JP6295967B2 - 描画装置及び描画方法 - Google Patents

Description

本発明は描画装置及び描画方法に関する。

描画装置として、半導体レーザから出力したレーザ光を二次元的に走査し、スクリーン上に所望の画像を描画して表示するレーザプロジェクタが開発されている（特許文献１参照）。このとき、二次元的な走査の領域は、画像描画領域とブランキング領域とに区分される。画像描画領域とは、表示したい画像を描画する領域である。ブランキング領域とは、画像描画領域を取り囲む枠状の領域である。

一般に、半導体レーザなどのレーザ光源の駆動電流と出力光量との関係であるＩ―Ｌ特性は、レーザ光源自体の温度変動により変化してしまう。そこで、特許文献１記載のレーザプロジェクタでは、遮蔽板によってレーザ光が遮蔽されているときにレーザ光源の駆動電流を適切に調整してレーザ光源自体の温度変動を抑制している。

特開２０１３−１６４５０３号公報

ところで、本願出願人は、レーザ光源から試験的にレーザ光（以下、「レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光」、又は、「特性検出レーザ光」という。）を出力し、特性検出レーザ光の出力光量をフォトダイオードで測定することで当該レーザ光源のＩ−Ｌ特性を取得し、このＩ−Ｌ特性に基づいてレーザ光源の駆動電流を定期的に調整するＡＰＣ（Auto Power Control）技術を開発している。ＡＰＣ技術においては、特性検出レーザ光がスクリーンに到達することがないように、例えば、特許文献１記載のレーザプロジェクタと同様の遮蔽板等を用いて遮蔽する。

しかしながら、これまでのＡＰＣ技術では、画像描画領域上方のブランキング領域において、ＲＧＢそれぞれについて任意の輝度の特性検出レーザ光を出力していた。このため、画面解像度をＸＧＡ（１０２４ｘ７６８ピクセル）からＷＸＧＡ（例えば、１２８０ｘ７６８ピクセル）へ拡大変更したり、画像描画領域などへの迷光の影響を防止するために非発光のラスタ（走査線）を確保しようしたりすると、ＡＰＣに用いることができるブランキング領域が小さくなり、ＡＰＣに必要な特性検出レーザ光の発光時間を確保できなくなるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光の発光時間を十分に確保することができる描画装置及び描画方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明は、レーザ光を出力するレーザ光源部と、レーザ光を反射して走査する走査ミラー部と、表示画像データに基づいて、走査ミラー部が走査する範囲よりも狭い範囲においてレーザ光により表示画像を描画するように、レーザ光源部のレーザ光の出力値を制御する描画制御部と、出力値を調整するための特性検出レーザ光を、走査ミラー部が走査する範囲内の描画の範囲の外であって、少なくとも描画範囲の下方及び上方において出力するように、レーザ光源部を制御する出力調整制御部とを備える描画装置を提供する。

また、本発明は、表示画像データを入力するステップと、表示画像データに基づいてレーザ光の出力値を制御して、レーザ光により表示画像を描画するステップと、描画の範囲の外であって、少なくとも描画範囲の下方及び上方において、出力値を調整するための特性検出レーザ光を出力するステップとを有する描画方法を提供する。

本発明により、レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光の発光時間を十分に確保することができる描画装置及び描画方法を提供することができる。

実施の形態に係る描画装置１の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態に係るレーザ光源部２０の構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る走査領域７と特性検出レーザ光の走査位置との関係を説明するための図である。 実施の形態に係るラインカウンタクロック、水平ミラー３１２の駆動波形及び垂直ミラー３１１の駆動波形の時間変化を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係る描画方法の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本実施の形態に係る描画装置について説明する。
本実施の形態に係る描画装置は、レーザ光を走査することが可能な範囲内において、レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光（特性検出レーザ光）を、表示画像を描画する範囲の外であって、少なくとも当該描画する範囲の下方及び上方において出力することにより、レーザ光源の駆動電流を定期的に調整するＡＰＣ（Auto Power Control）に必要な特性検出レーザ光の発光時間を十分に確保するものである。

