JP2020038288A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーンの位置ずれを含む異常を検出できる車両用表示装置を提供する。【解決手段】車両用表示装置１は、照射される光を透過させる表示領域９１と、表示領域の周囲に設けられ、照射される光が透過しないように遮蔽された非表示領域９２と、を有し、表示領域および非表示領域が走査領域Ｒ１と重なるように配置されるスクリーン９と、可視光域のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光をスクリーンに反射するミラーと、駆動装置と、を有し、駆動装置によってミラーを回転振動させることでレーザ光によって走査領域を主走査方向および副走査方向に走査する走査手段と、非表示領域に配置され、可視光を受光する受光部１１と、受光部の検出結果に基づいて少なくともスクリーンの異常を検出する制御部と、を備える。【選択図】図１１

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

従来、レーザ光によってスクリーンを走査する装置において、異常を検出する技術がある。特許文献１には、スクリーンからの反射光を受光するスクリーン監視部と、スクリーン監視部からの出力に応じてレーザ光源からのビーム光の供給を停止するビーム光供給停止部とを有するプロジェクタの技術が開示されている。特許文献１によれば、スクリーンの破損、焼損、又はピンホールが発生した場合に、レーザ光の供給を停止できるとされている。

特開２００４−３４１２１０号公報

レーザ光によってスクリーンを走査する車両用表示装置において、スクリーンの位置ずれが生じた場合、表示品質の低下を招いてしまう。スクリーンの位置ずれを含む異常を検出できることが望まれている。

本発明の目的は、スクリーンの位置ずれを含む異常を検出できる車両用表示装置を提供することである。

本発明の車両用表示装置は、照射される光を透過させる表示領域と、前記表示領域の周囲に設けられ、照射される光が透過しないように遮蔽された非表示領域と、を含む走査領域を有するスクリーンと、可視光域のレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を前記スクリーンに反射するミラーと、駆動装置と、を有し、前記駆動装置によって前記ミラーを回転振動させることでレーザ光によって前記走査領域を主走査方向および副走査方向に走査する走査手段と、前記走査領域のうち前記非表示領域に配置され、可視光を受光する受光部と、前記受光部の検出結果に基づいて少なくとも前記スクリーンの異常を検出する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両用表示装置は、照射される光を透過させる表示領域と、表示領域の周囲に設けられ、照射される光が透過しないように遮蔽された非表示領域と、を含む走査領域を有するスクリーンと、可視光域のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光をスクリーンに反射するミラーと、駆動装置と、を有し、駆動装置によってミラーを回転振動させることでレーザ光によって走査領域を主走査方向および副走査方向に走査する走査手段と、走査領域のうち非表示領域に配置され、可視光を受光する受光部と、受光部の検出結果に基づいて少なくともスクリーンの異常を検出する制御部と、を備える。

本発明に係る車両用表示装置によれば、スクリーンの位置ずれによって受光部が走査領域から外れた場合に、受光部の検出結果に基づいて異常を検出することができる。よって、本発明にかかる車両用表示装置は、スクリーンの位置ずれを含む異常を検出できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両用表示装置の配置を示す図である。 図２は、実施形態に係る車両用表示装置の内部を示す斜視図である。 図３は、実施形態に係るレーザ表示器の内部を示す斜視図である。 図４は、実施形態に係るスクリーンの構成および配置を示す図である。 図５は、実施形態に係るスクリーンの構成を示す断面図である。 図６は、実施形態に係る受光量検出手段を示す図である。 図７は、実施形態のレーザ表示器によるレーザ光の走査を説明する図である。 図８は、実施形態に係るＭＥＭＳミラーの斜視図である。 図９は、実施形態に係るＭＥＭＳミラーの断面図である。 図１０は、実施形態の異常検出方法を示すフローチャートである。 図１１は、実施形態の異常検出方法を説明する図である。 図１２は、受光部の受光範囲とレーザ光のスポットとの関係を示す図である。 図１３は、正常時の受光部の出力を示す図である。 図１４は、異常時の受光部の出力を示す図である。 図１５は、スクリーンにおける受光部の配置を示す図である。 図１６は、位置ずれしたスクリーンを示す図である。 図１７は、正常時のタイムチャートである。 図１８は、異常時のタイムチャートである。 図１９は、ミラーの振れ角が異常である場合の走査線を示す図である。 図２０は、実施形態の第１変形例に係る受光部の配置を示す図である。 図２１は、実施形態の第１変形例における異常の検出について説明する図である。 図２２は、実施形態の第２変形例に係る受光部の配置を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る車両用表示装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１から図１９を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、車両用表示装置に関する。図１は、実施形態に係る車両用表示装置の配置を示す図、図２は、実施形態に係る車両用表示装置の内部を示す斜視図、図３は、実施形態に係るレーザ表示器の内部を示す斜視図、図４は、実施形態に係るスクリーンの構成および配置を示す図、図５は、実施形態に係るスクリーンの構成を示す断面図、図６は、実施形態に係る受光量検出手段を示す図、図７は、実施形態のレーザ表示器によるレーザ光の走査を説明する図、図８は、実施形態に係るＭＥＭＳミラーの斜視図、図９は、実施形態に係るＭＥＭＳミラーの断面図である。

図１０は、実施形態の異常検出方法を示すフローチャート、図１１は、実施形態の異常検出方法を説明する図、図１２は、受光部の受光範囲とレーザ光のスポットとの関係を示す図、図１３は、正常時の受光部の出力を示す図、図１４は、異常時の受光部の出力を示す図、図１５は、スクリーンにおける受光部の配置を示す図、図１６は、位置ずれしたスクリーンを示す図、図１７は、正常時のタイムチャート、図１８は、異常時のタイムチャートである。図５には、図４のV−V断面が示されている。図９には、図８のIX−IX断面が示されている。

