JP2021081538A - レーザ投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画面中央の表示画像の輝度を最大とした場合においても、画面端のコンテンツの輝度を上げることが可能なレーザ投射表示装置を提供することである。【解決手段】レーザ投射表示装置であって、画像信号を表示する表示期間内のレーザ光の水平方向の画素位置情報を生成するタイミング調整部と、水平方向の画素位置情報を入力し、画素位置に対応した係数を画像信号に乗じる画像補正部と、レーザ光を発生するレーザ光源と、タイミング調整部からの信号に同期してレーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、走査ミラーを、レーザ光を画像信号の同期信号に応じて第一方向に走査し、かつ、第一方向の走査よりも低速で第一方向に略直交する第二方向に走査する走査ミラー駆動部と、各構成部を制御するＣＰＵを有し、画像補正部は、レーザ投射表示装置の外部から入力された信号をもとに係数を固定値に切り替える構成とした。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体レーザ等からの出射光を２次元走査ミラーで走査して画像表示を行うレーザ投射表示装置に関する。

近年、車両用の計器やナビゲーション情報を表示するための表示装置として、ヘッドアップディスプレイ（Head Up Display：以降ＨＵＤと略す）が普及してきている。

ＨＵＤに表示する情報の一例としては、車速、エンジンの回転数、ISO 2575:2010及びJIS D 0032:2006に規定されている識別記号などの計器情報、ナビゲーション情報の他に、車両の運転者に対し、注意喚起を促すアラート情報を表示することが提案されている。アラート情報の例としては、車両の運転者にとって車両の死角になりやすい場所の情報（歩行者の有無、車線変更車両等の情報）を表示することが考えられ、前記アラート情報は、車両に取り付けられたカメラやレーダ等のセンサを用いて検出した信号をもとに生成される。

また、ＨＵＤの表示画面を構成する投射表示装置の一例として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等の２次元走査ミラーと半導体レーザ光源を用いたレーザ投射表示装置が普及している。その際、表示する映像の水平方向の表示位置による明るさ（輝度）を一定にさせるために、レーザ光を発散させるレンズアレイの水平方向の発散角を画面端側が画面中央より大きくすることにより、表示画像の明るさを一定にする技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、画像表示装置は、レーザ光を出射する光源と、レーザ光が走査されることにより画像が描画されるスクリーンと、光源から出射されたレーザ光をスクリーンに対し走査させる走査部と、スクリーンを透過したレーザ光により、スクリーンに描画された画像の虚像を生成する光学系と、を備え、スクリーンは、画像が描画される描画領域のうち、走査方向中央の所定範囲において、発散角が一定で、且つ、所定範囲を除いた両側の範囲において、発散角が、端に向かって徐々に大きくなるよう構成されている点が記載されている。

特開２０１８-７７４１３号公報

ＨＵＤの表示する情報は、運転時に定常的に表示するもの（車速、ナビゲーション情報など）と運転状況に応じて運転者に注意喚起を促すアラート情報（歩行者、後方から追い越し車両、車線変更車両等の有無）とが挙げられる。前者は、運転者の視線の移動を極力少なくするために、スクリーン中央部付近に表示することが考えられる。また、通常運転時は、運転者にスクリーン内の位置による明るさ（輝度）のばらつきがあることにより、違和感を与える可能性があるため、スクリーン内での輝度は一定であることが望ましい。

ここで、特許文献１に記載の技術は、画像が描画される描画領域のうち、走査方向中央の所定範囲を除いた両側の範囲において、発散角が、端に向かって徐々に大きくなるよう、スクリーンが構成されているため、アイボックス内における両側部分の光の光量が、端に向かうほど、中央部分に比べて弱められることにより、アイボックス内における画像全体の明るさを均一に近づけることができる。

このように、スクリーンの構成により水平方向の明るさを均一にしているため、画面端にアラート情報を表示する場合、運転手に対して直感的にアラート情報を伝達するためには画面端を明るくする必要がある。明るくする手段としては、表示する画像のデジタルデータの大小で輝度差をつけることが考えられる。

しかしながら、画像のデジタルデータの差で、画面中央の画像を最も明るいデジタルデータと設定した場合、画面両端のみを明るくすることはできない。つまり、画面の表示範囲毎に明るさを強調しようとすると、常に表示される画像は、強調する輝度分だけ、画像信号のデジタル値を下げた値で構成する必要があり、ＨＵＤとして、画面中央は、最大の明るさで表示することができないという課題が生じる。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、その目的は、画面中央の表示画像の輝度を最大とした場合においても、画面端のコンテンツの輝度を上げることが可能なレーザ投射表示装置を提供することである。

本発明は、その一例を挙げるならば、画像信号に応じたレーザ光を走査ミラーの揺動により走査して画像信号に応じた画像を表示するレーザ投射表示装置であって、画像信号を表示する表示期間内のレーザ光の水平方向の画素位置情報を生成するタイミング調整部と、水平方向の画素位置情報を入力し、画素位置に対応した係数を画像信号に乗じる画像補正部と、レーザ光を発生するレーザ光源と、タイミング調整部からの信号に同期してレーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、走査ミラーを、レーザ光を画像信号の同期信号に応じて第一方向に走査し、かつ、第一方向の走査よりも低速で第一方向に略直交する第二方向に走査する走査ミラー駆動部と、各構成部を制御するＣＰＵを有し、画像補正部は、レーザ投射表示装置の外部から入力された信号をもとに係数を固定値に切り替える構成とした。

本発明によれば、画面中央に表示する画像のデジタル値に最大値を使用した場合においても、画面中央の輝度値を変えることなく、画面端の輝度値を画面中央の輝度値に対して上げることが可能なレーザ投射表示装置を提供できる。

