JP2017021064A - 画像生成装置、ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】液晶素子の焼き付きを防止しつつ、ホワイトバランスの良好な画像を生成することができる画像生成装置とヘッドアップディスプレイとを提供する。【解決手段】調光部１４は、レーザー光Ｃの偏光角を調整する液晶素子１４ａを含み、レーザー光Ｃの偏光角を調整することで出射方向に向かうレーザー光Ｃを調光し、光検出部１６は、調光部１４を通過した後のレーザー光Ｃ（反射光Ｃ１）の光強度を検出し、制御部２０は、液晶素子１４ａの印加電圧を反転させるタイミングと異なるタイミングで光検出部１６が検出したレーザー光Ｃ（反射光Ｃ１）の光強度に基づいて、複数の光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの出力をそれぞれ補正する。【選択図】図６

Description

本発明は、レーザー光を空間光変調することにより画像を生成する画像生成装置と、この画像生成装置が生成した画像を虚像として表示するヘッドアップディスプレイに関するものである。

画像生成装置は、例えば、特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置に適用されており、この画像生成装置は、レーザー光を出射する光源と、光源から前記レーザー光を走査することで画像を生成する走査部と、光源と走査部との間のレーザー光の光路上に位置し、レーザー光の偏光角を制御する液晶素子を含み、走査部に向かうレーザー光の光強度を調整する調光部と、を備え、調光部によりレーザー光の光強度を減衰させることで、画像の輝度のダイナミックレンジを確保している。

また、特許文献１に開示されている液晶素子は、焼き付きを防止するため、液晶素子への印加電圧をフレームの周期毎に正極と負極とを交互に印加している。

ところで、車両などに搭載されるヘッドアップディスプレイなどに適用される画像生成装置は、使用される温度が変化しやすく、変化する温度幅も大きい。使用環境温度が変化した場合、レーザー光を出射する半導体レーザー光源の出力特性が変化するため、同じように駆動しても所望の光強度のレーザー光が出力できない問題がある。

このような問題に対処するため、特許文献２に開示されている画像生成装置（レーザー走査型表示装置）は、レーザー光の光強度を光検出部で検出し、光検出部で検出した光強度信号に基づいて、連続的又は断続的に光源の駆動を補正することで、所望の光強度のレーザー光を光源に出力させている。

特開２０１３−０１５７３８号公報 特開２０１４−０８６４２６号公報

しかしながら、液晶素子の正極／負極で極性を切り替えるタイミングが、光源の出力補正用の光強度検出を行うタイミングに重なってしまうと、光強度検出に誤差が生じてしまい、光源の補正を適切に行うことができず、画像生成装置が所望の輝度で所望の色の画像を生成することができないという問題があり、改善の余地があった。

したがって、本発明は、液晶素子の焼き付きを防止しつつ、ホワイトバランスの良好な画像を生成することができる画像生成装置とヘッドアップディスプレイとを提供することを目的の一つとしている。

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、本発明の第一の発明における画像生成装置は、異なる色のレーザー光を出射可能な複数の光源と、前記光源から前記レーザー光を受光し、前記レーザー光の偏光角を調整する液晶素子を含み、前記レーザー光の偏光角を調整することで前記レーザー光を調光する調光部と、前記液晶素子を制御することで前記レーザー光を調光するとともに、前記液晶素子の印加電圧を正極または負極に反転させる調光制御部と、前記調光部を通過した前記レーザー光を主走査方向に複数回走査しながら前記主走査方向と直交する副走査方向に走査することで画像を生成する走査部と、前記調光部を通過した後の前記レーザー光の光強度を検出する光検出部と、前記調光制御部が前記液晶素子の印加電圧を反転させるタイミングと異なるタイミングで前記光検出部が検出した前記異なる色のレーザー光の光強度に基づいて、前記複数の光源の出力をそれぞれ補正する光源補正部と、を備える、ことを特徴とする。

また、第二の発明におけるヘッドアップディスプレイは、前記画像生成装置と、前記画像生成装置が生成した前記画像を透過反射部に投影するリレー光学系と、外部照度を検出する外光センサと、を備え、前記調光制御部は、前記光源補正部が、前記レーザー光の光強度を入力してから前記複数の光源の出力を補正するまでの期間を除くタイミングで前記レーザー光を調光する、ことを特徴とする。

