JP6582943B2 - 描画装置及び描画方法 - Google Patents

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Description

本発明は描画装置及び描画方法に関する。
描画装置として、半導体レーザから出力したレーザ光を二次元的に走査し、スクリーン上に所望の画像を描画して表示するレーザプロジェクタが開発されている(特許文献1参照)。このとき、二次元的な走査の領域は、表示したい画像を描画する画像描画領域と、画像描画領域を取り囲む枠状のブランキング領域とに区分される。
一般に、半導体レーザなどのレーザ光源の駆動電流と出力光量との関係であるI―L特性は、レーザ光源自体の温度変動により変化してしまう。
そこで、特許文献1記載のレーザプロジェクタでは、レーザ光源から試験的にレーザ光(以下、「レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光」又は「特性検出レーザ光」という。)を出力し、特性検出レーザ光の出力光量をフォトダイオードで測定して当該レーザ光源のI−L特性を取得し、このI−L特性に基づいてレーザ光源の駆動電流を定期的に調整するAPC(Auto Power Control)技術を採用している。
特開2015−194694号公報
これまでのAPC技術では、特性検出レーザ光をブランキング領域内の画像描画領域から離れた領域で出力し、更に、遮蔽板等を用いて画像描画領域から遮蔽して、ユーザから隠すようにしている。
しかしながら、このような描画装置又は描画方法では、レーザ光を出力しない黒画像、又は、レーザ光を弱く出力する暗い画像を画像描画領域に描画しているときに、特性検出レーザ光による迷光が画像描画領域又はブランキング領域に漏れて、特性検出レーザ光がユーザに見えてしまうことがあった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光が漏れても表示画像の視認性への影響が少ない描画装置及び描画方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、レーザ光を出力するレーザ光源部と、当該レーザ光を反射して走査する走査ミラー部と、表示画像データに基づいて、走査ミラー部が走査する範囲に対してレーザ光により表示画像を描画するように、レーザ光源部のレーザ光の出力値を制御する描画制御部と、走査ミラー部が走査する範囲内の表示画像を描画する範囲外において、レーザ光の出力値を調整するための特性検出レーザ光を出力するように、レーザ光源部を制御する出力調整制御部とを備え、出力調整制御部は、1フレーム期間において、特性検出レーザ光を断続的に出力させる描画装置を提供する。
また、本発明は、表示画像データを入力するステップと、当該表示画像データに基づいてレーザ光の出力値を制御して、レーザ光により表示画像を描画するステップと、当該描画の範囲の外において、レーザ光の出力値を調整するための特性検出レーザ光を出力するステップとを有し、特性検出レーザ光を出力するステップは、1フレーム期間において特性検出レーザ光を断続的に出力する描画方法を提供する。
本発明により、レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光が漏れても表示画像の視認性への影響が少ない描画装置及び描画方法を提供することができる。
実施の形態に係る描画装置1の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る光量測定部23の詳細構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る出力調整制御部122の詳細構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る特性検出レーザ光の出力位置を示す図である。 実施の形態に係る特性検出レーザ光の出力位置を示す別の図である。 実施の形態に係るAPC動作の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態に係る比較部1221の動作を説明するための図である。 実施の形態に係る特性検出レーザ光の別の出力位置を示す図である。
以下、図面を参照して本実施の形態に係る描画装置及び描画方法について説明する。
本実施の形態に係る描画装置又は描画方法は、ブランキング領域において、レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光、すなわち、特性検出レーザ光を断続的に出力させるものである。これにより、特性検出レーザ光が仮に漏れることがあっても、特性検出レーザ光による迷光のスクリーン上での輝度は小さく、特性検出レーザ光の漏れによる、表示画像の視認性への影響を少なくすることができる。
なお、本明細書で説明する「画像」には、「静止画像」及び「動画像(映像)」が含まれる。
