WO2015182653A1 - 光源装置及び表示装置 - Google Patents

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WO2015182653A1 PCT/JP2015/065237 JP2015065237W WO2015182653A1 WO 2015182653 A1 WO2015182653 A1 WO 2015182653A1 JP 2015065237 W JP2015065237 W JP 2015065237W WO 2015182653 A1 WO2015182653 A1 WO 2015182653A1
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light source
signal
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泰弘 山川
誠 秦
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日本精機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light source device that outputs light and a display device that generates an image by spatially modulating light emitted from the light source device.
  • Some display devices generate an image by, for example, scanning a laser beam emitted from a light source device.
  • a light source device has a problem in that the light intensity of emitted light changes due to a change in temperature of the use environment, and an image generated by the display device is not displayed with a desired luminance or color.
  • the scanning unit has a predetermined scanning range 701, and an effective scanning range 702 that can be visually recognized by the user is provided in a part of the scanning range 701.
  • the optical sensor 800 is arranged outside the effective scanning range 702, and the scanning unit scans the light, and the light source device is controlled based on the detection signal of the optical sensor 800 when passing over the optical sensor 800.
  • Patent Document 2 As shown in FIG. 14, light 900 from a light source is received, part of the light is reflected in the direction of the optical sensor 800 as reflected light 901, and part of the light is transmitted light 902 toward the scanning unit.
  • a device that includes a reflection / transmission unit 910 that transmits light, constantly reflects reflected light 901 of light 900 output from the light source into the optical sensor 800, and controls the light source device based on the detection signal of the optical sensor 800 is disclosed. Yes.
  • the time during which the optical sensor 800 can detect light is only a short period during which the scanning unit scans the optical sensor 800, and is sufficient. There is a possibility that a large light detection signal cannot be input.
  • the displayed image When mounted on a vehicle, the displayed image is required to have a high luminance that can be seen in a bright environment in the daytime to a low luminance that does not feel dazzling at night.
  • an amplifier circuit or an integration circuit that amplifies the detection signal may be disposed between the optical sensor 800 and the control unit.
  • the integrating circuit When the integrating circuit is used, there is a problem that the influence of the immediately preceding detection signal is more easily affected, and there is room for improvement.
  • the present invention provides a light source device capable of outputting light having a desired light intensity even when the light intensity characteristic of the light source changes in a wide luminance range from low luminance to high luminance, and a display device using the light source device I will provide a.
  • the light source device includes a light source capable of emitting at least image light output based on an image signal, a light branching unit for branching light from the light source, and the light branching unit branching.
  • a light detection unit that detects the light intensity of the light
  • a signal conversion unit that converts a detection signal from the light detection unit and outputs the converted signal, and outputs the image light based on the input conversion signal.
  • a control unit for controlling, and a refresh unit for refreshing the conversion signal input to the control unit.
  • a display device comprising: a light source capable of emitting image light output based on an image signal and inspection light having a constant output; a light branching unit that branches light from the light source; and the light branching
  • a light detection unit for detecting the light intensity of a part of the light branched from the part, a scanning part for generating an image by scanning a part of the light incident from the light branching part, Scanning position detecting means for detecting the scanning position of the scanning unit, a signal converting unit for converting a detection signal from the light detecting unit and outputting it as a converted signal, and the conversion signal being inputted, and the conversion of the inspection light
  • a refresh unit that refreshes the conversion signal input to the control unit at a timing based on a scanning position of the scanning unit detected by the scanning position detecting unit and a control unit that controls the output of the image light based on the signal A section.
  • a display device comprising: a light source capable of emitting at least image light output based on an image signal; a light branching unit that branches light from the light source; A light detection unit that detects the light intensity of the light, a reflective image generation unit that spatially modulates by entering a part of light from the light branching unit and reflecting the incident light, and the light detection unit A signal conversion unit that converts a detection signal from the signal and outputs the converted signal as a conversion signal, a control unit that inputs the conversion signal and controls the output of the image light based on the conversion signal of the image light, and the control A refresh unit capable of refreshing the conversion signal input to the unit.
  • the present invention can output light having a desired light intensity even when the light intensity characteristic of the light source changes in a wide luminance range from low luminance to high luminance.
  • HUD device head-up display device
  • the HUD device 1 As shown in FIG. 1, the HUD device 1 according to the embodiment of the present invention is arranged on the dashboard of the vehicle 2 and windshields display light K representing an image M (see FIG. 2) that notifies predetermined information. It emits toward 2a.
  • the display light K reflected by the windshield 2a is viewed as a virtual image V formed in front of the windshield 2a by the observer 3 (mainly the driver of the vehicle 2). In this way, the HUD device 1 causes the observer 3 to visually recognize the virtual image V.
  • the HUD device 1 includes a light source device 10, a scanning unit 20, a screen 30, a first reflecting unit 40, a second reflecting unit 50, a housing 60, and an external light sensor 70. .
  • the light source device 10 emits synthetic laser light C, which will be described later, toward the scanning unit 20, and as illustrated in FIG. 3, the light source 11, the condensing unit 12, the light combining unit 13, and the light control unit 14
  • the optical branching unit 15 and the light detection unit 16 are included.