本発明は、液晶素子の焼き付きを防止しつつ、ホワイトバランスの良好な画像を生成することができる。

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源部の概略断面の例を示す図である。 上記実施形態の画像生成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。 上記実施形態における走査部の走査位置の時間推移を表す図であり、（ａ）は副走査位置の時間推移であり、（ｂ）は主走査位置の時間推移である。 上記実施形態の画像生成装置における電気構成の例を示す図である。 上記実施形態の画像生成装置が行う表示処理の例を示すフロー図である。 上記実施形態の画像生成装置が行う調光処理の例を示すフロー図である。 上記実施形態の画像生成装置が行う反転処理の例を示すフロー図である。 上記実施形態の画像生成装置の各部動作のタイミングチャートの例であり、（ａ）は、走査部の副走査位置の推移と示し、（ｂ）は、光源が出射する検出用光が出射されるタイミングを示し、（ｃ）は、液晶素子の正負反転タイミングを示している。 本発明の画像生成装置の変形実施形態の各部動作のタイミングチャートの例であり、（ａ）は、走査部の副走査位置の推移と示し、（ｂ）は、光源が出射する検出用光が出射されるタイミングを示し、（ｃ）は、液晶素子の正負反転タイミングを示している。 本発明の画像生成装置の変形実施形態の各部動作のタイミングチャートの変形例であり、（ａ）は、走査部の副走査位置の推移と示し、（ｂ）は、光源が出射する検出用光が出射されるタイミングを示し、（ｃ）は、液晶素子の正負反転タイミングを示している。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の画像生成装置を車両に搭載するヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと記載）に適用した一実施形態について説明する。

本発明の実施形態に係るＨＵＤ１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。このようにしてＨＵＤ１は、観察者３に虚像Ｖを視認させる。

図１のＨＵＤ１は、図２に示したように、画像Ｍを生成する画像生成部（画像生成装置）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系である第一反射部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、ＨＵＤ１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（リレー光学系）２００、第二反射部（リレー光学系）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。また、図２では、第一反射部２００と第二反射部３００との２つの反射型のリレー光学系を図示してあるが、例えば、一方の反射型のリレー光学系（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系を追加したりしてもよい。さらに、リレー光学系としては、反射型のリレー光学系のみではなく、レンズなどの透過型のリレー光学系を用いられてもよい。

図２の筐体４００は、レーザー光源部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、ＨＵＤ１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（画像生成装置）１００）
図２の画像生成部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を生成するものである。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源部（レーザー光源装置）１０１と、レーザー光源部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。

（レーザー光源部（レーザー光源装置）１０１）
レーザー光源部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、合成レーザー光源部１０と、レーザー光源部１０における、後述する光源１１，調光部１４などを制御する制御部２０と、により構成される。

図３は、レーザー光源部１０の構成の例を示す図であり、レーザー光源部１０１は、図３に示されるように、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、光検出部１６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が記憶する光源制御データに基づいて、所望の光強度のレーザー光が出射されるように各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃそれぞれを階調制御する。

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（Ｖｅｒｔｉａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）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１４ｂ，１４ｃとを備え、後述する制御部２０が設定した調光値に基づき、液晶素子１４ａを、パルス振幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＡＭ）方式やパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：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、後述する制御部２０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、調光値を設定する。具体的に例えば、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の調光値は高く設定され、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の調光値は低く設定される。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及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、それぞれ離れた位置に設けられてもよく、図３に示されるように合成レーザー光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。

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として後述する光検出部１６の方向へ反射させる。

図３の光検出部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のうち、各色レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒそれぞれの光強度を検出する。光検出部１６は、受光した反射光Ｃ１の各色レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒそれぞれの光強度に応じて検出信号を後述する制御部２０に出力する。

図２の制御部２０は、例えば、１つまたは複数のマイコンやＦＰＧＡなどで構成される処理部２１と、１つまたは複数のＲＯＭなどの記憶部２２と、外部から信号を入力するインターフェースである入力部２３と、光源１１、調光部１４、走査部１０２などを駆動する図示しない駆動回路と、から主に構成され、筐体４００の内側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、制御部２０は、筐体４００の外部に配設され、配線によりＨＵＤ１内部と電気的に接続されていてもよい。また、制御部２０は、全ての機能が同一のプリント回路板に設けられていてもよく、または複数のプリント回路板に分割して設けられてもよい。なお、本実施形態における処理部２１（制御部２０）は、本発明における液晶素子１４ａを制御し、液晶素子１４ａの印加電圧を正極または負極に反転させる調光制御部、複数の光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの出力をそれぞれ補正する光源補正部、としての機能も有する。制御部２０の作用などの詳細については、後で詳述する。

