JP7115046B2 - 光源装置、表示装置、表示システム、移動体および光量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、表示装置、表示システム、移動体および光量制御方法に関する。

車両等の移動体において、少ない視線移動で運転者（観察者）に各種情報（車両情報、警告情報、ナビゲーション情報等）を視認させるアプリケーションとして、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）等の表示装置が利用されている。このような表示装置において、観察者に視認させる画像を形成するため、波長の異なるレーザ光を出力するレーザ光源が用いられる。

レーザ光源の光量は、温度変化による変動が大きく、変動量は光源ごとに異なる。そのため、光検出器によって光量変動をモニタして光量制御（ＡＰＣ）を行う技術が知られている。例えば、特許文献１は、レーザ投射表示装置において、通常時および調光処理時の半導体レーザに対する電流設定をより高精度に最適化し、光量制御を安定化させる内容を開示している。

しかしながら、従来の方法では、光量制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲が最適化されていないという課題があった。

表示装置は、光源装置と、前記光源装置から出力されたレーザ光を二次元走査する走査部と、前記二次元走査によって画像光が照射される光学素子と、を備え、前記光学素子に照射された前記画像光を反射部材で反射させることによって、所定の画像を表示させる表示装置であって、前記光源装置は、レーザ光を出力する光源と、前記光源から出力されるレーザ光の光量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記光源から出力されたレーザ光を検出する光検出器からの出力に基づいて、前記光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定し、前記光量制御範囲において前記光量を制御し、更に、前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値、並びに前記光源から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する電流決定手段と、前記設定された光量制御範囲において、前記決定された電流デジタル値に対応する出力電流値を用いて、前記光源の駆動を制御する駆動制御手段と、を有し、前記光学素子は、前記画像光が照射される画像領域と、前記光量の制御に用いるモニタ光が照射させる非画像領域と、を有し、前記制御部は、前記非画像領域に照射されたモニタ光を用いて、前記光量制御範囲の設定または前記光量の制御を行い、前記駆動制御手段は、前記画像領域と前記非画像領域において、前記オフセット値および前記ゲイン値を切り替える。

本発明によれば、光量制御に用いる光量制御範囲を最適化することができる。

実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。 実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。 実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。 実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。 実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。 マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。 光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係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。 実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。 実施形態に係る光源装置から射出されたレーザ光のスクリーン上における走査領域の一例を示す図である。 実施形態に係る光源装置の構成の一例を概略的に示した図である。 実施形態に係る制御回路の機能構成の一例を示す図である。 光源素子からの出力光量のアナログ電流値の特性を示す図である。 （ａ）光源素子の出力光量と電流デジタル値の特性を示す図である。（ｂ）光検出器の出力と電流デジタル値の特性を示す図である。 ゲイン値の制御によるＩＬ特性の変動の一例を示す図である。 オフセット値の制御によるＩＬ特性の変動の一例を示す図である。 ゲイン値およびオフセット値を最適化した場合のＩＬ特性を示す図である。 実施形態に係る光源装置において、光量制御方法の一例を示すフローチャートである。 電流決定部における探索処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係る光源装置における、第１の探索用オフセット値と探索用ゲイン値によるＩＬ特性を示す図である。 実施形態に係る光源装置における、第２の探索用オフセット値と探索用ゲイン値によるＩＬ特性を示す図である。 （ａ）非線形なＩＬ特性の一例を示す図である。（ｂ）非線形なＩＬ特性を用いて算出される回帰直線の一例を示す図である。 実施形態に係る光源装置における最小光量の電流デジタル値の算出方法の一例を示す図である。 実施形態に係る光源装置における最大光量の電流デジタル値の算出方法の一例を示す図である。 光量の異常点の一例を示す図である。 光量の異常点が存在する場合において、３点を用いて求めた回帰直線と実際に光源素子から出力される光量のＩＬ特性との関係の一例を示す図である。 実施形態に係る光源装置における発振閾値の算出方法の一例を示す図である。 実施形態に係る光源装置における光量制御方法の変形例を示す図である。 光源素子を点灯させるパルス幅を変更させた異なるディーティ比のＩＬ特性の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

●システム構成●
まず、図１乃至図８を用いて、各実施形態における光源装置が適用されるシステムについて説明する。図１は、実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。表示システム１は、表示装置１０から投射される投射光を、透過反射部材に投射させることによって観察者３に表示画像を視認させるシステムである。表示画像は、観察者３の視界に虚像４５として重畳して表示する画像である。

表示システム１は、例えば、車両、航空機もしくは船舶等の移動体、または操縦シミュレーションシステムもしくはホームシアターシステム等の非移動体に備えられる。本実施形態は、表示システム１が、移動体の一例である自動車に備えられた場合について説明する。なお、表示システム１の使用形態は、これに限られるものではない。

表示システム１は、例えば、フロントガラス５０を介して車両の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば車両の速度、進路情報、目的地までの距離、現在地名称、車両前方における物体（対象物）の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報等）を、観察者３（操縦者）に視認可能にする。この場合、フロントガラスは、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機能する。観察者３の視点位置からフロントガラス５０までの距離は、数十ｃｍ～１ｍ程度である。

表示システム１は、表示装置１０、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０を備える。表示装置１０は、例えば、移動体の一例である自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）である。表示装置１０は、自動車のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置される。表示装置１０は、例えば、自動車のダッシュボードの下方に配置されてもよく。ダッシュボード内に埋め込まれていてもよい。

表示装置１０は、レーザ光を出力する光源装置１１と、光源装置１１から出力されたレーザ光を偏向する光偏向装置１３と、光偏向装置１３によって偏向されたレーザ光を発散させるスクリーン１５を備える。光源装置１１は、光源から射出されたレーザ光を、装置外部へ照射するデバイスである。光源装置１１は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源装置１１から射出（出力）されたレーザ光は、光偏向装置１３の反射面に導かれる。光源装置１１は、光源として、ＬＤ（Laser Diode）等の半導体発光素子を有する。なお、光源は、これに限られず、ＬＥＤ（light emitting diode）等の半導体発光素子を有してもよい。

光偏向部としての光偏向装置１３は、光源装置１１から射出された光を主走査方向および主走査方向に直交する副走査方向に走査して、光学素子としてのスクリーン１５上に中間像４０を形成するものであり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等を利用してレーザ光の進行方向を変化させるデバイスである。光偏向装置１３は、例えば、直交する２軸に対して揺動する単一の微小なＭＥＭＳミラー、または１軸に対して揺動もしくは回転する２つのＭＥＭＳミラーからなるミラー系等の走査手段を利用して構成される。光偏向装置１３から出力されたレーザ光は、スクリーン１５に走査される。なお、光偏向装置１３は、ＭＥＭＳミラーに限られず、ポリゴンミラー等を用いて構成されてもよい。

光を発散させる光学素子としてのスクリーン１５は、レーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有する発散部材である。スクリーン１５は、例えば、ＥＰＥ（Exit Pupil Expander）の形態として、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）または拡散板等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子によって構成される。なお、スクリーン１５は、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子によって構成されてもよい。スクリーン１５は、光偏向装置１３から出力されたレーザ光がスクリーン１５上に走査されることによって、スクリーン１５上に二次元像である中間像４０を形成する。

ここで、表示装置１０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）または蛍光表示管（ＶＦＤ）等イメージングデバイスで中間像４０を形成する「パネル方式」と、光源装置１１から出力されたレーザ光を走査手段で走査して中間像４０を形成する「レーザ走査方式」がある。

本実施形態に係る表示装置１０は、後者の「レーザ走査方式」を採用する。「レーザ走査方式」は、各画素に対して発光または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。なお、表示装置１０は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよい。

スクリーン１５から出力されたレーザ光（光束）によって、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０に投射された虚像４５は、中間像４０から拡大されて表示される。自由曲面ミラー３０は、フロントガラス５０の湾曲形状による画像の傾き、歪、位置ずれ等を相殺するように設計および配置されている。自由曲面ミラー３０は、所定の回転軸を中心として回転可能に設置されてもよい。これにより、自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から出力されたレーザ光（光束）の反射方向を調整し、虚像４５の表示位置を変化させることができる。

ここでは、自由曲面ミラー３０は、虚像４５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。表示装置１０は、虚像４５が観察者３の視点位置から例えば１ｍ以上かつ３０ｍ以下（好ましくは１０ｍ以下）の位置（奥行位置）に表示されるように、自由曲面ミラー３０の集光パワーを設定する。なお、自由曲面ミラー３０は、凹面ミラーやその他集光パワーを有する素子であってもよい。自由曲面ミラー３０は、結像光学系の一例である。

フロントガラス５０は、レーザ光（光束）の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる機能（部分反射機能）を有する透過反射部材である。フロントガラス５０は、観察者３に前方の景色および虚像４５を視認させる半透過鏡として機能する。虚像４５は、例えば、車両情報（速度、走行距離等）、ナビゲーション情報（経路案内、交通情報等）、警告情報（衝突警報等）等を観察者３に視認させるための画像情報である。なお、透過反射部材は、フロントガラス５０とは別途設けられたフロントウインドシールド等であってもよい。フロントガラス５０は、反射部材の一例である。

虚像４５は、フロントガラス５０の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。また、フロントガラス５０は、平面でなく、湾曲している。そのため、虚像４５の結像位置は、自由曲面ミラー３０とフロントガラス５０の曲面によって決定される。なお、フロントガラス５０は、部分反射機能を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡（コンバイナ）を利用してもよい。

このような構成により、スクリーン１５から出力されたレーザ光（光束）は、自由曲面ミラー３０に向けて投射され、フロントガラス５０で反射される。観察者３は、フロントガラス５０で反射された光によって、スクリーン１５に形成された中間像４０が拡大された虚像４５を視認することができる。

●ハードウエア構成●
図２は、実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図２に示すハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。

表示装置１０は、表示装置１０の動作を制御するためのコントローラ１７を有する。コントローラ１７は、表示装置１０の内部に実装された基板またはＩＣチップ等である。コントローラ１７は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）１００１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００４、Ｉ／Ｆ（Interface）１００５およびバスライン１００６を含む。

ＦＰＧＡ１００１は、表示装置１０の設計者による設定変更が可能な集積回路である。ＣＰＵ１００２は、表示装置１０全体を制御するための処理を行う集積回路である。ＲＯＭ１００３は、ＣＰＵ１００２を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。ＲＡＭ１００４は、ＣＰＵ１００２のワークエリアとして機能する記憶装置である。Ｉ／Ｆ１００５は、外部装置と通信するためのインターフェースである。Ｉ／Ｆ１００５は、例えば自動車のＣＡＮ（Controller Area Network）等に接続される。

ＬＤ１００７は、例えば、光源装置１１の一部を構成する半導体発光素子である。ＭＥＭＳ１００９は、光偏向装置１３の一部を構成し、走査ミラーを変位させるデバイスである。モータ１０１１は、自由曲面ミラー３０の回転軸を回転させる電動機である。

