laser light (light flux) output from each light source element 111 varies due to environmental fluctuations such as temperature changes, the amount of light for realizing white balance also changes. Therefore, the light source device 11 detects the light amount fluctuation of the laser light (light beam) output from each light source element 111 by the photodetector 119 and controls the light amount of the laser light (light beam) output from the light source element 111 (APC). I do. The light source device 11 branches a part of the laser light combined by the combining element 116 to the photodetector 119 by the light branching element 117. The light source device 11 uses the branching surface of the light branching element 117 as the incident surface of the laser beam (light beam), guides the laser light reflected by the light branching element 117 to the photodetector 119, and causes the light branching element 117 to be used. An optical branching element 117 is arranged so as to guide the transmitted laser light to the optical deflecting device 13.

ここで、図10を用いて、光源装置11によって行われる光量制御のタイミングについて説明する。図10は、実施形態に係る光源装置から射出されたレーザ光のスクリーン上における走査領域の一例を示す図である。   Here, the timing of the light amount control performed by the light source device 11 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a scanning area on the screen of the laser light emitted from the light source device according to the embodiment.

表示装置10は、光源装置11から射出されたレーザ光を、光偏向装置13によって偏向させ、スクリーン15上に二次元走査する。光量制御(APC)において、光源装置11は、光検出器119によって検出されたモニタ光を用いて、光源素子111が所望の光量を出力するための電流デジタル値を決定するために、光源素子111を所定の期間点灯させる必要がある。また、光源装置11は、光量制御(APC)の精度向上のために、複数の光量で光源素子111を点灯させる必要がある。そこで、図10に示すように、スクリーン15上の走査領域230は、画像光によって画像を形成するための画像形成領域220とは異なる位置に、光量制御領域(非画像領域)210を有する。なお、画像形成領域220は、図8に示したような画像領域61と同様である。光源装置11は、光偏向装置13によって画像光を光量制御領域210に走査させるタイミングで、各光源素子111から出力されるレーザ光の光量制御(APC)を行う。   The display device 10 deflects the laser light emitted from the light source device 11 by the light deflection device 13 and scans the screen 15 two-dimensionally. In the light amount control (APC), the light source device 11 uses the monitor light detected by the photodetector 119 to determine a digital current value for the light source element 111 to output a desired light amount. Need to be lit for a predetermined period. Further, the light source device 11 needs to light the light source element 111 with a plurality of light amounts in order to improve the accuracy of light amount control (APC). Therefore, as shown in FIG. 10, the scanning region 230 on the screen 15 has a light amount control region (non-image region) 210 at a position different from the image forming region 220 for forming an image with image light. The image forming area 220 is the same as the image area 61 as shown in FIG. The light source device 11 performs light amount control (APC) of the laser light output from each light source element 111 at a timing when the light deflection device 13 scans the light amount control region 210 with the image light.

観察者3に視認させる画像を形成する画像形成領域220で光量制御を行った場合、光量の変化に応じて、形成される画像に色ムラが生じてしまう。そのため、表示装置10は、図10に示すように、光量制御用のレーザ光を点灯させる光量制御領域210と画像形成領域220とを分離し、光量制御用のレーザ光を、画像形成領域220から遮光することによって、画像形成領域220に形成される画像の色ムラの発生を抑制することができる。   When the light amount control is performed in the image forming region 220 that forms an image to be visually recognized by the observer 3, color unevenness occurs in the formed image according to the change in the light amount. Therefore, as shown in FIG. 10, the display device 10 separates the light amount control region 210 for turning on the light amount control laser light and the image forming region 220, and transmits the light amount control laser light from the image forming region 220. By shielding the light, it is possible to suppress the occurrence of color unevenness in the image formed in the image forming region 220.

図11は、実施形態に係る光源装置の構成の一例を概略的に示した図である。光源装置11は、図9に示した構成に加えて、制御回路300を含む。制御回路300は、バスライン307を介して、光源素子111および光検出器119に接続されている。制御回路300は、光源装置11の内部に実装された回路基板またはICチップ等である。制御回路300は、光検出器119からの出力に基づいて、光源素子111から出力されるレーザ光の光量を制御する。   FIG. 11 is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of the light source device according to the embodiment. The light source device 11 includes a control circuit 300 in addition to the configuration shown in FIG. The control circuit 300 is connected to the light source element 111 and the photodetector 119 via the bus line 307. The control circuit 300 is a circuit board or an IC chip mounted inside the light source device 11. The control circuit 300 controls the amount of laser light output from the light source element 111 based on the output from the photodetector 119.

制御回路300は、FPGA301、CPU302、ROM303、RAM304、I/F305、ドライバ306およびバスライン307を含む。FPGA301は、光源装置11の設計者による設定変更が可能な集積回路である。ドライバ306は、FPGA301からの制御信号に応じて、光源素子111の駆動信号を生成する。CPU302は、光源装置11全体を制御するための処理を行う集積回路である。ROM303は、CPU302を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。光源装置11は、例えば、本発明に係るプログラムをCPU302またはFPGA301が実行することによって、本発明に係る光量制御方法を実現する。なお、本発明に係る光量制御方法は、本発明に係るプログラムを図2に示したCPU1002またはFPGA1001が実行することによって実現される構成であってもよい。RAM304は、CPU302のワークエリアとして機能する記憶装置である。I/F305は、光検出器119と通信するためのインターフェースである。   The control circuit 300 includes an FPGA 301, a CPU 302, a ROM 303, a RAM 304, an I / F 305, a driver 306, and a bus line 307. The FPGA 301 is an integrated circuit that can be changed by the designer of the light source device 11. The driver 306 generates a drive signal for the light source element 111 in accordance with a control signal from the FPGA 301. The CPU 302 is an integrated circuit that performs processing for controlling the entire light source device 11. The ROM 303 is a storage device that stores a program for controlling the CPU 302. For example, the light source device 11 realizes the light amount control method according to the present invention by the CPU 302 or the FPGA 301 executing the program according to the present invention. Note that the light amount control method according to the present invention may be realized by the CPU 1002 or the FPGA 1001 illustrated in FIG. 2 executing the program according to the present invention. The RAM 304 is a storage device that functions as a work area for the CPU 302. The I / F 305 is an interface for communicating with the photodetector 119.

続いて、図12を用いて、実施形態に係る光源装置11が有する制御回路300によって実現される機能を説明する。図12は、実施形態に係る制御回路の機能構成の一例を示す図である。図12に示す制御回路300によって実現される機能は、検出部310、光量算出部330、電流決定部350、駆動制御部370、記憶・読出制御部390および記憶部3000を含む。検出部310、光量算出部330、電流決定部350、駆動制御部370、記憶・読出制御部390および記憶部3000は、例えば、図11に示したFPGA301、ドライバ306およびCPU302の処理によって実現される。なお、検出部310、光量算出部330、電流決定部350、駆動制御部370、記憶・読出制御部390および記憶部3000の機能は、表示装置10に設けられた専用IC(例えば、図2に示したコントローラ17)によって実現されてもよい。   Next, functions realized by the control circuit 300 included in the light source device 11 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the control circuit according to the embodiment. 12 includes a detection unit 310, a light amount calculation unit 330, a current determination unit 350, a drive control unit 370, a storage / reading control unit 390, and a storage unit 3000. The detection unit 310, the light amount calculation unit 330, the current determination unit 350, the drive control unit 370, the storage / reading control unit 390, and the storage unit 3000 are realized by the processing of the FPGA 301, the driver 306, and the CPU 302 illustrated in FIG. . Note that the functions of the detection unit 310, the light amount calculation unit 330, the current determination unit 350, the drive control unit 370, the storage / reading control unit 390, and the storage unit 3000 are the functions of a dedicated IC (for example, as shown in FIG. 2). It may be realized by the controller 17) shown.

検出部310は、光源装置11による各光源素子111から出力されるレーザ光の光量制御(APC)を行うタイミングを検出する機能である。検出部310は、例えば、光偏向装置13からの同期信号によって、図10に示した光量制御領域210に対する走査期間であることを検出する。また、検出部310は、光偏向装置13による走査周期を予め記憶し、光量制御領域210の走査周期であることを検出してもよい。検出部310は、主に、図11に示したFPGA301、CPU302およびI/F305の処理によって実現される。   The detection unit 310 has a function of detecting timing for performing light amount control (APC) of laser light output from each light source element 111 by the light source device 11. For example, the detection unit 310 detects a scanning period for the light amount control region 210 illustrated in FIG. 10 based on a synchronization signal from the light deflecting device 13. In addition, the detection unit 310 may store in advance the scanning cycle of the light deflecting device 13 and detect that it is the scanning cycle of the light amount control region 210. The detection unit 310 is mainly realized by the processing of the FPGA 301, the CPU 302, and the I / F 305 illustrated in FIG.

光量算出部330は、光検出器119によって検出されたレーザ光(光束)の平均光量を算出する機能である。光量算出部330は、例えば、光検出器119から出力される検出信号に基づいて、光源素子111から出力されたレーザ光の平均光量を算出する。光量算出部330は、光源素子111ごとにそれぞれから出力されるレーザ光の平均光量を算出する。光量算出部330は、主に、図11に示したFPGA301、CPU302およびI/F305の処理によって実現される。   The light quantity calculation unit 330 is a function that calculates the average light quantity of the laser light (light beam) detected by the photodetector 119. For example, the light amount calculation unit 330 calculates the average light amount of the laser light output from the light source element 111 based on the detection signal output from the photodetector 119. The light amount calculation unit 330 calculates the average light amount of laser light output from each of the light source elements 111. The light quantity calculation unit 330 is mainly realized by the processing of the FPGA 301, the CPU 302, and the I / F 305 illustrated in FIG.

電流決定部350は、光量制御(APC)によって、光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値、並びに光源素子111から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する機能である。電流決定部350は、主に、図11に示したFPGA301およびCPU302の処理によって実現される。電流決定部350は、電流決定手段の一例である。   The current determining unit 350 has a function of determining an offset value and a gain value for setting a light amount control range and a current digital value for outputting a laser beam having a predetermined light amount from the light source element 111 by light amount control (APC). It is. The current determination unit 350 is realized mainly by the processing of the FPGA 301 and the CPU 302 shown in FIG. The current determination unit 350 is an example of a current determination unit.

駆動制御部370は、電流決定部350によって決定されたパラメータに基づいて、光源素子111の駆動を制御する機能である。駆動制御部370は、主に、図11に示したFPGA301およびCPU302の処理によって実現される。駆動制御部370は、駆動制御手段の一例である。駆動制御部370は、変換部371、オフセット制御部372およびゲイン制御部373を含む。   The drive control unit 370 has a function of controlling the driving of the light source element 111 based on the parameter determined by the current determination unit 350. The drive control unit 370 is mainly realized by the processing of the FPGA 301 and the CPU 302 shown in FIG. The drive control unit 370 is an example of a drive control unit. The drive control unit 370 includes a conversion unit 371, an offset control unit 372, and a gain control unit 373.

変換部371は、電流決定部350によって決定された電流デジタル値を、光源素子111を駆動させるためのアナログ電流値に変換する機能である。変換部371によって変換されたアナログ電流値は、光源素子111から出力されるレーザ光の出力電流値の一例である。   The conversion unit 371 has a function of converting the current digital value determined by the current determination unit 350 into an analog current value for driving the light source element 111. The analog current value converted by the conversion unit 371 is an example of the output current value of the laser beam output from the light source element 111.

オフセット制御部372は、電流決定部350によって設定されたオフセット値に基づいて、光源素子111の電流値をオフセットする機能である。   The offset control unit 372 has a function of offsetting the current value of the light source element 111 based on the offset value set by the current determination unit 350.

ゲイン制御部373は、電流決定部350によって設定されたゲイン値に基づいて、光源素子111の電流値を増幅させる機能である。   The gain control unit 373 has a function of amplifying the current value of the light source element 111 based on the gain value set by the current determination unit 350.

記憶・読出制御部390は、記憶部3000に各種データを記憶させ、または記憶部3000から各種データを読み出す機能である。記憶・読出制御部390は、主に、図11に示したFPGA301、CPU302の処理によって実現される。記憶部3000は、主に、図11に示したFPGA301、CPU302およびROM303によって実現される。   The storage / reading control unit 390 has a function of storing various data in the storage unit 3000 or reading various data from the storage unit 3000. The storage / reading control unit 390 is realized mainly by the processing of the FPGA 301 and the CPU 302 shown in FIG. The storage unit 3000 is mainly realized by the FPGA 301, the CPU 302, and the ROM 303 illustrated in FIG.

●光量制御
続いて、図13乃至図17を用いて、光源装置11による光量制御について説明する。
Light quantity control Next, the light quantity control by the light source device 11 will be described with reference to FIGS. 13 to 17.

図13は、光源素子からの出力光量とアナログ電流値の特性を示す図である。図13は、絶対最大定格が50mWである光源素子の出力光量の電流値特性(IL特性)の一例を示す。図13に示すように、光源素子111の出力光量は、発振閾値電流(100mA)の前後で特性が異なり、発振閾値より小さい電流値ではほとんど発光せず、発振閾値より大きい電流値では線形性が高い。光源装置11は、光源素子111の出力光量の制御を、図12に示したような駆動制御部370を用いて行われる。また、光源装置11は、アナログ値(以下、アナログ電流値と称する。)ではなくデジタル値(以下、電流デジタル値と称する)を、駆動制御部370に設定する。駆動制御部370は、例えば、電流値を10bitで処理し、アナログ電流値0mAを0digit、アナログ電流値300mAを1023digitに対応させた場合、図14(a)に示すようなIL特性が得られる。光源装置11は、図10に示したような光量制御領域210において、複数の光量で光源素子111を発光させ、光検出器119による出力を得ることで、画像描画および虚像表示に必要な光量(出力値)となる電流デジタル値を探索する。   FIG. 13 is a diagram showing the characteristics of the amount of light output from the light source element and the analog current value. FIG. 13 shows an example of the current value characteristic (IL characteristic) of the output light quantity of the light source element whose absolute maximum rating is 50 mW. As shown in FIG. 13, the output light quantity of the light source element 111 has different characteristics before and after the oscillation threshold current (100 mA), hardly emits light at a current value smaller than the oscillation threshold value, and has linearity at a current value larger than the oscillation threshold value. high. The light source device 11 controls the amount of light output from the light source element 111 by using a drive control unit 370 as shown in FIG. The light source device 11 sets a digital value (hereinafter referred to as a current digital value) in the drive control unit 370 instead of an analog value (hereinafter referred to as an analog current value). For example, when the drive control unit 370 processes the current value with 10 bits, the analog current value 0 mA corresponds to 0 digit, and the analog current value 300 mA corresponds to 1023 digit, an IL characteristic as shown in FIG. 14A is obtained. The light source device 11 causes the light source element 111 to emit light with a plurality of light amounts in the light amount control region 210 as illustrated in FIG. 10 and obtains an output from the photodetector 119, thereby obtaining a light amount necessary for image drawing and virtual image display ( The current digital value that is the output value) is searched.