図４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、レーザー光源部１０からの合成レーザー光Ｃを受光し、後述する制御部２０の制御のもとで、受光した合成レーザー光Ｃを、図４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（リレー光学系）に向けて出射する。

スクリーン１０３は、例えば、図４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４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）と、に分類される。この非表示エリアは、有効表示エリア１０３ａを主走査する際の主走査の折り返し位置付近に配置され、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１０３ｂ（図４の有効表示エリア１０３ａの左右領域）と、副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１０３ｃ（図４の有効表示エリア１０３ａの上下領域）と、に分類される。

ここで、走査部１０２は、図４に示すように、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（符号Ｃで示す実線を参照）、走査終了位置Ｐ４に到達すると再び走査開始位置Ｐ１に戻って走査する。走査部１０２の走査期間は、画像Ｍを生成するフレームの期間Ｆにおいて、図５（ａ）に示されるように、有効表示エリア１０３ａ及び非表示エリア（１０３ｂ，１０３ｃ）を走査している期間である実走査期間Ｆａと、走査終了位置Ｐ４から走査開始位置Ｐ１に戻る期間である帰線期間Ｆｂと、に分類される。この走査部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上を走査する表示開始位置Ｐ２及び表示終了位置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に帰還するまでのフレームの期間Ｆは、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。以上が、本実施形態における画像生成部１００の構成である。

次に、図２に示される画像生成部１００の電気的構成について、図６のブロック図を用いて説明する。制御部２０は、図６に示されるように、光源１１、調光部１４，光検出部１６，走査部１０２，外光センサ５００などに電気的に接続される。制御部２０は、入力部２３を介して、車両２から車速などの車両情報や、光検出部１６が検出する光強度に関する情報や、走査部１０２が出力する走査位置に関する情報や、外光センサ５００が検出する外部照度に関する情報などを入力する。そして、処理部２１は、入力部２３から入力した情報に基づいて、記憶部２２からプログラム及びデータを読み出し、プログラムを実行することで、光源１１，調光部１４，走査部１０２などを制御する。

図６の処理部２１は、走査部１０２の走査位置を検出または／および推定することが可能であり、画像Ｍを生成するため、走査部１０２の走査位置に合わせて光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの出力を制御することで、画像Ｍの各ピクセルを所望の色、所望の輝度で表示する。具体的に例えば、処理部２１は、入力部２３を介して走査部１０２から入力される、走査部１０２の主走査方向Ｘの往復の切り替わりタイミングを示す主走査切り替わりデータ、フレームＦの切り替わりタイミングを示すフレーム切り替わりデータなどに基づいて、走査部１０２の走査位置を推定可能である。

図６の記憶部２２は、出射するレーザー光の色が異なる光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃ毎に駆動するための光源駆動データを記憶している。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を対応づけたデータである。しかしながら、同じ光源制御データで光源１１を駆動した場合であっても、光源１１及び調光部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、レーザー光源部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を光検出部１６が検出し、光検出部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それぞれに所望の階調表現できるため、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。以下に、図７乃至図１０を用いて、本実施形態の画像生成部１００が実行する『光強度補正処理』を含めた画像Ｍの『表示処理』と、画像Ｍの調光を行う『調光処理』について説明する。なお、本発明の画像生成装置（画像生成部）１００は、本実施形態におけるレーザー光源部１０１と、走査部１０２と、スクリーン１０３と、から主に構成される。

図７は、本実施形態の画像生成部１００が行う『表示処理』のフローチャートであり、図８は、本実施形態の画像生成部１００が行う『調光処理』のフローチャートであり、図９は、本実施形態の画像生成部１００が行う『反転処理』のフローチャートであり、図１０は、（ａ）が走査部１０２の副走査方向Ｙの走査位置の時間推移を示し、（ｂ）が光源１１が出射する検査用光Ｃｄのオン／オフのタイミングを示し、（ｃ）が調光部１４の正極／負極の切り替えタイミングを示すタイミングチャートの例である。