まず、本実施の形態に係る描画装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る描画装置１の概略構成を示すブロック図である。
描画装置１は、例えば、主に車両に搭載され、ユーザである運転者等に各種情報を虚像として提示するヘッドアップディスプレイ装置である。
描画装置１は、制御部１０、レーザ光源部２０、スキャナ部３０などを備える。

レーザ光源部２０は、レーザ光を出力するレーザモジュール２１、レーザモジュール２１が有するレーザダイオードを駆動するレーザドライバ２２、レーザ光の光量を測定するフォトダイオード２３などを有する。

図２は、本実施の形態に係るレーザ光源部２０の構成を示すブロック図である。
レーザモジュール２１は、赤色レーザダイオード２１１Ｒ、緑色レーザダイオード２１１Ｇ、青色レーザダイオード２１１Ｂ、各レーザダイオード２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂにそれぞれ対応するダイクロイックミラー２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂなどを有する。レーザダイオード２１１から出力された各色のレーザ光は、ダイクロイックミラー２１２によって合波されてスキャナ部３０に出力される。

ダイクロイックミラー２１２Ｒは、赤色レーザダイオード２１１Ｒから出力される赤色の波長の光をほぼ１００％反射する特性を有する。ダイクロイックミラー２１２Ｇは、赤色レーザダイオード２１１Ｒから出力される赤色の波長の光をほぼ１００％透過させるとともに、緑色レーザダイオード２１１Ｇから出力される緑色の波長の光をほぼ１００％反射する特性を有する。ダイクロイックミラー２１２Ｂは、赤色レーザダイオード２１１Ｒから出力される赤色の波長の光及び緑色レーザダイオード２１１Ｇから出力される緑色の波長の光を約９８％反射するとともに約２％透過させる特性を有する。さらにダイクロイックミラー２１２Ｂは、青色レーザダイオード２１１Ｂから出力される青色の波長の光を約９８％透過させるとともに約２％反射する特性を有する。

このようなダイクロイックミラー２１２の構成により、レーザダイオード２１１から出力されたレーザ光の約９８％はスキャナ部３０に入射され、レーザ光の約２％は、フォトダイオード２３に入射される。
レーザドライバ２２は、制御部１０からのレーザ駆動信号に基づいてレーザダイオード２１１を駆動する。

フォトダイオード２３は入射したレーザ光の光量を測定し、測定結果を制御部１０に出力する。
なお、レーザダイオード２１１及びダイクロイックミラー２１２の配置は図２に示したものに限らず、スキャナ部３０及びフォトダイオード２３に同様の出力がなされれば良い。

スキャナ部３０は、レーザ光源部２０から出力されたレーザ光を反射して走査するスキャナ（走査ミラー部）３１、スキャナ３１を駆動するスキャナドライバ３２、スキャナ３１の走査角を検出する走査角検出部（図示せず）などを有する。
スキャナ３１は、レーザ光を反射して垂直方向に走査する垂直ミラー３１１、レーザ光を反射して水平方向に走査する水平ミラー３１２などを有する。垂直ミラー３１１及び水平ミラー３１２は、ＭＥＭＳ(micro electro mechanical system)ミラーによって構成される。

スキャナドライバ３２は、制御部１０からのスキャナ駆動信号に基づき、スキャナ３１を駆動する。
スキャナ３１を垂直ミラー３１１及び水平ミラー３１２で構成する場合に、一般的には、垂直ミラー３１１はスキャナドライバ３２によって制御される走査角及び揺動周波数で動作し、水平ミラー３１２は揺動周波数が高いために共振による走査角及び揺動周波数で動作する。なお、水平ミラー３１２は垂直ミラー３１１と同様にスキャナドライバ３２によって制御される走査角及び揺動周波数で動作するようにしても良い。

制御部１０は、画像処理部１１、レーザ光源制御部１２、スキャナ制御部１３などを有する。
画像処理部１１は、入力した表示画像データを往復描画のデータに並び変えてレーザドライバ２２に出力する。また、画像処理部１１は、レーザ光源部２０とスキャナ部３０との同期処理、レーザドライバ２２の制御処理などを行う。

