JP2020112583A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ素子からの出力が制限される温度範囲において表示画像の輝度低下を抑制することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１は、レーザ光を射出するレーザ素子２６と、ミラー３３と、第一駆動信号Ｓ１によってミラーを第一回転軸Ｘ１の周りに共振させてレーザ光によってスクリーン２９を主走査方向ＭＳに走査し、第二駆動信号Ｓ２によって第二回転軸Ｘ２の周りにミラーを回転振動させてレーザ光によってスクリーンを副走査方向ＳＳに走査するミラー駆動部３２と、第一駆動信号および第二駆動信号を出力する制御部２５と、レーザ素子２６の温度を測定して制御部２５に出力する温度測定部３０とを備える。制御部２５は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にある場合、レーザ素子２６の温度が適温の範囲内にある場合と比較して、ミラー３３の回転振動の振幅を小さくする。【選択図】図２

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両のウインドシールドなどを介して虚像を運転者の前方に表示するヘッドアップディスプレイ装置がある。例えば、特許文献１には、低温時において、レーザ光源からのレーザ光の射出により当該レーザ光源自体を昇温させると共に、レーザ光が外部に照射されないように凹面ミラーの角度を調整するヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。また、特許文献２には、車両のドアの開閉状態又はキーの状態に応じて、光源部が所望の温度になるように、温度調整部により光源部の温度を調整するヘッドアップディスプレイ装置に関する技術が開示されている。

特開２０１３−２２８６７４号公報 特開２０１３−１７３４６５号公報

ところで、光源にレーザ素子を用いたヘッドアップディスプレイ装置では、レーザダイオードが適正な温度範囲外にある場合、レーザ光の出力を制限する必要があることから、表示画像の輝度が低下して虚像の視認性を損なうおそれがある。

本発明の目的は、レーザ素子からの出力が制限される温度範囲において表示画像の輝度低下を抑制することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、レーザ光を射出するレーザ素子と、前記レーザ素子から射出されたレーザ光を反射させ、かつ互いに直交する第一回転軸および第二回転軸の周りに回転振動するミラーと、第一駆動信号によって前記ミラーを前記第一回転軸の周りに共振させてレーザ光によってスクリーンを主走査方向に走査し、第二駆動信号によって前記第二駆動信号の振幅に応じた回転角度で前記第二回転軸の周りに前記ミラーを回転振動させてレーザ光によって前記スクリーンを副走査方向に走査するミラー駆動部と、前記第一駆動信号および前記第二駆動信号を前記ミラー駆動部に対して出力する制御部と、前記スクリーンに生成された画像を車両におけるアイポイントに対向する位置に配置された反射部材に向けて投射する投射手段と、前記レーザ素子の温度を測定して前記制御部に出力する温度測定手段と、を備え、前記制御部は、前記レーザ素子の温度が適温の範囲外にある場合、前記レーザ素子の温度が前記適温の範囲内にある場合と比較して、前記ミラーの回転振動の振幅を小さくする、ことを特徴とする。

また、上記ヘッドアップディスプレイ装置において、前記制御部は、前記第一駆動信号の周波数を前記ミラーの共振周波数からずらすことにより前記主走査方向における前記レーザ光の走査範囲を狭くする、ものである。

また、上記ヘッドアップディスプレイ装置において、前記制御部は、前記第二駆動信号の振幅を小さくすることにより前記回転角度を小さくして前記副走査方向における前記レーザ光の走査範囲を狭くする、ものである。

また、上記ヘッドアップディスプレイ装置において、前記制御部は、前記第二駆動信号の振幅を小さくすることにより前記回転角度を小さくし、かつ前記第二駆動信号の周期を短くして前記副走査方向における前記レーザ光の走査範囲を狭くする、ものである。

