KR102268967B1 - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

표시 장치(1)에서는, 광원(13)의 파장 온도 의존성을 이용하여, 광원(13)의 온도를 제어하는 것에 의해서 광학적 필터(21)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 제어하고 있다. 이것에 의해, 컴바이너(5) 자체로 휘도 조정을 할 수 없는 주사형 투영 타입의 표시 장치(1)라도, 환경광의 명암에 따라 컴바이너(5)를 향하는 광량을 조정할 수 있어, 컴바이너(5)에 표시되는 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다. 또, 표시 장치(1)에서는, 광원(13)의 전원 전압의 조정이 아니라, 광원(13)의 파장 온도 의존성을 이용하여 광량의 조정을 행하므로, 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해진다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은, 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 예를 들면 유저의 시야 전방에 배치한 디스플레이에 투영용 화상을 투영하고, 배경과 중첩시켜 표시하는 헤드 업 디스플레이 혹은 헤드 마운트 디스플레이와 같은 표시 장치의 개발이 진행되고 있다. 이러한 표시 장치에 관한 기술로서, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 헤드 업 디스플레이가 있다. 이 종래의 헤드 업 디스플레이에서는, 환경광(環境光)의 명암에 의해서 디스플레이에 표시되는 투영용 화상의 시인성이 방해되어 버리는 것을 방지하기 위해, 디스플레이의 근방에 환경광을 측정하기 위한 센서를 배치하고, 상기 센서의 검출 결과에 따라 투영용 화상의 표시에 이용하는 광원의 출력(디스플레이에 표시하는 투영용 화상의 휘도)을 조정하고 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허공표 평7－8624호 공보
상술한 종래의 표시 장치에서는, 광원의 출력의 조정에 의해서 디스플레이에 표시하는 투영용 화상의 시인성을 담보하고 있다. 그렇지만, 예를 들면 LD를 광원으로서 구비하는 표시 장치에서는, 문턱값 전류(레이저 발진 가능한 최소 전류) 부근에서 구동 전류와 출력의 관계가 선형이 되지 않는 경우가 있고, 광원의 전류의 제어에 의한 휘도의 조정에서는, 휘도를 조정할 수 있는 범위가 좁게 되어 버리는 문제가 있었다. 이 점에 대해, 액정 디스플레이를 이용한 액정형 투영 타입의 표시 장치에서는, 액정 소자 자체의 휘도 조정을 행하는 것이 가능하지만, 광원으로부터의 광을 디스플레이 상에 주사(走査)하는 주사형 투영 타입의 표시 장치에서는, 디스플레이를 향하는 광량을 조정하는 수단을 별도 검토할 필요가 있다.
본 발명은, 상기 과제의 해결을 위해서 이루어진 것이며, 환경광의 명암에 따라 디스플레이를 향하는 광량을 정밀도 좋게 조정할 수 있고, 디스플레이에 표시되는 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있는 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제의 해결하기 위해, 본 발명의 일측면에 관한 표시 장치는, 광을 출력하는 광원과, 광원으로부터의 출력광을 주사(走査)하는 광 주사부와, 출력광의 광로 상에 배치된 광학적 필터를 포함하는 광 주사 장치와, 광 주사 장치에 의해서 주사된 출력광이 배경과 중첩하여 투영되는 디스플레이와, 광 주사 장치의 온도를 제어하고, 광학적 필터로부터 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 제어하는 온도 제어부를 구비하며, 광학적 필터는 파장 필터이다.
이 표시 장치에서는, 광 주사 장치의 온도를 제어하는 것에 의해서 광학적 필터로부터 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 제어하고 있다. 이것에 의해, 디스플레이 자체로 휘도 조정을 할 수 없는 주사형 투영 타입의 표시 장치라도, 환경광(環境光)의 명암에 따라 디스플레이를 향하는 광량을 조정할 수 있어, 디스플레이에 표시되는 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다. 또, 광원의 전원 전압의 조정이 아니라 온도를 이용하여 광량의 조정을 행하므로, 광학적 필터의 특성을 적절히 설계하는 것에 의해, 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해진다.
또, 광원은, 출력광의 파장이 온도 의존성을 가지는 광원이며, 온도 제어부는, 광원의 온도를 제어해도 괜찮다. 이 경우, 광학적 필터의 투과율이나 반사율과 같은 특성의 설계에 의해, 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해진다.
또, 광학적 필터는, 대역 특성이 온도 의존성을 가지는 필터이며, 온도 제어부는, 광학적 필터의 온도를 제어해도 괜찮다. 이 경우, 광학적 필터를 구성하는 재료의 열팽창 계수의 설계에 의해, 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해진다.
또, 환경광의 광량을 검출하는 환경광 검출 센서를 더 구비하며, 온도 제어부는, 환경광 검출 센서에 의해서 검출된 환경광의 광량에 근거하여 광 주사 장치의 온도를 제어해도 괜찮다. 이 경우, 환경광 검출 센서의 검출 결과에 근거하여, 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 한층 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해진다.