また、画像処理部１１は、フォトダイオード２３が検出した特性検出レーザ光の強度に基づいてレーザ光源部２０の状態を判断し、描画するときのレーザダイオード２１１の駆動電流値を決定するＡＰＣ処理を行う。
また、画像処理部１１は、ラインカウンタ（図示せず）を有しており、出力中の表示画像データのライン（画素行）数をカウントし、出力中のラインが画像描画領域なのか、ブランキング領域なのかなどを判断する。

レーザ光源制御部１２は、レーザ駆動信号をレーザドライバ２２に出力して、レーザダイオード２１１の出力を制御する。このとき、レーザ光源制御部１２は、表示画像データに基づく描画画像の色や輝度に応じて、赤色、青色、緑色のレーザダイオード２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂの駆動を制御する。このために、レーザ光源制御部１２は、描画制御部１２１、出力調整制御部１２２などを有する。

描画制御部１２１は、入力した表示画像データに基づいて、スキャナ３１が走査する範囲よりも狭い範囲においてレーザ光により表示画像を描画するように、レーザ光源部２０のレーザ光の出力値を制御する。
出力調整制御部１２２は、レーザ光源部２０のレーザ光の出力値を調整するための特性検出レーザ光を、ＲＧＢそれぞれ任意の輝度で、表示画像を描画する範囲の外側であって、少なくとも当該描画範囲の下方及び上方において出力するように、レーザ光源部２０を制御する。

スキャナ制御部１３は、スキャナ駆動信号をスキャナドライバ３２に出力してスキャナ３１によるレーザ光の走査を制御する。スキャナ制御部１３は、スキャナ３１の走査角を検出する走査角検出部（図示せず）の検出信号を監視して、スキャナ３１の走査角、波形の生成、揺動周波数の制御などを行う。

このような構成において、制御部１０が入力した表示画像データに基づいてレーザ光源部２０が出力したレーザ光を、スキャナ部３０が反射して走査しスクリーン６に投映することで、表示画像７１を描画する。スクリーン６は、描画装置１がヘッドアップディスプレイ装置である場合は、一般的に中間像スクリーンである。ヘッドアップディスプレイ装置の構造は図示しないが、中間像スクリーン上に投映された描画画像は、凹面鏡等の反射を介して、コンバイナや自動車のウィンドシールドに投映される。

なお、制御部１０が実現する各構成要素は、例えば、コンピュータである制御部１０が備える演算装置（図示せず）の制御によって、プログラムを実行させることによって実現できる。より具体的には、制御部１０は、記憶部（図示せず）に格納されたプログラムを主記憶装置（図示せず）にロードし、演算装置の制御によってプログラムを実行して実現する。また、各構成要素は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせ等により実現しても良い

上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

次に、本実施の形態に係る描画方法について説明する。
図３は、本実施の形態に係る走査領域７と特性検出レーザ光の走査位置との関係を説明するための図である。
走査領域７は、スキャナ３１によりレーザ光を走査することができる領域であって、上記したように画像描画領域７１とブランキング領域７２とに区分される。画像描画領域７１は描画画像を描画するためのレーザ光が出力される矩形領域である。ブランキング領域７２は描画画像を描画するためのレーザ光が出力されない領域である。

ここでは、ブランキング領域７２が、上ブランキング領域７２Ｕ、下ブランキング領域７２Ｄ、左ブランキング領域７２Ｌ、右ブランキング領域７２Ｒで構成されるものとする。上ブランキング領域７２Ｕは、ブランキング領域７２のうち画像描画領域７１よりも上方となる領域である。下ブランキング領域７２Ｄは、ブランキング領域７２のうち画像描画領域７１よりも下方となる領域である。同様に、左ブランキング領域７２Ｌ、右ブランキング領域７２Ｒは、それぞれブランキング領域７２のうち画像描画領域７１よりも左方、右方となる領域である。

本実施の形態に係る描画方法では、スキャナ３１の走査軌跡８１（細い実線）は走査領域７の範囲に収まる。スキャナ３１は走査領域７を上側から下側に向けて、走査領域７の左側、右側を往復するようにラスタースキャンをしながら走査し、また、下側から上側に復帰するように走査する。