また、上記ヘッドアップディスプレイ装置において、前記制御部は、前記レーザ素子の温度が適温の範囲外にある場合、前記レーザ素子の温度に応じて前記レーザ光の走査範囲を調節する、ものである。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、レーザ素子からの出力が制限される温度範囲において表示画像の輝度低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す概略図である。 図２は、実施形態の投影装置を示す概略構成図である。 図３は、実施形態の走査ミラーを示す概略構成図である。 図４は、実施形態の走査ミラーの断面図である。 図５は、実施形態における第一駆動信号を示すグラフ図である。 図６は、実施形態における第二駆動信号を示すグラフ図である。 図７は、実施形態における合成駆動信号を示すグラフ図である。 図８は、実施形態における画像の表示範囲の変化を示す平面図である。 図９は、実施形態における第一駆動信号の周波数とミラーの振幅との関係を示すグラフ図である。 図１０は、実施形態における第一駆動信号の変化を示すグラフ図である。 図１１は、実施形態における第一駆動信号の他の変化を示すグラフ図である。 図１２は、実施形態における画像の表示範囲の変化を示す図である。 図１３は、実施形態における第二駆動信号の変化を示すグラフ図である。 図１４は、実施形態におけるレーザダイオードの温度と光出力との関係を示すグラフ図である。 図１５は、実施形態における制御部の動作例を示すフローチャート図である。 図１６は、実施形態における画像の表示範囲の変化を示す平面図である。 図１７は、実施形態の変形例における第二駆動信号の変化を示すグラフ図である。 図１８は、実施形態の変形例における画像の表示範囲の変化を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ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１６を参照して、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図１は、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。図２は、ヘッドアップディスプレイ装置を構成する投影装置の概略構成図である。図３は、投影装置を構成する走査ミラーの概略構成図である。図４は、図３に示す走査ミラーのIV−IV断面図である。図５は、第一駆動信号のグラフ図である。図６は、第二駆動信号のグラフ図である。図７は、第一駆動信号と第二駆動信号とを合成した合成駆動信号のグラフ図である。図８は、第一駆動信号の周波数調節に応じた画像の表示範囲の変化例を示す平面図である。図９は、第一駆動信号の周波数とミラーの振幅との関係を示すグラフ図である。図１０は、第一駆動信号の周波数の変化を示すグラフ図である。図１１は、第一駆動信号の周波数の他の変化を示すグラフ図である。図１２は、第二駆動信号の振幅調節に応じた画像の表示範囲の変化例を示す平面図である。図１３は、第二駆動信号の振幅の変化を示すグラフ図である。図１４は、レーザダイオードの温度と光出力との関係を示すグラフ図である。図１５は、制御部による画像の走査範囲の調節動作の一例を示すフローチャート図である。図１６は、第一駆動信号の周波数および第二駆動信号の振幅の調節に応じた画像の表示範囲の変化例を示す平面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、車両１００に搭載される。本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、表示装置２０を含む。本実施形態の表示装置２０は、車両１００のインストルメントパネル１０１によって覆われた収容部に収容されている。インストルメントパネル１０１の上面には、開口部１０１ａが設けられている。表示装置２０は、開口部１０１ａを介して反射部材１０に向けて表示光ＬＤを投射する。

反射部材１０は、車両１００におけるアイポイントＥＰに対向する位置に配置されている。反射部材１０は、表示装置２０から投射される表示光ＬＤを反射する部材である。本実施形態の反射部材１０は、ウインドシールドである。反射部材１０は、入射する光の一部を反射し、光の一部を透過させる半透過性のコーティングなどがなされたウインドシールドであってもよい。表示装置２０から反射部材１０に向けて投射された表示光ＬＤは、反射部材１０から車両１００のアイポイントＥＰに向けて反射される。表示光ＬＤがアイポイントＥＰに向けて反射されることで、運転者Ｄから見た場合に反射部材１０よりも車両１００の前方で虚像Ｖが結像する。

表示装置２０は、投影装置２１および投射手段２２を含む。本実施形態の投射手段２２は、表示光ＬＤを拡大させて反射する拡大ミラーである。例えば、拡大ミラーとしては、非球面ミラーを用いることができる。投影装置２１は、投射手段２２（拡大ミラー）に向かって表示光ＬＤを投射する。投射手段２２（拡大ミラー）は、投影装置２１からの表示光ＬＤを反射部材１０に向けて反射する。

図２に示すように、投影装置２１は、レーザ光源部２３、画像生成部２４、および制御部２５を含む。レーザ光源部２３は、レーザ素子２６およびダイクロイックミラー２７を含んで構成されている。

本実施形態においては、レーザ光源部２３は、互いに異なる波長のレーザ光を射出する３つのレーザ素子２６（第一レーザ素子２６ａ、第二レーザ素子２６ｂ、および第三レーザ素子２６ｃ）と、２つのダイクロイックミラー２７（第一ダイクロイックミラー２７ａおよび第二ダイクロイックミラー２７ｂ）と、温度測定部３０とを含んで構成されている。画像生成部２４は、走査ミラー２８、およびスクリーン２９を含む。制御部２５は、レーザ光源部２３および画像生成部２４を制御する装置である。制御部２５は、車両１００に設けられた電源部（図示せず）からの各レーザ素子２６への電流の供給を制御する。また、制御部２５は、走査ミラー２８を制御する駆動信号を出力する。

各レーザ素子２６（第一〜第三レーザ素子２６ａ〜２６ｃ）は、レーザダイオード（Laser Diode:ＬＤ）などの発光素子である。レーザ素子２６は、制御部２５によって供給された電流に応じた出力でレーザ光を照射する。つまり、制御部２５によってレーザ素子２６へ供給される電流値が大きい場合、レーザ光の出力も大きくなる。また、制御部２５によってレーザ素子２６へ供給される電流値が小さい場合、レーザ光の出力も小さくなる。レーザ素子２６は、レーザ光の出力が当該レーザ素子２６の温度に対して制限される。例えば、図１４に示すレーザ素子の出力に対する温度特性において、各温度範囲ａ，ｃではレーザ光の出力が制限されるが、温度範囲ｂではレーザ光の出力が制限されていない。温度範囲ｂは、レーザダイオードであるレーザ素子２６の適温の範囲である。一方、温度範囲ａ，ｃは、レーザ素子２６の適温の範囲外である。