光検出器119へは光源素子111から出力されたレーザ光の一部が到達する。光検出器119へ入射したレーザ光は、図14(b)に示すようなデジタル値で処理される。そこで、光源装置11は、予め調整工程等で光検出器119の出力と光源光量との関係を取得しておくことで、図14(b)に示すような光検出器119の出力値を、図14(a)に示すような光源光量に変換することができる。光量算出部330は、光検出器119の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器119からの出力された出力値から、光源素子111から出力されたレーザ光の光量を算出する。なお、光検出器119の出力と光源光量の関係(近似式)は、予め記憶部3000に記憶されている。   Part of the laser light output from the light source element 111 reaches the photodetector 119. The laser beam incident on the photodetector 119 is processed with a digital value as shown in FIG. Therefore, the light source device 11 acquires the output value of the light detector 119 as shown in FIG. It can convert into the light source light quantity as shown to Fig.14 (a). The light amount calculation unit 330 calculates the light amount of the laser light output from the light source element 111 from the output value output from the light detector 119 based on the relationship between the output of the light detector 119 and the light source light amount. Note that the relationship (approximate expression) between the output of the photodetector 119 and the light amount of the light source is stored in the storage unit 3000 in advance.

電流デジタル値1digitあたりの分解能は、約0.3mA/digitであり、発振閾値電流以上の光量は、0.07mW/digitとなる。環境照度が低い場合、HUDのような車載装置である表示装置10が必要な光源素子111からの出力光量の上限は、例えば、10mWである。この場合、発振閾値電流に対応するデジタル電流値(340digit)から出力光量の上限値(10mW)に対応するデジタル電流値(480digit)までの範囲が有効な電流デジタル値(以下、有効電流デジタル値と称する。)となる。この有効電流デジタル値の範囲が、光量制御が行うことが可能な範囲(以下、光量制御範囲と称する。)である。   The resolution per 1 digit of the current digital value is about 0.3 mA / digit, and the amount of light above the oscillation threshold current is 0.07 mW / digit. When the ambient illuminance is low, the upper limit of the amount of light output from the light source element 111 required by the display device 10 that is an in-vehicle device such as HUD is, for example, 10 mW. In this case, an effective current digital value (hereinafter referred to as an effective current digital value) ranges from a digital current value (340 digit) corresponding to the oscillation threshold current to a digital current value (480 digit) corresponding to the upper limit value (10 mW) of the output light amount. Will be called). The range of the effective current digital value is a range in which the light amount control can be performed (hereinafter referred to as a light amount control range).

ここで、一般的に画像の階調は、256段階で表される。一方で、光量制御範囲は、140digit(340digit〜480digit)であるため、滑らかな階調表現を行うことが困難である。また、光源素子が出力可能な最大電流値(最大アナログ電流値)は、画像描画に必要な電流値に対して余裕を持たせるため、300mA以上に設計される。電流デジタル値に対応するアナログ電流値を大きくした場合、デジタル値1digit当たりの制御電流値の範囲が大きくなるので、光量制御の分解能は低くなる。したがって、1023digitに対応するアナログ電流値が高くなり、光量制御範囲は、140digit以下となるため、光量制御の分解能は、さらに低くなってしまう。   Here, generally, the gradation of an image is expressed in 256 levels. On the other hand, since the light quantity control range is 140 digits (340 to 480 digits), it is difficult to perform smooth gradation expression. Further, the maximum current value (maximum analog current value) that can be output by the light source element is designed to be 300 mA or more in order to provide a margin for the current value necessary for image drawing. When the analog current value corresponding to the current digital value is increased, the range of the control current value per 1 digit of the digital value is increased, so that the resolution of the light amount control is decreased. Accordingly, the analog current value corresponding to 1023 digits becomes high and the light quantity control range becomes 140 digits or less, so that the resolution of the light quantity control is further reduced.

そこで、光量制御の分解能を高める方法として、光源素子111を駆動させるためのゲイン値およびオフセット値を最適値に設定する方法がある。ここで、アナログ電流値、電流デジタル値、ゲイン値およびオフセット値の関係は、以下の式1のように表される。式1に示されるように、光源装置11は、光源素子111を駆動させるために設定されるオフセット値およびゲイン値を制御することで、同じ電流デジタル値が入力されても、光源素子111から出力するレーザ光のアナログ電流値(出力電流値)を変更することができる。   Therefore, as a method for increasing the resolution of the light amount control, there is a method for setting the gain value and the offset value for driving the light source element 111 to optimum values. Here, the relationship between the analog current value, the current digital value, the gain value, and the offset value is expressed as the following Expression 1. As shown in Expression 1, the light source device 11 outputs an output from the light source element 111 even if the same current digital value is input by controlling an offset value and a gain value set to drive the light source element 111. The analog current value (output current value) of the laser beam to be changed can be changed.

アナログ電流値=電流デジタル値 × ゲイン値 + オフセット値 ・・・(式1)   Analog current value = current digital value × gain value + offset value (Equation 1)

また、式1に示されるように、光源装置11は、ゲイン値を制御することで、電流デジタル値に対応する出力電流値(アナログ電流値)をg倍させることができる。図15は、ゲイン値の制御によるIL特性の変動の一例を示す図である。図15は、例えば、10mWの光量を出力可能な電流値を、1023digitの電流デジタル値に対応させた場合の例である。図15に示すIL特性は、図14(a)に示したようなIL特性のゲイン値を、約2倍にしたものである。図15に示すように、発振閾値の光量に対応する電流デジタル値を730digit、10mWの光量に対応する電流デジタル値を1023digitに設定させたので、光量制御範囲は、約300digitとなる。このように、光源装置11は、ゲイン値を制御することによって、光量制御の分解能を向上させることができる。   Further, as shown in Expression 1, the light source device 11 can multiply the output current value (analog current value) corresponding to the current digital value by g by controlling the gain value. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of variation in IL characteristics due to gain value control. FIG. 15 shows an example in which a current value capable of outputting a light amount of 10 mW is associated with a current digital value of 1023 digits. The IL characteristic shown in FIG. 15 is obtained by doubling the gain value of the IL characteristic as shown in FIG. As shown in FIG. 15, since the current digital value corresponding to the light amount of the oscillation threshold is set to 730 digits and the current digital value corresponding to the light amount of 10 mW is set to 1023 digits, the light amount control range is about 300 digits. Thus, the light source device 11 can improve the resolution of the light amount control by controlling the gain value.

また、式1に示されるように、光源装置11は、オフセット値を制御することで、電流デジタル値に対する出力電流値(アナログ電流値)を一定量増加させることができる。図16は、オフセット値の制御によるIL特性の変動の一例を示す図である。図16は、例えば、画像描画および虚像表示に必要な最小光量が1mWである場合、1mWの光量を出力するための電流値をオフセットした場合の例である。図16に示すIL特性は、図14(a)に示したようなIL特性を、電流デジタル値が低い方向へシフトさせたものである。光源素子111から出力されるレーザ光は、発振閾値以上の電流値で光量が安定するため、光量制御(電流値制御)には発振閾値以上の光量を用い、発振閾値以下の光量制御(電流値制御)は、不要である。そのため、図16に示すように、光源装置11は、最小光量(1mW)を出力するための電流デジタル値が0に近づくように、デジタル電流値をオフセットする。   Further, as shown in Expression 1, the light source device 11 can increase the output current value (analog current value) with respect to the current digital value by a certain amount by controlling the offset value. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of variation in IL characteristics due to offset value control. FIG. 16 shows an example in which the current value for outputting the light amount of 1 mW is offset when the minimum light amount necessary for image drawing and virtual image display is 1 mW. The IL characteristic shown in FIG. 16 is obtained by shifting the IL characteristic as shown in FIG. 14A in a direction in which the current digital value is low. Since the light amount of the laser light output from the light source element 111 is stabilized at a current value equal to or greater than the oscillation threshold value, the light amount control (current value control) uses a light amount equal to or greater than the oscillation threshold value, and the light amount control (current value) equal to or less than the oscillation threshold value Control) is not required. Therefore, as illustrated in FIG. 16, the light source device 11 offsets the digital current value so that the current digital value for outputting the minimum light amount (1 mW) approaches zero.

このように、ゲイン値およびオフセット値の最適値を組み合わせることで、光源装置11は、図17に示すような理想的なIL特性を取得することができる。ここで、光量制御の分解能は、10bitの最大値1023digitに対応する電流値を、最大光量を出力する電流値(Imax_n)とし、0digitに対応する電流値を、最小光量を出力する電流値(Imax_0)とした場合が最も高い。光量制御の分解能が高ければ、光量制御の精度も高くなるので、光源装置11は、ホワイトバランスを適切に設定することができる。図17に示すようなIL特性の場合、0digit〜1023digitの範囲が光量制御範囲となるので、光量制御の分解能が向上することで制御精度が向上する。光源装置11は、ゲイン値およびオフセット値の制御を、画像描画および虚像表示に必要な光量に対する電流デジタル値の探索の前に行うことで、光量制御の分解能を高めることができる。   As described above, by combining the optimum values of the gain value and the offset value, the light source device 11 can acquire an ideal IL characteristic as shown in FIG. Here, the resolution of the light amount control is such that the current value corresponding to the 10-bit maximum value 1023 digit is the current value (Imax_n) that outputs the maximum light amount, and the current value corresponding to 0 digit is the current value (Imax_0) that outputs the minimum light amount. ) Is the highest. If the resolution of the light quantity control is high, the accuracy of the light quantity control is also high, so that the light source device 11 can set the white balance appropriately. In the case of the IL characteristic as shown in FIG. 17, the range of 0 digit to 1023 digit is the light amount control range, so that the control accuracy is improved by improving the light amount control resolution. The light source device 11 can increase the resolution of the light amount control by controlling the gain value and the offset value before searching for the current digital value for the light amount necessary for image drawing and virtual image display.

本実施形態は、光源装置11が、温度変化等の環境変動に合わせて光源素子111の出力光量のダイナミックレンジをカバーするように、オフセット値およびゲイン値を最適値に設定することで、光量制御に用いる光量制御範囲を最適化して光量制御に掛かる試行回数を低減させることを目的とする。   In the present embodiment, the light source device 11 sets the offset value and the gain value to optimum values so as to cover the dynamic range of the output light amount of the light source element 111 in accordance with environmental changes such as temperature changes, thereby controlling the light amount. It is an object of the present invention to reduce the number of trials required for light amount control by optimizing the light amount control range used for the above.

●光量制御範囲の設定
次に、図18乃至21を用いて、本実施形態における光量制御範囲の設定方法について説明する。HUDのような表示装置10は、様々な環境照度に対して適切な輝度で画像表示するために光源素子111の出力光量を変更したり、温度変動等で光源のIL特性が変化したりするため、適切なゲイン値およびオフセット値を決定し、光量制御範囲を設定しなければならない。ここで、ばらつきや経年劣化等を含めると、あらかじめ最適値をテーブルとして保持するよりもその都度適正値を探索する方が精度は高い。しかしながら、ゲイン値およびオフセット値の探索に時間がかかり処理が遅れた場合、光量制御の分解能が悪くなり、画像のコントラストや色が表現できなくなる。したがって、光源装置11は、素早く探索を行って、適正な光量制御範囲を設定する必要がある。
Setting of light quantity control range Next, a method of setting the light quantity control range in the present embodiment will be described with reference to FIGS. A display device 10 such as a HUD changes an output light amount of the light source element 111 in order to display an image with appropriate luminance with respect to various environmental illuminances, or changes an IL characteristic of the light source due to a temperature variation or the like. Appropriate gain and offset values must be determined and the light intensity control range set. Here, when variation, aging degradation, and the like are included, it is more accurate to search for an appropriate value each time than to hold an optimum value as a table in advance. However, when the search for the gain value and the offset value takes time and processing is delayed, the resolution of the light amount control is deteriorated, and the contrast and color of the image cannot be expressed. Therefore, the light source device 11 needs to perform a quick search and set an appropriate light amount control range.

図18は、実施形態に係る光源装置において、光量制御方法の一例を示すフローチャートである。ステップS101において、光源装置11の検出部310は、光量制御(APC)のタイミングであることを検出した場合、処理をステップS102へ移行させる。具体的には、検出部310は、光偏向装置13からの同期信号によって、図10に示した光量制御領域210に対する走査期間であることを検出した場合、光量制御タイミングであることを検出する。また、検出部310は、光偏向装置13による走査周期を予め記憶し、光量制御領域210の走査周期であることを検出した場合、光量制御タイミングであることを検出してもよい。一方で、光源装置11は、検出部310によって光量制御タイミングであることが検出されるまでステップS101の処理を繰り返す。   FIG. 18 is a flowchart illustrating an example of a light amount control method in the light source device according to the embodiment. In step S101, when the detection unit 310 of the light source device 11 detects the timing of light amount control (APC), the process proceeds to step S102. Specifically, when the detection unit 310 detects the scanning period for the light amount control region 210 shown in FIG. 10 based on the synchronization signal from the light deflecting device 13, the detection unit 310 detects the light amount control timing. In addition, the detection unit 310 may store the scanning cycle of the light deflecting device 13 in advance and detect that it is the light amount control timing when it is detected that it is the scanning cycle of the light amount control region 210. On the other hand, the light source device 11 repeats the process of step S101 until the detection unit 310 detects that the light amount control timing is reached.

