WO2019163656A1 - レーザー光出力制御装置およびレーザー走査型表示装置 - Google Patents

レーザー光出力制御装置およびレーザー走査型表示装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a laser light output control device that controls a laser light source, and a laser scanning display device that generates an image by two-dimensionally scanning light emitted from the laser light output control device.
  • the laser scanning display device generates an image by, for example, scanning a laser beam emitted from a laser light output control device on a screen.
  • a laser scanning display device has a problem that the light intensity of the emitted light changes due to a change in temperature of the use environment and the generated image is not displayed with a desired luminance or color.
  • Patent Document 1 includes a reflection / transmission unit that receives light from a light source, reflects a part of the light as reflected light in the direction of the optical sensor, and transmits a part of the light as transmitted light toward the scanning unit.
  • reflected light of output light is incident on an optical sensor, and the driving of the light source is corrected based on the detection signal of the optical sensor.
  • the light detected by the optical sensor is reflected light (reflected light of detection light) of light (detection light) emitted from a light source driven with a predetermined output intensity (control value).
  • the detection light is output when the scanning unit directs the laser light to an invisible region on the screen that cannot be visually recognized by the user.
  • the scanning unit of the laser scanning display device performs sub-scanning in the vertical direction perpendicular to the main scanning direction while performing light scanning from the light source a plurality of times in the horizontal direction.
  • the area that can be scanned by the scanning unit includes a visible area that can be visually recognized by the user and an invisible area that is difficult for the user to visually recognize otherwise.
  • the visible region is a rectangular region located approximately in the center of the region that can be scanned by the scanning unit, and the invisible region is outside both ends in the left-right direction (main scanning direction) of the visible region and in the vertical direction. This is a hollow rectangular region surrounding the visible region including both ends outside (sub-scanning direction).
  • the inspection light is output when the scanning unit directs the laser beam to an area that the user cannot visually recognize on the screen, the inspection light scanned on the screen should not be visually recognized by the user.
  • part of the inspection light projected on the invisible region of the screen due to diffusion or irregular reflection on the screen becomes stray light and is visually recognized by the user.
  • Patent Document 2 In order to prevent the stray light of the inspection light from being visually recognized by the user, in order to project the inspection light to a position away from the visible region visually recognized by the user, a reciprocating switching point in the sub-scanning direction A technique for emitting inspection light to a light source in the vicinity is disclosed.
  • the present invention provides a laser light output control device that suppresses deterioration of display quality due to stray light, and a laser scanning display device using this laser light output control device.
  • the laser scanning display device in the first embodiment adjusts the control value of the light source (11) for displaying the image (M) by feeding back the light intensity of the laser light emitted from the light source (11).
  • an illuminance signal capable of estimating the illuminance of the surrounding environment or a required luminance signal for controlling the luminance of the image (M) from outside is obtained to determine the brightness of the surrounding environment
  • the determination unit (21) and the illuminance determination unit (21) determine that the surrounding environment is dark
  • the light source (11) emits the inspection light (Cd) compared to the case where the surrounding environment is bright.
  • An inspection time adjustment unit (22) for shortening the period (Q) and an integrated value (Sd) of the light intensity of the inspection light (Cd) emitted from the light source (11) are obtained, and the light source (11) is Said system to drive Comprising a light source control unit for adjusting the value (23), the.
  • the present invention can suppress deterioration of display quality due to stray light.
  • FIG. 6A is a diagram showing the time transition of the sub-scanning position
  • FIG. 6B is a diagram showing the emission timing of the inspection light corresponding to the time transition of FIG. 6A
  • FIG. 6B is a diagram showing the emission timing of the inspection light corresponding to the time transition of FIG. 6A
  • FIG. 7A shows the time transition of the sub-scanning position
  • FIG. 7B corresponds to the time transition of FIG. 6A
  • FIG. 6C illustrates an example of a detection signal corresponding to the time transition of FIG. 6A and in the case where the surrounding environment is dark.
  • It is a flowchart which shows the example of the light intensity correction process which the control part of the said embodiment performs.
  • the head-up display device (HUD device) 1 is disposed on the dashboard of the vehicle 2 and displays light indicating an image M (see FIG. 2) for notifying predetermined information.
  • K is emitted toward the windshield (an example of a transmission / reflection part) 2a.
  • the display light K reflected by the front windshield 2a is viewed as a virtual image V formed in front of the front windshield 2a by the observer 3 (mainly the driver of the vehicle 2).
  • the HUD device 1 in FIG. 1 has an image generation unit (laser scanning display device) 100 that generates an image M and display light K of the image M generated by the image generation unit 100 in a front window.
  • a first reflection unit 200 and a second reflection unit 300 which are relay optical units directed toward the shield 2a, a housing 400 that houses the image generation unit 100, the first reflection unit 200, the second reflection unit 300, and the like, and a HUD device 1 and an external light sensor 500 for detecting the external illuminance.
  • the first reflection unit (relay optical unit) 200 and the second reflection unit (relay optical unit) 300 in FIG. 2 are formed of, for example, a flat or curved mirror, and display light K representing the image M displayed on the screen 103.
  • the display light K is reflected toward the front windshield 2a.
  • the second reflection unit 300 having a concave curved surface typically corrects the distortion of the front windshield 2a, the function of enlarging the image M generated by the image generation unit 100, and creates a virtual image V without distortion. It has a function of visually recognizing and a function of forming an image of the virtual image V at a position away from the user by a predetermined distance.
  • the relay optical unit is two reflective optical members, ie, the first reflective unit 200 and the second reflective unit 300.
  • one reflective optical unit (second reflective unit)
  • the part 300) may be omitted, or another reflective relay optical part may be added.
  • the relay optical unit is not limited to the reflective relay optical unit, but may be a replacement or combination of a refractive type such as a lens or a diffractive type.
  • the housing 400 houses the laser light output unit 101, the scanning unit 102, the screen 103, the first reflecting unit 200, the second reflecting unit 300, etc., and is formed of a light-shielding member.
  • transmits the display light K is provided in a part.
  • an external light sensor 500 is disposed on the inner surface of the light transmitting unit 410, and the external light sensor 500 detects the external illuminance of the HUD device 1 and transmits information related to the external illuminance to the control unit 20 described later. Output.
  • the image generation unit 100 generates an image M on the display surface (screen 103) by scanning laser light two-dimensionally.
  • the image generation unit 100 is scanned by, for example, a laser beam output unit 101 that emits the synthesized laser beam C, a scanning unit 102 that scans the synthesized laser beam C emitted by the laser beam output unit 101, and the scanning unit 102.
  • a screen 103 that receives the synthetic laser light C and displays the image M is mainly configured.
  • the laser beam output unit 101 emits a synthetic laser beam C, which will be described later, toward the scanning unit 102.
  • the laser beam output unit 10 and the laser beam output unit 10 in the laser beam output unit 10 are provided. It is comprised by the light source 11 mentioned later, and the control part 20 which controls the scanning part 102 grade
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the laser light output unit 10.
  • the laser light output unit 10 includes a light source 11, a condensing unit 12, a light combining unit 13, a light adjusting unit 14, a light branching unit 15, a light intensity detecting unit 16, and a control unit (laser light output control device). 20 mainly.
  • the light source 11 in FIG. 3 includes a plurality of light sources that emit different color lights. For example, a first light source 11a that emits blue laser light B and a second light source 11b that emits green laser light G. , And a third light source 11c that emits red laser light R. Specifically, for example, the light source 11 can output light intensity of 256 gradations for each color, and emits laser light having a desired light intensity based on a control value determined by the control unit 20 described later.
  • the condensing unit 12 in FIG. 3 condenses the laser beams B, G, and R emitted from the light sources 11a, 11b, and 11c to reduce the spot diameter to be converged light.
  • the light combining unit 13 in FIG. 3 is emitted from the light sources 11a, 11b, and 11c, and is emitted as a combined laser beam C by combining the optical axes of the laser beams B, G, and R that have reached through the condensing unit 12.
  • the first light combining unit 13a for adjusting the optical axis of the blue laser light B, the second light combining unit 13b for adjusting the optical axis of the green laser light G, and the optical axis of the red laser light R are adjusted.
  • a third photosynthesis unit 13c is adjusted.
  • the liquid crystal element 14a includes, for example, a VA (Vertialignment) type liquid crystal element 14a, and two absorption or reflection type polarizing filters (polarizing plates) 14b and 14c sandwiching the liquid crystal element 14a.
  • VA Veryignment
  • the liquid crystal element 14a is driven by a pulse amplitude modulation (PAM) method or a pulse width modulation (PWM) method, thereby dimming.
  • PAM pulse amplitude modulation
  • PWM pulse width modulation
  • the light control part 14 is not arrange
  • the laser beam G and the laser beam B may be provided in the respective optical paths.
  • the light control part 14 may be comprised with reflective LCoS (Liquid * Crystal
  • the dimming unit 14 may set the dimming rate based on external illuminance detected by an external light sensor 500 described below under the control of a dimming control unit (not shown).