또, 광학적 필터는, 광원으로부터 광 주사부까지의 사이에 배치되어 있어도 괜찮다. 광학적 필터가 각도 의존성을 가지는 경우가 있기 때문에, 광 주사부 보다도 후단(後段)측에 배치하면, 주사에 의해서 광학적 필터의 특성이 변동해 버리는 것이 고려되어진다. 따라서, 광학적 필터를 광원으로부터 광 주사부까지의 사이에 배치하는 것에 의해, 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 정밀도 좋게 조정할 수 있다.
또, 광학적 필터는, 출력광의 광로를 형성하는 다른 광학 소자와는 별체로 장착되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 광학적 필터의 각도를 다른 광학 소자와는 별개로 조정할 수 있다. 따라서, 예를 들면 광학적 필터의 특성이 로트(lot)마다 불규칙하다고 해도, 출력광의 광로를 유지하면서, 광학적 필터의 각도 조정에 의해서 원하는 특성으로 조정하는 것이 용이해진다.
또, 광원은, 출력광의 파장이 서로 다른 복수의 광원으로 이루어지며, 복수의 광원으로부터의 각 출력광을 합성하는 광 합성부를 더 구비하고 있어도 괜찮다. 이 경우, 디스플레이에 칼라 화상에 의한 투영용 화상을 표시시킬 수 있다.
또, 광학적 필터는, 광 합성부 보다도 광로의 후단측에 배치되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 단체(單體)의 광학적 필터에서 각 출력광의 광량을 조정할 수 있으므로, 장치 구성의 간단화가 도모되어진다.
또, 광학적 필터는, 각 광원으로부터 광 합성부까지의 사이에 각각 배치되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 각 광원의 파장에 따른 광학적 필터를 각각 제작함으로써, 각 광학적 필터의 설계가 용이해진다.
또, 광 주사 장치의 온도를 검출하는 온도 검출 센서를 더 구비하고 있어도 괜찮다. 이것에 의해, 광학적 필터로부터 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 한층 정밀도 좋게 조정할 수 있다.
또, 광학적 필터로부터 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 검출하는 광량 검출 센서를 더 구비하고 있어도 괜찮다. 이것에 의해, 광학적 필터로부터 디스플레이를 향하는 출력광의 광량을 한층 정밀도 좋게 조정할 수 있다.
본 발명의 일측면에 의하면, 환경광의 명암에 따라 광원의 출력을 정밀도 좋게 조정할 수 있고, 디스플레이에 표시되는 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 표시 장치의 일 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 2는 광학적 필터로서 광 차폐 필터를 이용한 경우의 온도 제어부에 의한 광량 제어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 광학적 필터로서 광 차폐 필터를 이용한 경우의 온도 제어부에 의한 광량 제어의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 4는 광학적 필터로서 광 반사 필터를 이용한 경우의 온도 제어부에 의한 광량 제어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 광학적 필터로서 광 차폐 필터를 이용한 경우의 온도 제어부에 의한 광량 제어의 또 다른 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6은 광학적 필터로서 광 차폐 필터를 이용한 경우의 온도 제어부에 의한 광량 제어의 다른 변형예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 관한 표시 장치의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 광학적 필터에 대한 온도 제어 소자의 장착 형태의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 표시 장치의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관한 표시 장치의 일 실시 형태를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 표시 장치(1)는, 예를 들면 광 주사(走査) 장치(2)와, 상면(像面) 확산 스크린(3)과, 반사 미러(4)와, 컴바이너(combiner)(디스플레이)(5)를 구비하여 구성되어 있다. 이 표시 장치(1)는, 예를 들면 차재(車載)용의 헤드 업 디스플레이로서 구성되어 있다. 광 주사 장치(2)에서 투영용 신호에서 변조된 레이저광(출력광)(L)에 의한 1차 상(像)은, 상면 확산 스크린(3) 및 반사 미러(4)를 거쳐 컴바이너(5)에 투영된다. 컴바이너(5)는, 예를 들면 차량의 프론트 유리이며, 투영용 신호에서 변조된 레이저광(L)에 의해서 표시되는 투영용 화상이 배경과 중첩한 상태에서 유저에 시인(視認)된다.
광 주사 장치(2)는, 컴바이너(5)로의 레이저광(L)의 주사를 행하기 위한 구성으로서, 예를 들면 영상 신호 처리부(11)와, 광원 구동부(12)와, 광원(13)과, 집광 렌즈(14)와, 다이크로익 미러(dichroic mirror)(광 합성부)(15)와, 하프 미러(16)와, 신호 주사용 구동 미러(광 주사부)(17)를 구비하고 있다. 영상 신호 처리부(11)는, 투영용 신호를 생성하는 부분이다. 또, 광원 구동부(12)는, 광원(13)의 출력·변조 등을 제어하는 부분이다. 영상 신호 처리부(11)에서 생성된 투영용 신호는, 광원 구동부(12)로 출력되고, 투영용 신호에서 변조된 레이저광(L)이 광원(13)으로부터 출력된다.