ステップS102において、光源装置11の電流決定部350は、検出部310によって光量制御のタイミングであることが検出された場合、光量制御範囲の探索処理を実行する。   In step S <b> 102, the current determination unit 350 of the light source device 11 performs a light amount control range search process when the detection unit 310 detects the light amount control timing.

ここで、電流決定部350における光量制御範囲の探索処理の詳細を説明する。図19は、電流決定部における探索処理の一例を示すフローチャートである。上記式1に示すように、ゲイン値は、電流デジタル値に寄与し、オフセット値は、電流デジタル値とは独立していることがわかる。したがって、ゲイン値は、一つのIL特性から適正値が求められ、オフセット値は、二つのIL特性の差分から適正値が求められる。適正値の探索は、例えば、光量決定用の非画像領域210において、異なるゲイン値およびオフセット値のIL特性を取得し、それぞれの最小光量および最大光量の電流デジタル値とその傾きを算出することによって行われる。   Here, the details of the light amount control range search process in the current determination unit 350 will be described. FIG. 19 is a flowchart illustrating an example of search processing in the current determination unit. As shown in Equation 1, it can be seen that the gain value contributes to the current digital value, and the offset value is independent of the current digital value. Therefore, an appropriate value is obtained for the gain value from one IL characteristic, and an appropriate value is obtained for the offset value from the difference between the two IL characteristics. The search for the appropriate value is performed, for example, by acquiring IL characteristics of different gain values and offset values in the non-image region 210 for determining the light amount, and calculating the current digital values of the minimum light amount and the maximum light amount and their inclinations. Done.

まず、ステップS201において、電流決定部350は、第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1を設定する、そして、ステップS202において、電流決定部350は、設定した第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1を用いて、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値I1で光源素子111を発光させる。具体的には、電流決定部350は、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値I1を決定する。駆動制御部370の変換部371は、電流デジタル値I1を、光源素子111を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。駆動制御部370のオフセット制御部372は、第1の探索用オフセット値α1に基づいて、光源素子111の電流値をオフセットする。駆動制御部370のゲイン制御部373は、探索用ゲイン値β1に基づいて、光源素子111の電流値を増幅させる。そして、駆動制御部370は、設定されたパラメータを用いて、光源素子111を発光させる。   First, in step S201, the current determination unit 350 sets the first search offset value α1 and the search gain value β1, and in step S202, the current determination unit 350 sets the first search offset value. Using the value α1 and the search gain value β1, the light source element 111 is caused to emit light with the current digital value I1 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold. Specifically, the current determination unit 350 determines the current digital value I1 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold. The conversion unit 371 of the drive control unit 370 converts the current digital value I1 into an analog current value for driving the light source element 111. The offset control unit 372 of the drive control unit 370 offsets the current value of the light source element 111 based on the first search offset value α1. The gain control unit 373 of the drive control unit 370 amplifies the current value of the light source element 111 based on the search gain value β1. Then, the drive control unit 370 causes the light source element 111 to emit light using the set parameters.

ステップS203において、電流決定部350は、光検出器119による出力光量を検出する。具体的には、光検出器119は、ステップS202の処理において発光された光源素子111のレーザ光を検出する。光量算出部330は、光検出器119によって検出されたモニタ光の平均光量を算出する。光量算出部330は、例えば、光検出器119の出力信号を検出し、記憶部300に記憶された光検出器119の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器119からの出力信号の出力値をモニタ光の光量に換算する。そして、電流決定部350は、光量算出部330によって算出された、光検出器119による出力光量を検出する。   In step S <b> 203, the current determination unit 350 detects the amount of light output by the photodetector 119. Specifically, the photodetector 119 detects the laser beam of the light source element 111 emitted in the process of step S202. The light amount calculation unit 330 calculates the average light amount of the monitor light detected by the photodetector 119. For example, the light amount calculation unit 330 detects the output signal of the light detector 119, and based on the relationship between the output of the light detector 119 stored in the storage unit 300 and the light source light amount, the output signal of the light detector 119 is output. The output value is converted into the amount of monitor light. Then, the current determination unit 350 detects the amount of light output by the light detector 119 calculated by the light amount calculation unit 330.

ステップS204において、電流決定部350は、ステップS201の処理によって設定された第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1を用いて、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値I1とは異なる電流デジタル値I2で光源素子111を発光させる。具体的には、電流決定部350は、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値I2を決定する。駆動制御部370の変換部371は、電流デジタル値I2を、光源素子111を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。駆動制御部370のオフセット制御部372は、第1の探索用オフセット値α1に基づいて、光源素子111の電流値をオフセットする。駆動制御部370のゲイン制御部373は、探索用ゲイン値β1に基づいて、光源素子111の電流値を増幅させる。そして、駆動制御部370は、設定されたパラメータを用いて、光源素子111を発光させる。   In step S204, the current determination unit 350 uses the first search offset value α1 and the search gain value β1 set by the process in step S201 to set the current digital value I1 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold. Causes the light source element 111 to emit light with a different current digital value I2. Specifically, the current determination unit 350 determines the current digital value I2 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold. The conversion unit 371 of the drive control unit 370 converts the current digital value I2 into an analog current value for driving the light source element 111. The offset control unit 372 of the drive control unit 370 offsets the current value of the light source element 111 based on the first search offset value α1. The gain control unit 373 of the drive control unit 370 amplifies the current value of the light source element 111 based on the search gain value β1. Then, the drive control unit 370 causes the light source element 111 to emit light using the set parameters.

ステップS205において、電流決定部350は、光検出器119による出力光量を検出する。具体的には、光検出器119は、ステップS204の処理において発光された光源素子111のレーザ光を検出する。光量算出部330は、光検出器119によって検出されたモニタ光の平均光量を算出する。光量算出部330は、例えば、光検出器119の出力信号を検出し、記憶部300に記憶された光検出器119の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器119からの出力信号の出力値をモニタ光の光量に換算する。そして、電流決定部350は、光量算出部330によって算出された、光検出器119による出力光量を検出する。   In step S <b> 205, the current determination unit 350 detects the amount of light output by the photodetector 119. Specifically, the photodetector 119 detects the laser light of the light source element 111 emitted in the process of step S204. The light amount calculation unit 330 calculates the average light amount of the monitor light detected by the photodetector 119. For example, the light amount calculation unit 330 detects the output signal of the light detector 119, and based on the relationship between the output of the light detector 119 stored in the storage unit 300 and the light source light amount, the output signal of the light detector 119 is output. The output value is converted into the amount of monitor light. Then, the current determination unit 350 detects the amount of light output by the light detector 119 calculated by the light amount calculation unit 330.

ステップS206において、電流決定部350は、最小光量に対応する電流デジタル値(Imin_1)、および最大光量に対応する電流デジタル値(Imax_1)を算出する。ここで、Imin_1は、第1の最小光量デジタル値の一例であり、Imax_1は、最大光量デジタル値の一例である。具体的には、まず、電流決定部350は、ステップS204の処理において検出された電流デジタル値I1における光量と、ステップS205の処理において検出された電流デジタル値I2における光量との間における光量の増加量(以下、第1の増加量と称する。)を算出する。画像描画および虚像表示における最大光量が40mWである場合、電流決定部350は、光検出器119の出力値を光源光量に換算し、図20に示すような回帰直線を求める。そして、電流決定部350は、最小光量の電流デジタル値Imin_1と、最大光量の電流デジタル値Imax_1を算出する。   In step S206, the current determination unit 350 calculates a current digital value (Imin_1) corresponding to the minimum light amount and a current digital value (Imax_1) corresponding to the maximum light amount. Here, Imin_1 is an example of a first minimum light quantity digital value, and Imax_1 is an example of a maximum light quantity digital value. Specifically, first, the current determination unit 350 increases the light amount between the light amount in the current digital value I1 detected in the process of step S204 and the light amount in the current digital value I2 detected in the process of step S205. An amount (hereinafter referred to as a first increase amount) is calculated. When the maximum light amount in image drawing and virtual image display is 40 mW, the current determination unit 350 converts the output value of the photodetector 119 into the light source light amount, and obtains a regression line as shown in FIG. Then, the current determination unit 350 calculates the current digital value Imin_1 with the minimum light amount and the current digital value Imax_1 with the maximum light amount.

さらに、ステップS207において、電流決定部350は、第2の探索用オフセット値α2と探索用ゲイン値β1を設定する。そして、ステップS208において、電流決定部350は、設定した第2の探索用オフセット値α2と探索用ゲイン値β1を用いて、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値I1で光源素子111を発光させる。具体的には、電流決定部350は、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値I1を決定する。駆動制御部370の変換部371は、電流デジタル値I1を、光源素子111を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。駆動制御部370のオフセット制御部372は、第2の探索用オフセット値α2に基づいて、光源素子111の電流値をオフセットする。駆動制御部370のゲイン制御部373は、探索用ゲイン値β1に基づいて、光源素子111の電流値を増幅させる。そして、駆動制御部370は、設定されたパラメータを用いて、光源素子111を発光させる。   Furthermore, in step S207, the current determination unit 350 sets a second search offset value α2 and a search gain value β1. In step S208, the current determination unit 350 uses the set second search offset value α2 and search gain value β1 to set the light source element 111 with the current digital value I1 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold. Make it emit light. Specifically, the current determination unit 350 determines the current digital value I1 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold. The conversion unit 371 of the drive control unit 370 converts the current digital value I1 into an analog current value for driving the light source element 111. The offset control unit 372 of the drive control unit 370 offsets the current value of the light source element 111 based on the second search offset value α2. The gain control unit 373 of the drive control unit 370 amplifies the current value of the light source element 111 based on the search gain value β1. Then, the drive control unit 370 causes the light source element 111 to emit light using the set parameters.

ステップS209において、電流決定部350は、光検出器119による出力光量を検出する。具体的には、光検出器119は、ステップS208の処理において発光された光源素子111のレーザ光を検出する。そして、電流決定部350は、光検出器119からの出力された出力光量を検出する。光量算出部330は、光検出器119によって検出されたモニタ光の平均光量を算出する。光量算出部330は、例えば、光検出器119の出力信号を検出し、記憶部300に記憶された光検出器119の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器119からの出力信号の出力値をモニタ光の光量に換算する。そして、電流決定部350は、光量算出部330によって算出された、光検出器119による出力光量を検出する。   In step S209, the current determining unit 350 detects the amount of light output by the photodetector 119. Specifically, the photodetector 119 detects the laser beam of the light source element 111 emitted in the process of step S208. Then, the current determination unit 350 detects the output light amount output from the photodetector 119. The light amount calculation unit 330 calculates the average light amount of the monitor light detected by the photodetector 119. For example, the light amount calculation unit 330 detects the output signal of the light detector 119, and based on the relationship between the output of the light detector 119 stored in the storage unit 300 and the light source light amount, the output signal of the light detector 119 is output. The output value is converted into the amount of monitor light. Then, the current determination unit 350 detects the amount of light output by the light detector 119 calculated by the light amount calculation unit 330.

ステップS210において、電流決定部350は、ステップS207の処理によって設定された第2の探索用オフセット値α2と探索用ゲイン値β1を用いて、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値I1とは異なる電流デジタル値I2で光源素子111を発光させる。具体的には、電流決定部350は、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値I2を決定する。駆動制御部370の変換部371は、電流デジタル値I2を、光源素子111を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。駆動制御部370のオフセット制御部372は、第2の探索用オフセット値α2に基づいて、光源素子111の電流値をオフセットする。駆動制御部370のゲイン制御部373は、探索用ゲイン値β1に基づいて、光源素子111の電流値を増幅させる。そして、駆動制御部370は、設定されたパラメータを用いて、光源素子111を発光させる。   In step S210, the current determination unit 350 uses the second search offset value α2 and the search gain value β1 set by the process in step S207 to set the current digital value I1 to a light amount that is equal to or greater than the oscillation threshold. Causes the light source element 111 to emit light with a different current digital value I2. Specifically, the current determination unit 350 determines the current digital value I2 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold. The conversion unit 371 of the drive control unit 370 converts the current digital value I2 into an analog current value for driving the light source element 111. The offset control unit 372 of the drive control unit 370 offsets the current value of the light source element 111 based on the second search offset value α2. The gain control unit 373 of the drive control unit 370 amplifies the current value of the light source element 111 based on the search gain value β1. Then, the drive control unit 370 causes the light source element 111 to emit light using the set parameters.

ステップS211において、電流決定部350は、光検出器119による出力光量を検出する。具体的には、光検出器119は、ステップS204の処理において発光された光源素子111のレーザ光を検出する。光量算出部330は、光検出器119によって検出されたモニタ光の平均光量を算出する。光量算出部330は、例えば、光検出器119の出力信号を検出し、記憶部300に記憶された光検出器119の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器119からの出力信号の出力値をモニタ光の光量に換算する。そして、電流決定部350は、光量算出部330によって算出された、光検出器119による出力光量を検出する。   In step S <b> 211, the current determination unit 350 detects the amount of light output by the photodetector 119. Specifically, the photodetector 119 detects the laser light of the light source element 111 emitted in the process of step S204. The light amount calculation unit 330 calculates the average light amount of the monitor light detected by the photodetector 119. For example, the light amount calculation unit 330 detects the output signal of the light detector 119, and based on the relationship between the output of the light detector 119 stored in the storage unit 300 and the light source light amount, the output signal of the light detector 119 is output. The output value is converted into the amount of monitor light. Then, the current determination unit 350 detects the amount of light output by the light detector 119 calculated by the light amount calculation unit 330.

ステップS212において、電流決定部350は、最小光量に対応する電流デジタル値Imin_2、および最大光量に対応する電流デジタル値Imax_2を算出する。ここで、Imin_2は、第2の最小光量デジタル値の一例である。具体的には、電流決定部350は、ステップS204の場合と同様に、図21に示すような回帰直線を求める。そして、電流決定部350は、最小光量の電流デジタル値Imin_2と、最大光量の電流デジタル値Imax_2を算出する。   In step S212, the current determination unit 350 calculates a current digital value Imin_2 corresponding to the minimum light amount and a current digital value Imax_2 corresponding to the maximum light amount. Here, Imin_2 is an example of the second minimum light quantity digital value. Specifically, the current determination unit 350 obtains a regression line as shown in FIG. 21 as in the case of step S204. Then, the current determination unit 350 calculates the current digital value Imin_2 with the minimum light amount and the current digital value Imax_2 with the maximum light amount.

