JP6880566B2 - 光源装置、画像形成装置、画像表示装置、物体装置及び色光生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、画像形成装置、画像表示装置、物体装置及び色光生成方法に関する。

従来、色光の生成に用いられる半導体レーザが知られている（例えば特許文献１、２参照）。

このような半導体レーザの中には、縦マルチモード発振するものと、縦シングルモード発振するものがある。

しかしながら、特に縦マルチモード発振する半導体レーザを用いて色光を生成する場合には、色ずれを抑制することに関して改良の余地があった。

本発明は、発振波長帯域が互いに異なる複数の半導体レーザをと、前記半導体レーザからの光のプロキシ波長λを推定する波長推定装置と、前記波長推定装置での推定結果に基づいて、前記半導体レーザの発光光量を設定する発光光量設定手段と、を備え、前記複数の半導体レーザからの出射光を合成した色光を生成する光源装置であって、前記半導体レーザは、縦マルチモード発振し、出射光のスペクトル分布においてピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長帯域の幅が１５ｎｍ以下であり、前記波長推定装置は、前記半導体レーザからの光を受光する受光素子と、前記半導体レーザの周辺の雰囲気温度を計測する温度センサと、前記受光素子での受光光量と前記温度センサでの計測温度とに基づいて、前記プロキシ波長λを推定する推定手段と、を含むことを特徴とする光源装置である。

本発明によれば、色ずれを抑制することができる。

一実施形態のＨＵＤ装置の概略構成を示す図である。 ＨＵＤ装置の制御系のハードウェア構成を示すブロック図である。 ＨＵＤ装置の機能ブロック図である。 ＨＵＤ装置の光偏向器について説明するための図である。 ２次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。 ＨＵＤ装置の光源装置について説明するための図である。 縦マルチモード発振する半導体レーザのスペクトル分布の一例を示す図である。 縦マルチモード発振する緑色半導体レーザのスペクトル分布の一例を示す図である。 縦マルチモード発振する緑色半導体レーザを用いて色Ｇを表現することが困難であることを説明するための図である。 縦マルチモード発振する緑色半導体レーザ、縦シングルモード発振する赤色半導体レーザ、縦シングルモード発振する青色半導体レーザを用いて色Ｗを生成する方法を説明するための図である。 縦マルチモード発振する緑色半導体レーザの波長帯域幅を狭くすることにより、色Ｇを表現できることを説明するための図である。 縦マルチモード発振する緑色半導体レーザのスペクトル分布においてピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長帯域幅Δλを示す図である。 縦マルチモード発振する緑色半導体レーザの波長帯域幅Δλと色ずれの関係を示すグラフである。 各半導体レーザの発光光量を設定する手順を説明するための色度図である。 基準波長の求め方を説明するための図である。 色光生成処理を説明するためのフローチャートである。 発光光量設定処理を説明するためのフローチャートである。 変形例１の光源装置を説明するための図である。

以下に、一実施形態の画像表示装置としてのＨＵＤ装置１００について図面を参照して説明する。なお、「ＨＵＤ」は「ヘッドアップディスプレイ」の略称である。

図１には、本実施形態のＨＵＤ装置１００の全体構成が概略的に示されている。

《ＨＵＤ装置の全体構成》
ところで、ヘッドアップディスプレイの投射方式は、液晶パネル、ＤＭＤパネル（デジタルミラーデバイスパネル）、蛍光表示管（ＶＦＤ）のようなイメージングデバイスで中間像を形成する「パネル方式」と、レーザ光源から出射されたレーザビームを２次元走査デバイスで走査し中間像を形成する「レーザ走査方式」がある。特に後者のレーザ走査方式は、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するパネル方式とは違い、各画素に対して発光／非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。

そこで、ＨＵＤ装置１００では「レーザ走査方式」を採用している。無論、投射方式として上記「パネル方式」を用いることもできる。

ＨＵＤ装置１００は、一例として、車両、航空機、船舶等の移動体に搭載され、該移動体のフロントウインドシールド５０（図１参照）を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば移動体の速度、進行方向、目的地までの距離、現在地名称、移動体前方における物体の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報などの情報）を視認可能にする。この場合、フロントウインドシールド５０は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材としても機能する。以下では、ＨＵＤ装置がフロントウインドシールド５０を備える自動車に搭載される例を、主に説明する。

ＨＵＤ装置１００は、図１に示されるように、光源部１１、光偏向器１５及び走査ミラー２０（例えば凹面鏡）を含む光走査手段１０と、スクリーン３０と、凹面ミラー４０とを備え、フロントウインドシールド５０に対して画像を形成する光（画像光）を照射することにより、視認者Ａ（ここでは自動車の乗員である運転者）の視点位置から虚像Ｉを視認可能にする。つまり、視認者Ａは、光走査手段１０によりスクリーンに形成（描画）される画像（中間像）を、フロントウインドシールド５０を介して虚像Ｉとして視認することができる。

ＨＵＤ装置１００は、一例として、自動車のダッシュボードの下方に配置されており、視認者Ａの視点位置からフロントウインドシールド５０までの距離は、数十ｃｍから精々１ｍ程度である。

ここでは、凹面ミラー４０は、虚像Ｉの結像位置が所望の位置になるように、一定の集光パワーを有するように既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて設計されている。

ＨＵＤ装置１００では、虚像Ｉが視認者Ａの視点位置から１ｍ以上かつ１０ｍ以下（好ましくは６ｍ以下）の位置（奥行位置）に表示されるように、凹面ミラー４０の集光パワーが設定されている。

なお、通常、フロントウインドシールドは、平面でなく、僅かに湾曲している。このため、凹面ミラー４０とフロントウインドシールド５０の曲面により、虚像Ｉの結像位置が決定される。

光源部１１では、画像データに応じて変調されたＲ,Ｇ,Ｂの３色のレーザ光が合成される。３色のレーザ光が合成された合成光の一部は、光偏向器１５の反射面に導かれる。光偏向器１５は、半導体製造プロセス等で作製されたＭＥＭＳスキャナであり、直交する２軸周りに独立に揺動可能な単一の微小ミラーを含む。なお、光偏向器１５は、１軸周りに揺動可能な微小ミラーを含むＭＥＭＳスキャナを２つ組み合わせたものであっても良い。また、スキャナとして、ＭＥＭＳスキャナに限らず、例えばガルバノスキャナやポリゴンスキャナを用いても良い。光源部１１、光偏向器１５の詳細は、後述する。

光源部１１からの画像データに応じた光（上記合成光の一部）は、光偏向器１５で偏向され、走査ミラー２０で広がりを抑制されつつ折り返されてスクリーン３０に照射される。そこで、スクリーン３０が光走査され該スクリーン３０上に中間像が形成される。なお、凹面ミラー４０は、フロントウインドシールド５０の影響で中間像の水平線が上または下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように設計、配置されることが好ましい。

スクリーン３０を介した光は、凹面ミラー４０でフロントウインドシールド５０に向けて反射される。フロントウインドシールド５０への入射光束の一部はフロントウインドシールド５０を透過し、残部の少なくとも一部は視認者Ａの視点位置（アイポイント）に向けて反射される。この結果、視認者Ａはフロントウインドシールド５０を介して中間像の拡大された虚像Ｉを視認可能となる。すなわち、視認者から見て虚像Ｉがフロントウインドシールド５０越しに拡大表示される。