まず、本実施の形態に係る描画装置の構成について説明する。
図1は、本実施の形態に係る描画装置1の概略構成を示すブロック図である。
描画装置1は、例えば、車両に主に搭載され、ユーザである運転者等に各種情報を虚像として提示するヘッドアップディスプレイ装置である。
描画装置1は、制御部10、レーザ光源部20、スキャナ部(走査ミラー部)30などを備える。
レーザ光源部20は、レーザ光を出力するレーザモジュール21、レーザモジュール21が備えるレーザダイオード211を駆動するレーザドライバ22、出力したレーザ光の光量を測定する光量測定部23などを備える。
レーザモジュール21は、赤色レーザダイオード211R、緑色レーザダイオード211G、青色レーザダイオード211B、各レーザダイオード211R、211G、211Bにそれぞれ対応するダイクロイックミラー(図示せず)などを備える。
なお、レーザモジュール21の構成は、特許文献1記載のものと同様で良く、本明細書では、その詳細な説明を省略する。
各レーザダイオード211から出力されたレーザ光の約98%はスキャナ部30に入射し、レーザ光の約2%は光量測定部23に入射する。
レーザドライバ22は、制御部10からのレーザ駆動信号に基づいてレーザダイオード211を駆動する。
光量測定部23は、入射したレーザ光の光量を測定し、測定結果を制御部10に出力する。
図2は、本実施の形態に係る光量測定部23の詳細構成を示すブロック図である。
光量測定部23は、フォトダイオード(PD)231、電流電圧変換部(IV変換部)232、平均化部(LPF)233、A/D変換部234などを備える。
フォトダイオード231は、レーザモジュール21から出力したレーザ光を光電変換し、光電流として電流電圧変換部232に出力する。
電流電圧変換部232は、光電流を電圧に変換し、平均化部233に出力する。
平均化部233は、電圧値を平均し、A/D変換部234に出力する。
A/D変換部234は平均電圧値をアナログ/デジタル変換した値を光量測定結果として制御部10に出力する。
スキャナ部30は、レーザ光源部20から出力したレーザ光を反射して走査するスキャナ(走査ミラー部)31、スキャナ31を駆動するスキャナドライバ32、スキャナ31の走査角を検出する走査角検出部(図示せず)などを備える。
また、スキャナ31は、レーザ光を反射して垂直方向に走査する垂直ミラー311、レーザ光を反射して水平方向に走査する水平ミラー312などを備える。
なお、スキャナ部30の構成も、特許文献1記載のものと同様で良く、本明細書では、詳細な説明を省略する。
制御部10は、画像処理部11、レーザ光源制御部12、スキャナ制御部13などを備える。制御部10は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)などで構成される。
画像処理部11は、入力した表示画像データに対して、描画の形状や明るさなどの調整を行う。
レーザ光源制御部12は、レーザ駆動信号をレーザドライバ22に出力して、レーザダイオード211の出力を制御する。このとき、レーザ光源制御部12は、表示画像データに基づく描画画像の色や輝度に応じて、赤色、青色、緑色のレーザダイオード211R、211G、211Bの駆動を制御する。
具体的には、レーザ光源制御部12は、描画制御部121、出力調整制御部122などを備える。
描画制御部121は、画像処理部11で処理した表示画像データを往復描画のデータに並び替えてレーザドライバ22に出力する。また、描画制御部121は、レーザ光源部20とスキャナ部30との同期処理、レーザドライバ22の制御処理、レーザ光源部20のレーザ光の出力値などを制御する。
また、描画制御部121は、ラインカウンタ(図示せず)を有しており、出力中の表示画像データのライン(画素行)数をカウントし、出力中のラインが画像描画領域なのか、ブランキング領域なのかなどを判断する。
出力調整制御部122は、レーザ光源部20のレーザ光の出力値を調整するための特性検出レーザ光を、表示画像61を描画する範囲の外側であって、当該描画範囲の上下左右の一部において断続的に出力するように、特性検出レーザ光を出力する位置を設定して、描画制御部121を制御する。このときに、出力調整制御部122は、特性検出レーザ光の発光色の設定も行う。
また、出力調整制御部122は、光量測定部23が測定した特性検出レーザ光の強度に基づいて、レーザ光源部20の状態を判断し、描画するときのレーザダイオード211の駆動電流値を決定してレーザドライバ22を制御するAPC処理を行う。
図3は、本実施の形態に係る出力調整制御部122の詳細構成を示すブロック図である。
出力調整制御部122は、比較部1221、レーザドライバ調整部1222、レーザドライバ制御部1223、APC発光制御部1224などを備える。出力調整制御部122の詳細については、後述する。