本実施形態において、３つのレーザ素子２６のうち、第一レーザ素子２６ａは、赤色のレーザ光（第一レーザ光）を射出するレーザ素子である。また、第二レーザ素子２６ｂは、緑色のレーザ光（第二レーザ光）を射出するレーザ素子である。また、第三レーザ素子２６ｃは、青色のレーザ光（第三レーザ光）を射出するレーザ素子である。

ダイクロイックミラー２７は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する部材である。第一ダイクロイックミラー２７ａ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。第二ダイクロイックミラー２７ｂは、赤色のレーザ光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。

第一レーザ素子２６ａは、走査ミラー２８に向けて第一レーザ光を照射できるように配置されている。第一ダイクロイックミラー２７ａおよび第二ダイクロイックミラー２７ｂは、第一レーザ素子２６ａと走査ミラー２８との間の光軸上に並んで配置されている。第一レーザ光の光軸上において、第二ダイクロイックミラー２７ｂは、第一ダイクロイックミラー２７ａよりも走査ミラー２８側に配置されている。

第一レーザ素子２６ａから射出された第一レーザ光は、第一ダイクロイックミラー２７ａおよび第二ダイクロイックミラー２７ｂを透過し、走査ミラー２８に入射する。第二レーザ素子２６ｂは、第一ダイクロイックミラー２７ａにおける第一レーザ光が入射する面とは反対側の面に向けて第二レーザ光を射出する。第二レーザ光は、第一ダイクロイックミラー２７ａによって走査ミラー２８に向けて反射される。このとき、第一ダイクロイックミラー２７ａによって反射された第二レーザ光は、第一レーザ光と同一軸上で合成される。第三レーザ素子２６ｃは、第二ダイクロイックミラー２７ｂにおける第一レーザ光および第二レーザ光が入射する面とは反対側の面に向けて、第三レーザ光を射出する。第三レーザ光は、第二ダイクロイックミラー２７ｂによって走査ミラー２８に向けて反射される。このとき、第二ダイクロイックミラー２７ｂによって反射された第三レーザ光は、第一レーザ光および第二レーザ光と同一軸上で合成される。

つまり、赤色（第一レーザ光）、緑色（第二レーザ光）、および青色（第三レーザ光）の３つのレーザ光は、第一ダイクロイックミラー２７ａおよび第二ダイクロイックミラー２７ｂによって同一軸上で合成される。したがって、第一〜第三レーザ光は、レーザ光源部２３から重畳されて出力される。制御部２５は、各レーザ素子２６への電流の供給を制御することによって、第一〜第三レーザ光の出力を調節して、レーザ光源部２３から出力されるレーザ光の色を制御することができる。

温度測定部３０は、温度測定手段であり、レーザ素子２６の温度を測定する。温度測定部３０は、例えば、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ、ＩＣ温度センサなどで構成され、３つのレーザ素子２６の周辺の環境温度（周囲温度）を測定する。温度測定部３０は、制御部２５に電気的に接続されており、測定した結果を温度データとして制御部２５に出力する。

画像生成部２４は、走査ミラー２８によって、レーザ素子２６（第一〜第三レーザ素子２６ａ〜２６ｃ）からのレーザ光（第一レーザ光〜第三レーザ光）でスクリーン２９を走査することでスクリーン２９に画像を生成する。

スクリーン２９は、走査ミラー２８と投射手段２２（図１参照）との間の光路上に配置されている。スクリーン２９は、光を透過する平面状の透過性スクリーンである。本実施形態のスクリーン２９は、マイクロレンズアレイである。つまり、スクリーン２９は、集積された多数のマイクロレンズを含んで平面状に構成されている。各マイクロレンズは、レーザ光を拡散させる。レーザ光が拡散されることで、運転者Ｄの姿勢の変化などによって、運転者Ｄの視線が所定の範囲内で変動したとしても、反射部材１０で反射されるレーザ光が視認可能となる。ここで、スクリーン２９は、走査ミラー２８によって反射されたレーザ光によって画像が生成される表示領域ＤＲを有している。

走査ミラー２８は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電気機械システム）技術を利用したＭＥＭＳミラーである。ＭＥＭＳミラーは、機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路などが半導体基板上に集積化された光学デバイスである。本実施形態の走査ミラー２８は、本体部３１、ミラー駆動部３２、ミラー３３、および２つのマグネット３６ａ、３６ｂを含む。

図３に示すように、本体部３１は、貫通孔を有しており、ミラー駆動部３２およびミラー３３は、貫通孔の内側に配置されている。ミラー駆動部３２は、矩形枠状であり、ミラー３３は、円盤形状の部材である。ミラー３３は、ミラー駆動部３２で囲まれた空間に配置されている。レーザ素子２６から射出されたレーザ光は、ミラー３３によってスクリーン２９に向けて反射される。

ミラー３３は、ミラー３３の両端に設けられた一対のトーションバー３４を介してミラー駆動部３２に接続されている。トーションバー３４は、第一回転軸Ｘ１方向におけるミラー３３の両端のそれぞれから、第一回転軸Ｘ１方向に沿って延在している。