광원(13)은, RGB의 각 색의 파장에 대응한 레이저광(L)을 출사하는 복수의 광원(13a(적색), 13b(녹색), 13c(청색))의 유닛으로 이루어진다. 광원(13)으로서는, 예를 들면 LD(레이저 다이오드), VCSEL(수직 공진기 면발광 레이저), SLD(수퍼루미네센트 다이오드(Superluminescent diode)), LED(발광 다이오드) 등, 출력광의 파장이 온도 의존성을 가지는 광원이 이용된다. 또, 집광 렌즈(14)는, 광원(13a, 13b, 13c)의 전단(前段)측에 각각 배치되고, 다이크로익 미러(15)는, 각 집광 렌즈(14)의 전단측에 각각 배치되어 있다. 광원(13a, 13b, 13c)으로부터 출사한 레이저광(L)은, 집광 렌즈(14)를 거쳐 다이크로익 미러(15)에서 합성되고, 하프 미러(16)에서 반사하여 신호 주사용 구동 미러(17)로 안내된다.
신호 주사용 구동 미러(17)는, 예를 들면 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용하여 제작된 전자(電磁) 구동식 광학 미러이다. 신호 주사용 구동 미러(17)는, 도시하지 않은 구동 제어부로부터의 제어 신호에 근거하여, 소정의 주파수에서 요동(搖動) 가능하게 되어 있다. 신호 주사용 구동 미러(17)가 요동하는 것에 의해, 광원(13)으로부터의 레이저광(L)이 컴바이너(5) 상에 주사되어, 투영용 화상이 표시된다.
상술한 표시 장치(1)에서는, 시인성의 관점으로부터, 예를 들면 낮과 같이 환경광의 광량이 큰 경우에는, 컴바이너(5)에 투영되는 투영용 화상의 광량(휘도)을 크게 할 필요가 있으며, 예를 들면 야간이나 터널 내와 같이 환경광의 광량이 작은 경우에는, 컴바이너(5)에 투영되는 투영용 화상의 광량(휘도)을 작게 할 필요가 있다. 그래서, 표시 장치(1)에서는, 환경광의 광량에 따라 투영용 화상의 광량을 조정하기 위한 구성으로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 광학적 필터(21)와, 온도 제어 소자(22)와, 환경광 검출 센서(23)와, 온도 제어부(24)를 구비하고 있다.
광학적 필터(21)는, 예를 들면 소정의 파장대의 광을 차단하는 광 차단 필터이다. 광학적 필터(21)는, 레이저광(L)의 광로에서, 다이크로익 미러(15)와 하프 미러(16)와의 사이에 배치되어 있다. 또, 온도 제어 소자(22)는, 예를 들면 펠티에(peltier) 소자이다. 온도 제어 소자(22)는, 광원(13)에 대해서 배치되어 있고, 온도 제어부(24)로부터의 제어 신호에 근거하여 광원(13)의 온도를 제어한다.
환경광 검출 센서(23)는, 컴바이너(5)의 주위의 환경광의 광량을 검출하는 센서이다. 환경광 검출 센서(23)는, 환경광의 광량의 검출 결과를 온도 제어부(24)로 적절히 출력한다. 환경광 검출 센서(23)는, 표시 장치(1)가 차재(車載)용의 헤드 업 디스플레이인 경우에는, 차량의 라이트의 ON·OFF 등에 이용되고 있는 센서를 이용할 수도 있다. 또, 환경광 검출 센서(23)는, 차량의 차 내에 배치되어 있어도 좋고, 차 밖에 배치되어 있어도 괜찮다.
온도 제어부(24)는, 온도 제어 소자(22)의 동작을 제어하는 부분이다. 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)로부터의 검출 결과에 근거하여 온도 제어 소자(22)에 의한 광원(13)의 온도 조정을 실행한다. 도 2는, 광학적 필터(21)로서 광 차폐 필터를 이용한 경우의 온도 제어부(24)에 의한 광량 제어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2에 나타내는 예에서는, 가로축이 파장, 세로축이 광량 및 감쇠량으로 되어 있으며, 광원(13a)에 의한 적색 레이저광의 파장 대역 Wa, 광원(13b)에 의한 녹색 레이저광의 파장 대역 Wb, 및 광원(13c)에 의한 청색 레이저광의 파장 대역 Wc가 각각 플롯되어 있다. 이것에 대해, 광 차폐 필터는, 적색 레이저광의 파장 대역 Wa에 대해서 단파장측이 되는 차폐 대역 Ca, 녹색 레이저광의 파장 대역 Wb에 대해서 단파장측이 되는 차폐 대역 Cb, 및 청색 레이저광의 파장 대역 Wc에 대해서 단파장측이 되는 차폐 대역 Cc를 각각 가지고 있다.