なお、フロントウインドシールド５０よりも視認者Ａの視点位置側に透過反射部材としてコンバイナを配置し、該コンバイナに凹面ミラー４０からの光を照射するようにしても、フロントウインドシールド５０のみの場合と同様に虚像表示を行うことができる。

《ＨＵＤ装置の制御系のハードウェア構成》
図２には、ＨＵＤ装置１００の制御系のハードウェア構成を示すブロック図が示されている。ＨＵＤ装置１００の制御系は、図２に示されるように、ＦＰＧＡ６００、ＣＰＵ６０２、ＲＯＭ６０４、ＲＡＭ６０６、Ｉ／Ｆ６０８、バスライン６１０、ＬＤドライバ６１１１、ＭＥＭＳコントローラ６１５を備えている。

ＦＰＧＡ６００は、画像データと、後述する光検出器１１７の出力もしくは信号処理部１２０の出力と、走査光検出部６０の出力とに基づいてＬＤドライバ６１１１を介して後述するＬＤを制御するＬＤ制御回路７００、及びＭＥＭＳコントローラ６１５を介して光偏向器１５を制御する光偏向器制御回路を含む。ＣＰＵ６０２は、ＨＵＤ装置１００の各機能を制御する。ＲＯＭ６０４は、ＣＰＵ６０２がＨＵＤ装置の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶している。ＲＡＭ６０６は、ＣＰＵ６０２のワークエリアとして使用される。Ｉ／Ｆ６０８は、外部コントローラ等と通信するためのインターフェイスであり、例えば、自動車のCAN（Controller Area Network）等に接続される。

《ＨＵＤ装置の機能ブロック》
図３には、ＨＵＤ装置１００の機能を示すブロック図が示されている。ＨＵＤ装置１００は、図３に示されるように、車両情報入力部８００、外部情報入力部８０２、画像データ生成部８０４及び画像描画部８０６を備えている。車両情報入力部８００には、ＣＡＮ等から車両の情報（速度、走行距離、対象物までの距離、外界の明るさ等の情報）が入力される。外部情報入力部８０２には、外部ネットワークから車両外部の情報（ＧＰＳからのナビ情報等）が入力される。画像データ生成部８０４は、車両情報入力部８００及び外部情報入力部８０２から入力される情報に基づいて、描画すべき画像の画像データを生成し、ＦＰＧＡ６００に送る。画像描画部８０６は、制御部８０６０を備え、該制御部８０６０は、ＦＰＧＡ６００に画像描画を開始もしくは終了させるための制御信号を送信する。

《光偏向器の構成》
図４には、光偏向器１５の構成が示されている。光偏向器１５は、半導体プロセスにて製造されたＭＥＭＳスキャナであり、図４に示されるように、反射面を有するミラー１５０と、Ｘ軸方向に並ぶ複数の梁を含み、隣り合う２つの梁が折り返し部を介して蛇行するように接続された一対の蛇行部１５２とを有する。各蛇行部１５２の隣り合う２つの梁は、梁Ａ（１５２ａ）、梁Ｂ（１５２ｂ）とされ、枠部材１５４に支持されている。複数の梁には、複数の圧電部材１５６（例えばＰＺＴ）が個別に設けられている。各蛇行部の隣り合う２つの梁の圧電部材に異なる電圧を印加することで、該蛇行部の隣り合う２つの梁が異なる方向に撓み、それが蓄積されて、ミラー１５０がＸ軸周り（＝垂直方向）に大きな角度で回転することになる。このような構成により、Ｘ軸を中心とした垂直方向の光走査が、低電圧で可能となる。一方、Ｙ軸を中心とした水平方向では、ミラー１５０に接続されたトーションバーなどを利用した共振による光走査が行われる。

以上のように構成される光偏向器１５によって、スクリーン３０の画像描画領域に対してレーザビームが２次元的に走査（例えばラスタースキャン）されるとともに（図５参照）、レーザビームの走査位置に応じてＬＤの発光制御を行うことで画素毎の描画、虚像の表示を行うことができる。なお、図５において、Ｐｓは、走査線ピッチである。

《光走査、虚像表示》
ＨＵＤ装置１００からは、瞬間的にはレーザビーム径に相当する点像しか投射されないが、非常に高速に走査させるため、一フレーム画像内では十分に人間の目に残像が残っている。この残像現象を利用することで、運転者には、あたかも「表示エリア」に像を投射させているように知覚される。実際には、スクリーン３０に映った像が、凹面ミラー４０とフロントウインドシールド５０によって反射されて運転者に「表示エリア」において虚像として知覚される。このような仕組みであるので、像を表示させない場合は、ＬＤの発光を停止すれば良い。つまり、「表示エリア」において虚像が表示される箇所以外の箇所の輝度を実質０にすることが可能となる。

すなわち、ＨＵＤ装置１００による虚像の結像位置は、該虚像を結像可能な所定の「表示エリア」内の任意の位置となる。この「表示エリア」は、ＨＵＤ装置の設計時の仕様で決まる。

このように、「レーザ走査方式」を採用したことにより、表示したい部分以外では、表示の必要がないためＬＤを消灯したり、光量を低下させたりするなどの措置を取ることができる。

これに対して、例えば液晶パネル及びＤＭＤパネルのようなイメージングデバイスで中間像を表現する「パネル方式」では、パネル全体を照明する必要があるため、画像信号としては非表示とするために黒表示であったとしても、液晶パネルやＤＭＤパネルの特性上、完全には０にし難い。そのため、黒部が浮き上がって見えることがあったが、レーザ走査方式ではその黒浮きを無くすことが可能となる。

ここで、図５に示されるように、スクリーン３０における画像描画領域（「有効走査領域」とも呼ぶ）の周辺領域に、走査光検出部６０が設けられている。走査光検出部６０は、光偏向器１５の動作を検出するために設けられ、信号領域に光が照射されることで走査タイミング（ビームの走査位置）を検出し、環境や経時変化に伴う光偏向器１５の特性変化を制御して一定の画質を保つために用いられる。走査光検出部６０としては、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等を含んで構成される。走査光検出部６０の出力信号は、ＦＰＧＡ６００に送られる。

《光源部》
以下に、光源部１１について詳細に説明する。図６には、光源部１１の構成が概略的に示されている。以下では、図６等に示されるαβγ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。

光源部１１は、一例として図６に示されるように、単数あるいは複数の発光点を有する半導体レーザと該半導体レーザを収容するパッケージとを含む光源を複数（例えば３つ）備えている。３つの光源の半導体レーザを、それぞれ半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂと呼ぶ。

また、光源部１１は、上記３つの光源に加えて、複数（例えば３つ）のカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂ、複数（例えば３つ）のアパーチャ部材１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂ、２つの光路合成素子１１４、１１５、反射ミラー１１８、集光レンズ１１６などを備えている。光源部１１の各構成部材は、筐体１１ａに組み付けられている。

