JP2021056357A - レーザー光源制御装置、ヘッドアップディスプレイ装置、方法、及びコンピュータ・プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】虚像の表示品位を向上させる。【解決手段】ホログラムに表示光を投影し、視認者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置２０であって、レーザー光源制御装置３０は、光源５０が出射するレーザー光の波長、又は波長を推定可能な情報を取得し、画像データに基づく表示画像の表示領域毎に、光源５０が出射するレーザー光の光強度を補正する調整値を設け、表示領域における調整値の分布を、レーザー光の波長に基づいて、制御する。【選択図】 図１

Description

本開示は、車両などの移動体に用いられるヘッドアップディスプレイ装置、レーザー光源制御装置、制御方法、及びコンピュータ・プログラムに関する。

特許文献１には、車両のウインドシールドに、特定波長領域の光に対する回折効率（反射率）が高いホログラム素子を設け、これに表示光を投影することで、虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置が記載されている。

特開２０１１−１８０１７８号公報

特定波長領域の光に対する回折効率が高いホログラム素子に投射される表示光を生成するために、光源としてレーザー光を出射するレーザーダイオードが用いられることが一般的である。しかしながら、レーザーダイオードは、温度に応じて、出射するレーザー光の波長が変わってしまう。

レーザー光の波長が変わってしまうことで、ホログラム素子での回折効率が変化する。このホログラム素子での回折効率の変化が、全体で一様であればよいが、ヘッドアップディスプレイ装置から出射される表示光のホログラム素子への入射角度が、領域毎に異なるため、レーザー光の波長変化に起因するホログラム素子での回折効率の変化率は、ホログラム素子の領域毎に異なり、これにより、視認される虚像に輝度ばらつき（明るさのばらつき）が生じてしまい、この観点で改善の余地があった。

本明細書に開示される特定の実施形態の要約を以下に示す。これらの態様が、これらの特定の実施形態の概要を読者に提供するためだけに提示され、この開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。実際に、本開示は、以下に記載されない種々の態様を包含し得る。

本開示の概要は、虚像の表示品位を向上させる。より具体的には、虚像の輝度のばらつきを抑制することに関する。

したがって、本明細書に開示されるレーザー光源制御装置は、光源が出射するレーザー光の波長、又は波長を推定可能な情報を取得し、画像データに基づく表示画像の表示領域毎に、光源が出射するレーザー光の光強度を補正する調整値を設け、表示領域における調整値の分布を、レーザー光の波長に基づいて、制御する。これによれば、レーザー光の波長の変化に基づき生じるホログラム素子での回折効率分布のバラツキを補償することができる。すなわち、レーザー光の波長の変化により回折効率が低くなる領域に表示される虚像の輝度を高めに設定する、及び／又はレーザー光の波長の変化により回折効率が高くなる領域に表示される虚像Ｖの輝度を低めに設定することで、輝度のバラツキの少ない虚像を視認させることができる。

いくつかの実施形態に係る、ヘッドアップディスプレイ装置の概略的な構成を示す図である。 いくつかの実施形態に係る、表示器の構成を示す図である。 いくつかの実施形態に係る、レーザーモジュールの構成を示す図である。 いくつかの実施形態に係る、ヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像の表示例を示す図である。 いくつかの実施形態に係る、車両用表示システムのブロック図である。 所定の目位置に向かう表示光のホログラム素子での回折効率分布を、虚像表示領域に重ねてグレースケール（明色から暗色になるに従い回折効率が低い。）で表現した図である。 虚像表示領域の輝度調整値分布をグレースケール（明色から暗色になるに従い輝度が低い。）で表現した図である。 いくつかの実施形態に係る、レーザー光の光強度を調整する処理のフロー図である。 変形例に係る、レーザー光の光強度を調整する処理のフロー図である。

以下に、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、本発明は以下の実施形態（図面の内容も含む）によって限定されるものではない。以下の実施形態に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。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。

以下、図１、図２、図３、及び図５では、例示的な車両用表示システム、ヘッドアップディスプレイ装置、及びレーザーモジュールの構成の説明を提供する。図４では、ヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像の表示例の説明を提供する。図６では、ホログラム素子での課題の説明を提供する。図７、図８、及び図９では、本実施形態のレーザー光の光強度の調整方法の説明を提供する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用表示システムの構成を示す図であって、自動車に採用された場合が示されている。なお、本発明の車両用表示システムは、自動車に限らず、移動体における表示装置に採用することが可能である。

図１の車両用表示システム１０は、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置とも記載する。）２０と、ＨＵＤ装置２０を制御する表示制御装置（レーザー光源制御装置）３０と、から構成される。ＨＵＤ装置２０は、視認者（典型的には、自車両の運転席に着座する運転者）１の正面（前方、自車両の進行方向とも言える。）に配置される自車両のフロントウインドシールド（被投影部材の一例。）２に向けて表示光１００を投影する。

ホログラム素子３は、例えば，フォトポリマーや重クロム酸ゼラチンなどのホログラム材料などからなり、入射した光を所望の方向へ向けて回折する光学部材であり、物体光と参照光の干渉パターンを記録することで作成される。ホログラム素子３は、シート状であり、フロントウインドシールド２に内包され、ＨＵＤ装置２０が表示する表示画像Ｍをアイボックス２００へ拡大反射する。視認者１は、アイボックス２００内に目を配置することで、フロントウインドシールド２より遠方側に、ＨＵＤ装置２０が表示する表示画像Ｍの虚像Ｖを視認することができる。なお、本実施形態に用いる図面において、自車両の左右方向をＸ軸方向（自車両の前方を向いた際の左側がＸ軸正方向）とし、上下方向をＹ軸方向（路面を走行する自車両の上側がＹ軸正方向）とし、自車両の前後方向をＺ軸方向（自車両の前方がＺ軸正方向）とする。