スキャナ制御部13は、スキャナ駆動信号をスキャナドライバ32に出力してスキャナ31によるレーザ光の走査を制御する。スキャナ制御部13は、スキャナ31の走査角を検出する走査角検出部(図示せず)の検出信号を監視して、スキャナ31の走査角、波形の生成、揺動周波数の制御などを行う。
描画装置1は、このような構成により、制御部10が入力した表示画像データに基づいてレーザ光源部20が出力したレーザ光を、スキャナ部30が反射して走査しスクリーン6に投映することで、表示画像61を描画する。スクリーン6は、描画装置1がヘッドアップディスプレイ装置である場合は、一般的に中間像スクリーンである。ヘッドアップディスプレイ装置の構造は図示しないが、中間像スクリーン上に投映された描画画像は、凹面鏡等の反射を介して、コンバイナや自動車のウィンドシールドに投映される。
なお、制御部10が実現する各構成要素は、例えば、コンピュータである制御部10が備える演算装置(図示せず)の制御によって、プログラムを実行させることによって実現できる。より具体的には、制御部10は、記憶部(図示せず)に格納されたプログラムを主記憶装置(図示せず)にロードし、演算装置の制御によってプログラムを実行して実現する。また、各構成要素は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせ等により実現しても良い。
上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(random access memory))を含む。
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
次に、本実施の形態に係る特性検出レーザ光の出力位置について説明する。
図4は、本実施の形態に係る特性検出レーザ光の出力位置を示す図である。
走査領域7は、スキャナ31によりレーザ光を走査することができる領域であり、上述したように画像描画領域71とブランキング領域72とに区分される。画像描画領域71は表示画像61を描画するためのレーザ光を出力する矩形領域である。ブランキング領域72は表示画像61を描画するためのレーザ光が出力しない領域である。ここでは、ブランキング領域72は、上ブランキング領域72U、下ブランキング領域72D、左ブランキング領域72L、右ブランキング領域72Rで構成される。
本実施の形態に係る描画方法では、スキャナ31の走査軌跡81(細い実線)は走査領域7の範囲に収まる。スキャナ31は走査領域7を上側から下側に向けて、走査領域7の左側、右側を往復するようにラスタースキャンをしながら走査し、また、下側から上側に復帰するように走査する(復帰するときの走査線は図示せず)。
また、特性検出レーザ光を出力するタイミングの走査軌跡82(太い破線)は、ブランキング領域72内の画像描画領域71から離れた領域にある。
図5は、本実施の形態に係る特性検出レーザ光の出力位置を示す別の図である。図4の範囲Aの領域を拡大した図である。各方形は1画素分の領域を示している。ハッチングを付した方形は、描画のためのレーザ光又は特性検出レーザ光を出力する画素、ハッチングを付していない方形は、描画のためのレーザ光又は特性検出レーザ光を出力しない画素を示す。
なお、図5中の太線は、画像描画領域71とブランキング領域72との境界を分りやすく示すためのものであって、実際にはこのような太線は存在しない。
画像描画領域71では、描画のためのレーザ光を画素91において出力する。画素91の位置は、表示画像データに基づいて設定される。
これに対して、ブランキング領域72では、特性検出レーザ光を画素92において出力する。画素92の位置は、従来は、ブランキング領域72内の画像描画領域71から離れた1画素行又は1画素列において連続するように設定されていたが、本実施の形態に係る描画装置又は描画方法では、ブランキング領域72内の画像描画領域71から離れた1画素行又は1画素列に1画素おきに設定されている。
もちろん、特性検出レーザ光は遮蔽板などにより遮蔽されているので、画素92の位置において、特性検出レーザ光がスクリーン6上に描画することはない。
次に、本実施の形態に係る描画装置1のAPC動作について、図3及び図6を用いて説明する。
図6は、本実施の形態に係るAPC動作の処理手順を示すフローチャートである。
まず、APC発光制御部1224が、特性検出レーザ光の発光色、発光量(出力値)、発光パターン(発光位置)などの発光条件を設定し、描画制御部121に出力する(ステップS10)。
次に、描画制御部121が、上記発光条件に基づいて、特性検出レーザ光の発光をレーザドライバ22に指示する(ステップS20)。
なお、このとき、描画制御部121は、表示画像データに基づいて、描画のためのレーザ光の発光もレーザドライバ22に指示する。
次に、レーザダイオード211が、スキャナ31による走査が上記発光位置に来たときに特性検出レーザ光の発光を断続的に行う(ステップS30)。このとき、レーザモジュール21内のダイクロイックミラー(図示せず)がレーザダイオード211の全発光の数%の光を反射し、光量測定部23が当該反射光の光量を測定し、測定結果を制御部10に出力する(ステップS40)。