まず、図７を用いて、画像生成部１００が行う『表示処理』について説明する。なお、図７のステップＳ３乃至Ｓ７までが前述した『光強度補正処理』である。

ステップＳ１では、制御部２０は、走査部１０２が主走査を繰り返しても連続して走査位置が有効表示エリア１０３ａに侵入しない図４の連続非表示エリア１０３ｃに、走査位置がある（あるいは副走査位置Ｙ１またはＹ３である）かを判定する。走査部１０２の走査位置が連続非表示エリア１０３ｃではない（あるいは副走査位置Ｙ１またはＹ３である）と判定（ステップＳ１でＮｏ）した場合、制御部２０は、ステップＳ２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、制御部２０は、走査部１０２の走査位置が連続非表示エリア１０３ｃである（あるいは副走査位置Ｙ１またはＹ３である）と判定（ステップＳ１でＹＥＳ）した場合、ステップＳ３に移行し、光源１１に検査用光Ｃｄの出射を開始させる。ステップＳ３では、具体的には、制御部２０は、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを、時点における最高階調で駆動することで検査用光Ｃｄを出射させる。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、処理部２１は、検査用光Ｃｄを出射させるタイミングが、液晶素子１４ａの極性反転のタイミングと重ならないように調整するが、例えば、液晶素子１４ａの極性が反転してから、液晶素子１４ａの周期の１０％以上の期間が少なくとも経過した後、検査用光Ｃｄを出射するようにする。具体的には、液晶素子１４ａの極性の反転が１０ｍｓｅｃであった場合、処理部２１は、液晶素子１４ａの極性が反転してから、１ｍｓｅｃ以上経過した後、検査用光Ｃｄを出射するようにする。

ステップＳ４では、制御部２０は、光源１１に一定の期間Ｕ（図１０参照）だけ検査用光Ｃｄを出射させた後、検査用光Ｃｄの出射を停止し、ステップＳ５に移行し、検査用光Ｃｄの検出信号の電圧レベルを取得し、前記記憶部に記憶する。本実施形態の制御部２０は、光検出部１６から入力した光強度を示す検出信号を積分する積分回路（図示しない）を有し、該積分回路が積分した検出信号の電圧レベルを取得する。このように、検査用光Ｃｄを一定の期間だけ出射し、検査用光Ｃｄに基づく光検出部１６からの検出信号を一定期間積分した電圧レベルを取得することで、検出信号の時間的な揺らぎによる検出誤差の影響を抑制することができる。また、得られる検出信号の電圧レベルが大きくなるため、Ｓ／Ｎ比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。

ところで、制御部２０は、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調光値を決定し、調光部１４を制御する。調光部１４の調光の度合いによって、光検出部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の調光値は高く設定される。従って、外部照度が高い（明るい）場合には、光検出部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の調光値は低く設定される。従って、光検出部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の調光値が低く設定され、検査用光Ｃｄの光強度が小さい場合、光検出部１６から制御部２０に入力される検出信号を適宜増幅する。これにより、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。

ステップＳ６において、制御部２０は、色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得したかを判定する。色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得していないと判定（ステップＳ６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、ステップＳ１に戻る。また、色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得したと判定（ステップＳ６でＹＥＳ）した場合、制御部２０は、ステップＳ７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、制御部２０は、最高階調である検査用光Ｃｄの検出信号に基づき、最高階調が所望の光強度となるように、光源駆動データにおける最高階調に対応付けられた光源制御データを補正する。そして、制御部２０は、この最高階調における光源制御データの補正量に基づいて、他の階調に対応付けられた光源制御データも補正する。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１０３ｃであるタイミングが望ましい。また、制御部２０は、最高階調である検査用光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、色光ＲＧＢ全ての電圧レベルを取得し、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの光源駆動データを補正するまでの一連の周期を、以下では、サイクルＱと表現する。