이 경우, 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)에 의해서 검출된 환경광의 광량이 커짐에 따라서, 광원(13)의 온도가 고온측으로 시프트하도록 온도 제어 소자(22)를 제어한다. 이것에 의해, 파장 대역 Wa, Wb, Wc가 각각 차폐 대역 Ca, Cb, Cc로부터 이간하고, 광학적 필터(21)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 크게 할 수 있다.
한편, 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)에 의해서 검출된 환경광의 광량이 작아짐에 따라서, 광원(13)의 온도가 저온측으로 시프트하도록 온도 제어 소자(22)를 제어한다. 이것에 의해, 파장 대역 Wa, Wb, Wc가 각각 차폐 대역 Ca, Cb, Cc으로 접근하고, 광학적 필터(21)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 작게 할 수 있다.
이러한 제어의 실행에 의해, 환경광의 광량이 큰 경우에 컴바이너(5) 상의 투영용 화상의 휘도가 크게 되고, 환경광의 광량이 작은 경우에 컴바이너(5) 상의 투영용 화상의 휘도가 작게 되므로, 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다. 또, 이 형태에서는, 광학적 필터(21)의 차폐 대역 Ca, Cb, Cc를 파장 대역 Wa, Wb, Wc의 단파장측에 설정하고 있다. 예를 들면 환경광의 광량이 큰 낮에는, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 높은 것이 고려되어진다. 또, 환경광의 광량이 작은 야간에는, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 낮은 것이 고려되어진다. 이 형태에서는, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 높을 때에 광원(13)의 온도를 고온측으로 시프트시키고, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 낮을 때에 광원(13)의 온도를 저온측으로 시프트시키므로, 온도 제어부(24)에 의해서 온도 제어 소자(22)를 제어할 때의 소비 전력을 억제하는 것이 가능해진다.
또, 도 3은, 광학적 필터(21)로서 광 차폐 필터를 이용한 경우의 온도 제어부(24)에 의한 광량 제어의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 예에서는, 광 차폐 필터는, 적색 레이저광의 파장 대역 Wa에 대해서 장파장측이 되는 차폐 대역 Ca, 녹색 레이저광의 파장 대역 Wb에 대해서 장파장측이 되는 차폐 대역 Cb, 및 청색 레이저광의 파장 대역 Wc에 대해서 장파장측이 되는 차폐 대역 Cc를 각각 가지고 있다.
이 경우, 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)에 의해서 검출된 환경광의 광량이 커짐에 따라서, 광원(13)의 온도가 저온측으로 시프트하도록 온도 제어 소자(22)를 제어한다. 이것에 의해, 파장 대역 Wa, Wb, Wc가 각각 차폐 대역 Ca, Cb, Cc로부터 이간하고, 광학적 필터(21)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 크게 할 수 있다.
한편, 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)에 의해서 검출된 환경광의 광량이 작아짐에 따라서, 광원(13)의 온도가 고온측으로 시프트하도록 온도 제어 소자(22)를 제어한다. 이것에 의해, 파장 대역 Wa, Wb, Wc가 각각 차폐 대역 Ca, Cb, Cc으로 접근하고, 광학적 필터(21)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 작게 할 수 있다.
이러한 제어의 실행에서도, 환경광의 광량이 큰 경우에 컴바이너(5) 상의 투영용 화상의 휘도가 크게 되고, 환경광의 광량이 작은 경우에 컴바이너(5) 상의 투영용 화상의 휘도가 작게 되므로, 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다. 또, 이 형태에서는, 광학적 필터(21)의 차폐 대역 Ca, Cb, Cc를 파장 대역 Wa, Wb, Wc의 장파장측에 설정하고 있다. 이 형태에서는, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 높을 때에 광원(13)의 온도를 저온측으로 시프트시키고, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 낮을 때에 광원(13)의 온도를 고온측으로 시프트시키므로, 광원(13)의 온도가 지나치게 상승 또는 하강해 버리는 것을 방지할 수 있다. 또, 광원(13)의 파장이 지나치게 장파장측 또는 단파장측으로 시프트해 버리는 것을 방지할 수 있어, 투영용 화상의 색 변화를 억제할 수 있다.
게다가, 도 2 및 도 3의 예에서는, 광학적 필터(21)로서 광 차폐 필터를 예시했지만, 광학적 필터(21)로서 광 반사 필터를 이용해도 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 도 4는, 광학적 필터(21)로서 광 반사 필터를 이용한 경우의 온도 제어부(24)에 의한 광량 제어의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3에 나타내는 예에서는, 가로축이 파장, 세로축이 광량 및 반사량으로 되어 있고, 광 반사 필터는, 적색 레이저광의 파장 대역 Wa에 대해서 장파장측이 되는 반사 대역 Ra, 녹색 레이저광의 파장 대역 Wb에 대해서 장파장측이 되는 반사 대역 Rb, 및 청색 레이저광의 파장 대역 Wc에 대해서 장파장측이 되는 반사 대역 Rc를 각각 가지고 있다.
