ヘッドアップディスプレイ装置
【課題】
夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じないような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】
外光の照度を検出する外光強度検出部７０を備え、この外光強度検出部７０により測定された外光照度Ｐに基づき表示する画像の表示輝度Ｂを調整するヘッドアップディスプレイ装置１において、表示画像を所定の輝度より低い低輝度領域で表示する場合、偏光制御素子１１の偏光角度を制御し、偏光部１４におけるレーザー光ＲＧＢの透過率Ｚを調整することにより、表示画像の表示輝度Ｂを低く調整する表示輝度調整手段８１ａを設ける。
夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じないような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】
外光の照度を検出する外光強度検出部７０を備え、この外光強度検出部７０により測定された外光照度Ｐに基づき表示する画像の表示輝度Ｂを調整するヘッドアップディスプレイ装置１において、表示画像を所定の輝度より低い低輝度領域で表示する場合、偏光制御素子１１の偏光角度を制御し、偏光部１４におけるレーザー光ＲＧＢの透過率Ｚを調整することにより、表示画像の表示輝度Ｂを低く調整する表示輝度調整手段８１ａを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に関するものであり、特に、レーザー光源から出た光を光走査によって画像として表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の運転手が運転中に視線をほとんど動かさずに車両情報（速度、走行距離等）を読み取れるようにするため、フロントガラスの前方に情報を表示させるヘッドアップディスプレイ装置が、例えば特許文献１に提案されている。
【０００３】
車両用のヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように車両２のダッシュボード内に配置されており、この車両用のヘッドアップディスプレイ装置１が投射する表示光Ｊはウインドシールド３により反射され、車両運転者３は虚像Ｘを風景と重畳させて視認させることができる。
【０００４】
このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置１では、半導体レーザーを光源としたものが提案されており、例えば特許文献２に開示されている。斯かるヘッドアップディスプレイ装置１は、半導体レーザーと走査系とスクリーンとを備え、半導体レーザーが出射したレーザー光を走査系でスクリーンに向け走査して表示画像を生成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９３４００号公報
【特許文献２】特開平７−２７０７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ヘッドアップディスプレイ装置１では、運転手が昼間の明るい環境から夜間の暗い環境であっても、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができる必要がある。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置１の外部の明るさ（外部照度）に合わせて表示画像の表示輝度を大きく変化させる必要がある。
昼間の明るい環境下でも表示が見えるためにヘッドアップディスプレイ装置１の表示する表示画像の輝度は、最大輝度で数千〜数万ｃｄ/ｍ２以上が要求され、夜間の暗い環境下では、表示の眩しさが運転の妨げにならないような最小輝度として数ｃｄ/ｍ２が要求される。
【０００７】
このような最小輝度を達成するためには、レーザーの光強度を低く制御する必要がある。具体的に、上記のような数ｃｄ/ｍ２の最小輝度を実現する場合、図４に示すように半導体レーザーがレーザー発振し始める駆動電流値である閾値電流値Ｉｔｈ時の光強度閾値Ａｔｈよりも低い光強度が必要である。
【０００８】
しかしながら、レーザー光源を閾値電流値Ｉｔｈ未満で制御する場合、駆動電流−レーザー光強度特性が閾値電流値Ｉｔｈを境に変化するため、制御が複雑化する問題があった。また、閾値電流値Ｉｔｈ付近では、レーザーの光強度が不安定になり、表示品位に悪影響を及ぼすといった問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、前述の課題を鑑みて、レーザー光源を用いるヘッドアップディスプレイ装置において、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じないような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、本発明は、外光強度検出部により外光の照度を検出し、この外光の照度に基づき、表示の輝度を調整するヘッドアップディスプレイ装置において、表示画像を所定の輝度より低い低輝度領域で表示する場合、偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部におけるレーザー光の透過率を調整することにより、表示画像の表示輝度を低く調整する表示輝度調整手段を設けたことを、その要旨とする。
【００１１】
本発明は、前述した課題を解決するため、請求項１では、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光されない偏光角度になるように制御し、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光される偏光角度になるように制御するものであり、
斯かる構成により、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じない低輝度の表示を安定的に実現し、昼間の明るい環境や夜間の暗い環境等の幅広い照度環境下において、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１２】
また、請求項２では、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源のレーザー光強度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する高輝度制御モードと、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する低輝度制御モードとを備えるものであり、斯かる構成により、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じない低輝度の表示を安定的に実現し、昼間の明るい環境や夜間の暗い環境等の幅広い照度環境下において、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１３】
また、請求項３では、前記表示画像のホワイトバランスの補正処理を行う画質補正手段をさらに備えてなるものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１４】
また、請求項４では、前記画質補正手段は、前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源の光強度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正するものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１５】
また、請求項５では、前記画質補正手段は、前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正するものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１６】
また、請求項６では、前記レーザー光源の駆動電流値は、前記レーザー光源の閾値電流値より大きい値に設定されるものであり、斯かる構成により、低輝度領域もしくは高輝度領域の全ての領域で、レーザー光源は、レーザー発振する閾値電流値以上で駆動され、容易に安定した光出力制御をすることができる。
【００１７】
また、請求項７では、前記レーザー光制御部は、前記レーザー光源をＰＡＭ駆動またはＰＷＭ駆動により、緩やかに所望の光強度になるように制御するものである。
【００１８】
また、請求項８では、前記偏光制御部は、前記偏光制御素子の印加電圧の大きさを緩やかに変化させるものであり、上記請求項７または請求項８の発明により、外部照度測定値に合わせた所望の表示輝度に調整する際の表示画像の輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えないヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１９】
また、請求項９では、前記レーザー光源は、波長の異なる複数のレーザー光源を備えるものであり、斯かる構成のように波長の異なる複数のレーザー光源を用いることで、カラー表示をすることができる。
【００２０】
また、請求項１０では、前記偏光制御素子は、独立して制御可能な複数の偏光制御可能領域を備えてなるものであり、斯かる構成により、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザー光源の個体差による偏光制御素子の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザー光源毎に偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部の透過率を調整することで、所望のホワイトバランスの調整を行うことができる。
【００２１】
また、請求項１１では、前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記複数のレーザー光源の各々に対して備えられているものであり、斯かる構成により、請求項８の発明に対して、より確実にレーザー光源毎のレーザー光強度やホワイトバランスの調整を行うことができる。
【００２２】
また、請求項１２では、前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記波長の異なる複数のレーザー光源から発せられたレーザー光が合成された合成レーザー光の光路上に備えられてなるものであり、斯かる構成により、複数のレーザー光源において、偏光制御素子と偏光部とを共有化でき、請求項１０，１１の発明に対し、コストを低く抑えたヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００２３】
また、請求項１３では、前記合成レーザー光は、フレームを時間分割したサブフレーム毎に波長の異なるレーザー光源を発光させてなるものであり、前記偏光制御部は、前記サブフレーム毎に、前記偏光制御素子の偏光角度を制御するものであり、斯かる構成により、複数のレーザー光源で偏光制御素子と偏光部とを共有化し、コストを低く抑えつつも、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザー光源の個体差による偏光制御素子の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザー光源毎に偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部の透過率を調整することで、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、レーザー光源を用いるヘッドアップディスプレイ装置において、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じなような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ヘッドアップディスプレイ装置を示す概観図である。
【図２】本発明に係るＨＵＤ装置の構成図である。
【図３】合成レーザー光発生装置の構成図である。
【図４】レーザー光源の駆動電流−レーザー光強度特性特性図である。
【図５】偏光制御素子における偏光について説明する図であり、（ａ）レーザー光ＲＧＢが透過されない場合と、（ｂ）レーザー光ＲＧＢが透過される場合とを示した図である。
【図６】走査部により投影された表示画像の説明図である。
【図７】本発明に係る制御系統のブロック図である。
【図８】上記発明に係る制御部における低輝度モード／高輝度モードの振り分けフロー図である。
【図９】上記発明に係る高輝度モードにおける表示画像の表示輝度・ホワイトバランス調整のフロー図である。
【図１０】上記発明に係る外部照度Ｐから目標電流値、目標光源デューティー比、目標電圧を算出するための特性テーブル例であり、（ａ）は外部照度−表示輝度のデータテーブルＯ１の例であり、（ｂ）は表示輝度−レーザー光強度のデータテーブルＯ２の例であり、（ｃ）は駆動電流−レーザー光強度のデータテーブルＯ３の例であり、（ｄ）は光源デューティー比−レーザー光強度のデータテーブルＯ４の例であり、（ｅ）は表示輝度−透過率のデータテーブルＯ５の例であり、（ｆ）は印加電圧−透過率のデータテーブルＯ６の例である。
【図１１】上記発明に係る低輝度モードにおける表示画像の表示輝度・ホワイトバランス調整のフロー図である。
【図１２】上記発明に係る外部照度の変化に基づく高輝度モード・低輝度モードとの切り替わりにおけるヒステリシスを表した図である。