●機能構成●
図３は、実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。表示装置１０により実現される機能は、車両情報受信部１７１、外部情報受信部１７２、画像生成部１７３および画像表示部１７４を含む。

車両情報受信部１７１は、ＣＡＮ等から自動車の情報（速度、走行距離等の情報）を受信する機能である。車両情報受信部１７１は、図２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。

外部情報受信部１７２は、外部ネットワークから自動車外部の情報（ＧＰＳからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報または交通情報等）を受信する機能である。外部情報受信部１７２は、図２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。

画像生成部１７３は、車両情報受信部１７１および外部情報受信部１７２により入力された情報に基づいて、中間像４０および虚像４５を表示させるための画像情報を生成する機能である。画像生成部１７３は、図２に示したＣＰＵ１００２の処理、およびＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。

画像表示部１７４は、画像生成部１７３により生成された画像情報に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成し、中間像４０を構成したレーザ光（光束）をフロントガラス５０に向けて投射して虚像４５を表示させる機能である。画像表示部１７４は、図２に示したＣＰＵ１００２およびＦＰＧＡ１００１の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。

画像表示部１７４は、制御部１７５、中間像形成部１７６および投影部１７７を含む。
制御部１７５は、中間像４０を形成するために、光源装置１１および光偏向装置１３の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部１７５は、虚像４５を所定の位置に表示させるために、自由曲面ミラー３０の動作を制御する制御信号を生成する。

中間像形成部１７６は、制御部１７５によって生成された制御信号に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成する。投影部１７７は、観察者３に視認させる虚像４５を形成するために、中間像４０を構成したレーザ光を、透過反射部材（フロントガラス５０等）に投射させる。

●光偏向装置●
図４は、実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置１３は、半導体プロセスにより製造されるＭＥＭＳミラーであり、ミラー１３０、蛇行状梁部１３２、枠部材１３４、および圧電部材１３６を含む。光偏向装置１３は、走査部の一例である。

ミラー１３０は、光源装置１１から出力されたレーザ光をスクリーン１５側に反射する反射面を有する。光偏向装置１３は、ミラー１３０を挟んで一対の蛇行状梁部１３２を形成する。蛇行状梁部１３２は、複数の折り返し部を有する。折り返し部は、交互に配置される第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとから構成されている。蛇行状梁部１３２は、枠部材１３４に支持されている。圧電部材１３６は、隣接する第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとを接続するように配置されている。圧電部材１３６は、第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとに異なる電圧を印加し、梁部１３２ａ，１３２ｂのそれぞれに反りを発生させる。

これにより、隣接する梁部１３２ａ，１３２ｂは、異なる方向に撓む。ミラー１３０は、撓みが累積されることによって、左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、光偏向装置１３は、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査は、ミラー１３０に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。

●スクリーン●
図５は、実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。スクリーン１５は、光源装置１１の一部を構成するＬＤ１００７から出力されたレーザ光を結像させる。また、スクリーン１５は、所定の発散角で発散させる発散部材である。スクリーン１５は、光学素子の一例である。図５に示すスクリーン１５は、六角形形状を有する複数のマイクロレンズ１５０が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。マイクロレンズ１５０のレンズ径（対向する２辺間の距離）は、２００μｍ程度である。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ１５０を高密度で配列することができる。

なお、マイクロレンズ１５０の形状は、六角形に限られるものではなく、例えば四角形、三角形等であってもよい。また、複数のマイクロレンズ１５０が規則正しく配列された構造を例示しているが、マイクロレンズ１５０の配列は、これに限られるものではなく、例えば、各マイクロレンズ１５０の中心を互いに偏心させ、不規則な配列としてもよい。このように偏心させた配列を採用する場合、各マイクロレンズ１５０は、互いに異なる形状となる。

図６は、マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。図６（ａ）において、スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０が整列して配置された光学板１５１によって構成される。光学板１５１上に入射光１５２を走査する場合、入射光１５２は、マイクロレンズ１５０により発散され、発散光１５３となる。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の構造により、入射光１５２を所望の発散角１５４で発散させることができる。この発散角１５４は、マイクロレンズ１５０の曲率と対応関係がある。マイクロレンズ１５０の周期１５５は、入射光１５２の径１５６ａよりも大きくなるように設計される。これにより、スクリーン１５は、レンズ間での干渉を起こさずに、干渉ノイズの発生を抑制する。

図６（ｂ）は、入射光１５２の径１５６ｂが、マイクロレンズ１５０の周期１５５の２倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光１５２は、二つのマイクロレンズ１５０ａ、１５０ｂに入射し、それぞれ発散光１５７、１５８を生じさせる。このとき、領域１５９において、二つの発散光が存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光が観察者の目に入った場合、干渉ノイズとして視認される。

以上を考慮して、干渉ノイズを低減するため、マイクロレンズ１５０の周期１５５は、入射光の径１５６よりも大きく設計される。なお、図６は、凸面レンズの形態で説明したが、凹面レンズの形態においても同様の効果があるものとする。

図７は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置１１の各光源素子は、ＦＰＧＡ１００１によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。各光源素子から出力され光路合成されたレーザ光は、図７に示すように、光偏向装置１３のミラー１３０によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー１３０を介して走査光としてスクリーン１５に照射される。すなわち、スクリーン１５は、光偏向装置１３による主走査および副走査によって二次元走査される。

走査範囲は、光偏向装置１３によって走査しうる全範囲である。走査光は、スクリーン１５の走査範囲を、２～４万Ｈｚ程度の速い周波数で主走査方向（Ｘ軸方向）に振動走査（往復走査）しつつ、数十Ｈｚ程度の遅い周波数で副走査方向（Ｙ軸方向）に片道走査する。すなわち、光偏向装置１３は、スクリーン１５に対してラスタースキャンを行う。この場合、表示装置１０は、走査位置（走査光の位置）に応じて各光源素子の発光制御を行うことで、画素ごとの描画または虚像の表示を行うことができる。

一画面を描画する時間、すなわち１フレーム分の走査時間（二次元走査の１周期）は、
上記のように副走査周期が数十Ｈｚであることから、数十ｍｓｅｃとなる。例えば、主走査周期を２００００Ｈｚ、副走査周期を５０Ｈｚとした場合、１フレーム分の走査時間は、２０ｍｓｅｃとなる。

図８は、２次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。スクリーン１５は、図８に示すように、中間像４０が描画される（画像データに応じて変調された光が照射される）画像領域６１（有効走査領域）と、画像領域６１を取り囲むフレーム領域６２を含む。

走査範囲は、スクリーン１５における画像領域６１とフレーム領域６２の一部（画像領域６１の外縁近傍の部分）を併せた範囲とする。図８において、走査範囲における走査線の軌跡は、ジグザグ線によって示される。図８において、走査線の本数は、便宜上、実際よりも少なくしている。

スクリーン１５は、上述のように、マイクロレンズアレイ１５０等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されている。画像領域６１は、矩形または平面である必要はなく、多角形または曲面であってもよい。また、スクリーン１５は、光拡散効果を持たない平板または曲板であってもよい。さらに、スクリーン１５は、装置レイアウトに応じて、例えば、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子とすることもできる。

スクリーン１５は、走査範囲における画像領域６１の周辺領域（フレーム領域６２の一部）に、受光素子を含む同期検知系６０を備える。図８において、同期検知系６０は、画像領域６１の－Ｘ側かつ＋Ｙ側の隅部に配置される。同期検知系６０は、光偏向装置１３の動作を検出して、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定するための同期信号をＦＰＧＡ１００１に出力する。

●光源装置●
●構成
続いて、図９乃至図２９を用いて、本実施形態に係る光源装置１１について説明する。まず、図９乃至図１２を用いて、本実施形態に係る光源装置１１の構成について説明する。

図９は、実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。光源装置１１は、光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）（以下、区別する必要のないときは、光源素子１１１とする。）、カップリングレンズ１１２（ｒ），１１２（ｇ），１１２（ｂ）（以下、区別する必要のないときは、カップリングレンズ１１２とする。）、アパーチャ１１３（ｒ），１１３（ｇ），１１３（ｂ）（以下、区別する必要のないときはアパーチャ１１３とする。）、ミラー１１４、光合成素子１１５，１１６、光分岐素子１１７および光検出器１１９を含む。

三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）は、例えば、それぞれ単数または複数の発光点を有するＬＤ（レーザダイオード）である。光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）は、互いに異なる波長λＲ，λＧ，λＢ（例えば、λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５１５ｎｍ，λＢ＝４５０ｎｍ）のレーザ光（光束）を出力（射出）する。光源装置１１は、画像に必要な色生成のため、波長の異なる光束を出力する複数の光源素子１１１（１１１（ｒ）,１１１（ｇ）,１１１（ｂ））を有する。光源素子１１１を駆動させるための回路基板は、小型化や低コストを考え、各光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）を光源装置１１の同じ面に配置することで共通化される。なお、図９に示す光源素子１１１は、図２に示したＬＤ１００７に対応する構成である。

出力された各光束は、それぞれ対応するカップリングレンズ１１２（ｒ），１１２（ｇ），１１２（ｂ）によりカップリングされる。光源素子１１１から出力されるレーザ光（光束）は、拡散光であるため、対応するカップリングレンズ１１２によって集光されて平行光となる。半導体レーザは、指向性が高い一方で出射端において拡がりを有するため、次第に減衰してしまう。光源装置１１は、放射された光束の損失を小さくするため、カップリングレンズ１１２を用いて放射された光束を平行光にする。

カップリングされた各光束は、それぞれ対応するアパーチャ１１３（ｒ），１１３（ｇ），１１３（ｂ）により整形される。アパーチャ１１３は、光束の発散角等の所定の条件に応じた形状（例えば円形、楕円形、長方形、正方形等）を有する。アパーチャ１１３により整形された光束は、ミラー１１４と、２つの合成素子１１５，１１６とを用いて合成される。

ミラー１１４は、光源素子１１１（ｂ）から出力された光束を偏向して、光分岐素子１１７へ導光する。光合成素子１１５は、ミラー１１４により導光された光束と、光源素子１１１（ｇ）から出力された光束とを合成する。光合成素子１１６は、光合成素子１１５によって合成された光束と、光源素子１１１（ｒ）から出力された光束とをさらに合成する。光合成素子１１５，１１６は、プレート状またはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて光束を反射または透過し、一つの光束に合成する。光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ）,１１１（ｂ）から出力された光束は、光合成素子１１５および光合成素子１１６によって合成され、同一の光路をたどるようになる。

光分岐素子１１７に入射した入射光の一部は、光分岐素子１１７を透過し、他の一部すなわち残部の少なくとも一部は、光分岐素子１１７で反射される。すなわち、光合成素子１１６によって合成された光束は、光分岐素子１１７によって透過光と反射光に分岐される。なお、光分岐素子１１７は、光合成素子１１６と光偏向装置１３との間の光路上に配置されていればよい。