図１に示すように、実施形態に係る車両用表示装置１は、所謂ヘッドアップディスプレイ装置である。車両用表示装置１は、車両１００のアイポイント２０１の前方に虚像を表示する。アイポイント２０１は、運転席に着座したドライバ２００の視点位置として予め定められた位置である。

車両用表示装置１は、車両１００のダッシュボード１０１の内側に配置されている。ダッシュボード１０１の上面には、開口部１０１ａが設けられている。車両用表示装置１は、この開口部１０１ａを介してウインドシールド１０２に画像を投影する。ウインドシールド１０２は、車両１００におけるアイポイント２０１の前方に位置する反射部である。ウインドシールド１０２は、例えば、半透過性を有しており、車両用表示装置１から入射する光をアイポイント２０１に向けて反射する。ドライバ２００は、ウインドシールド１０２によって反射された画像を虚像１１０として認識する。ドライバ２００にとって、虚像１１０はウインドシールド１０２よりも前方に存在するかのように認識される。

なお、本明細書において、特に記載しない限り、「前後方向」は車両用表示装置１が搭載された車両１００の車両前後方向を示すものとする。また、特に記載しない限り、「横方向」は車両１００の車幅方向を示し、「上下方向」は車両１００の車両上下方向を示すものとする。

図２に示すように、車両用表示装置１は、筐体２、レーザ表示器３、平面ミラー４、曲面ミラー５、およびスクリーン９を有する。レーザ表示器３、平面ミラー４、曲面ミラー５、およびスクリーン９は、筐体２に収容されている。本実施形態において、レーザ表示器３は、画像を生成する走査手段である。また、レーザ表示器３とスクリーン９によって、画像を投影する画像生成手段３０が構成されている。

レーザ表示器３は、後述するようにスクリーン９に対してレーザ光を照射する。スクリーン９に生成された画像は、平面ミラー４および曲面ミラー５によって反射される。曲面ミラー５によって反射された画像は、筐体２に形成された開口部、およびダッシュボード１０１の開口部１０１ａを通過してウインドシールド１０２に投影される。平面ミラー４および曲面ミラー５は、スクリーン９に生成された画像をウインドシールド１０２に投影する投影手段１２である。なお、筐体２の開口部やダッシュボード１０１の開口部１０１ａは、透明なカバーによって閉塞されていてもよい。

曲面ミラー５の反射面５ａは、凹状の曲面であり、平面ミラー４からの入射光を拡大してウインドシールド１０２に向けて反射する。つまり、曲面ミラー５は、ウインドシールド１０２とスクリーン９との間の光路に設けられ、スクリーン９の画像を拡大して反射し、ウインドシールド１０２に投影する拡大手段である。本実施形態の曲面ミラー５は、非球面ミラーや、自由曲面ミラーである。

図３に示すように、レーザ表示器３は、筐体６、レーザユニット７、およびＭＥＭＳミラー８を有する。筐体６は、遮光性を有する材料によって形成されている。本実施形態の筐体６の形状は、直方体形状である。レーザユニット７およびＭＥＭＳミラー８は、筐体６の内部に収容されている。レーザユニット７は、可視光域のレーザ光を出射する光源であり、レーザ光を生成して出力する。本実施形態のレーザユニット７は、赤色、緑色、および青色のレーザ光を発生させ、これら三色のレーザ光を重畳させて出力する。

図４および図５に示すように、スクリーン９は、筐体６の壁部６１に対して固定されている。壁部６１は矩形の開口部６２を有する。スクリーン９は、壁部６１に対して内側から固定されており、開口部６２を閉塞している。本実施形態のスクリーン９は、多数のマイクロレンズ９ａを有するマイクロレンズアレイである。マイクロレンズ９ａは、スクリーン９の画像横方向および画像縦方向に沿って配列されている。スクリーン９は、マイクロレンズ９ａの凸面をＭＥＭＳミラー８側に向けて配置されている。マイクロレンズ９ａを透過するレーザ光は、マイクロレンズ９ａによって拡散される。従って、スクリーン９は、ＭＥＭＳミラー８から入射するレーザ光を拡散させて開口部６２から出射する。

図５に示すように、スクリーン９は、表示領域９１および非表示領域９２を有する。表示領域９１は、スクリーン９において、開口部６２と対向している領域である。つまり、表示領域９１は、筐体６の外部へとレーザ光を透過させる領域である。言い換えると、表示領域９１は、ウインドシールド１０２に向けて光を透過させる領域である。車両用表示装置１は、表示領域９１を透過したレーザ光によって虚像１１０を表示する。

非表示領域９２は、スクリーン９において、壁部６１によってマスクされた領域である。非表示領域９２は、壁部６１と重なっている。つまり、非表示領域９２は、筐体６の外部へとレーザ光を透過させない領域である。言い換えると、非表示領域９２は、ウインドシールド１０２に向けて光が透過しないように遮蔽された領域である。

本実施形態のスクリーン９は、第一の非表示領域９２Ａ、および第二の非表示領域９２Ｂを有する。第一の非表示領域９２Ａは、スクリーン９における画像横方向の一端の領域である。第二の非表示領域９２Ｂは、スクリーン９における画像横方向の他端の領域である。つまり、本実施形態のスクリーン９では、画像横方向の両端部が壁部６１によって遮蔽されている。第一の非表示領域９２Ａは、表示領域９１よりも画像横方向の一方側の領域である。第二の非表示領域９２Ｂは、表示領域９１よりも画像横方向の他方側の領域である。スクリーン９は、表示領域９１、第一の非表示領域９２Ａ、および第二の非表示領域９２Ｂが走査領域Ｒ１と重なるように配置されている。

非表示領域９２には、受光部１１が配置されている。本実施形態の車両用表示装置１では、受光部１１の検出結果に基づいて、スクリーン９の位置ずれ等の異常が検出される。受光部１１は、可視光を受光して、受光した可視光の強度に応じた信号を出力する。

