JP6582237B2

JP6582237B2 - 画像表示装置

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Publication number: JP6582237B2
Application number: JP2016003582A
Authority: JP
Inventors: 古屋　博之; 博之古屋; 孝久白水
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: JP2017125885A; US9905997B2; US20170201068A1

Description

本発明は、画像表示装置に関し、たとえばレーザ光を光源とし、画像形成部で形成した画像をスクリーンへ投影させて画像表示させる形態に好適なものである。

近年、ガラス表面での表面反射（或いはハーフミラー）と自由曲面ミラーなどとを組み合わせた虚像光学系により、空間上に映像を表示させる画像表示装置の開発が進んできている。

特に、乗用車等の移動体に搭載されているヘッドアップディスプレイと称される画像表示装置への応用が期待されている。たとえば、乗用車に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、画像情報により変調された光がウインドシールド（フロントガラス）に向けて投射され、その反射光が運転者の目に照射される。これにより、運転者は、ウインドシールドの前方に、画像の虚像を見ることができる。たとえば、車速や気温等が、虚像として表示される。最近では、ナビゲーション画像や、実在する通行人を運転者に対して注意喚起する画像を虚像として表示することも検討されている。

上記ヘッドアップディスプレイでは、光源として、半導体レーザ等のレーザ光源が用いられ得る。この構成では、映像信号に応じてレーザ光が変調されつつ、レーザ光がスクリーンを走査する。スクリーンでは、レーザ光が拡散され、運転者の目に照射される光の領域が広げられる。これにより、運転者が多少頭を動かしても、目が照射領域から外れなくなり、運転者は、良好かつ安定的に画像（虚像）を見ることができる。

レーザ光源を用いることで、レーザビームをスクリーン上に走査させる光学系を小型化できる上、大きな光学倍率を有する虚像光学系と組み合わせることで、より小さな本体寸法であるにもかかわらず大きな虚像を表示することができるため、ヘッドアップディスプレイの搭載車種を増やす効果が期待されている。

然し乍ら、このように光源としてレーザ光源を用いると、特に半導体レーザ光源の場合、その温度により投入電力に対する出力（電気光変換効率）が低下するという問題が生じたりしていた。その結果、白色の図形を表示した際、温度により白色の輝度が低下する上、赤・緑・青といった単色の光を表示する際も表示が暗くなるという課題が発生していた。

さらに、温度によって、レーザ光源の発振閾値付近における発光特性も変化するため、輝度を落とした表示をする際にも階調が取りづらくなると言う課題が発生していた。

これらの、レーザ光源の出力調整という課題に対し、多くの技術者が対応策を考案し、これまでにいくつかの方法を提案している。例えば、特許文献１には、低輝度で映像表示する際、レーザ光源から発せられたレーザビームを偏光制御素子に通した上、必要光量に応じて偏光角を制御して、光量を調整することにより階調制御を実施しやすくする方法が記載されている。

また、特許文献２には、電源投入後の温度に応じて、都度レーザ光源の光量を取得し、最低光量と最高光量の２点を取得することで直線補完し、ルックアップテーブルを書き換える方法が記載されている。

さらに、特許文献３には、周囲の温度が高くなった場合、装置内部の光量ディテクタを用いて、ホワイトバランスを保ちながら、温度上昇量が大きなレーザ光源の温度が下がるように、レーザ光源への投入電流量を下げるような制御を行い（つまり、白色を保ちながら輝度を下げる動作）、レーザ光源への温度負荷を軽減する方法が記載されている。

特許文献４には、レーザ光源に投入する電流値に加え、高周波重畳する信号波形を変化させ、より細かい輝度制御/階調制御を行う方法が記載されている。

特許文献５には、レーザ光源に投入する電圧と発光時間とを組み合わせて光源出力を制御する方法が記載されている。

特開２０１３−１５７３８号公報特開２０１３−２２６７４６号公報特開２０１４−１８６０７８号公報特開２０１５−２２０９６号公報特開２０１５−６４５３９号公報

然し乍ら、これまでの構成では、いくつかの課題があることがわかった。例えば、上記特許文献１の構成では、偏光制御素子として液晶パネルと偏光板との組み合わせが赤・緑・青の各色一組ずつ必要となるため、それぞれの制御回路・駆動電源が必要となる上、低温動作時に機能させるには予熱が必要になるなど、制御が煩雑になり、使い勝手があまりよくない。また、使用する青色レーザ光の波長によっては、素子の劣化を助長するという課題が確認された。

一方、上記特許文献２の構成では、装置起動時と一定時間経過ごとに特性を取得した上、２点補正でレーザ光源の入出力特性を求めているため、装置動作中に周囲の温度が変化した場合に、レーザ光源の入出力特性が実際の特性と異なってしまう上、映像表示中に入出力特性を再取得するシーケンスを挿入する必要があるという課題が確認された。