透過光は、光偏向装置１３に照射され、スクリーン１５上での画像描画および虚像表示に用いられる。すなわち、透過光は、画像光として用いられる。一方で、反射光は、光検出器１１９に照射され、虚像の色や輝度を調整するためのモニタ光として用いられる。

光検出器１１９は、光分岐素子１１７によって分岐されたモニタ光の光量を検出する。光検出器１１９は、光源装置１１の小型化のため、複数の光源素子１１１から出力されたレーザ光（光束）を一つの素子で検出することが好ましい。

波長の異なる複数のレーザ光源を用いた光源装置１１において、表示させる虚像の色の表現は、液晶ディスプレイと同様に、白色を実現するホワイトバランスが基準となるので、ホワイトバランス（光量比）を適切に設定する必要がある。各光源素子１１１によって出力されるレーザ光（光束）の光量は、温度変化等の環境変動によって変動するため、ホワイトバランスを実現するための光量も変化してしまう。そこで、光源装置１１は、各光源素子１１１から出力されるレーザ光（光束）の光量変動を光検出器１１９で検出し、光源素子１１１によって出力されるレーザ光（光束）の光量制御（ＡＰＣ）を行う。光源装置１１は、合成素子１１６で合成されたレーザ光の一部を光分岐素子１１７によって光検出器１１９へ分岐させる。なお、光源装置１１は、光分岐素子１１７における分岐面をレーザ光（光束）の入射面とし、光分岐素子１１７によって反射されたレーザ光を光検出器１１９へ導光し、光分岐素子１１７を透過したレーザ光を光偏向装置１３へ導光するように、光分岐素子１１７が配置されている。

ここで、図１０を用いて、光源装置１１によって行われる光量制御のタイミングについて説明する。図１０は、実施形態に係る光源装置から射出されたレーザ光のスクリーン上における走査領域の一例を示す図である。

表示装置１０は、光源装置１１から射出されたレーザ光を、光偏向装置１３によって偏向させ、スクリーン１５上に二次元走査する。光量制御（ＡＰＣ）において、光源装置１１は、光検出器１１９によって検出されたモニタ光を用いて、光源素子１１１が所望の光量を出力するための電流デジタル値を決定するために、光源素子１１１を所定の期間点灯させる必要がある。また、光源装置１１は、光量制御（ＡＰＣ）の精度向上のために、複数の光量で光源素子１１１を点灯させる必要がある。そこで、図１０に示すように、スクリーン１５上の走査領域２３０は、画像光によって画像を形成するための画像形成領域２２０とは異なる位置に、光量制御領域（非画像領域）２１０を有する。なお、画像形成領域２２０は、図８に示したような画像領域６１と同様である。光源装置１１は、光偏向装置１３によって画像光を光量制御領域２１０に走査させるタイミングで、各光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量制御（ＡＰＣ）を行う。

観察者３に視認させる画像を形成する画像形成領域２２０で光量制御を行った場合、光量の変化に応じて、形成される画像に色ムラが生じてしまう。そのため、表示装置１０は、図１０に示すように、光量制御用のレーザ光を点灯させる光量制御領域２１０と画像形成領域２２０とを分離し、光量制御用のレーザ光を、画像形成領域２２０から遮光することによって、画像形成領域２２０に形成される画像の色ムラの発生を抑制することができる。

図１１は、実施形態に係る光源装置の構成の一例を概略的に示した図である。光源装置１１は、図９に示した構成に加えて、制御回路３００を含む。制御回路３００は、バスライン３０７を介して、光源素子１１１および光検出器１１９に接続されている。制御回路３００は、光源装置１１の内部に実装された回路基板またはＩＣチップ等である。制御回路３００は、光検出器１１９からの出力に基づいて、光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量を制御する。

制御回路３００は、ＦＰＧＡ３０１、ＣＰＵ３０２、ＲＯＭ３０３、ＲＡＭ３０４、Ｉ／Ｆ３０５、ドライバ３０６およびバスライン３０７を含む。ＦＰＧＡ３０１は、光源装置１１の設計者による設定変更が可能な集積回路である。ドライバ３０６は、ＦＰＧＡ３０１からの制御信号に応じて、光源素子１１１の駆動信号を生成する。ＣＰＵ３０２は、光源装置１１全体を制御するための処理を行う集積回路である。ＲＯＭ３０３は、ＣＰＵ３０２を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。光源装置１１は、例えば、本発明に係るプログラムをＣＰＵ３０２またはＦＰＧＡ３０１が実行することによって、本発明に係る光量制御方法を実現する。なお、本発明に係る光量制御方法は、本発明に係るプログラムを図２に示したＣＰＵ１００２またはＦＰＧＡ１００１が実行することによって実現される構成であってもよい。ＲＡＭ３０４は、ＣＰＵ３０２のワークエリアとして機能する記憶装置である。Ｉ／Ｆ３０５は、光検出器１１９と通信するためのインターフェースである。

続いて、図１２を用いて、実施形態に係る光源装置１１が有する制御回路３００によって実現される機能を説明する。図１２は、実施形態に係る制御回路の機能構成の一例を示す図である。図１２に示す制御回路３００によって実現される機能は、検出部３１０、光量算出部３３０、電流決定部３５０、駆動制御部３７０、記憶・読出制御部３９０および記憶部３０００を含む。検出部３１０、光量算出部３３０、電流決定部３５０、駆動制御部３７０、記憶・読出制御部３９０および記憶部３０００は、例えば、図１１に示したＦＰＧＡ３０１、ドライバ３０６およびＣＰＵ３０２の処理によって実現される。なお、検出部３１０、光量算出部３３０、電流決定部３５０、駆動制御部３７０、記憶・読出制御部３９０および記憶部３０００の機能は、表示装置１０に設けられた専用ＩＣ（例えば、図２に示したコントローラ１７）によって実現されてもよい。

検出部３１０は、光源装置１１による各光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量制御（ＡＰＣ）を行うタイミングを検出する機能である。検出部３１０は、例えば、光偏向装置１３からの同期信号によって、図１０に示した光量制御領域２１０に対する走査期間であることを検出する。また、検出部３１０は、光偏向装置１３による走査周期を予め記憶し、光量制御領域２１０の走査周期であることを検出してもよい。検出部３１０は、主に、図１１に示したＦＰＧＡ３０１、ＣＰＵ３０２およびＩ／Ｆ３０５の処理によって実現される。

光量算出部３３０は、光検出器１１９によって検出されたレーザ光（光束）の平均光量を算出する機能である。光量算出部３３０は、例えば、光検出器１１９から出力される検出信号に基づいて、光源素子１１１から出力されたレーザ光の平均光量を算出する。光量算出部３３０は、光源素子１１１ごとにそれぞれから出力されるレーザ光の平均光量を算出する。光量算出部３３０は、主に、図１１に示したＦＰＧＡ３０１、ＣＰＵ３０２およびＩ／Ｆ３０５の処理によって実現される。

電流決定部３５０は、光量制御（ＡＰＣ）によって、光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値、並びに光源素子１１１から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する機能である。電流決定部３５０は、主に、図１１に示したＦＰＧＡ３０１およびＣＰＵ３０２の処理によって実現される。電流決定部３５０は、電流決定手段の一例である。

駆動制御部３７０は、電流決定部３５０によって決定されたパラメータに基づいて、光源素子１１１の駆動を制御する機能である。駆動制御部３７０は、主に、図１１に示したＦＰＧＡ３０１およびＣＰＵ３０２の処理によって実現される。駆動制御部３７０は、駆動制御手段の一例である。駆動制御部３７０は、変換部３７１、オフセット制御部３７２およびゲイン制御部３７３を含む。

変換部３７１は、電流決定部３５０によって決定された電流デジタル値を、光源素子１１１を駆動させるためのアナログ電流値に変換する機能である。変換部３７１によって変換されたアナログ電流値は、光源素子１１１から出力されるレーザ光の出力電流値の一例である。

オフセット制御部３７２は、電流決定部３５０によって設定されたオフセット値に基づいて、光源素子１１１の電流値をオフセットする機能である。

ゲイン制御部３７３は、電流決定部３５０によって設定されたゲイン値に基づいて、光源素子１１１の電流値を増幅させる機能である。

記憶・読出制御部３９０は、記憶部３０００に各種データを記憶させ、または記憶部３０００から各種データを読み出す機能である。記憶・読出制御部３９０は、主に、図１１に示したＦＰＧＡ３０１、ＣＰＵ３０２の処理によって実現される。記憶部３０００は、主に、図１１に示したＦＰＧＡ３０１、ＣＰＵ３０２およびＲＯＭ３０３によって実現される。

●光量制御
続いて、図１３乃至図１７を用いて、光源装置１１による光量制御について説明する。

図１３は、光源素子からの出力光量とアナログ電流値の特性を示す図である。図１３は、絶対最大定格が５０ｍＷである光源素子の出力光量の電流値特性（ＩＬ特性）の一例を示す。図１３に示すように、光源素子１１１の出力光量は、発振閾値電流(１００ｍＡ)の前後で特性が異なり、発振閾値より小さい電流値ではほとんど発光せず、発振閾値より大きい電流値では線形性が高い。光源装置１１は、光源素子１１１の出力光量の制御を、図１２に示したような駆動制御部３７０を用いて行われる。また、光源装置１１は、アナログ値（以下、アナログ電流値と称する。）ではなくデジタル値(以下、電流デジタル値と称する)を、駆動制御部３７０に設定する。駆動制御部３７０は、例えば、電流値を１０ｂｉｔで処理し、アナログ電流値０ｍＡを０ｄｉｇｉｔ、アナログ電流値３００ｍＡを１０２３ｄｉｇｉｔに対応させた場合、図１４（ａ）に示すようなＩＬ特性が得られる。光源装置１１は、図１０に示したような光量制御領域２１０において、複数の光量で光源素子１１１を発光させ、光検出器１１９による出力を得ることで、画像描画および虚像表示に必要な光量(出力値)となる電流デジタル値を探索する。

光検出器１１９へは光源素子１１１から出力されたレーザ光の一部が到達する。光検出器１１９へ入射したレーザ光は、図１４（ｂ）に示すようなデジタル値で処理される。そこで、光源装置１１は、予め調整工程等で光検出器１１９の出力と光源光量との関係を取得しておくことで、図１４（ｂ）に示すような光検出器１１９の出力値を、図１４（ａ）に示すような光源光量に変換することができる。光量算出部３３０は、光検出器１１９の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器１１９からの出力された出力値から、光源素子１１１から出力されたレーザ光の光量を算出する。なお、光検出器１１９の出力と光源光量の関係（近似式）は、予め記憶部３０００に記憶されている。