各半導体レーザは、発振波長帯域が互いに異なる端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ：レーザダイオード）である。すなわち、半導体レーザ１１１Ｒは赤色半導体レーザであり、半導体レーザ１１１Ｇは緑色半導体レーザであり、半導体レーザ１１１Ｂは青色半導体レーザである。ここでは、半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの出射方向はいずれも＋α方向である。各半導体レーザは、ＬＤドライバ６１１１が設けられた回路基板２００に実装されている。

ＬＤ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂから出射された光束Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、対応するカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂにより後続の光学系にカップリングされる。

カップリングされた光束は、対応するアパーチャ部材１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂにより整形される。各アパーチャ部材の開口形状は、光束の発散角等に応じて円形、楕円形、長方形、正方形等、様々な形状とすることができる。

アパーチャ部材１１３Ｂを介した光束Ｌｂは、反射ミラー１１８で−β方向に向けて反射され、光路合成素子１１４（例えばダイクロイックミラー）に入射する。

アパーチャ部材１１３Ｇを介した光束Ｌｇは、光路合成素子１１４（例えばダイクロイックミラー）で光束Ｌｂと光路合成される。詳述すると、反射ミラー１１８を介した光束Ｌｂは光路合成素子１１４の中心を−β方向に透過し、アパーチャ部材１１３Ｇを介した光束Ｌｇは光路合成素子１１４の中心で−β方向に反射される。

そして、光束Ｌｇと光束Ｌｂが合成された合成光束Ｌｇｂと、アパーチャ部材１１３Ｒを介した光束Ｌｒとが光路合成素子１１５（例えばダイクロイックミラー）で光路合成される。なお、ここでは、２つの光路合成素子１１４、１１５、反射ミラー１１８は、別体とされているが、これらの少なくとも２つは一体的に設けられても良い。

詳述すると、合成光束Ｌｇｂは、一部が光路合成素子１１５の中心を−β方向に透過し、残部が光路合成素子１１５の中心で＋α方向に反射される。アパーチャ部材１１３Ｒを介した光束Ｌｒは、一部が光路合成素子１１５の中心で−β方向に反射され、残部が光路合成素子１１５の中心を＋α方向に透過する。

すなわち、光路合成素子１１５から、合成光束Ｌｇｂの一部と光束Ｌｒの一部が合成された合成光束Ｌｒｇｂ１が−β方向に出射され、合成光束Ｌｇｂの残部と光束Ｌｒの残部が合成された合成光束Ｌｒｇｂ２が＋α方向に出射される。

合成光束Ｌｒｇｂ１は、筐体１１ａの開口の周囲部に該開口を覆うように取り付けられた光透過窓部材５を介して光偏向器１５に照射され、スクリーン３０上での画像描画（虚像表示）に用いられる。なお、光路合成素子１１５と光偏向器１５との間に、例えば光偏向器１５側に凹面が向くメニスカスレンズを設置しても良い。

合成光束Ｌｒｇｂ２は、集光レンズ１１６を介して光検出器１１７に導かれる。光検出器１１７は、受光した合成光束Ｌｒｇｂ２の光量に応じた信号を後述する信号処理部１２０を介してＬＤ制御回路７００に出力する。光検出器１１７は、受光素子１１７ａと、該受光素子１１７ａの出力電流を電圧信号（受光信号）に変換する電流電圧変換器１１７ｂとを含んで構成される。受光素子１１７ａとしては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）やフォトトランジスタを用いることができる。

電流電圧変換器１１７ｂの後段には、受光信号を時間平均する信号処理部１２０が設けられている。信号処理部１２０は、ある時間帯Ｔに入力された受光信号を積算し、その積算値を時間平均し（Ｔで割って）、ＬＤ制御回路７００に出力する。なお、信号処理部１２０は、必須ではなく、電流電圧変換器１１７ｂからの受光信号をＬＤ制御回路７００に直接出力しても良い。

なお、図６から明らかなように、各半導体レーザから光路合成素子１１５までの光路長は互いに異なる。具体的には、半導体レーザ１１１Ｂから光路合成素子１１５までの光路長が最長であり、半導体レーザ１１１Ｒから光路合成素子１１５までの光路長が最短である。これは、虚像で白を構成する際、ＲＧＢの合成比率は約２．５：１：０．５であり、赤の光量が多く必要であり、逆に青の光量は小さくてよいことに由来しており、半導体レーザによる光利用効率の低下を抑制するためである。

ＬＤ制御回路７００は、光検出器１１７もしくは信号処理部１２０の出力に基づいて、半導体レーザ毎の変調信号（パルス信号）を生成し、ＬＤドライバ６１１１に送る。ＬＤドライバ６１１１は、半導体レーザ毎の変調信号に応じた駆動電流を該半導体レーザに印加する。

以下では、光源部１１、光検出器１１７、信号処理部１２０、ＬＤ制御回路７００、ＬＤドライバ６１１１を含む装置を「光源装置３００」と称する。

ここで、図７には、縦マルチモード発振する高出力半導体レーザの出射光のスペクトル分布が示されている。一般に、縦マルチモード発振する高出力半導体レーザの出射光のスペクトル分布は、このように多くのスペクトルを有しており、どの波長が発振波長であるかを特定するのは極めて困難である。

また、このスペクトル分布は、半導体レーザの周辺の雰囲気温度、半導体レーザの発光光量に応じて変化し、かつ再現性が乏しい。特に、ＨＵＤ装置では、車両の周辺環境の明暗のダイナミックレンジが大きいため、それに対応するために要求される発光光量の変動による自己温度の変動が大きくなり、かつ時間や車両の位置によって雰囲気温度が変動するため、発振波長が変動してしまう。すなわち、半導体レーザの発振波長には、「自己温度依存性」と「雰囲気温度依存性」がある。

しかし、縦マルチモード発振する高出力半導体レーザを用いて色生成ができない、ということではない。

例えば、図８には、簡単のために、４つのスペクトル（λ_Ｇ１＝５０５ｎｍ、λ_Ｇ２＝５１０ｎｍ、λ_Ｇ３＝５１５ｎｍ、λ_Ｇ４＝５２５ｎｍ）を有する縦マルチモード発振する高出力緑色半導体レーザの出射光のスペクトル分布が示されている。そして、λ_Ｇ１、λ_Ｇ２、λ_Ｇ３、λ_Ｇ４のスペクトルの強度の比は１：２：１：２となっている。

このとき、この半導体レーザは、図９におけるｘｙ色度図において、４つの波長とこれらの強度比に応じて決定される、１つの波長では表記できない固有の色Ｇを有していると見做すことができる（ｘｙ色度図の曲線部分に相当するスペクトル輝線に、λ_Ｇ１〜λ_Ｇ４の波長をプロットしている）。

そこで、この色Ｇに対して、縦シングルモード発振する赤色半導体レーザの発振波長（λ_Ｒ＝６５３ｎｍ）と、縦シングルモード発振する青色半導体レーザの発振波長（λ_Ｂ＝４５３ｎｍ）を組み合わせて、例えば白色（図１０の色Ｗ）を作ることは可能である。

具体例として、図１０に示される色度図において、λ_Ｒとλ_Ｂを結ぶ直線と、色Ｇと色Ｗを結ぶ直線の交点が色Ｐとなる場合を考える。この場合、先ず色Ｐを生成するためにλ_Ｒとλ_Ｂの半導体レーザの発光光量（出力）を設定し、次いで色Ｗを生成するために色Ｇの半導体レーザの発光光量（出力）を設定すれば良い。