本実施形態の説明で用いる「アイボックス」とは、（１）領域内では表示画像Ｍの虚像Ｖの少なくとも一部が視認でき、領域外では表示画像Ｍの虚像Ｖの一部分も視認されない領域、又は（２）領域内では表示画像Ｍの虚像Ｖの少なくとも一部が所定の輝度以上で視認でき、領域外では表示画像Ｍの虚像Ｖの全体が前記所定の輝度未満である領域である。すなわち、視認者１が目（両目）をアイボックス２００外に配置すると、視認者１は、表示画像Ｍの虚像Ｖの全体が視認できない、又は表示画像Ｍの虚像Ｖの全体の視認性が非常に低く知覚しづらい。前記所定の輝度とは、例えば、アイボックスの中心での表示画像の輝度に対して１／５０程度である。

ＨＵＤ装置２０は、表示画像Ｍの光を出射する表示器４０と、表示器４０が出射する表示光１００を、フロントウインドシールド（被投影部材の一例）２に向けて反射するリレー光学系４９と、で少なくとも構成される。本実施形態では、リレー光学系４９は、光学的パワーを有さない平面ミラーであるが、これに限定されるものではなく、光学的パワーを有する凹面ミラー、凸面ミラーなどの反射光学系であってもよい。また、リレー光学系４９は、反射光学系の代わりに、又は反射光学系に加えて、レンズなどの屈折光学系、回折光学系、及び／又はこれらの機能を組み合わせた光学系などを追加してもよい。

図２は、表示器４０の構成を示す図である。表示器４０は、例えば、レーザー走査型表示装置であり、レーザーモジュール４１と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーからなるスキャナ４２と、スクリーン（表示面）４３と、を備え、スクリーン４３に表示画像Ｍを表示する（表示画像Ｍの光を出射する。）。なお、表示画像Ｍは、リレー光学系４９と、被投影部材（フロントウインドシールド２）により生じる歪み（湾曲）を打ち消すように、予め歪ませてスクリーン４３に表示されてもよい。この表示画像Ｍの歪みは、後述する表示制御装置３０によるワーピング処理と、前記レーザー走査型表示装置における光学部材の各構成の配置と、により生じてもよい。

図３は、図２のレーザーモジュール４１の構成の例を示す図である。レーザーモジュール４１は、光源５０と、集光部６０と、光合成部７０と、光分岐部８０と、波長検出部９０と、から主に構成される。

光源５０は、色（波長帯域）の異なるレーザー光を出射する複数のレーザー光源を有し、例えば、青色のレーザー光Ｂを出射する第１光源５１と、緑色のレーザー光Ｇを出射する第２光源５２と、赤色のレーザー光Ｒを出射する第３光源５３と、から構成される。光源５０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、後述する表示制御装置（レーザー光源制御装置）３０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５１，５２，５３それぞれを階調制御する。

また、光源５０には、光源５０の温度（波長を推定可能な情報の一例）を検出する温度検出素子５０ａが設けられていてもよい。具体的には、温度検出素子５０ａは、第１光源５１の温度を検出する第１温度検出素子５１ａと、第２光源５２の温度を検出する第２温度検出素子５２ａと、第３光源５３の温度を検出する第３温度検出素子５３ａと、を含んでいてもよい。なお、温度検出素子５０ａは、複数の光源５１，５２，５３にそれぞれに設けられず、複数の光源５１，５２，５３のいずれかの温度を検出する１つ又は２つの温度検出素子で構成されてもよい。

図３の集光部６０は、各光源５１，５２，５３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１光源５１から出射される青色のレーザー光Ｂの光路上に位置し、青色のレーザー光Ｂを集光する第１集光部６１と、第２光源５２から出射される緑色のレーザー光Ｇの光路上に位置し、緑色のレーザー光Ｇを集光する第２集光部６２と、第３光源５３から出射される赤色のレーザー光Ｒの光路上に位置し、赤色のレーザー光Ｒを集光する第３集光部６３と、から構成される

図３の光合成部７０は、各光源５１，５２，５３から出射され、集光部６０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１光合成部７１と、緑色のレーザー光Ｇの光軸を調整する第２光合成部７２と、赤色のレーザー光Ｒの光軸を調整する第３光合成部７３と、を有する。

図３の光分岐部８０は、例えば、５％程度の反射率を有する透過性部材からなり、光合成部７０からスキャナ４２までの間の合成レーザー光Ｃの光路上に配設され、光合成部７０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、一部の光を部分光Ｃ１として後述する波長検出部９０の方向へ反射させ、合成レーザー光Ｃの残りの光を合成レーザー光４５としてスキャナ４２に向けて出射する。

図３の波長検出部９０は、レーザー光の波長を検出するセンサを含み、例えば、エタロン分光器、ツェルニー・ターナ（Czerny−Turner）型の分光器、複数のグレーティングを使用した分光器、マルチパス化した分光器などである。波長検出部９０が検出する波長は、ピーク波長、中心波長、重心波長（「平均波長」と称することもある）、半値波長などであるが、これらに限定されない。本実施形態の波長検出部９０は、部分光Ｃ１を受光し、第１光源５１からの青色のレーザー光Ｂの波長、第２光源５２からの緑色のレーザー光Ｇの波長、及び第３光源５３からの赤色のレーザー光Ｒの波長、を検出し、第１光源５１、第２光源５２、第３光源５３のそれぞれのレーザー光の波長を示す情報（波長情報）を後述する表示制御装置３０に出力してもよい。波長検出部９０の配置は、これに限定されず、例えば、各光源５１，５２，５３が出射するレーザー光Ｂ，Ｇ，Ｒが、合成される前に検出可能な位置に配置されてもよい。