電流デジタル値１ｄｉｇｉｔあたりの分解能は、約０．３ｍＡ/ｄｉｇｉｔであり、発振閾値電流以上の光量は、０．０７ｍＷ/ｄｉｇｉｔとなる。環境照度が低い場合、ＨＵＤのような車載装置である表示装置１０が必要な光源素子１１１からの出力光量の上限は、例えば、１０ｍＷである。この場合、発振閾値電流に対応するデジタル電流値（３４０ｄｉｇｉｔ）から出力光量の上限値（１０ｍＷ）に対応するデジタル電流値（４８０ｄｉｇｉｔ）までの範囲が有効な電流デジタル値（以下、有効電流デジタル値と称する。）となる。この有効電流デジタル値の範囲が、光量制御が行うことが可能な範囲（以下、光量制御範囲と称する。）である。

ここで、一般的に画像の階調は、２５６段階で表される。一方で、光量制御範囲は、１４０ｄｉｇｉｔ（３４０ｄｉｇｉｔ～４８０ｄｉｇｉｔ）であるため、滑らかな階調表現を行うことが困難である。また、光源素子が出力可能な最大電流値（最大アナログ電流値）は、画像描画に必要な電流値に対して余裕を持たせるため、３００ｍＡ以上に設計される。電流デジタル値に対応するアナログ電流値を大きくした場合、デジタル値１ｄｉｇｉｔ当たりの制御電流値の範囲が大きくなるので、光量制御の分解能は低くなる。したがって、１０２３ｄｉｇｉｔに対応するアナログ電流値が高くなり、光量制御範囲は、１４０ｄｉｇｉｔ以下となるため、光量制御の分解能は、さらに低くなってしまう。

そこで、光量制御の分解能を高める方法として、光源素子１１１を駆動させるためのゲイン値およびオフセット値を最適値に設定する方法がある。ここで、アナログ電流値、電流デジタル値、ゲイン値およびオフセット値の関係は、以下の式１のように表される。式１に示されるように、光源装置１１は、光源素子１１１を駆動させるために設定されるオフセット値およびゲイン値を制御することで、同じ電流デジタル値が入力されても、光源素子１１１から出力するレーザ光のアナログ電流値（出力電流値）を変更することができる。

アナログ電流値＝電流デジタル値 × ゲイン値 ＋ オフセット値 ・・・（式１）

また、式１に示されるように、光源装置１１は、ゲイン値を制御することで、電流デジタル値に対応する出力電流値（アナログ電流値）をｇ倍させることができる。図１５は、ゲイン値の制御によるＩＬ特性の変動の一例を示す図である。図１５は、例えば、１０ｍＷの光量を出力可能な電流値を、１０２３ｄｉｇｉｔの電流デジタル値に対応させた場合の例である。図１５に示すＩＬ特性は、図１４（ａ）に示したようなＩＬ特性のゲイン値を、約２倍にしたものである。図１５に示すように、発振閾値の光量に対応する電流デジタル値を７３０ｄｉｇｉｔ、１０ｍＷの光量に対応する電流デジタル値を１０２３ｄｉｇｉｔに設定させたので、光量制御範囲は、約３００ｄｉｇｉｔとなる。このように、光源装置１１は、ゲイン値を制御することによって、光量制御の分解能を向上させることができる。

また、式１に示されるように、光源装置１１は、オフセット値を制御することで、電流デジタル値に対する出力電流値（アナログ電流値）を一定量増加させることができる。図１６は、オフセット値の制御によるＩＬ特性の変動の一例を示す図である。図１６は、例えば、画像描画および虚像表示に必要な最小光量が１ｍＷである場合、１ｍＷの光量を出力するための電流値をオフセットした場合の例である。図１６に示すＩＬ特性は、図１４（ａ）に示したようなＩＬ特性を、電流デジタル値が低い方向へシフトさせたものである。光源素子１１１から出力されるレーザ光は、発振閾値以上の電流値で光量が安定するため、光量制御（電流値制御）には発振閾値以上の光量を用い、発振閾値以下の光量制御（電流値制御）は、不要である。そのため、図１６に示すように、光源装置１１は、最小光量（１ｍＷ）を出力するための電流デジタル値が０に近づくように、デジタル電流値をオフセットする。

このように、ゲイン値およびオフセット値の最適値を組み合わせることで、光源装置１１は、図１７に示すような理想的なＩＬ特性を取得することができる。ここで、光量制御の分解能は、１０ｂｉｔの最大値１０２３ｄｉｇｉｔに対応する電流値を、最大光量を出力する電流値（Ｉｍａｘ＿ｎ）とし、０ｄｉｇｉｔに対応する電流値を、最小光量を出力する電流値（Ｉｍａｘ＿０）とした場合が最も高い。光量制御の分解能が高ければ、光量制御の精度も高くなるので、光源装置１１は、ホワイトバランスを適切に設定することができる。図１７に示すようなＩＬ特性の場合、０ｄｉｇｉｔ～１０２３ｄｉｇｉｔの範囲が光量制御範囲となるので、光量制御の分解能が向上することで制御精度が向上する。光源装置１１は、ゲイン値およびオフセット値の制御を、画像描画および虚像表示に必要な光量に対する電流デジタル値の探索の前に行うことで、光量制御の分解能を高めることができる。

本実施形態は、光源装置１１が、温度変化等の環境変動に合わせて光源素子１１１の出力光量のダイナミックレンジをカバーするように、オフセット値およびゲイン値を最適値に設定することで、光量制御に用いる光量制御範囲を最適化して光量制御に掛かる試行回数を低減させることを目的とする。

●光量制御範囲の設定
次に、図１８乃至２１を用いて、本実施形態における光量制御範囲の設定方法について説明する。ＨＵＤのような表示装置１０は、様々な環境照度に対して適切な輝度で画像表示するために光源素子１１１の出力光量を変更したり、温度変動等で光源のＩＬ特性が変化したりするため、適切なゲイン値およびオフセット値を決定し、光量制御範囲を設定しなければならない。ここで、ばらつきや経年劣化等を含めると、あらかじめ最適値をテーブルとして保持するよりもその都度適正値を探索する方が精度は高い。しかしながら、ゲイン値およびオフセット値の探索に時間がかかり処理が遅れた場合、光量制御の分解能が悪くなり、画像のコントラストや色が表現できなくなる。したがって、光源装置１１は、素早く探索を行って、適正な光量制御範囲を設定する必要がある。

図１８は、実施形態に係る光源装置において、光量制御方法の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、光源装置１１の検出部３１０は、光量制御（ＡＰＣ）のタイミングであることを検出した場合、処理をステップＳ１０２へ移行させる。具体的には、検出部３１０は、光偏向装置１３からの同期信号によって、図１０に示した光量制御領域２１０に対する走査期間であることを検出した場合、光量制御タイミングであることを検出する。また、検出部３１０は、光偏向装置１３による走査周期を予め記憶し、光量制御領域２１０の走査周期であることを検出した場合、光量制御タイミングであることを検出してもよい。一方で、光源装置１１は、検出部３１０によって光量制御タイミングであることが検出されるまでステップＳ１０１の処理を繰り返す。

ステップＳ１０２において、光源装置１１の電流決定部３５０は、検出部３１０によって光量制御のタイミングであることが検出された場合、光量制御範囲の探索処理を実行する。

ここで、電流決定部３５０における光量制御範囲の探索処理の詳細を説明する。図１９は、電流決定部における探索処理の一例を示すフローチャートである。上記式１に示すように、ゲイン値は、電流デジタル値に寄与し、オフセット値は、電流デジタル値とは独立していることがわかる。したがって、ゲイン値は、一つのＩＬ特性から適正値が求められ、オフセット値は、二つのＩＬ特性の差分から適正値が求められる。適正値の探索は、例えば、光量決定用の非画像領域２１０において、異なるゲイン値およびオフセット値のＩＬ特性を取得し、それぞれの最小光量および最大光量の電流デジタル値とその傾きを算出することによって行われる。

まず、ステップＳ２０１において、電流決定部３５０は、第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１を設定する、そして、ステップＳ２０２において、電流決定部３５０は、設定した第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１を用いて、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値Ｉ１で光源素子１１１を発光させる。具体的には、電流決定部３５０は、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値Ｉ１を決定する。駆動制御部３７０の変換部３７１は、電流デジタル値Ｉ１を、光源素子１１１を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。駆動制御部３７０のオフセット制御部３７２は、第１の探索用オフセット値α１に基づいて、光源素子１１１の電流値をオフセットする。駆動制御部３７０のゲイン制御部３７３は、探索用ゲイン値β１に基づいて、光源素子１１１の電流値を増幅させる。そして、駆動制御部３７０は、設定されたパラメータを用いて、光源素子１１１を発光させる。

ステップＳ２０３において、電流決定部３５０は、光検出器１１９による出力光量を検出する。具体的には、光検出器１１９は、ステップＳ２０２の処理において発光された光源素子１１１のレーザ光を検出する。光量算出部３３０は、光検出器１１９によって検出されたモニタ光の平均光量を算出する。光量算出部３３０は、例えば、光検出器１１９の出力信号を検出し、記憶部３００に記憶された光検出器１１９の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器１１９からの出力信号の出力値をモニタ光の光量に換算する。そして、電流決定部３５０は、光量算出部３３０によって算出された、光検出器１１９による出力光量を検出する。

ステップＳ２０４において、電流決定部３５０は、ステップＳ２０１の処理によって設定された第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１を用いて、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値Ｉ１とは異なる電流デジタル値Ｉ２で光源素子１１１を発光させる。具体的には、電流決定部３５０は、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値Ｉ２を決定する。駆動制御部３７０の変換部３７１は、電流デジタル値Ｉ２を、光源素子１１１を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。駆動制御部３７０のオフセット制御部３７２は、第１の探索用オフセット値α１に基づいて、光源素子１１１の電流値をオフセットする。駆動制御部３７０のゲイン制御部３７３は、探索用ゲイン値β１に基づいて、光源素子１１１の電流値を増幅させる。そして、駆動制御部３７０は、設定されたパラメータを用いて、光源素子１１１を発光させる。

ステップＳ２０５において、電流決定部３５０は、光検出器１１９による出力光量を検出する。具体的には、光検出器１１９は、ステップＳ２０４の処理において発光された光源素子１１１のレーザ光を検出する。光量算出部３３０は、光検出器１１９によって検出されたモニタ光の平均光量を算出する。光量算出部３３０は、例えば、光検出器１１９の出力信号を検出し、記憶部３００に記憶された光検出器１１９の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器１１９からの出力信号の出力値をモニタ光の光量に換算する。そして、電流決定部３５０は、光量算出部３３０によって算出された、光検出器１１９による出力光量を検出する。