【図１３】上記発明に係るレーザー光源の温度特性を示した図であり、（ａ）は駆動電流−レーザー光強度の温度特性を表す図であり、（ｂ）は光源デューティー比−レーザー光強度の温度特性を表す図である。
【図１４】本発明の第二実施形態におけるフレーム毎の偏光制御素子の印加電圧、透過率の推移を表した図であり、（ａ）はフレーム毎の印加電圧の推移を表す図であり、（ｂ）はフレーム毎の偏光部の透過率の推移を表す図であり、（ｃ）はフレーム毎に印加電圧を反転させた際のフレーム毎の印加電圧の推移を表す図である。
【図１５】本発明の第三実施形態における合成レーザー光発生装置の構成図である。
【図１６】本発明の第四実施形態における合成レーザー光発生装置の構成図である。
【図１７】本発明の第五実施形態における偏光制御素子とレーザー光源の印加電圧の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付の図面に基づいて、本発明をヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態について説明する。
【００２７】
（ＨＵＤ装置の構造）
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（ＨＵＤ装置）１を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボード内に設けられ、生成した表示画像Ｄ（図２，６参照）を表す表示光Ｊをウインドシールド３で反射させることにより、車両運転者４に車両情報を表す表示画像Ｄの虚像Ｘを視認させる装置である。これにより、車両運転者４は、運転中に前方から視線を逸らさずに車両情報を視認できる。
【００２８】
図２は、本発明に係るＨＵＤ装置１の構成図であり、ＨＵＤ装置１は、合成レーザー光発生装置１０と、ＭＥＭＳスキャナ２０と、カラーセンサ３０と、透過スクリーン４０と、反射部５０と、ハウジング６０と、ライトセンサ７０と、ＨＵＤ装置１の電気的な制御を行う制御部８０と、を備える。
【００２９】
合成レーザー光発生装置１０は、ＲＧＢの三原色のレーザー光を合波して１本の合成レーザー光Ｃを出射する装置であり、図３に示すように、レーザーダイオード（レーザー光源）１１と、集光光学系１２と、液晶パネル（偏光制御素子）１３と、偏光板（偏光部）１４と、ダイクロイックミラー１５と、を備える。
【００３０】
レーザーダイオード１１は、半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、赤色のレーザー光Ｒを発するレーザーダイオード１１ｒ，と、緑色のレーザー光Ｇを発する緑色レーザーダイオード１１ｇと、青色のレーザー光Ｂを発する青色レーザーダイオード１１ｂと、から構成されている。
【００３１】
一般的に半導体レーザーの電流−光強度特性は、図４に示すように、閾値電流値Ｉｔｈ以上と閾値電流値Ｉｔｈ未満の各領域において、特性が異なっている。閾値電流値Ｉｔｈ以上では誘導放出によるレーザー光が発振されるが、閾値電流値Ｉｔｈ未満では自然放出による非レーザー光が出射される。
【００３２】
閾値電流値Ｉｔｈを境にして電流−光強度特性が異なることから、レーザー光強度Ａを、閾値電流値Ｉｔｈをまたぐように制御する場合、制御方法が複雑になるなどの問題が生じる。
【００３３】
レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、後述するレーザー光制御部８２からの駆動データに基づき、集光光学系１２の方向へレーザー光ＲＧＢをそれぞれ出射する。
【００３４】
集光光学系１２は、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々に対応する集光レンズ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備える。
集光レンズ１２ｒは、レーザーダイオード１１ｒ，が出射するレーザー光Ｒの光路上に配置され、レーザー光Ｒを収束光にする。集光レンズ１２ｇと緑色レーザーダイオード１１ｇ、集光レンズ１２ｂと青色レーザーダイオード１１ｂの対応関係についても同様である。
【００３５】
液晶パネル（偏光制御素子）１３は、後述する偏光制御部８３からの制御データに基づき、印加電圧が制御され、レーザー光ＲＧＢの偏光角度を任意に変化させる。
液晶パネル１３は、各波長のレーザー光ＲＧＢに対応する液晶セル（偏光制御可能領域）１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを有しており、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂは各々独立に制御することが可能である。
斯かる構成により、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザーダイオード１１の個体差による偏光制御素子１３の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザーダイオード１１毎に偏光制御素子１３の偏光角度を制御することができる。
また、本実施例において制御液晶パネル１３は、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いる。以下、液晶パネル１３をＴＮ液晶と仮定して説明する。
【００３６】
偏光板（偏光部）１４は、レーザー光ＲＧＢが液晶パネル１３透過後の光路上に配置され、特定の偏光角度の光のみを透過させ、それ以外は反射、あるいは吸収する。偏光板１４の透過軸の向きは、ウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して決定される。また、本実施例において偏光板１４は液晶パネル１３密着するように配置されているが、密着しないように配置してもよい。
【００３７】
これより、図５を用いて、液晶パネル（偏光制御素子）１３と偏光板（偏光部）１４によるレーザー光ＲＧＢの偏光について説明する。
図５は、液晶パネル１３と偏光板１４とを介し、レーザー光ＲＧＢが（ａ）透過されない場合と、（ｂ）透過される場合とを表した図である。
【００３８】
（レーザー光不透過時）
図６（ａ）に示すように、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂ入射時と同様の偏光角度を維持したまま液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを出射する。
出射したレーザー光ＲＧＢは、偏光板１４に入射するが、このとき、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、偏光板１４の透過軸に対し直交した状態のため、レーザー光ＲＧＢは、偏光板１４を透過できない。即ち、液晶パネル１３と偏光板１４との組み合わせによって、レーザー光ＲＧＢの光強度は著しく低下する。
上記のように液晶パネル１３を透過したレーザー光ＲＧＢの偏光角度が変化しないのは、液晶パネル１３に電圧を印加し、液晶分子が完全に立ち上がった状態の場合である。
【００３９】
（レーザー光透過時）
一方、図６（ｂ）に示すように、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂ入射時に対して９０°回転し液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを出射する。
出射したレーザー光ＲＧＢは、偏光板１４に入射するが、このとき、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、偏光板１４の透過軸と一致するため、減光されることなく偏光板１４を出射する。
上記のように液晶パネル１３を透過したレーザー光ＲＧＢの偏光角度が９０°回転するのは、液晶パネル１３に電圧を印加していない、もしくは液晶分子の配列が変化しない程度の低電圧を印加した場合である。
図６において、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂによる偏光角度を同様にしているが、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂはそれぞれ独立して偏光角度を制御できる。
【００４０】
上記の例は、液晶パネル１３を出射したレーザー光が完全に透過あるいは遮断される場合であるが、実際にはこの限りではない。
液晶パネル１３の印加電圧の大きさＶを制御することで、レーザー光の偏光角度を０〜９０°の範囲で任意に制御でき、偏光部１４におけるレーザー光の透過率Ｚを制御する。これにより、偏光板１４を出射するレーザー光強度Ａを任意に決定できる。（印加電圧の大きさＶを制御した際の偏光部１４の透過率Ｚの推移を図１０（ｆ）に表す。）
また、本実施例では、液晶パネル１３の印加電圧ＶをＯＦＦ状態で使用した際にレーザー光が透過し、ＯＮ状態で使用した際にレーザー光が遮光されるＮｏｒｍａｌｌｙ Ｗｈｉｔｅの液晶を例に説明したが、Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｂｌａｃｋ液晶でもよい。
【００４１】
再び、図３を参照すると、ダイクロイックミラー１５は、誘電体の多層膜等の薄膜が鏡面に形成された鏡で構成され、レーザー光ＲＧＢのそれぞれの光路上に配置されたダイクロイックミラー１５ｒ、１５ｇ、１５ｂで構成される。レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が出射したレーザー光ＲＧＢを反射又は透過させ、レーザー光ＲＧＢを１本のレーザー光に合波する。
【００４２】
具体的に説明すると、ダイクロイックミラー１５ｒは、集光レンズ１２ｒからのレーザー光Ｒの進行方向に位置し、光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、レーザー光Ｒを反射する。
また、ダイクロイックミラー１５ｇは、集光レンズ１２ｇとダイクロイックミラー１５ｒからの光の進行方向に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、レーザー光Ｒを透過し、レーザー光Ｇを反射する。即ち、ダイクロイックミラー１５ｇは、レーザー光ＲとＧを合波する。
また、ダイクロイックミラー１５ｂは、集光レンズ１２ｂとダイクロイックミラー１５ｇからの光の進行方向に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、合波されたレーザー光Ｒ，Ｇを透過し、レーザー光Ｂを反射する。即ち、ダイクロイックミラー１５ｂは、レーザー光Ｒ，Ｇとレーザー光Ｂをさらに合波する。
【００４３】
このように、レーザー光ＲＧＢは１本の合成レーザー光Ｃに合波される。なお、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が調整して配設されることにより、合波されたレーザー光ＲＧＢの各々の偏光角度は一致しており、ウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して決定される。合波された合成レーザー光Ｃは合成レーザー光発生装置１０を出射し、ＭＥＭＳスキャナ２０へ向かう。
【００４４】
図６は、スクリーン４０をＭＥＭＳスキャナ２０側から見た説明図であり、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）スキャナ２０は、合成レーザー光発生装置１０が出射した合成レーザー光Ｃを走査して、透過スクリーン４０に表示画像Ｄを生成する。
【００４５】
ＭＥＭＳスキャナ２０で描画される表示画像Ｄは一般的に、走査可能範囲Ｅｎよりも小さくなる。特に、水平方向では、共振で反射面を振らせることになるため、走査の往復の切り替わりポイント付近では反射面の動作速度が遅くなる、あるいは完全に停止し、表示画像Ｄに歪みが生じたり、解像度の低下を生じたりする。よって、走査の往復の切り替わりポイント付近は、表示エリアＥｐとして使用しない。
【００４６】
カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれのレーザー光強度Ａを検出し、レーザー光強度Ａのアナログデータをマイコン８１に出力する。カラーセンサ３０は、透過スクリーン４０の下面の走査可能範囲Ｅｎ且つ表示エリアＥｐ外の非表示エリアにカラーセンサ３０を配置され、これにより表示画像Ｄに影響を及ぼすことなく、レーザー光ＲＧＢのレーザー光強度Ａが検出可能である。
また、本実施形態では、カラーセンサ３０は、透過スクリーン４０の下面に設置されているが、設置場所は任意である。
【００４７】
透過スクリーン４０は、拡散板、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ等から構成され、ＭＥＭＳスキャナ２０で走査されたレーザー光ＲＧＢを下面で受光して上面に表示画像Ｄを表示する。
【００４８】
反射部５０は、透過スクリーン４０の上面に表示された表示画像Ｄが、所望の位置に、所望の大きさで、虚像Ｘとして結ばれるように、透過スクリーン４０とウインドシールド３の光路間に設けられる光学系である。
本実施形態では、反射部５０は、平面ミラー５１と拡大ミラー５２の２枚の鏡から構成されるが、その構成は任意である。
【００４９】
平面ミラー５１は、平面状の全反射ミラー等であり、透過スクリーン４０を透過した表示光Ｊを受ける位置に配置され、表示光Ｊを拡大ミラー５２に向かって反射させる。
【００５０】
拡大ミラー５２は、凹面鏡等であり、平面ミラー５１で反射された表示光Ｊを凹面で反射させることで、表示光Ｊをウインドシールド３に向かって出射する。これにより、結ばれる虚像Ｘの大きさは、表示画像Ｄが拡大された大きさのものになる。
【００５１】
ハウジング６０は、硬質樹脂等から箱状に形成され、上方に所定の大きさの窓部６１を備え、上記の各部１０〜５０を所定の位置に収納する。