ミラー駆動部３２は、第二回転軸Ｘ２方向に延在する２本の梁３５によって本体部３１と接続されている。ここで、第二回転軸Ｘ２は、第一回転軸Ｘ１と直交する。ミラー駆動部３２は、矩形枠状のステージ３２ａと、ステージ３２ａの表面に渦状に巻かれて配置されたコイル３２ｂを含んで構成されている。

マグネット３６ａ、３６ｂは、本体部３１を挟んで第一回転軸Ｘ１方向において対向して配置されている。図４に示すように、一方のマグネット３６ａは、そのＮ極をコイル３２ｂに向けており、他方のマグネット３６ｂは、そのＳ極をコイル３２ｂに向けている。

制御部２５は、ミラー駆動部３２に対して第一駆動信号Ｓ１および第二駆動信号Ｓ２を出力する。図５に示すように、第一駆動信号Ｓ１は、正弦波状の波形を有する信号である。また、図６に示すように第二駆動信号Ｓ２は、のこぎり波状の波形を有する信号である。本実施形態において、第一駆動信号Ｓ１および第二駆動信号Ｓ２は、電流信号である。

本実施形態において、第一駆動信号Ｓ１および第二駆動信号Ｓ２は、図７に示す合成駆動信号Ｓ３として制御部２５からミラー駆動部３２に対して出力される。図７に示すように、合成駆動信号Ｓ３は、第一駆動信号Ｓ１の波形と第二駆動信号Ｓ２の波形とを合成した電流信号である。合成駆動信号Ｓ３は、制御部２５から本体部３１を介してコイル３２ｂに出力される。

コイル３２ｂに電流が流れると、図４に示すように、２つのマグネット３６ａ、３６ｂによって形成された磁界によって、コイル３２ｂにローレンツ力ＬＦが作用する。本実施形態においては、このローレンツ力ＬＦにより、ミラー駆動部３２が第一駆動信号Ｓ１の周波数に応じて小刻みに振動しつつ、第二駆動信号Ｓ２の周波数に応じて第二回転軸Ｘ２の周りに回転振動する。

第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１は、ミラー３３の共振周波数Ｆｒに対応した周波数に設定されている。例えば、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１は、ミラー３３の共振周波数Ｆｒと実質的に等しい周波数である（図５参照）。第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１は、例えば、数ｋＨｚ程度の周波数に設定され、ミラー駆動部３２は、その周波数に応じて、小刻みに振動する。ミラー３３は、ミラー駆動部３２における第一駆動信号Ｓ１に応じた振動と共振することで、第一回転軸Ｘ１の周りに回転振動する。つまり、本実施形態においては、コイル３２ｂおよび２つのマグネット３６ａ、３６ｂが第一回転軸Ｘ１周りにミラー３３を共振させるアクチュエータとして機能する。ミラー３３が第一回転軸Ｘ１の周りに共振することで、ミラー３３に反射されたレーザ光は、スクリーン２９を主走査方向ＭＳに走査する（図２参照）。

ミラー駆動部３２は、第二駆動信号Ｓ２の振幅に応じた回転角度で第二回転軸Ｘ２の周りに回転振動する。第二駆動信号Ｓ２は、スクリーン２９に生成される画像のフレームレートに相当する周波数を有する。第二駆動信号Ｓ２の周波数は、例えば、６０Ｈｚ程度に設定される。例えば、コイル３２ｂにおける電流の向きは、第二駆動信号Ｓ２の周波数で周期的に逆転される。コイル３２ｂの電流の向きが周期的に逆転することで、ミラー駆動部３２は、第二回転軸Ｘ２の周りにおいて、正位相の側および逆位相の側にそれぞれ回転しながら、周期的に回転振動する。

ここで、ミラー駆動部３２は、ミラー３３と共に本体部３１に対して回転振動する。したがって、ミラー駆動部３２がミラー３３と共に第二回転軸Ｘ２の周りに回転振動することで、ミラー３３に反射されたレーザ光は、スクリーン２９を副走査方向ＳＳに走査する（図２参照）。

本実施形態においては、制御部２５は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にある場合、レーザ素子２６の温度が適温の範囲内にある場合と比較して、ミラー３３の回転振動の振幅を小さくする。例えば、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、図８に示すように、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲が第一の範囲Ｗ１である画像を、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲が第一の範囲Ｗ１よりも狭い第二の範囲Ｗ２である画像に切り替えて表示することができる。この場合、制御部２５は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１を調節してレーザ光の走査範囲を狭くすることで、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲を狭くする。本実施形態の第二の範囲Ｗ２である画像は、例えば、第一の範囲Ｗ１である画像の中心位置と同一の中心位置を有する。すなわち、画像の切り替えの前後において、切り替え前の画像（表示範囲が第一の範囲Ｗ１である画像）と、切り替え後の画像（表示範囲が第二の範囲Ｗ２である画像）の中心位置が同一である。切り替え前後の画像の中心位置を同一にすることで、運転者Ｄに違和感を与えず、かつ運転者Ｄが視線をあまり動かすことなく、虚像を視認させることが可能となる。