  • the light control unit 14 is driven so that the application period of the same magnitude is applied to the positive electrode and the negative electrode in order to prevent burn-in of the liquid crystal element.
  • the liquid crystal element 14a and the two polarizing filters 14b and 14c in the light control section 14 are not provided so as to be continuous on the optical path of the synthetic laser light C via the liquid crystal element 14a as shown in FIG. Alternatively, they may be provided at positions separated from each other. Note that the polarizing filter 14b positioned closer to the light source 11 than the liquid crystal element 14a may be omitted. Moreover, the light control part 14 may be abbreviate
  • the 3 is made of a transmissive member having a reflectivity of about 5%, for example, and is disposed on the optical path of the synthetic laser light C between the light control unit 14 and the scanning unit 102. Although most of the synthetic laser light C from the light unit 14 is transmitted as it is, a part of the light is reflected in the direction of the light intensity detection unit 16 described later as reflected light C1.
  • the light branching unit 15 may direct the transmitted light toward the light intensity detection unit 16 and direct the reflected light toward the emission direction (the direction of the scanning unit 102).
  • the light intensity detector 16 has an integration circuit (not shown), and outputs a detection signal Sd obtained by integrating the light intensity of the received reflected light C1 to the controller 20 described later.
  • the light intensity detection unit 16 may include a variable amplifier 16a that amplifies the detection signal Sd at a variable amplification factor with the control unit 20.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the electrical configuration of the laser beam output unit 101 shown in FIG.
  • the control unit 20 of the laser light output unit 101 includes a circuit, and the circuit includes at least one processor (eg, a central processing unit (CPU)), at least one application specific integrated circuit (ASIC), and at least one It includes at least one semiconductor integrated circuit, such as an application specific integrated circuit (ASIC) and / or at least one field programmable gate array (FPGA).
  • processor eg, a central processing unit (CPU)
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA field programmable gate array
  • the at least one processor reads one or more instructions from at least one computer-readable tangible recording medium, thereby illuminance determination unit 21, inspection time adjustment unit 22, light source control unit 23, gain control unit 24, All or part of the functions of the control unit 20 including the light control unit that controls the light control unit 14 (not shown) and the scanner control unit can be executed.
  • Such recording media include any type of magnetic media such as a hard disk, any type of optical media such as CD and DVD, any type of semiconductor memory such as volatile memory, and non-volatile memory. .
  • Volatile memory includes DRAM and SRAM, and non-volatile memory includes ROM and NVROM.
  • a semiconductor memory is also a semiconductor circuit that becomes part of a circuit with at least one processor.
  • the ASIC is an integrated circuit customized to execute all or part of the functional blocks shown in FIG. 4, and the FPGA is designed to execute all or part of the functional blocks shown in FIG. 4 after manufacturing. Integrated circuit.
  • the illuminance determination unit 21 inputs the external illuminance (illuminance signal) in the environment where the HUD device 1 displays the virtual image V (the surrounding environment of the HUD device 1), determines the brightness of the surrounding environment, and adjusts the determination result to the inspection time To the unit 22.
  • the illuminance determination unit 21 receives external illuminance from an external light sensor 500 provided in the HUD device 1 and determines whether the environment for displaying the virtual image V is bright or dark based on the external illuminance.
  • the illuminance determination unit 21 inputs a captured image in which a camera provided in the vehicle 2 captures the front of the vehicle 2 (the traveling direction of the vehicle 2), and analyzes the brightness of the captured image.
  • the brightness of the environment may be determined. That is, the “illuminance signal capable of estimating the illuminance of the surrounding environment” described in the claims may include an image captured by the camera. Further, information (illuminance signal) that can estimate the illuminance of the surrounding environment by inter-vehicle communication (V2V) or / and road-to-vehicle communication (V2P) using a communication unit (not shown) provided in the vehicle 2 may be input. .
  • V2V inter-vehicle communication
  • V2P road-to-vehicle communication
  • the illuminance determination unit 21 may input a required luminance signal for controlling the luminance of the virtual image V from the vehicle 2ECU 600, and determine the brightness of the surrounding environment based on this. In this case, the illuminance determination unit 21 may determine that the surrounding environment is bright when the high luminance is required by the required luminance signal.
  • the inspection time adjustment unit 22 is based on the determination result of the illuminance determination unit 21, the time ts when the light source 11 starts to emit the inspection light Cd (hereinafter also referred to as the start time) ts, and / or the emission of the inspection light Cd.
  • the period Q during which the inspection light Cd is emitted is adjusted by controlling the time te (hereinafter also referred to as the end time) te.
  • the inspection time adjustment unit 22 delays the start time ts of the inspection light Cd or / and increases the end start time ts of the inspection light Cd.
  • the start timing ts of the inspection light Cd is advanced or / and By delaying the end start time ts of the inspection light Cd, the period Q during which the light source 11 emits the inspection light Cd can be lengthened.
  • the inspection timing adjustment unit 22 is a signal indicating the scanning position of the scanning unit 102 acquired from the scanning unit 102 or a scanner control unit (not shown) that controls the scanning unit 102, a timing signal output at a timing at a specific scanning position, Even if the start timing ts and the end start timing ts of the inspection light Cd are adjusted based on a synchronization signal or the like that synchronizes the scanning position of the scanning section 102 and the emission timing of the light source 11 output from a timing adjustment section (not shown). Good.
  • the light source control unit 23 reads out light source drive data provided for each of the light sources 11a, 11b, and 11c having different colors of emitted laser light from a storage unit (not shown), and thereby outputs laser light having a desired light intensity to the light sources 11a and 11b. , 11c.
  • the light source drive data is data in which current values (an example of control values) are associated with each other to drive the light sources 11a, 11b, and 11c for every 8-bit 256 gradations, for example.
  • the light source 11 and the dimming unit 14 may have a desired change due to a change in usage characteristics such as aged characteristics and temperature. It is difficult to express gradation.
  • the laser light output unit 101 emits inspection light Cd that is inspection laser light
  • the light intensity detection unit 16 detects the inspection light Cd.
  • the light source control unit 23 emits the inspection light Cd by driving each of the light sources 11a, 11b, and 11c with high gradation among the light source drive data. Specifically, it may be 90 to 100% of the gradation.
  • the inspection light Cd light of a high gradation
  • the light intensity of the inspection light Cd increases, so that a detection signal from the light intensity detection unit 16 described later increases and is a ratio of noise to the detection signal.
  • the S / N ratio (Signal-Noise ratio) can be lowered, and the light intensity can be detected with high accuracy.
  • the control unit 20 may have dedicated drive data for emitting the inspection light Cd, which is different from the light source drive data, in order to cause the light sources 11a, 11b, and 11c to emit the inspection light Cd.
  • the light source control unit 23 does not have to make the light intensity of the inspection light Cd (the control value for emitting the inspection light Cd) the same according to the brightness of the surrounding environment determined by the illuminance determination unit 21. Good.
  • the light source control unit 23 emits the light intensity of the inspection light Cd emitted from the light source 11 when it is determined that the surrounding environment is dark, and emits from the light source 11 when it is determined that the surrounding environment is bright. It may be lower than the light intensity of the inspection light Cd.
  • the inspection light Cd becomes weak when the surrounding environment is dark, so that the amount of stray light directed toward the observer 3 can be suppressed due to diffusion and irregular reflection of the inspection light Cd.
  • the variable amplifier 16a is disposed between the controller 20 and the light intensity detector 16, amplifies the light intensity detection signal Sd of the inspection light Cd from the light intensity detector 16, and the gain controller 24 is variable.
  • the amplification factor (gain, gain) of the amplifier 16a is controlled.
  • the gain control unit 24 may control the amplification factor according to the length of the period Q during which the inspection light Cd is emitted. Specifically, the gain control unit 24 increases the amplification factor when the period Q during which the inspection light Cd is emitted becomes short (when the illuminance determination unit 21 determines that the surrounding environment is dark) Even if the period Q during which the inspection light Cd is emitted is short, the magnitude of the detection signal Sd input to the control unit 20 can be increased.
  • the gain control unit 24 may set the variable amplifier 16a to an amplification factor that is inversely proportional to the period Q during which the inspection light Cd is emitted.
  • the magnitudes of the detection signals Sd input to the control unit 20 can be substantially uniform, and the light intensity correction process for correcting the light source drive data is performed during the period. Even if there is a difference in Q, a common process can be performed, or a change in the light intensity correction process due to a difference in the period Q can be suppressed to be small.
  • the gain control unit 24 may change the amplification factor according to the dimming rate of the dimming unit 14.
  • the light intensity of the inspection light Cd received by the light intensity detection unit 16 varies depending on the light control rate of the light control unit 14.
  • the external illuminance is high (bright)
  • an image M having a high luminance is displayed, so that the dimming rate of the dimming unit 14 is set high. Therefore, when the external illuminance is high (bright), the light intensity of the inspection light Cd received by the light intensity detector 16 increases.