ステップS213において、電流決定部350は、最小光量の電流デジタル値Imin_1,Imin_2と、最大光量の電流デジタル値Imax_1,Imax_2から、最小光量に対応する電流デジタル値(Imax_0)が0digitに近づき、最大光量に対応する電流デジタル値(Imax_n)がn(0〜n、ただし、nは自然数。)に近づくよう、電流決定部350は、最適なオフセット値、ゲイン値を算出する。具体的には、電流決定部350は、算出した最小光量の電流デジタル値Imin_1,Imin_2、および最大光量の電流デジタル値Imax_1、並びに第1の探索用オフセット値α1、第2の探索用オフセット値α2および探索用ゲイン値β1に基づいて、下記式2および式3によって、ゲイン値β2およびオフセット値α3を決定する。nは、例えば、1023digitである。   In step S213, the current determination unit 350 determines that the current digital value (Imax_0) corresponding to the minimum light amount approaches 0 digit from the current digital values Imin_1 and Imin_2 of the minimum light amount and the current digital values Imax_1 and Imax_2 of the maximum light amount, and the maximum light amount. The current determination unit 350 calculates the optimum offset value and gain value so that the current digital value (Imax_n) corresponding to 1 approaches n (0 to n, where n is a natural number). Specifically, the current determination unit 350 calculates the calculated current digital values Imin_1 and Imin_2 for the minimum light amount, the current digital value Imax_1 for the maximum light amount, the first search offset value α1, and the second search offset value α2. Based on the search gain value β1, the gain value β2 and the offset value α3 are determined by the following formulas 2 and 3. n is, for example, 1023 digits.

このように、光源装置11は、オフセット値α3およびゲイン値β2を決定することで、光量制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定することができる。設定される光量制御範囲は、例えば、図17に示したIL特性のような電流デジタル値の範囲となる。光源装置11の電流決定部350は、設定した光量制御範囲において、光源素子111から出力するレーザ光の光量に対応する電流デジタル値の探索処理を行う。電流デジタル値の探索処理については、後述する。   As described above, the light source device 11 can set the light amount control range indicating the current value range used for the light amount control by determining the offset value α3 and the gain value β2. The set light amount control range is, for example, a current digital value range such as the IL characteristic shown in FIG. The current determination unit 350 of the light source device 11 performs a search process of a digital current value corresponding to the light amount of the laser light output from the light source element 111 in the set light amount control range. The search process for the current digital value will be described later.

図18に戻り、光源装置11における光量制御処理の説明を続ける。ステップS103において、電流決定部350は、決定したゲイン値β2およびオフセット値α3、並びに後述する探索処理によって決定された電流デジタル値を、駆動制御部370へ出力する。   Returning to FIG. 18, the description of the light amount control process in the light source device 11 is continued. In step S <b> 103, the current determination unit 350 outputs the determined gain value β <b> 2 and offset value α <b> 3 and the current digital value determined by the search process described later to the drive control unit 370.

ステップS103において、光源装置11の駆動制御部370は、決定された駆動条件に基づく駆動信号を、光源素子111に出力する。具体的には、駆動制御部370の変換部371は、電流決定部350によって決定された電流デジタル値を、光源素子111を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。また、駆動制御部370のオフセット制御部372は、電流決定部350によって決定されたオフセット値α3に基づいて、光源素子111の電流値をオフセットする。さらに、駆動制御部370のゲイン制御部373は、電流決定部350によって決定されたゲイン値β2に基づいて、光源素子111の電流値を増幅させる。このように、光源装置11は、電流決定部350によって決定されたパラメータに基づく変換部371、オフセット制御部372およびゲイン制御部373のそれぞれの処理によって、光源素子111を駆動させるための駆動信号を生成する。   In step S <b> 103, the drive control unit 370 of the light source device 11 outputs a drive signal based on the determined drive condition to the light source element 111. Specifically, the conversion unit 371 of the drive control unit 370 converts the current digital value determined by the current determination unit 350 into an analog current value for driving the light source element 111. The offset control unit 372 of the drive control unit 370 offsets the current value of the light source element 111 based on the offset value α3 determined by the current determination unit 350. Further, the gain control unit 373 of the drive control unit 370 amplifies the current value of the light source element 111 based on the gain value β2 determined by the current determination unit 350. In this way, the light source device 11 generates a drive signal for driving the light source element 111 by the processing of the conversion unit 371, the offset control unit 372, and the gain control unit 373 based on the parameters determined by the current determination unit 350. Generate.

駆動制御部370は、変換部371、オフセット制御部372およびゲイン制御部373によって設定された駆動条件(パラメータ)に基づいて、駆動信号を光源素子111に出力する。そして、光源素子111は、駆動制御部370から出力された駆動信号に基づいて、レーザ光を出力する。   The drive control unit 370 outputs a drive signal to the light source element 111 based on the drive conditions (parameters) set by the conversion unit 371, the offset control unit 372, and the gain control unit 373. The light source element 111 outputs laser light based on the drive signal output from the drive control unit 370.

ここで、図19に示したような探索処理は、使用者にとって不要な発光であるため、図10で示したような光量制御領域210を用いて行われることが好ましい。また、高画角や輝度等の観点から、光量制御領域210は狭いほど、すなわち光偏向装置13の垂直方向に対する水平方向の走査線本数は少ないほどよい。水平方向の1走査の時間は数十μsであるため、光検出器119で光量を検出する時間等を考慮すると、垂直方向の1往復(1フレーム)において光量制御領域210で点灯できる回数は限られている。そのため、光源装置11は、探索処理に要する発光回数が多くなった場合、複数フレームに亘って光量を取得する必要があるため、探索処理に時間を要してしまう。そこで、図19に示したようなオフセット値α3およびゲイン値β2の探索処理の場合、必要な光源素子111の点灯回数は、最小で4点であるので、少ない試行回数、すなわち短時間で探索処理を終えることができる。   Here, since the search process as shown in FIG. 19 is unnecessary light emission for the user, it is preferable that the search process is performed using the light amount control region 210 as shown in FIG. Further, from the viewpoint of a high angle of view, luminance, and the like, it is better that the light amount control area 210 is narrower, that is, the number of scanning lines in the horizontal direction with respect to the vertical direction of the light deflector 13 is smaller. Since the time for one scanning in the horizontal direction is several tens of μs, in consideration of the time for detecting the light amount by the photodetector 119, the number of times that the light amount control area 210 can be lit in one reciprocation (one frame) in the vertical direction is limited. It has been. For this reason, the light source device 11 requires time for the search process because it is necessary to acquire the light quantity over a plurality of frames when the number of times of light emission required for the search process increases. Accordingly, in the case of the search process for the offset value α3 and the gain value β2 as shown in FIG. 19, since the minimum number of lighting of the light source element 111 is four, the search process is performed in a small number of trials, that is, in a short time. Can finish.

このように、光源装置11は、光検出器119からの出力に基づいて、光源素子111から出力されるレーザ光の光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定し、設定した光量制御範囲において、光源素子111から出力されるレーザ光の光量を制御する。そのため、光源装置11は、温度変化等の環境変動に合わせて光源素子111の出力光量のダイナミックレンジをカバーするように、光検出器119からの出力に基づいて光量制御範囲を設定するので、光量制御に用いる範囲を最適化することができる。   As described above, the light source device 11 sets and sets the light amount control range indicating the range of the current value used for controlling the light amount of the laser light output from the light source element 111 based on the output from the light detector 119. In the light quantity control range, the light quantity of the laser light output from the light source element 111 is controlled. For this reason, the light source device 11 sets the light amount control range based on the output from the light detector 119 so as to cover the dynamic range of the output light amount of the light source element 111 according to environmental changes such as temperature changes. The range used for control can be optimized.

また、光源装置11は、光検出器119からの出力に基づいて、オフセット値α3およびゲイン値β2が適正な値となるように決定することで、光量制御範囲を最適化するとともに、光量制御に掛かる試行回数を低減させることができる。   Further, the light source device 11 determines the offset value α3 and the gain value β2 to be appropriate values based on the output from the photodetector 119, thereby optimizing the light amount control range and performing light amount control. The number of trials required can be reduced.

さらに、例えば、HUDのような表示装置は、様々な環境照度に対して適切な表示輝度で画像描画および虚像表示を行う必要があるため、レーザ光の電流値を増減させたり、光源素子の点灯パルスのデューティ比を変更したりして、光源装置から出力されるレーザ光の平均光量を最適化する。そのため、環境照度に合わせて光源素子111の出力光量のダイナミックレンジをカバーするようにオフセット値、ゲイン値を設定しても、温度変動でIL特性が変化したり、環境照度が変化に基づいて異なる点灯パルスのデューティ比に変更することによりIL特性が変化したりして、使用するダイナミックレンジが変化した場合、オフセット値、ゲイン値は適切ではなくなってしまう。そこで、光源装置11は、光源素子111から出力されるレーザ光のダイナミックレンジが随時変化するような場合においても、光検出器119からの出力に基づいて光量制御範囲を設定するので、様々な変動に対応することができる。   Furthermore, for example, a display device such as a HUD needs to perform image drawing and virtual image display with appropriate display luminance for various environmental illuminances, so that the current value of the laser beam is increased or decreased and the light source element is turned on. The average light quantity of the laser beam output from the light source device is optimized by changing the duty ratio of the pulse. Therefore, even if the offset value and gain value are set so as to cover the dynamic range of the output light amount of the light source element 111 according to the environmental illuminance, the IL characteristics change due to temperature fluctuations, or the environmental illuminance differs based on the change. When the IL characteristic is changed by changing to the duty ratio of the lighting pulse or the dynamic range to be used is changed, the offset value and the gain value are not appropriate. Therefore, the light source device 11 sets the light amount control range based on the output from the photodetector 119 even when the dynamic range of the laser light output from the light source element 111 changes at any time. It can correspond to.

また、光源装置11は、光源素子111から出力されるダイナミックレンジを高い分解能で制御することできるようにオフセット値α3およびゲイン値β2を決定することで、最適な光量制御範囲を設定して、量子化誤差を小さくするように光量制御を行うことができる。   In addition, the light source device 11 sets an optimum light amount control range by determining the offset value α3 and the gain value β2 so that the dynamic range output from the light source element 111 can be controlled with high resolution. The amount of light can be controlled so as to reduce the conversion error.

さらに、光源装置11は、駆動制御部370による設定の切り替えを簡易な処理で行うことができるので、複数の光量を同じフレームで調整できる場合、1フレーム内で探索処理を完了させることができる。また、光源装置11は、光源装置11による光量の測定を一つの光量の電流値特性に対して2点以上で行うことで、オフセット値α3およびゲイン値β2の推定精度を向上させることができる。   Furthermore, since the light source device 11 can perform setting switching by the drive control unit 370 by a simple process, when a plurality of light amounts can be adjusted in the same frame, the search process can be completed within one frame. Further, the light source device 11 can improve the estimation accuracy of the offset value α3 and the gain value β2 by measuring the light amount by the light source device 11 at two or more points with respect to the current value characteristic of one light amount.

●最小光量および最大光量の電流デジタル値の探索
続いて、図22および図23を用いて、最小光量のデジタル値の探索処理について説明する。光源素子111の出力光量と電流デジタル値の特性は、図22(a)に示すように線形性が悪い場合がある。このような線形性の電流値特性を用いて、図19のステップS206およびステップS212で示したような回帰直線を求めた場合、図22(b)に示すような結果となる。図22(b)に示すように、電流デジタル値100digit,200digitの2点から求めた回帰直線と、電流デジタル値700digit,800digitの2点から求めた回帰直線は異なる。そのため、回帰直線を求めるために用いる値によって、最小光量の電流デジタル値と最大光量の電流デジタル値の算出結果が異なってしまう。
Search for Current Digital Value of Minimum Light Amount and Maximum Light Amount Next, a search process for a digital value of a minimum light amount will be described with reference to FIGS. The characteristics of the output light quantity and current digital value of the light source element 111 may have poor linearity as shown in FIG. When a regression line as shown in step S206 and step S212 of FIG. 19 is obtained using such linear current value characteristics, the result shown in FIG. 22B is obtained. As shown in FIG. 22B, the regression line obtained from the two points of the current digital values 100 digit and 200 digits is different from the regression line obtained from the two points of the current digital values 700 digits and 800 digits. For this reason, the calculation result of the current digital value of the minimum light amount and the current digital value of the maximum light amount differ depending on the value used for obtaining the regression line.

そこで、最小光量の電流デジタル値を算出する場合、光源装置11は、低光量側で求めた回帰直線を用い、最大光量の電流デジタル値を算出する場合、光源装置11は、高光量側で求めた回帰直線を用いればよい。最小光量のデジタル値を算出する場合、最小光量付近の光量を使用するのが好ましく、回帰直線を求めるために用いる光量は、最大電流デジタル値(Imax_n)の値nの半分以下の値であることが好ましい。すなわち、回帰直線を求めるために用いる電流デジタル値は、0以上かつn/2以下の値であることが好ましい。一方で、最大光量のデジタル値を算出する場合、最大光量付近の光量を使用するのが好ましく、回帰直線を求めるために用いる光量は、最大電流デジタル値(Imax_n)の値nの半分以上であることが好ましい。すなわち、回帰直線を求めるために用いる電流デジタル値は、n/2以上かつn以下の値であることが好ましい。   Therefore, when calculating the current digital value of the minimum light amount, the light source device 11 uses the regression line obtained on the low light amount side, and when calculating the current digital value of the maximum light amount, the light source device 11 is obtained on the high light amount side. A regression line may be used. When calculating the digital value of the minimum light amount, it is preferable to use a light amount in the vicinity of the minimum light amount, and the light amount used for obtaining the regression line is not more than half of the value n of the maximum current digital value (Imax_n). Is preferred. That is, the current digital value used for obtaining the regression line is preferably a value of 0 or more and n / 2 or less. On the other hand, when calculating the digital value of the maximum light amount, it is preferable to use a light amount near the maximum light amount, and the light amount used for obtaining the regression line is more than half of the value n of the maximum current digital value (Imax_n). It is preferable. That is, the current digital value used for obtaining the regression line is preferably n / 2 or more and n or less.