【００５２】
窓部６１は、アクリル等の透光性樹脂から湾曲形状に形成されており、ハウジング６０の開口部に溶着等により取り付けられる。また、窓部６１は、拡大ミラー５２で反射された光を透過させる。また窓部６１は、その下面に、後述するライトセンサ７０を備える。
本実施形態では、ライトセンサ７０は、窓部６１の下面に設置されているが、設置場所は、外部照度測定値が所定値以上検出可能な範囲であれば任意である。
【００５３】
次に、図７を参照して、ＨＵＤ装置１が有する制御系統について説明する。
【００５４】
（ＨＵＤ装置の制御系統）
図７は、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置のブロック図である。
本発明におけるＨＵＤ装置１の制御系統は、合成レーザー光発生装置１０と、ＭＥＭＳスキャナ２０と、カラーセンサ３０と、ライトセンサ７０と、制御部８０と、から構成されている。
【００５５】
カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれのレーザー光強度Ａを検出し、レーザー光強度Ａのアナログデータである光強度測定値Ｍを制御部８０に出力する。
【００５６】
ライトセンサ７０は、ＨＵＤ装置１の外部照度Ｐを検出し、照度のアナログデータである外部照度測定値Ｐ１を制御部８０に出力する。
【００５７】
制御部８０は、マイコン８１と、レーザー光制御部８２と、偏光制御部８３と、ＭＥＭＳドライバ９０と、を備える。
【００５８】
マイコン８１は、車両ＥＣＵ５から表示画像Ｄを表示するための画像データをＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ）通信等によって供給され、この画像データに従い、レーザー光制御部８２を介してレーザーダイオード１１を制御し、さらにＭＥＭＳドライバ９０を介してＭＥＭＳスキャナ２０を制御することにより、所望の表示画像Ｄを透過スクリーン４０に投影させる。
また、マイコン８１は、ＭＥＭＳスキャナ２０の同期信号から合成レーザー光Ｃの走査位置を特定し、あらかじめ設置されているカラーセンサ３０の位置情報をメモリしておき、カラーセンサ３０の位置と走査位置が重なったタイミングでレーザー光制御部８２を介してレーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを駆動する。
また、マイコン８１は、表示画像Ｄの表示輝度Ｂを調整する表示輝度調整手段８１ａと、表示画像Ｄのホワイトバランスを調整する画質補正手段８１ｂと、を備える。
表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０から出力された外部照度測定値Ｐ１から適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ１を算出し、その算出結果に基づき、レーザー光制御部８２を介しレーザーダイオード１１のレーザー光強度Ａを制御するまたは、算出された輝度目標値Ｂ１に基づき、偏光制御部８３を介し液晶パネル１３の偏光角度を調整し、偏光板１４の透過率Ｚを制御することにより、表示画像Ｄの表示輝度Ｂを調整する。
【００５９】
画質補正手段８１ｂは、カラーセンサ３０から出力されたレーザー光ＲＧＢのそれぞれの光強度測定値Ｍｒ、Ｍｇ，Ｍｂをもとに所望のホワイトバランスになるように、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれのレーザー光強度Ａを調整する。
または、画質補正手段８１ｂは、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの偏光角度を調整し、偏光板１４の透過率Ｚを制御することにより、表示画像Ｄのホワイトバランスの補正を行う。
【００６０】
レーザー光制御部８２は、マイコン８１からのレーザー光源制御データに基づき、レーザーダイオード１１を駆動する。
【００６１】
偏光制御部８３は、マイコン８１からの偏光制御データに基づき、液晶パネル１３を駆動する。
【００６２】
次に、ＨＵＤ装置１が表示する表示画像Ｄを高輝度領域ＬＨで表示させる場合と、低輝度領域ＬＬで表示させる場合の表示輝度調整部８１ａによる表示輝度Ｂの調整方法について図８乃至１１を用いて説明する。
【００６３】
まず、図８に示すように、ステップＳ０では、ライトセンサ７０は、ＨＵＤ装置１の外部の照度である外部照度Ｐを測定し、測定データをマイコン８１へ出力する。
ステップＳ１において、表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０が検出する外部照度Ｐが、メモリされている所定の境界外部照度Ｐｍ以上となった場合、高輝度モード（Ｓ１ａ）へ推移し、境界外部照度Ｐｍ未満となった場合、低輝度モード（Ｓ１ｂ）へ推移する。
境界外部照度Ｐｍは、あらかじめ定められた境界電流値Ｉｍから算出される値であり、レーザーダイオード１１ｒ，緑色レーザーダイオード１１ｇ，青色レーザーダイオード１１ｂのいずれかがレーザー発振しなくなる閾値電流値Ｉｔｈを基準に算出される外部照度閾値Ｐｔｈ以上の値である。
【００６４】
（高輝度領域）
高輝度モードＳ１ａは、図９のフロー図に沿って行われる。外部照度Ｐの測定データを外部照度測定値Ｐ１として、以下の説明を行う。
ステップＳ２において、表示輝度調整手段８１ａは、図１０（ａ）に示すようにマイコン８１にメモリされた外部照度−表示輝度テーブルＯ１に基づき、入力した外部照度測定値Ｐ１に適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ１を算出し、
次に、図１０（ｂ）に示すように表示輝度−レーザー光強度データテーブルＯ２に基づき、輝度目標値Ｂ１に応じたレーザー光源１１の光強度目標値Ａ１を算出する。
【００６５】
ステップＳ３において、表示輝度調整手段８１ａは、マイコン８１にメモリされている
（１）駆動電流−レーザー光強度特性データテーブルＯ３（図１０（ｃ））に基づき、光強度目標値Ａ１に応じたレーザー光源１１の目標電流値Ｉ１を算出する。または、
（２）光源デューティー比−レーザー光強度特性データテーブルＯ４（図１０（ｄ））に基づき、上記で算出された光強度目標値Ａ１に応じたレーザー光源１１の目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。
【００６６】
ステップＳ４において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光制御部８２を介し、それぞれのレーザー光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを（１）上記で算出された目標電流値Ｉ１に基づいてＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する。（２）または、上記で算出された目標光源デューティー比Ｚ１に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する。
このようにして駆動されたそれぞれのレーザー光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのレーザー光ＲＧＢは合成され、合成レーザー光発生装置１０から合成レーザー光Ｃが出射し、この合成レーザー光Ｃは走査部２０により走査され、スクリーン４０側に投射される。
【００６７】
ステップＳ５において、カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれの光強度である光強度測定値Ｍを測定し、この光強度測定値Ｍはアナログデータとしてマイコン８１へ出力される。
【００６８】
ステップＳ６において、表示輝度調整手段８１ａは、外部照度測定値Ｐ１に基づき算出された光強度目標値Ａ１と、カラーセンサ３０により測定された合成レーザー光Ｃの光強度の実測値である光強度測定値Ｍとを比較する。
【００６９】
ステップＳ７において、上記のステップＳ６で比較された結果、光強度目標値Ａ１と、光強度測定値Ｍとに差異がある場合、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ１に略一致するようにレーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整する。
【００７０】
ステップＳ８において、画質補正手段８４は、レーザー光ＲＧＢのそれぞれの光強度測定値Ｍをもとに、表示画像Ｄが所望のホワイトバランスになるように、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれのレーザー光強度Ａを調整することでホワイトバランスの補正を行う。
【００７１】
ステップＳ９において、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ１に近づくように、フィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ９）を繰り返す。
【００７２】
上記の制御方法を具体的に、表示画像Ｄのフレームレートが６０ｆｐｓ（１秒間に処理されるフレームが６０回）の場合を想定して説明すると、
１フレーム目において、表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０により測定された外部照度測定値Ｐ１より算出された光強度目標値Ａ１になるように、目標電流値Ｉ１もしくは目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。（ステップＳ０、Ｓ２、Ｓ３）
これら目標電流値Ｉ１もしくは目標光源デューティー比Ｑ１でレーザー光源１１を駆動し、カラーセンサ３０により測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、ホワイトバランスを考慮しつつ、前記目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整するフィードバック制御を行う。（ステップＳ４乃至Ｓ８）
２フレーム目において、上記１フレーム目で調整された目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１でレーザー光源１１を駆動し、走査部２０にて走査し、２フレーム目の表示画像Ｄを投射し、カラーセンサ３０により測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、レーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を再び調整するフィードバック制御を行う。（ステップＳ４乃至Ｓ８）
６０フレーム目まで、２フレーム目と同様に、カラーセンサ３０に測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、レーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整するフィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ８）を繰り返す。
６１フレーム目は、再び1フレーム目と同様にライトセンサ７０により測定された外部照度測定値Ｐ１に基づき、光強度目標値Ａ１を再度算出し、この算出された光強度目標値Ａ１に応じた目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。
以下同様に、ステップＳ４乃至Ｓ８のフィードバック制御を繰り返す。
【００７３】
また、上記の実施形態のようにフィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ８）を１フレーム毎に行うのではなく、具体的に例えば1フレーム目〜５フレーム目までのみフィードバック制御を行ってもよい。この場合、６フレーム目から６０フレーム目までは、５フレーム目のフィードバック結果を反映したレーザーダイオード１１ｒ，緑色レーザーダイオード１１ｇ，青色レーザーダイオード１１ｂの目標電流値Ｉ１で駆動し続ける。斯かる構成のように、頻繁にフィードバック制御を行わないことで、制御を簡素化することができる。
上記制御方法は本発明における一実施例であり、外部照度Ｐの読み込みタイミングやフィードバック制御の回数等は任意に決定してよい。
【００７４】
（低輝度領域）
低輝度モードＳ１ｂは、図１１のフロー図に沿って行われる。外部照度Ｐの測定データを外部照度測定値Ｐ２として、以下の説明を行う。
ステップＳ１１において、表示輝度調整手段８１ａは、図１０（ａ）に示すようにマイコン８１にメモリされた外部照度−表示輝度テーブルＯ１に基づき、入力した外部照度測定値Ｐ２に適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ２を算出し、図１０（ｂ）に示すように表示輝度−レーザー光強度データテーブルＯ２に基づき、輝度目標値Ｂ２に応じたレーザー光源１１の光強度目標値Ａ２を算出する。
【００７５】
ステップＳ１２において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光源１１の駆動条件を、あらかじめ定められた境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍに設定する。
【００７６】
ステップＳ１３において、表示輝度調整手段８１ａは、あらかじめメモリされている図１０（ｅ）の表示輝度−透過率特性データテーブルＯ４に基づき、上記で算出された光強度目標値Ａ２に応じた偏光板１４におけるレーザー光ＲＧＢの目標透過率Ｚ２を算出し、印加電圧−透過率特性データテーブルＯ６（図１０（ｆ））に基づき、上記で算出された目標透過率Ｚ２に応じた偏光制御可能領域１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの目標電圧Ｖ２を算出する。