次に、比較部1221が、光量測定結果と目標光量とを比較し、その差分を算出し、レーザドライバ調整部1222に出力する。(ステップS50)。すなわち、現在のレーザ光(又は、特性検出レーザ光)の出力値が所定の出力値になっているかを確認する。目標光量には調光に必要な輝度レベル、例えば、現時点の調光レベルにおける最大の発光レベルを設定する。また、レーザダイオード211はこの目標光量で発光させる。
図7は、本実施の形態に係る比較部1221の動作を説明するための図である。図7の左は比較例としての背景技術の場合を、図7の右は本実施の形態の場合を示している。また、図7の上から順番に、特性検出レーザ光の発光位置(各方形は1画素を示す)、電流電圧変換部(IV変換部)232の出力電圧及び平均化部233の出力平均電圧値を対応付けて示している。
背景技術に係る描画装置又は描画方法では、1画素行(列)において、連続的に特性検出レーザ光を発光している。このため、当該画素行において、電流電圧変換部232の出力電圧は例えばn(V)で一定しており、平均化部233の出力も電流電圧変換部232の出力電圧そのままのn(V)で一定となっている。
これに対して、本実施の形態に係る描画装置又は描画方法では、1画素行(列)において、背景技術に係る発光強度と同じ発光強度で、1画素おきに、特性検出レーザ光を発光する。このため、当該画素行において、電流電圧変換部232の出力電圧は、1画素単位で交互に、背景技術と同じ値のn(V)と、0(V)とになる。また、平均化部233の出力は、n/2(V)となる。
このため、比較部1221は、光量測定結果と目標光量とを比較するときに、光量測定部23が出力してきた値を2倍にして、目標光量と比較する。これにより、特性検出レーザ光が断続的に発光しているときの明るさ(光量測定結果)は、連続発光しているときの明るさと比べると半減しているが、この後、制御部10は特性検出レーザ光が連続発光しているときと同じようにレーザ光又は特性検出レーザ光の発光量を制御することができる。
次に、レーザドライバ調整部1222が、光量測定結果と目標光量との差分から、描画エリアの発光量を設定するレーザドライバ調整値を算出し、レーザドライバ制御部1223とAPC発光制御部1224とに出力する(ステップS60)。レーザドライバ調整部1222は、光量測定結果が目標光量よりも低ければ、レーザダイオード211の発光量を増やすようにレーザドライバ調整値を算出し、光量測定結果が目標光量よりも高ければ、発光量を減らすようにレーザドライバ調整値を算出する。
次に、レーザドライバ制御部1223が、レーザドライバ調整値に基づいてレーザドライバ22の調整を行う(ステップS70)。
そして、出力調整制御部122が、APC動作を終了するか判断する(ステップS80)。例えば、出力調整制御部122は、光量測定結果と目標光量とが一致したときに、APC動作を終了すると判断する。
出力調整制御部122がAPC動作を終了しないと判断したとき(ステップS80のNo)は、ステップS10に戻り、APC発光制御部1224が、レーザドライバ調整値に基づいて、特性検出レーザ光の発光を制御し(ステップS10)、ステップS20以降の動作を行う。
一方、出力調整制御部122がAPC動作を終了すると判断したとき(ステップS80のYes)は、APC動作を終了する。
このように、本実施の形態に係る描画装置又は描画方法は、特性検出レーザ光の発光強度を変更しないで、特性検出レーザ光の発光方法を変更し、特性検出レーザ光を1フレーム期間において、又は、1画素行(列)において、断続的に出力する。つまり、背景技術において特性検出レーザ光を連続的に発光させていた期間(連続発光期間)に、特性検出レーザ光を断続的に発光させる。これにより、特性検出レーザ光が仮に漏れることがあっても、特性検出レーザ光の漏れによる迷光のスクリーン6上での輝度は小さく、特性検出レーザ光の漏れによる、表示画像61の視認性への影響を少なくすることができる。
なお、本実施の形態に係る描画装置又は描画方法では、特性検出レーザ光を出力する位置を1画素おきとしたが、特性検出レーザ光を出力する位置(画素、タイミング)を連続する所定フレーム数の期間において、フレーム相互に重ならないようにしても良い。
図8は、本実施の形態に係る特性検出レーザ光の別の出力位置を示す図である。図8(A)は、連続する2フレーム(第mフレーム、第m+1フレーム)で特性検出レーザ光を出力する位置が重ならないようにした場合を示し、図8(B)は、連続する3フレーム(第nフレーム、第n+1フレーム、第n+2フレーム)で特性検出レーザ光を出力する位置が重ならないようにした場合を示す。
このようにすることで、特性検出レーザ光の漏れによる迷光のスクリーン6上での輝度を1/2又は1/3にすることができる。