特許文献３の構成では、赤・緑・青のレーザ光源に温度センサーを取り付け、レーザ光源の温度が、動作保証温度の範囲内となるように、ホワイトバランスを維持したままレーザ光源の投入電流を減少させるような制御を行うため、温度が高くなればなるほど、白色表示の輝度が低下するだけではなく、特に赤色単色表示において、表示内容が見えにくくなるという課題が確認された。

特許文献４の構成では、ＬＤ駆動信号に重畳する高周波信号の周期と振幅を変化させて輝度を調整するが、走査型プロジェクタでこの手法を使用する際、表示画面内での輝度補正などの光量補正を光源点灯時間やＬＤ駆動信号波形を制御して行っているため、実際の調整幅を大きく取ることができないという課題が確認された。

また、上記特許文献５の構成では、レーザ光源に投入する電圧とレーザ光源の発光時間とを組み合わせた制御を行っているが、レーザの特性として、電圧に対する光出力の感度が高い、つまり電圧の変化量に対して光出力の変動量が非常に大きいため、電圧での制御は非常に困難であるという課題が確認された。

かかる課題に鑑み、本発明は、高温動作時における単色表示の輝度低下を抑制し、かつ低輝度表示時においても、より細かい輝度制御および階調制御を行うことができる画像表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の画像表示装置は、赤色のレーザ光と、緑色のレーザ光と、青色のレーザ光とを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を点灯制御する制御部と、
前記レーザ光源の温度を取得する温度取得部と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光によって画像を形成する画像形成部と、前記レーザ光源の輝度を切り替える輝度切替部を備え、前記輝度切替部は、低輝度モードと高輝度モードを有し、前記高輝度モードが選択された場合は、前記赤色レーザ光源と前記緑色レーザ光源を点灯させ、前記低輝度モードが選択された場合は、前記赤色レーザ光源のみを点灯させ、前記制御部が、前記温度取得部で取得された温度情報に基づき、前記レーザ光の出力値の比率を変更することを特徴とする。

また、本発明の画像表示装置は、赤色のレーザ光と、緑色のレーザ光と、青色のレーザ光とを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を点灯制御する制御部と、前記レーザ光源の温度を取得する温度取得部と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光によって画像を形成する画像形成部と、前記レーザ光源の輝度を切り替える輝度切替部とを備え、前記輝度切替部は、低輝度モードと高輝度モードを選択でき、前記高輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記赤色のレーザ光と前記緑色のレーザ光を点灯させ、前記低輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記赤色のレーザ光のみを点灯させ、前記制御部が、前記温度取得部で取得された温度情報に基づき、赤色表示時における赤色のレーザ光の出力値と緑色のレーザ光の出力値との比率を変更することを特徴とする。

さらに、本発明の画像表示装置は、赤色のレーザ光と、緑色のレーザ光と、青色のレーザ光とを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を点灯制御する制御部と、前記レーザ光源の温度を取得する温度取得部と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光によって画像を形成する画像形成部と、前記レーザ光源の輝度を切り替える輝度切替部とを備え、前記輝度切替部は、低輝度モードと高輝度モードを選択でき、前記高輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記青色のレーザ光と前記緑色のレーザ光を点灯させ、前記低輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記青のレーザ光のみを点灯させ、前記制御部が、前記温度取得部で取得された温度情報に基づき、青色表示時における青色のレーザ光の出力値と緑色のレーザ光の出力値との比率を変更することを特徴とする。

また、本発明の画像表示装置は、赤色のレーザ光と、緑色のレーザ光と、青色のレーザ光とを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を点灯制御する制御部と、前記レーザ光源の温度を取得する温度取得部と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光によって画像を形成する画像形成部と、前記レーザ光源の輝度を切り替える輝度切替部とを備え、前記輝度切替部は、低輝度モードと高輝度モードを選択でき、前記高輝度モードが選択された場合は、前記輝度切替部は、前記レーザ光源に対して前記青色のレーザ光と前記緑色のレーザ光を点灯させ、前記低輝度モードが選択された場合は、前記輝度切替部は、前記レーザ光源に対して前記青のレーザ光のみを点灯させ、前記制御部が、前記温度取得部で取得された温度情報に基づき、赤色表示時における赤色のレーザ光の出力値と緑色のレーザ光の出力値との比率および、青色表示時における青色のレーザ光の出力値と緑色のレーザ光の出力値との比率を変更することを特徴とする。