実施例１におけるヘッドアップディスプレイの全体構成を示すブロック図である。 実施例１におけるレーザ投射表示装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例１における画像処理部及びレーザ光源駆動部の構成を示すブロック図である。 実施例１におけるシェーディング補正部の構成を示すブロック図である。 実施例１におけるシェーディング補正特性を示す図である。 実施例１におけるシェーディング補正ＯＦＦ時の輝度分布を説明する図である。 実施例１におけるシェーディング補正ＯＮ時の輝度分布を説明する図である。 実施例１におけるアラート信号に対応したシェーディング補正のＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートである。 実施例１におけるＨＵＤの表示画面の一例を示す図である。 実施例２におけるシェーディング補正部の構成を示すブロック図である。 実施例２におけるアラート信号に対応したシェーディング補正のＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートである。 実施例２における画面右端を強調するシェーディング補正特性を示す図である。 実施例２における画面左端を強調するシェーディング補正特性を示す図である。 実施例２におけるＨＵＤの表示画面の一例を示す図である。 実施例３におけるシェーディング補正部の構成を示すブロック図である。 実施例３におけるシェーディング補正特性を示す図である。 実施例３におけるアラート信号に対応したシェーディング補正のＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートである。 実施例４におけるシェーディング補正部の構成を示すブロック図である。 実施例４におけるＨＵＤの表示画面の一例を示す図である。 実施例１から４におけるレーザの駆動電流と発光パワーの特性を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施例におけるレーザ投射表示装置を含むＨＵＤの全体構成を示すブロック図である。図１において、ＨＵＤ１００は、レーザ投射表示装置１０１とＥＣＵ(Electronic Control Unit)１０２と非球面ミラー１０３から構成される。ＨＵＤ１００は、例えば車両のインストルメントパネルの下部に設置される。レーザ投射表示装置１０１から出射した画像は、非球面ミラー１０３で反射され、車両のウィンドシールド１０４に向けて出射される。ウィンドシールド１０４に向けて出射された画像は、さらにウィンドシールド１０４で反射され、車両の運転者に対して虚像１０５として視認される。なお、１０６は走査線を示している。

ＥＣＵ１０２には、車両に取り付けられたカメラやレーダ等のセンサや、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機等の車両の現在位置情報を取得する通信網等が接続される。またＥＣＵ１０２からレーザ投射表示装置１０１には、表示する画像信号である例えばナビ情報や、スピードメータ、警告などの計器の情報、また、制御信号としてレーザ投射表示装置のＯＮ／ＯＦＦ、表示する輝度情報等の制御コマンドを例えばＳＣＩ(Serial Communication Interface)、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）等のシリアル通信バスを介して出力する構成となっている。

図２は、本実施例におけるレーザ投射表示装置の全体構成を示すブロック図である。図２において、レーザ投射表示装置１０１は、画像処理部１０７、フレームメモリ１０８、レーザ光源駆動部１０９、レーザ光源１１０、反射ミラー１１１、透過ミラー１１２、ＭＥＭＳ走査ミラー１１３、光強度検出器１１４、増幅器１１５、ＭＥＭＳドライバ１１６、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１７を有し、投射面に表示画像１１８を表示する。

画像処理部１０７は、外部から入力される画像信号に同期した水平同期信号（Hsync）及び垂直同期信号（Vsync）を生成し、ＭＥＭＳドライバ１１６へ供給する。ここで水平同期信号及び垂直同期信号は、画像を投射する表示期間と画像を投射しない帰線期間からなり、それぞれを水平表示期間と水平帰線期間、垂直表示期間と垂直帰線期間と呼ぶ。また、水平表示期間と垂直表示期間をまとめて表示期間、水平帰線期間と垂直帰線期間をまとめて帰線期間と呼ぶ。ここで、垂直表示期間と垂直帰線期間からなる１枚の画像に対応する期間を１フレームと呼ぶ。

また、画像処理部１０７は、入力する画像信号に各種補正を加えた画像信号を生成し、レーザ光源駆動部１０９へ供給する。画像処理部１０７で行う各種補正とは、ＭＥＭＳ走査ミラー１１３の走査に起因する画像歪み補正、レーザ１１０a、１１０ｂ、１１０ｃ間の取り付け誤差により生じる発光点の軸ずれ等の補正、画像信号レベルに応じた階調調整などである。なお、画像歪みは、レーザ投射表示装置１０１と投射面との相対角が異なることや、レーザ光源１１０とＭＥＭＳ走査ミラー１１３の光軸ずれなどのために発生する。

また、画像処理部１０７は、光強度検出器１１４で検出したレーザ光の強度情報に基づき、レーザ光源駆動部１０９を制御することで、レーザ光の強度調整を実施する。レーザ光の調整には、ＣＰＵ１１７より取得した制御信号に基づき処理を行うシェーディング補正も含む。このシェーディング補正処理の詳細は後述する。

レーザ光源駆動部１０９は、画像処理部１０７から出力される各種補正を加えた画像信号を受け、それに応じてレーザ光源１１０の駆動電流を変調する。レーザ光源１１０は、例えばＲＧＢ用に３個の半導体レーザ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを有し、画像信号のＲＧＢ毎に画像信号に対応したＲＧＢのレーザ光を出射する。ＲＧＢの３つのレーザ光は、３個のミラー１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃを有する反射ミラー１１１により合成され、透過ミラー１１２に出射される。

反射ミラー１１１は、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する特殊な光学素子（ダイクロイックミラー）で構成される。詳しくは、半導体レーザ１１０ａから出射されたレーザ光（例えばＲ光）を反射し他の色のレーザ光を透過するダイクロイックミラー１１１ａと、半導体レーザ１１０ｂから出射されたレーザ光（例えばＧ光）を反射し他の色のレーザ光を透過するダイクロイックミラー１１１ｂと、半導体レーザ１１０ｃから出射されたレーザ光（例えばＢ光）を反射し他の色のレーザ光を透過するダイクロイックミラー１１１ｃとを有する。これにより、ＲＧＢの３つのレーザ光を１つのレーザ光に合成して投射光となり、透過ミラー１１２に出射する。