なお、ステップＳ３乃至Ｓ５による光強度に基づく電圧レベルの取得は、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。図１０を用いて具体的に説明すると、フレームＦ１では、青色レーザー光Ｂの検査用光Ｃｄの光強度に基づく電圧レベルを取得し、フレームＦ２では、青色レーザー光Ｂの検査用光Ｃｄの光強度に基づく電圧レベルを取得し、フレームＦ３では、赤色レーザー光Ｒの検査用光Ｃｄの光強度に基づく電圧レベルを取得し、これにより、１色の検査用光Ｃｄを出射する一定の期間Ｕを長く設けることができるため、より精度のよい光強度検出が可能となる。

以上が、本実施形態における『表示処理』の説明である。以下に図８，９を用いて、本実施形態における画像生成部１００が、前記表示処理と並行して行う、表示面（スクリーン３０）上に適切な輝度で画像Ｍを表示するための『調光処理』と、調光部１４の焼き付きを防止する『反転処理』と、について説明する。

（調光処理）
調光処理は、例えば、外光センサ５００からの外部照度に基づき、明るい（外部照度が大きい）環境では、画像Ｍの輝度を増大させるように調光部１４による光の減衰を抑え、暗い（外部照度が小さい）環境では、画像Ｍの輝度を減少させるように調光部１４で光を減衰させる処理である。調光処理は、例えば、所定数のフレームＦおき、又は所定時間おきに定期的に処理を開始する。

ステップＳ１１では、処理部２１は、入力部２３を介して外光センサ５００から外部照度に関する情報を入力する。

ステップＳ１２では、処理部２１は、記憶部２２に記憶された外部照度と調光値とを対応付けたテーブルデータを読み出し、ステップＳ１１で入力した外部照度に対応した調光値を決定する。なお、処理部２１は、外部照度に対応した調光値を演算により求めてもよい。

ステップＳ１３では、処理部２１は、走査部１０２の走査位置が所定の調光値変更タイミングであるかを判定する。調光値変更タイミングは、具体的に例えば、前記光強度補正処理のサイクルＱの途中ではなく、かつ、走査部１０２の走査位置が連続非表示エリア１０３ｃ内であるタイミングが望ましい。

処理部２１は、前記調光値変更タイミングになった（ステップＳ１３でＹｅｓ）場合、ステップＳ１４に移行し、調光部１４の調光値を変更する。これにより、スクリーン３０上に表示される画像Ｍの輝度を調整する。

なお、以上に説明した調光処理は、ユーザが図示しない操作部により調光値を変更操作した場合に、処理を開始されてもよい。この場合、処理部２１は、前述したステップＳ１１で、図示しない操作部から操作信号を入力し、ステップＳ１２で、前記操作信号に基づいて調光値を決定することとなる。

（反転処理）
反転処理は、調光部１４における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及び負極でそれぞれ印加される期間割合が同じになるように駆動する処理である。具体的に例えば、処理部２１は、１フレーム内で前記液晶素子を正極及び負極で駆動する期間割合を、５０％ずつに設定し、１フレームＦの半分で正極／負極を切り替える。

ステップＳ２１では、処理部２１は、調光部１４の液晶素子の印加電圧を正負反転させるタイミングであるかを判定する。具体的には、処理部２１は、１フレームＦの略半分のタイミングであるかを判定し、１フレームＦの略半分のタイミング（ステップＳ２１でＹｅｓ）で、調光部１４の液晶素子の印加電圧を正極から負極に反転させ（ステップＳ２２）、さらに、次フレームＦへの切り替わりタイミング（ステップＳ２１でＹｅｓ）で、調光部１４の液晶素子の印加電圧を負極から正極に反転させる（ステップＳ２２）。これにより、調光部１４の前記液晶素子は、１フレームＦ内に、正極で駆動する期間と、負極で駆動する期間と、を１回ずつ同じ期間割合で駆動されるため、前記液晶素子の焼き付きを防止することができる。

また、処理部２１は、１フレームＦにつき正極／負極の切替を２回（偶数回）行っているため、全てのフレームＦにおいて、フレームＦ内の正極／負極のタイミングを一定に保つことができる。すなわち、前記『光強度補正処理』における検査用光Ｃｄの出射タイミングを、フレームＦに対して一定のタイミングで行うことで、図１０に示すように、全てのフレームＦ（図１０のＦ１，Ｆ２Ｆ３）において、前記液晶素子が負極であるタイミングに検査用光Ｃｄを出射する。すなわち、処理部２１が、１フレームＦおきに正極／負極の切替を２回（偶数回）行うことで、フレームＦ内における正極／負極のタイミングを一定に保つことができるため、検査用光Ｃｄが出射及び検出されるタイミングにおける前記液晶素子の極性を一定にすることができ、前記液晶素子の極性の違い（検出条件の違い）による光強度検出の誤差発生を防止することができ、精度のよい光強度検出が可能となる。