本発明の画像表示装置によれば、レーザ光源の出力特性が劣化する高温動作時における単色表示の輝度低下を抑制し、かつレーザ光の光量をあまり必要としない低輝度表示時においても、より細かい輝度制御および階調制御を行うことができる画像表示装置を提供することができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る画像表示装置の使用形態を示す図であり、図１（ｃ）は、実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。図２（ａ）は、１９３１色度図上のホワイトポイントを示した図であり、図２（ｂ）は、従来の画像表示装置における輝度調整方法を示した図である。図３（ａ）は、従来の画像表示装置における赤色表示時の赤色単色の明るさに対する電流調整範囲を示した図であり、図３（ｂ）は、赤色レーザ光源の発振閾値付近の挙動を示した図である。図４（ａ）（ｂ）は、赤色レーザダイオードの温度特性例を示した図である。図５（ａ）は、赤色帯域の波長と視感度との関係を示した図であり、図５（ｂ）は、環境温度に対する人が感じる赤色強度との関係を示した図である。図６は、本発明の実施の形態における１９３１色度図上での赤色表示範囲を示す図である。図７（ａ）は、本発明の実施の形態における環境温度に対する人が感じる赤色強度との関係を示した図であり、図７（ｂ）は、赤色表示の明るさと赤色レーザダイオードへの投入電流調整範囲を示した図である。図８は、本発明の実施形態における回路構成を示したブロック図である。図９は、本発明の実施形態における表示色調整モジュールの制御を示したフローチャートである。図１０は、赤色表示の明るさと光量の関係を示した図である。図１１は、本発明の実施の形態における１９３１色度図上での青色表示範囲を示した図である。図１２は、本発明の実施の形態における青色表示の明るさと青色レーザダイオードへの投入電流調整範囲を示した図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる画像表示装置について、図面を参照しながら説明する。

先ず、図１は、本発明の実施の形態における画像表示装置１２０の使用形態を示す図である。図１（ａ）は、車両１０１の側方から車両１０１の内部を透視した図、図１（ｂ）は、車両１０１の内部から走行方向前方を見た図である。図１（ｃ）は、画像表示装置１２０の内部構成を示す図である。なお、本実施の形態は、車載用のヘッドアップディスプレイに本発明を適用したものである。

図１（ａ）に示すように、画像表示装置１２０は、車両１０１のダッシュボード１１１の内部に設置される。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、画像表示装置１２０は、映像信号により変調されたレーザ光を、ウインドシールド１１２の下側の運転席寄りに配置された投射領域１１３に投射する。

レーザ光は、投射領域１１３で反射され、運転者１０２の目の位置周辺の横長の領域（アイボックス領域）に照射される。これにより、運転者１０２の前方の視界に、虚像として所定の画像１３０が表示される。運転者１０２は、ウインドシールド１１２の前方の景色上に、虚像である画像１３０を重ね合わせて見ることができる。すなわち、画像表示装置１２０は、虚像である画像１３０をウインドシールド１１２の投射領域１１３の前方の空間に結像させる。

図１（ｃ）に示すように、画像表示装置１２０は、走査光学モジュール１２１と、虚像光学系１２２と、スクリーン１２３と、スクリーン入射角補正光学系１２４を備える。走査光学モジュール１２１は、赤色、青色、緑色を発するレーザ光源としてのレーザダイオード（以下、ＬＤ）であるＬＤ１２５ａ、ＬＤ１２５ｂ、ＬＤ１２５ｃを有し、映像信号により変調されたレーザ光が出射される。

本発明では、ＬＤ１２５ａが青色の半導体レーザ光源、ＬＤ１２５ｂが緑色の半導体レーザ光源、ＬＤ１２５ｃが赤色の半導体レーザ光源となっている。なお、この例では、各色がそれぞれ独立したＣＡＮパッケージで構成したものを図示しているが、しかし、これに限定されず、３色のうち任意の２色の光源を１つのＣＡＮパッケージで構成するとか、あるいは３色を１つのＣＡＮパッケージで構成しても構わない。

各ＬＤから発せられたレーザ光は、合波ミラー１２６ａ、合波ミラー１２６ｂ、合波ミラー１２６ｃを介して、略同軸なレーザビームとして成形され、走査ミラー１２７へ照射される。その後、レーザビームは、走査ミラー１２７でスクリーン入射角補正光学系１２４を介してスクリーン１２３上を走査される。

走査ミラー１２７は、２０ｋＨｚ程度の共振周波数で往復運動する軸（便宜的に高速軸と呼ぶ）と、画像のフレームレート（実施例の場合６０Ｈｚ）で往復運動する軸（便宜的に低速軸と呼ぶ）の二つの回動軸を有している。

以後、本実施の形態において高速軸に沿った方向を水平軸、低速軸に沿った方向を垂直軸として説明を進める。なお、本実施の形態における水平軸は第１走査の走査方向に相当し、垂直軸は第２走査の走査方向に相当する。また、水平軸は垂直軸に直交し、水平軸方向の走査速度は垂直軸方向の走査速度よりも速い。

虚像光学系１２２は、曲面状の反射面１２２ａと、平面状の反射面１２２ｂとを有する。走査光学モジュール１２１から出射されたレーザ光は、スクリーン入射角補正光学系１２４、スクリーン１２３を経由して、虚像光学系１２２でウインドシールド１１２に向けて反射される。

ウインドシールド１１２で反射されたレーザ光は、運転者１０２の目１０２ａに照射される。走査光学モジュール１２１の光学系と虚像光学系１２２は、ウインドシールド１１２の前方に虚像による画像１３０が所定の大きさで表示されるように設定されている。