透過ミラー１１２は、大部分の光を透過し、一部の光を反射するミラーである。従って、透過ミラー１１２を透過した大部分の投射光はＭＥＭＳ走査ミラー１１３へ入射する。一方、透過ミラー１１２で反射した一部の投射光は光強度検出器１１４へ進む。

ＭＥＭＳ走査ミラー１１３は、２軸の回転機構を有する画像の走査部であって、中央のミラー部を水平方向と垂直方向の２つの方向に振動させることができる。ＭＥＭＳ走査ミラー１１３の振動制御はＭＥＭＳドライバ１１６により行われる。ＭＥＭＳドライバ１１６は画像処理部１０７からの水平同期信号に同期した正弦波信号を生成し、また、垂直同期信号に同期したノコギリ波信号を生成して、ＭＥＭＳ走査ミラー１１３を駆動する。ＭＥＭＳ走査ミラー１１３は、ＭＥＭＳドライバ１１６からの正弦波駆動信号を受けて水平方向に正弦波共振運動を行う。これと同時に、ＭＥＭＳドライバ１１６からのノコギリ波駆動信号を受けて垂直方向に一方向の等速運動を行う。これにより、透過ミラー１１２から入射する投射光は、表示画像１１８に示すような軌跡（Hscan、Vscan）で投射面上を走査される。その走査動作に同期してレーザ光源駆動部１０９によるレーザ光の変調動作を行うことで、入力画像が投射面に表示されることになる。

光強度検出器１１４は、投射光のうち透過ミラー１１２で反射された光を検出することで、ＭＥＭＳ走査ミラー１１３に向かうレーザ光の光量を測定し、増幅器１１５に出力する。増幅器１１５は、光強度検出器１１４の出力を、画像処理部１０７により設定された増幅倍率に従い増幅した後、画像処理部１０７へ出力する。画像処理部１０７は、増幅器１１５からの出力に基づいて表示画像１１８の輝度が一定となるように電流決定処理を実施する。なお、この電流決定処理は、画像の非表示期間である垂直帰線期間において電流値を適宜調整し、そのときのＲＧＢの各レーザ光強度を検出することで実施する。

ＣＰＵ１１７は、レーザ投射表示装置１０１全体の制御を行うとともに、外部からの制御信号を受け付ける。例えば、外部からアラート情報検出信号によるシェーディング係数変更処理を開始する制御信号を受けると、これを画像処理部１０７に出力する。

図３は、本実施例における図２の画像処理部１０７及びレーザ光源駆動部１０９の内部構成を示すブロック図である。

まず、画像処理部１０７の構成について説明する。図３において、画像処理部１０７は、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデジタル信号処理ＬＳＩで構成されるがこの構成につき限定されない。

画像処理部１０７に外部から入力される画像信号は、画像補正部２０１に入力される。画像補正部２０１は、入力された画像信号に対し、ＭＥＭＳ走査ミラー１１３の走査に起因する画像歪み補正、レーザ１１０a、１１０ｂ、１１０ｃ間の取り付け誤差により生じる発光点の軸ずれ等の補正、及び画像信号レベルに基づく階調調整などを行う。補正後の画像信号２０２はタイミング調整部２０４へ出力される。タイミング調整部２０４は、水平同期信号（Ｈ）と垂直同期信号（Ｖ）を生成し、ＭＥＭＳドライバ１１６及び光量調整部２１０に出力する。また、画像補正部２０１から入力される補正後の画像信号２０２は、一旦フレームメモリ１０８に格納される。フレームメモリ１０８に書き込まれた画像信号２０３は、タイミング調整部２０４で生成される水平同期信号と垂直同期信号に同期した読み出し信号で読み出される。その結果、フレームメモリ１０８から読み出される画像信号２０５は、書き込まれる画像信号２０３に対して、１フレーム分遅延している。

フレームメモリ１０８から読み出された画像信号２０５は、ラインメモリ２０６に入力される。ラインメモリ２０６は、１水平表示期間分の画像信号を取り込み、次の水平表示期間で順次読み出して、画像信号２０７と画像信号２０７と対応した水平画素位置信号２１３をシェーディング補正部２０８に出力する。

シェーディング補正部２０８は、入力された画像信号２０７に対して、水平画素位置信号２１３を参照し、水平方向の画素位置に対応した係数を乗じた画像信号２０９をレーザ光源駆動部１０９へ出力する。前記係数についての詳細は後述する。光量調整部２１０は、光強度検出器１１４の出力を増幅器１１５で増幅した信号（光強度）２１６を入力し、レーザ光源１１０からの投射光の強度が目標範囲以内となるようレーザ光源駆動部１０９を制御する。

また、光量調整部２１０は、レーザ光強度調整処理を実施する。図１８は、レーザ光源１１０の駆動電流に対するレーザ光の発光出力を示した特性図の一例である。横軸は、レーザ光源駆動部１０９から供給される駆動電流Ｉ、縦軸はレーザ光源１１０のそれぞれのレーザ光の発光出力Ｐを示す。レーザ光強度調整処理は、図示しない基準画像信号をレーザ光源駆動部１０９に供給し、得られるレーザ光の強度２１６に基づき、レーザ光源駆動部１０９に対するオフセット電流設定信号２１９、電流ゲイン設定信号２１８などの電流設定信号を決定する。これにより、発光開始から一定時間経過後の投射画像を、一定のホワイトバランスに保持することが可能となる。

