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技術 混色装置及び表示装置

出願人 日本精機株式会社
発明者 山川泰弘関谷俊
出願日 2013年6月28日 (6年8ヶ月経過) 出願番号 2013-135730
公開日 2015年1月19日 (5年2ヶ月経過) 公開番号 2015-011141
状態 特許登録済
技術分野 機械的光走査系 その他の光学系・装置、色の干渉・色の制御 計器板 陰極線管以外の表示装置の制御
主要キーワード 搭載態様 光減衰部材 低出力モード ブルズアイ 湾曲形 高出力モード 混色比 垂直駆動周波数
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重要な関連分野

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図面 (8)

課題

低輝度領域においても、安定して白色を表現することができる混色装置及び表示装置を提供する。

解決手段

混色装置10及び表示装置は、供給される第1電流に応じた光強度で赤色の光Rを出射する赤色光源LD11と、供給される第2電流に応じた光強度で緑色の光Gを出射する緑色光源LD12と、供給される第3電流に応じた光強度で青色の光Bを出射する青色光源LD13と、赤色の光Rと緑色の光Gと青色の光Bとを合わせて混色する混色手段15と、を備え、混色手段15と青色光源LD13との間に当該青色光源LD13が出射する青色の光Bを減衰させる光減衰部材18を設ける。

概要

背景

表示装置として、レーザー光源出射したレーザー光走査系スクリーン上に走査して表示像を生成するものが特許文献1に開示されている。

上述した表示装置では、例えば、赤色、緑色及び青色のレーザー光を合成してカラーで画像を表示する混色装置を備える。この混色装置は、赤色、緑色及び青色を所定の比率で混色することで白色を表現するホワイトバランス調整を行う。例えば、混色装置は、赤色、緑色及び青色の光強度の混色比が約2.9:2.4:1程度となるように混色して白色を表現する。具体的には、混色装置は、各レーザー光の混色比が所定の比率になるように、各レーザー光源の電流値を制御することでホワイトバランス調整を行う。

概要

低輝度領域においても、安定して白色を表現することができる混色装置及び表示装置を提供する。混色装置10及び表示装置は、供給される第1電流に応じた光強度で赤色の光Rを出射する赤色光源LD11と、供給される第2電流に応じた光強度で緑色の光Gを出射する緑色光源LD12と、供給される第3電流に応じた光強度で青色の光Bを出射する青色光源LD13と、赤色の光Rと緑色の光Gと青色の光Bとを合わせて混色する混色手段15と、を備え、混色手段15と青色光源LD13との間に当該青色光源LD13が出射する青色の光Bを減衰させる光減衰部材18を設ける。

目的

本発明は、上述の課題を鑑みて、低輝度領域においても、安定して白色を表現することができる混色装置及び表示装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

供給される第1電流に応じた光強度で赤色の光を出射する赤色光源と、供給される第2電流に応じた光強度で緑色の光を出射する緑色光源と、供給される第3電流に応じた光強度で青色の光を出射する青色光源と、前記赤色の光と前記緑色の光と前記青色の光とを合わせて混色する混色手段と、を備え、前記混色手段と前記青色光源との間に当該青色光源が出射する前記青色の光を減衰させる光減衰部材を設けた、ことを特徴とする混色装置

請求項2

前記混色手段によって混色された光は光の透過率を調整する光強度調整部に到達し、前記光強度調整部は、前記混色された光が到達する部分に有機材料で形成された部分を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の混色装置。

請求項3

前記光減衰部材は、前記青色光源から出射された前記青色の光の光強度分布照射面内で均一になるように当該光を透過させる、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の混色装置。

請求項4

前記光減衰部材は、前記青色光源から出射された前記青色の光の光強度分布に反比例した透過率分布を有する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の混色装置。

請求項5

前記光減衰部材は、前記青色光源から出照された前記青色の光に対する入射角が垂直とは異なる入射角となるように設置される、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の混色装置。