最小光量の探索には、図23に示すようなオフセット値の異なるIL特性を取得する必要がある。まず、駆動制御部370は、第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1を用いて、発振閾値以上の光量になるように電流デジタル値I3およびI4の2点で、光源素子111を発光させる。電流決定部350は、光検出器119によって検出された、第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1によって出力されたレーザ光に基づいて、回帰直線を求め、最小光量の電流デジタル値Imin_3を算出する。同様に、駆動制御部370は、第2の探索用オフセット値α2と探索用ゲイン値β1を用いて、発振閾値以上の光量になるように、電流デジタル値I3とI4の2点で、光源素子111を発光させる。電流決定部350は、光検出器119によって検出された、第2の探索用オフセット値α2と探索用ゲイン値β1によって出力されたレーザ光に基づいて、回帰直線を求め、最小光量の電流デジタル値Imin_4を算出する。そして、電流決定部350は、上記式3を用いて、第1の探索用オフセット値α1と第2の探索用オフセット値α2の差と、算出した二つの最小光量の電流デジタル値との差(Imin_3−Imin_4)から、最小光量における電流デジタル値が0digitに近づくように、オフセット値α3を算出する。   To search for the minimum light amount, it is necessary to acquire IL characteristics having different offset values as shown in FIG. First, the drive control unit 370 uses the first search offset value α1 and the search gain value β1 to set the light source element 111 at two points of the current digital values I3 and I4 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold value. Make it emit light. The current determination unit 350 obtains a regression line based on the laser light output by the first search offset value α1 and the search gain value β1 detected by the photodetector 119, and obtains the current digital value of the minimum light amount. Imin_3 is calculated. Similarly, the drive control unit 370 uses the second search offset value α2 and the search gain value β1 to provide light source elements at two points of the current digital values I3 and I4 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold value. 111 is caused to emit light. The current determination unit 350 obtains a regression line based on the laser light output by the second search offset value α2 and the search gain value β1 detected by the photodetector 119, and obtains the current digital value of the minimum light amount. Imin_4 is calculated. Then, the current determination unit 350 uses the above equation 3 to calculate the difference between the difference between the first search offset value α1 and the second search offset value α2 and the calculated two current digital values of the minimum light amount ( The offset value α3 is calculated from Imin — 3—Imin — 4) so that the current digital value at the minimum light amount approaches 0 digit.

このとき、電流決定部350は、電流デジタル値I3とI4の差分を、図19乃至図21で示したような電流デジタル値I1とI2の差分よりも小さくすることで、最小光量の電流デジタル値の算出精度を向上させることができる。   At this time, the current determination unit 350 makes the difference between the current digital values I3 and I4 smaller than the difference between the current digital values I1 and I2 as shown in FIGS. The calculation accuracy of can be improved.

続いて、最大光量の電流デジタル値の探索処理について説明する。最大光量の探索において、駆動制御部370は、第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1を用いて、発振閾値以上の光量になるように電流デジタル値I5およびI6の2点で、光源素子111を発光させる。そして、電流決定部350は、光検出器119によって検出された、第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1によって出力されたレーザ光に基づいて、図24に示すような回帰直線を求め、最大光量の電流デジタル値Imax_nを算出する。そして、電流決定部350は、上記式2を用いて、最大光量の電流デジタル値Imax_nが1023digitに近づくように、ゲイン値β2を算出する。   Next, the search process for the current digital value of the maximum light amount will be described. In the search for the maximum light amount, the drive control unit 370 uses the first search offset value α1 and the search gain value β1 at two points of the current digital values I5 and I6 so that the light amount is equal to or greater than the oscillation threshold value. The light source element 111 is caused to emit light. Then, the current determination unit 350 generates a regression line as shown in FIG. 24 based on the laser light output by the first search offset value α1 and the search gain value β1 detected by the photodetector 119. The current digital value Imax_n of the maximum light quantity is calculated. Then, the current determination unit 350 calculates the gain value β2 by using the above formula 2 so that the current digital value Imax_n of the maximum light amount approaches 1023 digits.

このとき、電流決定部350は、電流デジタル値I5とI6の差分を、図19乃至図21で示したような電流デジタル値I1とI2の差分よりも小さくすることで、最大光量の電流デジタル値の算出精度を向上させることができる。   At this time, the current determination unit 350 makes the difference between the current digital values I5 and I6 smaller than the difference between the current digital values I1 and I2 as shown in FIGS. The calculation accuracy of can be improved.

これによって、光源装置11は、光量制御に用いる最小光量および最大光量の電流デジタル値を決定するために、それぞれに適する探索用オフセット値および探索用ゲイン値を用いることで、光量制御範囲の算出精度を向上させることができる。   Thus, the light source device 11 uses the search offset value and the search gain value suitable for determining the minimum light amount and the maximum light amount current digital value used for the light amount control, thereby calculating the light amount control range calculation accuracy. Can be improved.

また、光源素子111の出力光量の電流値特性は、環境変化に応じて変化し、高温になるほど同じ光量を出力するための電流値が高くなる。したがって、最大光量の電流デジタル値Imax_nがnとなるように調整されていても、電流デジタル値の探索を行う場合の温度が上昇している場合、最大光量の探索結果として電流デジタル値がnより大きくなる。この増加を見越して、最大光量の電流デジタル値Imax_nは、設定可能な最大デジタル値N(N=0〜N、ただし、Nは自然数)に対して余裕を持たせて設定した方が好ましい。設定可能な最大デジタル値Nは、例えば、駆動制御部370の変換部371によってアナログ電流値に変換することができるデジタル値の最大値である。電流決定部350は、設定可能な最大デジタル値N=1023digitに対して、最大光量の電流デジタル値(Imax_n)の値nがn=900digitとなるように、ゲイン値β2を設定する。このように、光源装置11は、温度変化等の環境変動に対応することができるように光量制御範囲を設定することで、光量制御の精度を向上させることができる。   Further, the current value characteristic of the output light amount of the light source element 111 changes according to the environmental change, and the current value for outputting the same light amount increases as the temperature increases. Therefore, even if the current digital value Imax_n of the maximum light quantity is adjusted to be n, if the temperature when searching for the current digital value is rising, the current digital value is greater than n as the search result of the maximum light quantity. growing. In anticipation of this increase, it is preferable that the current digital value Imax_n of the maximum light amount is set with a margin with respect to the settable maximum digital value N (N = 0 to N, where N is a natural number). The settable maximum digital value N is, for example, the maximum digital value that can be converted into an analog current value by the conversion unit 371 of the drive control unit 370. The current determination unit 350 sets the gain value β2 such that the value n of the current digital value (Imax_n) of the maximum light amount is n = 900 digits with respect to the settable maximum digital value N = 1023 digits. Thus, the light source device 11 can improve the accuracy of the light amount control by setting the light amount control range so that it can cope with environmental fluctuations such as a temperature change.

なお、設定可能な最大デジタル値Nに対する余裕を大きくした場合、有効な電流デジタル値が少なくなり量子化誤差が大きくなってしまうため、最大光量の電流デジタル値(Imax_n)の値nは、設定可能な最大デジタル値Nの半分の値より上回っていることが好ましい。すなわち、nは、2/N<n<Nの関係を満たす値であることが好ましい。   Note that if the margin for the maximum digital value N that can be set is increased, the effective current digital value decreases and the quantization error increases, so the value n of the maximum current digital value (Imax_n) can be set. Preferably, it is above the half of the maximum digital value N. That is, n is preferably a value that satisfies the relationship 2 / N <n <N.

●電流デジタル値の決定
続いて、図25および図26を用いて、画像信号の走査に使用する電流デジタル値を決定する処理について説明する。光源装置11は、上述のオフセット値およびゲイン値の探索処理が完了した場合、画像描画および虚像表示に使用する電流デジタル値の探索を行う。例えば、画像信号が一般的なディスプレイ同様に、256の階調値で構成されている場合、光源装置11は、各階調に対応する光量を取得することが好ましい、また、電流デジタル値の探索処理において、光量を取得する回数は、多ければ多いほどよい。しかしながら、光量制御領域210において光量を取得できる回数は限られており、一色の光源素子111に対する光量の取得回数は限定される。したがって、光源装置11は、オフセット値およびゲイン値と同様に、各階調の電流デジタル値を回帰直線から算出する。
Determination of Current Digital Value Next, a process for determining a current digital value used for scanning an image signal will be described with reference to FIGS. 25 and 26. FIG. When the search process for the offset value and the gain value is completed, the light source device 11 searches for a digital current value used for image drawing and virtual image display. For example, when the image signal is composed of 256 gradation values as in a general display, it is preferable that the light source device 11 obtains the amount of light corresponding to each gradation, and the current digital value search process In this case, the greater the number of times the amount of light is acquired, the better. However, the number of times that the amount of light can be acquired in the light amount control region 210 is limited, and the number of times of acquiring the amount of light for the light source element 111 of one color is limited. Therefore, the light source device 11 calculates the current digital value of each gradation from the regression line, similarly to the offset value and the gain value.

まず、電流デジタル値の探索処理において、光源装置11は、IL特性をp点分の電流デジタル値から取得する場合、最大光量の電流デジタル値の値nをp等分した値(n/p)ごとに電流デジタル値を増加させてIL特性を取得する。この場合、隣接点の間における光量の増加量(n/p)を第二の増加量とする。これに対して、図19に示したようなゲイン値およびオフセット値を決定するための第一の増加量は、最小光量および最大光量付近の電流デジタル値に対する光量の変動をより正確に取得するため、第二の増加量よりも小さくして、より狭い領域の光量を取得することが好ましい。   First, in the search process of the current digital value, when the light source device 11 acquires the IL characteristic from the current digital value for p points, the value n (p / n) of the value n of the current digital value of the maximum light quantity is equally divided. Every time, the current digital value is increased to obtain the IL characteristic. In this case, the amount of increase in light quantity (n / p) between adjacent points is taken as the second amount of increase. On the other hand, the first increase amount for determining the gain value and the offset value as shown in FIG. 19 is for more accurately acquiring the fluctuation of the light amount with respect to the current digital value near the minimum light amount and the maximum light amount. It is preferable to obtain a light amount in a narrower region by making it smaller than the second increase amount.

また、電流デジタル値を算出するための回帰直線は、少ない取得点数から求めた方がIL特性の線形性の影響を受けにくい。しかしながら、IL特性に線形性があっても、駆動制御部370および光検出器119の量子化誤差やノイズ等の影響によって、図25に示すような再現性のない異常点(例えば、図25に示す電流デジタル値が400付近の点)を取得する場合がある。回帰直線を求めるための光量は、算出する電流デジタル値に近い値を用いる方が好ましいが、図19に示したような探索処理のように2点間で回帰直線を求める場合、異常点の影響を大きく受けてしまう。   Further, the regression line for calculating the current digital value is less affected by the linearity of the IL characteristic when it is obtained from a smaller number of acquisition points. However, even if the IL characteristic has linearity, due to the influence of the quantization error, noise, etc. of the drive control unit 370 and the photodetector 119, an abnormal point having no reproducibility as shown in FIG. The current digital value shown may be a point near 400). The light amount for obtaining the regression line is preferably a value close to the digital current value to be calculated. However, when the regression line is obtained between two points as in the search process shown in FIG. Will be greatly affected.

図25において、理想的なIL特性は、実線で示される。図25の実線において、7mWの光量を出力する電流デジタル値は、280digitである。電流デジタル値を200digit間隔で取得し、7mWの光量を、電流デジタル値200digitと400digitの2点間の回帰直線から求める場合、異常点の影響を受けるため電流デジタル値は、400digitと算出されてしまう。しかしながら、この異常点は、再現性がないため、光源素子111からは10mWの光量が出力されてしまうので、誤差が大きくなる。   In FIG. 25, the ideal IL characteristic is indicated by a solid line. In the solid line of FIG. 25, the current digital value for outputting a light amount of 7 mW is 280 digits. When a digital current value is acquired at 200 digit intervals and a light amount of 7 mW is obtained from a regression line between two points of the current digital value 200 digit and 400 digit, the current digital value is calculated as 400 digit because it is affected by an abnormal point. . However, since this abnormal point is not reproducible, a light amount of 10 mW is output from the light source element 111, and the error becomes large.

このような異常点の影響を小さくするため、光源装置11は、少なくとも3点以上の取得点数を用いて回帰直線を求める方が好ましい。図26は、異常点が存在する場合において、3点を用いて求めた回帰直線を点線で示し、実際に光源素子111から出力される光量のIL特性を実線で示したものである。図26において、7mWの光量に対応する電流デジタル値を、電流デジタル値200digit、400digitおよび600digitの3点から求めた場合、算出された電流デジタル値は、328digitとなる。一方で、実際に電流デジタル値328digitにおいて、光源素子111から出力される光量は、8.2mWとなる。つまり、3点の取得点数を用いて求めた回帰直線は、2点の取得点数で求めた回帰直線よりも、誤差が小さくなることがわかる。   In order to reduce the influence of such abnormal points, it is preferable that the light source device 11 obtains a regression line using at least three acquisition points. FIG. 26 shows a regression line obtained using three points in a dotted line when there are abnormal points, and a solid line showing the IL characteristic of the light amount actually output from the light source element 111. In FIG. 26, when the current digital value corresponding to the light amount of 7 mW is obtained from three points of the current digital values 200 digit, 400 digit and 600 digit, the calculated current digital value is 328 digits. On the other hand, the light amount actually output from the light source element 111 at the current digital value 328 digit is 8.2 mW. That is, it can be seen that the regression line obtained using the three acquisition points has a smaller error than the regression line obtained using the two acquisition points.

このように、光源装置11は、3点以上の光量の取得点数を用いて算出された回帰直線を用いて、画像描画および虚像表示に使用する電流デジタル値を決定することで、取得光量の異常値の影響を低減させ、実際に光源素子111から出力されるレーザ光のIL特性との誤差が少ない電流デジタル値を算出することができる。   As described above, the light source device 11 determines the current digital value used for image drawing and virtual image display using the regression line calculated using the number of acquired light quantities of three or more points, thereby obtaining an abnormality in the acquired light quantity. The influence of the value can be reduced, and a current digital value with little error from the IL characteristic of the laser light actually output from the light source element 111 can be calculated.