【００７７】
ステップＳ１４において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光源１１を上記の境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍで駆動する。偏光制御可能領域１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂは、上記の目標電圧Ｖ２で駆動され、レーザー光ＲＧＢを所望の偏光角度に偏光し、これらの偏光されたレーザー光ＲＧＢは偏光板１４にて所望の光強度目標値Ａ２まで減光される。これらの減光されたレーザー光ＲＧＢは合成され、合成レーザー光発生装置１０から合成レーザー光Ｃが出力され、出力された合成レーザー光Ｃは走査部２０により走査され、スクリーン４０側に投射される。
【００７８】
ステップＳ１５において、カラーセンサ３０はレーザー光ＲＧＢそれぞれの光強度である光強度測定値Ｍを測定し、この光強度測定値Ｍはアナログデータとしてマイコン８１へ出力される。
【００７９】
ステップＳ１６において、表示輝度調整手段８１ａは、外部照度測定値Ｐ２に基づき算出された光強度目標値Ａ２と、カラーセンサ３０により測定された合成レーザー光Ｃの光強度の実測値である光強度測定値Ｍとを比較する。
【００８０】
ステップＳ１７において、上記のステップＳ１６で比較された結果、光強度目標値Ａ２と、光強度測定値Ｍとに差異がある場合、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ２に略一致するように液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの目標電圧Ｖ２を調整する。
【００８１】
ステップＳ１８において、画質補正手段８１ｂは、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの目標電圧Ｖ２を補正する、またはレーザー光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれの境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍを補正する、またはその双方によりホワイトバランスの補正処理を行う。
【００８２】
ステップＳ１９において、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ２に近づくように、フィードバック制御（ステップＳ１４乃至Ｓ１９）を繰り返す
【００８３】
斯かる構成により、境界外部照度Ｐｍを境に表示輝度Ｂの調整方法を切り替えることで、レーザー光源１１の制御が安定する閾値電流値Ｉｔｈ以上で駆動しつつも、外部照度Ｐに応じた幅広い表示輝度で表示画像を表示することが可能であり、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００８４】
本実施例ではレーザー光強度Ａの検出にカラーセンサ３０を用いたが、フォトダイオードを用いても良い。この場合、フォトダイオード上を合成レーザー光Ｃが走査する際にフレーム毎にフォトダイオード上を走査するレーザー光ＲＧＢを切り替えることで、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光強度測定値Ｍを検出することが可能である。
【００８５】
また、図１２に示すように、高輝度モードＳ１ａと低輝度モードＳ１ｂとの振り分けと外部照度Ｐの関係でヒステリシスを持たせてもよい。外部照度Ｐが高い方から低い方へ移った場合、高輝度モードＳ１ａから低輝度モードＳ１ｂへ切り替わるのは境界外部照度Ｐｍであるが、外部照度Ｐが低い方から高い方へ移った場合、低輝度モードＳ１ｂから高輝度モードＳ１ａへ切り替わるのは境界外部照度Ｐｍ‘としてもよい。斯かる構成により、外部照度Ｐが境界外部照度Ｐｍ付近で振れる場合において、高輝度モードＳ１ａと低輝度モードＳ１ｂとの切り替わりが煩雑になるのを防ぐことができる。
【００８６】
また、図１３（ａ）に示すように、複数の温度に対する駆動電流−レーザー光強度特性データテーブルをメモリしておき、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれの温度をサーミスタ等で検出し、検出した温度に近いデータテーブルを読み出してもよい。斯かる構成により、所望の表示輝度で表示画像を表示するためにレーザー光源１１の電流境界値ＩｍをＩｍＡ，ＩｍＢ，ＩｍＣ，ＩｍＤのように温度に合わせ、精度良く調整することができる。
また、図１３（ｂ）に示すように、複数の温度に対する光源デューティー比−レーザー光強度特性データテーブルを用いてもよい。
【００８７】
以下、本実施形態の変形例について、図１４乃至図１７を参照して説明する。
【００８８】
（第二実施形態）
図１４は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの印加電圧Ｖを1フレーム辺りに５ステップの割合で緩やかに変化させた例である。図１４（ａ）は、各フレームＦ毎の液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの印加電圧Ｖの推移を表しており、１フレームあたりの印加電圧Ｖの変化量を５Ｖｔｈ／２５６に設定し、偏光板１４の透過率Ｚが、目標透過率Ｚ２になるための目標電圧値Ｖ２になるまで、連続的に変調する。目標電圧値Ｖ２に達した次のフレーム（図１４の３０フレーム目）以降で、カラーセンサ３０に入力されるレーザーダイオード１１の光強度測定値Ｍを測定し、フィードバック制御を行い、目標電圧値Ｖ２を修正する。
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のように印加電圧Ｖを推移させた場合のフレームＦ毎の偏光板１４のレーザー光ＲＧＢの透過率Ｚの推移を表している。本実施例のように偏光制御素子１３として液晶パネルを用いた場合、分極現象が起こらないように、図１４（ｃ）に表すように、各フレーム毎に印加電圧Ｖを正負反転し、交流的に駆動する。
【００８９】
上記第二実施形態では、印加電圧Ｖを緩やかに変化させる例であったが、レーザー光源１１をＰＡＭ制御またはＰＷＭ制御することにより、駆動電流Ｉまたは光源デューティー比Ｑを緩やかに変化させ、所望のレーザー光強度Ａになるように制御してもよい。
斯かる構成により、複数のステップで段階的に変化させると、運転手にとって違和感を生むような、急激な輝度変化を生じない。
【００９０】
（第三実施形態）
本実施例では、液晶パネル１３をレーザー光ＲＧＢ用に３つの液晶セル（偏光制御可能領域）１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂに分割し、各々のセルを制御したが、図１５のように、液晶パネル１３をレーザーダイオード１１毎に設けてもよい。このように、レーザーダイオード毎に液晶パネルを独立して設けることにより、他のレーザーダイオードからの光の干渉を抑制し、より確実にレーザー光源毎のレーザー光強度やホワイトバランスの調整を行うことができる。
【００９１】
（第四実施形態）
また、図１６に示すように、レーザー光ＲＧＢをダイクロイックミラー１５ｒ，１５ｇ，１５ｂで合成した合成レーザー光Ｃの光路上に偏光制御素子１３を設ける構成としてもよい。斯かる構成により、複数のレーザー光源において、偏光制御素子と偏光部とを共有化でき、上記実施形態に対し、コストを低く抑えたヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００９２】
（第五実施形態）
また、上記第四実施形態のＨＵＤ装置１の構成において、図１７に示すように１フレームを時間分割したサブフレームＳＦ毎にレーザーダイオード１１ｒ，、１１ｇ、１１ｂをそれぞれ駆動し、偏光制御素子は、入射してくるレーザーダイオード１１ｒ，、１１ｇ、１１ｂ毎に偏光角度を調整するような構成にしてもよい。
斯かる構成により、複数のレーザー光源に対し、１つの液晶制御素子を用い、レーザー光源の波長ごとまたは個体誤差に応じて偏光角度を調整することで、外部照度に適した表示輝度で画像表示でき、良好なホワイトバランスの制御をしつつも、コストを抑えたＨＵＤ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１ ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
２ 車両
３ ウインドシールド
４ 車両運転者
５ 車両ＥＣＵ
１０ 合成レーザー光発生装置
１１ レーザー光源（レーザーダイオード）
１１ｒ 赤色レーザーダイオード
１１ｇ 緑色レーザーダイオード
１１ｂ 赤色レーザーダイオード
１２ 集光光学系
１２ｒ 集光レンズ
１２ｇ 集光レンズ
１２ｂ 集光レンズ
１３ 偏光制御素子（液晶パネル）
１３１ｒ 偏光制御可能領域（液晶セル）
１３１ｇ 偏光制御可能領域（液晶セル）
１３１ｂ 偏光制御可能領域（液晶セル）
１４ 偏光部（偏光板）
１５ ダイクロイックミラー
２０ 走査手段（ＭＥＭＳスキャナ）
３０ レーザー光検出部（カラーセンサ）
４０ 透過スクリーン
５０ 反射部
５１ 平面ミラー
５２ 拡大ミラー
６０ ハウジング
６１ 窓部
７０ 外光検出部（ライトセンサ）
８０ 制御部
８１ マイコン
８１ａ 表示輝度調整手段
８１ｂ 画質補正手段
８２ レーザー光制御部
８３ 偏光制御部
９０ ＭＥＭＳドライバ
Ｒ 赤色レーザー光
Ｇ 緑色レーザー光
Ｂ 青色レーザー光
Ｃ 合成レーザー光
Ｄ 表示画像
Ｊ 表示光
Ｘ 虚像
Ｅｎ 走査可能範囲
Ｅｐ 表示エリア
ＬＨ 高輝度領域
ＬＬ 低輝度領域
Ａ レーザー光強度
Ａ１ 光強度目標値
Ａｍ 境界光強度
Ａｔｈ 光強度閾値
Ｂ 表示輝度
Ｂ１ 輝度目標値（高輝度領域）
Ｂ２ 輝度目標値（低輝度領域）
Ｂｍ 境界表示輝度
Ｉ 駆動電流値
Ｉ１ 目標電流値（高輝度領域）
Ｉｍ 境界電流値
Ｉｔｈ 閾値電流値
Ｍ 光強度測定値
Ｐ 外部照度
Ｐ１ 外部照度測定値（高輝度領域）
Ｐ２ 外部照度測定値（低輝度領域）
Ｐｍ 境界外部照度
Ｐｔｈ 外部照度閾値
Ｑ 光源デューティー比
Ｑ１ 目標光源デューティー比（高輝度領域）
Ｑｍ 境界光源デューティー比
Ｖ 印加電圧
Ｖ２ 目標電圧
Ｚ 透過率
Ｚ２ 目標透過率（低輝度領域）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に関するものであり、特に、レーザー光源から出た光を光走査によって画像として表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の運転手が運転中に視線をほとんど動かさずに車両情報（速度、走行距離等）を読み取れるようにするため、フロントガラスの前方に情報を表示させるヘッドアップディスプレイ装置が、例えば特許文献１に提案されている。
【０００３】
車両用のヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように車両２のダッシュボード内に配置されており、この車両用のヘッドアップディスプレイ装置１が投射する表示光Ｊはウインドシールド３により反射され、車両運転者３は虚像Ｘを風景と重畳させて視認させることができる。
【０００４】
このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置１では、半導体レーザーを光源としたものが提案されており、例えば特許文献２に開示されている。斯かるヘッドアップディスプレイ装置１は、半導体レーザーと走査系とスクリーンとを備え、半導体レーザーが出射したレーザー光を走査系でスクリーンに向け走査して表示画像を生成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９３４００号公報
【特許文献２】特開平７−２７０７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ヘッドアップディスプレイ装置１では、運転手が昼間の明るい環境から夜間の暗い環境であっても、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができる必要がある。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置１の外部の明るさ（外部照度）に合わせて表示画像の表示輝度を大きく変化させる必要がある。
昼間の明るい環境下でも表示が見えるためにヘッドアップディスプレイ装置１の表示する表示画像の輝度は、最大輝度で数千〜数万ｃｄ/ｍ２以上が要求され、夜間の暗い環境下では、表示の眩しさが運転の妨げにならないような最小輝度として数ｃｄ/ｍ２が要求される。
【０００７】
このような最小輝度を達成するためには、レーザーの光強度を低く制御する必要がある。具体的に、上記のような数ｃｄ/ｍ２の最小輝度を実現する場合、図４に示すように半導体レーザーがレーザー発振し始める駆動電流値である閾値電流値Ｉｔｈ時の光強度閾値Ａｔｈよりも低い光強度が必要である。
【０００８】