  • the external illuminance is low (dark) an image M with low luminance is displayed, so that the dimming rate of the dimming unit 14 is set low.
  • the light intensity of the inspection light Cd received by the light intensity detector 16 is reduced.
  • the control unit 20 inputs the gain control unit 24 from the light intensity detection unit 16 to the control unit 20.
  • the detection signal is appropriately amplified by the variable amplifier 16a.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an aspect in which the scanning unit 102 illustrated in FIG. 2 scans the synthetic laser light C on the screen 103.
  • the scanning unit 102 receives the combined laser beam C from the laser beam output unit 10 and controls the received combined laser beam C on the screen 103 as shown in FIG. 5 under the control of a scanner control unit (not shown).
  • a scanner control unit not shown.
  • the screen 103 is composed of, for example, a holographic diffuser, a microlens array, a diffusing plate, and the like.
  • the screen 103 receives the synthesized laser light C scanned by the scanning unit 102 on the back surface, displays the image M on the front surface side, and displays the image M on the front surface. Is emitted toward the first reflecting section 200 (relay optical section).
  • the screen 103 is a transmissive type, but may be a reflective type.
  • the screen 103 is, for example, smaller than the outer shape of the screen 103 shown by a thick frame in FIG. 5 and is reflected by the observer 3 as a virtual image V (that is, reflected by the first reflecting unit 200 and the like, and displayed as display light K to the outside.
  • the effective display area 103a that is the emission area
  • the effective display area 103a that surrounds the effective display area 103a that is shown in FIG.
  • This non-display area is an area adjacent to the effective display area 103a in the main scanning direction X, includes a turning point of the main scanning of the scanning unit 102, and intermittently displays the effective display area 103a during main scanning.
  • Including the intermittent non-display area 103c (the left and right areas of the effective display area 103a in FIG. 5) that is switched from and the area adjacent to the effective display area 103a in the sub-scanning direction Y, and continuously effective during main scanning. They are classified into continuous non-display areas 103b and 103d (upper and lower areas of the effective display area 103a in FIG. 5) that scan outside the display area 103a.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a transition of the time t of the scanning position in the sub-scanning direction Y of the scanning unit 102
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a time when the light source 11 emits the inspection light Cd
  • FIG. 6C is a diagram illustrating the transition of the time t of the detection signal Sd output from the light intensity detection unit 16.
  • the scanning unit 102 scans the synthetic laser beam C from the scanning start position P1 to the scanning end position P4 on the screen 103, and when it reaches the scanning end position P4, returns to the scanning start position P1 again.
  • One frame F for generating the image M is a high-speed scan forward period Fa in which the scanning unit 102 generates the image M while performing sub-scanning in the positive direction of the sub-scanning direction Y, and the scanning unit 102 performs high speed in the negative direction of the sub-scanning direction Y And a scanning return period Fb in which sub-scanning is performed (the speed in the sub-scanning direction Y is faster than the scanning forward period Fa). That is, in one frame F, the scanning position of the scanning unit 102 starts scanning from the scanning start position P1, passes through the display start position P2 and the display end position P3 that are the end portions on the effective display area 103a, and then scans.
  • the inspection time adjustment unit 22 has a light source 11 (light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a, light source 11a).
  • 11b and 11c start the emission of the inspection light Cd, and after the predetermined period Q has elapsed, the emission of the inspection light Cd is ended at the end time te.
  • the light intensity detection unit 16 detects the branched reflected light C1 (inspection light Cd) that does not go to the scanning unit 102 of the synthetic laser light C that goes to the scanning unit 102.
  • the light intensity of the inspection light Cd can be detected, and the detection signal Sd is output to the control unit 20 as an integral value obtained by time-integrating the light intensity detected by an integration circuit (not shown) ( (See FIG. 6).
  • the integrated value in the detection signal Sd is preferably reset (the voltage signal is zero) until a new inspection light Cd is detected.
  • the inspection timing adjustment unit 22 starts emission of the inspection light Cd before the scanning position of the scanning unit 102 reaches a reciprocating switching position Y4 in the sub-scanning direction Y described later, and the reciprocating switching position Y4 is reached.
  • the emission of the inspection light Cd may be terminated after the arrival.
  • the scanning position of the scanning unit 102 is folded back in the sub-scanning direction Y, so that the inspection light Cd scanned on the screen 103 is in the sub-scanning direction Y.
  • the width can be reduced.
  • the “width in the sub-scanning direction Y of the inspection light Cd scanned on the screen 103” here is the length in the sub-scanning direction Y of the region scanned with the inspection light Cd on the screen 103.
  • the period Q includes the reciprocating switching position Y4 in the sub-scanning direction Y
  • the length from the start sub-scanning position Yds at which the inspection light Cd starts to be emitted to the reciprocating switching position Y4 or from the reciprocating switching position Y4. This is the longer of the length to the end sub-scanning position Yde where the inspection light Cd has ended emission.
  • the inspection light Cd starts to be emitted for the “width in the sub-scanning direction Y of the inspection light Cd scanned on the screen 103”. This is the length from the started sub-scanning position Yds to the end sub-scanning position Yde at which the emission ends. Therefore, if the period Q is the same, the width of the inspection light Cd scanned on the screen 103 in the sub-scanning direction Y is shorter when the period Q includes the reciprocating switching position Y4 in the sub-scanning direction Y. can do.
  • the inspection timing adjustment unit 22 makes the start sub-scanning position Yds at which emission of the inspection light Cd in the sub-scanning direction Y starts to be substantially the same as the end sub-scanning position Yde at which emission ends. If the start sub-scanning position Yds and the end sub-scanning position Yde are substantially the same, the difference between the start sub-scanning position Yds and the end sub-scanning position Yde is the range from the scanning range Y1 to Y4 in the sub-scanning direction Y. It shall indicate that it is within 5% of the length. Thereby, the width in the sub-scanning direction Y of the inspection light Cd scanned on the screen 103 can be further reduced.
  • FIG. 7A is a diagram showing a change in the period Q during which the light source 11 emits the inspection light Cd
  • FIG. 7B shows the emission timing of the inspection light Cd when the surroundings are bright
  • FIG. 7C is a diagram showing the emission timing of the inspection light Cd when the surrounding is dark.
  • the start time ts for terminating the light Cd is advanced (from the end time te1 in FIG. 7B to te2 in FIG. 7C).
  • the width in the sub-scanning direction Y of the inspection light Cd scanned on the screen 103 when the surrounding environment is dark (the length from the start sub-scanning position Yds2 to the end sub-scanning position Yde2) is bright.
  • the width (the length from the start sub-scanning position Yds1 (end sub-scanning position Yde1) to the reciprocating switching position Y4).
  • the amount of stray light directed toward the observer 3 is suppressed by the diffusion or irregular reflection of the inspection light Cd scanned on the screen 103. Can do.
  • the distance H from the boundary (sub-scanning position Y3) in the sub-scanning direction Y of the effective display area 103a to the area irradiated with the inspection light Cd is the start sub-scanning position Yds1 (end sub-scanning position Yde1) when bright.
  • the distance H1 from the display sub-scanning position Y3 to the display end sub-scanning position Y3 is longer than the distance H2 from the start sub-scanning position Yds2 to the display end sub-scanning position Y3. That is, the area irradiated with the inspection light Cd when dark is farther from the effective display area 103a than when bright.
  • the inspection time adjusting unit 22 can reliably increase the distance H between the effective display area 103a and the area irradiated with the inspection light Cd, as shown in FIG. It is preferable that the start time ts to be started is delayed and the start time ts to end the inspection light Cd is advanced.
  • the inspection timing adjustment unit 22 is not limited to this, and when the illuminance determination unit 21 determines that the surrounding environment is dark, the inspection timing adjustment unit 22 delays the start timing ts at which the inspection light Cd starts, or the inspection light Cd. Any processing for increasing the start timing ts to be terminated may be executed.
  • FIG. 8 is a flowchart of “light intensity correction processing” performed by the image generation unit 100 of the present embodiment.
  • step S1 the illuminance determination unit 21 acquires external illuminance from the external light sensor 500 provided in the HUD device 1, and determines whether the environment in which the virtual image V is displayed is bright or dark based on the external illuminance.
  • step S2 the inspection time adjustment unit 22 delays the start time ts of the inspection light Cd to the light source 11 and / or the inspection light Cd based on the determination result of the illuminance determination unit 21 when the surrounding environment is dark. By shortening the end start time ts, the period Q during which the inspection light Cd is emitted is shortened.
  • the adjustment of the start time ts and the end start time ts performed by the inspection time adjustment unit 22 may be a two-stage adjustment in the brightness of the surrounding environment, and in three steps stepwise or continuously depending on the brightness of the surrounding environment. The above adjustment may be used.
  • the inspection time adjustment unit 22 may read the start time ts and the end start time ts from a storage unit (not shown) according to the brightness of the surrounding environment, or may be obtained by calculation based on the brightness of the surrounding environment.