次に、図３に戻って、レーザ光源駆動部１０９の動作について説明する。レーザ光源駆動部１０９は、シェーディング補正部２０８が出力する画像信号２０９をレーザ光源１１０に供給する電流値に変換する電流設定部である。この電流設定のため、電流ゲイン回路２２０とオフセット電流回路２２１を有する。電流ゲイン回路２２０は、画像信号２０９の画像信号値Ｓに電流ゲインβを乗算することで、レーザ光源１１０に流れる信号電流値（β×Ｓ）を決定する。その際の電流ゲインβは、光量調整部２１０から電流ゲイン設定信号２１８にて与えられる。電流ゲインβを増減することで、画像信号２０９に比例する信号電流値成分を増減させる。オフセット電流回路２２１は、レーザ光源１１０に流れる電流値の下限値（オフセット成分）を決定する。その際のオフセット電流値αは、光量調整部２１０からオフセット電流設定信号２１９にて与えられる。オフセット電流値αは、画像信号２０９に依存しない固定値である。加算器２２２は、電流ゲイン回路２２０で決定された信号電流値（β×Ｓ）に、オフセット電流回路２２１で決定されたオフセット電流値αを加算し、合計の電流値２２３（＝β×Ｓ＋α）をレーザ光源１１０に供給する。

図４は、図３のシェーディング補正部２０８の構成を示す図である。図４において、シェーディング補正部２０８は、ラインメモリ２０６が出力する画像信号２０７に対し、水平方向の水平画素位置信号２１３に対応したシェーディング補正係数３１０を乗算器３０２により乗算する。これは、ＭＥＭＳの水平方向の走査が、正弦波で走査されるため、画面の中心から左右両端に向かうにつれて、レーザ発光の走査速度が低下することにより生じる左右両端の輝度が上がる特性に対して、画像信号の値を下げることにより補正し、水平方向の輝度変動をある範囲以内に押さえた画像信号３０３として出力している。この補正のため、ＬＵＴ（Look Up Table)３０４と乗算器３０２と、スイッチ３０７と、固定値３０８と、加算器３１１を有する。

ＬＵＴ３０４は、２ｎ乗のアドレスを入力とし、アドレスに対応したデジタル信号を出力とする。アドレスの一例としては、水平画素数が１９２０画素である場合は、２の１１乗に相当する２０４８個のアドレスを有する構成が考えられる。ＬＵＴ３０４のデジタル信号の詳細については後述する。

ＬＵＴ３０４の出力であるＫは、加算器３１１の一方の信号として供給され、加算器３１１の他方の入力には固定値”１”３０８が供給される。加算器３１１の出力信号は、固定値”１”からＬＵＴ３０４の出力Ｋを減算した信号（１−Ｋ）としてスイッチ３０７の一方の信号に供給され、スイッチ３０７の他方の入力には固定値１が供給される。また、スイッチ３０７は、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２により、出力する信号を選択する。例えばシェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２が”１”、つまり、”補正有”の場合は、加算器３１１の出力を選択し、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号が”０”の"補正無”の場合は、固定値”１”３０８を選択する。スイッチ３０７の出力は、シェーディング補正係数３１０：（１−Ｋ）または”１”として、乗算器３０２の他方の入力に供給され、画像信号２０７に乗算される。シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２は、ＣＰＵ１１７からの制御信号に含まれており、光量調整部２１０を介して供給される。

次に、ＬＵＴ３０４のデジタル信号について説明する。ＬＵＴ３０４は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成し、ＲＡＭのアドレスは、水平画素数を割り当てる。例えば、アドレスの０番地を１画素目、１番地を２画素目とするように、アドレスに対して画素を順番に割り当てる。アドレス数の容量は、１ライン中の全ての画素を割り当てることができる容量とする。ＲＡＭのデータは、シェーディング係数Ｋとして、例えば０から１までの値を２ｎ乗の階調のデジタル値に割り振る。

図５は、本実施例におけるシェーディング係数の一例を示す図である。図５において、横軸は水平画素位置を示し、例えば水平画素数が１９２０画素とした場合、０点４０２が１画素目、中心点４０１が８１０画素目、左端の４０３が１９２０画素目を示す。縦軸はシェーディング係数Ｋを示し、画面中央の４０１部分は”０”であり、画面中心から画面端に行くにつれて係数が大きくなる特性を持つ。

図５の特性から分かるように、図４における乗算器３０２に供給されるシェーディング補正係数３１０は、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２が”１”を選択した場合（１−Ｋ）となるので、画面両端の画像信号に対して値を下げる方向、つまり輝度を下げる処理を行う。一方で画面中央のシェーディング係数は、１に近い値になるため、処理のない状態と同じ輝度になる。また、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２が”０”を選択した場合のシェーディング補正係数３１０は、”１”となるため、シェーディング補正処理のない状態の輝度となることは自明である。補正値については、輝度ばらつきの補正量、表示する画像の分解能及び量子化誤差を鑑みて決定する必要があるが、ここでは限定はしない。

次に、シェーディング補正のＯＮ／ＯＦＦでの輝度分布について説明する。図６は、シェーディング補正をＯＦＦに設定しているとき、つまりシェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２が”０”を選択時の輝度分布を説明する図である。

図６（ａ）は、ＭＥＭＳ走査ミラー１１３による走査を示す図である。垂直方向の走査は、Ｙ軸を示しており、垂直表示期間は上から下に走査し、垂直帰線期間は下から上に走査する。また、水平方向の走査は、Ｘ軸を示している。図６（ａ）の５０１方向に走査する場合、ＭＥＭＳ走査ミラーは、正弦波で走査されるため、単位時間当たりの表示画素の間隔は、画面の中心から左右両端に向かうにつれて、短くなる。すなわち、画面の中心から左右両端に向かうにつれてレーザ発光の走査速度が低下する特性をもつ。すなわち、走査時間はｔ２＜ｔ１、ｔ３となり、走査速度が遅いと発光時間が長いので画面端ほど輝度が高くなる。