請求項6

請求項1〜5のいずれか1項に記載の混色装置と、前記混色手段によって混色された光を走査することで画像を生成する走査部と、を備える、ことを特徴とする表示装置

技術分野

0001

本発明は、混色装置及び表示装置に関するものである。

背景技術

0002

表示装置として、レーザー光源出射したレーザー光走査系スクリーン上に走査して表示像を生成するものが特許文献1に開示されている。

0003

上述した表示装置では、例えば、赤色、緑色及び青色のレーザー光を合成してカラーで画像を表示する混色装置を備える。この混色装置は、赤色、緑色及び青色を所定の比率で混色することで白色を表現するホワイトバランス調整を行う。例えば、混色装置は、赤色、緑色及び青色の光強度の混色比が約2.9:2.4:1程度となるように混色して白色を表現する。具体的には、混色装置は、各レーザー光の混色比が所定の比率になるように、各レーザー光源の電流値を制御することでホワイトバランス調整を行う。

先行技術

0004

特開平7−270711号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところが、上述したレーザー光源は、レーザー発振を開始する電流閾値を有している。この電流閾値付近では、レーザー発振が不安定(不安定発振領域)となる。そのため、不安定発振領域では、混色装置は所望の輝度を得ることができず、安定して白色を表現することができないといった問題が生じる。

0006

そこで本発明は、上述の課題を鑑みて、低輝度領域においても、安定して白色を表現することができる混色装置及び表示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

0007

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、第1の発明における混色装置は、供給される第1電流に応じた光強度で赤色の光を出射する赤色光源と、供給される第2電流に応じた光強度で緑色の光を出射する緑色光源と、供給される第3電流に応じた光強度で青色の光を出射する青色光源と、前記赤色の光と前記緑色の光と前記青色の光とを合わせて混色する混色手段と、を備え、前記混色手段と前記青色光源との間に当該青色光源が出射する前記青色の光を減衰させる光減衰部材を設けた、ことを特徴とする。

0008

また、第1の発明における混色装置では、前記混色手段によって混色された光は光の透過率を調整する光強度調整部に到達し、前記光強度調整部は、前記混色された光が到達する部分に有機材料で形成された部分を備えてもよい。

0009

また、第1の発明における混色装置では、前記光減衰部材は、前記青色光源から出射された前記青色の光の光強度分布照射面内で均一になるように当該光を透過させてもよい。

0010

また、第1の発明における混色装置では、前記光減衰部材は、前記青色光源から出射された前記青色の光の光強度分布に反比例した透過率分布を有してもよい。

0011

また、第1の発明における混色装置では、前記光減衰部材は、前記青色光源から出射された前記青色の光に対する入射角が垂直とは異なる入射角となるように設置されてもよい。

0012

また、第2の発明における表示装置は、第1の発明における混色装置と、前記混色手段によって混色された光を走査することで画像を生成する走査部と、を備える、ことを特徴とする。

発明の効果

0013

本発明の混色装置及び表示装置によれば、低輝度領域においても、安定して白色を表現することができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施形態に係るHUD装置搭載態様を説明するための図である。
上記実施形態のHUD装置の概略断面図である。
上記実施形態のレーザー光出射部の概略断面図である。
RGBレーザー光源のホワイトバランス調整における光強度混色比を加味した光強度—電流特性を説明するための図である。
上記実施形態のHUD装置における電気構成図である。
光減衰部材を備えていない場合の全階調白色表示におけるレーザー光Bを基準としたときのレーザー光R及びレーザー光Gの分光放射輝度比の関係を説明する図である。
光減衰部材を備える場合の全階調・白色表示におけるレーザー光Bを基準としたときのレーザー光R及びレーザー光Gの分光放射輝度比の関係を説明する図である。

実施例

0015

以下、図面を参照して、本発明の表示装置を車両に搭載するヘッドアップディスプレイ装置(HUD装置)に適用した一実施形態について説明する。なお、本実施の形態では、表示装置をHUD装置に適用した例について説明したが、これには限定されない。

0016

本発明の一実施の形態に係る表示装置は、図1に示すヘッドアップディスプレイ(HUD)装置1である。HUD装置1は、図示するように、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Lをウインドシールド3に向けて出射する。ウインドシールド3で反射した表示光Lは、観察者4(主に、車両2の運転者)により、ウインドシールド3の前方に形成された画像の虚像Vとして視認される。このようにしてHUD装置1は、観察者4に画像を視認させる。