なお、本実施の形態では、ウインドシールドを通して虚像を観察するウインドシールド型のヘッドアップディスプレイへ展開した場合における実施例で説明したが、コンバイナと呼ばれる光学部品を通して虚像を観察するコンバイナ型と呼ばれるヘッドアップディスプレイへ展開も可能である。

また、本実施の形態では、圧電材料による歪みを与える効果や、電磁的な力、静電気を用いた所謂ＭＥＭＳ構造を用いた往復ミラーを用いた光学構成になっているが、レーザ光を走査する形態であれば、ポリゴンミラーやガルバノミラーを用いることも可能である。

さらに、虚像光学系１２２の光学倍率を大きくするほど、より小さな画像表示装置１２０を用いて画像１３０を生成することができる。その結果、搭載スペースが限られた車両にも画像表示装置１２０が搭載可能になるという効果が得られる。

次に、従来行われていた環境温度に応じたレーザ光源の出力調整方法、目標表示輝度に応じたレーザ光源の出力調整方法を用いた画像表示装置について説明する。従来においては、白色表示時のホワイトバランスをベースとし、表示輝度に応じて適切なホワイトバランス値となるような、赤・緑・青それぞれの色の光量値を設定していた。

ここで、図２（ａ）は、１９３１色度図を示し、図２（ｂ）は、画像表示装置における高輝度時および低輝度時の赤・緑・青色光の光量配分を示している。先ず、製品に応じて白色の範囲を決定する。白色といっても色温度により赤みがかった４５００Ｋから、青白い９５００Ｋまで違った色味で表現することが可能である。

従来の輝度調整方法の場合、たとえば白色を９５００Ｋの白色と定義し、この白色を、赤・緑・青を使って最大輝度で実現する際の光量を図２（ｂ）の「高輝度時」で示した棒グラフのように決定した場合、赤・緑・青の単色を出力する際の最大出力も、この棒グラフの最大値迄しか出力できないような出力制御を行っていた。

同様に、前記白色を最低輝度で実現する場合の光量は「低輝度時」で示した棒グラフのように決定されていた。この場合においても、白色表示時の配分で最大光量が決定されるため、赤色のみ、あるいは青色のみといった単色を表示する場合、光量不足で運転者が視認しにくいという問題があった。

また、低輝度表示ではさらに以下のような問題があった。図３（ａ）は、縦軸に画像表示装置が表示する目標輝度レベル（Ｌ１：最低輝度〜Ｌ５：最高輝度）を示しているが、輝度を落とした場合、図３（ａ）に示すように、最高輝度「Ｌ５」では広かった電流上限値と閾値電流値との差分で決定される赤色光源の電流調整範囲が、最低輝度「Ｌ１」では極端に狭くなり、階調表現が難しくなっていた。

次に、図３（ｂ）は、縦軸に赤色レーザ光源の電流調整範囲をプロットした図であり、具体的には、６４０ｎｍ帯ＬＤにおける温度をパラメータにした入力電流に対する光出力値を示している。赤色レーザ光源の場合、同図に示すように、発振波長によっては、温度が高くなると閾値電流値が大きくなり、電流調整を困難にする上、レーザ発振する前に出力される自然放出光の光量が大きくなるためさらに階調表現を困難にしていた。

従来の光量調整手法として、電流値を操作する方法以外に、パルス幅を変化させて調整するパルス幅変調を用いる方法も提案されているが、ＭＥＭＳ走査型ディスプレイでは、表示面内での輝度分布補正やスペックルノイズ対策としての入力電流への高周波重畳など、輝度調整以外にも発光パルスを操作して制御を行っているため、調整幅を大きく取ることは困難になっていた。さらに、図３（ｂ）から、温度が上がるごとに電流閾値も上昇しており、レーザ発振する前の光出力も徐々に大きくなっていることが分かる。

次に、図４は、発振波長による赤色ＬＤの温度特性差異について示している。図４（ａ）は、６４０ｎｍ帯ＬＤ、図４（ｂ）は、６５０ｎｍ帯ＬＤの温度（横軸）に対する光出力および出力波長（縦軸）の関係を示している。温度が２５℃から８０℃に変化した場合、量子井戸構造の差異により、図４（ａ）に示しているように、６４０ｎｍ帯ＬＤでは、光出力が１７０ｍＷから１０ｍＷまで、９割以上の光出力低下が生じていたが、図４（ｂ）で示すように、６５０ｎｍ帯ＬＤでは、１９０ｍＷから１００ｍＷ程度まで、５割程度の出力低下で抑えられていることがわかる。

この、６４０ｎｍ帯ＬＤより６５０ｎｍ帯ＬＤの方が温度に対する出力低下量が少ないという特性は、一般的には知られているものである。しかし、ディスプレイとして使用する際は、人の目に与える刺激量（視感度）が関係するため、視感度を考慮する必要がある。

赤色帯域における波長と視感度との関係を図５（ａ）に示す。同図から、６５０ｎｍは、６４０ｎｍと比べて視感度が６割程度であることが分かる。一方、同じ赤色でも６３０ｎｍであれば、６４０ｎｍと比べて視感度が１．５倍、６２０ｎｍであれば、約２．３倍であることが分かる。