図９は、横軸に第一駆動信号Ｓ１の周波数をとり、縦軸に第一回転軸Ｘ１の周りにおけるミラー３３の回転振動の振幅をとったグラフ図である。図９に示すように、第一駆動信号Ｓ１の周波数がミラー３３の共振周波数Ｆｒと等しいときに、第一回転軸Ｘ１の周りにおけるミラー３３の回転振動の振幅は、最大となる。そして、第一駆動信号Ｓ１の周波数が共振周波数Ｆｒからずれると、ミラー３３の回転振動の振幅は、小さくなる。本実施形態において、共振周波数Ｆｒと第一駆動信号Ｓ１の周波数との差の絶対値が大きくなるほど、ミラー３３の回転振動の振幅は、指数関数的に減少する。本実施形態の制御部２５は、第一駆動信号Ｓ１の周波数を調節することで、ミラー３３の回転振動の振幅を変化させることができる。言い換えると、第一駆動信号Ｓ１の周波数を調節することで、第一回転軸Ｘ１の周りにおけるミラー３３の回転角度を変化させることができる。

例えば、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲が第一の範囲Ｗ１である画像は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１がミラー３３の共振周波数Ｆｒと実質的に等しい場合に生成される。この場合、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲が第二の範囲Ｗ２である画像は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１を共振周波数Ｆｒからずらすことで、生成することができる。例えば、図１０に示すように、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１は、ミラー３３の共振周波数Ｆｒよりも大きくなるように調節される。また、図１１に示すように、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１は、ミラー３３の共振周波数Ｆｒよりも小さくなるように調節されてもよい。

また、制御部２５は、一つのフレームで表示される画像ごとに第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１を徐々に共振周波数Ｆｒからずらしてもよい。この場合、例えば、スクリーン２９に表示された画像の主走査方向ＭＳにおける表示範囲は、フレームが切り替わるごとに徐々に狭まっていくように表示される。

第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１が共振周波数Ｆｒからずれた周波数とされることで、ミラー３３の回転角度は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１が共振周波数Ｆｒと実質的に等しい場合におけるミラー３３の回転角度よりも小さくなる。したがって、レーザ光の主走査方向ＭＳにおける走査範囲も狭くなる。つまり、スクリーン２９に生成される画像の主走査方向ＭＳに沿う表示範囲が狭くなる。このとき、主走査方向ＭＳに沿う表示範囲の縮小変化は、主走査方向ＭＳにおけるレーザ光の走査時間の変化量に対して大きい。したがって、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１を共振周波数Ｆｒからずらして主走査方向ＭＳに沿う走査範囲を小さくすることで、表示領域ＤＲにおける単位面積当たりのレーザ光の照射量が増加する。つまり、第一駆動信号Ｓ１を調節して画像の主走査方向ＭＳに沿う表示領域ＤＲを狭くすることで、レーザ素子２６の出力が低下していても、生成される画像の輝度の低下を抑制することができる。例えば、ミラー３３の回転角度（振り角）を１／２に減らすと表示範囲の面積が１／２になることから、表示画像の輝度が２倍になる。そのため、レーザ素子２６の出力が低下した場合でも、表示画像の視認性の低下を抑制することができる。

なお、制御部２５は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１を共振周波数Ｆｒからずらすのとは逆に、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１を共振周波数Ｆｒに近づけてもよい。つまり、制御部２５は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１が共振周波数Ｆｒからずれた周波数を、共振周波数Ｆｒと実質的に等しい周波数に調節することで、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲が第二の範囲Ｗ２の範囲である画像を主走査方向ＭＳに沿った表示範囲が第一の範囲Ｗ１の範囲である画像に切り替えてもよい。制御部２５は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１を共振周波数Ｆｒからどの程度ずらすかによって、主走査方向ＭＳに沿った画像の表示範囲を調節することができる。制御部２５は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１をミラー３３が共振する周波数帯の範囲内で調節する。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、図１２に示すように、副走査方向ＳＳに沿った表示範囲が第三の範囲Ｗ３である画像を副走査方向ＳＳに沿った表示範囲が第三の範囲Ｗ３よりも小さい第四の範囲Ｗ４である画像に切り替えることができる。この場合、制御部２５は、図１３に示すように、第三の範囲Ｗ３に対応する第二駆動信号Ｓ２の振幅Ａ１を小さくして、第四の範囲Ｗ４に対応する第二駆動信号Ｓ２の振幅Ａ２になるように調節する。