이 경우, 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)에 의해서 검출된 환경광의 광량이 커짐에 따라서, 광원(13)의 온도가 고온측으로 시프트하도록 온도 제어 소자(22)를 제어한다. 이것에 의해, 파장 대역 Wa, Wb, Wc가 각각 반사 대역 Ra, Rb, Rc으로 접근하고, 광학적 필터(21)에서 반사하여 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 크게 할 수 있다.
한편, 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)에 의해서 검출된 환경광의 광량이 작아짐에 따라서, 광원(13)의 온도가 저온측으로 시프트하도록 온도 제어 소자(22)를 제어한다. 이것에 의해, 파장 대역 Wa, Wb, Wc가 각각 반사 대역 Ra, Rb, Rc로부터 이간하고, 광학적 필터(21)에서 반사하여 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 작게 할 수 있다.
이러한 제어의 실행에서도, 환경광의 광량이 큰 경우에 컴바이너(5) 상의 투영용 화상의 휘도가 크게 되고, 환경광의 광량이 작은 경우에 컴바이너(5) 상의 투영용 화상의 휘도가 작게 되므로, 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다. 또, 도 2의 경우와 마찬가지로, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 높을 때에 광원(13)의 온도를 고온측으로 시프트시키고, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 낮을 때에 광원(13)의 온도를 저온측으로 시프트시키므로, 온도 제어부(24)에 의해서 온도 제어 소자(22)를 제어할 때의 소비 전력을 억제하는 것이 가능해진다.
또, 도시하지 않지만, 적색 레이저광의 파장 대역 Wa에 대해서 단파장측이 되는 반사 대역 Ra, 녹색 레이저광의 파장 대역 Wb에 대해서 단파장측이 되는 반사 대역 Rb, 및 청색 레이저광의 파장 대역 Wc에 대해서 단파장측이 되는 반사 대역 Rc를 각각 가지는 광 반사 필터를 이용해도 괜찮다.
이 경우, 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)에 의해서 검출된 환경광의 광량이 커짐에 따라서, 광원(13)의 온도가 저온측으로 시프트하도록 온도 제어 소자(22)를 제어한다. 이것에 의해, 파장 대역 Wa, Wb, Wc가 각각 반사 대역 Ra, Rb, Rc으로 근접하고, 광학적 필터(21)에서 반사하여 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 크게 할 수 있다.
한편, 온도 제어부(24)는, 환경광 검출 센서(23)에 의해서 검출된 환경광의 광량이 작아짐에 따라서, 광원(13)의 온도가 고온측으로 시프트하도록 온도 제어 소자(22)를 제어한다. 이것에 의해, 파장 대역 Wa, Wb, Wc가 각각 반사 대역 Ra, Rb, Rc로부터 이간하고, 광학적 필터(21)에서 반사하여 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 작게 할 수 있다.
이러한 제어의 실행에서도, 환경광의 광량이 큰 경우에 컴바이너(5) 상의 투영용 화상의 휘도가 크게 되고, 환경광의 광량이 작은 경우에 컴바이너(5) 상의 투영용 화상의 휘도가 작게 되므로, 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다. 또, 도 3의 경우와 마찬가지로, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 높을 때에 광원(13)의 온도를 저온측으로 시프트시키고, 표시 장치(1)의 주위의 기온이 낮을 때에 광원(13)의 온도를 고온측으로 시프트시키므로, 광원(13)의 온도가 지나치게 상승 또는 하강해 버리는 것을 방지할 수 있다. 또, 광원(13)의 파장이 지나치게 장파장측 또는 단파장측으로 시프트해 버리는 것을 방지할 수 있어, 투영용 화상의 색 변화를 억제할 수 있다.
온도 제어부(24)는, 광원(13)의 온도를 검출하는 온도 검출 센서(25)와, 광학적 필터(21)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 검출하는 광량 검출 센서(26)를 가지고 있어도 괜찮다. 온도 검출 센서는, 예를 들면 광원(13)의 근방에 배치되며, 광원(13)의 온도를 검출한다. 또, 광량 검출 센서(26)는, 하프 미러(16)의 후단측에 배치되며, 상기 하프 미러(16)에서 분기한 레이저광(L)의 일방(신호 주사용 구동 미러를 향하지 않는 쪽)의 광량을 검출한다. 온도 검출 센서(25)에 의한 광원(13)의 온도의 검출 결과와, 광량 검출 센서(26)에 의한 레이저광(L)의 광량의 검출 결과를 온도 제어부(24)에 피드백하는 것에 의해, 온도 제어부(24)에 의한 온도 제어 소자(22)의 제어를 한층 정밀도 좋게 실행할 수 있고, 광학적 필터(21)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 한층 정밀도 좋게 조정할 수 있다.