  • step S3 the inspection time adjustment unit 22 determines whether the start time ts of the inspection light Cd determined in step S2 is reached (or the scan position of the scanning unit 102 is at the start position Pds corresponding to the start time ts). To see if it ’s reached.) When it cannot be determined that the start time ts (start position Pds) of the inspection light Cd is reached (No in step S3), the light source control unit 23 proceeds to step S4, and the combined laser for generating the image M on the light source 11 Light C is output, and an image M is generated in the effective display area 103 a of the screen 103.
  • the inspection time adjustment unit 22 determines that the inspection time Cd is the start time ts (start position Pds) (Yes in Step S3), the light source control unit 23 proceeds to Step S5 and is determined in Step S2. At the disclosure time ts (start position Pds), the light source 11 starts to emit the inspection light Cd.
  • step S6 the light source control unit 23 emits the inspection light Cd in the period Q between the start time ts and the end time te determined by the inspection time adjustment unit 22 in step S2, and then the inspection light Cd. Is stopped, and the process proceeds to step S7.
  • the light source control unit 23 acquires the detection signal Sd of the inspection light Cd from the light intensity detection unit 16 (or the light intensity detection unit 16 via the variable amplifier 16a) and stores it in the storage unit.
  • the gain controller 24 may change the amplification factor of the variable amplifier 16a according to the period Q during which the inspection light Cd is emitted while the inspection light Cd is emitted in steps S5 to S6.
  • step S8 the light source control unit 23 determines whether or not the detection signals Sd for all the color lights RGB have been acquired. When it is determined that the light source control unit 23 has not acquired the detection signals Sd for all the color lights RGB (NO in step S8), the process returns to step S3 to detect the light sources 11 of different light colors. When it is determined that the light source control unit 23 has acquired the detection signals Sd for all the color lights RGB (YES in step S8), the control unit 20 (light source control unit 23) proceeds to step S9 and is suitable for external illuminance. The light source drive data of each light source 11a, 11b, 11c is corrected so that the image M can be displayed with desired luminance and desired white balance.
  • the light source control unit 23 generates the inspection light Cd in the light source drive data based on the detection signal Sd of the inspection light Cd emitted at a high gradation of 90 to 100% of the gradation of the light source drive data.
  • the control value associated with the emitted gradation is corrected.
  • the light source control unit 23 also corrects the control values associated with other gradations based on the correction amount of the control value associated with the gradation from which the inspection light Cd is emitted. Thereby, new light source drive data is generated.
  • the switching between the old and new light source drive data is preferably at the timing when the scanning position of the scanning unit 102 is in the continuous non-display area 103d.
  • the light source control unit 23 detects not only the light intensity of only the inspection light Cd of one gradation, but also the light intensities of the inspection light Cd of other gradations, and each of the light sources 11a, 11b, In 11c, new light source drive data may be generated based on the detection signals Sd of the plurality of inspection lights Cd.
  • the acquisition of the detection signal Sd based on the light intensity in steps S5 to S7 can be performed for a plurality of colors per frame F, but is desirably performed for each color.
  • the brightness and white balance of the image M are adjusted by correcting the driving of the light sources 11a, 11b, and 11c (light source driving data) based on the detection signal Sd from the light intensity detection unit 16.
  • the drive of the light control unit 14 is corrected based on the detection signal from the light intensity detection unit 16.
  • the brightness and white balance may be adjusted.
  • the light control unit 14 may be provided not on the optical path of the combined laser beam C but on each of the laser beams B, G, R before being combined. With such a configuration, the laser beam B, G, R Can be dimmed individually.
  • the emission time of the inspection light Cd may be determined based on information on the scanning position from the scanning unit 102, may be determined based on a drive signal for driving the light source 11, and the vehicle 2 may be determined based on the timing of inputting the vehicle information or the image signal input from 2.