第二駆動信号Ｓ２の振幅が振幅Ａ１から振幅Ａ２に小さくされることで、ミラー駆動部３２の回転角度は、振幅Ａ１におけるミラー駆動部３２の回転角度よりも小さくなる。したがって、レーザ光の副走査方向ＳＳにおける走査範囲も狭くなる。つまり、スクリーン２９に生成される画像の副走査方向ＳＳに沿う表示範囲が小さくなる。このとき、主走査方向ＭＳにおけるレーザ光の走査回数は、ほぼ変化しないため、表示領域ＤＲにおける単位面積当たりのレーザ光の照射量が増加する。したがって、画像の切り替えの前後において、レーザ素子２６の出力が異なっていても、スクリーン２９に生成される画像の輝度の低下を抑制することができる。本実施形態の第四の範囲Ｗ４である画像は、例えば、第三の範囲Ｗ３である画像の中心位置と同一の中心位置を有する。すなわち、画像の切り替えの前後において、切り替え前の画像（表示範囲が第三の範囲Ｗ３である画像）と、切り替え後の画像（表示範囲が第四の範囲Ｗ４である画像）の中心位置が同一である。

また、制御部２５は、第二駆動信号Ｓ２の振幅を一つのフレームで表示される画像ごとに徐々に小さくしてもよい。この場合、例えば、スクリーン２９に表示された画像の副走査方向ＳＳにおける表示範囲は、フレームが切り替わるごとに徐々に狭まっていくように表示される。つまり、制御部２５は、第二駆動信号Ｓ２の振幅を調節することで、画像の副走査方向ＳＳに沿う表示範囲を調節することができる。

なお、制御部２５は、第二駆動信号Ｓ２の振幅を小さくするのとは逆に、第二駆動信号Ｓ２の振幅を大きくしてもよい。つまり、制御部２５は、第二駆動信号Ｓ２の振幅を振幅Ａ２から振幅Ａ１に調節してもよい。この場合、画像の副走査方向ＳＳに沿う表示範囲は、広くなる。また、第一駆動信号Ｓ１の周波数を調節すること、および第二駆動信号Ｓ２の振幅を調節することは、組み合わせて実行されてもよい。

また、本実施形態の制御部２５は、第二駆動信号Ｓ２の波形の中心をシフトさせるように電流値を調節することで、副走査方向ＳＳにおける表示領域ＤＲの位置を調節することもできる。つまり、第二駆動信号Ｓ２の振幅を調節することで画像の副走査方向ＳＳに沿う表示範囲を狭くした場合であっても、副走査方向ＳＳにおける所定の位置に通常時の輝度を有する画像を表示することができる。例えば、第二駆動信号Ｓ２の波形の中心をより高い電流値とした場合、表示領域ＤＲは、スクリーン２９の下方向へとシフトする。例えば、第二駆動信号Ｓ２の波形の中心をより低い電流値とした場合、表示領域ＤＲは、スクリーン２９の上方向へとシフトする。

また、制御部２５は、スクリーン２９に表示される画像の表示範囲を狭くすることから、表示コンテンツ（例えば、速度表示、案内表示等）をそのまま小さくしても、視認性が低下するため、必要とされる表示コンテンツのみを表示することができる。ヘッドアップディスプレイ装置１の起動直後に車両１００が走行状態となることは稀であることから、速度表示や案内表示等の表示コンテンツを表示せずに、画像の表示範囲を狭くした状態で、例えば『起動中』との表示を行うようにしてもよい。

次に、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１におけるレーザ光の走査範囲の調節動作について図１５を参照して説明する。

ステップＳ１では、温度測定部３０は、レーザ素子２６の温度を測定して制御部２５に出力する。例えば、温度測定部３０は、ヘッドアップディスプレイ装置１の起動直後にレーザ素子２６の温度を測定し、測定結果を制御部２５に出力する。その後、温度測定部３０は、一定の間隔をおいてレーザ素子２６の温度を測定して測定結果を制御部２５に出力する。

ステップＳ２では、制御部２５は、温度測定部３０から入力されたレーザ素子２６の温度が適温の範囲内か否かを判定する。レーザ素子２６の温度が適温の範囲内にある場合は、ステップＳ３に進む。一方、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にある場合、ステップＳ４に進む。

ステップＳ３では、制御部２５は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲内にあることから、基準となる走査範囲で走査するように投影装置２１を制御して、ステップＳ１に戻る。ここで基準となる走査範囲とは、レーザ素子２６の温度が適温の範囲内にあってレーザ光の出力が制限されていない状態における画像の走査範囲である。