ステップＳ２０６において、電流決定部３５０は、最小光量に対応する電流デジタル値（Ｉｍｉｎ＿１）、および最大光量に対応する電流デジタル値（Ｉｍａｘ＿１）を算出する。ここで、Ｉｍｉｎ＿１は、第１の最小光量デジタル値の一例であり、Ｉｍａｘ＿１は、最大光量デジタル値の一例である。具体的には、まず、電流決定部３５０は、ステップＳ２０４の処理において検出された電流デジタル値Ｉ１における光量と、ステップＳ２０５の処理において検出された電流デジタル値Ｉ２における光量との間における光量の増加量（以下、第１の増加量と称する。）を算出する。画像描画および虚像表示における最大光量が４０ｍＷである場合、電流決定部３５０は、光検出器１１９の出力値を光源光量に換算し、図２０に示すような回帰直線を求める。そして、電流決定部３５０は、最小光量の電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿1と、最大光量の電流デジタル値Ｉｍａｘ＿１を算出する。

さらに、ステップＳ２０７において、電流決定部３５０は、第２の探索用オフセット値α２と探索用ゲイン値β１を設定する。そして、ステップＳ２０８において、電流決定部３５０は、設定した第２の探索用オフセット値α２と探索用ゲイン値β１を用いて、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値Ｉ１で光源素子１１１を発光させる。具体的には、電流決定部３５０は、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値Ｉ１を決定する。駆動制御部３７０の変換部３７１は、電流デジタル値Ｉ１を、光源素子１１１を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。駆動制御部３７０のオフセット制御部３７２は、第２の探索用オフセット値α２に基づいて、光源素子１１１の電流値をオフセットする。駆動制御部３７０のゲイン制御部３７３は、探索用ゲイン値β１に基づいて、光源素子１１１の電流値を増幅させる。そして、駆動制御部３７０は、設定されたパラメータを用いて、光源素子１１１を発光させる。

ステップＳ２０９において、電流決定部３５０は、光検出器１１９による出力光量を検出する。具体的には、光検出器１１９は、ステップＳ２０８の処理において発光された光源素子１１１のレーザ光を検出する。そして、電流決定部３５０は、光検出器１１９からの出力された出力光量を検出する。光量算出部３３０は、光検出器１１９によって検出されたモニタ光の平均光量を算出する。光量算出部３３０は、例えば、光検出器１１９の出力信号を検出し、記憶部３００に記憶された光検出器１１９の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器１１９からの出力信号の出力値をモニタ光の光量に換算する。そして、電流決定部３５０は、光量算出部３３０によって算出された、光検出器１１９による出力光量を検出する。

ステップＳ２１０において、電流決定部３５０は、ステップＳ２０７の処理によって設定された第２の探索用オフセット値α２と探索用ゲイン値β１を用いて、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値Ｉ１とは異なる電流デジタル値Ｉ２で光源素子１１１を発光させる。具体的には、電流決定部３５０は、発振閾値以上の光量になるよう、電流デジタル値Ｉ２を決定する。駆動制御部３７０の変換部３７１は、電流デジタル値Ｉ２を、光源素子１１１を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。駆動制御部３７０のオフセット制御部３７２は、第２の探索用オフセット値α２に基づいて、光源素子１１１の電流値をオフセットする。駆動制御部３７０のゲイン制御部３７３は、探索用ゲイン値β１に基づいて、光源素子１１１の電流値を増幅させる。そして、駆動制御部３７０は、設定されたパラメータを用いて、光源素子１１１を発光させる。

ステップＳ２１１において、電流決定部３５０は、光検出器１１９による出力光量を検出する。具体的には、光検出器１１９は、ステップＳ２０４の処理において発光された光源素子１１１のレーザ光を検出する。光量算出部３３０は、光検出器１１９によって検出されたモニタ光の平均光量を算出する。光量算出部３３０は、例えば、光検出器１１９の出力信号を検出し、記憶部３００に記憶された光検出器１１９の出力と光源光量の関係に基づいて、光検出器１１９からの出力信号の出力値をモニタ光の光量に換算する。そして、電流決定部３５０は、光量算出部３３０によって算出された、光検出器１１９による出力光量を検出する。

ステップＳ２１２において、電流決定部３５０は、最小光量に対応する電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿２、および最大光量に対応する電流デジタル値Ｉｍａｘ＿２を算出する。ここで、Ｉｍｉｎ＿２は、第２の最小光量デジタル値の一例である。具体的には、電流決定部３５０は、ステップＳ２０４の場合と同様に、図２１に示すような回帰直線を求める。そして、電流決定部３５０は、最小光量の電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿２と、最大光量の電流デジタル値Ｉｍａｘ＿２を算出する。

ステップＳ２１３において、電流決定部３５０は、最小光量の電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿１,Ｉｍｉｎ＿２と、最大光量の電流デジタル値Ｉｍａｘ＿１,Ｉｍａｘ＿２から、最小光量に対応する電流デジタル値（Ｉｍａｘ＿０）が０ｄｉｇｉｔに近づき、最大光量に対応する電流デジタル値（Ｉｍａｘ＿ｎ）がｎ（０～ｎ、ただし、ｎは自然数。）に近づくよう、電流決定部３５０は、最適なオフセット値、ゲイン値を算出する。具体的には、電流決定部３５０は、算出した最小光量の電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿１,Ｉｍｉｎ＿２、および最大光量の電流デジタル値Ｉｍａｘ＿１、並びに第１の探索用オフセット値α１、第２の探索用オフセット値α２および探索用ゲイン値β１に基づいて、下記式２および式３によって、ゲイン値β２およびオフセット値α３を決定する。ｎは、例えば、１０２３ｄｉｇｉｔである。

このように、光源装置１１は、オフセット値α３およびゲイン値β２を決定することで、光量制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定することができる。設定される光量制御範囲は、例えば、図１７に示したＩＬ特性のような電流デジタル値の範囲となる。光源装置１１の電流決定部３５０は、設定した光量制御範囲において、光源素子１１１から出力するレーザ光の光量に対応する電流デジタル値の探索処理を行う。電流デジタル値の探索処理については、後述する。

図１８に戻り、光源装置１１における光量制御処理の説明を続ける。ステップＳ１０３において、電流決定部３５０は、決定したゲイン値β２およびオフセット値α３、並びに後述する探索処理によって決定された電流デジタル値を、駆動制御部３７０へ出力する。

ステップＳ１０３において、光源装置１１の駆動制御部３７０は、決定された駆動条件に基づく駆動信号を、光源素子１１１に出力する。具体的には、駆動制御部３７０の変換部３７１は、電流決定部３５０によって決定された電流デジタル値を、光源素子１１１を駆動させるためのアナログ電流値に変換する。また、駆動制御部３７０のオフセット制御部３７２は、電流決定部３５０によって決定されたオフセット値α３に基づいて、光源素子１１１の電流値をオフセットする。さらに、駆動制御部３７０のゲイン制御部３７３は、電流決定部３５０によって決定されたゲイン値β２に基づいて、光源素子１１１の電流値を増幅させる。このように、光源装置１１は、電流決定部３５０によって決定されたパラメータに基づく変換部３７１、オフセット制御部３７２およびゲイン制御部３７３のそれぞれの処理によって、光源素子１１１を駆動させるための駆動信号を生成する。

駆動制御部３７０は、変換部３７１、オフセット制御部３７２およびゲイン制御部３７３によって設定された駆動条件（パラメータ）に基づいて、駆動信号を光源素子１１１に出力する。そして、光源素子１１１は、駆動制御部３７０から出力された駆動信号に基づいて、レーザ光を出力する。

ここで、図１９に示したような探索処理は、使用者にとって不要な発光であるため、図１０で示したような光量制御領域２１０を用いて行われることが好ましい。また、高画角や輝度等の観点から、光量制御領域２１０は狭いほど、すなわち光偏向装置１３の垂直方向に対する水平方向の走査線本数は少ないほどよい。水平方向の１走査の時間は数十μｓであるため、光検出器１１９で光量を検出する時間等を考慮すると、垂直方向の１往復(１フレーム)において光量制御領域２１０で点灯できる回数は限られている。そのため、光源装置１１は、探索処理に要する発光回数が多くなった場合、複数フレームに亘って光量を取得する必要があるため、探索処理に時間を要してしまう。そこで、図１９に示したようなオフセット値α３およびゲイン値β２の探索処理の場合、必要な光源素子１１１の点灯回数は、最小で４点であるので、少ない試行回数、すなわち短時間で探索処理を終えることができる。

このように、光源装置１１は、光検出器１１９からの出力に基づいて、光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定し、設定した光量制御範囲において、光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量を制御する。そのため、光源装置１１は、温度変化等の環境変動に合わせて光源素子１１１の出力光量のダイナミックレンジをカバーするように、光検出器１１９からの出力に基づいて光量制御範囲を設定するので、光量制御に用いる範囲を最適化することができる。

また、光源装置１１は、光検出器１１９からの出力に基づいて、オフセット値α３およびゲイン値β２が適正な値となるように決定することで、光量制御範囲を最適化するとともに、光量制御に掛かる試行回数を低減させることができる。

さらに、例えば、ＨＵＤのような表示装置は、様々な環境照度に対して適切な表示輝度で画像描画および虚像表示を行う必要があるため、レーザ光の電流値を増減させたり、光源素子の点灯パルスのデューティ比を変更したりして、光源装置から出力されるレーザ光の平均光量を最適化する。そのため、環境照度に合わせて光源素子１１１の出力光量のダイナミックレンジをカバーするようにオフセット値、ゲイン値を設定しても、温度変動でＩＬ特性が変化したり、環境照度が変化に基づいて異なる点灯パルスのデューティ比に変更することによりＩＬ特性が変化したりして、使用するダイナミックレンジが変化した場合、オフセット値、ゲイン値は適切ではなくなってしまう。そこで、光源装置１１は、光源素子１１１から出力されるレーザ光のダイナミックレンジが随時変化するような場合においても、光検出器１１９からの出力に基づいて光量制御範囲を設定するので、様々な変動に対応することができる。

また、光源装置１１は、光源素子１１１から出力されるダイナミックレンジを高い分解能で制御することできるようにオフセット値α３およびゲイン値β２を決定することで、最適な光量制御範囲を設定して、量子化誤差を小さくするように光量制御を行うことができる。

さらに、光源装置１１は、駆動制御部３７０による設定の切り替えを簡易な処理で行うことができるので、複数の光量を同じフレームで調整できる場合、１フレーム内で探索処理を完了させることができる。また、光源装置１１は、光源装置１１による光量の測定を一つの光量の電流値特性に対して２点以上で行うことで、オフセット値α３およびゲイン値β２の推定精度を向上させることができる。