なお、処理部２１は、１フレームの期間Ｆ内に、液晶素子の正極／負極の切り替えを、さらに多い偶数回（４回、６回）設けてもよい。なお、処理部２１は、図１０に示されるように、正極または負極である期間Ｔを、検査用光Ｃｄが出力される期間Ｕより長く設けることが望ましく、これにより、検査用光Ｃｄが出射される期間Ｕ内で前記液晶素子の正極／負極の切り替えが行われないようにすることができる。

また、１フレームの期間Ｆ内で、正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとが、必ずしも均等でなくてもよい。例えば、図１１に示されるように、１フレーム目の期間Ｆ１（３フレーム目の期間Ｆ３）内では、調光部１４は正極で駆動され、２フレーム目の期間Ｆ２（４フレーム目の期間Ｆ４）内では、調光部１４は負極で駆動される。これにより、１フレームの期間Ｆ内では、正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとが均等ではないが、２フレームの期間Ｆ１＋Ｆ２（Ｆ３＋Ｆ４）内では、正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとが均等となる。このような構成によっても、所定の期間内における正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとが均等となるため、液晶素子の焼き付きを防止することができる。なお、正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとを均等とする所定の期間は、１／３０秒以下であることが望ましい。

また、処理部２１は、フレームの期間Ｆ内における正極または負極の切り替えタイミングを、連続するフレーム間で異ならせてもよい。具体的に例えば、図１２に示されるように、１フレーム目の期間Ｆ１内では、正極を印加する期間Ｔｐ１が６０％、負極を印加する期間Ｔｎ１が４０％で駆動され、２フレーム目の期間Ｆ２内では、正極を印加する期間Ｔｐ２が４０％、負極を印加する期間Ｔｎ２が６０％で駆動される。これにより、１フレームの期間Ｆ内では、正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとが均等ではないが、２フレームの期間Ｆ１＋Ｆ２内では、正極を印加する期間Ｔｐ（Ｔｐａ＋Ｔｐ２）と負極を印加する期間Ｔｎ（Ｔｎ１＋Ｔｎ２）とが均等となる。このような構成によっても、所定の期間内における正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとが均等となるため、液晶素子の焼き付きを防止することができる。また、このように、フレームの期間Ｆ内における正極または負極の切り替えタイミングを、連続するフレーム間で異ならせることで、画像Ｍの所定の画素付近が液晶素子の正極または負極の切り替えによってぼけてしまうことを抑制することができる。

以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。

本実施形態における画像生成部（画像生成装置）１００は、異なる色のレーザー光を出射可能な複数の光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃからのレーザー光Ｃを受光し、レーザー光Ｃの偏光角を調整する液晶素子１４ａを含み、レーザー光Ｃの偏光角を調整することで出射方向に向かうレーザー光Ｃを調光する調光部１４と、液晶素子１４ａを制御することで出射方向に向かうレーザー光Ｃを調光するとともに、液晶素子１４ａの印加電圧を正極または負極に反転させる調光制御部（制御部２０）と、調光部１４を通過したレーザー光Ｃを主走査方向Ｘに複数回走査しながら主走査方向Ｘと直交する副走査方向Ｙに走査することで画像Ｍを生成する走査部１０２と、調光部１４を通過した後のレーザー光Ｃ（反射光Ｃ１）の光強度を検出する光検出部１６と、調光制御部（制御部２０）が液晶素子１４ａの印加電圧を反転させるタイミングと異なるタイミングで光検出部１６が検出したレーザー光Ｃ（反射光Ｃ１）の光強度に基づいて、複数の光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの出力をそれぞれ補正する光源補正部（制御部２０）と、を備えている。このように、制御部２０が、液晶素子１４ａの印加電圧が反転し調光部１４として光透過率が不安定となる時期に光検出を行わないため、液晶素子１４ａの焼き付きを防止する反転処理を実行しても、精度よく光強度検出をすることができ、光源１１に所望の光強度のレーザー光を出射させることができ、延いては、ホワイトバランスが良好な画像Ｍを生成することが可能となる。