0017

HUD装置1は、図2に示しように、レーザー光出射部10と、光強度検出部20と、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー30と、スクリーン40と、第1反射部60と、第2反射部70と、筐体80と、透光部90と、を備える。

0018

レーザー光出射部10は、複数色の光を混色してカラー表示を行うものであり、後述する合成レーザー光RGBをMEMSミラー30に向け出射するものである。レーザー光出射部10は、図3に示すように、レーザーダイオード(以下、LDという)11、12、13と、集光光学系14と、合波ユニット15と、光強度調整部16と、透過膜17と、光減衰部材18とを有する。なお、レーザー光出射部10は、本発明における「混色装置」の一具体例に相当する。

0019

LD11は、赤色のレーザー光Rを出射する。LD12は、緑色のレーザー光Gを出射する。LD13は、青色のレーザー光Bを出射する。LD11、12、13は、後述するLD制御部100から駆動信号駆動電流)が供給され、各々が所定の光強度及びタイミングで発光する。また、LD11、12、13は電流−光強度特性を有する(図4参照)。LD11、12、13の電流−光強度特性については、後述により詳説する。

0020

なお、LD11は、本発明における「赤色光源」の一具体例に相当する。また、LD12は、本発明における「緑色光源」の一具体例に相当する。また、LD13は、本発明における「青色光源」の一具体例に相当する。

0021

集光光学系14は、各LD11、12、13が出射した各レーザー光R、G、B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る。具体的には、集光光学系14は、それぞれがレンズ等からなる集光光学系14a、14b及び14cから構成されている。集光光学系14aはLD11が発したレーザー光Rの光路上に位置し、集光光学系14bはLD12が発したレーザー光Gの光路上に位置し、集光光学系14cはLD13が発したレーザー光Bの光路上に位置する。

0022

合波ユニット15は、各LD11、12、13から出射されるとともに、集光光学系14を介して到達した各レーザー光R、G、Bを合波して、1本の合成レーザー光RGBとして出射するものである。具体的には、合波ユニット15は、それぞれが特定の波長の光を反射するがその他の波長の光は透過するダイクロイックミラー等からなる反射部15a、合波部15b、及び合波部15cから構成されている。なお、合波ユニット15は、本発明における「混色手段」の一具体例に相当する。

0023

反射部15aは、入射したレーザー光Rを、合波部15bに向けて反射させる。
合波部15bは、反射部15aからのレーザー光Rをそのまま透過させると共に、入射したレーザー光Gを合波部15cに向けて反射させる。これにより、合波部15bからは、レーザー光Rとレーザー光Gとが合波された合成レーザー光RGが合波部15cに向け出射される。
合波部15cは、合波部15bからの合成レーザー光RGをそのまま透過させると共に、入射したレーザー光BをMEMSミラー30に向けて反射させる。このようにして、レーザー光RGとレーザー光Bとを合波したた合成レーザー光RGBが、合波部15cから光強度調整部16に向け出射される。

0024

光強度調整部16は、液晶パネルなどの偏光制御素子(図示しない)と、この偏光制御素子の両面に配設される偏光板(図示しない)とを有する。この光強度調整部16は、後述する偏光制御部300の制御のもとで(偏光制御部300から供給される偏光制御データに基づいて)、偏光制御素子が入射する合成レーザー光RGBの偏光角度を調整し、光強度調整部16を透過する合成レーザー光RGBの光強度を調整する。なお、液晶パネルの配向膜を構成する部分には有機材料及び絶縁膜が用いられる。有機材料は青色もしくは青色より短波長のレーザー光を照射すると劣化するという特性を有している。光強度調整部16を透過した合成レーザー光RGBは、透過膜17に向け出射される。

0025

透過膜17は、例えば、5%程度の反射率を有する透過性部材からなる。透過膜17は、合波部15cからの合成レーザー光RGBの大部分をそのまま透過させるが、一部の光を光強度検出部20の方向へ反射させる。このようにして、光強度調整部16を透過した合成レーザー光RGBの大部分はMEMSミラー30に向け出射される。