また、スキャナ３１の走査軌跡８１のうち、特性検出レーザ光が出力されている期間に対応する走査軌跡８２（太い実線）は、下ブランキング領域７２Ｄ、左ブランキング領域７２Ｌ、上ブランキング領域７２Ｕの範囲に収まる。つまり、スキャナ３１は、下ブランキング領域７２Ｄ下端まで走査した後に、画像描画領域７１内を走査することなく、左ブランキング領域７２Ｌ内を走査して、上ブランキング領域７２Ｕの上端に復帰する。なお、スキャナ３１は、下ブランキング領域７２Ｄ下端まで走査した後に、右ブランキング領域７２Ｒ内を走査して、上ブランキング領域７２Ｕの上端に復帰しても良い。

図４は、本実施の形態に係るラインカウンタクロック、水平ミラー３１２の駆動波形及び垂直ミラー３１１の駆動波形の時間変化を示すタイミングチャートである。図４の横方向が時間軸であり、水平ミラー３１２の駆動波形は正弦波で表され、垂直ミラー３１１の駆動波形は三角波で表される。

１フレーム期間Ｆは、スキャナ３１の走査が上ブランキング領域７２Ｕを下向きに移動する上ブランキング領域走査期間Ｐ１、上ブランキング領域７２Ｕと下ブランキング領域７２Ｄとの間を下向きに移動する画像描画領域走査期間Ｐ２、下ブランキング領域７２Ｄを下向きに移動する下ブランキング領域走査期間Ｐ３、左ブランキング領域７２Ｌを上向きに移動する垂直復帰走査期間Ｐ４で構成されるものとする。

図５は、本実施の形態に係る描画方法の処理手順を示すフローチャートである。図４、５を参照しながら、本実施の形態に係る描画方法の処理手順を説明する。
まず、画像処理部１１は、ラインカウンタクロックで、走査領域７上部から描画するレーザ光の発光ライン、特性検出レーザ光の発光ラインをカウントする。そして、下ブランキング領域７２Ｄの所定のラインになったこと、つまり、下ブランキング領域走査期間Ｐ３になったこと（ステップＳ１０のＹｅｓ）を検出して、特性検出レーザ光の発光を開始する（ステップＳ２０）。

次に、画像処理部１１は、垂直復帰走査期間Ｐ４になったこと（ステップＳ３０のＹｅｓ）を検出して、ラスタースキャンを行っていた水平ミラー３１２の駆動波形をＨＩＧＨ又はＬＯＷのどちらかに駆動して固定し、特性検出レーザ光が左ブランキング領域７２Ｌ又は右ブランキング領域７２Ｒを走査するようにする（ステップＳ４０）。

次に、画像処理部１１は、上ブランキング領域７２Ｕのラインになったこと、つまり、上ブランキング領域走査期間Ｐ１になったこと（ステップＳ５０のＹｅｓ）を検出して、ラスタースキャンを再開させる（ステップＳ６０）。
次に、画像処理部１１は、上ブランキング領域７２Ｕの所定のラインになったこと、つまり、これから画像描画領域走査期間Ｐ２になること（ステップＳ７０のＹｅｓ）を検出して、特性検出レーザ光の発光を停止し（ステップＳ８０）、ステップＳ１０に戻る。そして、この処理（ステップＳ１０〜ステップＳ８０）は表示画像データの出力の終了後も継続される。

つまり、本実施の形態に係る描画方法では、レーザ光源部２０は、画像描画領域走査期間Ｐ２において描画するためのレーザ光を出力し、下ブランキング領域走査期間Ｐ３、垂直復帰走査期間Ｐ４、上ブランキング領域走査期間Ｐ１において、連続的に特性検出レーザ光を出力する。

なお、ＡＰＣに必要な特性検出レーザ光の発光時間を十分に確保できるのであれば、レーザ光源部２０は、走査期間Ｐ３、走査期間Ｐ１でだけ特性検出レーザ光を出力するようにしても良いし、走査期間Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１又は走査期間Ｐ３、Ｐ１において、断続的に特性検出レーザ光を出力するようにしても良い。