ここでは、赤色半導体レーザ及び青色半導体レーザを縦シングルモード発振するものとしたが、このような方法は、それぞれが縦マルチモード発振するものであっても同様に議論できる。

しかし、ＨＵＤ装置を自動車等の車輌に搭載する場合、環境温度は非常に大きな範囲で変動しうるし、周囲の輝度に応じてＨＵＤ装置で表示する虚像の輝度も変化させなければならないので、半導体レーザが発振する波長（発振波長）は変化する。

先にも述べたように、縦マルチモードの場合、そのスペクトル分布の変化は一様ではなく、予測は極めて難しい。このことは、縦マルチモード発振する高出力緑色半導体レーザの色Ｇを予測することが非常に困難であることを意味する。

もちろん、ＨＵＤ装置に、色Ｇを測定する手段を内蔵すれば良いが、それでは装置が大型化してしまい、自動車内における設置スペ−スの制約上の問題が生じてしまう。

縦マルチモード発振する高出力緑色半導体レーザが、１つの波長では表記できない固有の色Ｇを有する根本的な理由は、図９におけるスペクトルの波長帯域幅Δλ１が広いことである。

従って、この波長帯域幅をΔλ１からΔλ２に狭くすれば、色Ｇは図１１に示されるようにスペクトル輝線に近づき、近似的に１つの波長に置き換えても良いことになる。このようなあたかも縦シングルモード発振のように取り扱うことができる波長を、本明細書中では「プロキシ波長」と定義する。

このプロキシ波長は、色生成の観点から定義されるものであり、縦マルチモードのスペクトル分布のうち、色生成に寄与する強度を有するものだけで議論すれば良い。検討の結果、スペクトル分布における多数のスペクトルのうち最大強度（ピーク強度）の−２０ｄＢ未満の強度を有するスペクトルは色生成に殆ど寄与しないことが分かっているので、図１２に示されるように最大強度（図１２では０ｄＢ）の−２０ｄＢ以上の強度を有するスペクトルが存在する波長帯域の幅（「波長帯域幅」とも呼ぶ）を有効波長帯域幅Δλと定義する。

このとき、Δλ≦１５ｎｍの半導体レーザを用いると、該半導体レーザの出射光の色ずれが５％以内に収まることがわかっている（図１３参照）。図１３において、色ずれ（縦軸）は、各プロットを中心として上下に幅があるが、これは半導体レーザの個体差を表している。この個体差は、図１３から、Δλが小さくなるにつれて段階的に小さくなることがわかる。

色ずれが５％以内に収まっていれば、一般的に人間の視覚では色ずれを識別不能であると考えられ、色再現性は充分であるといえる。

結果として、各半導体レーザが、Δλ≦１５ｎｍを満たせば、そのスペクトル分布がどのように変化しようと、プロキシ波長の振る舞いに注目するだけで、所望の色を生成することができる。

プロキシ波長は、Δλの中に含まれる波長で定義すれば良いが、最も色生成と相関が高い加重平均波長λとするのが好ましい。この加重平均波長λは、Δλの波長帯域に含まれる波長をλ_１、λ_２、λ_３、…、λ_ｎ、それぞれの波長に対応する強度をＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、…、Ｉ_ｎとしたとき、次の（１）式により定義される。

λ＝Σ（λ_ｋ×Ｉ_ｋ）÷Σ（Ｉ_ｋ）…（１）
（但し、ｋ＝１、２、３、…、ｎ）

図６に戻り、ＬＤ制御回路７００は、波長推定部７００ａ、パワーバランス決定部７００ｂ、変調信号生成部７００ｃを含む。

波長推定部７００ａは、光検出器１１７の出力信号（受光光量に応じた信号）と温度センサ１３０の出力信号に基づいて、各半導体レーザの出射光の波長（好ましくはプロキシ波長）を推定する。そこで、波長推定部７００ａと光検出器１１７と温度センサ１３０を含んで波長推定装置が構成される。

具体的には、波長推定部７００ａは、受光素子１１７ａでの受光光量Ｐ_ｍｏｎｉ（光検出器１１７の出力信号）をモニタし、Ｐ_ｍｏｎｉに対し、半導体レーザから受光素子１１７ａまでの光利用効率ηを演算して、現在の半導体レーザの発光光量Ｐに変換する（Ｐ＝Ｐ_ｍｏｎｉ÷η）。

半導体レーザの発振方法としては、ＨＵＤ装置の虚像としてどのような情報を生成するかによって、さまざまなパルス発振が考えられるが、発光光量Ｐを「時間平均された時間平均光量」と定義すると、波長の推定が精度よくできることを発明者らは見出した。

ここで、上述の如く半導体レーザの出射光の波長は雰囲気温度依存性があるため、温度センサ１３０を、半導体レーザの雰囲気温度を取得できる位置に設置するのが好ましい。もちろん半導体レーザが収容されるパッケージ温度をモニタしても良いが、その場合には、その情報から雰囲気温度を抽出するプロセスが必要となり、波長推定精度が低下することが懸念される。

また、半導体レーザのパルス発振を高速化するためには、ＬＤドライバ６１１１と半導体レーザの配線長は短い方が好ましいが、この場合、ＬＤドライバ６１１１の駆動による発熱が、回路基板２００のグランド層を伝搬し半導体レーザの温度上昇を助長する。すなわち、半導体レーザが収容されるパッケージ温度は、雰囲気温度、半導体レーザの温度、ＬＤドライバ６１１１の温度の３つの温度成分が合成された温度であるため、この温度から雰囲気温度を抽出するのは非常に困難である。

そこで、本実施形態では、温度センサ１３０を、一例として、筐体１１ａ内における各半導体レーザからある程度離れたアパーチャ部材１１３Ｂの近傍に設置している。無論、他のアパーチャ部材近傍、反射ミラー近傍、光路合成素子近傍、集光レンズ近傍等の他の位置に設けても良いが、いずれにしても半導体レーザの周辺の雰囲気温度を計測するのに適正な距離範囲に設置することが望ましい。

温度センサ１３０としては、半導体レーザ周辺の雰囲気の温度を計測可能な温度センサであれば良く、例えば熱電対、サーミスタ、測温抵抗体、放射温度計等が挙げられる。

発明者らは、半導体レーザの種類に拠らず、出射光の波長の温度依存性が線形であることに着目し、この性質を利用することにより半導体レーザの出射光の波長を精度よく推定できることを見出した。

そこで、本実施形態では、温度センサ１３０を用いて半導体レーザの周辺の雰囲気温度をモニタし、かつ光検出器１１７を用いて半導体レーザの発光光量をモニタすることにより、「雰囲気温度依存性」と「自己温度依存性」の両面から各半導体レーザの出射光の波長を推定することとしている。

具体的には、波長推定部７００ａは、受光素子１１７ａでの受光光量をモニタするのに加えて、温度センサ１３０での計測温度をモニタし、半導体レーザの出射光の現在の波長を推定する。