0026

光減衰部材18は、LD13から出射されるレーザー光Bの光強度を減衰させる光学系である。光減衰部材18は、レーザー光Bの光路上に配置される。具体的には、光減衰部材18は、集光光学系14cと合波部15cとの間に設置される。光減衰部材18を所定の透過率で減衰して透過したレーザー光Bは、光強度が減衰した状態で、合波部15cに向け出射される。なお、本実施の形態では、光減衰部材18の光路上に配置して、レーザー光Bの光強度を減衰させるようにしたが、これには限定されない。例えば、光減衰部材18を、レーザー光Rの光路上またはレーザー光Gの光路上に配置してもよい。

0027

光減衰部材18としては、例えば、0.5のOD(Optical Density)値、すなわち32.0%の透過率を有する光学形が用いられ、例えば、ND(Neutral Density:減光フィルタが用いられる。特に、ブルズアイタイプのアポダイジングフィルタ等のNDフィルタが好適である。なお、本実施の形態では、光減衰部材18として、32.0%の透過率を有するNDフィルタを例に挙げて説明したが、これには限定されず、例えば、20.0%〜50.0%の透過率を有するNDフィルタを用いてもよい。

0028

なお、本実施の形態では、レーザー光Bの光強度を減衰させるために光減衰部材18を配置した例について説明したが、これには限定されない。例えば、レーザー光Bを出射するLD13の出射窓部の透過率を低下させてもよく、もしくは、レーザー光Bを反射させる合波部15c(ダイクロイックミラー)の反射率を70%程度に減少させてもよい。

0029

また、光減衰部材18は、レーザー光の光強度分布に比例した減衰率分布(=反比例した透過率分布)を有していることが望ましい。これにより、光減衰部材18を透過したあとのレーザー光は、照射面内で均一な光強度分布を有する。

0030

また、光減衰部材18は、レーザー光に対する耐光性を有していることが望ましい。レーザー光に対する耐光性を有する光減衰部材18としては、一般的に、反射型NDフィルタが用いられる。反射型NDフィルタをレーザー光Bの入射角に対して垂直に設置すると、光強度が減衰した後のレーザー光B’はLD13側へ反射される。この場合には、レーザー光B’の照射によるLD13の劣化が懸念され、長時間の駆動を妨げる恐れがある。従って、光減衰部材18にレーザー光に対する耐光性を付与する場合には、光減衰部材18は、レーザー光Bの入射角に対して、垂直からずらして設置されることが望ましい。

0031

光強度検出部20は、フォトダイオード等からなり、透過膜17で反射した反射光Cを受光し、受光した合成レーザー光RGBを構成する各色レーザー光R、G、Bそれぞれの光強度を検出する。具体的には、光強度検出部20は、光強度に応じた検出信号電圧)を出力し、この検出信号が図示しないA/D(Analog/Digital)変換器によりデジタル値に変換されて、光強度情報として、後述する主制御部400に出力される。なお、光強度検出部20は、各色レーザー光R、G、Bそれぞれの光強度を検出することができればいいので、合成レーザー光RGBの光路ではなく、例えば、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それぞれの光強度を検出できる箇所に別々に設けられていてもよい。

0032

MEMSミラー30は、レーザー光出射部10からの合成レーザー光RGBを受光し、後述する走査制御部200の制御のもとで(走査制御部200から供給される走査制御信号に基づいて)、受光した合成レーザー光RGBをスクリーン40上に走査する。これにより、スクリーン40には、画像Mが表示される。なお、MEMSミラー30は、本発明における「走査部」の一具体例に相当する。

0033

スクリーン40は、MEMSミラー30からの合成レーザー光RGBを背面で受光し、透過させることで、前面側に画像Mを表示するものである。スクリーン40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によって構成される。

0034

第1反射部60は、平面鏡等からなり、スクリーン40に表示された画像Mを表す表示光Lを受け、第2反射部70側へ反射させる。

0035

第2反射部70は、凹面鏡等からなり、第1反射部60からの表示光Lを、ウインドシールド3の方向へ反射させる。第2反射部70で反射した表示光Lは、透光部90を介して、ウインドシールド3に到達する。

0036

筐体80は、レーザー光出射部10と、光強度検出部20と、MEMSミラー30と、スクリーン40と、第1反射部60と、第2反射部70等を収納するものであり、遮光性の部材により形成される。