しかしながら、レーザー光源を閾値電流値Ｉｔｈ未満で制御する場合、駆動電流−レーザー光強度特性が閾値電流値Ｉｔｈを境に変化するため、制御が複雑化する問題があった。また、閾値電流値Ｉｔｈ付近では、レーザーの光強度が不安定になり、表示品位に悪影響を及ぼすといった問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、前述の課題を鑑みて、レーザー光源を用いるヘッドアップディスプレイ装置において、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じないような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、本発明は、外光強度検出部により外光の照度を検出し、この外光の照度に基づき、表示の輝度を調整するヘッドアップディスプレイ装置において、表示画像を所定の輝度より低い低輝度領域で表示する場合、偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部におけるレーザー光の透過率を調整することにより、表示画像の表示輝度を低く調整する表示輝度調整手段を設けたことを、その要旨とする。
【００１１】
本発明は、前述した課題を解決するため、請求項１では、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光されない偏光角度になるように制御し、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光される偏光角度になるように制御するものであり、
斯かる構成により、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じない低輝度の表示を安定的に実現し、昼間の明るい環境や夜間の暗い環境等の幅広い照度環境下において、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１２】
また、請求項２では、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源のレーザー光強度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する高輝度制御モードと、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する低輝度制御モードとを備えるものであり、斯かる構成により、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じない低輝度の表示を安定的に実現し、昼間の明るい環境や夜間の暗い環境等の幅広い照度環境下において、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１３】
また、請求項３では、前記表示画像のホワイトバランスの補正処理を行う画質補正手段をさらに備えてなるものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１４】
また、請求項４では、前記画質補正手段は、前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源の光強度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正するものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１５】
また、請求項５では、前記画質補正手段は、前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正するものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１６】
また、請求項６では、前記レーザー光源の駆動電流値は、前記レーザー光源の閾値電流値より大きい値に設定されるものであり、斯かる構成により、低輝度領域もしくは高輝度領域の全ての領域で、レーザー光源は、レーザー発振する閾値電流値以上で駆動され、容易に安定した光出力制御をすることができる。
【００１７】
また、請求項７では、前記レーザー光制御部は、前記レーザー光源をＰＡＭ駆動またはＰＷＭ駆動により、緩やかに所望の光強度になるように制御するものである。
【００１８】
また、請求項８では、前記偏光制御部は、前記偏光制御素子の印加電圧の大きさを緩やかに変化させるものであり、上記請求項７または請求項８の発明により、外部照度測定値に合わせた所望の表示輝度に調整する際の表示画像の輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えないヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００１９】
また、請求項９では、前記レーザー光源は、波長の異なる複数のレーザー光源を備えるものであり、斯かる構成のように波長の異なる複数のレーザー光源を用いることで、カラー表示をすることができる。
【００２０】
また、請求項１０では、前記偏光制御素子は、独立して制御可能な複数の偏光制御可能領域を備えてなるものであり、斯かる構成により、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザー光源の個体差による偏光制御素子の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザー光源毎に偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部の透過率を調整することで、所望のホワイトバランスの調整を行うことができる。
【００２１】
また、請求項１１では、前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記複数のレーザー光源の各々に対して備えられているものであり、斯かる構成により、請求項８の発明に対して、より確実にレーザー光源毎のレーザー光強度やホワイトバランスの調整を行うことができる。
【００２２】
また、請求項１２では、前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記波長の異なる複数のレーザー光源から発せられたレーザー光が合成された合成レーザー光の光路上に備えられてなるものであり、斯かる構成により、複数のレーザー光源において、偏光制御素子と偏光部とを共有化でき、請求項１０，１１の発明に対し、コストを低く抑えたヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００２３】
また、請求項１３では、前記合成レーザー光は、フレームを時間分割したサブフレーム毎に波長の異なるレーザー光源を発光させてなるものであり、前記偏光制御部は、前記サブフレーム毎に、前記偏光制御素子の偏光角度を制御するものであり、斯かる構成により、複数のレーザー光源で偏光制御素子と偏光部とを共有化し、コストを低く抑えつつも、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザー光源の個体差による偏光制御素子の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザー光源毎に偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部の透過率を調整することで、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、レーザー光源を用いるヘッドアップディスプレイ装置において、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じなような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ヘッドアップディスプレイ装置を示す概観図である。
【図２】本発明に係るＨＵＤ装置の構成図である。
【図３】合成レーザー光発生装置の構成図である。
【図４】レーザー光源の駆動電流−レーザー光強度特性特性図である。
【図５】偏光制御素子における偏光について説明する図であり、（ａ）レーザー光ＲＧＢが透過されない場合と、（ｂ）レーザー光ＲＧＢが透過される場合とを示した図である。
【図６】走査部により投影された表示画像の説明図である。
【図７】本発明に係る制御系統のブロック図である。
【図８】上記発明に係る制御部における低輝度モード／高輝度モードの振り分けフロー図である。
【図９】上記発明に係る高輝度モードにおける表示画像の表示輝度・ホワイトバランス調整のフロー図である。
【図１０】上記発明に係る外部照度Ｐから目標電流値、目標光源デューティー比、目標電圧を算出するための特性テーブル例であり、（ａ）は外部照度−表示輝度のデータテーブルＯ１の例であり、（ｂ）は表示輝度−レーザー光強度のデータテーブルＯ２の例であり、（ｃ）は駆動電流−レーザー光強度のデータテーブルＯ３の例であり、（ｄ）は光源デューティー比−レーザー光強度のデータテーブルＯ４の例であり、（ｅ）は表示輝度−透過率のデータテーブルＯ５の例であり、（ｆ）は印加電圧−透過率のデータテーブルＯ６の例である。
【図１１】上記発明に係る低輝度モードにおける表示画像の表示輝度・ホワイトバランス調整のフロー図である。
【図１２】上記発明に係る外部照度の変化に基づく高輝度モード・低輝度モードとの切り替わりにおけるヒステリシスを表した図である。
【図１３】上記発明に係るレーザー光源の温度特性を示した図であり、（ａ）は駆動電流−レーザー光強度の温度特性を表す図であり、（ｂ）は光源デューティー比−レーザー光強度の温度特性を表す図である。
【図１４】本発明の第二実施形態におけるフレーム毎の偏光制御素子の印加電圧、透過率の推移を表した図であり、（ａ）はフレーム毎の印加電圧の推移を表す図であり、（ｂ）はフレーム毎の偏光部の透過率の推移を表す図であり、（ｃ）はフレーム毎に印加電圧を反転させた際のフレーム毎の印加電圧の推移を表す図である。
【図１５】本発明の第三実施形態における合成レーザー光発生装置の構成図である。
【図１６】本発明の第四実施形態における合成レーザー光発生装置の構成図である。
【図１７】本発明の第五実施形態における偏光制御素子とレーザー光源の印加電圧の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付の図面に基づいて、本発明をヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態について説明する。
【００２７】
（ＨＵＤ装置の構造）
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（ＨＵＤ装置）１を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボード内に設けられ、生成した表示画像Ｄ（図２，６参照）を表す表示光Ｊをウインドシールド３で反射させることにより、車両運転者４に車両情報を表す表示画像Ｄの虚像Ｘを視認させる装置である。これにより、車両運転者４は、運転中に前方から視線を逸らさずに車両情報を視認できる。
【００２８】
図２は、本発明に係るＨＵＤ装置１の構成図であり、ＨＵＤ装置１は、合成レーザー光発生装置１０と、ＭＥＭＳスキャナ２０と、カラーセンサ３０と、透過スクリーン４０と、反射部５０と、ハウジング６０と、ライトセンサ７０と、ＨＵＤ装置１の電気的な制御を行う制御部８０と、を備える。
【００２９】
合成レーザー光発生装置１０は、ＲＧＢの三原色のレーザー光を合波して１本の合成レーザー光Ｃを出射する装置であり、図３に示すように、レーザーダイオード（レーザー光源）１１と、集光光学系１２と、液晶パネル（偏光制御素子）１３と、偏光板（偏光部）１４と、ダイクロイックミラー１５と、を備える。
【００３０】
レーザーダイオード１１は、半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、赤色のレーザー光Ｒを発するレーザーダイオード１１ｒ，と、緑色のレーザー光Ｇを発する緑色レーザーダイオード１１ｇと、青色のレーザー光Ｂを発する青色レーザーダイオード１１ｂと、から構成されている。
【００３１】
一般的に半導体レーザーの電流−光強度特性は、図４に示すように、閾値電流値Ｉｔｈ以上と閾値電流値Ｉｔｈ未満の各領域において、特性が異なっている。閾値電流値Ｉｔｈ以上では誘導放出によるレーザー光が発振されるが、閾値電流値Ｉｔｈ未満では自然放出による非レーザー光が出射される。
【００３２】
閾値電流値Ｉｔｈを境にして電流−光強度特性が異なることから、レーザー光強度Ａを、閾値電流値Ｉｔｈをまたぐように制御する場合、制御方法が複雑になるなどの問題が生じる。
【００３３】
レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、後述するレーザー光制御部８２からの駆動データに基づき、集光光学系１２の方向へレーザー光ＲＧＢをそれぞれ出射する。
【００３４】
集光光学系１２は、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々に対応する集光レンズ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備える。
集光レンズ１２ｒは、レーザーダイオード１１ｒ，が出射するレーザー光Ｒの光路上に配置され、レーザー光Ｒを収束光にする。集光レンズ１２ｇと緑色レーザーダイオード１１ｇ、集光レンズ１２ｂと青色レーザーダイオード１１ｂの対応関係についても同様である。
【００３５】
液晶パネル（偏光制御素子）１３は、後述する偏光制御部８３からの制御データに基づき、印加電圧が制御され、レーザー光ＲＧＢの偏光角度を任意に変化させる。
液晶パネル１３は、各波長のレーザー光ＲＧＢに対応する液晶セル（偏光制御可能領域）１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを有しており、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂは各々独立に制御することが可能である。