  • the light detection is performed while generating the image M by using the transmission film (light branching means).
  • the light intensity detection unit 16 is an area on the screen 103 that the observer 3 does not normally visually recognize.
  • the non-display areas (103b, 103c, 103d) may be arranged at a position for receiving the light intensity of the laser light scanned.
  • a light guide unit (not shown) formed of a translucent resin material that guides the light in the area irradiated with the inspection light Cd to the light intensity detection unit 16 may be provided.
  • HUD device 3 observer 10: laser light output unit 11: light source 11a: first light source 11b: second light source 11c: third light source 12: condensing unit 13: light combining unit 14: light control unit 15: light branching Unit 16: Light intensity detection unit 16a: Variable amplifier 20: Control unit 21: Illuminance determination unit 22: Inspection timing adjustment unit 23: Light source control unit 24: Gain control unit 100: Image generation unit 101: Laser light output unit 102: Scanning Part 103: Screen 103a: Effective display area 103b: Continuous non-display area 103c: Intermittent non-display area 103d: Continuous non-display area 200: First reflective part 300: Second reflective part 400: Housing 410: Translucent part 500: Ambient light sensor 600: vehicle ECU C: Synthetic laser light C1: Reflected light Cd: Inspection light F: 1 frame Fa: Scanning forward period Fb: Scanning return period H: Distance H1: Distance H2: Distance K: Display light M: Image P1: Scanning start

Abstract

迷光による表示品位の低下を抑制する。 光源11が出射するレーザー光の光強度をフィードバックすることで、画像Mを表示するための光源11の制御値を調整するレーザー光出力制御装置101において、照度判定部21は、周囲環境の照度を推定可能な照度信号、または外部より画像Mの輝度を制御する要求輝度信号を取得し、周囲環境の明るさを判定し、検査時期調整部22は、照度判定部21が周囲環境を暗いと判定した場合、周囲環境が明るい場合と比べて、光源11が検査用光Cdを出射させる期間Qを短くさせ、光源制御部23は、光源11が出射する検査用光Cdの光強度の積算値Sdを取得し、光源11を駆動する制御値を調整する。

Description

レーザー光出力制御装置およびレーザー走査型表示装置
 本発明は、レーザー光源を制御するレーザー光出力制御装置と、このレーザー光出力制御装置から出射された光を2次元的に走査することにより画像を生成するレーザー走査型表示装置に関するものである。
 レーザー走査型表示装置は、例えば、レーザー光出力制御装置が出射したレーザー光を走査部がスクリーン上に走査することで画像を生成するものである。このようなレーザー走査型表示装置は、使用環境の温度変化等により、出射される光の光強度が変化してしまい、生成される画像が所望の輝度や色で表示されないといった問題があった。
 このような問題を解決するため、レーザー光の光強度を検出し、この検出した光強度に基づき、レーザー光の出力を調整することで、所望の光強度を出力させる技術が知られている。
 また、特許文献1には、光源からの光を受光し、一部を反射光として光センサの方向に反射し、一部を透過光として走査部側へ透過する反射透過部を備え、光源から出力される光の反射光を光センサに入光させ、光センサの検出信号を下に、光源の駆動を補正するものが開示されている。光センサで検出する光は予め定められた出力強度(制御値)で駆動された光源が出射する光(検出用の光)の反射光(検出用の光の反射光)である。ちなみに、この検出用光は、ユーザが視認できないスクリーン上の不可視領域に走査部がレーザー光を向けている際に出力される。
 レーザー走査型表示装置の走査部は、光源から出射される光を、左右方向の主走査を複数回行いながら、前記主走査方向と直交する上下方向の副走査を行う。走査部が走査可能な領域は、ユーザが視認可能な可視領域と、それ以外はユーザが視認しづらい不可視領域とにより構成される。典型的には、可視領域は、走査部が走査可能な領域の概ね中央に位置する矩形形状の領域であり、不可視領域は、可視領域の左右方向(主走査方向)の両端外側、および上下方向(副走査方向)の両端外側、を含む可視領域を取り囲んだ中空矩形形状の領域である。
 前述したように、スクリーン上のユーザが視認できない領域に走査部がレーザー光を向けている際に検査用光が出力されるため、スクリーン上に走査された検査用光は、ユーザから視認されないはずであるが、実際にはスクリーンでの拡散や乱反射によりスクリーンの不可視領域に投射された検査用光の一部が迷光となり、ユーザに視認されてしまう。
 検査用光の迷光がユーザに視認されないように、特許文献2では、スクリーン上のユーザに視認される可視領域から離れた位置に検査用光を投射するために、副走査方向の往復の切り替え地点付近で光源に検査用光を出射させる技術が開示されている。
特開2014-086426号公報 国際公開第2017/145859号
 しかしながら、スクリーン上の可視領域と検査用光を出射する領域とを離すには、スクリーン上にユーザに視認されない不可視領域を大きく設ける必要があり、スクリーンを大きくする必要があった。また、不可視領域を大きくするということは、走査部が走査する総時間のうち可視領域を走査するのに掛けられる時間が短くなり、表示効率が低下してしまうおそれがあった。
 したがって、本発明は、迷光による表示品位の低下を抑制するレーザー光出力制御装置と、このレーザー光出力制御装置を用いたレーザー走査型表示装置を提供する。
 第一の実施形態におけるレーザー走査型表示装置は、光源(11)が出射するレーザー光の光強度をフィードバックすることで画像(M)を表示するための前記光源(11)の制御値を調整するレーザー光出力制御装置(101)において、周囲環境の照度を推定可能な照度信号、または外部より前記画像(M)の輝度を制御する要求輝度信号を取得し、周囲環境の明るさを判定する照度判定部(21)と、前記照度判定部(21)が前記周囲環境を暗いと判定した場合、前記周囲環境が明るい場合と比べて、前記光源(11)が検査用光(Cd)を出射させる期間(Q)を短くさせる検査時期調整部(22)と、前記光源(11)が出射する前記検査用光(Cd)の光強度の積算値(Sd)を取得し、前記光源(11)を駆動する前記制御値を調整する光源制御部(23)と、を備える。
 本発明は、迷光による表示品位の低下を抑制することができる。
本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の搭載態様を説明するための図である。 上記実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の概略断面の例を示す図である。 上記実施形態のレーザー光出力部の概略断面の例を示す図である。 上記実施形態のレーザー光出力部の電気的構成を説明するブロック図である。 上記実施形態のレーザー走査型表示装置におけるスクリーン上の走査態様の例を示す図である。 図6(a)は、副走査位置の時間推移を示す図、図6(b)は、図6(a)の時間推移に対応した検査用光の出射時期を示す図、図6(c)は、図6(a)の時間推移に対応した検出信号の例を示す図である。 図7(a)は、副走査位置の時間推移を示す図、図7(b)は、図6(a)の時間推移に対応しており、周辺環境が明るい場合の検査用光の出射時期を示す図、図6(c)は、図6(a)の時間推移に対応しており、周辺環境が暗い場合の検出信号の例を示す図である。 上記実施形態の制御部が行う光強度補正処理の例を示すフロー図である。
 以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は下記の実施形態(図面の内容も含む。)によって限定されるものではない。下記の実施形態に変更(構成要素の削除も含む)を加えることができる。また、以下の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略する。
 本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置(HUD装置)1は、図1に示すように、車両2のダッシュボードに配設され、所定の情報を報知する画像M(図2参照)を表す表示光Kをウインドシールド(透過反射部の一例)2aに向けて出射する。フロントウインドシールド2aで反射した表示光Kは、観察者3(主に、車両2の運転者)により、フロントウインドシールド2aの前方に形成された虚像Vとして視認される。
 図1のHUD装置1は、図2に示したように、画像Mを生成する画像生成部(レーザー走査型表示装置)100と、画像生成部100が生成した画像Mの表示光Kをフロントウインドシールド2aに向けるリレー光学部である第一反射部200,第二反射部300と、これら画像生成部100,第一反射部200,第二反射部300などを収納する筐体400と、HUD装置1の外部の照度を検出する外光センサ500と、により構成される。