また、図５（ｂ）は、温度に対する視感度を考慮した赤色強度の関係を示した図である。同図において、横軸は環境温度（ＬＤ近傍の温度、以下同様）、縦軸はＬＤからの光源出力と視感度を掛け合わせた任意単位の値である。同図から、環境温度が２０℃付近の時は、６４０ｎｍ帯の方が優位であるが、６０℃を超えた辺りから、６５０ｎｍが優位になることが分かる。

本発明では、以上のような半導体レーザ光源の特性を利用して、温度に対する出力特性が緩やかな６５０ｎｍ帯ＬＤを使用しても、視認性を落とさず赤色表示を可能にし、かつ低輝度表示時ではより輝度を落とした表示を可能にする制御方法を提案する。

本発明では、赤色表示時に赤色ＬＤと共に緑色ＬＤを点灯させ、赤色に見える範囲で補助することで、より明るい赤色光を表示させることを可能にする。さらに、輝度を落として表示させたいときは、緑色ＬＤによる補助を停止させ、視感度が低い赤色光を使用することで、従来よりも明るさを落とした赤色光を表示させることを可能にしている。

以下、図６〜図１２に基づいて、本発明の画像表示装置の構成及び制御について詳細に説明する。

図６は、１９３１色度図における赤色範囲部分を拡大した図を示している。同図において、点線は、色度図上で５２５ｎｍと６６０ｎｍとを結んだ直線であるＹ＝−０．９０３Ｘ＋０．９２９（以下、式１）を示している。実線は、色度図上で５１５ｎｍと６６０ｎｍとを結んだ直線であるＹ＝−０．７８４Ｘ＋０．８４３（以下、式２）を示している。

視認性が必要な赤色表示をさせる場合は、前記式１および式２を使って表される、−０．７８４Ｘ＋０．８４３≦Ｙ≦−０．９０３Ｘ＋０．９２９および０．６９０≦Ｘ≦０．７１５で示された、図６における領域Ａの範囲内の赤色座標となるように、緑色ＬＤを補助点灯させる。

一方、より明るさを落とした赤色光を表示させたい場合は、−０．７８４Ｘ＋０．８４３≦Ｙ≦−０．９０３Ｘ＋０．９２９および０．７２５≦Ｘ≦０．７３０で示された、図６における領域Ｂの範囲内の赤色座標となるように制御させることが本発明のポイントとなっている。

赤色表示時に緑色光も点灯させ、色度図上で前記領域Ａの範囲とすることで、明るさを確保し、かつ「赤色」と認識しやすい表示をさせることが可能である。より明るい「赤色」表示とするためには、緑色ＬＤで補助する光量を増やし、Ｘ＝０．６９０に近い値に設定すればよく、明るさを抑えた「赤色」表示とする差異には、緑色ＬＤでの補助光量を抑制することで、Ｘ＝０．７１５付近の値とすることで明るさを抑えた表示が可能となる。

上記の説明において、赤色領域を前記式１と式２の二つの直線に挟まれた領域としているのは、補助光源である緑色ＬＤも温度や個体ばらつきにより、出力波長が変化するためであり、式１は、緑色出力波長の長波長側、式２は、緑色出力波長の短波長側と赤色ＬＤ波長の長波長値６６０ｎｍとを結んだ直線となっている。この制御手法を導入することにより、環境温度が高くなった場合でも必要な赤色強度を確保することができる。

次に、図７（ａ）は、緑色ＬＤによる補助点灯を行った場合における環境温度に対する人の目が感じる赤色光の強度変化を示している。同図において、横軸は環境温度、縦軸はＬＤからの光源出力と視感度を掛け合わせた任意単位の値である。緑色ＬＤによる補助点灯を行った場合は、環境温度が８０℃の時に、６５０ｎｍ帯ＬＤの単独点灯時の２倍程度、６４０ｎｍ帯ＬＤの１５倍程度の明るさを持つ赤色光表示が可能になることが分かる。

また、図７（ｂ）は、低輝度表示時における赤色ＬＤへ投入する電流調整範囲を示した図である。横軸に目標輝度（Ｌ５：最高輝度、Ｌ１：最低輝度）を示しており、縦軸に赤色ＬＤへの投入電流調整範囲を示している。本発明で提案する赤色表示時に緑ＬＤでの補助点灯を行うことで、輝度Ｌ３〜Ｌ５の範囲では、緑色光の光量を減少させ、赤色表示の明るさを減少させることができ、赤色ＬＤの電流調整範囲を狭くする必要なく光量制御できる。一方、輝度Ｌ２以下の明るさが必要な場合は、赤色ＬＤのみを点灯させ、電流調整により明るさ調整を行う。

本発明では、視感度が低い６５０ｎｍ帯赤色ＬＤを使用し、低輝度時は、緑色光による補助を行わずに、前記図６における領域Ｂの範囲内の赤色光を使用することで、低輝度時においても電流調整範囲を確保することが可能となっている。