ステップＳ４では、制御部２５は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にあってレーザ光の出力が制限されている状態にあることから、ミラー３３の回転振動の振幅を小さくし基準となる走査範囲より狭くすることで走査範囲を調節してステップＳ１に戻る。例えば、制御部２５は、図８に示すように、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲が第一の範囲Ｗ１である画像を、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲が第一の範囲Ｗ１よりも狭い第二の範囲Ｗ２である画像に切り替えて表示する。または、制御部２５は、図１２に示すように、副走査方向ＳＳに沿った表示範囲が第三の範囲Ｗ３である画像を副走査方向ＳＳに沿った表示範囲が第三の範囲Ｗ３よりも小さい第四の範囲Ｗ４である画像に切り替えて表示する。本実施形態の制御部２５は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にある場合、予め設定された表示範囲（第二の範囲Ｗ２、第四の範囲Ｗ４）である画像に切り替える。例えば、レーザ素子２６の温度が温度範囲ａまたはｃにて細かく変化し、その都度、走査範囲が切り替わると、表示画像の細かいサイズ変化で画像品位が損なわれるおそれがある。そこで、制御部２５は、切り替え後の走査範囲を固定して、レーザ素子２６の温度が細かく変化しても表示画像のサイズが細かく変化しないようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、レーザ光を射出するレーザ素子２６と、レーザ素子２６から射出されたレーザ光を反射させ、かつ互いに直交する第一回転軸Ｘ１および第二回転軸Ｘ２の周りに回転振動するミラー３３と、第一駆動信号Ｓ１によってミラー３３を第一回転軸Ｘ１の周りに共振させてレーザ光によってスクリーン２９を主走査方向ＭＳに走査し、第二駆動信号Ｓ２によって第二駆動信号Ｓ２の振幅に応じた回転角度で第二回転軸Ｘ２の周りにミラー３３を回転振動させてレーザ光によってスクリーン２９を副走査方向ＳＳに走査するミラー駆動部３２と、第一駆動信号Ｓ１および第二駆動信号Ｓ２をミラー駆動部３２に対して出力する制御部２５と、スクリーン２９に生成された画像を車両におけるアイポイントＥＰに対向する位置に配置された反射部材１０に向けて投射する投射手段２２（反射ミラー）と、レーザ素子２６の温度を測定して制御部２５に出力する温度測定部３０と、を含み、制御部２５は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にある場合、レーザ素子２６の温度が適温の範囲内にある場合と比較して、ミラー３３の回転振動の振幅を小さくする。

本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１において、制御部２５は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にある場合、レーザ素子２６の温度が適温の範囲内にある場合と比較して、ミラー３３の回転振動の振幅を小さくする。ミラー３３の回転振動の振幅を小さくすることでレーザ光の走査範囲が狭くなり、走査範囲内の走査線密度が高くなることで、レーザ素子２６の出力が制限される温度範囲において表示画像の輝度低下を抑制することができる。この結果、レーザ素子２６の出力が制限されても、ヘッドアップディスプレイ装置１によって表示される虚像の視認性を維持することができる。また、従来と同じ構成で輝度の低下を抑制することができるので、構造の複雑化や部品の追加によるコストアップを抑えることが可能となる。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１において、制御部２５は、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１をミラー３３の共振周波数Ｆｒからずらすことにより主走査方向におけるレーザ光の走査範囲を狭くする。主走査方向におけるレーザ光の走査範囲が狭くなることで走査範囲内の走査線密度が高くなり、輝度の低下を抑制することができる。この結果、レーザ素子２６の出力が制限されても、ヘッドアップディスプレイ装置１によって表示される虚像の視認性を維持することができる。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１において、制御部２５は、第二駆動信号Ｓ２の振幅を小さくすることにより回転角度を小さくして副走査方向ＳＳにおけるレーザ光の走査範囲を狭くする。副走査方向におけるレーザ光の走査範囲が狭くなることで走査範囲内の走査線密度が高くなり、輝度の低下を抑制することできる。この結果、レーザ素子２６の出力が制限されても、ヘッドアップディスプレイ装置１によって表示される虚像の視認性を維持することができる。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１において、制御部２５は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にある場合、レーザ素子２６の温度に応じてレーザ光の走査範囲を調節する。これにより、例えばレーザ素子２６の温度が適温の範囲外にあって当該適温より低い場合でも、レーザ光の走査範囲を調節して表示画像の輝度低下を抑制することができる。したがって、ヘッドアップディスプレイ装置１によって表示される虚像の視認性を維持することができる。

なお、上記実施形態では、制御部２５は、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲を第一の範囲Ｗ１よりも狭い第二の範囲Ｗ２に切り替えるか（図８参照）、副走査方向ＳＳに沿った表示範囲を第三の範囲Ｗ３よりも小さい第四の範囲Ｗ４に切り替える（図１２参照）構成について説明したが、これらに限定されるものではない。例えば、制御部２５は、図１６に示すように、主走査方向ＭＳに沿った表示範囲を第一の範囲Ｗ１から第二の範囲Ｗ２に切り替え、かつ副走査方向ＳＳに沿った表示範囲を第三の範囲Ｗ３から第四の範囲Ｗ４に切り替えるようにしてもよい。これにより、走査範囲内の走査線密度がより高くなり、表示画像における輝度の低下を効果的に抑制することができる。なお、切り替え前後の画像の中心位置が同一であることが好ましいが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１は、レーザ素子２６の温度が適温の範囲外にある場合、例えばペルチェ素子等を利用することなく、レーザ素子２６の自己発熱により適温に向けて加熱しているが、これに限定されるものではなく、ペルチェ素子等を利用してレーザ素子２６の温度調節を行う構成であってもよい。