●起動時の発振閾値の算出
続いて、光源装置11の起動時における発振閾値の算出処理について説明する。ゲイン値およびオフセット値の探索処理を行う場合、光源装置11は、発振閾値の電流デジタル値を記憶しておく必要がある。しかしながら、光源装置11の電源起動時は、発振閾値の値(電流デジタル値)がわからないため、光源装置11は、まず、発振閾値の電流デジタル値の探索処理を行う。
Calculation of Oscillation Threshold at Startup Next, the calculation process of the oscillation threshold at the startup of the light source device 11 will be described. When the search process for the gain value and the offset value is performed, the light source device 11 needs to store the current digital value of the oscillation threshold value. However, since the oscillation threshold value (current digital value) is not known when the light source device 11 is powered on, the light source device 11 first performs a search process of the oscillation threshold current digital value.

光源装置11は、図27に示すI7,I8,I9のような隣接する電流デジタル値における光量の増加量を第一の増加量より大きくなるように、電流デジタル値I7,I8,I9で光源素子111を発光させる。光源装置11は、光検出器119から少なくとも2点以上の出力を取得するまで、駆動制御部370によって電流デジタル値を変化させる。そして、光源装置11は、発振閾値以上の電流デジタル値I8とI9の2点を用いて、図14(a),(b)に示したような電流デジタル値と光検出器119の出力の関係性によって、発振閾値光量に対応する電流デジタル値(Imin_0)を算出する。   The light source device 11 uses the current digital values I7, I8, and I9 as light source elements so that the amount of increase in the light amount in the adjacent current digital values such as I7, I8, and I9 shown in FIG. 111 is caused to emit light. The light source device 11 causes the drive control unit 370 to change the current digital value until it acquires at least two outputs from the photodetector 119. Then, the light source device 11 uses the two points of the current digital values I8 and I9 that are equal to or greater than the oscillation threshold value, and the relationship between the current digital value and the output of the photodetector 119 as shown in FIGS. The current digital value (Imin_0) corresponding to the oscillation threshold light quantity is calculated according to the characteristics.

●光量制御方法
続いて、光源装置11を備える表示装置10を用いた光量制御方法について説明する。光源装置11は、図9に示したように、三色の光源素子111を有する。光量制御領域210で光源素子111を点灯させる回数Mが決まっている場合、表示装置10は、電流デジタル値の探索を素早く行うため、光偏向装置13の垂直方向の一往復(1フレーム)中で三色のIL特性を取得することが好ましい。したがって、一色の光源素子111が出力したレーザ光に対する光量の取得回数pは、1フレーム内での光源素子111の全点灯回数Mを三色で配分したM/3以下であり、M/3に最も近い整数である。
Next, a light amount control method using the display device 10 including the light source device 11 will be described. As illustrated in FIG. 9, the light source device 11 includes three color light source elements 111. When the number M of times the light source element 111 is turned on is determined in the light quantity control region 210, the display device 10 quickly searches for the current digital value, so that the light deflection device 13 performs one round trip (one frame) in the vertical direction. It is preferable to obtain three-color IL characteristics. Therefore, the number of times p of acquisition of the amount of light with respect to the laser light output from the light source element 111 of one color is equal to or less than M / 3, which is the total number of times M of the light source elements 111 in one frame distributed in three colors. The nearest integer.

例えば、M=28、p=9と設定したとする。この場合、光源装置11は、三色の光源素子111のそれぞれのIL特性を、それぞれ9点分の電流デジタル値(n=900digitとした場合、100digitおきの電流デジタル値)を用いて、1フレーム内で取得することができる。   For example, assume that M = 28 and p = 9. In this case, the light source device 11 uses nine current digital values (current digital values every 100 digits when n = 900 digit) for each IL characteristic of the three color light source elements 111 for one frame. Can be obtained within.

また、迷光の観点から、光量制御領域210における発光位置は、画像形成領域220から距離を取っていた方が好ましい。そのため、図28に示すように、光量制御領域210は、左端210aと右端210bに分かれていることが好ましい。この場合、IL特性を左端210aと右端210bで一回ずつ取得することから、1フレーム内での光源素子111の全点灯回数Mは、2の倍数となる。   Further, from the viewpoint of stray light, it is preferable that the light emission position in the light amount control region 210 is away from the image forming region 220. Therefore, as shown in FIG. 28, the light quantity control region 210 is preferably divided into a left end 210a and a right end 210b. In this case, since the IL characteristic is acquired once at the left end 210a and the right end 210b, the total number M of lighting of the light source elements 111 within one frame is a multiple of two.

なお、設定パラメータの探索期間を光偏向装置13の垂直方向の一往復(1フレーム)とした場合において、IL特性の取得点数を増加させる場合、画像形成領域220が狭くなるため、バランスを考慮する必要がある。異常点の影響を小さくするため、3点ごとまたは4点ごとでグループにして回帰直線を求める場合、光源装置11は、線形性の悪いIL特性であっても、9点分の電流デジタル値を用いてIL特性を取得すれば、色再現性の観点からも十分な光量制御の精度が得られる。   When the search period of the setting parameter is one round trip (one frame) in the vertical direction of the light deflecting device 13, when the number of IL characteristic acquisition points is increased, the image forming area 220 becomes narrower, so that balance is considered. There is a need. In order to reduce the influence of abnormal points, when the regression line is obtained by grouping every 3 points or every 4 points, the light source device 11 calculates the current digital values for 9 points even if the IL characteristic has poor linearity. If the IL characteristic is obtained by using this, sufficient light quantity control accuracy can be obtained from the viewpoint of color reproducibility.

また、光源装置11は、例えば、画像形成領域220と光量制御領域210において、オフセット値とゲイン値を切り替えることができる。これにより、光源装置11は、オフセット値およびゲイン値の探索処理による駆動制御部370の設定値の変更が、画像形成領域220に影響しないようにすることができる。さらに、光源装置11は、光量制御領域210内においてもオフセット値およびゲイン値が変更できる場合、オフセット値およびゲイン値のそれぞれの探索を、光偏向装置13の垂直方向の一往復(1フレーム)内に完了させることができる。   Further, the light source device 11 can switch the offset value and the gain value in the image forming area 220 and the light amount control area 210, for example. Thereby, the light source device 11 can prevent the change in the setting value of the drive control unit 370 by the search process of the offset value and the gain value from affecting the image forming region 220. Further, when the light source device 11 can change the offset value and the gain value even in the light quantity control region 210, the light source device 11 searches each of the offset value and the gain value within one round trip (one frame) in the vertical direction of the light deflection device 13. Can be completed.

さらに、表示装置10の表示輝度を変化させる方法として、光源素子111を点灯させるパルス幅を変更してデューティ比を可変にする方法がある。図29に示すように、パルス幅が異なる場合、IL特性も変わることから、光源装置11は、オフセット値とゲイン値を、パルス幅ごとに設定した方がより高精度に光量制御を行うことができる。   Further, as a method of changing the display brightness of the display device 10, there is a method of changing the pulse width for turning on the light source element 111 to make the duty ratio variable. As shown in FIG. 29, when the pulse width is different, the IL characteristic also changes. Therefore, the light source device 11 can perform light amount control with higher accuracy when the offset value and the gain value are set for each pulse width. it can.

また、画像形成領域220と光量制御領域210において、光源素子111を点灯させるパルスのデューティ比を切り替えることによって、画像描画および虚像表示に用いるパルスとは別に、光量制御領域210においてゲイン値、オフセット値および電流デジタル値の探索処理を行うことができる。例えば、表示装置10がHUDである場合、表示輝度は、高い頻度で切り替えられる。そのため、表示装置10は、異なるパルスにおける設定パラメータの探索を、光量制御領域210を用いて事前に行っておけば、パルスの変更命令があっ場合においても、素早く適切な設定を反映させることができる。   Further, in the image forming region 220 and the light amount control region 210, the gain value and the offset value are changed in the light amount control region 210 separately from the pulses used for image drawing and virtual image display by switching the duty ratio of the pulse for turning on the light source element 111. In addition, the search process for the current digital value can be performed. For example, when the display device 10 is a HUD, the display luminance is switched with high frequency. Therefore, if the display device 10 searches for setting parameters in different pulses in advance using the light amount control area 210, the display device 10 can quickly reflect appropriate settings even when there is a pulse change command. .

●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る光源装置は、レーザ光を出力する光源素子111(光源の一例)と、光源素子111から出力されるレーザ光の光量を制御する制御回路300(制御部の一例)と、を備える。そして、制御回路300は、光源素子111から出力されたレーザ光を検出する光検出器119からの出力に基づいて、光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲に設定し、設定した光量制御範囲において光源素子111から出力されるレーザ光の光量を制御する。そのため、光源装置11は、光検出器119の出力に基づいて光量制御範囲を設定することで、光量制御範囲を最適化することができる。
● Summary ●
As described above, the light source device according to the embodiment of the present invention includes the light source element 111 (an example of a light source) that outputs laser light and the control circuit 300 that controls the amount of laser light output from the light source element 111. (An example of a control unit). Then, the control circuit 300 sets and sets the light amount control range indicating the range of the current value used for the light amount control based on the output from the light detector 119 that detects the laser light output from the light source element 111. The light quantity of the laser beam output from the light source element 111 is controlled in the light quantity control range. Therefore, the light source device 11 can optimize the light amount control range by setting the light amount control range based on the output of the photodetector 119.

また、本発明の一実施形態に係る光源装置において、制御回路300は、レーザ光の最小光量に対応する電流デジタル値が0に近づき、かつレーザ光の最大光量に対応する電流デジタル値Imax_nがn(0〜n、ただし、nは自然数)に近づくように、光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定する。そして、光源装置11において、レーザ光の最大光量は、画像形成領域220(画像領域の一例)で必要とされるホワイトバランスを維持するための最大の輝度となる光量であり、レーザ光の最小光量は、画像形成領域220で色を生成するために必要とされる最小の光量である。そのため、光源装置11は、画像描画および虚像表示に用いるレーザ光の光量の範囲に合わせて光量制御範囲を設定することで、光量制御の分解能を高めることができる。   In the light source device according to the embodiment of the present invention, the control circuit 300 causes the current digital value corresponding to the minimum amount of laser light to approach 0 and the current digital value Imax_n corresponding to the maximum amount of laser light to be n. A light amount control range indicating a current value range used for light amount control is set so as to approach (0 to n, where n is a natural number). In the light source device 11, the maximum amount of laser light is the maximum amount of light for maintaining the white balance required in the image forming region 220 (an example of the image region), and the minimum amount of laser light. Is the minimum amount of light required to generate a color in the image forming area 220. Therefore, the light source device 11 can increase the resolution of the light amount control by setting the light amount control range in accordance with the range of the light amount of the laser light used for image drawing and virtual image display.

さらに、本発明の一実施形態に係る光源装置において、制御回路300(制御部の一例)は、光量制御範囲において光源素子111(光源の一例)から出力されるレーザ光の出力電流値を決定し、光源素子111は、決定された出力電流値でレーザ光を出力する。そのため、光源装置11は、光検出器119の出力に基づいて最適設定された光量制御範囲において、光源素子111から出力されるレーザ光の出力電流値を決定するため、光量制御に要する試行回数を低減させることができる。   Furthermore, in the light source device according to the embodiment of the present invention, the control circuit 300 (an example of the control unit) determines an output current value of the laser light output from the light source element 111 (an example of the light source) in the light amount control range. The light source element 111 outputs laser light with the determined output current value. Therefore, the light source device 11 determines the output current value of the laser light output from the light source element 111 within the light amount control range optimally set based on the output of the light detector 119. Can be reduced.

また、本発明の一実施形態に係る光源装置は、光源素子111(光源の一例)から出力されるレーザ光の光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定するためのオフセット値α3およびゲイン値β2、並びに光源素子111から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する電流決定部350(電流決定手段の一例)と、設定された光量制御範囲において、光源素子111の駆動を制御する駆動制御部370(駆動制御手段の一例)とを有する。駆動制御部370は、レーザ光の発振閾値以上の光量を出力する電流デジタル値I1(第1の電流デジタル値の一例)、および電流デジタル値I1に対応する光量から第1の増加量で増加させた光量を出力する電流デジタル値I2(第2の電流デジタル値の一例)を用いて、光源素子111からレーザ光を出力させる。そして、電流決定部350は、第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1を用いてレーザ光を出力した場合と、第2の探索用オフセット値α2と探索用ゲイン値β1を用いてレーザ光を出力した場合とにおいて、それぞれにおける電流デジタル値と光検出器119の出力の関係を算出し、算出した結果に基づいて光量制御範囲を設定するためのオフセット値α3およびゲイン値β2を決定する。そのため、光源装置11は、光源素子111から出力されるダイナミックレンジを高い分解能で制御することできるオフセット値α3およびゲイン値β2を決定し、高精度に所望の光量に対応する電流デジタル値を決定することで、最適な光量制御範囲を設定して、量子化誤差を小さくするように光量制御を行うことができる。   In addition, the light source device according to the embodiment of the present invention has an offset value for setting a light amount control range indicating a current value range used for controlling the light amount of laser light output from the light source element 111 (an example of a light source). A current determining unit 350 (an example of a current determining unit) that determines α3, a gain value β2, and a current digital value for outputting laser light having a predetermined light amount from the light source element 111, and a light source in a set light amount control range A drive control unit 370 (an example of a drive control unit) that controls driving of the element 111. The drive control unit 370 increases the current digital value I1 (an example of the first current digital value) that outputs a light amount that is equal to or greater than the oscillation threshold of the laser light by a first increase amount from the light amount corresponding to the current digital value I1. The laser light is output from the light source element 111 using the current digital value I2 (an example of the second current digital value) that outputs the amount of light. The current determination unit 350 outputs the laser beam using the first search offset value α1 and the search gain value β1, and uses the second search offset value α2 and the search gain value β1. When the laser beam is output, the relationship between the current digital value and the output of the photodetector 119 is calculated, and the offset value α3 and the gain value β2 for setting the light amount control range are determined based on the calculated result. To do. Therefore, the light source device 11 determines the offset value α3 and the gain value β2 that can control the dynamic range output from the light source element 111 with high resolution, and determines the current digital value corresponding to the desired light amount with high accuracy. Thus, it is possible to set the optimum light amount control range and perform light amount control so as to reduce the quantization error.