次に、図８は、本発明の画像表示装置の構成を示す回路ブロック図である。同図において、ＬＤ１２５ａ（緑色）、ＬＤ１２５ｂ（青色）、ＬＤ１２５ｃ（赤色）および画像形成部である走査ミラー１２７は、装置制御ユニット８０１からの指令に基づき、レーザ光源１２５ａ、レーザ光源１２５ｂ、レーザ光源１２５ｃへ電流を供給するレーザドライバ８０２、および走査ミラー１２７へ駆動電圧信号を供給するＭＥＭＳドライバ８０３を介して制御されている。

装置制御ユニット８０１には、外部からの入力として、映像信号８１２や画像表示装置自体の表示／非表示状態を制御する制御信号８１３の他に、ＬＤ１２５ａ、ＬＤ１２５ｂ、ＬＤ１２５ｃから発せられるレーザ光の光量を計測する光量モニタ８０４、映像表示装置外部の明るさを計測する外光強度モニタ８０５（輝度取得部）、ＬＤの環境温度（望ましくは赤ＬＤ近辺の温度がよい）を計測する温度モニタ８０６（温度取得部）、ＭＥＭＳドライバ８０３からの水平モニタ信号／垂直モニタ信号が入力されている。

映像制御モジュール８０７は、光量調整モジュール８０９、表示色調整モジュール８１０、映像処理モジュール８１１が包含されている。映像信号８１２は映像処理モジュール８１１に入力され、表示画像の座標ごとに色情報を生成する。生成した色情報は表示色調整モジュール８１０に送られる。

表示色調整モジュール８１０では、光量モニタ８０４からの光量信号、外光強度モニタ８０５からの外光強度信号、温度モニタ８０６からの環境温度信号（レーザ光源の近傍の温度を現す）に応じて、単色表示時の視認性を向上するための表示色調整を行っている。生成した信号は点灯指令ユニット８０９へ送られる。

点灯指令ユニット８０９では、表示色調整モジュール８１０から送られた信号を元にレーザドライバへＬＤ点灯指令を出す。このユニットでは、光量モニタ８０４からの信号を元に指令値を調整するフィードバック制御の役割も果たしている。

本発明で特徴的な役割を果たすのは、光量モニタ８０４からの光量信号、外光強度モニタ８０５からの外光強度信号、温度モニタ８０６からの環境温度信号に応じて表示色を調整する表示色調整モジュール８１０である。

続いて、装置制御ユニット８０１内の映像制御部８０７に含まれる表示色調整モジュール８１０で行われる制御を、図９のフローチャートを用いて説明する。

大まかな流れとしては、画像表示装置１２０が必要とする輝度から、赤色表示時に緑色光補助が必要か、必要でないかを判別し、必要な場合は、レーザ光源の近傍の温度に応じて赤色ＬＤと緑色ＬＤの光量比率を決定するという手順である。

制御をスタートした後（９０１）、制御信号８１３を通じた外部輝度指令の有無を判別する（９０２）。ここで、外部輝度指令とは、使用者によって輝度調整が行われた場合に発生するもので、図８においては、制御信号８１３に含まれる。一例として、ここでは使用者の操作により、輝度Ｌ１〜Ｌ５の５段階で、画像表示の輝度が調整され得るように構成されているものとする。

外部輝度指令がある場合、外部輝度指令がある定められた値 “Ｌ２”以上であるかどうかを判別し（９０３）、あらかじめ定められた値“Ｌ２”を下回る場合、「緑光補助無し」（９０５）に、あらかじめ定められた値“Ｌ２”以上となる場合は、「緑光補助有り」（９０６）に分岐する。
ここで、使用者が前記値“Ｌ２”未満の輝度を選択した場合を低輝度モード、値“Ｌ２”以上の輝度を選択した場合を高輝度モードと定義する。したがって、使用者によって低輝度モードが選択された場合は「緑光補助無し」（９０５）に分岐し、高輝度モードが選択された場合は「緑光補助有り」（９０６）に分岐する。

一方、外部輝度指令が無い場合、画像表示装置外部の外光強度信号（前述のように、外光強度モニタ８０５から取得される）が所定の決められた値“Ｐｏ”以上であるかどうかを判別し（９０４）、値“Ｐｏ”を下回る場合、「緑光補助無し」（９０５）に分岐し、値“Ｐｏ”以上となる場合は「緑光補助有り」に分岐する（９０６）。ここで、「緑光補助無し」（９０５）に分岐した場合は、映像処理モジュール８１１からの信号をスルーして点灯指令モジュール８０９へ出力する。