さらに、本実施形態における画像生成部（画像生成装置）１００において、光源制御部（制御部２０）は、異なる色のレーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒの光強度の検出タイミングを、それぞれ、液晶素子１４ａの印加電圧が正極または負極のいずれか一方とする。これにより、同じ極性状態の液晶素子１４ａを通過したレーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒがそれぞれ光強度検出されるため、液晶素子１４ａの極性違いによる光強度の誤検出を防止することができ、さらに精度のよい光強度検出をすることができる。

また、調光制御部（制御部２０）は、所定の周期（１フレームＦ毎または複数フレーム毎）における正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとが略均等になるように液晶素子１４ａを駆動する。この構成によれば、液晶素子１４ａに正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとを略均等に設けるため、液晶素子１４ａの焼き付きをさらに確実に防止することができる。ここでいう略均等とは、所定の周期に占める液晶素子１４ａに正極を印加する期間Ｔｐが概ね４７〜５３％の間であることを示す。

また、光源１１は、光検出部１６で光強度を検出させるため、所定の期間Ｕに一定出力の検査用光Ｃｄを出射可能であり、調光制御部（制御部２０）は、液晶素子１４ａに正極または負極を連続して印加する期間Ｔｐ（またはＴｎ）を、検査用光Ｃｄを出射させる期間Ｕより長く設ける。この構成によれば、検査用光Ｃｄを出射している期間Ｕの間に、液晶素子１４ａの極性が切り替わることを防止することができ、液晶素子１４ａの印加電圧が反転し調光部１４として光透過率が不安定となる時期に光検出を行わないため、精度よく光強度検出をすることができ、光源１１に所望の光強度のレーザー光を出射させることができ、延いては、ホワイトバランスが良好な画像Ｍを生成することが可能となる。

また、調光制御部（制御部２０）は、液晶素子１４ａに正極または負極を連続して印加する期間Ｔａ（またはＴｎ）が、画像Ｍが生成されるフレームの期間Ｆと略均等となるように液晶素子１４ａを駆動する。この構成により、１フレームの期間Ｆ内で、液晶素子１４ａの切り替えが行われないので、液晶素子１４ａの印加電圧が反転し調光部１４として光透過率が不安定となる時期が、有効表示エリア１０３ａに画像Ｍが生成される期間に重ならなくなるため、画像Ｍにおける所定の画素の表示品位が低下することを防止することができる。

また、調光制御部（制御部２０）は、画像Ｍが生成されるフレームの期間Ｆ内で正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとが略均等になるように液晶素子１４ａを駆動する。この構成によれば、１フレームの期間Ｆ内で正極を印加する期間Ｔｐと負極を印加する期間Ｔｎとを設けることができるため、１フレーム毎に、同じ極性状態の液晶素子１４ａを通過したレーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒの光強度検出が可能となり、レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒの光強度が所望の光強度からずれてしまった場合でも、迅速にレーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒの光強度を所望の光強度に補正することができる。

また、調光制御部（制御部２０）は、フレームの期間Ｆ内における正極または負極の切り替えタイミングを、連続するフレームＦ１，Ｆ２間で異ならせる。この構成によれば、フレームの期間Ｆ内における正極または負極の切り替えタイミングは、フレームＦ毎で異なるため、１フレームの期間Ｆ内における、液晶素子１４ａの切り替えが行われないので、液晶素子１４ａの印加電圧が反転し調光部１４として光透過率が不安定となる時期が一定でなくなる。したがって、画像Ｍにおける所定の画素の表示品位が局所的に悪化することを防止することができる。

また、光源制御部（制御部２０）は、画像Ｍが生成されるフレームの期間Ｆで１色以下のレーザー光ＢまたはＧまたはＲのいずれかの光強度を取得する。これにより、フレームの期間Ｆで複数色のレーザー光の光強度を検出する場合に比べて、レーザー光を検出する期間Ｕを十分長く設けることができるため、光強度の検出精度を向上させることができる。
なお、フレーム期間Ｆ内で２色以上のレーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒの光強度を検出してもよく、これにより、光強度補正処理にかかる時間を短くすることができ、迅速に光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃそれぞれの出力を補正することが可能となる。