또, 광원(13)으로서 LD를 이용하는 경우, 온도 변화에 의한 LD의 파장의 변화는, 0.6nm/℃ 정도로 비교적 작다. 또, 고온 상태에서는 LD의 수명에 영향을 주는 것이 고려되어지고, 파장의 지나친 변화는, 투영용 화상의 색 재현성을 해칠 우려도 있다. 이 때문에, 광학적 필터(21)의 차폐 대역 Ca, Cb, Cc, 혹은 반사 대역 Ra, Rb, Rc는, 특히 파장 대역 Wa, Wb, Wc측에서 급준(急峻)한 기울기를 가지고 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 광학적 필터(21)의 감쇠 곡선은, 레이저광(L)의 파장이 차폐 대역측으로 20nm 정도 시프트한 경우에 레이저광(L)의 광량이 10% 저하될 정도의 기울기를 가지고 있다. 20nm인 파장의 시프트는, 광원(13)의 파장 변화 특성이 0.6nm/℃라고 하면, 30℃ 정도의 온도 변화에 상당한다. 따라서, 예를 들면 광원(13)의 온도를 15℃로부터 45℃의 범위에서 변화시킴으로써, 레이저광(L)의 광량의 조정이 가능하다.
도 2~도 4에 나타낸 예에서는, 광학적 필터(21)의 차폐 대역 Ca, Cb, Cc 혹은 반사 대역 Ra, Rb, Rc가 파장 대역 Wa, Wb, Wc와 동일한 협대역(狹帶域)으로 되어 있지만, 도 5에 나타내는 바와 같이, 광학적 필터(21)의 차폐 대역 Ca, Cb, Cc가 파장 대역 Wa, Wb, Wc에 대해서 넓은 대역을 가지고 있어도 괜찮다. 반사 대역 Ra, Rb, Rc에 대해서도 마찬가지이다. 또, 예를 들면 광학적 필터(21)를 광원(13a, 13b, 13c)의 후단측(예를 들면 집광 렌즈(14)와 다이크로익 미러(15)와의 사이)에 각각 배치하는 경우에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 대응하는 광원(13)의 파장 대역 W만을 고려한 차폐 대역 C 혹은 반사 대역 R를 가지고 있으면 좋다. 모든 실시예에서도, 광학적 필터(21)의 차폐 대역 Ca, Cb, Cc, 혹은 반사 대역 Ra, Rb, Rc는, 적어도 파장 대역 Wa, Wb, Wc측에서 급준한 기울기를 가지고 있는 것이 바람직하다.
도 1에 나타낸 형태와 같이, 광학적 필터(21)를 다이크로익 미러(15)보다도 후단측에 배치하는 경우, 단체의 광학적 필터(21)로 각 출력광의 광량을 조정할 수 있으므로, 장치 구성의 간단화가 도모되어진다. 또, 광학적 필터(21)를 광원(13)으로부터 다이크로익 미러(15)까지의 사이에 각각 배치하는 경우, 각 광원(13)의 파장에 따른 광학적 필터(21)를 각각 제작함으로써, 각 광학적 필터(21)의 설계가 용이해진다.
또, 광학적 필터(21)의 특성(차폐 대역·반사 대역)은, 로트에 의해서 약간 불규칙한 경우가 고려되어진다. 이러한 광학적 필터(21)의 특성의 편차의 영향은, 광원(13)의 온도 조정에 의해서 해소하는 것도 가능하지만, 특성의 편차가 큰 경우에는 광원(13)의 부하가 크게 되는 것이나 온도 제어 소자(22)의 제어에 필요로 하는 소비 전력의 증대가 문제가 된다.
이러한 문제에 대해, 표시 장치(1)에서는, 레이저광(L)의 광로를 형성하는 다른 광학 소자(여기에서는 다이크로익 미러(15), 하프 미러(16), 및 신호 주사용 구동 미러(17)를 가리킴)와는 별체로 장착되어 있어, 레이저광(L)의 광축에 대한 광학적 필터(21)의 각도를 다른 광학 소자와는 별개로 조정할 수 있다. 따라서, 예를 들면 광학적 필터(21)의 특성이 로트마다 불규칙하다고 해도, 레이저광(L)의 광로를 유지하면서, 광학적 필터(21)의 각도 조정에 의해서 원하는 특성으로 조정하는 것이 용이해진다.