一方、前記のように、外部輝度指令があって、それが値“Ｌ２”以上で「緑光補助有り」（９０６）に分岐した場合、もしくは外部輝度指令が無い場合で、外光強度信号が値“Ｐｏ”以上で「緑光補助有り」（９０６）に分岐した場合は、温度モニタ８０６を通じて取得した環境温度信号に応じて、緑色光の補助割合を以下のように決定する。
・環境温度が−４０℃〜２０℃の範囲の場合（９０７：ＹＥＳ）、あらかじめ決定された混合比率（光出力比で赤：緑＝０．９５：０．０５）で点灯させる（９０８）。
・環境温度が２０℃〜４０℃の範囲の場合（９０９：ＹＥＳ）、あらかじめ決定された混合比率（光出力比で赤：緑＝０．９：０．１）で点灯させる（９１０）。
・環境温度が４０℃〜６０℃の範囲の場合（９１１：ＹＥＳ）、あらかじめ決定された混合比率（光出力比で赤：緑＝０．８：０．２）で点灯させる（９１２）。
・環境温度が６０℃〜８５℃の範囲の場合（９１３：ＹＥＳ）、あらかじめ決定された混合比率（光出力比で赤：緑＝０．６５：０．３５）で点灯させる（９１４）。

然し乍ら、（９０７）、（９０９）、（９１１）、（９１３）のいずれの分岐でも「ＮＯ」と判別された場合、仕様温度範囲外と判定し、温度異常信号を出力する。

なお、ここで説明した判定するための環境温度範囲や赤色ＬＤからの光と緑色ＬＤからの光との光出力値で見た混合割合は、あくまでも一例であり、画像表示装置の構成によって様々な態様を取ることができることは言うまでもない。

本発明で赤色表示の明るさが最低値となっている輝度“Ｌ１”状態において、パルス幅制御を付加することでさらに細かい制御を行うことができる。図１０は、前記図７（ｂ）における輝度Ｌ１モードにパルス幅制御を負荷した場合における赤色光の光量値を示した図である。パルス幅を３．３ｎｓから０．７ｎｓまで変化させた場合、それぞれパルス幅に応じて光量値も小さくなっていることが分かる。このように、低輝度表示時に視感度が低い光波長を選択し、かつパルス幅制御を組み合わせることで、より細かな光量制御を行うことが可能になる。

以上で説明した内容は、赤色表示時の視認性を向上させ、低輝度表示においても細かな制御を可能にする方法であったが、同様に青色表示時の視認性を向上させる手法としても利用可能である。

図１１は、１９３１色度図の青色領域を拡大した図を示している。同図のハッチング部は、単色光源で実現できる色のうち、−０．０９３Ｙ＋０．０４３≦Ｘ≦−０．０５３Ｙ＋０．０２６および０．０１８≦Ｙ≦０．０２５で示された領域である。

なお、青色ＬＤは、温度に対する出力変化が緩やかであるため、図６の９０７〜９１４に示したような、温度によって混合割合を決定する処理を割愛することができる。すなわち、画像表示装置１２０が、外部輝度指令が、ある決められた値以上かどうかで、緑光補助を行うか行わないかを判別するように構成することが出来る。これについて、図１２を用いて説明する。

図１２は、低輝度表示時における青色ＬＤへ投入する電流調整範囲を示した図であり、横軸に目標輝度（Ｌ５：最高輝度、Ｌ１：最低輝度）を示し、縦軸に青色ＬＤへの投入電流調整範囲を示している。本発明で提案する、青色表示時に緑色ＬＤでの補助点灯を行うことで、Ｌ３〜Ｌ５の範囲では、緑色光の光量を減少させることで、青色表示の明るさを減少させることができ、青色ＬＤの電流調整範囲を狭くする必要なく光量制御できる。

一方、Ｌ２以下の明るさが必要な場合は、青色ＬＤのみを点灯させ、電流調整により明るさ調整を行う。このように低輝度時は、緑色光による補助を行わずに青色光だけを使用することで、低輝度時においても電流調整範囲を確保することが可能になる。

なお、青色表示時に緑色光補助をする場合においても、環境温度による混合割合判定を導入してもよい。また、赤色表示時に緑色光で補助する場合、低輝度時の電流調整範囲をより大きく拡大することができるため、赤色ＬＤの近傍温度２５℃における中心波長としては６５０ｎｍ〜６５５ｎｍの間であることが望ましい。さらに、本発明の光源制御方式とＰＷＭ変調や高周波重畳とを組み合わせて使用することも可能である。

上記の説明では、画像形成部として、ＭＥＭＳミラーを走査して描画する構成で説明したが、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｏｎＳｉｌｉｃｏｎ）や、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）等の２次元変調素子を使用したフィールドシーケンシャル方式に適用することも可能である。フィールドシーケンシャル方式に適用した場合、画像表示装置としての最大輝度を向上させることができるという効果も得ることができる。

また、前記図６の領域Ａや、図１１に示したハッチング領域の中で、ユーザが視認しやすい領域をあらかじめ選択する様な仕様とすることも可能である。

さらに、本発明では、色範囲について１９３１色度図を使用して表現したが、１９７６色度図を用いて表現してもよい。

上記の実施の形態に述べた構成はあくまでも一例であり、説明および図面に例示した態様以外の構成においても適宜摘要が可能であることは言うまでもない。

本発明は、レーザ光源からの出力が制限される高温時に表示画像の輝度低下を抑制しつつ、低輝度表示状態においても輝度調整範囲を広げることを可能にするため、レーザ光源を用いた画像表示装置などに適応可能である。