本実施形態の受光部１１は、第一の非表示領域９２Ａに配置された第一受光部１１Ａ、および第二の非表示領域９２Ｂに配置された第二受光部１１Ｂを有する。第一受光部１１Ａは、第一の非表示領域９２Ａにおける画像縦方向の一端に配置されている。第二受光部１１Ｂは、第二の非表示領域９２Ｂにおける画像縦方向の他端に配置されている。つまり、第一受光部１１Ａと第二受光部１１Ｂとは、画像縦方向において離して配置されている。本実施形態では、第一受光部１１Ａと第二受光部１１Ｂとがスクリーン９における対角線上に位置している。

図３に示すように、レーザユニット７は、筐体７０、赤色レーザダイオード７１、緑色レーザダイオード７２、青色レーザダイオード７３、ダイクロイックミラー７４，７５、ミラー７６、および光量検出手段１３を有する。本実施形態の筐体７０の形状は、直方体形状である。各レーザダイオード７１，７２，７３、ダイクロイックミラー７４，７５、およびミラー７６は、筐体７０の内部に収容されている。

赤色レーザダイオード７１、緑色レーザダイオード７２、および青色レーザダイオード７３は、互いに異なる波長帯のレーザ光を生成するレーザ素子である。各レーザダイオード７１，７２，７３は、供給される電流値に応じた出力のレーザ光を出射する。

赤色レーザダイオード７１は、赤色の波長帯のレーザ光を発生する。赤色レーザダイオード７１が出力するレーザ光は、コリメータレンズ７９Ａ（図４参照）を通過してダイクロイックミラー７４に照射される。緑色レーザダイオード７２は、緑色の波長帯のレーザ光を発生する。緑色レーザダイオード７２が出力するレーザ光は、コリメータレンズ７９Ｂを通過してダイクロイックミラー７４に照射される。青色レーザダイオード７３は、青色の波長帯のレーザ光を発生する。青色レーザダイオード７３が出力するレーザ光は、コリメータレンズ７９Ｃを通過してダイクロイックミラー７５に照射される。

ダイクロイックミラー７４は、赤色のレーザ光を透過させ、かつ緑色のレーザ光を反射する。赤色のレーザ光と、ダイクロイックミラー７４によって反射された緑色のレーザ光とは同じ光軸上のレーザ光となってダイクロイックミラー７５に入射する。ダイクロイックミラー７５は、赤色および緑色のレーザ光を透過させ、かつ青色のレーザ光を反射する。赤色および緑色のレーザ光と、ダイクロイックミラー７５によって反射された青色のレーザ光とは同じ光軸上のレーザ光となってミラー７６に入射する。ミラー７６は、レーザ光を全反射するミラーである。ミラー７６によって反射された各色のレーザ光は、筐体７０の出射孔７０ａを通過してＭＥＭＳミラー８に入射する。

図６に示すように、光量検出手段１３は、ハーフミラー１４および受光部１５を含む。ハーフミラー１４は、半透過性を有する部材である。本実施形態のハーフミラー１４および受光部１５は、筐体７０に収容されている。ハーフミラー１４は、ダイクロイックミラー７５からＭＥＭＳミラー８までの光路上に配置されている。ハーフミラー１４は、入射するレーザ光の一部を受光部１５に向けて反射し、レーザ光の他の一部を透過させる。受光部１５は、例えば、可視光域の光を受光する素子である。受光部１５は、受光した光量に応じた信号を出力する。

車両用表示装置１は、レーザユニット７およびＭＥＭＳミラー８を制御する制御部１０を有する。制御部１０は、レーザユニット７が生成して出射するレーザ光の光量や色を制御する。制御部１０は、出射させるレーザ光の光量や色の目標値に基づいて、各レーザダイオード７１，７２，７３の出力制御を行う。制御部１０は、受光部１５の検出結果を示す信号を取得する。制御部１０は、受光部１５の検出結果に基づいて各レーザダイオード７１，７２，７３の出力を補正する。また、制御部１０は、受光部１５の検出結果に基づいてレーザダイオード７１，７２，７３の異常を検出した場合、レーザダイオード７１，７２，７３からのレーザ光の出射を停止させる。

図７に示すように、ＭＥＭＳミラー８は、互いに直交する２本の回転軸Ｘ１，Ｘ２の周りに回転振動する可動式のミラー８２を有する。ＭＥＭＳミラー８は、ミラー８２を回転振動させながらレーザ光をスクリーン９に向けて反射することでスクリーン９に画像を生成する。ＭＥＭＳミラー８は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電気機械システム）技術を用いて制作されている。ＭＥＭＳミラー８は、機械要素部品、センサー、アクチュエータ、電子回路等が半導体基板上に集積化されたデバイスである。ＭＥＭＳミラー８の具体的な構成については後述する。

ＭＥＭＳミラー８によって反射されたレーザ光７８は、ＭＥＭＳミラー８のミラー８２が第一回転軸Ｘ１周りに回転振動することにより、スクリーン９を画像横方向に走査する。画像横方向は、スクリーン９における主走査方向である。レーザ光７８は、ＭＥＭＳミラー８のミラー８２が第二回転軸Ｘ２周りに回転振動することにより、スクリーン９を画像縦方向に走査する。画像縦方向は、スクリーン９における副走査方向である。

図６に示すように、ＭＥＭＳミラー８は、本体８０、ステージ８１、ミラー８２、梁８３，８４、マグネット８５，８６、コイル８７、および振れ角検出手段８８，８９を含む。ＭＥＭＳミラー８は、単結晶シリコンウエハをベースに構成されている。本体８０は、貫通孔を有する板状部材である。本体８０は、例えば、制御回路等が形成された基板である。ステージ８１は、ミラー８２を支持する支持体であり、本体８０の貫通孔に配置されている。