図６（ｂ）は、走査方向５０１の１ラインの輝度を示した図である。画面中央に対して、画面左右端の輝度が２倍近くあがっていることを示している。また、図６（ｃ）は、シェーディング補正をＯＦＦの設定で、画像信号を白(例えば、８ｂｉｔの画像信号とした場合、Ｒ、Ｇ、Ｂともに最大値である２５５）を選択し、表示画面全体に表示した画像を示した図である。画面両端に行くにつれ、レーザの発光時間は長くなる為、画面中央部に対して、画面両端部分の輝度は明るくなっていることを示している。図１８のレーザ光源１１０の特性で示すと、1ライン中のどの画素においても、シェーディング補正をＯＦＦ、つまり図１８に示すIsignalの(１−Ｋ×α)＝１となるため（なおαについては後述するが本実施例ではα＝１）、駆動電流はI(２ⁿ−１)の電流値、レーザ発光はＰ（２ⁿ−１）の出力で発光している状態で制御される。

図７は、シェーディング補正をＯＮに設定しているとき、つまりシェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２を”１”に選択している時の輝度分布を説明する図である。

図７（ａ）は、図６（ａ）と同じくＭＥＭＳ走査ミラー１１３による走査を示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）中の水平方向の１ライン分の輝度分布を示しており、５１０の特性がシェーディング補正ＯＦＦ、５２０の特性がシェーディング補正ＯＮ時の特性を示している。

図７（ｃ）は、図６（ｃ）と同じく、全画面に白（Ｒ、Ｇ、Ｂともに最大値）を表示し、図６（ｃ）の状態から、上記のシェーディング補正をＯＮの設定に変更したときの画像を示した図である。図１８のレーザ光源１１０の特性で示すと、シェーディング補正をＯＮ、つまり図１８に示すIsignalの(１−K×α)が画素位置により異なるため（なおαについては後述するが本実施例ではα＝１）、画面両端に向かうにつれて、駆動電流をI(２ⁿ−１)から下げる方向に可変し、それに伴いレーザ発光はＰ（２ⁿ−１）から下げる方向に制御されている。

このように、図７（ｂ）、７（ｃ）ともにシェーディング補正をＯＮに設定すると画面中央の輝度と画面両端の輝度がほぼ等しくなっており、水平期間内の輝度ばらつきを抑制することを実現している。

次に、レーザ投射表示装置１０１が、ＥＣＵ１０２からのアラート情報信号により、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２を設定するまでの処理を説明する。

図８は、本実施例における、アラート信号に対応したシェーディング補正のＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートである。図８において、開始時点のステップＳ１０１の状態は、レーザ投射表示装置１０１に電源が供給され、ＣＰＵ１１７をはじめ、レーザ光源駆動部１０９、画像処理部１０７、フレームメモリ１０８、光強度検出器１１４、増幅器１１５、ＭＥＭＳドライバ１１６等の初期設定は完了しており、ウィンドシールド１０４を介して虚像１０５が表示された状態となっている。

Ｓ１０２は、この処理フローが、ＣＰＵ１１７の割込み要因の一つとして割り当てられたＭＥＭＳドライバ１１６に供給する垂直同期信号（Vsync）に同期した処理（垂直同期信号をトリガとして、処理を開始し、そのフレーム内で完結する）を行っていることを示す。従って、垂直同期信号の入力を検出し、次の処理に遷移する。

Ｓ１０３は、ＥＣＵ１０２からレーザ投射表示装置１０１に供給される動作を決定する制御コマンドを受信し解析する処理を示す。制御コマンドは、アラート情報用の設定を行う命令の他に、レーザ光源のＯＮ／ＯＦＦ、表示画面のサイズ変更といった運転者であるユーザが設定したことにより発生するもの、レーザ光源の発光パワー制御のように周期的にＣＰＵ１１７が実行するもの等がある。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１０２から送信された制御コマンドに、アラート情報用設定コマンド（以降アラート設定コマンドと呼ぶ）が含まれるかを検出し、アラート設定コマンド検出時はＳ１０６へ、非検出時はＳ１０７へと分岐する。

Ｓ１０６では、ＣＰＵ１１７が、アラート設定コマンドすなわちアラート信号に同期してシェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２をＯＦＦ”０”に設定する信号を光量調整部２１０に供給する。

次に、アラート設定コマンドが該当しなかった場合は、Ｓ１０７で、アラート解除コマンドが含まれているか否かを検出する。アラート解除コマンドは、このコマンドを受信する以前にアラート設定コマンドを受信している状態で有効になる。アラート設定コマンドを受信している場合は、水平方向の輝度が不均一になっているため、Ｓ１０９では、水平方向の輝度を一定に戻すための処理を行う。すなわち、Ｓ１０９では、ＣＰＵ１１７が、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２をＯＮ”１”に設定する信号を光量調整部２１０に供給する。

そして、アラート設定コマンド、アラート解除コマンドの処理が完了した後、もしくは、アラート設定コマンド、アラート解除コマンドのいずれにも該当しない場合は、Ｓ１１０、Ｓ１１１へと遷移し、通常動作時に行う、例えばレーザ発光のパワー制御であり、レーザ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの発光時間を図示はしていないＥＥＰＲＯＭ等の記録媒体に記録等を行う。

Ｓ１１２では、終了コマンドの有無の判定を行う。終了コマンドが含まれていた場合は、Ｓ１１３へと遷移し、Ｓ１１３では、レーザ投射表示装置１０１の動作状態を図示していないＥＥＰＲＯＭに書き込んだ後、レーザを消灯し、レーザ投射表示装置１０１の電源をＯＦＦにする。終了コマンドが含まれていない場合は、Ｓ１０２に遷移し、垂直同期信号が入ってくることを待つ処理に遷移する。