再び、図２を参照する。図２のスキャナ４２は、例えば圧電駆動型の２軸レーザー光走査ミラーから構成される。スキャナ４２は、後述する表示制御装置３０から入力される制御信号に応じて反射面が２軸方向に揺動する。具体的には、スキャナ４２は、合成レーザー光４５を受光し、この合成レーザー光４５を反射させた反射光である走査ビーム４７をスクリーン４３に向ける。

スクリーン４３は、入射した走査ビーム４７を受光し、射出瞳を拡大する射出瞳拡大素子（ＥＰＥ）として機能し、例えば、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイである。本実施形態では、スクリーン４３は、平板状であるが、一部または全体が湾曲していてもよい。また、スキャナ４２とスクリーン４３との間の走査ビーム４７の光路上のスクリーン４３の近傍に、図示しないフィールドレンズを配置してもよい。

他の例として、表示器４０は、レーザー光を照明光と利用した液晶プロジェクタ、ＤＬＰプロジェクタ、ＬＣＯＳプロジェクタと、これらのプロジェクタの投影光を受光し、表示画像Ｍを表示するスクリーン（表示面）４３と、で構成されてもよい。また、上記レーザー走査型表示装置を含むプロジェクタは、スクリーンを有さず、後述するリレー光学系（表示面）４９に表示画像Ｍを投影してもよい。

リレー光学系４９は、表示器４０と、ＨＵＤ装置２０の外部の被投影部材（フロントウインドシールド２）と、の間の表示光１００の光路上に配置され、表示器４０からの表示光１００をフロントウインドシールド２に向けて反射する反射性を有する。また、本実施形態のリレー光学系４９は、表示器４０が生成した表示画像Ｍを拡大した虚像Ｖとして結像させるための画像拡大機能（光学機能の一例）と、歪みのない（歪の少ない）虚像として結像させるための画像歪み補正機能（光学機能の一例）と、を有していてもよい。リレー光学系４９に凹面鏡の機能（画像拡大機能、及び／又は画像歪み補正機能）を持たせることで、視認者１に、大きな虚像、歪の少ない虚像を提供することができるとともに、ＨＵＤ装置２０内の表示器４０や他の光学系（リレー光学系４９も含んでもよい）の小型化を図り、延いてはＨＵＤ装置２０全体の小型化を図ることも可能となる。なお、１つの目位置から虚像が視認され得る最大の領域を、ここでは、虚像表示領域３００と称する。虚像表示領域３００は、平面、曲面、又は一部曲面の領域であり、結像面とも呼ばれる。虚像表示領域３００は、ＨＵＤ装置２０の後述する表示器４０の表示面（スクリーン４３）の虚像が結像される位置であり、すなわち、虚像表示領域３００は、ＨＵＤ装置２０の表示画像Ｍが表示される表示面に対応し（言い換えると、虚像表示領域３００は、後述する表示面（スクリーン４３）と、共役関係となる。）、虚像表示領域３００で視認される虚像は、ＨＵＤ装置２０の後述する表示面に表示される画像に対応している、と言える。虚像表示領域３００自体は、実際に視認者１に視認されない、又は視認されにくい程度に視認性が低いことが好ましい。

図４は、ＨＵＤ装置２０が表示する虚像の表示例を示す図である。図４に示す虚像Ｖは、断続的な画像であり、案内経路を示す６つ（複数）の矢印状の画像からなり、車両の前景における左側の区画線６１１と右側の区画線６１２との間の走行レーン６１０に重なる位置に、案内経路のうち車両に近い方から符号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の順に配置される。案内経路は、直進した後に交差点で右折を示しており、すなわち、交差点までの案内経路を示す虚像Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、視認者１から見て車両の走行レーンの路面６１０に重なり、前方の交差点に向かうように直進方向（Ｚ軸正方向）を指示し、交差点から先の案内経路を示す虚像Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６は、視認者１から見て右折方向の分岐路の路面６１０から起き上がっているように配置され、右方向（Ｘ軸負方向）を指示する。虚像Ｖ１〜Ｖ６は、路面６１０に沿うように視認されるように配置される。

なお、虚像Ｖは、路面６１０に沿って配置されるものではなく、路面６１０に対して起き上がって知覚されるものであってもよい。虚像Ｖは、路面６１０に対して起き上がって知覚されるものであり、車両の速度「５０ｋｍ／ｈ」を示す。すなわち、本実施形態の車両用表示システム１０（ＨＵＤ装置２０）は、路面６１０に沿うように知覚する（Ｚ軸方向に奥行きを感じる）虚像Ｖ１〜Ｖ６などのパースペクティブ画像と、路面６１０から起き上がっているように知覚する（Ｚ軸方向に奥行きを感じにくい）虚像Ｖ７などの非パースペクティブ画像と、を表示し得る。虚像表示領域３００は、典型的には、車両の運転席に着座する視認者１（運転者）から見ると、図４に示すような、横方向（Ｘ軸方向）が縦方向（Ｙ軸方向）より長い矩形の領域（これに限定されない。）である。

図５は、いくつかの実施形態に係る、車両用表示システム１０のブロック図である。表示制御装置３０は、１つ又は複数のＩ／Ｏインタフェース３１、１つ又は複数のプロセッサ３３、及び１つ又は複数のメモリ３５を備える。図２に記載される様々な機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれら両方の組み合わせで構成されてもよい。図５は、１つの実施形態に過ぎず、図示された構成要素は、より数の少ない構成要素に組み合わされてもよく、又は追加の構成要素があってもよい。