0037

透光部90は、アクリル等の透光性樹脂からなり、第2反射部70からの表示光Lを透過するものであり、例えば、筐体80に嵌合されている。透光部90は、到達した外光が観察者4の方向へ反射しないように湾曲形状に形成されている。

0038

次に、HUD装置1の電気的構成について説明する。

0039

HUD装置1は、上記したものの他、図5に示すように、LD制御部100と、走査制御部200と、偏光制御部300と、LD制御部100、走査制御部200及び偏光制御部300を制御する主制御部400と、を備える。これらの制御部は、例えば、筐体80内に配設されたプリント回路板(図示せず)に実装されている。なお、これらの制御部は、HUD装置1の外部に配設され、配線によりHUD装置1(LD11、12、13、光強度調整部(偏光制御素子)16、光強度検出部20及びMEMSミラー30等)と電気的に接続されていてもよい。

0040

LD制御部100は、LD11、12、13を駆動するものであり、第1駆動部101と、給電部102と、を備える。

0041

第1駆動部101は、ドライバIC(IntegratedCircuit)等からなり、主制御部400の制御のもとで(主制御部400からの階調制御データに基づいて)、LD11、12、13の各々を、PWM(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)制御方式、又は、PAM(パルス振幅変調:Pulse Amplitude Modulation)制御方式により階調制御する。

0042

給電部102は、第1駆動部101を介して、LD11、12、13に電力を供給するものであり、電源IC、トランジスタを用いたスイッチング回路等からなる。給電部102は、主制御部400の制御のもとで、LD11、12、13各々への電力の供給・非供給を切り替える(オンのときに供給で、オフときに非供給)。なお、給電部102は、LD11、12、13の各々に独立して設けられてもよいし、これらに共用のものであってもよい。

0043

走査制御部200は、MEMSミラー30を駆動するものであり、第2駆動部201と、ミラー位置検出部202と、を備える。

0044

第2駆動部201は、ドライバIC等からなり、主制御部400の制御のもとで、(主制御部400からの走査制御データに基づいて)、MEMSミラー30を駆動する。第2駆動部201は、MEMSミラー30を駆動させた後、ミラー位置検出部202が出力した走査位置検出データを取得し、取得した走査位置検出データに基づいてフィードバックデータを算出し、このフィードバックデータを主制御部400へ出力する。第2駆動部201から出力されるフィードバックデータは、MEMSミラー30のミラーを水平方向に実際に動かした際のピエゾ素子共振周波数である実測共振周波数、ミラーを垂直方向に実際に動かした際のピエゾ素子の垂直周波数である実測垂直駆動周波数等のデータである。

0045

ミラー位置検出部202は、MEMSミラー30のミラーを動かすピエゾ素子の時間ごとの振れ位置を検出し、検出した位置を走査位置検出データとして第2駆動部201に出力するものである。

0046

偏光制御部300は、偏光制御素子を制御するドライバIC等からなり、主制御部400の制御のもとで、(主制御部400からの偏光制御データに基づいて)、偏光制御素子による合成レーザー光RGBの偏光角度を調整し、光強度調整部16における合成レーザー光RGBの透過率を制御する。偏光制御データは、少なくとも光強度調整部16の透過率が高い高光出力モードと、透過率が低い低光出力モードと、を示す信号であり、主制御部400は、後述する車両2のECU(Electronic Control Unit)から入力される信号に応じた偏光制御データを偏光制御部300に対して出力する。

0047

高出力モードは、観察者4が画像Mを視認する環境が昼間など明るい場合に、画像Mの輝度を高くする(高輝度にする)ためのモードであり、光強度調整部16は、合成レーザー光RGBをほとんど減衰させることなく透過させる。
また、低出力モードは、観察者4が画像Mを視認する環境が夜間など暗い場合に、画像Mの輝度を低くする(低輝度にする)ためのモードであり、光強度調整部16は、合成レーザー光RGBを減衰させる。この低出力モードにおいて、第1駆動部101(LD制御部100)は、高出力モードと略同等の階調制御をするだけで、LD11、12、13の駆動電流を低下させなくても(不安定発振領域付近で駆動しなくても)画像Mの低輝度表示を実現できる。