このとき、半導体レーザの出射光の現在の波長λは、
λ^（０）：基準波長
α：雰囲気温度係数
Ｔ_ａ：現在の雰囲気温度
Ｔ_ａ ^（０）：基準波長測定時の雰囲気温度
β：光量係数
Ｐ：現在の発光光量
Ｐ^（０）：基準波長測定時の発光光量
として、次の（１）式で表される。
λ＝λ^（０）＋α×（Ｔ_ａ−Ｔ_ａ ^（０））＋β×（Ｐ−Ｐ^（０））…（１）

基準波長λ^（０）は、上記加重平均した波長であることが望ましい。この場合、実質的に現在の波長λも上記加重平均した波長（プロキシ波長）となる。

上記（１）式を用いることで、現在の雰囲気温度、現在の発光光量がいかなる値であっても、現在の波長λを精度良く推定することができる。

基準波長λ^（０）は、もし半導体レーザから発振されるパルス条件が常に固定されている場合には、任意の雰囲気温度Ｔ_ａ ^（０）、及び任意の光量Ｐ^（０）における「ある１条件」で取得された波長で良いが、ＨＵＤ装置１００の虚像として生成される情報はさまざまであり、更に車外の輝度に応じてＨＵＤ装置１００の虚像の輝度も変える必要があることから、パルス発振が１つの条件で固定されているということは一般的に考えにくい。

この場合、基準波長λ^（０）は、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］における仮想的な波長と定義するのが好ましい。なぜならば、すべてのパルス条件で共通な状況は、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］以外にないからである。

当然、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］という状況下で波長を実測することはできないが、図１５に示されるようにＰ_１、Ｐ_２、…、Ｐ_５、Ｐ_６と半導体レーザの発光光量を変化させ、それに対応した波長λ_１、λ_２、…、λ_５、λ_６から線形補間することで、Ｐ^（０）＝０［Ｗ］における仮想的な波長を求めることができ、これが基準波長λ^（０）である。この際、極短時間であれば、雰囲気温度は略一定とみなすことができるため、基準波長の測定誤差はほとんど生じない。

なお、図１５では、半導体レーザの発光光量を６段階に変化させて各段階で波長を測定しているが、これに限らず、要は、半導体レーザの発光光量を少なくとも２段階に変化させて各段階で波長を測定すれば良い。大抵のＬＤは線形性が非常に良いため、例えば２段階（低発光光量と高発光光量）で波長の測定を行って得られた２つのプロットを通る直線と縦軸の交点（切片）として基準波長を求めることもできる。

また、同一発振波長帯域（同一色）の半導体レーザ間でも、発振波長には±５ｎｍ程度の範囲の個体差があるため、個々の半導体レーザについて基準波長の測定を行うことが好ましい。

一方、温度係数α、光量係数βは、半導体レーザ毎の個体差がほとんどないため、色毎に一定値に決まる。勿論、波長推定精度を高めるために、温度係数α、光量係数βを個体毎に予め測定して、その測定値を波長推定部７００ａのファームウェアに書き込んでも良い。

図１５に示される基準波長を求めるプロセスは、波長測定器（例えばスペクトルアナライザ等）を用いて半導体レーザ毎に行われる。取得された基準波長、基準波長測定時の雰囲気温度、基準波長測定時の発光光量は、上記（１）式に代入される。具体的には、取得された基準波長、該基準波長測定時の雰囲気温度及び発光光量の数値が波長推定部７００ａのファームウェアに書き込まれる。

波長推定部７００ａは、半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂから異なるタイミングで出射され受光素子１１７ａで異なるタイミングで受光された光の受光光量Ｐ_ｍｏｎｉ ^（赤）、Ｐ_ｍｏｎｉ ^（緑）、Ｐ_ｍｏｎｉ ^（青）をモニタし、そのモニタ情報から現在の半導体レーザの発光光量Ｐ^（赤）、Ｐ^（緑）、Ｐ^（青）を算出する（Ｐ^（赤）＝Ｐ_ｍｏｎｉ ^（赤）÷η^（赤）、Ｐ^（緑）＝Ｐ_ｍｏｎｉ ^（緑）÷η^（緑）、Ｐ^（青）＝Ｐ_ｍｏｎｉ ^（青）÷η^（青））。

そして、波長推定部７００ａは、温度センサ１３０での現在の雰囲気温度Ｔ_ａの情報から、各半導体レーザから出射されている光の現在の波長λを、上記（１）式により算出し、その算出結果をパワーバランス決定部７００ｂに送る。

パワーバランス決定部７００ｂは、画像データの画素毎の色と３つの半導体レーザの現在の波長に基づいて、該色の光を生成するのに好適な（適正な）パワーバランスとなるように各半導体レーザの発光光量を設定し、その設定値を変調信号生成部７００ｃに送る。

具体的には、例えば図１４に示される色度図において、３つの半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの現在の波長をそれぞれ６５０ｎｍ、５１５ｎｍ、４４５ｎｍすると、３つの半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂのうち２つの半導体レーザの発光光量を適当に決めてある色Ｐを生成し、残る１つの半導体レーザの発光光量を所望の色（ターゲット色）となるよう色Ｐに応じた適切な値に設定する。図１４において６５０ｎｍ、５１５ｎｍ、４４５ｎｍの３点を頂点とする三角形の中の全ての色を生成可能である。図１４の馬蹄形の縁は「スペクトル軌跡」と呼ばれ、波長と色が対応するラインである。

変調信号生成部７００ｃは、パワーバランス決定部７００ｂで設定された各半導体レーザの発光光量と画像データに基づいて、該半導体レーザ毎の変調信号を生成し、走査光検出部６０からの出力信号に基づく所定のタイミングでＬＤドライバ６１１１に出力する。

これにより、３つの半導体レーザから出射光のパワーバランスが適正化されて所望の色の合成光が生成され、この合成光により画像描画領域が走査され、所望の色の虚像が表示される。

すなわち、画像データの画素毎の色情報を忠実に再現した高品質なカラーの虚像を表示することが可能となる。

以上、虚像の色に関して説明したが、虚像の明るさに関しては、例えば自動車の周囲の明るさを取得する照度センサの出力に応じて、３つの半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの設定後の発光光量の比を一定に保ちつつ各発光光量を一律に増減することで、虚像を所望の色かつ所望の明るさに制御することが可能である。この際、照度センサの出力が大きいほど、各半導体レーザの発光光量を大きく設定することが好ましい。

以下に、本実施形態の光源装置３００を用いる色光生成処理（虚像表示処理）について図１６を参照して説明する。図１６のフローチャートは、ＬＤ制御回路７００によって実行される処理アルゴリズムに基づいている。この色光生成処理は、例えばＨＵＤ装置１００が搭載される自動車の電気系統がＯＮになりＨＵＤ装置１００が起動したときに開始される。ＨＵＤ装置１００が起動すると、光偏向器１５が動作を開始する。

最初のステップＳ１では、少なくとも１つの半導体レーザを点灯する。具体的には、変調信号生成部７００ｃが、画像データの各画素の色に応じて点灯対象の半導体レーザの変調信号を生成し、走査光検出部６０の出力信号に基づく所定タイミングでＬＤドライバ６１１１に出力する。この結果、点灯対象の半導体レーザの変調信号に応じた駆動電流が該半導体レーザに印加され、画像データに応じた画像のスクリーン３０への描画、ひいては虚像の表示が開始される。