なお、連続する複数フレームで特性検出レーザ光を出力する位置が重ならないようにできるのであれば、特性検出レーザ光を出力する位置は、各フレームでランダムに設定しても良い。
また、本実施の形態に係る描画装置又は描画方法では、特性検出レーザ光を1画素おきに出力させる、すなわち、1画素おきに特性検出レーザ光の出力と出力停止とを繰り返したが、複数画素を単位として特性検出レーザ光の出力と出力停止とを繰り返すようにしても良い。
また、本実施の形態に係る描画装置又は描画方法では、ブランキング領域72の1画素行又は1画素列において、特性検出レーザ光を断続的に出力したが、ブランキング領域72の複数の画素行又は複数の画素列において特性検出レーザ光を断続的に出力するようにしても良い。
また、本実施の形態に係る描画装置又は描画方法では、下ブランキング領域72Dにおいて特性検出レーザ光を出力したが、レーザ光源の駆動電流を調整できるのであれば、上ブランキング領域72U、下ブランキング領域72D、左ブランキング領域72L、右ブランキング領域72Rの1つ又は2以上の領域、または、その一部において、特性検出レーザ光を出力するようにしても良い。
上述したように、本実施の形態に係る描画装置1は、レーザ光を出力するレーザ光源部20と、レーザ光を反射して走査する走査ミラー部30と、表示画像データに基づいて、走査ミラー部30が走査する範囲7に対してレーザ光により表示画像61を描画するように、レーザ光源部20のレーザ光の出力値を制御する描画制御部121と、走査ミラー部30が走査する範囲7内の表示画像を描画する範囲71外において、レーザ光の出力値を調整するための特性検出レーザ光を出力するように、レーザ光源部20を制御する出力調整制御部122とを備え、出力調整制御部122は、1フレーム期間において、特性検出レーザ光を断続的に出力させるものである。
また、本実施の形態に係る描画装置1は、出力調整制御部122が、連続する所定フレーム数の期間において、特性検出レーザ光を出力させるタイミングがフレーム相互で重ならないように、特性検出レーザ光を出力させることも可能である。
また、実施の形態に係る描画装置1は、出力調整制御部122が、1又は複数画素を単位として、特性検出レーザ光の出力と出力停止とを繰り返えさせることも可能である。
また、実施の形態に係る描画方法は、表示画像データを入力するステップと、表示画像データに基づいてレーザ光の出力値を制御して、レーザ光により表示画像61を描画するステップと、描画の範囲71の外において、レーザ光の出力値を調整するための特性検出レーザ光を出力するステップS30とを有し、特性検出レーザ光を出力するステップS30は、1フレーム期間において特性検出レーザ光を断続的に出力するものである。
1 描画装置
10 制御部
11 画像処理部
12 レーザ光源制御部
121 描画制御部
122 出力調整制御部
1221 比較部
1222 レーザドライバ調整部
1223 レーザドライバ制御部
1224 APC発光制御部
13 スキャナ制御部
20 レーザ光源部
21 レーザモジュール
22 レーザドライバ
23 光量測定部
30 スキャナ部(走査ミラー部)
6 スクリーン
61 表示画像
7 走査領域
71 画像描画領域
72 ブランキング領域

Claims (3)

  1. レーザ光を出力するレーザ光源部と、
    前記レーザ光を反射して走査する走査ミラー部と、
    表示画像データに基づいて、前記走査ミラー部が走査する範囲に対して前記レーザ光により表示画像を描画するように、前記レーザ光源部の前記レーザ光の出力値を制御する描画制御部と、
    前記走査ミラー部が走査する範囲内の前記表示画像を描画する範囲外において、前記出力値を調整するための特性検出レーザ光を出力するように、前記レーザ光源部を制御する出力調整制御部とを備え、
    前記出力調整制御部は、連続する所定フレーム数の期間において、前記特性検出レーザ光を出力させるタイミングがフレーム相互で重ならないように、1フレーム期間において、前記特性検出レーザ光を断続的に出力させる
    描画装置。
  2. 前記出力調整制御部は、1又は複数画素を単位として、前記特性検出レーザ光の出力と出力停止とを繰り返えさせる
    請求項1記載の描画装置。
  3. 表示画像データを入力するステップと、
    前記表示画像データに基づいてレーザ光の出力値を制御して、前記レーザ光により表示画像を描画するステップと、
    前記描画の範囲の外において、前記出力値を調整するための特性検出レーザ光を出力するステップとを有し、
    前記特性検出レーザ光を出力するステップは、連続する所定フレーム数の期間において、前記特性検出レーザ光を出力させるタイミングがフレーム相互で重ならないように、1フレーム期間において前記特性検出レーザ光を断続的に出力する
    描画方法。
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