また、上記実施形態では、温度測定部３０は、赤色、緑色、青色の３つのレーザ素子２６の周囲温度を測定しているが、各レーザ素子２６の周囲温度を測定する構成であってもよい。一般的に、赤色、緑色、青色の各レーザダイオードでは、温度特性が互いに異なる場合がある。具体的には、赤色のレーザダイオードは、緑色や青色のレーザダイオードに比べて相対的に低い温度で出力が低下し始める。そこで、制御部２５は、３つのレーザ素子２６の温度に基づいて、画像の走査範囲を調節する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、制御部２５は、第二駆動信号Ｓ２の振幅を小さくすることにより回転角度を小さくして副走査方向ＳＳにおけるレーザ光の走査範囲を狭くし、画像の副走査方向ＳＳに沿う表示領域ＤＲを狭くしているが、これに限定されるものではない。図１７は、実施形態の変形例における第二駆動信号Ｓ２の変化を示すグラフ図である。図１８は、実施形態の変形例における画像の表示範囲の変化を示す図である。制御部２５は、例えば、第一駆動信号Ｓ１の周波数Ｆ１を変更することなく、第二駆動信号Ｓ２の振幅を小さくすることにより回転角度を小さくし、かつ第二駆動信号Ｓ２の周期Ｔ２を短くする。例えば、図１７に示すように、第二駆動信号Ｓ２の振幅が振幅Ａ１から振幅Ａ２に小さくなることで、ミラー駆動部３２の回転角度が、振幅Ａ１におけるミラー駆動部３２の回転角度よりも小さくなり、副走査方向ＳＳにおける走査範囲が狭くなる。さらに、第二駆動信号Ｓ２の周期が周期Ｔ２から周期Ｔ２′に短くなることで、走査密度を変更することなく、ミラー駆動部３２の回転角度（振り角）が小さくなる。例えば、図１８に示すように、第三の範囲Ｗ３である画像が１１本の走査線で走査されていた場合、第二駆動信号Ｓ２の周期Ｔ２と電流値をそれぞれ５／１１にすると、走査密度を変更することなく、表示範囲を略半分にすることができる。すなわち、第三の範囲Ｗ３よりも小さい第四の範囲Ｗ４にすることができる。上述したように、第二駆動信号Ｓ２の波形の中心をより低い電流値にシフトすることで、図１８に示すように、表示領域ＤＲをスクリーン２９の上方向へとシフトする。以上のように、制御部２５は、第二駆動信号Ｓ２の振幅を小さくすることにより回転角度を小さくし、かつ第二駆動信号Ｓ２の周期を短くして副走査方向ＳＳにおけるレーザ光の走査範囲を狭くする。これにより、走査範囲内の走査線密度を一定の状態にしたまま、画像の表示サイズを小さくすることが可能となる。

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２１ 投影装置
２３ レーザ光源部
２５ 制御部
２６ レーザ素子
２７ ダイクロイックミラー
２８ 走査ミラー
２９ スクリーン
３０ 温度測定部
３２ ミラー駆動部
３３ ミラー
１００ 車両
１０１ａ 開口部
Ｄ 運転者
ＥＰ アイポイント
ＭＳ 主走査方向
ＳＳ 副走査方向
Ｘ１ 第一回転軸
Ｘ２ 第二回転軸

Claims (5)

1. レーザ光を射出するレーザ素子と、
   前記レーザ素子から射出されたレーザ光を反射させ、かつ互いに直交する第一回転軸および第二回転軸の周りに回転振動するミラーと、
   第一駆動信号によって前記ミラーを前記第一回転軸の周りに共振させてレーザ光によってスクリーンを主走査方向に走査し、第二駆動信号によって前記第二駆動信号の振幅に応じた回転角度で前記第二回転軸の周りに前記ミラーを回転振動させてレーザ光によって前記スクリーンを副走査方向に走査するミラー駆動部と、
   前記第一駆動信号および前記第二駆動信号を前記ミラー駆動部に対して出力する制御部と、
   前記スクリーンに生成された画像を車両におけるアイポイントに対向する位置に配置された反射部材に向けて投射する投射手段と、
   前記レーザ素子の温度を測定して前記制御部に出力する温度測定手段と、を備え、
   前記制御部は、
   前記レーザ素子の温度が適温の範囲外にある場合、前記レーザ素子の温度が前記適温の範囲内にある場合と比較して、前記ミラーの回転振動の振幅を小さくする、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記制御部は、
   前記第一駆動信号の周波数を前記ミラーの共振周波数からずらすことにより前記主走査方向における前記レーザ光の走査範囲を狭くする、
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記制御部は、
   前記第二駆動信号の振幅を小さくすることにより前記回転角度を小さくして前記副走査方向における前記レーザ光の走査範囲を狭くする、
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記制御部は、
   前記第二駆動信号の振幅を小さくすることにより前記回転角度を小さくし、かつ前記第二駆動信号の周期を短くして前記副走査方向における前記レーザ光の走査範囲を狭くする、
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記制御部は、
   前記レーザ素子の温度が適温の範囲外にある場合、前記レーザ素子の温度に応じて前記レーザ光の走査範囲を調節する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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