１０１車両
１０２運転者
１０２ａ目
１１１ダッシュボード
１１２ウインドシールド
１１３投射領域
１２０画像表示装置
１２１走査光学モジュール
１２２虚像光学系
１２２ａ、１２２ｂ反射面
１２３スクリーン
１２４スクリーン入射角補正光学系
１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃレーザダイオード（レーザ光源）
１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ合波ミラー
１２７画像形成部
１３０画像
８０１装置制御ユニット（制御部）
８０２レーザドライバ
８０３ＭＥＭＳドライバ
８０４光量モニタ
８０５外光強度モニタ（輝度取得部）
８０６温度モニタ（温度取得部）
８０７映像制御部
８０８ＭＥＭＳ制御部
８０９点灯指令モジュール
８１０表示色調整モジュール（輝度切替部）
８１１映像処理モジュール

Claims

赤色のレーザ光と、緑色のレーザ光と、青色のレーザ光とを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を点灯制御する制御部と、
前記レーザ光源の温度を取得する温度取得部と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光によって画像を形成する画像形成部と、
前記レーザ光源の輝度を切り替える輝度切替部を備え、
前記輝度切替部は、低輝度モードと高輝度モードを有し、前記高輝度モードが選択された場合は、前記赤色レーザ光源と前記緑色レーザ光源を点灯させ、前記低輝度モードが選択された場合は、前記赤色レーザ光源のみを点灯させ、
前記制御部が、前記温度取得部で取得された温度情報に基づき、前記レーザ光の出力値の比率を変更することを特徴とする画像表示装置。
赤色のレーザ光と、緑色のレーザ光と、青色のレーザ光とを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を点灯制御する制御部と、
前記レーザ光源の温度を取得する温度取得部と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光によって画像を形成する画像形成部と、
前記レーザ光源の輝度を切り替える輝度切替部とを備え、
前記輝度切替部は、低輝度モードと高輝度モードを選択でき、前記高輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記赤色のレーザ光と前記緑色のレーザ光を点灯させ、前記低輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記赤色のレーザ光のみを点灯させ、
前記制御部が、前記温度取得部で取得された温度情報に基づき、赤色表示時における赤色のレーザ光の出力値と緑色のレーザ光の出力値との比率を変更することを特徴とする画像表示装置。
赤色のレーザ光と、緑色のレーザ光と、青色のレーザ光とを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を点灯制御する制御部と、
前記レーザ光源の温度を取得する温度取得部と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光によって画像を形成する画像形成部と、
前記レーザ光源の輝度を切り替える輝度切替部とを備え、
前記輝度切替部は、低輝度モードと高輝度モードを選択でき、前記高輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記赤色のレーザ光と前記緑色のレーザ光を点灯させ、前記低輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記赤色のレーザ光のみを点灯させ、
前記制御部が、前記温度取得部で取得された温度情報に基づき、青色表示時における青色のレーザ光の出力値と緑色のレーザ光の出力値との比率を変更することを特徴とする画像表示装置。
赤色のレーザ光と、緑色のレーザ光と、青色のレーザ光とを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を点灯制御する制御部と、
前記レーザ光源の温度を取得する温度取得部と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光によって画像を形成する画像形成部と、
前記レーザ光源の輝度を切り替える輝度切替部とを備え、
前記輝度切替部は、低輝度モードと高輝度モードを選択でき、前記高輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記赤色のレーザ光と前記緑色のレーザ光を点灯させ、前記低輝度モードが選択された場合は、前記レーザ光源に対して前記赤色のレーザ光のみを点灯させ、
前記制御部が、前記温度取得部で取得された温度情報に基づき、赤色表示時における赤色のレーザ光の出力値と緑色のレーザ光の出力値との比率および、青色表示時における青色のレーザ光の出力値と緑色のレーザ光の出力値との比率を変更することを特徴とする画像表示装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
さらに、装置外部の輝度を取得する輝度取得部とを備え、
前記輝度取得部からの輝度に基づいて、前記輝度切替部が、低輝度モードと高輝度モードの少なくとも二つのモードに前記レーザ光源の輝度を切り替えることを特徴とする画像表示装置。
前記制御部が、前記低輝度モード時に、前記レーザ光源の発光パルス幅を制御することで輝度を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
前記レーザ光源が、赤色のレーザ光の２５℃での発振中心波長が６５０〜６５５ｎｍの間であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
前記画像形成部が、２次元ＭＥＭＳミラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
前記画像形成部が、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｏｎＳｉｌｉｃｏｎ）、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）等の２次元変調素子であり、赤色・青色・緑色を順次点灯してフルカラー表示させるフィールドシーケンシャル方式であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の画像表示装置。