ステージ８１は、板状部材であり、ミラー８２を収容する収容部８１ｂを有する。収容部８１ｂは、例えば、ステージ８１を板厚方向に貫通する貫通孔である。ステージ８１は、第二回転軸Ｘ２方向に延在する２本の梁８３によって本体８０と接続されている。本体８０は、梁８３を介してステージ８１と接続されており、ステージ８１を回転振動可能に支持している。梁８３は、ステージ８１の両側面と本体８０とをつないでいる。ステージ８１の表面には、渦状に巻かれたコイル８７が配置されている。コイル８７には、本体８０側から電力が供給される。

ミラー８２は、円盤形状の部材である。ミラー８２は、レーザ光を反射する反射面８２ｄを有する。ミラー８２は、ステージ８１の収容部８１ｂに収容されている。ミラー８２は、第一回転軸Ｘ１方向に延在する２本の梁８４によってステージ８１と接続されている。ステージ８１は、梁８４を介してミラー８２と接続されており、ミラー８２を回転振動可能に支持している。第一回転軸Ｘ１と第二回転軸Ｘ２とは直交している。マグネット８５，８６は、本体８０を挟んで第一回転軸Ｘ１の方向において対向して配置されている。図９に示すように、一方のマグネット８５は、そのＮ極をコイル８７に向けており、他方のマグネット８６は、そのＳ極をコイル８７に向けている。本実施形態では、コイル８７およびマグネット８５，８６が、ミラー８２を回転振動させる駆動装置（アクチュエータ）として設けられている。コイル８７およびマグネット８５，８６は、梁８３，８４の軸周りにミラー８２を回転振動させる。

コイル８７に電流が流れると、図９に示すようにマグネット８５，８６の磁界によって、コイル８７にローレンツ力Ｆ１が作用する。このローレンツ力Ｆ１により、ステージ８１は第二回転軸Ｘ２を回転中心として本体８０に対して相対回転する。制御部１０は、コイル８７に流す電流を制御する。制御部１０は、コイル８７に流す電流の向きおよび電流値を制御することにより、ステージ８１を予め定められた第一周波数で回転振動させる。より具体的には、制御部１０は、コイル８７に流す電流の向きを第一周波数に応じて周期的に逆転させる。これにより、ステージ８１は正位相の側および逆位相の側に交互に回転しながら周期的に回転振動する。第一周波数は、例えば、液晶表示部９が生成する画像の単位時間当りのフレーム数に応じて定められている。

ミラー８２は、共振により第一回転軸Ｘ１の周りに回転振動する。すなわち、ミラー８２は、共振によってステージ８１に対して相対回転する。コイル８７に流す電流値を指令する信号には、第二周波数の信号が含まれている。つまり電流値の指令信号には、第一周波数の成分および第二周波数の成分が含まれている。第二周波数は、ミラー８２の共振周波数に相当する周波数である。ミラー８２が共振によって第一回転軸Ｘ１の周りに回転振動することで、レーザ光７８がスクリーン９を画像横方向に沿って走査する。本実施形態のＭＥＭＳミラー８は、レーザ光７８によって表示領域９１だけでなく非表示領域９２を走査するように構成されている。すなわち、スクリーン９において、レーザ光７８によって走査される走査領域Ｒ１（図５参照）は、表示領域９１および非表示領域９２の両方に設定されている。本実施形態の走査領域Ｒ１は、矩形の領域であり、第一の非表示領域９２Ａおよび第二の非表示領域９２Ｂの両方と重なっている。

振れ角検出手段８８，８９は、ミラー８２の振れ角を検出する。振れ角検出手段８８は、第一回転軸Ｘ１を回転中心とするミラー８２の振れ角である第一の振れ角αを検出する。振れ角検出手段８８は、例えば、梁８４の歪量や、梁８４の歪量に応じた物理量に基づいて第一の振れ角αを検出する。振れ角検出手段８８は、例えば、ステージ８１における梁８４との接続部の近傍に配置される。本実施形態の振れ角検出手段８８は、ピエゾ素子等の圧電素子を用いた歪センサである。振れ角検出手段８９は、第二回転軸Ｘ２を回転中心とするミラー８２の振れ角である第二の振れ角βを検出する。振れ角検出手段８９は、例えば、梁８３の歪量や、梁８３の歪量に応じた物理量に基づいて第二の振れ角βを検出する。振れ角検出手段８９は、例えば、ステージ８１における梁８３との接続部の近傍に配置される。本実施形態の振れ角検出手段８９は、ピエゾ素子等の圧電素子を用いた歪センサである。振れ角検出手段８８，８９の検出結果は、制御部１０に出力される。

本実施形態の制御部１０は、受光部１１の検出結果に基づいて画像生成手段３０の異常を検出する。図１０から図１８を参照して、本実施形態に係る異常検出方法について説明する。図１０に示す制御フローは、画像生成手段３０における異常の有無を確認する際に実行される。この制御フローは、例えば、車両用表示装置１の電源がオンとされたときに実行されてもよく、車両用表示装置１の電源がオンであるときに定期的に実行されてもよい。

ステップＳ１０において、制御部１０は、ＭＥＭＳミラー８の駆動を開始する。本実施形態の異常検出は、図１１に示すように、レーザ光によってスクリーン９を走査させながら行われる。制御部１０は、ＭＥＭＳミラー８のミラー８２を第一回転軸Ｘ１および第二回転軸Ｘ２の周りに回転振動させる。ＭＥＭＳミラー８の駆動が開始されると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０において、制御部１０は、レーザ光を第一受光部１１Ａに照射させる。制御部１０は、ミラー８２の振れ角（第一の振れ角α，第二の振れ角β）が第一の値（α１，β１）であるときにレーザ光を照射するようにレーザ表示器３に指令する。第一の値（α１，β１）は、第一受光部１１Ａに向けてレーザ光が反射される振れ角の組み合わせとして予め定められた値である。なお、第一の値（α１，β１）は、所定の角度範囲であってもよい。ステップＳ２０が実行されると、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０において、制御部１０は、第一受光部１１Ａでの検出を実行させる。制御部１０は、ミラー８２の振れ角が第一の値（α１，β１）であるときの第一受光部１１Ａの出力値を取得する。ステップＳ３０が実行されると、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０において、制御部１０は、第一受光部１１Ａの出力強度が正常であるか否かを判定する。制御部１０は、ステップＳ３０において取得した第一受光部１１Ａの出力値を判定する。受光部１１の出力強度に異常が生じる一例について説明する。受光部１１の出力強度が異常となる原因として、レーザ光のスポットが受光部１１から外れることがある。図１２には、受光部１１の出力強度が正常となる場合のスポット位置の例、および受光部１１の出力強度が異常となるスポット位置の例が示されている。図１２には、受光部１１の受光範囲Ａ１とレーザ光のスポットＳｐの位置との関係が示されている。