さらに、本発明の一実施形態に係る光源装置において、電流決定部350(電流決定手段の一例)は、第1の探索用オフセット値α1と探索用ゲイン値β1を用いて出力されたレーザ光を検出した光検出器119の出力に基づいて、レーザ光の最小光量に対応する電流デジタル値Imin_1(第1の最小電流デジタル値の一例)、およびレーザ光の最大光量に対応する電流デジタル値Imax_1(最大電流デジタル値の一例)を算出し、第2の探索用オフセット値α2と探索用ゲイン値β1を用いて出力されたレーザ光を検出した光検出器119の出力に基づいて、レーザ光の最小光量に対応する電流デジタル値Imin_2(第2の最小電流デジタル値の一例)を算出する。そして、電流決定部350は、算出した電流デジタル値Imin_1,Imax_1およびImin_2、並びに第1の探索用オフセット値α1、第2の探索用オフセット値α2および探索用ゲイン値β1に基づいて、光量の制御に用いるアナログ電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定するためのオフセット値α3およびゲイン値β2を決定する。そのため、光源装置11は、光源素子111から出力されるダイナミックレンジを高い分解能で制御することできるオフセット値およびゲイン値を決定し、高精度に所望の光量に対応する電流デジタル値を決定することで、最適な光量制御範囲を設定して、量子化誤差を小さくするように光量制御を行うことができる。   Furthermore, in the light source device according to the embodiment of the present invention, the current determination unit 350 (an example of the current determination unit) outputs the laser beam output using the first search offset value α1 and the search gain value β1. Based on the detected output of the photodetector 119, a current digital value Imin_1 (an example of a first minimum current digital value) corresponding to the minimum light amount of the laser light and a current digital value Imax_1 (an example of the first light amount of the laser light) ( An example of the maximum current digital value) is calculated, and the minimum of the laser beam is calculated based on the output of the photodetector 119 that detects the laser beam output using the second search offset value α2 and the search gain value β1. A current digital value Imin_2 (an example of a second minimum current digital value) corresponding to the amount of light is calculated. The current determination unit 350 controls the light amount based on the calculated current digital values Imin_1, Imax_1, and Imin_2, the first search offset value α1, the second search offset value α2, and the search gain value β1. The offset value α3 and the gain value β2 for setting the light amount control range indicating the range of the analog current value used in the above are determined. Therefore, the light source device 11 determines an offset value and a gain value that can control the dynamic range output from the light source element 111 with high resolution, and determines a current digital value corresponding to a desired light amount with high accuracy. Therefore, it is possible to control the light quantity so as to reduce the quantization error by setting an optimum light quantity control range.

また、本発明の一実施形態に係る光源装置において、光源素子111の発振閾値以上の光量を出力する電流デジタル値I1(第1の電流デジタル値の一例)、および電流デジタル値I1に対応する光量から第1の増加量で増加させた光量を出力する電流デジタル値I2(第2の電流デジタル値の一例)は、0以上かつn/2以下の値である。そして、電流決定部350(電流決定手段の一例)は、第1の探索用オフセット値α1と第2の探索用オフセット値α2の差と、電流デジタル値Imin_1(第1の最小電流デジタル値の一例)と電流デジタル値Imin_2(第2の最小電流デジタル値の一例)の差から、電流デジタル値が0に近づくように、オフセット値α3を決定する。そのため、光源装置11は、光量制御に用いる最小光量の電流デジタル値を決定するために、適する探索用オフセット値を用いることで、オフセット値α3の算出精度を向上させることができる。   In the light source device according to the embodiment of the present invention, the current digital value I1 (an example of the first current digital value) that outputs a light amount that is equal to or greater than the oscillation threshold value of the light source element 111, and the light amount corresponding to the current digital value I1. The current digital value I2 (an example of the second current digital value) that outputs the amount of light increased by the first increase amount is a value that is greater than or equal to 0 and less than or equal to n / 2. Then, the current determination unit 350 (an example of the current determination unit) is configured such that the difference between the first search offset value α1 and the second search offset value α2 and the current digital value Imin_1 (an example of the first minimum current digital value). ) And the current digital value Imin_2 (an example of the second minimum current digital value), the offset value α3 is determined so that the current digital value approaches zero. Therefore, the light source device 11 can improve the calculation accuracy of the offset value α3 by using a suitable search offset value to determine the current digital value of the minimum light amount used for the light amount control.

さらに、本発明の一実施形態に係る光源装置において、電流デジタル値I1(第1の電流デジタル値の一例)および電流デジタル値I2(第2の電流デジタル値の一例)は、n/2以上かつn以下の値である。そして、電流決定部350(電流決定手段の一例)は、電流デジタル値Imax_1(最大電流デジタル値の一例)がnに近づくように、ゲイン値β2を決定する。そのため、光源装置11は、光量制御に用いる最大光量の電流デジタル値を決定するために、適する探索用ゲイン値を用いることで、ゲイン値β1の算出精度を向上させることができる。   Furthermore, in the light source device according to the embodiment of the present invention, the current digital value I1 (an example of the first current digital value) and the current digital value I2 (an example of the second current digital value) are n / 2 or more and The value is n or less. Then, the current determination unit 350 (an example of the current determination unit) determines the gain value β2 so that the current digital value Imax_1 (an example of the maximum current digital value) approaches n. Therefore, the light source device 11 can improve the calculation accuracy of the gain value β1 by using a suitable search gain value in order to determine the current digital value of the maximum light amount used for the light amount control.

また、本発明の一実施形態に係る光源装置において、駆動制御部370(駆動制御手段の一例)は、電流決定部350(電流決定手段の一例)によって決定された電流デジタル値を、アナログ電流値である光源素子111から出力される出力電流値に変換する変換部371と、電流決定部350によって決定されたオフセット値α3に基づいて、変換されたアナログ電流値をオフセットするオフセット制御部372と、電流決定部350によって決定されたゲイン値β2に基づいて、変換されたアナログ電流値を増幅させるゲイン制御部373と、を有する。そして、光源装置11において、レーザ光の最大光量に対応する電流デジタル値Imax_nは、変換部371がアナログ電流値に変換できる最大のデジタル値をN(N=0〜N、ただし、Nは自然数)としたとき、2/N<Imax_n<Nの関係を満たす値である。そのため、光源装置11は、温度変化等の環境変動に対応することができるように光量制御範囲を設定することで、光量制御の精度を向上させることができる。   Further, in the light source device according to the embodiment of the present invention, the drive control unit 370 (an example of the drive control unit) uses the current digital value determined by the current determination unit 350 (an example of the current determination unit) as an analog current value. A conversion unit 371 for converting into an output current value output from the light source element 111, an offset control unit 372 for offsetting the converted analog current value based on the offset value α3 determined by the current determination unit 350, A gain control unit 373 that amplifies the converted analog current value based on the gain value β2 determined by the current determination unit 350; In the light source device 11, the current digital value Imax_n corresponding to the maximum light amount of the laser light is N (N = 0 to N, where N is a natural number) that is the maximum digital value that the conversion unit 371 can convert to an analog current value. Is a value satisfying the relationship of 2 / N <Imax_n <N. Therefore, the light source device 11 can improve the accuracy of the light amount control by setting the light amount control range so that it can cope with environmental fluctuations such as a temperature change.

さらに、本発明の一実施形態に係る表示装置は、光源装置11と、光源装置11から出力されたレーザ光を二次元走査する光偏向装置13(走査部の一例)と、二次元走査によって画像光が照射されるスクリーン15(光学素子の一例)と、を備え、スクリーン15に照射された画像光をフロントガラス50(反射部材の一例)で反射させることによって、所定の画像を表示させる。そして、表示装置10において、スクリーン15は、画像光が照射される画像形成領域220(画像領域の一例)と、光量の制御に用いるモニタ光が照射させる光量制御領域210(非画像領域の一例)と、を有する。そして、光源装置11の制御回路300(制御部の一例)は、光量制御領域210において照射されたモニタ光を用いて、光量制御範囲の設定または光源素子111から出力されるレーザ光の光量の制御を行う。そのため、表示装置10は、光源装置11による光量制御を、画像形成領域220とは異なる光量制御領域210に照射されるモニタ光を用いて行うことで、画像形成領域220に形成される画像の色ムラの発生を抑制することができる。   Furthermore, a display device according to an embodiment of the present invention includes a light source device 11, a light deflection device 13 (an example of a scanning unit) that performs two-dimensional scanning with laser light output from the light source device 11, and an image obtained by two-dimensional scanning. A screen 15 (an example of an optical element) irradiated with light, and a predetermined image is displayed by reflecting image light irradiated on the screen 15 with a windshield 50 (an example of a reflecting member). In the display device 10, the screen 15 includes an image forming area 220 (an example of an image area) irradiated with image light, and a light amount control area 210 (an example of a non-image area) irradiated with monitor light used for light amount control. And having. Then, the control circuit 300 (an example of the control unit) of the light source device 11 uses the monitor light emitted in the light amount control area 210 to set the light amount control range or control the light amount of the laser light output from the light source element 111. I do. Therefore, the display device 10 performs the light amount control by the light source device 11 using the monitor light irradiated to the light amount control area 210 different from the image forming area 220, and thereby the color of the image formed in the image forming area 220. Generation of unevenness can be suppressed.

また、本発明の一実施形態に係る表示システムは、表示装置10と、スクリーン15(光学素子の一例)に照射された画像光によって、所定の画像を結像させる自由曲面ミラー30(結像光学系の一例)とを備える。そして、表示システム1において、表示装置10は、移動体のフロントガラス50(反射部材の一例)に所定の画像を表示するヘッドアップディスプレイである。そのため、表示システム1は、光源装置11による光量制御に用いる光量制御範囲を最適化することで、環境変動等の影響に対応させた所定の画像を表示させることができる。   In addition, the display system according to the embodiment of the present invention includes a free-form surface mirror 30 (imaging optics) that forms an image with a display device 10 and image light irradiated on a screen 15 (an example of an optical element). An example of a system). And in the display system 1, the display apparatus 10 is a head-up display which displays a predetermined | prescribed image on the windshield 50 (an example of a reflecting member) of a moving body. Therefore, the display system 1 can display a predetermined image corresponding to the influence of environmental fluctuations, etc. by optimizing the light amount control range used for the light amount control by the light source device 11.

さらに、本発明の一実施形態に係る光量制御方法は、レーザ光を出力する光源素子111(光源の一例)と、光源素子111から出力されるレーザ光の光量を制御する制御回路300(制御部の一例)と、を備える光源装置11が実行する光量制御方法である。そして、本発明の一実施形態に係る光量制御方法において、光源装置11は、光検出器119からの出力に基づいて、光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲に設定するステップと、設定された光量制御範囲において、光源素子111から出力されるレーザ光の光量を制御するステップと、を実行する。そのため、光源装置11は、光検出器119の出力に基づいて光量制御範囲を設定することで、光量制御範囲を最適化することができる。   Furthermore, the light quantity control method according to an embodiment of the present invention includes a light source element 111 (an example of a light source) that outputs laser light, and a control circuit 300 (control unit) that controls the light quantity of the laser light output from the light source element 111. The light quantity control method executed by the light source device 11 including In the light amount control method according to the embodiment of the present invention, the light source device 11 sets a light amount control range indicating a current value range used for light amount control based on the output from the photodetector 119; And a step of controlling the light amount of the laser light output from the light source element 111 in the set light amount control range. Therefore, the light source device 11 can optimize the light amount control range by setting the light amount control range based on the output of the photodetector 119.

また、本発明の一実施形態に係る光源装置は、レーザ光を出力する光源素子111(光源の一例)と、光源素子111から出力されるレーザ光の光量を制御する制御回路300(制御部の一例)と、を備える。そして、制御回路300は、光源素子111から出力されたレーザ光の光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲において光源素子111から出力されるレーザ光の光量を制御し、光量制御範囲は、前記レーザ光の発振閾値以上の電流値の範囲である。そのため、光源装置11は、レーザ光の発振閾値以上の電流値の範囲において光量制御を行うことで、光量制御範囲を最適化するとともに、光量制御に掛かる試行回数を低減させることができる。   In addition, a light source device according to an embodiment of the present invention includes a light source element 111 that outputs laser light (an example of a light source), and a control circuit 300 that controls the amount of laser light output from the light source element 111 (of a control unit). An example). The control circuit 300 controls the light amount of the laser light output from the light source element 111 in the light amount control range indicating the range of the current value used for controlling the light amount of the laser light output from the light source element 111, and the light amount control range. Is a range of current values equal to or greater than the oscillation threshold of the laser beam. Therefore, the light source device 11 can optimize the light amount control range and reduce the number of trials required for the light amount control by performing light amount control in a current value range that is equal to or greater than the laser light oscillation threshold.

●補足●
なお、本発明の一実施形態に係る光源装置、表示装置、表示システムおよび移動体について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。
● Supplement ●
In addition, although the light source device, the display device, the display system, and the moving body according to one embodiment of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and those skilled in the art can conceive. It can be changed within the possible range.

また、本発明の一実施形態に係る光源装置を搭載した表示装置10は、HUD装置に限られず、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、プロジェクタ装置であってもよい。例えば、本発明の一実施形態に係る光源装置11をプロジェクタ装置に適用する場合、プロジェクタ装置を表示装置10と同様に構成することができる。すなわち、表示装置10は、自由曲面ミラー30を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すればよい。なお、表示装置10は、自由曲面ミラー30を介さずに、スクリーン15を介した画像光を映写幕や壁面等に投影してもよい。   Further, the display device 10 equipped with the light source device according to the embodiment of the present invention is not limited to the HUD device, and may be, for example, a head mounted display device, a prompter device, or a projector device. For example, when the light source device 11 according to an embodiment of the present invention is applied to a projector device, the projector device can be configured similarly to the display device 10. That is, the display device 10 may project the image light through the free-form curved mirror 30 onto a projection screen, a wall surface, or the like. Note that the display device 10 may project the image light through the screen 15 onto a projection screen, a wall surface, or the like without using the free-form curved mirror 30.