図９は、本実施例における、ＥＣＵ１０２からのアラート信号により、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２を切り替えたときの表示画像の一例を示す図である。図９(ａ)は、アラート情報未検出時、つまり通常運転時の表示画像６０１を示し、下段には、１水平ライン６０２での輝度を示す。図９（ｂ）は、同様に、アラート情報検出時の表示画像の一例を示す。図９（ａ）では、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２はＯＮとなっているため、画面の水平方向の輝度は、画面中央６０５、画面端６０６、６０７に関わらず同じ画像信号においては均一に保たれている。ユースケースとしては、通常運転時の計器類の表示６０３、ナビゲーション情報６０４等の表示をする。この効果としては、車両の運転者に対して違和感を生じさることが少ない表示を提供することが可能となる。

一方、図９（ｂ）においては、表示画面は、（ａ）の画像に、画面左端に歩行者の存在を示す意匠６０８を重畳した画像である。（ｂ）においては、アラート信号に同期してシェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２はＯＦＦとなっているため、画面の水平方向の輝度は、画面中央６０５では図（ａ）の明るさから変化せず、画面の水平方向の画面端側１／４の位置から画面端６０６、６０７に向けて、輝度が２倍近くに上がっていく。

この効果としては、画面中央６０５の輝度は通常運転時と変化がなく、歩行者の存在を示す意匠６０８が挿入されることにより、運転者に注意喚起を促すことができるが、更に輝度も画面中央の計器類の表示６０３、ナビゲーション情報６０４に対して、約２倍の明るさにすることが可能となり、アラート情報等を運転手に対して直感的に伝達することができる。

以上のように、本実施例によれば、画面中央に表示する画像のデジタル値に最大値を使用した場合においても、画面中央の輝度値を変えることなく、画面左右端の輝度値を画面中央の輝度値に対して上げることを可能とし、且つ、アラート情報に連動しアラート情報の表示位置の輝度を上げるようにフレーム単位で設定変更制御することにより、アラート情報を運転者に対して直感的に伝達するレーザ投射表示装置を提供できる。

また、表示画像や意匠を製作する製作者に対しては、使用するデジタルデータに制限をかける必要がなく、自由度が高い表示画像や意匠を表示することが可能なレーザ投射表示装置を提供できる。

また、ＨＵＤの車両への組み込みを考慮すると、車種により異なるウィンドシールドに表示するアイボックスの大きさ、収納するダッシュボードの位置の制約に対して、自由度を持たせる構成としたレーザ投射表示装置を提供できる。

本実施例では、実施例１がアラート情報により画面両端の輝度を上げアラート情報の意匠を強調する処理であるのに対し、意匠を重畳する端のみの輝度を強調する例について説明する。

図１０は、本実施例における、図３のシェーディング補正部の構成を示す図である。図１０において、図４と同じ機能は同じ符号を付しその説明は省略する。図１０において図４と異なる点は、位置判定部３１２と論理和３１３を追加した点であり、画像信号の位置情報を検出し、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２に反映したことである。

図１０において、光量調整部２１０からの位置選択信号２２４が位置判定部３１２に供給される。位置選択信号２２４は、例えば、画面中央から右端にかけての領域を”０”、画面中央から左端に掛けての領域を”１”とする１ｂｉｔのデジタル信号で構成できる。位置判定部３１２は、位置選択信号２２４と水平画素位置信号２１３を入力とし、位置選択信号２２４が”１”（画面右端を強調）の場合、水平画素位置信号２１３が０からｎ／２画素に達するまでを”０”、ｎ／２＋１画素以上を”１”とする。また、位置選択信号２２４が”０”（画面左端を強調）の場合は、”１”設定時の反転信号とする。そして、位置判定部３１２の出力と、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２との論理和３１３をとり、スイッチ３０７の選択信号とする。すなわち、シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２がＯＦＦ”０”でも、位置選択信号２２４により論理和３１３の出力は画面の片端が”１”となり、スイッチ３０７により、画面の片端がシェーディング補正ＯＮ時の係数（１−Ｋ）が選択されるので、輝度が減少し、画面の反対の片端の輝度が強調されることになる。

図１１は、本実施例におけるアラート信号に対応したシェーディング補正のＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートであり、図８においてアラート情報に連動した処理のＳ１００の部分を抜き出したフローチャートである。図１１において図８と異なる点は、設定するパラメータのうち、画面の左右端のどちらを強調するかを選択する位置選択変更Ｓ２０１、Ｓ２０２が追加されたことである。その他の処理については、図８の処理と同じフローでありその説明は省略する。

図１１において、位置選択変更Ｓ２０１では、光量調整部２１０からの位置選択信号２２４が位置判定部３１２に供給され設定される。また、位置選択変更Ｓ２０２では、位置判定部３１２で設定されていた位置選択信号２２４を位置選択信号２２４が設定されない状態に戻す処理、すなわち、位置判定部３１２の出力を“０”にする処理を行なう。

次に、位置選択されたシェーディング補正係数３１０について説明する。図１２及び図１３は、本実施例における位置選択したシェーディング補正係数３１０の一例を示す図であり、縦軸は、スイッチ３０７の出力であり、画像信号に乗算する係数である図１０に示すシェーディング補正係数３１０である。すなわち、（１−Ｋ）または固定値”１”である。横軸は水平画素位置である。

図１２が画面右端の１画素７０２からｎ／２画素７０１までを強調するシェーディング補正係数、図１３が画面左端のｎ／２＋１画素からｎ画素７０３までを強調するシェーディング補正係数を示す。強調部分の係数は双方共に”１”になっており、ＭＥＭＳ走査ミラー１１３の水平駆動の走査速度に応じた輝度分布となる。

図１４は、本実施例における、アラート信号によりシェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２を切り替えたときの表示画像の一例を示す図である。図１４において、図９と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。