●最小光量および最大光量の電流デジタル値の探索
続いて、図２２および図２３を用いて、最小光量のデジタル値の探索処理について説明する。光源素子１１１の出力光量と電流デジタル値の特性は、図２２（ａ）に示すように線形性が悪い場合がある。このような線形性の電流値特性を用いて、図１９のステップＳ２０６およびステップＳ２１２で示したような回帰直線を求めた場合、図２２（ｂ）に示すような結果となる。図２２（ｂ）に示すように、電流デジタル値１００ｄｉｇｉｔ,２００ｄｉｇｉｔの２点から求めた回帰直線と、電流デジタル値７００ｄｉｇｉｔ,８００ｄｉｇｉｔの２点から求めた回帰直線は異なる。そのため、回帰直線を求めるために用いる値によって、最小光量の電流デジタル値と最大光量の電流デジタル値の算出結果が異なってしまう。

そこで、最小光量の電流デジタル値を算出する場合、光源装置１１は、低光量側で求めた回帰直線を用い、最大光量の電流デジタル値を算出する場合、光源装置１１は、高光量側で求めた回帰直線を用いればよい。最小光量のデジタル値を算出する場合、最小光量付近の光量を使用するのが好ましく、回帰直線を求めるために用いる光量は、最大電流デジタル値（Ｉｍａｘ＿ｎ）の値ｎの半分以下の値であることが好ましい。すなわち、回帰直線を求めるために用いる電流デジタル値は、０以上かつｎ／２以下の値であることが好ましい。一方で、最大光量のデジタル値を算出する場合、最大光量付近の光量を使用するのが好ましく、回帰直線を求めるために用いる光量は、最大電流デジタル値（Ｉｍａｘ＿ｎ）の値ｎの半分以上であることが好ましい。すなわち、回帰直線を求めるために用いる電流デジタル値は、ｎ／２以上かつｎ以下の値であることが好ましい。

最小光量の探索には、図２３に示すようなオフセット値の異なるＩＬ特性を取得する必要がある。まず、駆動制御部３７０は、第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１を用いて、発振閾値以上の光量になるように電流デジタル値Ｉ３およびＩ４の２点で、光源素子１１１を発光させる。電流決定部３５０は、光検出器１１９によって検出された、第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１によって出力されたレーザ光に基づいて、回帰直線を求め、最小光量の電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿３を算出する。同様に、駆動制御部３７０は、第２の探索用オフセット値α２と探索用ゲイン値β１を用いて、発振閾値以上の光量になるように、電流デジタル値Ｉ３とＩ４の２点で、光源素子１１１を発光させる。電流決定部３５０は、光検出器１１９によって検出された、第２の探索用オフセット値α２と探索用ゲイン値β１によって出力されたレーザ光に基づいて、回帰直線を求め、最小光量の電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿４を算出する。そして、電流決定部３５０は、上記式３を用いて、第１の探索用オフセット値α１と第２の探索用オフセット値α２の差と、算出した二つの最小光量の電流デジタル値との差（Ｉｍｉｎ＿３－Ｉｍｉｎ＿４）から、最小光量における電流デジタル値が０ｄｉｇｉｔに近づくように、オフセット値α３を算出する。

このとき、電流決定部３５０は、電流デジタル値Ｉ３とＩ４の差分を、図１９乃至図２１で示したような電流デジタル値Ｉ１とＩ２の差分よりも小さくすることで、最小光量の電流デジタル値の算出精度を向上させることができる。

続いて、最大光量の電流デジタル値の探索処理について説明する。最大光量の探索において、駆動制御部３７０は、第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１を用いて、発振閾値以上の光量になるように電流デジタル値Ｉ５およびＩ６の２点で、光源素子１１１を発光させる。そして、電流決定部３５０は、光検出器１１９によって検出された、第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１によって出力されたレーザ光に基づいて、図２４に示すような回帰直線を求め、最大光量の電流デジタル値Ｉｍａｘ＿ｎを算出する。そして、電流決定部３５０は、上記式２を用いて、最大光量の電流デジタル値Ｉｍａｘ＿ｎが１０２３ｄｉｇｉｔに近づくように、ゲイン値β２を算出する。

このとき、電流決定部３５０は、電流デジタル値Ｉ５とＩ６の差分を、図１９乃至図２１で示したような電流デジタル値Ｉ１とＩ２の差分よりも小さくすることで、最大光量の電流デジタル値の算出精度を向上させることができる。

これによって、光源装置１１は、光量制御に用いる最小光量および最大光量の電流デジタル値を決定するために、それぞれに適する探索用オフセット値および探索用ゲイン値を用いることで、光量制御範囲の算出精度を向上させることができる。

また、光源素子１１１の出力光量の電流値特性は、環境変化に応じて変化し、高温になるほど同じ光量を出力するための電流値が高くなる。したがって、最大光量の電流デジタル値Ｉｍａｘ＿ｎがｎとなるように調整されていても、電流デジタル値の探索を行う場合の温度が上昇している場合、最大光量の探索結果として電流デジタル値がｎより大きくなる。この増加を見越して、最大光量の電流デジタル値Ｉｍａｘ＿ｎは、設定可能な最大デジタル値Ｎ（Ｎ＝０～Ｎ、ただし、Ｎは自然数）に対して余裕を持たせて設定した方が好ましい。設定可能な最大デジタル値Ｎは、例えば、駆動制御部３７０の変換部３７１によってアナログ電流値に変換することができるデジタル値の最大値である。電流決定部３５０は、設定可能な最大デジタル値Ｎ＝１０２３ｄｉｇｉｔに対して、最大光量の電流デジタル値（Ｉｍａｘ＿ｎ）の値ｎがｎ＝９００ｄｉｇｉｔとなるように、ゲイン値β２を設定する。このように、光源装置１１は、温度変化等の環境変動に対応することができるように光量制御範囲を設定することで、光量制御の精度を向上させることができる。

なお、設定可能な最大デジタル値Ｎに対する余裕を大きくした場合、有効な電流デジタル値が少なくなり量子化誤差が大きくなってしまうため、最大光量の電流デジタル値（Ｉｍａｘ＿ｎ）の値ｎは、設定可能な最大デジタル値Ｎの半分の値より上回っていることが好ましい。すなわち、ｎは、２/Ｎ＜ｎ＜Ｎの関係を満たす値であることが好ましい。

●電流デジタル値の決定
続いて、図２５および図２６を用いて、画像信号の走査に使用する電流デジタル値を決定する処理について説明する。光源装置１１は、上述のオフセット値およびゲイン値の探索処理が完了した場合、画像描画および虚像表示に使用する電流デジタル値の探索を行う。例えば、画像信号が一般的なディスプレイ同様に、２５６の階調値で構成されている場合、光源装置１１は、各階調に対応する光量を取得することが好ましい、また、電流デジタル値の探索処理において、光量を取得する回数は、多ければ多いほどよい。しかしながら、光量制御領域２１０において光量を取得できる回数は限られており、一色の光源素子１１１に対する光量の取得回数は限定される。したがって、光源装置１１は、オフセット値およびゲイン値と同様に、各階調の電流デジタル値を回帰直線から算出する。

まず、電流デジタル値の探索処理において、光源装置１１は、ＩＬ特性をｐ点分の電流デジタル値から取得する場合、最大光量の電流デジタル値の値ｎをｐ等分した値（ｎ／ｐ）ごとに電流デジタル値を増加させてＩＬ特性を取得する。この場合、隣接点の間における光量の増加量（ｎ／ｐ）を第二の増加量とする。これに対して、図１９に示したようなゲイン値およびオフセット値を決定するための第一の増加量は、最小光量および最大光量付近の電流デジタル値に対する光量の変動をより正確に取得するため、第二の増加量よりも小さくして、より狭い領域の光量を取得することが好ましい。

また、電流デジタル値を算出するための回帰直線は、少ない取得点数から求めた方がＩＬ特性の線形性の影響を受けにくい。しかしながら、ＩＬ特性に線形性があっても、駆動制御部３７０および光検出器１１９の量子化誤差やノイズ等の影響によって、図２５に示すような再現性のない異常点（例えば、図２５に示す電流デジタル値が４００付近の点）を取得する場合がある。回帰直線を求めるための光量は、算出する電流デジタル値に近い値を用いる方が好ましいが、図１９に示したような探索処理のように２点間で回帰直線を求める場合、異常点の影響を大きく受けてしまう。

図２５において、理想的なＩＬ特性は、実線で示される。図２５の実線において、７ｍＷの光量を出力する電流デジタル値は、２８０ｄｉｇｉｔである。電流デジタル値を２００ｄｉｇｉｔ間隔で取得し、７ｍＷの光量を、電流デジタル値２００ｄｉｇｉｔと４００ｄｉｇｉｔの２点間の回帰直線から求める場合、異常点の影響を受けるため電流デジタル値は、４００ｄｉｇｉｔと算出されてしまう。しかしながら、この異常点は、再現性がないため、光源素子１１１からは１０ｍＷの光量が出力されてしまうので、誤差が大きくなる。

このような異常点の影響を小さくするため、光源装置１１は、少なくとも３点以上の取得点数を用いて回帰直線を求める方が好ましい。図２６は、異常点が存在する場合において、３点を用いて求めた回帰直線を点線で示し、実際に光源素子１１１から出力される光量のＩＬ特性を実線で示したものである。図２６において、７ｍＷの光量に対応する電流デジタル値を、電流デジタル値２００ｄｉｇｉｔ、４００ｄｉｇｉｔおよび６００ｄｉｇｉｔの３点から求めた場合、算出された電流デジタル値は、３２８ｄｉｇｉｔとなる。一方で、実際に電流デジタル値３２８ｄｉｇｉｔにおいて、光源素子１１１から出力される光量は、８．２ｍＷとなる。つまり、３点の取得点数を用いて求めた回帰直線は、２点の取得点数で求めた回帰直線よりも、誤差が小さくなることがわかる。

このように、光源装置１１は、３点以上の光量の取得点数を用いて算出された回帰直線を用いて、画像描画および虚像表示に使用する電流デジタル値を決定することで、取得光量の異常値の影響を低減させ、実際に光源素子１１１から出力されるレーザ光のＩＬ特性との誤差が少ない電流デジタル値を算出することができる。

●起動時の発振閾値の算出
続いて、光源装置１１の起動時における発振閾値の算出処理について説明する。ゲイン値およびオフセット値の探索処理を行う場合、光源装置１１は、発振閾値の電流デジタル値を記憶しておく必要がある。しかしながら、光源装置１１の電源起動時は、発振閾値の値（電流デジタル値）がわからないため、光源装置１１は、まず、発振閾値の電流デジタル値の探索処理を行う。

光源装置１１は、図２７に示すＩ７,Ｉ８,Ｉ９のような隣接する電流デジタル値における光量の増加量を第一の増加量より大きくなるように、電流デジタル値Ｉ７,Ｉ８,Ｉ９で光源素子１１１を発光させる。光源装置１１は、光検出器１１９から少なくとも２点以上の出力を取得するまで、駆動制御部３７０によって電流デジタル値を変化させる。そして、光源装置１１は、発振閾値以上の電流デジタル値Ｉ８とＩ９の２点を用いて、図１４（ａ）,（ｂ）に示したような電流デジタル値と光検出器１１９の出力の関係性によって、発振閾値光量に対応する電流デジタル値（Ｉｍｉｎ＿０）を算出する。