図１２において、（ａ）および（ｂ）では、スポットＳｐが受光範囲Ａ１の内部にある。言い換えると、レーザ光が受光範囲Ａ１に適切に照射されている。従って、受光部１１は、図１３に示すように十分な出力強度を示す。図１３には、レーザ光によって走査されるときの受光部１１の出力値の推移が示されている。出力値のピーク値Ｐ１は、閾値Ｐｔよりも大きい。閾値Ｐｔは、レーザ光が適切に受光範囲Ａ１に照射されたか否かを判定する値である。閾値Ｐｔは、スポットＳｐが受光範囲Ａ１に含まれるようにレーザ光が照射された場合にピーク値Ｐ１が閾値Ｐｔを超えるように設定されている。

図１２において、（ｃ）では、スポットＳｐが受光範囲Ａ１から外れている。スポットＳｐの少なくとも一部は、受光範囲Ａ１の外にある。図１２の（ｃ）では、スポットＳｐの中心が受光範囲Ａ１の外にある。この場合、受光部１１の出力強度は、図１４に示すように不十分な値となる。図１４では、受光部１１の出力値におけるピーク値Ｐ２が閾値Ｐｔよりも小さい。

このように受光範囲Ａ１からスポットＳｐがずれる原因として、スクリーン９の位置ずれがある。図１５には、スクリーン９の位置が適切である場合の走査領域Ｒ１と受光部１１との位置関係が示されており、図１６には、スクリーン９に位置ずれが生じている場合の走査領域Ｒ１と受光部１１との位置関係が示されている。

図１５に示すように、スクリーン９の位置が適切である場合、レーザ光のスポットＳｐが受光部１１と重なる。本実施形態では、スクリーン９は、受光部１１が走査領域Ｒ１の隅に位置するように筐体６に対して取り付けられる。走査領域Ｒ１は、ＭＥＭＳミラー８がレーザ光を走査させる領域である。走査領域Ｒ１の形状は、例えば、矩形である。

スクリーン９の位置が適切である場合、第一受光部１１Ａは、走査領域Ｒ１における第一の頂点Ｖ１に位置し、第二受光部１１Ｂは、走査領域Ｒ１における第二の頂点Ｖ２に位置する。つまり、第一受光部１１Ａおよび第二受光部１１Ｂは、走査領域Ｒ１と重なるように配置されている。第二の頂点Ｖ２は、第一の頂点Ｖ１に対して対角の頂点である。スクリーン９の取り付け位置は、レーザ光が第一の頂点Ｖ１を照射しているときに、スポットＳｐが第一受光部１１Ａの受光範囲Ａ１内に位置し、かつレーザ光が第二の頂点Ｖ２を照射しているときに、スポットＳｐが第二受光部１１Ｂの受光範囲Ａ１内に位置するように設計されている。スクリーン９が筐体６に組み付けられるときの位置のバラツキ等を考慮して、受光範囲Ａ１の寸法は、スポットＳｐのスポット径よりも大きくされている。画像縦方向や画像横方向における受光範囲Ａ１の寸法は、例えば、スポット径の２倍程度とされてもよい。

図１６に示すスクリーン９は、本来の位置に対して、長辺９３が画像横方向に対して傾斜するように位置ずれしている。より具体的には、スクリーン９は、第一の頂点Ｖ１を中心として回転するように位置ずれしている。この位置ずれによって、第二受光部１１Ｂが走査領域Ｒ１の第二の頂点Ｖ２に対してずれてしまっている。この場合、後述するステップＳ７０において、第二受光部１１Ｂでの受光強度が異常であると判定される。

制御部１０は、第一受光部１１Ａから取得したピーク値が閾値Ｐｔ以上であれば、ステップＳ４０において出力強度が正常であるとして肯定判定する。一方、第一受光部１１Ａのピーク値が閾値Ｐｔ未満であれば、ステップＳ４０において否定判定がなされる。スクリーン９が図１５および図１６の何れの位置にある場合も、ステップＳ４０で肯定判定がなされる。ステップＳ４０で肯定判定された場合にはステップＳ５０に進み、否定判定された場合にはステップＳ９０に進む。

ステップＳ５０において制御部１０は、レーザ光を第二受光部１１Ｂに照射させる。制御部１０は、ミラー８２の振れ角（第一の振れ角α，第二の振れ角β）が第二の値（α２，β２）であるときにレーザ光を照射するようにレーザ表示器３に指令する。第二の値（α２，β２）は、第二受光部１１Ｂに向けてレーザ光が反射される振れ角の組み合わせとして予め定められた値である。なお、第二の値（α２，β２）は、所定の角度範囲であってもよい。ステップＳ５０が実行されると、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０において、制御部１０は、第二受光部１１Ｂでの検出を実行させる。制御部１０は、ミラー８２の振れ角が第二の値（α２，β２）であるときの第二受光部１１Ｂの出力値を取得する。ステップＳ６０が実行されると、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０において、制御部１０は、第二受光部１１Ｂの出力強度が正常であるか否かを判定する。制御部１０は、ステップＳ６０において取得した第二受光部１１Ｂの出力値を判定する。第二受光部１１Ｂの出力強度が異常であると判定される場合、その原因として、図１６に示すようにスクリーン９の位置ずれが生じている可能性がある。