図示するように、プロセッサ３３は、メモリ３５と動作可能に連結される。より具体的には、プロセッサ３３は、メモリ３５に記憶されているプログラムを実行することで、例えば画像データを生成、及び／又は送信するなど、車両用表示システム１０（ＨＵＤ装置２０）の操作を行うことができる。プロセッサ３３は、少なくとも１つの汎用マイクロプロセッサ（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）、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）、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。メモリ３５は、ハードディスクのような任意のタイプの磁気媒体、ＣＤ及び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、及び不揮発性メモリを含む。揮発性メモリは、ＤＲＡＭ及びＳＲＡＭを含み、不揮発性メモリは、ＲＯＭ及びＮＶＲＯＭを含んでもよい。

図示するように、プロセッサ３３は、Ｉ／Ｏインタフェース３１と動作可能に連結されている。Ｉ／Ｏインタフェース３１は、例えば、車両に設けられた後述の車両ＥＣＵ４０３、又は他の電子機器（後述する符号９０、５０ａ、４０１、４０３）と、ＣＡＮ（Controller Area Network）の規格に応じて通信（ＣＡＮ通信とも称する）を行う。なお、Ｉ／Ｏインタフェース３１が採用する通信規格は、ＣＡＮに限定されず、例えば、ＣＡＮＦＤ（ＣＡＮ with Flexible Data Rate）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport：ＭＯＳＴは登録商標）、ＵＡＲＴ、もしくはＵＳＢなどの有線通信インタフェース、又は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ネットワークなどのパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、８０２．１１ｘ Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）ネットワークなどのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の数十メートル内の近距離無線通信インタフェースである車内通信（内部通信）インタフェースを含む。また、Ｉ／Ｏインタフェース３１は、無線ワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ０、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４（ＷｉＭＡＸ：Worldwide Interoperability for Microwave Access））、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅベース（Ｍｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ）、４Ｇ、４Ｇ−ＬＴＥ、ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇなどのセルラー通信規格により広域通信網（例えば、インターネット通信網）などの車外通信（外部通信）インタフェースを含んでいてもよい。

図示するように、プロセッサ３３は、Ｉ／Ｏインタフェース３１と相互動作可能に連結されることで、車両用表示システム１０（Ｉ／Ｏインタフェース３１）に接続される種々の他の電子機器等と情報を授受可能となる。Ｉ／Ｏインタフェース３１には、例えば、波長検出部９０、温度検出素子５０ａ、目位置検出部４０１、及び車両ＥＣＵ４０３などが動作可能に連結される。

表示器４０は、プロセッサ３３に動作可能に連結される。したがって、ＨＵＤ装置２０によって表示される表示画像Ｍは、プロセッサ３３から受信した画像データに基づいてもよい。プロセッサ３３は、Ｉ／Ｏインタフェース３１から取得される情報に基づき、ＨＵＤ装置２０が表示する表示画像Ｍを制御する。なお、Ｉ／Ｏインタフェース３１は、車両用表示システム１０に接続される他の電子機器等から受信する情報を加工（変換、演算、解析）する機能を含んでいてもよい。

目位置検出部４０１は、自車両の運転席に着座する視認者１の目の位置を検出する赤外線カメラなどのカメラを含み、撮像した画像を、プロセッサ３３に出力してもよい。プロセッサ３３は、目位置検出部４０１から撮像画像（目の位置を推定可能な情報の一例）を取得し、この撮像画像を解析することで視認者１の目の位置を特定することができる。また、目位置検出部４０１は、カメラの撮像画像を解析し、解析結果である視認者１の目の位置を示す信号をプロセッサ３３に出力してもよい。なお、自車両の視認者１の目の位置、又は視認者１の目の位置を推定可能な情報を取得する方法は、これらに限定されるものではなく、既知の目位置検出（推定）技術を用いて取得されてもよい。プロセッサ３３は、視認者１の目の位置に基づき、画像の位置を少なくとも調整することで、前景の所望の位置（実オブジェクトとの特定の位置関係になる位置）に重畳した画像を、目位置を検出した視認者１に視認させてもよい。

車両ＥＣＵ４０３は、自車両に設けられたセンサやスイッチから、自車両の状態（例えば、走行距離、車速、アクセルペダル開度、ブレーキペダル開度、エンジンスロットル開度、インジェクター燃料噴射量、エンジン回転数、モータ回転数、ステアリング操舵角、シフトポジション、ドライブモード、各種警告状態、姿勢（ロール角、及び／又はピッチング角を含む）、車両の振動（振動の大きさ、頻度、及び／又は周波数を含む））などを取得し、自車両の状態を収集、及び管理（制御も含んでもよい。）するものであり、機能の一部として、自車両の状態の数値（例えば、自車両の車速。）を示す信号を、表示制御装置３０のプロセッサ３３へ出力することができる。なお、車両ＥＣＵ４０３は、単にセンサ等で検出した数値（例えば、ステアリング操舵角が右方向に１０［ｄｅｇｒｅｅ］。）をプロセッサ３３へ送信することに加え、又は代わりに、センサで検出した数値を含む自車両の１つ又は複数の状態に基づく判定結果（例えば、自車両が右方向に進路を変えようとしていること。）、若しくは／及び解析結果（例えば、視認者１が案内経路の通りに、分岐路で右折する意思があること。）を、プロセッサ３３へ送信してもよい。例えば、車両ＥＣＵ４０３は、自車両が車両ＥＣＵ４０３のメモリ（不図示）に予め記憶された所定の条件を満たすような判定結果を示す信号を表示制御装置３０へ出力してもよい。

また、車両ＥＣＵ４０３は、車両用表示システム１０が表示する表示画像Ｍ（虚像Ｖ）を指示する指示信号を表示制御装置３０へ出力してもよく、この際、表示画像の座標、サイズ、種類、表示態様、表示画像の報知必要度、及び／又は報知必要度を判定する元となる必要度関連情報を、前記指示信号に付加して送信してもよい。なお、本実施形態では、表示制御装置３０（後述するグラフィックモジュール５０８）が、Ｉ／Ｏインタフェース３１から取得する情報に基づき、画像データを生成するものであるが、これに限定されるものではなく、車両ＥＣＵ４０３が画像データを生成し、表示制御装置３０へ出力してもよい。