次のステップＳ２では、所定回走査されたか否かを判断する。具体的には、走査光検出部６０の出力信号と光偏向器１５の水平走査周波数に基づいて、主走査方向における往復もしくは片道の走査回数をカウントし、カウント数が所定回になったときに、次のステップＳ３に移行する。すなわち、走査回数が所定回になるまで、待ちの状態となる。なお、「所定回」としては、往復走査単位でカウントする場合には１回〜少なくとも１フレーム分の往復走査の回数で良く、片道走査単位でカウントする場合には１回〜少なくとも１フレーム分の往復走査の回数で良い。

ステップＳ３では、「発光光量設定処理」を実施する。発光光量設定処理の詳細については、後述する。

次のステップＳ４では、少なくとも１つの半導体レーザを設定後の発光光量で点灯する。具体的には、ステップＳ３で設定された発光光量で点灯対象の半導体レーザを点灯する。これにより、３つの半導体レーザの出射光のパワーバランスが適正となり、所望の色の虚像が表示される。

次のステップＳ５では、処理終了であるか否かを判断する。ＨＵＤ装置１００が搭載される自動車の電気系統がＯＮのとき、ここでの判断が否定されステップＳ２に戻り、ＯＦＦになったとき、ここでの判断が肯定されフローが終了する。

なお、上記色光生成処理のステップＳ２では、所定回走査されたか否かを判断しているが、これに代えて、所定時間が経過したか否かを判断しても良い。

以下に、上記色光生成処理のステップＳ３の「発光光量設定処理」について図１７を参照して説明する。図１７のフローチャートは、ＬＤ制御回路７００によって実行される処理アルゴリズムに基づいている。この発光光量設定処理は、走査光が有効走査領域（画像描画領域）に照射されない時間帯（画像描画されない時間帯）、例えば走査光が有効走査領域の周辺領域に照射されるときや、連続するフレーム間の遷移時間に実施される。

最初のステップＳ１２では、半導体レーザ毎の時間平均光量を取得する。具体的には、信号処理部１２０からの、受光信号が時間平均された信号を取得する。

次のステップＳ１３では、雰囲気温度を取得する。具体的には、温度センサ１３０での計測温度を取得する。

次のステップＳ１４では、取得された時間平均光量（現在の発光光量）及び雰囲気温度（現在の雰囲気温度）に基づいて各半導体レーザの出射光の波長λを推定する。具体的には、上記（１）式を用いて波長λを推定する。

次のステップＳ１５では、推定された波長λに基づいて、各半導体レーザの発光光量を設定する（図１４参照）。

以上説明した本実施形態の半導体レーザは、色光（色のついた光）の生成に用いられる半導体レーザにおいて、縦マルチモード発振し、出射光のスペクトル分布においてピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長帯域の幅が１５ｎｍ以下であることを特徴とする半導体レーザである。

この場合、半導体レーザが発振する波長（発振波長）を１つの波長に近似できる程度に、色光の生成に寄与する強度を持つ波長帯域の幅が狭い。

この結果、縦シングルモードと同様に取り扱うことができ、半導体レーザ固有の色を１つの波長によって適切に表記できる。すなわち、半導体レーザ固有の色をピンポイントに限定することができる。

結果として、本実施形態の半導体レーザによれば、色ずれを抑制することができる。

また、発振波長帯域が互いに異なる複数（例えば３つ）の半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂと、複数の半導体レーザからの光の光路上に配置された、光路合成素子１１４、１１５を含む光合成手段と、を備える光源装置３００によれば、所望の色光（単色光もしくは複色光）を生成することができる。

また、光源装置３００は、半導体レーザからの光を受光する受光素子１１７ａと、半導体レーザの周辺の雰囲気温度を計測する温度センサ１３０と、受光素子１１７ａでの受光光量と温度センサ１３０での計測結果に基づいて、半導体レーザからの光の波長λを推定する波長推定装置（推定手段）と、該波長推定装置での推定結果に基づいて、複数の半導体レーザの発光光量を設定するパワーバランス設定部７００ｂ（発光光量設定手段）と、を更に備える。

この場合、装置の大型化を抑制しつつ（例えば波長測定器等の大型の機器を設けることなく）、所望の色光を安定して生成することができる。

そして、ＬＤ制御回路７００は、半導体レーザ毎に推定された、上記波長帯域に含まれる波長λに基づいて、複数の半導体レーザの発光光量を設定することが好ましい。

この場合、縦シングルモードの場合と同様に、複数の半導体レーザの発光光量を容易に精度良く設定することができる。

さらに、上記波長帯域に含まれる波長をλ_１、λ_２、λ_３、…、λ_ｎ、それぞれの波長に対応するスペクトルの強度をＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、…、Ｉ_ｎとすると、λ＝Σ（λ_ｋ×Ｉ_ｋ）÷Σ（Ｉ_ｋ）（但し、ｋ＝１、２、３、…、ｎ）が成立することが好ましい。

この場合、所望の色光を精度良く生成することができる。

なお、上記波長λは、このような加重平均波長でなくても良く、要は、上記波長帯域幅に含まれる波長であれば良い。例えばピーク強度となる波長でも良い。

また、光源装置３００は、光合成手段を介した光の光路上に配置された、光路合成素子１１５を含む光分岐手段を更に備え、受光素子１１７ａは、半導体レーザから出射され光合成手段及び光分岐手段を介した光の光路上に配置されていることが好ましい。なお、図６では、光合成手段と光分岐手段は、光路合成素子１１５を共有している。

この場合、各半導体レーザからの光の波長λを同一（単一）の受光素子１１７ａを用いて推定することができる。

また、光源装置３００と、該光源装置３００からの光により画像を形成する光偏向器１５（画像形成素子）と、画像を形成した光が照射されるスクリーン３０と、を備えるＨＵＤ装置１００（画像表示装置）によれば、色再現性の良い画像を形成することが可能である。

また、ＨＵＤ装置１００は、スクリーン３０を介した光をフロントウインドシールド５０（透過反射部材）に向けて投射する凹面ミラー４０（投光部）を更に備えるため、色再現性の良い虚像を表示することが可能である。

また、ＨＵＤ装置１００と、ＨＵＤ装置１００が搭載される移動体と、を備える移動体装置によれば、色再現性の良い虚像による情報を移動体の運転者に提供することができる。

また、本実施形態の色光生成方法は、発振波長帯域が互いに異なる複数（例えば３つ）の半導体レーザ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂを用いて色光を生成する色光生成方法であって、複数の半導体レーザを点灯する工程と、複数の半導体レーザからの光を合成する工程と、を含む。

この場合、半導体レーザが発振する波長（発振波長）を１つの波長に近似できる程度に、色光の生成に寄与する強度を持つ波長帯域の幅が狭い。

この結果、縦シングルモードと同様に取り扱うことができ、半導体レーザ固有の色を１つの波長によって適切に表記できる。すなわち、半導体レーザ固有の色をピンポイントに限定することができる。

結果として、本実施形態の色光生成方法によれば、色ずれを抑制することができる。

また、本実施形態の色光生成方法は、半導体レーザからの光の波長λを推定する工程と、該推定する工程での推定結果に基づいて、複数の半導体レーザの発光光量を設定する工程と、を更に含むことが好ましい。