●光量制御方法
続いて、光源装置１１を備える表示装置１０を用いた光量制御方法について説明する。光源装置１１は、図９に示したように、三色の光源素子１１１を有する。光量制御領域２１０で光源素子１１１を点灯させる回数Ｍが決まっている場合、表示装置１０は、電流デジタル値の探索を素早く行うため、光偏向装置１３の垂直方向の一往復（１フレーム）中で三色のＩＬ特性を取得することが好ましい。したがって、一色の光源素子１１１が出力したレーザ光に対する光量の取得回数ｐは、１フレーム内での光源素子１１１の全点灯回数Ｍを三色で配分したＭ／３以下であり、Ｍ／３に最も近い整数である。

例えば、Ｍ＝２８、ｐ＝９と設定したとする。この場合、光源装置１１は、三色の光源素子１１１のそれぞれのＩＬ特性を、それぞれ９点分の電流デジタル値（ｎ＝９００ｄｉｇｉｔとした場合、１００ｄｉｇｉｔおきの電流デジタル値)を用いて、１フレーム内で取得することができる。

また、迷光の観点から、光量制御領域２１０における発光位置は、画像形成領域２２０から距離を取っていた方が好ましい。そのため、図２８に示すように、光量制御領域２１０は、左端２１０ａと右端２１０ｂに分かれていることが好ましい。この場合、ＩＬ特性を左端２１０ａと右端２１０ｂで一回ずつ取得することから、１フレーム内での光源素子１１１の全点灯回数Ｍは、２の倍数となる。

なお、設定パラメータの探索期間を光偏向装置１３の垂直方向の一往復（１フレーム）とした場合において、ＩＬ特性の取得点数を増加させる場合、画像形成領域２２０が狭くなるため、バランスを考慮する必要がある。異常点の影響を小さくするため、３点ごとまたは４点ごとでグループにして回帰直線を求める場合、光源装置１１は、線形性の悪いＩＬ特性であっても、９点分の電流デジタル値を用いてＩＬ特性を取得すれば、色再現性の観点からも十分な光量制御の精度が得られる。

また、光源装置１１は、例えば、画像形成領域２２０と光量制御領域２１０において、オフセット値とゲイン値を切り替えることができる。これにより、光源装置１１は、オフセット値およびゲイン値の探索処理による駆動制御部３７０の設定値の変更が、画像形成領域２２０に影響しないようにすることができる。さらに、光源装置１１は、光量制御領域２１０内においてもオフセット値およびゲイン値が変更できる場合、オフセット値およびゲイン値のそれぞれの探索を、光偏向装置１３の垂直方向の一往復（１フレーム）内に完了させることができる。

さらに、表示装置１０の表示輝度を変化させる方法として、光源素子１１１を点灯させるパルス幅を変更してデューティ比を可変にする方法がある。図２９に示すように、パルス幅が異なる場合、ＩＬ特性も変わることから、光源装置１１は、オフセット値とゲイン値を、パルス幅ごとに設定した方がより高精度に光量制御を行うことができる。

また、画像形成領域２２０と光量制御領域２１０において、光源素子１１１を点灯させるパルスのデューティ比を切り替えることによって、画像描画および虚像表示に用いるパルスとは別に、光量制御領域２１０においてゲイン値、オフセット値および電流デジタル値の探索処理を行うことができる。例えば、表示装置１０がＨＵＤである場合、表示輝度は、高い頻度で切り替えられる。そのため、表示装置１０は、異なるパルスにおける設定パラメータの探索を、光量制御領域２１０を用いて事前に行っておけば、パルスの変更命令があっ場合においても、素早く適切な設定を反映させることができる。

●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る光源装置は、レーザ光を出力する光源素子１１１（光源の一例）と、光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量を制御する制御回路３００（制御部の一例）と、を備える。そして、制御回路３００は、光源素子１１１から出力されたレーザ光を検出する光検出器１１９からの出力に基づいて、光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲に設定し、設定した光量制御範囲において光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量を制御する。そのため、光源装置１１は、光検出器１１９の出力に基づいて光量制御範囲を設定することで、光量制御範囲を最適化することができる。

また、本発明の一実施形態に係る光源装置において、制御回路３００は、レーザ光の最小光量に対応する電流デジタル値が０に近づき、かつレーザ光の最大光量に対応する電流デジタル値Ｉｍａｘ＿ｎがｎ（０～ｎ、ただし、ｎは自然数）に近づくように、光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定する。そして、光源装置１１において、レーザ光の最大光量は、画像形成領域２２０（画像領域の一例）で必要とされるホワイトバランスを維持するための最大の輝度となる光量であり、レーザ光の最小光量は、画像形成領域２２０で色を生成するために必要とされる最小の光量である。そのため、光源装置１１は、画像描画および虚像表示に用いるレーザ光の光量の範囲に合わせて光量制御範囲を設定することで、光量制御の分解能を高めることができる。

さらに、本発明の一実施形態に係る光源装置において、制御回路３００（制御部の一例）は、光量制御範囲において光源素子１１１（光源の一例）から出力されるレーザ光の出力電流値を決定し、光源素子１１１は、決定された出力電流値でレーザ光を出力する。そのため、光源装置１１は、光検出器１１９の出力に基づいて最適設定された光量制御範囲において、光源素子１１１から出力されるレーザ光の出力電流値を決定するため、光量制御に要する試行回数を低減させることができる。

また、本発明の一実施形態に係る光源装置は、光源素子１１１（光源の一例）から出力されるレーザ光の光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定するためのオフセット値α３およびゲイン値β２、並びに光源素子１１１から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する電流決定部３５０（電流決定手段の一例）と、設定された光量制御範囲において、光源素子１１１の駆動を制御する駆動制御部３７０（駆動制御手段の一例）とを有する。駆動制御部３７０は、レーザ光の発振閾値以上の光量を出力する電流デジタル値Ｉ１（第１の電流デジタル値の一例）、および電流デジタル値Ｉ１に対応する光量から第１の増加量で増加させた光量を出力する電流デジタル値Ｉ２（第２の電流デジタル値の一例）を用いて、光源素子１１１からレーザ光を出力させる。そして、電流決定部３５０は、第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１を用いてレーザ光を出力した場合と、第２の探索用オフセット値α２と探索用ゲイン値β１を用いてレーザ光を出力した場合とにおいて、それぞれにおける電流デジタル値と光検出器１１９の出力の関係を算出し、算出した結果に基づいて光量制御範囲を設定するためのオフセット値α３およびゲイン値β２を決定する。そのため、光源装置１１は、光源素子１１１から出力されるダイナミックレンジを高い分解能で制御することできるオフセット値α３およびゲイン値β２を決定し、高精度に所望の光量に対応する電流デジタル値を決定することで、最適な光量制御範囲を設定して、量子化誤差を小さくするように光量制御を行うことができる。

さらに、本発明の一実施形態に係る光源装置において、電流決定部３５０（電流決定手段の一例）は、第１の探索用オフセット値α１と探索用ゲイン値β１を用いて出力されたレーザ光を検出した光検出器１１９の出力に基づいて、レーザ光の最小光量に対応する電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿１（第１の最小電流デジタル値の一例）、およびレーザ光の最大光量に対応する電流デジタル値Ｉｍａｘ＿１（最大電流デジタル値の一例）を算出し、第２の探索用オフセット値α２と探索用ゲイン値β１を用いて出力されたレーザ光を検出した光検出器１１９の出力に基づいて、レーザ光の最小光量に対応する電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿２（第２の最小電流デジタル値の一例）を算出する。そして、電流決定部３５０は、算出した電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿１,Ｉｍａｘ＿１およびＩｍｉｎ＿２、並びに第１の探索用オフセット値α１、第２の探索用オフセット値α２および探索用ゲイン値β１に基づいて、光量の制御に用いるアナログ電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定するためのオフセット値α３およびゲイン値β２を決定する。そのため、光源装置１１は、光源素子１１１から出力されるダイナミックレンジを高い分解能で制御することできるオフセット値およびゲイン値を決定し、高精度に所望の光量に対応する電流デジタル値を決定することで、最適な光量制御範囲を設定して、量子化誤差を小さくするように光量制御を行うことができる。

また、本発明の一実施形態に係る光源装置において、光源素子１１１の発振閾値以上の光量を出力する電流デジタル値Ｉ１（第１の電流デジタル値の一例）、および電流デジタル値Ｉ１に対応する光量から第１の増加量で増加させた光量を出力する電流デジタル値Ｉ２（第２の電流デジタル値の一例）は、０以上かつｎ／２以下の値である。そして、電流決定部３５０（電流決定手段の一例）は、第１の探索用オフセット値α１と第２の探索用オフセット値α２の差と、電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿１（第１の最小電流デジタル値の一例）と電流デジタル値Ｉｍｉｎ＿２（第２の最小電流デジタル値の一例）の差から、電流デジタル値が０に近づくように、オフセット値α３を決定する。そのため、光源装置１１は、光量制御に用いる最小光量の電流デジタル値を決定するために、適する探索用オフセット値を用いることで、オフセット値α３の算出精度を向上させることができる。

さらに、本発明の一実施形態に係る光源装置において、電流デジタル値Ｉ１（第１の電流デジタル値の一例）および電流デジタル値Ｉ２（第２の電流デジタル値の一例）は、ｎ／２以上かつｎ以下の値である。そして、電流決定部３５０（電流決定手段の一例）は、電流デジタル値Ｉｍａｘ＿１（最大電流デジタル値の一例）がｎに近づくように、ゲイン値β２を決定する。そのため、光源装置１１は、光量制御に用いる最大光量の電流デジタル値を決定するために、適する探索用ゲイン値を用いることで、ゲイン値β１の算出精度を向上させることができる。

また、本発明の一実施形態に係る光源装置において、駆動制御部３７０（駆動制御手段の一例）は、電流決定部３５０（電流決定手段の一例）によって決定された電流デジタル値を、アナログ電流値である光源素子１１１から出力される出力電流値に変換する変換部３７１と、電流決定部３５０によって決定されたオフセット値α３に基づいて、変換されたアナログ電流値をオフセットするオフセット制御部３７２と、電流決定部３５０によって決定されたゲイン値β２に基づいて、変換されたアナログ電流値を増幅させるゲイン制御部３７３と、を有する。そして、光源装置１１において、レーザ光の最大光量に対応する電流デジタル値Ｉｍａｘ＿ｎは、変換部３７１がアナログ電流値に変換できる最大のデジタル値をＮ（Ｎ＝０～Ｎ、ただし、Ｎは自然数）としたとき、２/Ｎ＜Ｉｍａｘ＿ｎ＜Ｎの関係を満たす値である。そのため、光源装置１１は、温度変化等の環境変動に対応することができるように光量制御範囲を設定することで、光量制御の精度を向上させることができる。