또, 광학적 필터(21)는, 위에서 설명한 각도 의존성을 고려하여, 광원(13)으로부터 신호 주사용 구동 미러(17)까지의 사이에 배치할 필요가 있다. 광학적 필터(21)를 신호 주사용 구동 미러(17)보다도 후단측에 배치하면, 주사에 의해서 광학적 필터(21)의 특성이 변동해 버리는 것이 고려되어진다. 따라서, 광학적 필터(21)를 광원(13)으로부터 신호 주사용 구동 미러(17)까지의 사이에 배치하는 것에 의해, 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 정밀도 좋게 조정할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 다이크로익 미러(15)와 하프 미러(16)와의 사이에 광학적 필터(21)를 배치하고 있지만, 광원(13)과 다이크로익 미러(15)와의 사이, 하프 미러(16)와 신호 주사용 구동 미러(17)와의 사이에 광학적 필터(21)를 배치해도 괜찮다. 다만, 광학적 필터(21)를 하프 미러(16)와 신호 주사용 구동 미러(17)와의 사이에 배치하는 경우에는, 도 1에 나타내는 광학계에서는 광량 검출 센서(26)에 의한 레이저광(L)의 광량의 검출은 불가능하므로, 반드시 하프 미러를 이용할 필요는 없다.
이상 설명한 바와 같이, 이 표시 장치(1)에서는, 광원(13)의 파장 온도 의존성을 이용하여, 광원(13)의 온도를 제어하는 것에 의해서 광학적 필터(21)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 제어하고 있다. 이것에 의해, 컴바이너(5) 자체로 휘도 조정을 할 수 없는 주사형 투영 타입의 표시 장치(1)라도, 환경광의 명암에 따라 컴바이너(5)를 향하는 광량을 조정할 수 있어, 컴바이너(5)에 표시되는 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다. 또, 표시 장치(1)에서는, 광원(13)의 전원 전압의 조정이 아니라, 광원(13)의 파장 온도 의존성을 이용하여 광량의 조정을 행하므로, 광학적 필터(21)의 투과율이나 반사율과 같은 특성을 적절히 설계함으로써, 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 상기 실시 형태에서는, 표시 장치(1)가 차재용의 헤드 업 디스플레이에 적용되는 것을 예시했지만, 본 발명에 관한 표시 장치는, 예를 들면 안경형의 헤드 마운트 디스플레이 등에 적용하는 것도 가능하다.
또, 도 7은, 본 발명에 관한 표시 장치의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 7 나타내는 바와 같이, 변형예에 관한 표시 장치(31)에서는, 광 주사 장치(32)에서, 대역 특성이 온도 의존성을 가지는 광학적 필터(41)가 이용되어 있고, 상기 광학적 필터(41)에 온도 제어 소자(42)가 장착되어 있다. 이 표시 장치(31)에서는, 온도 제어 소자(42)에 의해서 광학적 필터(41)의 온도를 제어함으로써 광학적 필터(41)의 특성(차폐 대역·반사 대역)을 장파장측 혹은 단파장측으로 시프트시키고, 광학적 필터(41)로부터 컴바이너(5)를 향하는 레이저광(L)의 광량을 제어하고 있다.
이러한 형태에서도, 상기 실시 형태와 같이, 컴바이너(5) 자체로 휘도 조정을 할 수 없는 주사형 투영 타입의 표시 장치(31)라도, 환경광의 명암에 따라 컴바이너(5)를 향하는 광량을 조정할 수 있어, 컴바이너(5)에 표시되는 투영용 화상의 시인성을 양호하게 확보할 수 있다. 또, 이 표시 장치(31)에서는, 온도 검출 센서(45)를 광학적 필터(41)의 근방에 배치하고, 광학적 필터(41)의 온도를 검출하여 온도 제어부(24)로 출력하는 것이 바람직하다.
대역 특성이 온도 의존성을 가지는 광학적 필터(41)로서는, 예를 들면 고분자 수지 재료에 의해서 형성된 고분자 파장 필터를 이용할 수 있다. 상(像) 분리 구조를 가지는 고분자 파장 필터에서는, 재료의 선팽창 계수에 따라 대역 특성을 온도에 의해서 변화시킬 수 있다.
도 8은, 광학적 필터(41)에 대한 온도 제어 소자(42)의 장착 형태의 일례를 나타내는 도면이다. 광학적 필터(41)로의 온도 제어 소자(42)의 장착에 있어서는, 예를 들면 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)에 대한 투과성을 가지는 부재(유리 등)로 형성된 지지 부재(43)를 광학적 필터(41)의 일방면에 고정하고, 지지 부재(43)에서 광학적 필터(41)와 반대측의 면에 온도 제어 소자(22)를 고정해도 괜찮다. 이 경우, 지지 부재(43)의 일부가 광학적 필터(41)의 외부 가장자리로부터 장출(張出)하도록 광학적 필터(41)의 외형 보다도 큰 외형을 가지는 지지 부재(43)를 이용하여, 지지 부재(43)의 장출 부분에 온도 제어 소자(42)를 고정하는 것이 바람직하다.