この場合、所望の色光を安定して生成することができる。

また、上記設定する工程では、半導体レーザ毎に推定された、上記波長帯域に含まれる波長λに基づいて、複数の半導体レーザの発光光量を設定することが好ましい。

この場合、縦シングルモードの場合と同様に、複数の半導体レーザの発光光量を容易に精度良く設定することができる。

また、上記波長帯域に含まれる波長をλ_１、λ_２、λ_３、…、λ_ｎ、それぞれの波長に対応するスペクトルの強度をＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、…、Ｉ_ｎとすると、λ＝Σ（λ_ｋ×Ｉ_ｋ）÷Σ（Ｉ_ｋ）（但し、ｋ＝１、２、３、…、ｎ）が成立することが好ましい。

この場合、所望の色光を精度良く生成することができる。

なお、上記波長λは、このような加重平均波長でなくても良く、要は、上記波長帯域幅に含まれる波長であれば良い。例えばピーク強度となる波長でも良い。

また、上記実施形態では、複数の光源を有する光源装置３００を例にとって説明したが、図１８に示される変形例１の光源装置のように、上記実施形態の半導体レーザと同様の単一の半導体レーザを有する光源装置にも適用可能である。この単一の半導体レーザを用いる場合も、出射光の波長を精度良く推定することにより、光源の発光光量を精度良く設定することができる。単一の半導体レーザを有する光源装置の用途としては、例えば二色画像を形成する画像形成装置、二色画像を表示する画像表示装置等が挙げられる。

この場合、光源の出射光の波長を波長推定部で推定し、その推定結果に基づいてパワー設定部で発光光量を算出し、その算出結果に基づいて変調信号生成部で変調信号を生成することで、光源を所望の発光光量で点灯させることができ、ひいては色ずれを抑制することができる。

以上の説明では、半導体レーザの出射光の波長の雰囲気温度依存性と自己温度依存性の両面から出射光の波長を推定したが、例えば半導体レーザの雰囲気温度が略一定と見做せる環境下では、変形例２として、自己温度依存性のみ（受光素子１１７ａの受光光量もしくは平均化光量のみ）に基づいて出射光の波長を推定しても良い。この場合には、温度センサが設けられなくても良い。

ここで、「半導体レーザの雰囲気温度が略一定と見做せる環境下」とは、ＨＵＤ装置１００が搭載される車両内の温度が空調によって略一定に保たれる場合や、本発明の光源及び波長推定装置を含む光源装置を備える画像表示装置としての、ヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置を室内で使用する場合に該室内の温度が空調によって略一定に保たれている場合が想定される。

具体的には、次の（２）式を用いて出射光の波長を推定することができる。

λ＝λ^（０）＋β×（Ｐ−Ｐ^（０））…（２）
但し、λ：現在の波長
λ^（０）：基準波長
β：光量係数
Ｐ：現在の発光光量
Ｐ^（０）：基準波長測定時の発光光量

この場合も、上記実施形態と同様にして基準波長を求めることができる（図１５参照）。この場合、縦マルチモード発振する半導体レーザにおいて、推定対象の波長を、例えば上記加重平均した波長としても良いし、ピーク強度での波長としても良い。

なお、上記実施形態及び各変形例では、受光素子及び温度センサを含む波長推定装置を用いて各半導体レーザからの光の波長を推定しているが、これに限られない。例えば図６や図１８において集光レンズの後段に波長推定装置の代わりに波長測定器を設けて、各半導体レーザを異なるタイミングで点灯させたときの波長測定器での測定結果（該半導体レーザからの光のスペクトル分布）から波長λ（好ましくはプロキシ波長）を算出し、該波長λに基づいて複数の半導体レーザの発光光量を制御しても良い。なお、波長測定器としては、例えば光バンドパスフィルタを利用したスーパーヘテロダイン方式のスペクトルアナライザや、プリズムや回折格子を含む分光器を含んで構成することができる。

また、波長推定装置もしくは波長測定器を複数の半導体レーザに対応して複数設けても良い。例えば、各半導体レーザからの光を分岐素子（例えば半導体レーザを収容するパッケージの開口（出射口）を覆うカバーガラスや、ハーフミラーや、ビームスプリッタ等）で分岐して、対応する波長推定装置や波長測定器に入射させても良い。

また、半導体レーザとして端面発光型の半導体レーザを用いる場合には、一端面から出射された光を画像形成、虚像表示に用い、他端面から出射された光を対応する波長推定装置や波長測定器に入射させても良い。

また、受光素子と波長測定器の双方を設けても良い。すなわち、各半導体レーザからの光の一部を画像形成、虚像表示に用い、他の一部を波長測定器に導き、残部を受光素子に導いても良い。この場合、例えば波長測定器での測定結果に基づいて複数の半導体レーザのパワーバランスを決定し、受光素子での受光光量に基づいて複数の半導体レーザの発光光量（出力）の絶対値を設定しても良い。

また、上記実施形態及び変形例において、波長推定装置は、光源装置の構成要素でなくても良い。例えば、光源装置は、光源部１１のみから構成することもできる。

また、本発明の半導体レーザや該半導体レーザを備える光源装置は、例えば像担持体としての感光体を露光して（例えば光走査して）画像を形成するカラープリンタ、カラー複写機等の画像形成装置の露光用光源としても用いることができる。すなわち、本発明の半導体レーザや光源装置を備える画像形成装置を構成することができる。この場合、所望の色の画像を形成することが可能である。この場合、半導体レーザからの光により画像を形成する画像形成素子として、ＭＥＭＳスキャナの他、ポリゴンスキャナやガルバノスキャナを用いることができる。

また、上記実施形態及び変形例では、半導体レーザとしてＬＤ（端面発光型の半導体レーザ）を用いているが、例えば面発光型の半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）等の他の半導体レーザを用いても良い。

また、上記実施形態及び変形例では、投光部は、凹面ミラー４０から構成されているが、これに限らず、例えば、凸面鏡から構成されても良い。

また、上記実施形態及び変形例では、走査ミラー２０を有しているが、有していなくても良い。すなわち、光偏向器１５で偏向された光を、光路を折り返さずに、スクリーン３０に直接照射もしくは凸面レンズを介して照射するようにしても良い。また、走査ミラー２０として平面鏡を用いても良い。

また、透過反射部材は、移動体のフロントウインドシールドに限らず、例えばサイドウインドシールド、リアウインドシールド等であっても良く、要は、透過反射部材は、移動体に設けられ、移動体の搭乗者が該移動体の外部を視認するための窓部材（ウインドシールド）であることが好ましい。

また、上記実施形態及び各変形例では、画像表示装置（ＨＵＤ）は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体に搭載用のものとして説明したが、要は、物体に搭載されるものであれば良い。なお、「物体」は、移動体の他、恒常的に設置されるものや運搬可能なものを含む。

また、本発明は、上記実施形態で説明したようにＨＵＤ装置への適用が好適であるが、ＨＵＤ装置のみならず、例えばヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置への適用も可能である。この場合も、所望の色光を生成することが可能である。