0048

主制御部400は、マイクロコントローラFPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)等からなり、CPU(Central Processing Unit)401と、記憶部402と、を備える。記憶部402は、HUD装置1の動作に必要なプログラムや、データを記憶するものであり、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、Flash等からなる。

0049

CPU401は、記憶部402からプログラムを読み出し、実行することで、各部を制御する。CPU401には、車両2のECU等の外部装置(図示せず)からの車両情報及び起動信号、車両2周辺照度信号、HUD輝度信号、LD制御部100からLDの異常を示すLD電流エラー信号、LD11、12、13に流れる電流値を示すLD電流データ、光強度検出部20からの光強度情報、走査制御部200からのフィードバックデータ等の各種情報が入力され、これらの情報より、CPU401は、光強度調整部16を制御する偏光制御データと、LD制御部100を駆動する階調制御データと、走査制御部200を駆動する走査制御データと、を生成・出力し、HUD装置1の総合的な制御を行う。つまり、CPU401は、入力される情報に応じて、LD制御部100及び走査制御部200及び偏光制御部300を介してLD11、12、13及びMEMSミラー30及び光強度調整部16を駆動し、画像Mを生成する。これにより、画像Mを表す表示光Lがウインドシールド3に向けて出射され、観察者4は、画像Mを虚像Vとして視認することができる。

0050

以上の構成からなるHUD装置1は、LD11、12、13から出射されるレーザー光R、レーザー光G、レーザー光Bを所定の比率で混色することで、白色を表現する。白色を表現する所定の比率とは、例えば、R:G:B=2.9:2.4:1である。例えば、HUD装置1では、LD11、12、13の電流値を制御することでホワイトバランス調整を行う。以下、ホワイトバランス調整の方法について具体的に説明する。

0051

まず、HUD装置1を構成するLD11、12、13の電流−光強度特性について説明する。
また、LD11、12、13は、図4に示すような電流−光強度特性を有する。図4は、RGBレーザー光源のホワイトバランス調整における光強度混色比を加味した電流−光強度特性を説明するための図である。図示するように、LD11、12、13は、レーザー発振を開始する電流閾値Ith(R−Ith、G−Ith、B−Ith)をそれぞれ有する。電流閾値Ith付近の値域は、レーザー発振が不安定になる不安定発振領域となり、マージンを加味すると、不安定発振領域にならないようにLD11、12、13を駆動する下限の電流値である下限駆動電流値は、Ith+αとなる。ここで、αは数mA程度である。

0052

不安定発振領域では、光強度が不安定となり、表示画像のちらつきやホワイトバランス崩れが発生する。なぜなら、LD11、12、13が出射する各レーザー光R、G、Bを合成して色彩表現を行うが、各LD11、12、13では、不安定発振領域における光強度は同程度であるためである。

0053

また、LD11、12、13は、ホワイトバランス調整における光強度混色比を加味した最大光強度となる上限駆動電流値Ipeak(R−Ipeak、G−Ipeak、B−Ipeak)を有する。なお、図4には、光減衰部材18を備えていない場合のホワイトバランス調整における光強度混色比を加味した最大光強度となる電流値を(B−Ipeak1)と記載し、光減衰部材18を備えた場合のホワイトバランス調整における光強度混色比を加味した最大光強度となる電流値を(B−Ipeak2)と記載する。

0054

ところで、表示装置は、階調表現をLDのAPC(Auto Power Control)により行われる。従って、安定した表示、ホワイトバランス調整が可能な領域(以下、安定領域という)とは、上限駆動電流値Ipeakから下限駆動電流値(Ith+α)までの
Ipeak−(Ith+α)
である。従って、Ipeak−(Ith+α)の領域内で全階調表現及び全階調に渡るホワイトバランス調整が行われることが望ましい。

0055

光減衰部材18を備えていない場合、LD13の安定領域は、
B−Ipeak1−(B−Ith+α)
となる。すなわち、LD13は、B−Ipeak1−(B−Ith+α)の値を有する第3電流に応じた光強度でレーザー光Bを出射する。同様に、LD11は、R−Ipeak−(R−Ith+α)の値を有する第1電流に応じた光強度でレーザー光Bを出射する。また、LD12は、G−Ipeak−(G−Ith+α)の値を有する第2電流に応じた光強度でレーザー光Gを出射する。