 図2の第一反射部(リレー光学部)200、第二反射部(リレー光学部)300は、例えば、平面または曲面のミラー等からなり、スクリーン103に表示された画像Mを表す表示光Kを受け、この表示光Kをフロントウインドシールド2aに向けて反射する。なお、凹面状の曲面を有する第二反射部300は、典型的には、画像生成部100が生成する画像Mを拡大する機能、フロントウインドシールド2aの歪みを補正し、歪みのない虚像Vを視認させる機能、虚像Vをユーザから所定の距離だけ離れた位置で結像させる機能などを有する。なお、本実施形態では、リレー光学部は、第一反射部200と第二反射部300との2つの反射型の光学部材であるが、例えば、一方の反射型のリレー光学部(第二反射部300)を省略したり、または他の反射型のリレー光学部を追加したりしてもよい。また、リレー光学部は、反射型のリレー光学部のみではなく、レンズなどの屈折型や回折型への置き換えや組み合わせであってもよい。
 筐体400は、レーザー光出力部101と、走査部102と、スクリーン103と、第一反射部200と、第二反射部300等を収納するものであり、遮光性の部材により形成され、一部に表示光Kを透過する透光部410を有する。また、例えば、透光部410の内面には、外光センサ500が配設され、この外光センサ500は、HUD装置1の外部照度を検出し、外部照度に関する情報を後述する制御部20に出力する。
(画像生成部(レーザー走査型表示装置)100)
 画像生成部100は、レーザー光を二次元的に走査することで表示面(スクリーン103)上に画像Mを生成する。画像生成部100は、例えば、合成レーザー光Cを出射するレーザー光出力部101と、レーザー光出力部101が出射した合成レーザー光Cを走査する走査部102と、この走査部102により走査された合成レーザー光Cを受光して画像Mを表示するスクリーン103と、により主に構成される。
 レーザー光出力部101は、後述する合成レーザー光Cを走査部102に向け出射するものであり、例えば、レーザー光出力部10と、レーザー光出力部10における、レーザー光出力部10に設けられた後述する光源11や、走査部102などを制御する制御部20と、により構成される。
 図3は、レーザー光出力部10の構成の例を示す図である。レーザー光出力部10は、光源11と、集光部12と、光合成部13と、調光部14と、光分岐部15と、光強度検出部16と、制御部(レーザー光出力制御装置)20と、から主に構成される。
 図3の光源11は、色の異なる色光を出射する複数の光源を有し、例えば、青色のレーザー光Bを出射する第一光源11aと、緑色のレーザー光Gを出射する第二光源11bと、赤色のレーザー光Rを出射する第三光源11cと、から構成される。光源11は、具体的に例えば、各色256階調の光強度出力が可能であり、後述する制御部20が決定する制御値に基づいて、所望の光強度のレーザー光を出射する。
 図3の集光部12は、各光源11a,11b,11cが出射した各レーザー光B,G,Rを集光し、スポット径を小さくして収束光とするものであり、例えば、第一光源11aから出射される青色レーザー光Bの光路上に位置し、青色のレーザー光Bを集光する第一集光部12aと、第二光源11bから出射される緑色レーザー光Gの光路上に位置し、緑色のレーザー光Gを集光する第二集光部12bと、第三光源11cから出射される赤色レーザー光Rの光路上に位置し、赤色のレーザー光Rを集光する第三集光部12cと、から構成される
 図3の光合成部13は、各光源11a,11b,11cから出射され、集光部12を介して到達した各レーザー光B,G,Rの光軸を合わせて合成レーザー光Cとして出射するものであり、青色のレーザー光Bの光軸を調整する第一光合成部13aと、緑色のレーザー光Gの光軸を調整する第二光合成部13bと、赤色のレーザー光Rの光軸を調整する第三光合成部13cと、を有する。
 図3の調光部14は、例えば、VA(Vertialignment)型の液晶素子14aと、この液晶素子14aを挟む吸収型または反射型の2枚の偏光フィルタ(偏光板)14b,14cとを備え、後述する制御部20が設定した調光率に基づき、液晶素子14aを、パルス振幅変調(Pulse Amplitude Modution:PAM)方式やパルス幅変調(Pulse Width Modution:PWM)方式で駆動することにより、調光部14を通過する合成レーザー光Cの透光率を変化させ、調光部14に入力した合成レーザー光Cを所望の光強度に調整する(調光する)。なお、調光部14は、レーザー光R、レーザー光G、レーザー光Bを合成した合成レーザー光Cを受光する位置に配置されるのではなく、光合成部13で合成される前のレーザー光R、レーザー光G、レーザー光Bそれぞれの光路に設けられてもよい。また、調光部14は、透過型液晶素子ではなく、反射型のLCoS(Liquid Crystal On Silicon)等で構成されてもよい。調光部14は、図示しない調光制御部の制御のもと、後述する外光センサ500が検出する外部照度に基づいて、調光率が設定されてもよい。具体的に例えば、外部照度が高い(明るい)場合には、高輝度の画像Mを表示するため、調光部14の調光率は高く設定され、外部照度が低い(暗い)場合には、低輝度の画像Mを表示するため、調光部14の調光率は低く設定される。また、調光部14は、液晶素子の焼きつきを防止するため、同じ大きさの印加電圧を正極および負極でそれぞれ印加される期間が同じになるように駆動されることが望ましい。また、調光部14における液晶素子14aと2枚の偏光フィルタ14b,14cは、図3に示されるように液晶素子14aを介して合成レーザー光Cの光路上に連続するように設けられていなくてもよく、それぞれ離れた位置に設けられてもよい。なお、液晶素子14aよりも光源11側に位置する偏光フィルタ14bは、省略されてもよい。また、調光部14は、省略されてもよい。
 図3の光分岐部15は、例えば、5%程度の反射率を有する透過性部材からなり、調光部14から走査部102までの間の合成レーザー光Cの光路上に配設され、調光部14からの合成レーザー光Cの大部分をそのまま透過させるが、一部の光を反射光C1として後述する光強度検出部16の方向へ反射させる。なお、光分岐部15は、透過した光を光強度検出部16に向かわせ、反射した光を出射方向(走査部102の方向)に向かわせてもよい。
 図3の光強度検出部16は、例えば、フォトダイオードやカラーセンサ等からなり、光分岐部15で反射した反射光C1を受光し、受光した反射光C1の光強度を検出する。光強度検出部16は、図示しない積分回路を有しており、受光した反射光C1の光強度を積分した検出信号Sdを後述する制御部20に出力する。なお、光強度検出部16は、制御部20との間に、検出信号Sdを可変の増幅率で増幅させる可変増幅器16aを有していてもよい。
 図4は、図2に示されるレーザー光出力部101の電気的構成を説明するブロック図である。レーザー光出力部101の制御部20は、回路で構成され、回路は、少なくとも1つのプロセッサ(例えば、中央処理装置(CPU))、少なくとも1つの特定用途向け集積回路(ASIC)、および少なくとも1つの特定用途向け集積回路(ASIC)、および/または、少なくとも1つのフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などの少なくとも1つの半導体集積回路を含む。少なくとも1つのプロセッサは、少なくとも1つのコンピュータ読み取り可能で有形な記録媒体から1つまたは複数の命令を読み取ることにより、照度判定部21、検査時期調整部22、光源制御部23、ゲイン制御部24、図示しない調光部14を制御する調光制御部、およびスキャナ制御部を含む制御部20の機能の全部または一部を実行することができる。そのような記録媒体は、ハードディスクのような任意のタイプの磁気媒体、CDおよびDVDのような任意のタイプの光学媒体、揮発性メモリのような任意のタイプの半導体メモリ、および不揮発性メモリを含む。揮発性メモリはDRAMおよびSRAMを含み、不揮発性メモリはROMおよびNVROMを含む。半導体メモリは、少なくとも1つのプロセッサと共に回路の一部となる半導体回路でもある。ASICは、図4に示す機能ブロックの全部または一部を実行するようにカスタマイズされた集積回路であり、FPGAは、製造後に、図4に示す機能ブロックの全部または一部を実行できるように設計された集積回路である。
 照度判定部21は、HUD装置1が虚像Vを表示する環境(HUD装置1の周囲環境)における外部照度(照度信号)を入力し、周囲環境の明るさを判定し、判定結果を検査時期調整部22に出力する。照度判定部21は、例えば、HUD装置1に設けられた外光センサ500から外部照度を入力し、この外部照度に基づいて、虚像Vを表示する環境が明るいか暗いかを判定する。
 他の実施形態として、照度判定部21は、車両2に設けられたカメラが車両2の前方(車両2の進行方向)を撮像した撮像画像を入力し、撮像画像の輝度を解析することで周囲環境の明るさを判定してもよい。すなわち、特許請求の範囲に記載の『周囲環境の照度を推定可能な照度信号』は、カメラによる撮像画像も含んでもよい。また、車両2に設けられた図示しない通信部を利用した車車間通信(V2V)または/および路車間通信(V2P)により周囲環境の照度を推定可能な情報(照度信号)を入力してもよい。また、照度判定部21は、車両2ECU600から虚像Vの輝度を制御するための要求輝度信号を入力し、これに基づいて、周囲環境の明るさを判定してもよい。この場合、照度判定部21は、要求輝度信号により、高い輝度が要求される場合、周囲環境が明るいと判定してもよい。
 検査時期調整部22は、照度判定部21の判定結果に基づき、光源11に検査用光Cdの出射を開始させる時期(以下では、開始時期とも呼ぶ)ts、または/および検査用光Cdの出射を終了させる時期(以下では、終了時期とも呼ぶ)teを制御することで、検査用光Cdが出射される期間Qを調整する。検査時期調整部22は、照度判定部21により周囲環境が暗いと判定される場合、検査用光Cdの開始時期tsを遅くするまたは/および検査用光Cdの終了開始時期tsを早くすることで、光源11に検査用光Cdを出射させる期間Qを短くさせることができ、照度判定部21により周囲環境が明るいと判定される場合、検査用光Cdの開始時期tsを早くする、または/および検査用光Cdの終了開始時期tsを遅くすることで、光源11に検査用光Cdを出射させる期間Qを長くさせることができる。検査時期調整部22は、走査部102または走査部102を制御する図示しないスキャナ制御部から取得される走査部102の走査位置を示す信号や特定の走査位置にあるタイミングで出力されるタイミング信号、図示しないタイミング調整部から出力される走査部102の走査位置と光源11の出射タイミングとを同期させる同期信号等を基準に、検査用光Cdの開始時期tsおよび終了開始時期tsを調整してもよい。
 光源制御部23は、出射するレーザー光の色が異なる光源11a,11b,11c毎に設けられた光源駆動データを図示しない記憶部から読み出すことで、所望の光強度のレーザー光を光源11a,11b,11cに出射させる。この光源駆動データは、例えば、8ビット256階調毎に各光源11a,11b,11cを駆動するため電流値(制御値の一例)を対応づけたデータである。しかしながら、同じ電流値(制御値)で光源11を駆動した場合であっても、光源11および調光部14の経年特性変化や温度などの使用環境の違いによる特性変化に起因して、所望の階調を表現することが困難である。本実施形態の画像生成部100は、レーザー光出力部101が、検査用のレーザー光である検査用光Cdを出射し、この検査用光Cdを光強度検出部16が検出したレーザー光の光強度に関する検出信号Sdに基づき、前記光源駆動データを補正する光強度補正処理を実行することで、異なる色光を出射する光源11それぞれで所望の階調表現ができるため、ホワイトバランスが良好な画像Mを表示することができる。