図１７には、スクリーン９の位置が正常である場合のタイムチャートが示されている。図１８には、スクリーン９の位置ずれが生じている場合のタイムチャートが示されている。図１７のタイムチャートは、図１５に示すスクリーン９に対応しており、図１８のタイムチャートは、図１６に示すスクリーン９に対応している。図１７および図１８には、（ａ）レーザ制御信号、（ｂ）第一受光部１１Ａの出力信号、および（ｃ）第二受光部１１Ｂの出力信号が示されている。レーザ制御信号は、レーザ表示器３からレーザ光を出力させる信号である。第一受光部１１Ａおよび第二受光部１１Ｂの出力信号は、受光した光の強度（光量）を示す信号である。

時刻ｔ１において、ステップＳ２０における指令に応じて、第一の頂点Ｖ１に向けてレーザ光が照射される。また、時刻ｔ２において、ステップＳ５０における指令に応じて第二の頂点Ｖ２に向けてレーザ光が照射される。スクリーン９が図１５に示す位置にある場合、図１７に示すように、第一受光部１１Ａの出力（時刻ｔ１）および第二受光部１１Ｂの出力（時刻ｔ２）は何れも正常である。一方、スクリーン９が図１６に示す位置にある場合、図１８に示すように、第一受光部１１Ａの出力（時刻ｔ１）は正常であるものの、第二受光部１１Ｂの出力（時刻ｔ２）が異常値を示す。この場合、ステップＳ７０において否定判定がなされる。

制御部１０は、第二受光部１１Ｂから取得したピーク値が閾値Ｐｔ以上であれば、ステップＳ７０において出力強度が正常であるとして肯定判定する。一方、第二受光部１１Ｂのピーク値が閾値Ｐｔ未満であれば、ステップＳ７０において否定判定がなされる。ステップＳ７０で肯定判定された場合にはステップＳ８０に進み、否定判定された場合にはステップＳ９０に進む。

ステップＳ８０において、制御部１０は、表示を開始すると判断する。制御部１０は、表示開始信号を出力する。表示開始信号が出力されている場合、レーザ表示器３が表示領域９１にレーザ光を照射することが許可される。車両用表示装置１は、通常の表示動作を実行する。ステップＳ８０が実行されると、本制御フローは終了する。

ステップＳ９０において、制御部１０は、表示停止信号を出力する。表示停止信号が出力されている場合、レーザ表示器３が表示領域９１にレーザ光を照射することが禁止される。表示停止信号が出力された場合、車両用表示装置１は表示動作を実行せず、ユーザに対して異常の発生を通知する。ステップＳ９０が実行されると、本制御フローは終了する。

なお、制御部１０は、画像生成手段３０の構成要素のうち何れに異常が発生しているかを推定してもよい。例えば、光量検出手段１３において正常な出力のレーザ光が検出されている場合に、受光部１１において出力値が異常を示したとすれば、ＭＥＭＳミラー８の駆動装置（アクチュエータ）の異常、またはスクリーン９の異常である可能性が考えられる。この場合、制御部１０は、ＭＥＭＳミラー８の駆動装置またはスクリーン９の異常であると判定してもよい。

振れ角検出手段８８，８９の検出結果が正常である場合に、受光部１１の出力値が異常を示したとすれば、レーザユニット７またはスクリーン９の異常である可能性が考えられる。この場合、制御部１０は、光源としてのレーザユニット７、またはスクリーン９の異常であると判定してもよい。なお、このような状況が発生する原因として、ミラー８２の反射面８２ｄの異常も考えられる。例えば、反射面８２ｄがミラー８２の本体に対して接着により固定されている場合に、経年劣化等によって反射面８２ｄのずれ等が発生する可能性がある。あるいは、反射面８２ｄの反射率が低下してしまっていることも考えられる。よって、制御部１０は、レーザユニット７、スクリーン９、または反射面８２ｄの異常であると判定してもよい。

光量検出手段１３および振れ角検出部８８，８９の検出結果が正常である場合に、受光部１１の出力値が異常を示したとすれば、スクリーン９の異常である可能性が考えられる。この場合、制御部１０は、スクリーン９の異常であると判定してもよい。

なお、ＭＥＭＳミラー８において、振れ角検出手段８８，８９が誤検出する可能性がある。例えば、ミラー８２の振れ角が異常であるにもかかわらず正常であると誤検出する可能性がある。図１９には、ミラー８２の振れ角が異常である場合の走査線が示されている。図１９における画像横方向の走査範囲Ｒ１１は、本来の走査範囲Ｒ１０よりも狭くなっている。このような走査範囲の異常は、例えば、ＭＥＭＳミラー８のアクチュエータの不具合により発生する。

走査範囲Ｒ１１が狭くなることで、受光部１１に対してレーザ光が照射されなくなる。よって、本実施形態の車両用表示装置１では、走査範囲Ｒ１１が狭くなった場合に、受光部１１の検出結果に基づいて異常判定を行うことができる。すなわち、受光部１１は、振れ角検出手段８８，８９をバックアップして二重の保護を実現する。

本実施形態の車両用表示装置１は、上記以外の原因による異常を検出することもできる。例えば、光量検出手段１３よりもスクリーン９側の光路上に異物が挟まる可能性がある。この場合に、本実施形態の車両用表示装置１は、受光部１１における検出結果に基づいて異常判定を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態の車両用表示装置１は、スクリーン９と、レーザ表示器３と、受光部１１と、制御部１０と、を有する。スクリーン９は、表示領域９１と、非表示領域９２と、を有し、表示領域９１および非表示領域９２が走査領域Ｒ１と重なるように配置される。表示領域９１は、照射される光を透過させる領域である。非表示領域９２は、表示領域９１の周囲に設けられ、照射される光が透過しないように遮蔽された領域である。