또, 예를 들면 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 지지 부재(43)를 이용하지 않고, 광학적 필터(41)의 일방면에 온도 제어 소자(42)를 직접 고정해도 괜찮다. 이 경우, 광학적 필터(41)의 가장자리와 온도 제어 소자(42)의 가장자리가 일치할 정도로 온도 제어 소자(42)를 광학적 필터(41)의 중심으로부터 비켜놓는 것이 바람직하다. 게다가, 예를 들면 도 8의 (c)에 나타내는 바와 같이, 고리 모양의 온도 제어 소자(44)를 이용하고, 광학적 필터(41)와 온도 제어 소자(44)가 동축(同軸)이 되도록, 광학적 필터(41)의 일방면에 온도 제어 소자(44)를 고정해도 괜찮다. 그 외에, 예를 들면 도 8의 (d)에 나타내는 바와 같이, 온도 제어 소자로서 고열 전도재로 이루어지는 전열선(46)을 이용해도 괜찮다. 이 경우, 전열선(46)을 광학적 필터(41)의 일방면에 고정함과 아울러, 전열선(46)의 단부를 광학적 필터(41)의 외부로 인출하여, 온도 제어부(24)에 접속하면 좋다. 전열선(46)은, 선 모양의 것에 한정되지 않고, 띠 모양, 상자 모양 등의 다른 형상이라도 좋다.
또, 광원의 파장을 온도로 조정하는 경우에는, 광학적 필터측의 특성은 온도 의존성을 가지지 않는 것이 바람직하다. 또, 광학적 필터측의 대역을 온도로 조정하는 경우에는, 광원의 파장을 일정하게 하는 것이 바람직하고, 이 경우에는, 파장이 일정한 광원(DFB－LD, 그레이팅(grating) 등을 이용한 외부 파장 안정화 레이저, 별도로 온도 제어 수단을 가지는 광원 등)을 이용하는 것이 바람직하다. 다만, 광원 및 광학적 필터의 쌍방의 온도 제어를 행하여 레이저광(L)의 광량을 조정해도 괜찮다.
1, 31 - 표시 장치 2, 32 - 광 주사 장치
5 - 컴바이너(디스플레이) 13(13a~13c) - 광원
15 - 다이크로익 미러(광 합성부)
17 - 신호 주사용 구동 미러(광 주사부)
21, 41 - 광학적 필터, 22, 42, 44 - 온도 제어 소자
23 - 환경광 검출 센서 24 - 온도 제어부
25, 45 - 온도 검출 센서 26 - 광량 검출 센서
46 - 전열선

Claims (11)

  1. 광을 출력하는 광원과, 상기 광원으로부터의 출력광을 주사(走査)하는 광 주사부와, 상기 출력광의 광로 상에 배치된 광학적 필터를 포함하는 광 주사 장치와,
    상기 광 주사 장치에 의해서 주사된 상기 출력광이 배경과 중첩하여 투영되는 디스플레이와,
    상기 광 주사 장치의 온도를 제어하고, 상기 광학적 필터로부터 상기 디스플레이를 향하는 상기 출력광의 광량을 제어하는 온도 제어부를 구비하며,
    상기 광학적 필터는 파장 필터인 표시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원은, 상기 출력광의 파장이 온도 의존성을 가지는 광원이며,
    상기 온도 제어부는, 상기 광원의 온도를 제어하는 표시 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학적 필터는, 대역(帶域) 특성이 온도 의존성을 가지는 필터이며,
    상기 온도 제어부는, 상기 광학적 필터의 온도를 제어하는 표시 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    환경광(環境光)의 광량을 검출하는 환경광 검출 센서를 더 구비하며,
    상기 온도 제어부는, 상기 환경광 검출 센서에 의해서 검출된 상기 환경광의 광량에 근거하여 상기 광 주사 장치의 온도를 제어하는 표시 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광학적 필터는, 상기 광원으로부터 상기 광 주사부까지의 사이에 배치되어 있는 표시 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광학적 필터는, 상기 출력광의 광로를 형성하는 다른 광학 소자와는 별체로 마련되어 있는 표시 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광원은, 출력광의 파장이 서로 다른 복수의 광원으로 이루어지며,
    상기 복수의 광원으로부터의 상기 각 출력광을 합성하는 광 합성부를 더 구비한 표시 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 광학적 필터는, 상기 광 합성부 보다도 상기 광로의 후단(後段)측에 배치되어 있는 표시 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 광학적 필터는, 상기 각 광원으로부터 상기 광 합성부까지의 사이에 각각 배치되어 있는 표시 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광 주사 장치의 온도를 검출하는 온도 검출 센서를 더 구비한 표시 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 광학적 필터로부터 상기 디스플레이를 향하는 상기 출력광의 광량을 검출하는 광량 검출 센서를 더 구비한 표시 장치.
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