0056

LD13の安定領域の値域幅は、LD11、12の安定領域の値域幅と比べて狭い。加えて、第1駆動部におけるLD印加電流分解能による限界もある。そのため、低輝度領域、すなわち、低階調領域において階調表現を行う場合、LD13に入力する電流値が、B−Ith+αを下回ってしまう。すなわち、不安定発振領域が使用されることとなる。LD13が不安定発振領域において使用される場合には、レーザー光Bの光強度が極度に低下することで、白色を表現する所定の比率、例えば、R:G:B=2.9:2.4:1が崩れることになる。

0057

図6に、光減衰部材18を備えていない場合の、全階調・ホワイト表示におけるLD13を基準としたときの分光放射輝度比の実測値及び理想比を示す。図示するように、R比は、高階調領域及び中階調領域(21〜64/64)ではR理想比に近似する一方、低階調領域(1〜20/64)ではR理想比から乖離して高い値となる。同様に、G比も、高階調領域及び中階調領域(21〜64/64)ではG理想比に近似する一方、低階調領域(1〜20/64)ではG理想比から乖離して高い値となる。
特に1〜8階調では、LD13の入力電流値ILDが電流閾値Ithを下回り、G比及びB比の実測値は理想比から10倍以上の大きな値となる。そのため、ホワイトバランス調整を安定して行うことができず、表示画面も基準となるホワイトから大きく外れる、いわゆる、ホワイトバランス崩れとなる。

0058

次に、光減衰部材18を備えた場合について説明する。光減衰部材18を備えることで、低階調領域においても所定値(下限電流値B−Ith+α)以上の電流値ILDを入力することができるため、安定に階調表現ができる領域がB−Ipeak1−(B−Ith+α)から、B−Ipeak2−(B−Ith+α)へ拡大する(図4参照)。これにより、ホワイトバランス調整が安定して実行できる安定領域も拡大する。

0059

図7に光減衰部材18を備えた場合の、全階調・ホワイト表示におけるLD13を基準としたときの分光放射輝度比の実測値及び理想比を示す。図6に示す測定結果と比較してもホワイトバランス調整のためのR、G理想比からのずれが劇的に改善していることが分かる。理想比からの最大のずれが2.25倍まで抑えることが出来、光減衰部材18を備えていないとき(図6参照)と比べ約5倍ものホワイトバランス調整精度が向上することとなる。

0060

上述のとおり本実施の形態に係るHUD装置1によれば、合波ユニット15を構成する合波部15cとLD13との間に光減衰部材18を備えることで、LD13から出射されてレーザー光Bの光強度を減衰させることができる。そのため、光減衰部材18を備えていない場合に比べ、高い電流値でLD13を使用することができる。従って、低階調領域においてLD13使用するときは、不安定領域よりも高い電流値域でLD13を使用することができる。このように、不安定領域を回避した電流値域でLD13を使用するため、LD13の光強度を安定させることができる。その結果、HUD装置1では、安定して白色を表現することができる。

0061

また、MEMSミラー30に入射するレーザー光R、レーザー光G及びレーザー光Bの光強度を調整する光強度調整部16を有することで、LD11,LD12,LD13の駆動電流を低下させなくても(不安定発振領域付近で駆動しなくても)画像Mの低輝度表示を実現できる。
さらに、光強度調整部16に入射するレーザー光Bが光減衰部材18により減衰されているため、光強度調整部16は、レーザー光Rやレーザー光Gと同様にレーザー光Bの光強度調整を行えばよく、レーザー光Bのみを特別な光強度調整をする(大きく減衰させる)必要がなく、光強度調整部16の容易な制御によって、白色を実現することができる。

0062

また、第1駆動部101(LD制御部100)は、光強度調整部16の合成レーザー光RGBの透過率を低下させる低出力モードと合成レーザー光RGBの透過率を低出力モードより高くする高出力モードとにおいて、LD11、12、13を、同様に階調制御させるものであり、第1駆動部101(LD制御部100)による階調制御を複雑にすることなく、画像Mを、高輝度(高出力モード)及び低輝度(低出力モード)において安定した階調制御をすることができる。