本実施形態のメモリ３５に記憶されたソフトウェア構成要素は、波長検出モジュール５０２、波長推定モジュール５０４、輝度調整モジュール５０６、グラフィックモジュール５０８、駆動モジュール５１０、及び目位置検出モジュール５１２を含む。

波長検出モジュール５０２は、光源５０の波長を検出する。波長検出モジュール５０２は、波長検出部９０から前記波長情報を取得すること、前記波長情報が予め定められた複数の波長範囲のどこに属しているか判定すること、に関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。例えば、波長検出モジュール５０２は、第１光源５１が出射している青色のレーザー光Ｂの波長λｂ、第２光源５２が出射している緑色のレーザー光Ｇの波長λｇ、第３光源５３が出射している赤色のレーザー光Ｒの波長λｒを、波長検出部９０から取得し、取得した波長情報をメモリ３５に記憶する。また、例えば、波長検出モジュール５０２は、波長検出部９０から取得した青色のレーザー光Ｂの波長λｂが、予め定められた複数の波長範囲（例えば、波長０．２ｎｍ毎に均等に区分された複数の波長範囲。不均等な複数の波長範囲であってもよい。）のどこに属しているかを判定し、この判定結果（波長範囲情報）をメモリ３５に記憶してもよい。

波長推定モジュール５０４は、波長を推定可能な情報から、光源５０の波長を推定する。波長推定モジュール５０４は、温度検出素子５０ａから取得した各光源５１、５２、５３の温度（波長を推定可能な情報の一例）から各光源５１、５２、５３の波長を推定すること、温度検出素子５０ａから取得した全てではない光源５１、５２、５３の温度（１つ又は２つの光源の温度）から各光源５１、５２、５３の波長を推定すること、波長検出部９０から取得した全てではない光源５１、５２、５３の波長（１つ又は２つの光源の波長（波長を推定可能な情報の一例））から残りの光源５１、５２、５３の波長をする推定すること、に関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。すなわち、波長推定モジュール５０４は、温度から波長を推定する、１つ又は２つの光源の温度から残りの光源の温度を推定する、又は１つ又は２つの光源の波長から残りの光源の波長を推定する、ためのテーブルデータ、演算式、などを含み得る。

輝度調整モジュール５０６は、虚像表示領域３００内での輝度調整値分布を設定する。上述したように、虚像表示領域３００（虚像表示領域３００内に視認される虚像Ｖ）と表示器４０の表示面（表示面内に表示される表示画像Ｍ）とは対応しているので、輝度調整モジュール５０６は、表示器４０の表示面内での輝度調整値分布を設定するとも言える。輝度調整モジュール５０６が、表示器４０の表示面内の領域毎に、画像データに基づく各光源５１，５２，５３の階調値に付加する調整値を変えることで、表示器４０の表示面内での輝度調整値分布は、調整される。例えば、輝度調整モジュール５０６が、表示器４０の表示面内の第１の領域で、元となる画像データ（元画像データ）に基づく階調値に階調を上げる調整値を設定した場合、第１の領域で表示される表示画像は、元画像データでの階調よりも高い階調（輝度）の画像が表示される。逆に、例えば、輝度調整モジュール５０６が、表示器４０の表示面内の第２の領域で、元となる画像データ（元画像データ）に基づく階調値に階調を下げる調整値を設定した場合、第２の領域で表示される表示画像は、元画像データでの階調よりも低い階調（輝度）の画像が表示される。

また、輝度調整モジュール５０６は、ホログラム素子３の回折効率分布による虚像表示領域３００内での輝度のばらつきを補償するように、虚像表示領域３００内での輝度調整値分布を設定する。輝度調整値分布は、虚像表示領域３００で視認される虚像Ｖ（表示器４０の表示面に表示される表示画像Ｍ）の各画素に輝度（階調）を調整する調整値が設定されたものであるが、これに限定されるものではなく、例えば、隣り合う複数の画素（画素ユニット）毎に調整値が設定されたものであってもよい。

図６は、所定の目位置に向かう表示光１００のホログラム素子３での回折効率分布９００を、虚像表示領域３００に重ねてグレースケール（明色から暗色になるに従い回折効率が低い。）で表現した図であり、虚像表示領域３００の左右方向（Ｘ軸方向）での中心における回折効率分布を符号９１０（回折効率分布のピークを符号９１０ｐ）で示し、虚像表示領域３００の上下方向（Ｙ軸方向）での中心における回折効率分布を符号９２０（回折効率分布のピークを符号９２０ｐ）で示している。虚像表示領域３００で回折効率が低い領域に表示される虚像Ｖの輝度は、虚像表示領域３００で回折効率が高い領域に表示される虚像Ｖの輝度に比べると、低くなってしまう。

図７は、虚像表示領域３００の輝度調整値分布１０００をグレースケール（明色から暗色になるに従い輝度が低い。）で表現した図であり、虚像表示領域３００の左右方向（Ｘ軸方向）での中心における輝度調整値分布を符号１０１０（輝度調整値分布のピークを符号１０１０ｐ）で示し、虚像表示領域３００の上下方向（Ｙ軸方向）での中心における輝度調整値分布を符号１０２０（輝度調整値分布のピークを符号９２０ｐ）で示している。輝度調整モジュール５０６は、図６に示す回折効率分布９００に基づき、回折効率が低い領域に表示される虚像Ｖの輝度を高めに設定した、回折効率が高い領域に表示される虚像Ｖの輝度を低めに設定した、又はこれらの組み合わせにより輝度が設定された、図７に示すような輝度調整値分布を適用することで、虚像表示領域３００内での輝度のばらつきを補償する（抑制する）ように機能する。