本実施形態では、レーザ表示器３が走査手段に相当する。レーザ表示器３は、レーザユニット７と、ミラー８２と、駆動装置と、を有する。レーザユニット７は、可視光域のレーザ光を出射する光源である。ミラー８２は、レーザユニット７から出射されたレーザ光をスクリーン９に反射する。本実施形態では、コイル８７およびマグネット８５，８６が駆動装置として機能する。レーザ表示器３は、駆動装置によってミラー８２を回転振動させることでレーザ光によって走査領域Ｒ１を主走査方向および副走査方向に走査する。

受光部１１は、走査領域Ｒ１と重なるように非表示領域９２に配置されており、可視光を受光する。制御部１０は、受光部１１の検出結果に基づいて、少なくともスクリーン９の異常を検出する。本実施形態の車両用表示装置１は、表示部１１が走査領域Ｒ１から外れるようなスクリーン９の位置ずれが生じた場合に、スクリーン９の異常を検出することができる。よって、本実施形態の車両用表示装置１は、表示品質の低下を抑制することができる。

本実施形態の制御部１０は、受光部１１の検出結果に基づいて異常を検出した場合、レーザユニット７からのレーザ光の出射を停止させる。よって、異常が生じたままで画像の表示がなされてしまうことが抑制される。

本実施形態の受光部１１は、第一受光部１１Ａおよび第二受光部１１Ｂを含む。第一受光部１１Ａは、画像横方向の一方側に配置され、第二受光部１１Ｂは、画像横方向の他方側に配置されている。このような配置により、第一受光部１１Ａと第二受光部１１Ｂとが離れて配置される。よって、スクリーン９の位置ずれが生じた場合に、第一受光部１１Ａおよび第二受光部１１Ｂの少なくとも一つによって異常が検出される可能性が高くなる。

本実施形態では、第一受光部は、表示領域９１よりも画像横方向の一方側に配置され、第二受光部１１Ｂは、表示領域９１よりも画像横方向の他方側に配置されている。よって、受光部１１によってスクリーン９の位置ずれが検出されやすくなる。

本実施形態において、第一受光部１１Ａは、画像縦方向の一方側に配置され、第二受光部１１Ｂは、画像縦方向の他方側に配置されている。このような配置により、第一受光部１１Ａと第二受光部１１Ｂとの距離を大きくすることができる。

本実施形態では、第一受光部１１Ａおよび第二受光部１１Ｂは、スクリーン９における対角線上に配置されている。よって、第一受光部１１Ａと第二受光部１１Ｂとの距離が最大化される。

本実施形態の制御部１０は、第一受光部１１Ａの受光量および第二受光部１１Ｂの受光量の少なくとも一方が所定範囲外の値である場合に異常があると判定する。二つの受光部１１Ａ，１１Ｂの受光量に基づいて異常を判定することで、判定精度が向上する。

本実施形態の車両用表示装置１は、レーザユニット７からミラー８２に向けて出射されるレーザ光の光量を検出する光量検出手段１３を有する。制御部１０は、光量検出手段１３の検出結果が正常であり、かつ受光部１１の検出結果に異常がある場合、駆動装置またはスクリーン９の異常であると検出してもよい。光量検出手段１３の検出結果を用いることで、異常の原因を切り分けることが可能となる。

本実施形態の車両用表示装置１は、ミラー８２の振れ角を検出する振れ角検出手段８８，８９を有する。制御部１０は、振れ角検出手段８８，８９の検出結果が正常であり、かつ受光部１１の検出結果に異常がある場合、レーザユニット７またはスクリーン９の異常であると判定してもよい。振れ角検出手段８８，８９の検出結果を用いることで、異常の原因を切り分けることが可能となる。

本実施形態の車両用表示装置１は、光量検出手段１３および振れ角検出手段８８，８９の両方を有する。この場合、制御部１０は、光量検出手段１３および振れ角検出手段８８，８９の検出結果が正常であり、かつ受光部１１の検出結果に異常がある場合、スクリーン９の異常であると判定してもよい。光量検出手段１３および振れ角検出手段８８，８９の検出結果を用いることで、異常の原因を切り分けることが可能となる。

本実施形態の車両用表示装置１は、スクリーン９の取り付け位置が正常でない場合に、受光部１１の受光結果に基づいて異常を検出することができる。よって、製造時の動作チェックにおいて、スクリーン９の誤組み付けを検出可能である。

［実施形態の第１変形例］
実施形態の第１変形例について説明する。図２０は、実施形態の第１変形例に係る受光部の配置を示す図、図２１は、実施形態の第１変形例における異常の検出について説明する図である。実施形態の第１変形例では、第二受光部１１Ｂが画像縦方向において第一受光部１１Ａと同じ側に配置されている。より具体的には、第二受光部１１Ｂは、走査領域Ｒ１における第三の頂点Ｖ３に位置している。第三の頂点Ｖ３は、画像縦方向において第一の頂点Ｖ１と同じ側に位置する頂点である。言い換えると、第三の頂点Ｖ３は、画像横方向において第一の頂点Ｖ１と対向している。

図２１には、第二の非表示領域９２Ｂが画像縦方向に沿って位置ずれした状態が示されている。このように位置ずれした場合、異常検出において、レーザ光のスポットＳｐが第二受光部１１Ｂの受光範囲Ａ１から外れる。その結果、第二受光部１１Ｂの検出結果に基づいて異常が検出される。

［実施形態の第２変形例］
実施形態の第２変形例について説明する。図２２は、実施形態の第２変形例に係る受光部の配置を示す図である。図２２に示すスクリーン９では、画像縦方向の端部に第三の非表示領域９２Ｃが設けられている。第三の非表示領域９２Ｃは、画像横方向の一端から他端まで延在している。受光部１１は、第三の非表示領域９２Ｃに配置されている。スクリーン９に配置される受光部１１の個数は一つであってもよい。この場合、受光部１１は、例えば、受光部第三の非表示領域９２Ｃにおける画像横方向の中央に配置される。受光部１１は、例えば、走査領域Ｒ１における画像縦方向の端に配置される。