1 表示システム
10 表示装置
11 光源装置
13 光偏向装置(走査部の一例)
15 スクリーン(光学素子の一例)
30 自由曲面ミラー(結像光学系の一例)
50 フロントガラス(反射部材の一例)
111 光源素子(光源の一例)
119 光検出器
300 制御回路(制御部の一例)
350 電流決定部(電流決定手段の一例)
370 駆動制御部(駆動制御手段の一例)
371 変換部
372 オフセット制御部
373 ゲイン制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Display system 10 Display apparatus 11 Light source apparatus 13 Optical deflection apparatus (an example of a scanning part)
15 screen (example of optical element)
30 Free-form surface mirror (an example of an imaging optical system)
50 Windshield (an example of a reflective member)
111 Light source element (an example of a light source)
119 Photodetector 300 Control circuit (an example of control unit)
350 Current determining unit (an example of current determining means)
370 Drive control unit (an example of drive control means)
371 Conversion unit 372 Offset control unit 373 Gain control unit

特開2017−173716号公報JP 2017-173716 A

Claims (24)

レーザ光を出力する光源と、
前記光源から出力されるレーザ光の光量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記光源から出力されたレーザ光を検出する光検出器からの出力に基づいて、前記光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定し、前記光量制御範囲において前記光量を制御する光源装置。
A light source that outputs laser light;
A control unit for controlling the amount of laser light output from the light source,
The control unit sets a light amount control range indicating a range of a current value used for the light amount control based on an output from a photodetector that detects the laser light output from the light source, and in the light amount control range, A light source device for controlling the light quantity.
前記制御部は、前記レーザ光の最小光量に対応する電流デジタル値が0に近づき、かつ前記レーザ光の最大光量に対応する電流デジタル値がn(0〜n、ただし、nは自然数)に近づくように、前記光量制御範囲を設定する、請求項1に記載の光源装置。   In the control unit, the current digital value corresponding to the minimum light amount of the laser light approaches 0, and the current digital value corresponding to the maximum light amount of the laser light approaches n (0 to n, where n is a natural number). The light source device according to claim 1, wherein the light quantity control range is set as described above. 前記制御部は、前記光量制御範囲において前記レーザ光の出力電流値を決定し、
前記光源は、前記決定された出力電流値で前記レーザ光を出力する、請求項1または2に記載の光源装置。
The control unit determines an output current value of the laser beam in the light amount control range;
The light source device according to claim 1, wherein the light source outputs the laser light at the determined output current value.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記制御部は、更に、
前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値、並びに前記光源から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する電流決定手段と、
前記設定された光量制御範囲において、前記決定された電流デジタル値に対応する出力電流値を用いて、前記光源の駆動を制御する駆動制御手段と、
を有する光源装置。
The light source device according to any one of claims 1 to 3,
The control unit further includes:
Current determining means for determining an offset value and a gain value for setting the light amount control range, and a current digital value for outputting a laser light of a predetermined light amount from the light source;
Drive control means for controlling drive of the light source using an output current value corresponding to the determined current digital value in the set light amount control range;
A light source device.
前記駆動制御手段は、
前記レーザ光の発振閾値以上の光量を出力する第1の電流デジタル値、および前記第1の電流デジタル値に対応する光量から第1の増加量で増加させた光量を出力する第2の電流デジタル値を用いて、前記光源から前記レーザ光を出力させ、
前記電流決定手段は、
第1の探索用オフセット値と探索用ゲイン値を用いて前記レーザ光を出力した場合と、第2の探索用オフセット値と前記探索用ゲイン値を用いて前記レーザ光を出力した場合とにおいて、それぞれにおける電流デジタル値と前記光検出器の出力の関係を算出し、算出した結果に基づいて前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値を決定する、請求項4に記載の光源装置。
The drive control means includes
A first current digital value that outputs a light amount equal to or greater than the oscillation threshold of the laser light, and a second current digital that outputs a light amount increased by a first increase amount from the light amount corresponding to the first current digital value. Using the value, the laser light is output from the light source,
The current determining means includes
In the case where the laser beam is output using the first search offset value and the search gain value, and in the case where the laser beam is output using the second search offset value and the search gain value, 5. The light source device according to claim 4, wherein a relationship between a digital current value and an output of the photodetector is calculated for each, and an offset value and a gain value for setting the light amount control range are determined based on the calculated result. .
前記電流決定手段は、
前記第1の探索用オフセット値と前記探索用ゲイン値を用いて出力された前記レーザ光を検出した前記光検出器の出力に基づいて、前記レーザ光の最小光量に対応する第1の最小電流デジタル値、および前記レーザ光の最大光量に対応する最大電流デジタル値を算出し、
前記第2の探索用オフセット値と前記探索用ゲイン値を用いて出力された前記レーザ光を検出した前記光検出器の出力に基づいて、前記レーザ光の最小光量に対応する第2の最小電流デジタル値を算出し、
前記算出した前記第1の最小電流デジタル値、前記最大電流デジタル値および前記第2の最小電流デジタル値、並びに前記第1の探索用オフセット値、前記第2の探索用オフセット値および前記探索用ゲイン値に基づいて、前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値を決定する、請求項5に記載の光源装置。
The current determining means includes
A first minimum current corresponding to a minimum light amount of the laser beam based on an output of the photodetector that detects the laser beam output using the first search offset value and the search gain value. Calculate the digital value, and the maximum current digital value corresponding to the maximum amount of laser light,
A second minimum current corresponding to a minimum light amount of the laser beam based on an output of the photodetector that detects the laser beam output using the second search offset value and the search gain value. Calculate digital values,
The calculated first minimum current digital value, the maximum current digital value, and the second minimum current digital value, the first search offset value, the second search offset value, and the search gain. The light source device according to claim 5, wherein an offset value and a gain value for setting the light amount control range are determined based on a value.
前記第1の電流デジタル値および前記第2の電流デジタル値は、0以上かつn/2以下の値であり、
前記電流決定手段は、
前記第1の探索用オフセット値と前記第2の探索用オフセット値の差と、前記第1の最小電流デジタル値と前記第2の最小電流デジタル値の差から、電流デジタル値が0に近づくように、前記オフセット値を決定する、請求項6に記載の光源装置。
The first current digital value and the second current digital value are values of 0 or more and n / 2 or less,
The current determining means includes
The current digital value approaches 0 based on the difference between the first search offset value and the second search offset value and the difference between the first minimum current digital value and the second minimum current digital value. The light source device according to claim 6, wherein the offset value is determined.
前記第1の電流デジタル値および前記第2の電流デジタル値は、n/2以上かつn以下の値であり、
前記電流決定手段は、
前記最大電流デジタル値がnに近づくように、前記ゲイン値を決定する請求項6に記載の光源装置。
The first current digital value and the second current digital value are n / 2 or more and n or less,
The current determining means includes
The light source device according to claim 6, wherein the gain value is determined so that the maximum current digital value approaches n.
前記駆動制御手段は、
異なるp点の電流デジタル値で前記レーザ光を出力させるとともに、前記第1の増加量よりも大きく、n/pとなる第2の増加量で増加させた光量に対応する前記レーザ光を出力させ、
前記電流決定手段は、
少なくとも3点以上の電流デジタル値と前記光検出器の出力の関係に基づいて、前記光源から所定の光量のレーザ光を出力するための電流デジタル値を決定する、請求項4乃至8のいずれか一項に記載の光源装置。
The drive control means includes
The laser beam is output with a current digital value at a different p point, and the laser beam corresponding to the amount of light that is larger than the first increase amount and increased by a second increase amount that is n / p is output. ,
The current determining means includes
9. The current digital value for outputting a predetermined amount of laser light from the light source is determined based on a relationship between at least three current digital values and the output of the photodetector. The light source device according to one item.
請求項4乃至9のいずれか一項に記載の光源装置であって、
前記駆動制御手段は、更に、
前記電流決定手段によって決定された電流デジタル値をアナログ電流値である前記出力電流値に変換する変換部と、
前記電流決定手段によって決定されたオフセット値に基づいて、前記変換されたアナログ電流値をオフセットするオフセット制御部と、
前記電流決定手段によって決定されたゲイン値に基づいて、前記変換されたアナログ電流値を増幅させるゲイン制御部と、を有する光源装置。
The light source device according to any one of claims 4 to 9,
The drive control means further includes:
A converter that converts the current digital value determined by the current determining means into the output current value that is an analog current value;
An offset control unit for offsetting the converted analog current value based on the offset value determined by the current determining means;
And a gain control unit configured to amplify the converted analog current value based on the gain value determined by the current determination unit.
nは、前記変換部がアナログ電流値に変換できる最大のデジタル値をN(N=0〜N、ただし、Nは自然数)としたとき、2/N<n<Nの関係を満たす値である請求項10に記載の光源装置。   n is a value that satisfies the relationship 2 / N <n <N, where N (N = 0 to N, where N is a natural number) is the maximum digital value that can be converted into an analog current value by the conversion unit. The light source device according to claim 10. 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出力されたレーザ光を二次元走査する走査部と、
前記二次元走査によって画像光が照射される光学素子と、を備え、
前記光学素子に照射された前記画像光を反射部材で反射させることによって、所定の画像を表示させる表示装置。
The light source device according to any one of claims 1 to 11,
A scanning unit for two-dimensionally scanning laser light output from the light source device;
An optical element irradiated with image light by the two-dimensional scanning,
A display device that displays a predetermined image by reflecting the image light applied to the optical element by a reflecting member.
前記光学素子は、
前記画像光が照射される画像領域と、前記光量の制御に用いるモニタ光が照射させる非画像領域と、を有し、
前記制御部は、
前記非画像領域に照射されたモニタ光を用いて、前記光量制御範囲の設定または前記光量の制御を行う請求項12に記載の表示装置。
The optical element is
An image region irradiated with the image light, and a non-image region irradiated with monitor light used for controlling the light amount,
The controller is
The display device according to claim 12, wherein the setting of the light amount control range or the control of the light amount is performed using monitor light emitted to the non-image region.
前記制御部は、
前記非画像領域に照射されたモニタ光を用いて、異なる複数の光量で前記光源からレーザ光を出力させ、前記レーザ光を検出した前記光検出器の出力に基づいて、前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値、並びに前記光源から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する請求項13に記載の表示装置。
The controller is
The monitor light emitted to the non-image area is used to output laser light from the light source with a plurality of different light quantities, and the light quantity control range is set based on the output of the photodetector that detects the laser light. The display device according to claim 13, wherein an offset value and a gain value for performing and a current digital value for outputting a predetermined amount of laser light from the light source are determined.
前記レーザ光の最大光量は、前記画像領域で必要とされるホワイトバランスを維持するための最大の輝度となる光量である、請求項13または14に記載の表示装置。   The display device according to claim 13 or 14, wherein the maximum light amount of the laser light is a light amount that provides a maximum luminance for maintaining the white balance required in the image area. 前記レーザ光の最小光量は、前記画像領域で色を生成するために必要とされる最小の光量である、請求項13乃至15のいずれか一項に記載の表示装置。   The display device according to claim 13, wherein the minimum light amount of the laser light is a minimum light amount required for generating a color in the image region. 前記二次元走査の1フレームにおいて前記非画像領域に対して前記レーザ光を照射させることのできる回数をMとした場合、特定の前記光源から出力されるレーザ光を照射させることのできる回数は、M/3よりも小さく、かつM/3に最も近い整数である、請求項13乃至16のいずれか一項に記載の表示装置。   When the number of times that the laser beam can be irradiated to the non-image area in one frame of the two-dimensional scanning is M, the number of times that the laser beam output from the specific light source can be irradiated is The display device according to claim 13, wherein the display device is an integer smaller than M / 3 and closest to M / 3. 前記駆動制御手段は、
前記画像領域と前記非画像領域において、前記オフセット値および前記ゲイン値を切り替える、請求項13乃至17のいずれか一項に記載の表示装置。
The drive control means includes
The display device according to claim 13, wherein the offset value and the gain value are switched between the image region and the non-image region.
前記駆動制御手段は、
前記画像領域と前記非画像領域において、前記光源の点灯パルスのデューティ比を切り替える、請求項13乃至18のいずれか一項に記載の表示装置。
The drive control means includes
The display device according to any one of claims 13 to 18, wherein a duty ratio of a lighting pulse of the light source is switched between the image region and the non-image region.
請求項13乃至19のいずれか一項に記載の表示装置と、
前記光学素子に照射された前記画像光によって、前記画像を結像させる結像光学系と、
を備える表示システム。
A display device according to any one of claims 13 to 19,
An imaging optical system that forms an image of the image by the image light applied to the optical element;
A display system comprising:
前記表示装置は、移動体の前記反射部材に前記画像を表示するヘッドアップディスプレイである、請求項20に記載の表示システム。   The display system according to claim 20, wherein the display device is a head-up display that displays the image on the reflecting member of a moving body. 請求項20または21に記載の表示システムと、
前記反射部材としてのフロントガラスと、
を備える移動体。
A display system according to claim 20 or 21,
A windshield as the reflective member;
A moving object comprising:
レーザ光を出力する光源と、前記光源から出力されるレーザ光の光量を制御する制御部と、を備える光源装置が実行する光量制御方法であって、
前記光源から出力されたレーザ光を検出する光検出器からの出力に基づいて、前記光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定するステップと、
前記設定された光量制御範囲において前記光量を制御するステップと、
を実行する光量制御方法。
A light amount control method executed by a light source device comprising: a light source that outputs laser light; and a control unit that controls the amount of laser light output from the light source,
Setting a light amount control range indicating a range of a current value used for controlling the light amount, based on an output from a photodetector that detects the laser light output from the light source;
Controlling the light amount in the set light amount control range;
The light quantity control method to execute.
レーザ光を出力する光源と、
前記光源から出力されるレーザ光の光量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲において前記光量を制御し、
前記光量制御範囲は、前記レーザ光の発振閾値以上の電流値の範囲である光源装置。
A light source that outputs laser light;
A control unit for controlling the amount of laser light output from the light source,
The control unit controls the light amount in a light amount control range indicating a range of a current value used for the light amount control,
The light amount control range is a light source device in which the current value is equal to or greater than an oscillation threshold value of the laser light.
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