0063

また、レーザー光R、レーザー光G及びレーザー光Bを混色した合成レーザー光RGBを、液晶パネルに照射する場合には、レーザー光Bの光強度を減衰させることで、液晶パネルの劣化を抑制することができる。なぜなら、液晶パネルの配向膜及び絶縁膜を構成する有機材料は、レーザー光Bを照射されることで劣化する。この有機材料の劣化の度合いは、レーザー光Bの光強度に比例するため、液晶パネルに入射するレーザー光Bの光強度を予め減衰させることで、液晶パネルの有機材料に対する負荷を軽減することができる。

0064

また、各レーザー光R、G、Bの輝度分布に反比例した透過率分布を有する光減衰部材18を用いることで、レーザー光の照射面内における光強度分布を均一にすることができる。これにより、各レーザー光R、G、Bを液晶パネルに照射する場合には、当該液晶パネルの劣化を抑制することができる。なぜなら、レーザー光の特性として、照射範囲の中心では光強度がより強く、照射範囲の周辺に向かうにつれて光強度が弱まることが知られている。そのため、有機材料等の劣化は、レーザー光の光強度分布が特に高い、レーザー光中心から発生し、周辺へ徐々に拡大していく。その結果、液晶パネル(偏光制御素子)は、レーザー光Bを照射することにより、有機材料等の劣化及び損傷が起こる。これに起因して、長寿命調光機能の実現が困難となるためである。

0065

また、光減衰部材18としては、入射光の一部を反射する反射型の光学系が一般的に用いられる。反射型の光減衰部材18を用いる場合には、レーザー光Bと光減衰部材18との関係が入射角90°であれば、光減衰部材により反射された反射光はLD13へ戻ることになる。そのため、反射光がLD13の発熱寿命劣化の原因となりうる。そこで、レーザー光Bの入射角が垂直とは異なる角度となるように、光減衰部材18を配置ことで、LD13への反射光戻りを防ぐとともに、LD13の発熱や寿命劣化を低減することができる。

0066

また、上述した構成を有する混色装置を備える表示装置では、LD13がレーザー光Bを安定して出射することで、ホワイトバランス調整を行うことができ、安定して白色を表現することができる。その結果、白色以外の表示画像を安定して表示することができる。特に、光強度調整部16として液晶パネルを用い、この液晶パネルにレーザー光を照射する場合には、最もエネルギーが高いレーザー光Bの光強度を減衰することで、液晶パネルを構成する有機材料の劣化を抑制することができる。その結果、液晶パネルの長寿命化を実現することができる。

0067

[変形例]
なお、本発明は、以上の実施形態及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、実施形態及び図面に変更(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。

0068

例えば、上記実施の形態では、光路上で、レーザー光R、レーザー光G及びレーザー光Bは、合波ユニット15により、光路上で合波し、混色するようにしたが、これには限定されない。例えば、レーザー光R、レーザー光G及びレーザー光Bを照射するスクリーン40上で合波し、混色するようにしてもよい。この場合、スクリーン40が混色手段として機能する。

0069

また、上記実施の形態では、画像を生成する空間光変調素子として、MEMSミラー30(走査部)を用いたが、これには限定されない。本発明における表示装置(HUD装置1)は、TFT(Thin Film Transistor)等の空間光変調素子と、赤色光を出射するLD11、緑色光を出射するLD12及び青色光を出射するLD13と、により画像を表示するものであってもよい。

0070

1HUD装置(表示装置)
2 車両
3ウインドシールド
4観察者
10レーザー光出射部(混色装置)
11 LD(赤色光源)
12 LD(緑色光源)
13 LD(青色光源)
14集光光学系
14a 集光光学系
14b 集光光学系
14c 集光光学系
15合波ユニット(混色手段)
15a反射部
15b 合波部
15c 合波部
16 光強度調整部
17透過膜
18光減衰部材
20 光強度検出部
30MEMSミラー(走査部)
40スクリーン
60 第1反射部
70 第2反射部
80筐体
90透光部
100LD制御部
101 第1駆動部
102給電部
200走査制御部
201 第2駆動部
202ミラー位置検出部
300偏光制御部
400 主制御部
401 CPU
402 記憶部
RGB合成レーザー光
C反射光
L表示光
M 画像
V 虚像

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