また、本実施の形態に係る描画方法では、スキャナ３１は走査領域７を上側から下側に向けて、走査領域７の左側、右側を往復するようにラスタースキャンをしながら走査し、下側から上側に復帰するものとしたが、スキャナ３１は走査領域７を下側から上側に向けて２次元的に走査したり、左側側から右側に向けて又は右側側から左側に向けて２次元的に走査したりしても良い。このような場合あっても、画像描画領域７１の外側全てをＡＰＣに利用することができる。

上述したように、本実施の形態に係る描画装置１は、レーザ光を出力するレーザ光源部２０と、レーザ光を反射して走査する走査ミラー部３１と、表示画像データに基づいて、走査ミラー部３１が走査する範囲よりも狭い範囲においてレーザ光により表示画像を描画するように、レーザ光源部２０のレーザ光の出力値を制御する描画制御部１２１と、出力値を調整するための特性検出レーザ光を、走査ミラー部３１が走査する範囲内の描画の範囲の外であって、少なくとも描画範囲の下方及び上方において出力するように、レーザ光源部２０を制御する出力調整制御部１２２とを備えるものである。
このような構成により、レーザ光の出力値を調整するためのレーザ光の発光時間を十分に確保することができることができる。

また、本実施の形態に係る描画装置１は、走査ミラー部３１は、描画範囲の上方から下方に向けて２次元的に走査し、描画範囲の下方から上方に復帰するときに描画範囲に重ならないように走査し、出力調整制御部１２２は、特性検出レーザ光を、描画範囲の下方から上方に復帰するときも出力させることが好ましい。

また、本実施の形態に係る描画装置１は、出力調整制御部１２２は、特性検出レーザ光を描画範囲の下方及び上方において出力させるとき及び描画範囲の下方から上方に復帰するときにおいて、特性検出レーザ光を連続させて出力させることが好ましい。

１ 描画装置
１０ 制御部
１１ 画像処理部
１２ レーザ光源制御部
１２１ 描画制御部
１２２ 出力調整制御部
１３ スキャナ制御部
２０ レーザ光源部
３０ スキャナ部
３１１ 垂直ミラー
３１２ 水平ミラー
７ 走査領域
７１ 画像描画領域
７２ ブランキング領域

Claims (3)

1. レーザ光を出力するレーザ光源部と、
   前記レーザ光を反射して走査する走査ミラー部と、
   表示画像データに基づいて、前記走査ミラー部が走査する走査領域よりも狭い描画範囲において前記レーザ光により表示画像を描画するように、前記レーザ光源部の前記レーザ光の出力値を制御する描画制御部と、
   前記出力値を調整するための特性検出レーザ光を、前記走査領域内の前記描画範囲の外であって、少なくとも前記描画範囲の下方及び上方において出力するように、前記レーザ光源部を制御する出力調整制御部と
   を備え、
   前記走査ミラー部は、前記走査領域の上方から下方に向けて２次元的に走査し、前記走査領域の下方から上方に復帰するときに前記描画範囲に重ならないように走査し、
   前記出力調整制御部は、前記特性検出レーザ光を、前記復帰するときも出力させる、
   描画装置。
2. 前記出力調整制御部は、前記特性検出レーザ光を前記描画範囲の下方及び上方において出力させるとき及び前記復帰するときにおいて、前記特性検出レーザ光を連続させて出力させる、
   請求項１に記載の描画装置。
3. 表示画像データを入力する入力ステップと、
   前記表示画像データに基づいてレーザ光の出力値を制御して、前記レーザ光を反射して走査する走査ミラー部の走査により、前記走査ミラー部が走査する走査領域よりも狭い描画範囲において表示画像を描画する描画ステップと、
   前記描画範囲の外であって、少なくとも前記描画範囲の下方及び上方において、前記出力値を調整するための特性検出レーザ光を出力する調整ステップと
   を有する描画装置の描画方法であって、
   前記描画ステップにおいて、前記走査ミラー部は前記走査領域の上方から下方に向けて２次元的に走査し、前記走査領域の下方から上方に復帰するときに前記描画範囲に重ならないように走査し、
   前記調整ステップでは、前記特性検出レーザ光を、前記復帰するときも出力する
   描画装置の描画方法。

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