 また、光源制御部23は、各光源11a,11b,11cを、光源駆動データのうち高い階調で駆動することで検査用光Cdを出射させる。具体的には、階調の90~100%としてもよい。検査用光Cdを高い階調の光とすることで、検査用光Cdの光強度が大きくなるため、後述する光強度検出部16からの検出信号が大きくなり、検出信号に対するノイズの比であるS/N比(Signal-Noise ratio)を低くすることができ、精度良い光強度検出が可能となる。なお、制御部20は、各光源11a,11b,11cに検査用光Cdを出射させるため、前記光源駆動データとは別の、検査用光Cdを出射させる専用の駆動データを有していてもよい。また、光源制御部23は、照度判定部21が判定する周辺環境の明るさに応じて、検査用光Cdの光強度(検査用光Cdを出射させるための制御値)を同じにしなくてもよい。具体的には、光源制御部23は、周囲環境が暗いと判定された場合に光源11から出射される検査用光Cdの光強度を、周囲環境が明るいと判定された場合に光源11から出射される検査用光Cdの光強度より低くしてもよい。これにより、周辺環境が暗い場合に検査用光Cdが弱くなるため、検査用光Cdの拡散や乱反射により観察者3に向かう迷光の光量を抑えることができる。
 可変増幅器16aは、制御部20と光強度検出部16との間に配置され、光強度検出部16からの検査用光Cdの光強度の検出信号Sdを増幅し、ゲイン制御部24は、可変増幅器16aの増幅率(利得、ゲイン)を制御する。ゲイン制御部24は、検査用光Cdが出射される期間Qの長さに応じて、増幅率を制御してもよい。具体的には、ゲイン制御部24は、検査用光Cdが出射される期間Qが短くなる場合(照度判定部21が周囲環境を暗いと判定された場合)、増幅率を大きくすることで、検査用光Cdが出射される期間Qが短くても制御部20に入力される検出信号Sdの大きさを大きくすることができる。なお、ゲイン制御部24は、検査用光Cdを出射させる期間Qに反比例した増幅率に可変増幅器16aを設定してもよい。これにより、検査用光Cdが出射される期間Qが異なっていても制御部20に入力される検出信号Sdの大きさを概ね揃えることができ、光源駆動データを補正する光強度補正処理を期間Qの違いがあっても共通の処理とすることができる、または期間Qの違いによる光強度補正処理の変化を小さく抑えることができる。
 さらに、ゲイン制御部24は、調光部14の調光率によって、増幅率を変化させてもよい。調光部14の調光率によって、光強度検出部16が受光する検査用光Cdの光強度が変化する。外部照度が高い(明るい)場合には、輝度の高い画像Mを表示するため、調光部14の調光率は高く設定される。したがって、外部照度が高い(明るい)場合には、光強度検出部16が受光する検査用光Cdの光強度は大きくなる。他方、外部照度が低い(暗い)場合には、輝度の低い画像Mを表示するため、調光部14の調光率は低く設定される。したがって、光強度検出部16が受光する検査用光Cdの光強度は小さくなる。制御部20は、例えば、調光部14の調光率が低く設定され、検査用光Cdの光強度が小さい場合、ゲイン制御部24は、光強度検出部16から制御部20に入力される検出信号を可変増幅器16aに適宜増幅させる。これにより、調光部14の作用により、検査用光Cdの光強度が小さい場合であっても、信号強度を増大させることができ、精度の高い光強度検出が可能となる。
 図5は、図2に示される走査部102がスクリーン103上に合成レーザー光Cを走査する態様の例を示した図である。
 走査部102は、レーザー光出力部10からの合成レーザー光Cを受光し、図示しないスキャナ制御部の制御のもとで、受光した合成レーザー光Cを、図5に示すように、スクリーン103上を主走査方向Xに複数回走査しながら副走査方向Yに走査し、所望の画像Mをスクリーン103上に表示する。
 スクリーン103は、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等から構成され、走査部102が走査した合成レーザー光Cを背面で受光し、前面側に画像Mを表示し、表面から画像Mを示す表示光Kを第一反射部200(リレー光学部)に向けて出射する。本実施形態では、スクリーン103は、透過型であるが、反射型であってもよい。
 スクリーン103は、例えば、図5の太線枠で示すスクリーン103の外形より小さく、観察者3が虚像Vとして視認可能な領域(つまり、第一反射部200等で反射され、表示光Kとして外部へ出射する領域)である有効表示エリア103aと、図5で塗りつぶして示す有効表示エリア103aの周りを囲む領域であり、観察者3が通常視認しない領域である非表示エリア(103b,103c,103d)と、に分類される。この非表示エリアは、主走査方向Xで有効表示エリア103aと隣り合った領域であり、走査部102の主走査の折り返し地点を含み、主走査をしているときに断続的に有効表示エリア103aから切り替わる断続非表示エリア103c(図5の有効表示エリア103aの左右領域)と、副走査方向Yで有効表示エリア103aと隣り合った領域を含み、主走査をしているときに連続的に有効表示エリア103a外を走査する連続非表示エリア103b,103d(図5の有効表示エリア103aの上下領域)と、に分類される。
 図6(a)は、走査部102の副走査方向Yにおける走査位置の時間tの推移を示す図であり、図6(b)は、光源11が検査用光Cdを出射する時期を示す図であり、図6(c)は、光強度検出部16から出力される検出信号Sdの時間tの推移を示す図である。走査部102は、合成レーザー光Cを、スクリーン103の走査開始位置P1から走査終了位置P4まで走査していき、走査終了位置P4に到達すると再び走査開始位置P1に戻る。画像Mを生成する1フレームFは、走査部102が副走査方向Yの正方向に副走査しながら画像Mを生成する走査往路期間Faと、走査部102が副走査方向Yの負方向に高速(走査往路期間Faよりも副走査方向Yの速度が速い)で副走査する走査復路期間Fbと、に分類される。すなわち、1フレームFは、走査部102の走査位置が走査開始位置P1から走査を開始し、有効表示エリア103a上の端部である表示開始位置P2および表示終了位置P3を経由し、その後、走査終了位置P4に到達してから再び走査開始位置P1に帰還するまでの期間であり、ヒトがちらつきを視認できる臨界融合周波数以上の1/60秒未満(60Hz以上)に設定される。
 検査時期調整部22は、走査部102の走査位置が、副走査方向Yの折り返し地点(往復切り替え地点)を含む連続非表示エリア103d内にある所定の開始時期tsで、光源11(光源11a,11b,11cのいずれか一つ)に検査用光Cdの出射を開始させ、所定の期間Qが経過した後、終了時期teで検査用光Cdの出射を終了させる。光強度検出部16は、図3に示したように、走査部102に向かう合成レーザー光Cの走査部102に向かわない分岐された反射光C1(検査用光Cd)を検出するものであり、走査部102の走査位置に依らず、検査用光Cdの光強度を検出可能であり、図示しない積分回路により検出した光強度を時間積分した積分値として検出信号Sdを制御部20に出力する(図6参照)。なお、検出信号Sdにおける積分値は、新たな検査用光Cdが検出されるまでに、リセット(電圧信号をゼロ)されることが好ましい。
 また、検査時期調整部22は、走査部102の走査位置が後述する副走査方向Yの往復の切り替え位置Y4に到達する前に検査用光Cdの出射を開始させ、かつ往復の切り替え位置Y4に到達した後に検査用光Cdの出射を終了させてもよい。これにより、検査用光Cdが出射されている期間Q中で、走査部102の走査位置が副走査方向Yで折り返されるため、スクリーン103上に走査される検査用光Cdの副走査方向Yの幅を小さくすることができる。ここでいう『スクリーン103上に走査される検査用光Cdの副走査方向Yの幅』とは、スクリーン103上で検査用光Cdが走査された領域の副走査方向Yの長さであり、期間Qに副走査方向Yの往復の切り替え位置Y4が含まれる場合、検査用光Cdが出射開始された開始副走査位置Ydsから往復の切り替え位置Y4までの長さ、または往復の切り替え位置Y4から検査用光Cdが出射終了された終了副走査位置Ydeまでの長さのいずれか長い方である。他方、期間Qに副走査方向Yの往復の切り替え位置Y4が含まれない場合、『スクリーン103上に走査される検査用光Cdの副走査方向Yの幅』は、検査用光Cdが出射開始された開始副走査位置Ydsから出射終了された終了副走査位置Ydeまでの長さである。したがって、期間Qが同じであれば、期間Qに副走査方向Yの往復の切り替え位置Y4が含まれた方が、スクリーン103上に走査される検査用光Cdの副走査方向Yの幅を短くすることができる。なお、より好ましくは、検査時期調整部22は、副走査方向Yにおける検査用光Cdを出射開始する開始副走査位置Ydsと出射終了させる終了副走査位置Ydeとを略同じにする。ここでいう開始副走査位置Ydsと終了副走査位置Ydeとを略同じにするとは、開始副走査位置Ydsと終了副走査位置Ydeとの差が、副走査方向Yの走査範囲Y1~Y4までの長さの5%以内であること指すものとする。これにより、スクリーン103上に走査される検査用光Cdの副走査方向Yの幅をより小さくすることができる。
 なお、図7(a)は、光源11が検査用光Cdを出射させる期間Qが変化した様子を示した図、図7(b)は、周囲が明るい場合の検査用光Cdの出射時期を示した図、図7(c)は、周囲が暗い場合の検査用光Cdの出射時期を示した図である。検査時期調整部22は、照度判定部21が周囲環境を暗いと判定した場合、周囲環境が明るい場合と比べて、光源11が検査用光Cdを出射させる期間Qを短くする(図7(b)の期間Q1から図7(c)のQ2にする)。具体的には、検査時期調整部22は、検査用光Cdを開始する開始時期tsを遅くし(図7(b)の開始時期ts1から図7(c)のts2にする)、かつ検査用光Cdを終了する開始時期tsを早くする(図7(b)の終了時期te1から図7(c)のte2にする)。この場合、周囲環境が暗い場合のスクリーン103上に走査される検査用光Cdの副走査方向Yの幅(開始副走査位置Yds2から終了副走査位置Yde2までの長さ)は、周囲環境が明るい場合の幅(開始副走査位置Yds1(終了副走査位置Yde1)から往復の切り替え位置Y4までの長さ)より短くなる。スクリーン103上に走査される検査用光Cdの副走査方向Yの幅が短くなることで、スクリーン103に走査された検査用光Cdが拡散や乱反射により観察者3に向かう迷光の光量を抑えることができる。