本実施形態の輝度調整モジュール５０６は、ホログラム素子３における表示光１００の回折効率に基づき、虚像表示領域３００（表示器４０の表示面）内での輝度調整値分布を設定する。輝度調整モジュール５０６は、波長検出モジュール５０２が検出した光源５０の波長、及び／もしくは波長推定モジュール５０４が推定した波長に対応した輝度調整値分布１０００を選択すること、又は温度検出素子５０ａから取得した光源５０の温度に対応した輝度調整値分布１０００を選択すること、に関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。すなわち、輝度調整モジュール５０６は、光源５０の波長から輝度調整値分布１０００を設定する、又は光源５０の温度から輝度調整値分布１０００を設定する、ためのテーブルデータ、演算式、などを含み得る。

グラフィックモジュール５０８は、レンダリングなどの画像処理をして画像データ（元画像データ）を生成するための様々な既知のソフトウェア構成要素を含む。なお、グラフィックモジュール５０８は、表示される画像の視覚的効果（例えば、視認性パラメータ（輝度、透明度、彩度、コントラスト）、パースペクティブ特性パラメータ、視点変換パラメータ、動画パラメータ）を設定し、表示器４０を制御するための様々な既知のソフトウェア構成要素を含んでいてもよい。グラフィックモジュール５０８が生成する画像は、限定されず、静止画、動画、撮像画像、又は加工された撮像画像などであってもよい。なお、グラフィックモジュール５０８は、ＨＵＤ装置２０に、前景に存在する実オブジェクトの位置に応じて表示位置を変化させるＡＲ画像、及び／又は実オブジェクトの位置に応じて表示位置を変化させない非ＡＲ画像、を含む画像を表示するための画像データを生成することができる。なお、グラフィックモジュール５０８の機能の一部又は全部は、車両用表示システム１０の表示制御装置３０とは別（例えば、車両ＥＣＵ４０３）に設けられてもよい。

駆動モジュール５１０は、光源５０を駆動すること、スキャナ４２（表示器４０）を駆動すること、を実行するための様々な既知のソフトウェア構成要素を含む。駆動モジュール５１０は、グラフィックモジュール５０８が生成した元画像データ、又は外部（例えば、車両ＥＣＵ４０３）から取得した元画像データに、輝度調整モジュール５０６による輝度調整値分布の設定を反映する。具体的には、駆動モジュール５１０は、元画像データに含まれるレーザー光の出力強度に対応する元の階調値に、輝度調整値分布における調整値を付加した新たな階調値で光源５０を駆動する。すなわち、光源５０のパルス発光の出力強度が、各画素位置における新たな階調値に応じて調整される。換言すると、各光源５１、５２、５３に印加される各駆動電流が、ホログラム素子３による回折効率に基づき、元の駆動電流から増減されることで、ホログラム素子３の回折効率分布による虚像表示領域３００内での輝度のばらつきを補償することができる。

なお、各光源５１、５２、５３は、温度変化に基づき、印加する駆動電流に対する出力強度が変化する出力特性（光源制御データの一例）がある。このため、駆動モジュール５１０は、温度検出素子５０ａから取得する光源５０の温度情報、波長検出部９０から取得する光源５０から出射されるレーザー光の波長情報、図示しない光強度センサから取得する光源５０から出射されるレーザー光の光強度情報、又はこれらを組み合わせて、公知の方法で実際に近い出力特性（光源制御データの一例）を推測し、これに基づいて、光源５０を駆動することが好ましい。

目位置検出モジュール５１２は、自車両の視認者１の眼の位置を検出する。目位置検出モジュール５１２は、視認者１の眼の高さ（Ｙ軸方向の位置）を示す座標を検出すること、視認者１の眼の高さ（Ｙ軸方向の位置）及び奥行方向の位置（Ｚ軸方向の位置）を示す座標を検出すること、視認者１の眼の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置）を示す座標を検出すること、及び／又は前記目の座標が予め定められた複数の座標範囲のどこに属しているか判定すること、に関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。目位置検出モジュール５１２は、例えば、目位置検出部４０１から視認者１の眼の位置を取得する、又は、目位置検出部４０１から視認者１の目の高さを含む目の位置を推定可能な情報を受信し、視認者１の目の位置を推定する。目の位置を推定可能な情報は、例えば、自車両の運転席の位置、視認者１の顔の位置、座高の高さ、視認者１による図示しない操作部での入力値などであってもよい。

なお、ホログラム素子３の回折効率分布による虚像表示領域３００内での輝度のばらつきは、目の位置に応じても変化する。したがって、輝度調整モジュール５０６は、目位置検出モジュール５１２が検出した視認者１の目位置に対応した輝度調整値分布１０００を選択することに関係する様々な動作を実行するための様々なソフトウェア構成要素を含む。すなわち、輝度調整モジュール５０６は、視認者１の目位置と光源５０の波長とから輝度調整値分布１０００を設定する、又は視認者１の目位置と光源５０の温度とから輝度調整値分布１０００を設定する、ためのテーブルデータ、演算式、などを含み得る。

図８は、いくつかの実施形態に係る、レーザー光の光強度を調整する処理のフロー図である。まず、ステップＳ１１において、プロセッサ３３は、波長検出モジュール５０２、及び／又は波長推定モジュール５０４を実行することで、各光源５１，５２，５３の波長を取得する（推定する）。又は、ステップＳ１１において、プロセッサ３３は、温度検出素子５０ａから各光源５１，５２，５３の温度を取得する。

次に、ステップＳ１３において、プロセッサ３３は、輝度調整モジュール５０６を実行し、ステップＳ１１で取得した各光源５１，５２，５３の波長（温度）に対応する各光源５１，５２，５３の輝度調整値分布をメモリ３５から読み出す、又は演算する。