斯かる構成により、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザーダイオード１１の個体差による偏光制御素子１３の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザーダイオード１１毎に偏光制御素子１３の偏光角度を制御することができる。
また、本実施例において制御液晶パネル１３は、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いる。以下、液晶パネル１３をＴＮ液晶と仮定して説明する。
【００３６】
偏光板（偏光部）１４は、レーザー光ＲＧＢが液晶パネル１３透過後の光路上に配置され、特定の偏光角度の光のみを透過させ、それ以外は反射、あるいは吸収する。偏光板１４の透過軸の向きは、ウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して決定される。また、本実施例において偏光板１４は液晶パネル１３密着するように配置されているが、密着しないように配置してもよい。
【００３７】
これより、図５を用いて、液晶パネル（偏光制御素子）１３と偏光板（偏光部）１４によるレーザー光ＲＧＢの偏光について説明する。
図５は、液晶パネル１３と偏光板１４とを介し、レーザー光ＲＧＢが（ａ）透過されない場合と、（ｂ）透過される場合とを表した図である。
【００３８】
（レーザー光不透過時）
図６（ａ）に示すように、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂ入射時と同様の偏光角度を維持したまま液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを出射する。
出射したレーザー光ＲＧＢは、偏光板１４に入射するが、このとき、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、偏光板１４の透過軸に対し直交した状態のため、レーザー光ＲＧＢは、偏光板１４を透過できない。即ち、液晶パネル１３と偏光板１４との組み合わせによって、レーザー光ＲＧＢの光強度は著しく低下する。
上記のように液晶パネル１３を透過したレーザー光ＲＧＢの偏光角度が変化しないのは、液晶パネル１３に電圧を印加し、液晶分子が完全に立ち上がった状態の場合である。
【００３９】
（レーザー光透過時）
一方、図６（ｂ）に示すように、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂ入射時に対して９０°回転し液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを出射する。
出射したレーザー光ＲＧＢは、偏光板１４に入射するが、このとき、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、偏光板１４の透過軸と一致するため、減光されることなく偏光板１４を出射する。
上記のように液晶パネル１３を透過したレーザー光ＲＧＢの偏光角度が９０°回転するのは、液晶パネル１３に電圧を印加していない、もしくは液晶分子の配列が変化しない程度の低電圧を印加した場合である。
図６において、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂによる偏光角度を同様にしているが、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂはそれぞれ独立して偏光角度を制御できる。
【００４０】
上記の例は、液晶パネル１３を出射したレーザー光が完全に透過あるいは遮断される場合であるが、実際にはこの限りではない。
液晶パネル１３の印加電圧の大きさＶを制御することで、レーザー光の偏光角度を０〜９０°の範囲で任意に制御でき、偏光部１４におけるレーザー光の透過率Ｚを制御する。これにより、偏光板１４を出射するレーザー光強度Ａを任意に決定できる。（印加電圧の大きさＶを制御した際の偏光部１４の透過率Ｚの推移を図１０（ｆ）に表す。）
また、本実施例では、液晶パネル１３の印加電圧ＶをＯＦＦ状態で使用した際にレーザー光が透過し、ＯＮ状態で使用した際にレーザー光が遮光されるＮｏｒｍａｌｌｙ Ｗｈｉｔｅの液晶を例に説明したが、Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｂｌａｃｋ液晶でもよい。
【００４１】
再び、図３を参照すると、ダイクロイックミラー１５は、誘電体の多層膜等の薄膜が鏡面に形成された鏡で構成され、レーザー光ＲＧＢのそれぞれの光路上に配置されたダイクロイックミラー１５ｒ、１５ｇ、１５ｂで構成される。レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が出射したレーザー光ＲＧＢを反射又は透過させ、レーザー光ＲＧＢを１本のレーザー光に合波する。
【００４２】
具体的に説明すると、ダイクロイックミラー１５ｒは、集光レンズ１２ｒからのレーザー光Ｒの進行方向に位置し、光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、レーザー光Ｒを反射する。
また、ダイクロイックミラー１５ｇは、集光レンズ１２ｇとダイクロイックミラー１５ｒからの光の進行方向に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、レーザー光Ｒを透過し、レーザー光Ｇを反射する。即ち、ダイクロイックミラー１５ｇは、レーザー光ＲとＧを合波する。
また、ダイクロイックミラー１５ｂは、集光レンズ１２ｂとダイクロイックミラー１５ｇからの光の進行方向に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、合波されたレーザー光Ｒ，Ｇを透過し、レーザー光Ｂを反射する。即ち、ダイクロイックミラー１５ｂは、レーザー光Ｒ，Ｇとレーザー光Ｂをさらに合波する。
【００４３】
このように、レーザー光ＲＧＢは１本の合成レーザー光Ｃに合波される。なお、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が調整して配設されることにより、合波されたレーザー光ＲＧＢの各々の偏光角度は一致しており、ウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して決定される。合波された合成レーザー光Ｃは合成レーザー光発生装置１０を出射し、ＭＥＭＳスキャナ２０へ向かう。
【００４４】
図６は、スクリーン４０をＭＥＭＳスキャナ２０側から見た説明図であり、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）スキャナ２０は、合成レーザー光発生装置１０が出射した合成レーザー光Ｃを走査して、透過スクリーン４０に表示画像Ｄを生成する。
【００４５】
ＭＥＭＳスキャナ２０で描画される表示画像Ｄは一般的に、走査可能範囲Ｅｎよりも小さくなる。特に、水平方向では、共振で反射面を振らせることになるため、走査の往復の切り替わりポイント付近では反射面の動作速度が遅くなる、あるいは完全に停止し、表示画像Ｄに歪みが生じたり、解像度の低下を生じたりする。よって、走査の往復の切り替わりポイント付近は、表示エリアＥｐとして使用しない。
【００４６】
カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれのレーザー光強度Ａを検出し、レーザー光強度Ａのアナログデータをマイコン８１に出力する。カラーセンサ３０は、透過スクリーン４０の下面の走査可能範囲Ｅｎ且つ表示エリアＥｐ外の非表示エリアにカラーセンサ３０を配置され、これにより表示画像Ｄに影響を及ぼすことなく、レーザー光ＲＧＢのレーザー光強度Ａが検出可能である。
また、本実施形態では、カラーセンサ３０は、透過スクリーン４０の下面に設置されているが、設置場所は任意である。
【００４７】
透過スクリーン４０は、拡散板、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ等から構成され、ＭＥＭＳスキャナ２０で走査されたレーザー光ＲＧＢを下面で受光して上面に表示画像Ｄを表示する。
【００４８】
反射部５０は、透過スクリーン４０の上面に表示された表示画像Ｄが、所望の位置に、所望の大きさで、虚像Ｘとして結ばれるように、透過スクリーン４０とウインドシールド３の光路間に設けられる光学系である。
本実施形態では、反射部５０は、平面ミラー５１と拡大ミラー５２の２枚の鏡から構成されるが、その構成は任意である。
【００４９】
平面ミラー５１は、平面状の全反射ミラー等であり、透過スクリーン４０を透過した表示光Ｊを受ける位置に配置され、表示光Ｊを拡大ミラー５２に向かって反射させる。
【００５０】
拡大ミラー５２は、凹面鏡等であり、平面ミラー５１で反射された表示光Ｊを凹面で反射させることで、表示光Ｊをウインドシールド３に向かって出射する。これにより、結ばれる虚像Ｘの大きさは、表示画像Ｄが拡大された大きさのものになる。
【００５１】
ハウジング６０は、硬質樹脂等から箱状に形成され、上方に所定の大きさの窓部６１を備え、上記の各部１０〜５０を所定の位置に収納する。
【００５２】
窓部６１は、アクリル等の透光性樹脂から湾曲形状に形成されており、ハウジング６０の開口部に溶着等により取り付けられる。また、窓部６１は、拡大ミラー５２で反射された光を透過させる。また窓部６１は、その下面に、後述するライトセンサ７０を備える。
本実施形態では、ライトセンサ７０は、窓部６１の下面に設置されているが、設置場所は、外部照度測定値が所定値以上検出可能な範囲であれば任意である。
【００５３】
次に、図７を参照して、ＨＵＤ装置１が有する制御系統について説明する。
【００５４】
（ＨＵＤ装置の制御系統）
図７は、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置のブロック図である。
本発明におけるＨＵＤ装置１の制御系統は、合成レーザー光発生装置１０と、ＭＥＭＳスキャナ２０と、カラーセンサ３０と、ライトセンサ７０と、制御部８０と、から構成されている。
【００５５】
カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれのレーザー光強度Ａを検出し、レーザー光強度Ａのアナログデータである光強度測定値Ｍを制御部８０に出力する。
【００５６】
ライトセンサ７０は、ＨＵＤ装置１の外部照度Ｐを検出し、照度のアナログデータである外部照度測定値Ｐ１を制御部８０に出力する。
【００５７】
制御部８０は、マイコン８１と、レーザー光制御部８２と、偏光制御部８３と、ＭＥＭＳドライバ９０と、を備える。
【００５８】
マイコン８１は、車両ＥＣＵ５から表示画像Ｄを表示するための画像データをＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ）通信等によって供給され、この画像データに従い、レーザー光制御部８２を介してレーザーダイオード１１を制御し、さらにＭＥＭＳドライバ９０を介してＭＥＭＳスキャナ２０を制御することにより、所望の表示画像Ｄを透過スクリーン４０に投影させる。
また、マイコン８１は、ＭＥＭＳスキャナ２０の同期信号から合成レーザー光Ｃの走査位置を特定し、あらかじめ設置されているカラーセンサ３０の位置情報をメモリしておき、カラーセンサ３０の位置と走査位置が重なったタイミングでレーザー光制御部８２を介してレーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを駆動する。
また、マイコン８１は、表示画像Ｄの表示輝度Ｂを調整する表示輝度調整手段８１ａと、表示画像Ｄのホワイトバランスを調整する画質補正手段８１ｂと、を備える。
表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０から出力された外部照度測定値Ｐ１から適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ１を算出し、その算出結果に基づき、レーザー光制御部８２を介しレーザーダイオード１１のレーザー光強度Ａを制御するまたは、算出された輝度目標値Ｂ１に基づき、偏光制御部８３を介し液晶パネル１３の偏光角度を調整し、偏光板１４の透過率Ｚを制御することにより、表示画像Ｄの表示輝度Ｂを調整する。
【００５９】
画質補正手段８１ｂは、カラーセンサ３０から出力されたレーザー光ＲＧＢのそれぞれの光強度測定値Ｍｒ、Ｍｇ，Ｍｂをもとに所望のホワイトバランスになるように、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれのレーザー光強度Ａを調整する。
または、画質補正手段８１ｂは、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの偏光角度を調整し、偏光板１４の透過率Ｚを制御することにより、表示画像Ｄのホワイトバランスの補正を行う。
【００６０】
レーザー光制御部８２は、マイコン８１からのレーザー光源制御データに基づき、レーザーダイオード１１を駆動する。
【００６１】
偏光制御部８３は、マイコン８１からの偏光制御データに基づき、液晶パネル１３を駆動する。
【００６２】
次に、ＨＵＤ装置１が表示する表示画像Ｄを高輝度領域ＬＨで表示させる場合と、低輝度領域ＬＬで表示させる場合の表示輝度調整部８１ａによる表示輝度Ｂの調整方法について図８乃至１１を用いて説明する。
【００６３】
まず、図８に示すように、ステップＳ０では、ライトセンサ７０は、ＨＵＤ装置１の外部の照度である外部照度Ｐを測定し、測定データをマイコン８１へ出力する。
ステップＳ１において、表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０が検出する外部照度Ｐが、メモリされている所定の境界外部照度Ｐｍ以上となった場合、高輝度モード（Ｓ１ａ）へ推移し、境界外部照度Ｐｍ未満となった場合、低輝度モード（Ｓ１ｂ）へ推移する。