また、本実施形態のＨＵＤ１では、調光制御部（制御部２０）は、光源補正部（制御部２０）が、レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒの光強度を入力してから複数の光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃそれぞれの出力を補正するまでの期間（前記光強度補正処理を実行している図７のステップＳ３からＳ７までの期間）を除くタイミングでレーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒを調光する。これにより、レーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒのホワイトバランスを良好に保ちつつ、画像Ｍ（虚像Ｖの輝度を調整することができる。

［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。

上記実施形態において、光検出部１６からの検出信号に基づいて、各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃ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いたが、光検出部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く、さらに、前記検出信号に基づいて、光源１１及び調光部１４の駆動を補正してもよい。
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の出力タイミング、調光部１４の調光値変更タイミング、液晶素子１４ａの印加電圧の極性反転タイミングなどは、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）に走査されたレーザー光の光強度を検出するように配置されていてもよい。

１ ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）
２ 車両
２ａ ウインドシールド
３ 観察者
１０ レーザー光源部
１１ 光源
１４ 調光部
１４ａ 液晶素子
１６ 光検出部
２０ 制御部（調光制御部、光源補正部）
２１ 処理部
２２ 記憶部
２３ 入力部
１００ 画像生成部（画像生成装置）
１０１ レーザー光源部（レーザー光源装置）
１０２ 走査部
１０３ スクリーン
２００ 第一反射部
３００ 第二反射部
４００ 筐体
５００ 外光センサ

Ｃ 合成レーザー光
Ｃ１ 第一反射光
Ｆ フレーム（フレームの期間）
Ｆａ 実走査期間
Ｆｂ 帰線期間
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
Ｋ 表示光
Ｍ 画像
Ｔｐ 正極を印加する期間
Ｔｎ 負極を印加する期間
Ｕ 期間
Ｖ 虚像

Claims (8)

1. 異なる色のレーザー光を出射可能な複数の光源と、
   前記光源から前記レーザー光を受光し、前記レーザー光の偏光角を調整する液晶素子を含み、前記レーザー光の偏光角を調整することで前記レーザー光を調光する調光部と、
   前記液晶素子を制御することで前記レーザー光を調光するとともに、前記液晶素子の印加電圧を正極または負極に反転させる調光制御部と、
   前記調光部を通過した前記レーザー光を主走査方向に複数回走査しながら前記主走査方向と直交する副走査方向に走査することで画像を生成する走査部と、
   前記調光部を通過した後の前記レーザー光の光強度を検出する光検出部と、
   前記調光制御部が前記液晶素子の印加電圧を反転させるタイミングと異なるタイミングで前記光検出部が検出した前記異なる色のレーザー光の光強度に基づいて、前記複数の光源の出力をそれぞれ補正する光源補正部と、を備える、
   ことを特徴とする画像生成装置。
2. 前記光源制御部は、前記異なる色のレーザー光の光強度の検出タイミングを、それぞれ、前記液晶素子の印加電圧が正極または負極のいずれか一方とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
3. 前記調光制御部は、所定の周期における正極を印加する期間と負極を印加する期間とが略均等になるように前記液晶素子を駆動する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像生成装置。
4. 前記光源は、前記光検出部で光強度を検出させるため、所定の期間に一定出力の検査用光を出射可能であり、
   前記調光制御部は、前記液晶素子に正極または負極を連続して印加する期間を、前記検査用光を出射させる前記期間より長く設ける、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像生成装置。
5. 前記調光制御部は、前記液晶素子に正極または負極を連続して印加する期間が、前記画像が生成されるフレームの期間と略均等となるように前記液晶素子を駆動する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像生成装置。
6. 前記調光制御部は、前記画像が生成されるフレームの期間内で正極を印加する期間と負極を印加する期間とが略均等になるように前記液晶素子を駆動する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像生成装置。
7. 前記調光制御部は、前記フレームの期間内における正極または負極の切り替えタイミングを、連続する前記フレーム間で異ならせる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像生成装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の画像生成装置と、
   前記画像生成装置が生成した前記画像を透過反射部に投影するリレー光学系と、
   外部照度を検出する外光センサと、を備え、
   前記調光制御部は、前記光源補正部が、前記レーザー光の光強度を入力してから前記複数の光源の出力を補正するまでの期間を除くタイミングで前記レーザー光を調光する、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
   

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