ステップＳ１５において、プロセッサ３３は、駆動モジュール５１０を実行し、ステップＳ１３で設定した輝度調整値分布と、元画像データと、に基づいて、各光源５１、５２、５３を駆動する。

図９は、いくつかの実施形態に係る、レーザー光の光強度を調整する処理のフロー図である。図８に対して、視認者の目位置も参照する点で異なる。

まず、ステップＳ２１において、プロセッサ３３は、波長検出モジュール５０２、及び／又は波長推定モジュール５０４を実行することで、各光源５１，５２，５３の波長を取得する（推定する）。又は、ステップＳ２１において、プロセッサ３３は、温度検出素子５０ａから各光源５１，５２，５３の温度を取得する。

ステップＳ２２において、プロセッサ３３は、目位置検出モジュール５１２を実行し、視認者１の目位置を取得する。

次に、ステップＳ２３において、プロセッサ３３は、輝度調整モジュール５０６を実行し、ステップＳ２１で取得した各光源５１，５２，５３の波長（温度）と、ステップＳ２２で取得した視認者の目位置と、に対応する各光源５１，５２，５３の輝度調整値分布をメモリ３５から読み出す、又は演算する。

ステップＳ２５において、プロセッサ３３は、駆動モジュール５１０を実行し、ステップＳ２３で設定した輝度調整値分布と、元画像データと、に基づいて、各光源５１、５２、５３を駆動する。

上述の処理プロセスの動作は、汎用プロセッサ又は特定用途向けチップなどの情報処理装置の１つ以上の機能モジュールを実行させることにより実施することができる。これらのモジュール、これらのモジュールの組み合わせ、及び／又はそれらの機能を代替えし得る一般的なハードウェアとの組み合わせは全て、本発明の保護の範囲内に含まれる。

車両用表示システム１０の機能ブロックは、任意選択的に、説明される様々な実施形態の原理を実行するために、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって実行される。図５で説明する機能ブロックが、説明される実施形態の原理を実施するために、任意選択的に、組み合わされ、又は１つの機能ブロックを２以上のサブブロックに分離されてもいいことは、当業者に理解されるだろう。したがって、本明細書における説明は、本明細書で説明されている機能ブロックのあらゆる可能な組み合わせ若しくは分割を、任意選択的に支持する。

以上のとおり、本実施形態では、画像データに基づき、光源５０が出射するレーザー光の光強度を制御し、光源５０が出射するレーザー光の波長、又は波長を推定可能な情報を取得し、画像データに基づく表示画像の表示領域毎に、光源５０が出射するレーザー光の光強度を補正する調整値を設け、表示領域における調整値の分布（輝度調整値分布１０００）を、レーザー光の波長に基づいて、制御する。これによれば、レーザー光の波長の変化に基づき生じるホログラム素子での回折効率分布のバラツキを補償することができる。すなわち、レーザー光の波長の変化により回折効率が低くなる領域に表示される虚像の輝度を高めに設定する、及び／又はレーザー光の波長の変化により回折効率が高くなる領域に表示される虚像Ｖの輝度を低めに設定することで、輝度のバラツキの少ない虚像を視認させることができる。

また、いくつかの実施形態では、光源５０は、複数の波長帯域のレーザー光を出射する複数の光源５１，５２，５３を含み、複数の光源５１，５２，５３それぞれのレーザー光の波長に基づき、複数の光源５１，５２，５３それぞれの調整値の分布（輝度調整値分布１０００）を制御する。これによれば、波長帯域の異なる各光源５１，５２，５３に対し、輝度調整値分布１０００を設定し、補正制御をすることができるため、虚像を形成する色毎の輝度のバラツキを軽減することができる。

また、いくつかの実施形態では、視認者の目位置を取得し、レーザー光の波長と、目位置に基づき、光源５０の調整値の分布を制御する。これによれば、目位置が異なる視認者の目位置が異なっても虚像のバラツキを軽減することができる。

また、いくつかの実施形態では、調整値は、レーザー光の光強度を、画像データが示す光強度より大きくする。すなわち、回折効率が低い領域に表示される虚像Ｖの輝度を高めに設定する制御を行うので、輝度の高い虚像Ｖを視認させることができる。すなわち、虚像Ｖの視認性を高めることができる。

また、いくつかの実施形態では、光源５０の温度を取得し、光源５０の温度が所定の閾値未満である場合、調整値は、レーザー光の光強度を、画像データが示す光強度より大きくし、光源５０の温度が閾値以上である場合、調整値は、レーザー光の光強度を、画像データが示す光強度より小さくする。これにより、光源５０の温度があまり高くない場合、回折効率が低い領域に表示される虚像Ｖの輝度を高めに設定する制御を行うので、輝度の高い虚像Ｖを視認させることができる。すなわち、虚像Ｖの視認性を高めることができる。なお、光源５０の温度が高温となると、レーザー光源に印加する駆動電流を増加させても出射されるレーザー光の光強度が上昇しづらくなる。すなわち、レーザー光の光強度を上昇させて、虚像の輝度のばらつきを軽減しにくくなる。このようレーザー光源が高温になった場合でも、逆に虚像の一部の輝度を低下させることで、虚像の輝度バラツキを軽減することができる。

また、いくつかの実施形態では、調整値は、表示画像の画素毎に設定される。これにより、虚像の輝度バラツキを視認者の目で認識しづらくすることができる。

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…視認者、２…フロントウインドシールド、３…ホログラム素子、１０…車両用表示システム、２０…ヘッドアップディスプレイ装置、３０…表示制御装置（レーザー光源制御装置）、３１…Ｉ／Ｏインタフェース、３３…プロセッサ、３５…メモリ、４０…表示器、４１…レーザーモジュール、４２…スキャナ、４３…スクリーン、４９…リレー光学系、５０…光源、５０ａ…温度検出素子、５１…第１光源、５２…第２光源、５３…第３光源、９０…波長検出部、１００…表示光、２００…アイボックス、３００…虚像表示領域、４０１…目位置検出部、４０３…車両ＥＣＵ、５０２…波長検出モジュール、５０４…波長推定モジュール、５０６…輝度調整モジュール、５０８…グラフィックモジュール、５１０…駆動モジュール、５１２…目位置検出モジュール、９００…回折効率分布、１０００…輝度調整値分布、Ｍ…表示画像、Ｖ…虚像