境界外部照度Ｐｍは、あらかじめ定められた境界電流値Ｉｍから算出される値であり、レーザーダイオード１１ｒ，緑色レーザーダイオード１１ｇ，青色レーザーダイオード１１ｂのいずれかがレーザー発振しなくなる閾値電流値Ｉｔｈを基準に算出される外部照度閾値Ｐｔｈ以上の値である。
【００６４】
（高輝度領域）
高輝度モードＳ１ａは、図９のフロー図に沿って行われる。外部照度Ｐの測定データを外部照度測定値Ｐ１として、以下の説明を行う。
ステップＳ２において、表示輝度調整手段８１ａは、図１０（ａ）に示すようにマイコン８１にメモリされた外部照度−表示輝度テーブルＯ１に基づき、入力した外部照度測定値Ｐ１に適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ１を算出し、
次に、図１０（ｂ）に示すように表示輝度−レーザー光強度データテーブルＯ２に基づき、輝度目標値Ｂ１に応じたレーザー光源１１の光強度目標値Ａ１を算出する。
【００６５】
ステップＳ３において、表示輝度調整手段８１ａは、マイコン８１にメモリされている
（１）駆動電流−レーザー光強度特性データテーブルＯ３（図１０（ｃ））に基づき、光強度目標値Ａ１に応じたレーザー光源１１の目標電流値Ｉ１を算出する。または、
（２）光源デューティー比−レーザー光強度特性データテーブルＯ４（図１０（ｄ））に基づき、上記で算出された光強度目標値Ａ１に応じたレーザー光源１１の目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。
【００６６】
ステップＳ４において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光制御部８２を介し、それぞれのレーザー光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを（１）上記で算出された目標電流値Ｉ１に基づいてＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する。（２）または、上記で算出された目標光源デューティー比Ｚ１に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する。
このようにして駆動されたそれぞれのレーザー光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのレーザー光ＲＧＢは合成され、合成レーザー光発生装置１０から合成レーザー光Ｃが出射し、この合成レーザー光Ｃは走査部２０により走査され、スクリーン４０側に投射される。
【００６７】
ステップＳ５において、カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれの光強度である光強度測定値Ｍを測定し、この光強度測定値Ｍはアナログデータとしてマイコン８１へ出力される。
【００６８】
ステップＳ６において、表示輝度調整手段８１ａは、外部照度測定値Ｐ１に基づき算出された光強度目標値Ａ１と、カラーセンサ３０により測定された合成レーザー光Ｃの光強度の実測値である光強度測定値Ｍとを比較する。
【００６９】
ステップＳ７において、上記のステップＳ６で比較された結果、光強度目標値Ａ１と、光強度測定値Ｍとに差異がある場合、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ１に略一致するようにレーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整する。
【００７０】
ステップＳ８において、画質補正手段８４は、レーザー光ＲＧＢのそれぞれの光強度測定値Ｍをもとに、表示画像Ｄが所望のホワイトバランスになるように、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれのレーザー光強度Ａを調整することでホワイトバランスの補正を行う。
【００７１】
ステップＳ９において、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ１に近づくように、フィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ９）を繰り返す。
【００７２】
上記の制御方法を具体的に、表示画像Ｄのフレームレートが６０ｆｐｓ（１秒間に処理されるフレームが６０回）の場合を想定して説明すると、
１フレーム目において、表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０により測定された外部照度測定値Ｐ１より算出された光強度目標値Ａ１になるように、目標電流値Ｉ１もしくは目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。（ステップＳ０、Ｓ２、Ｓ３）
これら目標電流値Ｉ１もしくは目標光源デューティー比Ｑ１でレーザー光源１１を駆動し、カラーセンサ３０により測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、ホワイトバランスを考慮しつつ、前記目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整するフィードバック制御を行う。（ステップＳ４乃至Ｓ８）
２フレーム目において、上記１フレーム目で調整された目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１でレーザー光源１１を駆動し、走査部２０にて走査し、２フレーム目の表示画像Ｄを投射し、カラーセンサ３０により測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、レーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を再び調整するフィードバック制御を行う。（ステップＳ４乃至Ｓ８）
６０フレーム目まで、２フレーム目と同様に、カラーセンサ３０に測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、レーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整するフィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ８）を繰り返す。
６１フレーム目は、再び1フレーム目と同様にライトセンサ７０により測定された外部照度測定値Ｐ１に基づき、光強度目標値Ａ１を再度算出し、この算出された光強度目標値Ａ１に応じた目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。
以下同様に、ステップＳ４乃至Ｓ８のフィードバック制御を繰り返す。
【００７３】
また、上記の実施形態のようにフィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ８）を１フレーム毎に行うのではなく、具体的に例えば1フレーム目〜５フレーム目までのみフィードバック制御を行ってもよい。この場合、６フレーム目から６０フレーム目までは、５フレーム目のフィードバック結果を反映したレーザーダイオード１１ｒ，緑色レーザーダイオード１１ｇ，青色レーザーダイオード１１ｂの目標電流値Ｉ１で駆動し続ける。斯かる構成のように、頻繁にフィードバック制御を行わないことで、制御を簡素化することができる。
上記制御方法は本発明における一実施例であり、外部照度Ｐの読み込みタイミングやフィードバック制御の回数等は任意に決定してよい。
【００７４】
（低輝度領域）
低輝度モードＳ１ｂは、図１１のフロー図に沿って行われる。外部照度Ｐの測定データを外部照度測定値Ｐ２として、以下の説明を行う。
ステップＳ１１において、表示輝度調整手段８１ａは、図１０（ａ）に示すようにマイコン８１にメモリされた外部照度−表示輝度テーブルＯ１に基づき、入力した外部照度測定値Ｐ２に適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ２を算出し、図１０（ｂ）に示すように表示輝度−レーザー光強度データテーブルＯ２に基づき、輝度目標値Ｂ２に応じたレーザー光源１１の光強度目標値Ａ２を算出する。
【００７５】
ステップＳ１２において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光源１１の駆動条件を、あらかじめ定められた境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍに設定する。
【００７６】
ステップＳ１３において、表示輝度調整手段８１ａは、あらかじめメモリされている図１０（ｅ）の表示輝度−透過率特性データテーブルＯ４に基づき、上記で算出された光強度目標値Ａ２に応じた偏光板１４におけるレーザー光ＲＧＢの目標透過率Ｚ２を算出し、印加電圧−透過率特性データテーブルＯ６（図１０（ｆ））に基づき、上記で算出された目標透過率Ｚ２に応じた偏光制御可能領域１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの目標電圧Ｖ２を算出する。
【００７７】
ステップＳ１４において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光源１１を上記の境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍで駆動する。偏光制御可能領域１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂは、上記の目標電圧Ｖ２で駆動され、レーザー光ＲＧＢを所望の偏光角度に偏光し、これらの偏光されたレーザー光ＲＧＢは偏光板１４にて所望の光強度目標値Ａ２まで減光される。これらの減光されたレーザー光ＲＧＢは合成され、合成レーザー光発生装置１０から合成レーザー光Ｃが出力され、出力された合成レーザー光Ｃは走査部２０により走査され、スクリーン４０側に投射される。
【００７８】
ステップＳ１５において、カラーセンサ３０はレーザー光ＲＧＢそれぞれの光強度である光強度測定値Ｍを測定し、この光強度測定値Ｍはアナログデータとしてマイコン８１へ出力される。
【００７９】
ステップＳ１６において、表示輝度調整手段８１ａは、外部照度測定値Ｐ２に基づき算出された光強度目標値Ａ２と、カラーセンサ３０により測定された合成レーザー光Ｃの光強度の実測値である光強度測定値Ｍとを比較する。
【００８０】
ステップＳ１７において、上記のステップＳ１６で比較された結果、光強度目標値Ａ２と、光強度測定値Ｍとに差異がある場合、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ２に略一致するように液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの目標電圧Ｖ２を調整する。
【００８１】
ステップＳ１８において、画質補正手段８１ｂは、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの目標電圧Ｖ２を補正する、またはレーザー光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれの境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍを補正する、またはその双方によりホワイトバランスの補正処理を行う。
【００８２】
ステップＳ１９において、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ２に近づくように、フィードバック制御（ステップＳ１４乃至Ｓ１９）を繰り返す
【００８３】
斯かる構成により、境界外部照度Ｐｍを境に表示輝度Ｂの調整方法を切り替えることで、レーザー光源１１の制御が安定する閾値電流値Ｉｔｈ以上で駆動しつつも、外部照度Ｐに応じた幅広い表示輝度で表示画像を表示することが可能であり、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００８４】
本実施例ではレーザー光強度Ａの検出にカラーセンサ３０を用いたが、フォトダイオードを用いても良い。この場合、フォトダイオード上を合成レーザー光Ｃが走査する際にフレーム毎にフォトダイオード上を走査するレーザー光ＲＧＢを切り替えることで、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光強度測定値Ｍを検出することが可能である。
【００８５】
また、図１２に示すように、高輝度モードＳ１ａと低輝度モードＳ１ｂとの振り分けと外部照度Ｐの関係でヒステリシスを持たせてもよい。外部照度Ｐが高い方から低い方へ移った場合、高輝度モードＳ１ａから低輝度モードＳ１ｂへ切り替わるのは境界外部照度Ｐｍであるが、外部照度Ｐが低い方から高い方へ移った場合、低輝度モードＳ１ｂから高輝度モードＳ１ａへ切り替わるのは境界外部照度Ｐｍ‘としてもよい。斯かる構成により、外部照度Ｐが境界外部照度Ｐｍ付近で振れる場合において、高輝度モードＳ１ａと低輝度モードＳ１ｂとの切り替わりが煩雑になるのを防ぐことができる。
【００８６】
また、図１３（ａ）に示すように、複数の温度に対する駆動電流−レーザー光強度特性データテーブルをメモリしておき、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれの温度をサーミスタ等で検出し、検出した温度に近いデータテーブルを読み出してもよい。斯かる構成により、所望の表示輝度で表示画像を表示するためにレーザー光源１１の電流境界値ＩｍをＩｍＡ，ＩｍＢ，ＩｍＣ，ＩｍＤのように温度に合わせ、精度良く調整することができる。