制御部１０は、受光部１１の検出結果に基づいてスクリーン９の位置ずれを検出することができる。第一の非表示領域９２Ａが画像縦方向に位置ずれした場合（矢印Ｙ１）、および第二の非表示領域９２Ｂが画像縦方向に位置ずれした場合（矢印Ｙ２）の何れの場合も、受光部１１の受光量が低下する。よって、受光部１１の検出結果に基づいてスクリーン９の位置ずれを検出することが可能である。

［実施形態の第３変形例］
車両用表示装置１は、受光量検出手段１３を有していなくてもよい。この場合、制御部１０は、受光部１１の検出結果に基づいてレーザユニット７の出力を制御することができる。制御部１０は、例えば、受光部１１の検出結果に基づいて各レーザダイオード７１，７２，７３の出力パワーをフィードバック制御する。

車両用表示装置１は、振れ角検出手段８８を有していなくてもよい。この場合、制御部１０は、受光部１１の検出結果に基づいてミラー８２の振れ角が正常であるか否かを判定することができる。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ 車両用表示装置
２ 筐体
３ レーザ表示器
４ 平面ミラー
５ 曲面ミラー
６ 筐体
７ レーザユニット（光源）
８ ＭＥＭＳミラー
９ スクリーン
９ａ マイクロレンズ
１０ 制御部
１１ 受光部
１１Ａ：第一受光部、 １１Ｂ：第二受光部
１２ 投影手段
１３ 光量検出手段
１４ ハーフミラー
１５ 受光部
３０ 画像生成手段
６１ 壁部
６２ 開口
７０ 筐体
７０ａ 出射孔
７１ 赤色レーザダイオード
７２ 緑色レーザダイオード
７３ 青色レーザダイオード
７４，７５ ダイクロイックミラー
７６ ミラー
７８ レーザ光
７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃ コリメータレンズ
８０ 本体
８１ ステージ
８１ｂ 収容部
８２ ミラー
８３，８４ 梁
８５，８６ マグネット
８７ コイル
８８，８９ 振れ角検出手段
９１ 表示領域
９２ 非表示領域
９２Ａ：第一の非表示領域、 ９２Ｂ：第二の非表示領域、 ９２Ｃ：第三の非表示領域
９３ 長辺
１００ 車両
１０１ ダッシュボード
１０１ａ 開口部
１０２ ウインドシールド（反射部）
１１０ 虚像
２００ ドライバ
２０１ アイポイント
Ａ１ 受光範囲
Ｐ１，Ｐ２ ピーク値
Ｐｔ 閾値
Ｒ１ 走査領域
Ｓｐ スポット
Ｖ１ 第一の頂点
Ｖ２ 第二の頂点
Ｖ３ 第三の頂点
Ｘ１ 第一回転軸
Ｘ２ 第二回転軸
α 第一の振れ角
β 第二の振れ角

Claims (10)

1. 照射される光を透過させる表示領域と、前記表示領域の周囲に設けられ、照射される光が透過しないように遮蔽された非表示領域と、を有し、前記表示領域および前記非表示領域が走査領域と重なるように配置されるスクリーンと、
   可視光域のレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を前記スクリーンに反射するミラーと、駆動装置と、を有し、前記駆動装置によって前記ミラーを回転振動させることでレーザ光によって前記走査領域を主走査方向および副走査方向に走査する走査手段と、
   前記走査領域と重なるように前記非表示領域に配置され、可視光を受光する受光部と、
   前記受光部の検出結果に基づいて少なくとも前記スクリーンの異常を検出する制御部と、
   を備えることを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記制御部は、前記受光部の検出結果に基づいて異常を検出した場合、前記光源からの前記レーザ光の出射を停止させる
   請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記受光部は、第一受光部および第二受光部を含み、
   前記第一受光部は、画像横方向の一方側に配置され、
   前記第二受光部は、画像横方向の他方側に配置されている
   請求項１または２に記載の車両用表示装置。
4. 前記第一受光部は、前記表示領域よりも画像横方向の一方側に配置され、
   前記第二受光部は、前記表示領域よりも画像横方向の他方側に配置されている
   請求項３に記載の車両用表示装置。
5. 前記第一受光部は、画像縦方向の一方側に配置され、
   前記第二受光部は、画像縦方向の他方側に配置されている
   請求項３または４に記載の車両用表示装置。
6. 前記第一受光部および前記第二受光部は、前記スクリーンにおける対角線上に配置されている
   請求項３から５の何れか１項に記載の車両用表示装置。
7. 前記制御部は、前記第一受光部の受光量および前記第二受光部の受光量の少なくとも一方が所定範囲外の値である場合に異常があると判定する
   請求項３から６の何れか１項に記載の車両用表示装置。
8. 更に、前記光源から前記ミラーに向けて出射されるレーザ光の光量を検出する光量検出手段を備え、
   前記制御部は、前記光量検出手段の検出結果が正常であり、かつ前記受光部の検出結果に異常がある場合、前記駆動装置または前記スクリーンの異常であると判定する
   請求項１から７の何れか１項に記載の車両用表示装置。
9. 更に、前記ミラーの振れ角を検出する振れ角検出手段を備え、
   前記制御部は、前記振れ角検出手段の検出結果が正常であり、かつ前記受光部の検出結果に異常がある場合、前記光源または前記スクリーンの異常であると判定する
   請求項１から８の何れか１項に記載の車両用表示装置。
10. 更に、前記光源から前記ミラーに向けて出射されるレーザ光の光量を検出する光量検出手段と、前記ミラーの振れ角を検出する振れ角検出手段と、を備え、
    前記制御部は、前記光量検出手段および前記振れ角検出手段の検出結果が正常であり、かつ前記受光部の検出結果に異常がある場合、前記スクリーンの異常であると判定する
    請求項１から７の何れか１項に記載の車両用表示装置。

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