Claims (14)

1. 画像データに基づき、光源（５０）が出射するレーザー光の光強度を制御するレーザー光源制御装置（３０）において、
   情報を取得可能な１つ又は複数のＩ／Ｏインタフェース（３１）と、
   １つ又は複数のプロセッサ（３３）と、
   メモリ（３５）と、
   前記メモリ（３５）に格納され、前記１つ又は複数のプロセッサ（３３）によって実行されるように構成される１つ又は複数のコンピュータ・プログラムと、を備え、
   前記１つ又は複数のプロセッサ（３３）は、
   前記光源（５０）が出射する前記レーザー光の波長、又は前記波長を推定可能な情報を取得し、
   前記画像データに基づく表示画像の表示領域毎に、前記光源（５０）が出射する前記レーザー光の光強度を補正する調整値を設け、前記表示領域における前記調整値の分布を、前記レーザー光の波長に基づいて、制御する、
   レーザー光源制御装置。
2. 前記光源（５０）は、複数の波長帯域のレーザー光を出射する複数の光源（５１，５２，５３）を含み、
   前記１つ又は複数のプロセッサ（３３）は、
   前記複数の光源（５１，５２，５３）それぞれの前記レーザー光の波長に基づき、前記複数の光源（５１，５２，５３）それぞれの前記調整値の分布を制御する、
   請求項１に記載のレーザー光源制御装置。
3. 前記１つ又は複数のプロセッサ（３３）は、
   前記表示画像の視認者の目位置を取得し、
   前記レーザー光の波長と、前記目位置に基づき、前記光源（５０）の前記調整値の分布を制御する、
   請求項１に記載のレーザー光源制御装置。
4. 前記調整値は、前記レーザー光の光強度を、前記画像データが示す前記光強度より大きくする、
   請求項１に記載のレーザー光源制御装置。
5. 前記１つ又は複数のプロセッサ（３３）は、
   前記光源（５０）の温度を取得し、
   前記光源（５０）の温度が所定の閾値未満である場合、
   前記調整値は、前記レーザー光の光強度を、前記画像データが示す前記光強度より大きくし、
   前記光源（５０）の温度が前記閾値以上である場合、
   前記調整値は、前記レーザー光の光強度を、前記画像データが示す前記光強度より小さくする、
   請求項１に記載のレーザー光源制御装置。
6. 前記調整値は、前記表示画像の画素毎に設定される、
   請求項１に記載のレーザー光源制御装置。
7. ホログラムに表示光を投影し、視認者に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置（２０）であって、
   レーザー光を出射する光源（５０）と、
   表示面を有し、前記光源（５０）からの前記レーザー光を変調することで、前記表示面に表示画像を表示する表示器（４０）と、
   前記表示器（４０）が表示する前記表示画像の前記表示光を前記ホログラムに向けるリレー光学系（４９）と、
   画像データに基づき、前記光源（５０）が出射するレーザー光の光強度を制御するレーザー光源制御装置（３０）と、を備え、
   前記レーザー光源制御装置（３０）は、
   前記光源（５０）が出射する前記レーザー光の波長、又は前記波長を推定可能な情報を取得し、
   前記画像データに基づく表示画像の表示領域毎に、前記光源（５０）が出射する前記レーザー光の光強度を補正する調整値を設け、前記表示領域における前記調整値の分布を、前記レーザー光の波長に基づいて、制御する、
   ヘッドアップディスプレイ装置。
8. 画像データに基づき、光源（５０）が出射するレーザー光の光強度を制御する方法であって、
   前記光源（５０）が出射する前記レーザー光の波長、又は前記波長を推定可能な情報を取得することと、
   前記画像データに基づく表示画像の表示領域毎に、前記光源（５０）が出射する前記レーザー光の光強度を補正する調整値を設け、前記表示領域における前記調整値の分布を、前記レーザー光の波長に基づいて、制御することと、を含む、
   方法。
9. 前記光源（５０）は、複数の波長帯域のレーザー光を出射する複数の光源（５１，５２，５３）を含み、
   前記複数の光源（５１，５２，５３）それぞれの前記レーザー光の波長に基づき、前記複数の光源（５１，５２，５３）それぞれの前記調整値の分布を制御すること、を含む
   請求項８に記載の方法。
10. 前記表示画像の視認者の目位置を取得することと、
    前記レーザー光の波長と、前記目位置に基づき、前記光源（５０）の前記調整値の分布を制御することと、を含む、
    請求項８に記載の方法。
11. 前記調整値は、前記レーザー光の光強度を、前記画像データが示す前記光強度より大きくする、
    請求項８に記載の方法。
12. 前記光源（５０）の温度を取得することと、
    前記光源（５０）の温度が所定の閾値未満である場合、
    前記調整値は、前記レーザー光の光強度を、前記画像データが示す前記光強度より大きくし、
    前記光源（５０）の温度が前記閾値以上である場合、
    前記調整値は、前記レーザー光の光強度を、前記画像データが示す前記光強度より小さくすることと、を含む、
    請求項８に記載の方法。
13. 前記調整値は、前記表示画像の画素毎に設定される、
    請求項８に記載の方法。
14. 請求項８乃至１３のいずれかに記載の方法を実行するための命令を含む、コンピュータ・プログラム。
    

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