図１４（ａ）は、位置選択信号２２４を”１”に選択し、シェーディング補正係数３１０が図１２の特性を選択した表示画像の例であり、図１４（ｂ）は、位置選択信号２２４を”０”に選択し、シェーディング補正係数３１０が図１３の特性を選択した表示画像の例を示す。図１４（ａ）、（ｂ）共にアラート情報を示す意匠６０８が重畳された領域のみ輝度が強調された画像となっており、画面中央６０５の輝度は通常運転時と変化がなく、歩行者の存在を示す意匠６０８が挿入されることにより、運転者に注意喚起を促すことができるが、更に表示される画像の輝度は、意匠６０８が重畳された領域のみが画面中央の計器類の表示６０３、ナビゲーション情報６０４に対して、約２倍の明るさにすることが可能となり、アラート情報等を運転手に対して直感的に伝達することができる。

本実施例では、シェーディング補正係数を可変とする例について説明する。

図１５は、本実施例におけるシェーディング補正部の構成を示すブロック図である。図１５において、図４と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図１５において、図４と異なる点は、補正ゲイン信号生成部３０６と乗算器３０５を有する点である。

図１５において、ＣＰＵ１１７からの制御信号に含まれており光量調整部２１０を介して供給される補正ゲイン選択信号Ｎ２１１は、補正ゲイン信号生成部３０６に入力され、補正ゲイン信号生成部３０６は、補正ゲイン信号αとして、（Ｎ＋１）／４を演算し出力する。

ＬＵＴ３０４の出力であるＫは、乗算器３０５の一方の入力に供給され、乗算器３０５の他方の入力に供給された補正ゲイン信号αと乗算され（Ｋ×α）となる。乗算器３０５の出力信号は、加算器３１１の一方の信号に供給され、加算器３１１の他方の入力には固定値１が供給される。加算器３１１の出力信号は、固定値１から乗算器３０５の出力信号を減算した信号（１−Ｋ×α）として、スイッチ３０７の一方の信号に供給され、スイッチ３０７の他方の入力には固定値１が供給される。スイッチ３０７の出力は、シェーディング補正係数３１０として、（１−Ｋ×α）または固定値”１”として、乗算器３０２の他方の入力に供給され、画像信号２０７に乗算される。

図１６は、補正ゲイン信号αを可変時のシェーディング係数（Ｋ×α）の一例を示す図である。補正ゲイン信号αは、例えば２ｂｉｔのデジタル信号Ｎを入力とし、Ｎ＝０〜３の値に対して、（Ｎ＋１）／４とする構成が考えられるが、これに限定されるものではない。図１６は、補正ゲイン信号αの特性を４種類に選択可能とした例を示している。４種類の特性は、ＬＵＴ３０４の出力４１０に対して、４１１、４１２、４１３と徐々に補正量を小さくする方向としている。つまり表示画面の左右端の輝度を、画面中央と同じ明るさから、明るくする方向に段階的に変更することを可能としている。補正ゲイン信号αを変更した場合は、図７（ｂ）の５１０の特性から５２０の特性の間を選択することが可能になる。

図１７は、本実施例におけるアラート信号に対応したシェーディング補正のＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートであり、図８においてアラート情報に連動した処理のＳ１００の部分を抜き出したフローチャートである。図１７において図８と異なる点は、ゲイン設定変更Ｓ１０５、Ｓ１０８が追加されたことである。その他の処理については、図８の処理と同じフローでありその説明は省略する。

図１７において、ゲイン設定変更Ｓ１０５では、コマンド内に含まれる補正ゲイン選択信号Ｎ２１１を補正ゲイン信号生成部３０６に供給し補正ゲイン信号αが設定される。また、ゲイン設定変更Ｓ１０８では、補正ゲイン信号生成部３０６で設定されていた補正ゲイン信号αを元の設定されない状態に戻す処理を行ない、同様に、コマンド内に含まれる正ゲイン選択信号Ｎ２１１を補正ゲイン信号生成部３０６に供給する。

以上、本実施例において、図１５は、実施例１の図４に補正ゲイン信号生成部３０６と乗算器３０５を追加する構成として説明したが、実施例２の図１０に同様に追加してもよい。

このように、本実施例では、実施例１及び実施例２のシェーディング補正係数３１０の値を、用途に分けて可変することにより、車両運転者に対しての注意喚起を促すことができる。例えば、アラート信号の重要度に合わせて、重要度が高くなるにつれ、シェーディング係数（Ｋ×α）を”０”に近づける、つまり輝度を高くするといった使用が可能となる。また、異なる用途としては、車両運転者にシェーディング係数（Ｋ×α）を可変できる構成として意匠画面を表示し、好みの設定を、図示しないＥＥＰＲＯＭ等の記録媒体に記録可能とすることにより、運転者にとって、運転する際に違和感がなく且つ注意喚起を促す情報となる双方を両立したＨＵＤを提供することが可能となる。

実施例２では、アラート情報により輝度を強調する領域について、画面横方向について選択可能とする例を説明したが、本実施例では、さらに、画面縦方向においても任意のラインで分割し選択可能とする例について説明する。

図１８は、本実施例におけるシェーディング補正部の構成を示すブロック図である。図１８において、図１０、図１５と同じ機能は同じ符号を付しその説明は省略する。図１８において、図１０、図１５と異なる点は、ライン判定部３１４と論理積３１５を追加した点であり、現在表示しているラインを検出し、シェーディング補正をＯＮ／ＯＦＦする領域を可変としたことである。

図１８において、光量調整部２１０からの現在表示しているラインを示すライン信号２３０と、縦方向に画面を分割するための閾値としてライン選択信号２３１が、ＣＰＵ１１７からライン判定部３１４に供給される。そして、位置判定部３１２とライン判定部３１４との出力の論理積３１５を取った信号をシェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２と論理和３１３を取る。これにより表示画面を縦横に分割し、シェーディング補正のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることが可能となる。