また、図１３（ｂ）に示すように、複数の温度に対する光源デューティー比−レーザー光強度特性データテーブルを用いてもよい。
【００８７】
以下、本実施形態の変形例について、図１４乃至図１７を参照して説明する。
【００８８】
（第二実施形態）
図１４は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの印加電圧Ｖを1フレーム辺りに５ステップの割合で緩やかに変化させた例である。図１４（ａ）は、各フレームＦ毎の液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの印加電圧Ｖの推移を表しており、１フレームあたりの印加電圧Ｖの変化量を５Ｖｔｈ／２５６に設定し、偏光板１４の透過率Ｚが、目標透過率Ｚ２になるための目標電圧値Ｖ２になるまで、連続的に変調する。目標電圧値Ｖ２に達した次のフレーム（図１４の３０フレーム目）以降で、カラーセンサ３０に入力されるレーザーダイオード１１の光強度測定値Ｍを測定し、フィードバック制御を行い、目標電圧値Ｖ２を修正する。
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のように印加電圧Ｖを推移させた場合のフレームＦ毎の偏光板１４のレーザー光ＲＧＢの透過率Ｚの推移を表している。本実施例のように偏光制御素子１３として液晶パネルを用いた場合、分極現象が起こらないように、図１４（ｃ）に表すように、各フレーム毎に印加電圧Ｖを正負反転し、交流的に駆動する。
【００８９】
上記第二実施形態では、印加電圧Ｖを緩やかに変化させる例であったが、レーザー光源１１をＰＡＭ制御またはＰＷＭ制御することにより、駆動電流Ｉまたは光源デューティー比Ｑを緩やかに変化させ、所望のレーザー光強度Ａになるように制御してもよい。
斯かる構成により、複数のステップで段階的に変化させると、運転手にとって違和感を生むような、急激な輝度変化を生じない。
【００９０】
（第三実施形態）
本実施例では、液晶パネル１３をレーザー光ＲＧＢ用に３つの液晶セル（偏光制御可能領域）１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂに分割し、各々のセルを制御したが、図１５のように、液晶パネル１３をレーザーダイオード１１毎に設けてもよい。このように、レーザーダイオード毎に液晶パネルを独立して設けることにより、他のレーザーダイオードからの光の干渉を抑制し、より確実にレーザー光源毎のレーザー光強度やホワイトバランスの調整を行うことができる。
【００９１】
（第四実施形態）
また、図１６に示すように、レーザー光ＲＧＢをダイクロイックミラー１５ｒ，１５ｇ，１５ｂで合成した合成レーザー光Ｃの光路上に偏光制御素子１３を設ける構成としてもよい。斯かる構成により、複数のレーザー光源において、偏光制御素子と偏光部とを共有化でき、上記実施形態に対し、コストを低く抑えたヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【００９２】
（第五実施形態）
また、上記第四実施形態のＨＵＤ装置１の構成において、図１７に示すように１フレームを時間分割したサブフレームＳＦ毎にレーザーダイオード１１ｒ，、１１ｇ、１１ｂをそれぞれ駆動し、偏光制御素子は、入射してくるレーザーダイオード１１ｒ，、１１ｇ、１１ｂ毎に偏光角度を調整するような構成にしてもよい。
斯かる構成により、複数のレーザー光源に対し、１つの液晶制御素子を用い、レーザー光源の波長ごとまたは個体誤差に応じて偏光角度を調整することで、外部照度に適した表示輝度で画像表示でき、良好なホワイトバランスの制御をしつつも、コストを抑えたＨＵＤ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１ ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
２ 車両
３ ウインドシールド
４ 車両運転者
５ 車両ＥＣＵ
１０ 合成レーザー光発生装置
１１ レーザー光源（レーザーダイオード）
１１ｒ 赤色レーザーダイオード
１１ｇ 緑色レーザーダイオード
１１ｂ 赤色レーザーダイオード
１２ 集光光学系
１２ｒ 集光レンズ
１２ｇ 集光レンズ
１２ｂ 集光レンズ
１３ 偏光制御素子（液晶パネル）
１３１ｒ 偏光制御可能領域（液晶セル）
１３１ｇ 偏光制御可能領域（液晶セル）
１３１ｂ 偏光制御可能領域（液晶セル）
１４ 偏光部（偏光板）
１５ ダイクロイックミラー
２０ 走査手段（ＭＥＭＳスキャナ）
３０ レーザー光検出部（カラーセンサ）
４０ 透過スクリーン
５０ 反射部
５１ 平面ミラー
５２ 拡大ミラー
６０ ハウジング
６１ 窓部
７０ 外光検出部（ライトセンサ）
８０ 制御部
８１ マイコン
８１ａ 表示輝度調整手段
８１ｂ 画質補正手段
８２ レーザー光制御部
８３ 偏光制御部
９０ ＭＥＭＳドライバ
Ｒ 赤色レーザー光
Ｇ 緑色レーザー光
Ｂ 青色レーザー光
Ｃ 合成レーザー光
Ｄ 表示画像
Ｊ 表示光
Ｘ 虚像
Ｅｎ 走査可能範囲
Ｅｐ 表示エリア
ＬＨ 高輝度領域
ＬＬ 低輝度領域
Ａ レーザー光強度
Ａ１ 光強度目標値
Ａｍ 境界光強度
Ａｔｈ 光強度閾値
Ｂ 表示輝度
Ｂ１ 輝度目標値（高輝度領域）
Ｂ２ 輝度目標値（低輝度領域）
Ｂｍ 境界表示輝度
Ｉ 駆動電流値
Ｉ１ 目標電流値（高輝度領域）
Ｉｍ 境界電流値
Ｉｔｈ 閾値電流値
Ｍ 光強度測定値
Ｐ 外部照度
Ｐ１ 外部照度測定値（高輝度領域）
Ｐ２ 外部照度測定値（低輝度領域）
Ｐｍ 境界外部照度
Ｐｔｈ 外部照度閾値
Ｑ 光源デューティー比
Ｑ１ 目標光源デューティー比（高輝度領域）
Ｑｍ 境界光源デューティー比
Ｖ 印加電圧
Ｖ２ 目標電圧
Ｚ 透過率
Ｚ２ 目標透過率（低輝度領域）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光されない偏光角度になるように制御し、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光される偏光角度になるように制御すること、を特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源のレーザー光強度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する高輝度制御モードと、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する低輝度制御モードとを備えること、を特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記表示画像のホワイトバランスの補正処理を行う画質補正手段をさらに備えてなること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記画質補正手段は、前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源の光強度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正すること、を特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記画質補正手段は、前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正すること、を特徴とする請求項３または請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記レーザー光源の駆動電流値は、前記レーザー光源の閾値電流値より大きい値に設定されてなること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記レーザー光制御部は、前記レーザー光源をＰＡＭ駆動またはＰＷＭ駆動により、緩やかに所望の光強度になるように制御すること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記偏光制御部は、前記偏光制御素子の印加電圧の大きさを緩やかに変化させること、を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記レーザー光源は、波長の異なる複数のレーザー光源を備えること、を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記偏光制御素子は、独立して制御可能な複数の偏光制御可能領域を備えてなること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記複数のレーザー光源の各々に対して備えられていること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記波長の異なる複数のレーザー光源から発せられたレーザー光が合成された合成レーザー光の光路上に備えられてなること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記合成レーザー光は、フレームを時間分割したサブフレーム毎に波長の異なるレーザー光源を発光させてなるものであり、前記偏光制御部は、前記サブフレーム毎に、前記偏光制御素子の偏光角度を制御すること、を特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１】
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光されない偏光角度になるように制御し、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光される偏光角度になるように制御すること、を特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源のレーザー光強度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する高輝度制御モードと、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する低輝度制御モードとを備えること、を特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記表示画像のホワイトバランスの補正処理を行う画質補正手段をさらに備えてなること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記画質補正手段は、前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源の光強度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正すること、を特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記画質補正手段は、前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正すること、を特徴とする請求項３または請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記レーザー光源の駆動電流値は、前記レーザー光源の閾値電流値より大きい値に設定されてなること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記レーザー光制御部は、前記レーザー光源をＰＡＭ駆動またはＰＷＭ駆動により、緩やかに所望の光強度になるように制御すること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記偏光制御部は、前記偏光制御素子の印加電圧の大きさを緩やかに変化させること、を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記レーザー光源は、波長の異なる複数のレーザー光源を備えること、を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記偏光制御素子は、独立して制御可能な複数の偏光制御可能領域を備えてなること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記複数のレーザー光源の各々に対して備えられていること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記波長の異なる複数のレーザー光源から発せられたレーザー光が合成された合成レーザー光の光路上に備えられてなること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記合成レーザー光は、フレームを時間分割したサブフレーム毎に波長の異なるレーザー光源を発光させてなるものであり、前記偏光制御部は、前記サブフレーム毎に、前記偏光制御素子の偏光角度を制御すること、を特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１５７３８（Ｐ２０１３−１５７３８Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９６３２（Ｐ２０１１−１４９６３２）
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００２３１５１２）日本精機株式会社 (1,561)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００２３１５１２）日本精機株式会社 (1,561)
【Ｆターム（参考）】
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