 また、有効表示エリア103aの副走査方向Yの境界(副走査位置Y3)から検査用光Cdが照射されるエリアまでの距離Hは、明るい場合では開始副走査位置Yds1(終了副走査位置Yde1)から表示終了副走査位置Y3までの距離H1であるのに対して、暗い場合では開始副走査位置Yds2から表示終了副走査位置Y3まで距離H2となり、長くなる。すなわち、暗い場合に検査用光Cdが照射されるエリアは、明るい場合に比べて、有効表示エリア103aから離れる。スクリーン103上に走査される検査用光Cdの照射エリアが有効表示エリア103aから離れることで、スクリーン103に走査された検査用光Cdが拡散や乱反射による迷光が観察者3に向かいにくくなる。検査時期調整部22は、確実に有効表示エリア103aと検査用光Cdが照射されるエリアまでの距離Hを長くすることができるため、図7(c)に示すように、検査用光Cdを開始する開始時期tsを遅くし、かつ検査用光Cdを終了する開始時期tsを早くすることが好ましい。しかしながら、これに限定されず、検査時期調整部22は、照度判定部21が前記周囲環境を暗いと判定した場合、検査用光Cdを開始する開始時期tsを遅くする、または検査用光Cdを終了する開始時期tsを早くするいずれかの処理を実行させてもよい。
 図8は、本実施形態の画像生成部100が行う『光強度補正処理』のフローチャートである。
 ステップS1において、照度判定部21は、HUD装置1に設けられた外光センサ500から外部照度を取得し、この外部照度に基づいて、虚像Vを表示する環境が明るいか暗いかを判定する。
 ステップS2において、検査時期調整部22は、照度判定部21の判定結果に基づき、周囲環境が暗い場合、光源11に検査用光Cdの開始時期tsを遅くする、または/および検査用光Cdの終了開始時期tsを早くすることで、検査用光Cdが出射される期間Qを短くする。検査時期調整部22が行う開始時期tsおよび終了開始時期tsの調整は、周囲環境の明暗における2段階調整であってもよく、周囲環境の明るさに応じて、段階的または連続的に3段階以上の調整であってもよい。検査時期調整部22は、開始時期tsおよび終了開始時期tsを、図示しない記憶部から周囲環境の明るさに応じて読み出してもよく、周囲環境の明るさにより演算して求められてもよい。
 ステップS3では、検査時期調整部22は、ステップS2で決定した検査用光Cdの開始時期tsになったかを判定する(または、開始時期tsに該当する開始位置Pdsに走査部102の走査位置が到達したかを判定する)。検査用光Cdの開始時期ts(開始位置Pds)であると判定できない場合(ステップS3でNo)、光源制御部23は、ステップS4に移行し、光源11に画像Mを生成するための合成レーザー光Cを出力させ、スクリーン103の有効表示エリア103aに画像Mを生成する。
 また、光源制御部23は、検査時期調整部22が、検査用光Cdの開始時期ts(開始位置Pds)と判定した場合(ステップS3でYes)、ステップS5に移行し、ステップS2で決定した開示時期ts(開始位置Pds)で、光源11に検査用光Cdの出射を開始させる。
 ステップS6では、光源制御部23は、検査時期調整部22がステップS2で決定した開始時期tsと終了時期teとの間の期間Qにおいて、検査用光Cdを出射させた後、検査用光Cdの出射を停止し、ステップS7に移行する。光源制御部23は、光強度検出部16(または可変増幅器16aを介した光強度検出部16)から検査用光Cdの検出信号Sdを取得し、前記記憶部に記憶する。なお、ゲイン制御部24は、ステップS5~S6で検査用光Cdが出射されている間、可変増幅器16aの増幅率を検査用光Cdが出射される期間Qに応じて変化させてもよい。
 ステップS8において、光源制御部23は、色光RGB全ての検出信号Sdを取得したかを判定する。光源制御部23が色光RGB全ての検出信号Sdを取得していないと判定(ステップS8でNO)した場合、異なる光色の光源11について検出するべく、処理は、ステップS3に戻る。また、光源制御部23が色光RGB全ての検出信号Sdを取得したと判定(ステップS8でYES)した場合、制御部20(光源制御部23)は、ステップS9に移行し、外部照度に適した画像Mを所望の輝度、所望のホワイトバランスで表示できるように、各光源11a,11b,11cの光源駆動データを補正する。具体的に例えば、光源制御部23は、光源駆動データの階調の90~100%の高い階調で出射された検査用光Cdの検出信号Sdに基づき、光源駆動データにおける検査用光Cdを出射させた階調に対応付けられた制御値を補正する。そして、光源制御部23は、この検査用光Cdを出射させた階調に対応付けられた制御値の補正量に基づいて、他の階調に対応付けられた制御値も補正する。これにより、新たな光源駆動データが生成される。なお、新旧の光源駆動データの切り替わりは、走査部102の走査位置が連続非表示エリア103dであるタイミングが好ましい。また、光源制御部23は、1階調の検査用光Cdのみの光強度検出のみではなく、それ以外の複数の階調の検査用光Cdの光強度を検出し、各光源11a,11b,11cにおいて複数の検査用光Cdの検出信号Sdに基づいて、新しい光源駆動データを生成してもよい。
 なお、ステップS5乃至S7による光強度に基づく検出信号Sdの取得は、1フレームFにつき、複数色について実行することも可能であるが、1色ずつ行われることが望ましい。
[変形例]
 なお、本発明は、以上の実施形態および図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態および図面に変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。以下に、変形例の一例を記す。
 上記実施形態において、光強度検出部16からの検出信号Sdに基づいて、各光源11a,11b,11cの駆動(光源駆動データ)を補正することで、画像Mの輝度やホワイトバランスを調整していたが、光源駆動データの補正に代えて、あるいは、光源駆動データの補正に加えて、光強度検出部16からの検出信号に基づいて、調光部14の駆動を補正することで画像Mの輝度やホワイトバランスを調整してもよい。
 また、調光部14は、合成レーザー光Cの光路上ではなく、合成される前のレーザー光B,G,Rのそれぞれに設けてもよく、斯かる構成により、レーザー光B,G,Rを個別に調光制御することができる。
 また、検査用光Cdの出射時期は、走査部102からの走査位置に関する情報に基づいて決定されてもよく、また、光源11を駆動するための駆動信号に基づいて決定されてもよく、車両2から入力される車両情報または画像信号を入力するタイミングに基づいて決定されてもよい。
 また、上記実施形態において、透過膜(光分岐手段)を用いることにより画像Mを生成しながら光検出を行っていたが、光強度検出部16は、スクリーン103における観察者3が通常視認しない領域である非表示エリア(103b,103c,103d)に走査されたレーザー光の光強度を受光する位置に配置されてもよい。この場合、検査用光Cdが照射されるエリアの光を光強度検出部16に導光する透光性の樹脂材などで形成される図示しない導光部を設けてもよい。
1    :HUD装置
3    :観察者
10   :レーザー光出力部
11   :光源
11a  :第一光源
11b  :第二光源
11c  :第三光源
12   :集光部
13   :光合成部
14   :調光部
15   :光分岐部
16   :光強度検出部
16a  :可変増幅器
20   :制御部
21   :照度判定部
22   :検査時期調整部
23   :光源制御部
24   :ゲイン制御部
100  :画像生成部
101  :レーザー光出力部
102  :走査部
103  :スクリーン
103a :有効表示エリア
103b :連続非表示エリア
103c :断続非表示エリア
103d :連続非表示エリア
200  :第一反射部
300  :第二反射部
400  :筐体
410  :透光部
500  :外光センサ
600  :車両ECU
C    :合成レーザー光
C1   :反射光
Cd   :検査用光
F    :1フレーム
Fa   :走査往路期間
Fb   :走査復路期間
H    :距離
H1   :距離
H2   :距離
K    :表示光
M    :画像
P1   :走査開始位置
P2   :表示開始位置
P3   :表示終了位置
P4   :走査終了位置
Pds  :開始位置
Q    :期間
Q1   :期間
Sd   :検出信号
V    :虚像
X    :主走査方向
Y    :副走査方向

Claims (6)

  1.  光源(11)が出射するレーザー光の光強度をフィードバックすることで画像(M)を表示するための前記光源(11)の制御値を調整するレーザー光出力制御装置(101)において、
     周囲環境の照度を推定可能な照度信号、または外部より前記画像(M)の輝度を制御する要求輝度信号を取得し、前記周囲環境の明るさを判定する照度判定部(21)と、
     前記照度判定部(21)が前記周囲環境を暗いと判定した場合、前記周囲環境が明るい場合と比べて、前記光源(11)が検査用光(Cd)を出射させる期間(Q)を短くさせる検査時期調整部(22)と、
     前記光源(11)が出射する前記検査用光(Cd)の光強度の積算値(Sd)を取得し、前記光源(11)を駆動する前記制御値を調整する光源制御部(23)と、を備える、
    レーザー光出力制御装置。
  2.  前記検査時期調整部(22)は、前記周囲環境が明るい場合と比較し、前記周囲環境が暗い場合の前記検査用光(Cd)の出射を終了するタイミング(te)を早くする、
    請求項1に記載のレーザー光出力制御装置。
  3.  前記光源制御部(23)は、前記周囲環境が暗いと判定された場合に前記光源(11)から出射される前記検査用光(Cd)の強度を、前記周囲環境が明るいと判定された場合に前記光源(11)から出射される前記検査用光(Cd)の強度より低くする、
    請求項1または2に記載のレーザー光出力制御装置。
  4.  前記光強度の積算値を増幅する可変増幅器(16)のゲインを切り替えるゲイン制御部(24)をさらに備え、
     前記ゲイン制御部(24)は、前記検査用光(Cd)を出射させる前記期間(Q)に反比例した前記ゲインに設定する、
    請求項1乃至3のいずれかに記載のレーザー光出力制御装置。
  5.  請求項1乃至4のいずれかに記載のレーザー光出力制御装置(20)と、
     前記レーザー光出力制御装置(20)により前記制御値が調整される光源(11)と、
     前記光源(11)から出射される前記レーザー光を主走査方向(X)に複数回走査しながら、前記主走査方向(X)と概ね直交する副走査方向(Y)に走査することで前記画像(M)を生成する走査部(102)と、を備える、
    レーザー走査型表示装置。
  6.  前記検査時期調整部(22)は、前記走査部(102)の走査位置が前記副走査方向(Y)の往復の切り替え位置(Y4)に到達する前に前記検査用光(Cd)の出射を開始させ、かつ前記往復の切り替え位置に到達した後に前記検査用光(Cd)の出射を終了させる、
    請求項5に記載のレーザー走査型表示装置。
     
     
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