例えば、プロジェクタ装置に適用する場合には、該プロジェクタ装置をＨＵＤ装置１００と同様に構成することができる。すなわち、凹面ミラー４０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すれば良い。なお、凹面ミラー４０を設けずにスクリーン３０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影しても良い。また、凹面ミラー４０の代わりに自由曲面ミラーを用いても良い。

また、本発明の半導体レーザ、光源装置、画像形成装置、画像表示装置、物体装置、色光生成方法は、上記実施形態及び変形例で説明した構成、方法に限定されず、適宜変更可能である。

以下に、発明者らが上記実施形態及び変形例を発案するに至った思考プロセスを説明する。

従来、画像光を生成し、該画像光を車輌等の移動体のウインドシールドに照射して、虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下「ＨＵＤ装置」とも呼ぶ）が知られている。

例えば特許文献１、２には、３波長の半導体レーザからの光を合成し、虚像を表示するＨＵＤ装置が開示されている。

このＨＵＤ装置において、所望の色光を色再現性良く生成し虚像を表示させるには、３波長の半導体レーザから放射されるビームの波長に基づき、それぞれの半導体レーザから放射されるビームのパワーバランスを適切に設定する必要がある。

しかし、特に縦マルチモード発振する半導体レーザを用いる場合、パワーバランスを決定するための波長を適切に設定しないと、色光を再現性良く生成するのは困難である。

そこで、発明者らは、鋭意検討の末、縦マルチモード発振する半導体レーザをＨＵＤ装置に用いる場合、その波長帯域によっては、あたかも縦シングルモード発振のように取り扱うことができ、その波長帯域の波長を用いることで色生成のためのパワーバランスを精度よく決定できることを見出し、この技術思想を上記実施形態や変形例として具現化した。

１５…光偏向器（画像形成素子）、３０…スクリーン、４０…凹面ミラー（投光部）、５０…フロントウインドシールド（透過反射部材）、１００…ＨＵＤ装置（画像表示装置）、１１４…光路合成素子（光合成手段の一部）、１１５…光路合成素子（光合成手段の一部、光分岐手段）、１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ…半導体レーザ、３００…光源装置、７００ａ…プロキシ波長算出部（制御手段の一部）、７００ｂ…パワーバランス決定部（制御手段の一部）、７００ｃ…変調信号生成部（制御手段の一部）。

特許第５３０４３８０号公報 特開２０１５−１４８６６５号公報

Claims (11)

1. 発振波長帯域が互いに異なる複数の半導体レーザと、
   前記半導体レーザからの光のプロキシ波長λを推定する波長推定装置と、
   前記波長推定装置での推定結果に基づいて、前記半導体レーザの発光光量を設定する発光光量設定手段と、を備え、
   前記複数の半導体レーザからの出射光を合成した色光を生成する光源装置であって、
   前記半導体レーザは、縦マルチモード発振し、出射光のスペクトル分布においてピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長帯域の幅が１５ｎｍ以下であり、
   前記波長推定装置は、前記半導体レーザからの光を受光する受光素子と、前記半導体レーザの周辺の雰囲気温度を計測する温度センサと、前記受光素子での受光光量と前記温度センサでの計測温度とに基づいて、前記プロキシ波長λを推定する推定手段と、を含むことを特徴とする光源装置。
2. 発振波長帯域が互いに異なる複数の半導体レーザと、
   前記半導体レーザからの光の波長λを推定する波長推定装置と、
   前記波長推定装置での推定結果に基づいて、前記半導体レーザの発光光量を設定する発光光量設定手段と、を備え、
   前記複数の半導体レーザからの出射光を合成した色光を生成する光源装置であって、
   前記半導体レーザは、縦マルチモード発振し、出射光のスペクトル分布においてピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長帯域の幅が１５ｎｍ以下であり、
   前記波長推定装置は、前記半導体レーザからの光を受光する受光素子と、前記半導体レーザの周辺の雰囲気温度を計測する温度センサと、前記受光素子での受光光量と前記温度センサでの計測温度に基づいて、前記波長λを推定する推定手段と、を含み、
   前記波長λは、前記波長帯域に含まれる波長をλ１、λ２、λ３、…、λｎ、それぞれの波長に対応するスペクトルの強度をＩ１、Ｉ２、Ｉ３、…、Ｉｎとすると、
   λ＝Σ（λｋ×Ｉｋ）÷Σ（Ｉｋ）（但し、ｋ＝１、２、３、…、ｎ）が成立することを特徴とする光源装置。
3. 前記半導体レーザからの光の光路上に配置された光分岐手段を更に備え、
   前記受光素子は、前記光分岐手段を介した光の光路上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記複数の半導体レーザからの光の光路上に配置された光合成手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成素子と、を備える画像形成装置。
6. 請求項５に記載の画像形成装置と、
   前記画像形成装置の画像形成素子を介した光が照射されるスクリーンと、を備える画像表示装置。
7. 前記スクリーンを介した光を透過反射部材に向けて投射する投光部を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 請求項６又は７に記載の画像表示装置と、
   前記画像表示装置が搭載される物体と、を備える物体装置。
9. 前記物体は、移動体であることを特徴とする請求項８に記載の物体装置。
10. 縦マルチモード発振し、出射光のスペクトル分布においてピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長帯域の幅が１５ｎｍ以下であり、互いに発信波長帯域が異なる複数の半導体レーザを有する光源装置を用いて色光を生成する色光生成方法であって、
    前記複数の半導体レーザを点灯する工程と、
    前記半導体レーザからの光のプロキシ波長λを推定する波長推定工程と、
    前記波長推定工程での推定結果に基づいて、前記複数の半導体レーザの発光光量を設定する工程と、
    前記複数の半導体レーザからの光を合成する工程と、を含み、
    前記波長推定工程では、前記半導体レーザからの光を受光する受光素子での受光光量と、前記半導体レーザの周辺の雰囲気温度を計測する温度センサの計測温度とに基づいて、前記プロキシ波長λを推定することを特徴とする色光生成方法。
11. 縦マルチモード発振し、出射光のスペクトル分布においてピーク強度の−２０ｄＢ以上の強度を有する波長帯域の幅が１５ｎｍ以下であり、互いに発信波長帯域が異なる複数の半導体レーザを有する光源装置を用いて色光を生成する色光生成方法であって、
    前記複数の半導体レーザを点灯する工程と、
    前記半導体レーザからの光の波長λを推定する波長推定工程と、
    前記波長推定工程での推定結果に基づいて、前記複数の半導体レーザの発光光量を設定する工程と、
    前記複数の半導体レーザからの光を合成する工程と、を含み、
    前記波長推定工程では、前記半導体レーザからの光を受光する受光素子での受光光量と、前記半導体レーザの周辺の雰囲気温度を計測する温度センサの計測温度とに基づいて、前記波長λを推定し、
    前記波長λは、前記波長帯域に含まれる波長をλ１、λ２、λ３、…、λｎ、それぞれの波長に対応するスペクトルの強度をＩ１、Ｉ２、Ｉ３、…、Ｉｎとすると、
    λ＝Σ（λｋ×Ｉｋ）÷Σ（Ｉｋ）（但し、ｋ＝１、２、３、…、ｎ）が成立することを特徴とする色光生成方法。

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