さらに、本発明の一実施形態に係る表示装置は、光源装置１１と、光源装置１１から出力されたレーザ光を二次元走査する光偏向装置１３（走査部の一例）と、二次元走査によって画像光が照射されるスクリーン１５（光学素子の一例）と、を備え、スクリーン１５に照射された画像光をフロントガラス５０（反射部材の一例）で反射させることによって、所定の画像を表示させる。そして、表示装置１０において、スクリーン１５は、画像光が照射される画像形成領域２２０（画像領域の一例）と、光量の制御に用いるモニタ光が照射させる光量制御領域２１０（非画像領域の一例）と、を有する。そして、光源装置１１の制御回路３００（制御部の一例）は、光量制御領域２１０において照射されたモニタ光を用いて、光量制御範囲の設定または光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量の制御を行う。そのため、表示装置１０は、光源装置１１による光量制御を、画像形成領域２２０とは異なる光量制御領域２１０に照射されるモニタ光を用いて行うことで、画像形成領域２２０に形成される画像の色ムラの発生を抑制することができる。

また、本発明の一実施形態に係る表示システムは、表示装置１０と、スクリーン１５（光学素子の一例）に照射された画像光によって、所定の画像を結像させる自由曲面ミラー３０（結像光学系の一例）とを備える。そして、表示システム１において、表示装置１０は、移動体のフロントガラス５０（反射部材の一例）に所定の画像を表示するヘッドアップディスプレイである。そのため、表示システム１は、光源装置１１による光量制御に用いる光量制御範囲を最適化することで、環境変動等の影響に対応させた所定の画像を表示させることができる。

さらに、本発明の一実施形態に係る光量制御方法は、レーザ光を出力する光源素子１１１（光源の一例）と、光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量を制御する制御回路３００（制御部の一例）と、を備える光源装置１１が実行する光量制御方法である。そして、本発明の一実施形態に係る光量制御方法において、光源装置１１は、光検出器１１９からの出力に基づいて、光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲に設定するステップと、設定された光量制御範囲において、光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量を制御するステップと、を実行する。そのため、光源装置１１は、光検出器１１９の出力に基づいて光量制御範囲を設定することで、光量制御範囲を最適化することができる。

また、本発明の一実施形態に係る光源装置は、レーザ光を出力する光源素子１１１（光源の一例）と、光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量を制御する制御回路３００（制御部の一例）と、を備える。そして、制御回路３００は、光源素子１１１から出力されたレーザ光の光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲において光源素子１１１から出力されるレーザ光の光量を制御し、光量制御範囲は、前記レーザ光の発振閾値以上の電流値の範囲である。そのため、光源装置１１は、レーザ光の発振閾値以上の電流値の範囲において光量制御を行うことで、光量制御範囲を最適化するとともに、光量制御に掛かる試行回数を低減させることができる。

●補足●
なお、本発明の一実施形態に係る光源装置、表示装置、表示システムおよび移動体について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。

また、本発明の一実施形態に係る光源装置を搭載した表示装置１０は、ＨＵＤ装置に限られず、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、プロジェクタ装置であってもよい。例えば、本発明の一実施形態に係る光源装置１１をプロジェクタ装置に適用する場合、プロジェクタ装置を表示装置１０と同様に構成することができる。すなわち、表示装置１０は、自由曲面ミラー３０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すればよい。なお、表示装置１０は、自由曲面ミラー３０を介さずに、スクリーン１５を介した画像光を映写幕や壁面等に投影してもよい。

１ 表示システム
１０ 表示装置
１１ 光源装置
１３ 光偏向装置（走査部の一例）
１５ スクリーン（光学素子の一例）
３０ 自由曲面ミラー（結像光学系の一例）
５０ フロントガラス（反射部材の一例）
１１１ 光源素子（光源の一例）
１１９ 光検出器
３００ 制御回路（制御部の一例）
３５０ 電流決定部（電流決定手段の一例）
３７０ 駆動制御部（駆動制御手段の一例）
３７１ 変換部
３７２ オフセット制御部
３７３ ゲイン制御部

特開２０１７－１７３７１６号公報

Claims (18)

1. 光源装置と、
   前記光源装置から出力されたレーザ光を二次元走査する走査部と、
   前記二次元走査によって画像光が照射される光学素子と、を備え、
   前記光学素子に照射された前記画像光を反射部材で反射させることによって、所定の画像を表示させる表示装置であって、
   前記光源装置は、
   レーザ光を出力する光源と、
   前記光源から出力されるレーザ光の光量を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記光源から出力されたレーザ光を検出する光検出器からの出力に基づいて、前記光量の制御に用いる電流値の範囲を示す光量制御範囲を設定し、前記光量制御範囲において前記光量を制御し、更に、
   前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値、並びに前記光源から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する電流決定手段と、
   前記設定された光量制御範囲において、前記決定された電流デジタル値に対応する出力電流値を用いて、前記光源の駆動を制御する駆動制御手段と、
   を有し、
   前記光学素子は、
   前記画像光が照射される画像領域と、前記光量の制御に用いるモニタ光が照射させる非画像領域と、を有し、
   前記制御部は、
   前記非画像領域に照射されたモニタ光を用いて、前記光量制御範囲の設定または前記光量の制御を行い、
   前記駆動制御手段は、
   前記画像領域と前記非画像領域において、前記オフセット値および前記ゲイン値を切り替える表示装置。
   
2. 前記制御部は、前記レーザ光の最小光量に対応する電流デジタル値が０に近づき、かつ前記レーザ光の最大光量に対応する電流デジタル値がｎ（０～ｎ、ただし、ｎは自然数）に近づくように、前記光量制御範囲を設定する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記制御部は、前記光量制御範囲において前記レーザ光の出力電流値を決定し、
   前記光源は、前記決定された出力電流値で前記レーザ光を出力する、請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記駆動制御手段は、
   前記レーザ光の発振閾値以上の光量を出力する第１の電流デジタル値、および前記第１の電流デジタル値に対応する光量から第１の増加量で増加させた光量を出力する第２の電流デジタル値を用いて、前記光源から前記レーザ光を出力させ、
   前記電流決定手段は、
   第１の探索用オフセット値と探索用ゲイン値を用いて前記レーザ光を出力した場合と、第２の探索用オフセット値と前記探索用ゲイン値を用いて前記レーザ光を出力した場合とにおいて、それぞれにおける電流デジタル値と前記光検出器の出力の関係を算出し、算出した結果に基づいて前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値を決定する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
5. 前記電流決定手段は、
   前記第１の探索用オフセット値と前記探索用ゲイン値を用いて出力された前記レーザ光を検出した前記光検出器の出力に基づいて、前記レーザ光の最小光量に対応する第１の最小電流デジタル値、および前記レーザ光の最大光量に対応する最大電流デジタル値を算出し、
   前記第２の探索用オフセット値と前記探索用ゲイン値を用いて出力された前記レーザ光を検出した前記光検出器の出力に基づいて、前記レーザ光の最小光量に対応する第２の最小電流デジタル値を算出し、
   前記算出した前記第１の最小電流デジタル値、前記最大電流デジタル値および前記第２の最小電流デジタル値、並びに前記第１の探索用オフセット値、前記第２の探索用オフセット値および前記探索用ゲイン値に基づいて、前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値を決定する、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記第１の電流デジタル値および前記第２の電流デジタル値は、０以上かつｎ／２以下の値であり、
   前記電流決定手段は、
   前記第１の探索用オフセット値と前記第２の探索用オフセット値の差と、前記第１の最小電流デジタル値と前記第２の最小電流デジタル値の差から、電流デジタル値が０に近づくように、前記オフセット値を決定する、請求項５に記載の表示装置。
7. 前記第１の電流デジタル値および前記第２の電流デジタル値は、ｎ／２以上かつｎ以下の値であり、
   前記電流決定手段は、
   前記最大電流デジタル値がｎに近づくように、前記ゲイン値を決定する請求項５に記載の表示装置。
   
   
8. 前記駆動制御手段は、
   異なるｐ点の電流デジタル値で前記レーザ光を出力させるとともに、前記第１の増加量よりも大きく、ｎ／ｐとなる第２の増加量で増加させた光量に対応する前記レーザ光を出力させ、
   前記電流決定手段は、
   少なくとも３点以上の電流デジタル値と前記光検出器の出力の関係に基づいて、前記光源から所定の光量のレーザ光を出力するための電流デジタル値を決定する、請求項４乃至７のいずれか一項に記載の表示装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の表示装置であって、
   前記駆動制御手段は、更に、
   前記電流決定手段によって決定された電流デジタル値をアナログ電流値である前記出力電流値に変換する変換部と、
   前記電流決定手段によって決定されたオフセット値に基づいて、前記変換されたアナログ電流値をオフセットするオフセット制御部と、
   前記電流決定手段によって決定されたゲイン値に基づいて、前記変換されたアナログ電流値を増幅させるゲイン制御部と、を有する表示装置。
10. ｎは、前記変換部がアナログ電流値に変換できる最大のデジタル値をＮ（Ｎ＝０～Ｎ、ただし、Ｎは自然数）としたとき、２/Ｎ＜ｎ＜Ｎの関係を満たす値である請求項９に記載の表示装置。
11. 前記制御部は、
    前記非画像領域に照射されたモニタ光を用いて、異なる複数の光量で前記光源からレーザ光を出力させ、前記レーザ光を検出した前記光検出器の出力に基づいて、前記光量制御範囲を設定するためのオフセット値およびゲイン値、並びに前記光源から所定の光量のレーザ光を出力させるための電流デジタル値を決定する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の表示装置。
12. 前記レーザ光の最大光量は、前記画像領域で必要とされるホワイトバランスを維持するための最大の輝度となる光量である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置。
13. 前記レーザ光の最小光量は、前記画像領域で色を生成するために必要とされる最小の光量である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の表示装置。
14. 前記二次元走査の１フレームにおいて前記非画像領域に対して前記レーザ光を照射させることのできる回数をＭとした場合、特定の前記光源から出力されるレーザ光を照射させることのできる回数は、Ｍ／３よりも小さく、かつＭ／３に最も近い整数である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の表示装置。
15. 前記駆動制御手段は、
    前記画像領域と前記非画像領域において、前記光源の点灯パルスのデューティ比を切り替える、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の表示装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の表示装置と、
    前記光学素子に照射された前記画像光によって、前記画像を結像させる結像光学系と、
    を備える表示システム。
17. 前記表示装置は、移動体の前記反射部材に前記画像を表示するヘッドアップディスプレイである、請求項１６に記載の表示システム。
18. 請求項１６または１７に記載の表示システムと、
    前記反射部材としてのフロントガラスと、
    を備える移動体。

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