図１９は、本実施例における、アラート信号によりシェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号２１２を切り替えたときの表示画像の一例を示す図である。図１９において、図１４と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。

図１９（ａ）は、表示画面６１０を位置選択信号２２４並びに、ライン選択信号２３１で強調する領域を４分割（６１１、６１２、６１３、６１４）した例を示したものである。図１９（ｂ）は、画面領域６１１を強調（シェーディング補正をＯＦＦ）し、画面領域６１２、６１３、６１４をシェーディング補正ＯＮの状態に設定した例を示す。図１９（ｃ）の上段は、画面領域６１１から６１２に掛けての１ラインの輝度特性、下段は画面領域６１３から６１４の１ラインの輝度特性の一例を示す図である。輝度を強調する画面領域６１１をアラート情報に応じて切り替える構成が可能となる為、画面の表示方法に自由度を上げることができる。一例としては、図１９（ｂ）の画面下端に定常的に表示する計器類の表示６０３、６１５、６１６、画面中央にナビゲーション情報６０４を配置し、この領域の輝度は常に一定に制御する。また、アラート信号を表示する画面上段領域の画面領域６１１のシェーディング補正をＯＦＦすることにより、運転者に対しての注意喚起を促す構成とする。

以上のように、本実施例によれば、通常使用する領域の輝度を一定にしつつ、運転者に注意喚起を促すことが可能となり、アラート情報等を運転手に対して直感的に伝達することができる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１００：、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、１０１：レーザ投射表示装置、１０２：ＥＣＵ、１０３：非球面ミラー、１０６：走査線、１０７：画像処理部、１０８：フレームメモリ、１０９：レーザ光源駆動部、１１０：レーザ光源、１１１：反射ミラー、１１２：透過ミラー、１１３：ＭＥＭＳ走査ミラー、１１４：光強度検出器、１１５：増幅器、１１６：ＭＥＭＳドライバ、１１７：ＣＰＵ、１１８：表示画像、２０１：画像補正部、２０４：タイミング調整部、２０８：シェーディング補正部、２１０：光量調整部、２０６：ラインメモリ、２１２：シェーディング補正ＯＮ／ＯＦＦ信号、２２０：電流ゲイン回路、２２１：オフセット電流回路、２２２、３１１：加算器、３０２、３０５：乗算器、３０４：ＬＵＴ、３０７：スイッチ、３０８：固定値、３１２：位置判定部、３１３：論理和、３１４：ライン判定部、３１５：論理積。

Claims (8)

1. 画像信号に応じたレーザ光を走査ミラーの揺動により走査して前記画像信号に応じた画像を表示するレーザ投射表示装置であって、
   前記画像信号を表示する表示期間内の前記レーザ光の水平方向の画素位置情報を生成するタイミング調整部と、
   前記水平方向の画素位置情報を入力し、その画素位置に対応した係数を前記画像信号に乗じる画像補正部と、
   前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
   前記タイミング調整部からの信号に同期して前記レーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、
   前記走査ミラーを、前記レーザ光を前記画像信号の同期信号に応じて第一方向に走査し、かつ、該第一方向の走査よりも低速で該第一方向に略直交する第二方向に走査する走査ミラー駆動部と、
   前記タイミング調整部、前記画像補正部、前記レーザ光源駆動部、及び前記走査ミラー駆動部を制御するＣＰＵを有し、
   前記画像補正部は、前記レーザ投射表示装置の外部から入力された信号をもとに前記係数を固定値に切り替えることを特徴とするレーザ投射表示装置。
2. 請求項１に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記レーザ投射表示装置の外部から入力された信号は、レーザ投射表示装置に対して入力されるアラート信号に同期した補正ＯＮ／ＯＦＦ信号であることを特徴とするレーザ投射表示装置。
3. 請求項１に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記画像補正部は、前記係数を、画面中心から左端もしくは画面中心から右端のみに対して前記画像信号に乗じることを特徴とするレーザ投射表示装置。
4. 請求項１に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記画像補正部は、前記画素位置に対応した係数を可変としたことを特徴とするレーザ投射表示装置。
5. 画像信号に応じたレーザ光を走査ミラーの揺動により走査して前記画像信号に応じた画像を表示するレーザ投射表示装置であって、
   前記画像信号を表示する表示期間内の前記レーザ光の水平方向の画素位置情報および垂直方向の表示ライン情報を生成するタイミング調整部と、
   前記水平方向の画素位置情報を入力し、その画素位置に対応した係数を前記画像信号に乗じる画像補正部と、
   前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
   前記タイミング調整部からの信号に同期して前記レーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、
   前記走査ミラーを、前記レーザ光を前記画像信号の同期信号に応じて第一方向に走査し、かつ、該第一方向の走査よりも低速で該第一方向に略直交する第二方向に走査する走査ミラー駆動部と、
   前記タイミング調整部、前記画像補正部、前記レーザ光源駆動部、及び前記走査ミラー駆動部を制御するＣＰＵを有し、
   前記画像補正部は、前記レーザ投射表示装置の外部から入力された信号をもとに前記係数を固定値に切り替え、且つ、任意のライン数を閾値として閾値以上もしくは閾値以下で前記係数を固定値に切り替えることを特徴とするレーザ投射表示装置。
6. 請求項５に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記レーザ投射表示装置の外部から入力された信号は、レーザ投射表示装置に対して入力されるアラート信号に同期した補正ＯＮ／ＯＦＦ信号であることを特徴とするレーザ投射表示装置。
7. 請求項５に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記画像補正部は、前記係数を、画面中心から左端もしくは画面中心から右端のみに対して前記画像信号に乗じることを特徴とするレーザ投射表示装置。
8. 請求項５に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記画像補正部は、前記画素位置に対応した係数を可変としたことを特徴とするレーザ投射表示装置。

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