  • Each of the light sources 11 emits laser light at a predetermined light intensity and timing under the control of the light source control unit 100 to be described later, a first light source 11a that emits blue laser light B, and a green light source 11a. It has the 2nd light source 11b which radiate
  • the condensing unit 12 condenses the laser beams B, G, and R emitted from the light sources 11a, 11b, and 11c, reduces the spot diameter to be converged light, and collects the blue laser beam B. It has the 1st condensing part 12a which shines, the 2nd condensing part 12b which condenses the green laser beam G, and the 3rd condensing part 12c which condenses the red laser beam R.
  • the light combining unit 13 is emitted from the light sources 11a, 11b, and 11c, and is emitted as a combined laser beam C by combining the optical axes of the laser beams B, G, and R that have reached through the condensing unit 12.
  • the light control unit 14 includes a liquid crystal panel (not shown) and two polarizing filters (not shown) sandwiching the liquid crystal panel. Based on the light control value set by the processing unit 401, the light control unit 300 described later. By driving the liquid crystal panel through a pulse amplitude modulation (PAM) method or a pulse width modulation (PWM) method via the, the transmittance of the synthetic laser light C is changed and adjusted. The synthetic laser light C input to the optical unit 14 is adjusted to a desired light intensity (dimmed).
  • PAM pulse amplitude modulation
  • PWM pulse width modulation
  • the light control part 14 is not arrange
  • the light branching unit 15 is made of a transmissive member having a reflectance of about 5%, for example, and is disposed on the optical path of the synthetic laser light C between the light control unit 14 and the scanning unit 20. Most of the synthesized laser light C from the laser beam is transmitted as it is, but a part of the light is reflected as reflected light C1 in the direction of the light detection unit 16 described later.
  • the light detection unit 16 includes a photodiode or the like, receives the reflected light C1 reflected by the light branching unit 15, and detects the light intensity of each color laser beam B, G, R in the received reflected light C1.
  • the light detection unit 16 outputs a first detection signal P1 to the signal conversion unit 500 described later according to the light intensity of each color laser beam B, G, R of the received reflected light C1.
  • the scanning unit 20 receives the combined laser beam C from the light source device 10 and receives the received combined laser beam C on the screen 30 as shown in FIG. 4 under the control of the scanning control unit 200 described later.
  • a desired image M is displayed on the screen 30 by scanning in the sub-scanning direction Y while scanning in the main scanning direction X a plurality of times.
  • the screen 30 receives the synthetic laser light C from the scanning unit 20 on the back surface and diffuses and displays the image M on the front surface side.
  • the screen 30 includes a holographic diffuser, a microlens array, a diffusion plate, and the like. Is done.
  • the screen 30 is an area that can be visually recognized as a virtual image V by the observer 3 as shown by a thick line frame in FIG. 4 (that is, an area that is reflected by the first reflecting portion 40 and is emitted to the outside as display light K).
  • the effective display area 30a and the non-display areas (30b, 30c) that are areas that the observer 3 cannot visually recognize, such as the areas shown in FIG.
  • the non-display area is arranged in the vicinity of the turn-back position of the main scan when the effective display area 30a is main-scanned, and is intermittently non-display area 30b (FIG. 4) that is intermittently switched from the effective display area 30a during the main scan.
  • Left and right regions of the effective display area 30a) and a continuous non-display area 30c (the upper and lower regions of the effective display area 30a in FIG. 4) that continuously scan outside the effective display area 30a during sub-scanning. being classified.
  • the scanning unit 20 scans the synthetic laser beam C from the scanning start position F1 to the scanning end position F4 of the screen 30 (see the solid line indicated by C), and the scanning is completed.
  • the scanning period of the scanning unit 20 includes an actual scanning period Fa that is a period during which the effective display area 30a and the non-display areas (30b, 30c) are scanned, and a scanning end position F4.
  • a blanking period Fb which is a period for returning to the scanning start position F1.
  • the scanning position of the scanning unit 20 starts scanning from the scanning start position F1, passes through the display start position F2 and the display end position F3 that scan the effective display area 30a, and then reaches the scan end position F4.
  • the frame period (1 frame F) until returning to the scanning start position F1 again is set to less than 1/60 seconds (60 Hz or more), which is equal to or higher than the critical fusion frequency at which a human can visually recognize flicker.
  • the first reflection unit 40 is composed of a plane mirror or the like, and receives the display light K representing the image M displayed on the screen 30 and reflects it to the second reflection unit 50 side.
  • the second reflection unit 50 is formed of a concave mirror or the like, and reflects the display light K from the first reflection unit 40 in the direction of the windshield 2a.
  • the display light K reflected by the second reflecting part 50 reaches the windshield 2a via the light transmitting part 61.
  • the housing 60 houses the light source device 10, the scanning unit 20, the screen 30, the first reflecting unit 40, the second reflecting unit 50, etc., and is formed of a light-shielding member and partially A light transmitting portion 61 that transmits the display light K is provided.
  • the translucent part 61 is made of a translucent resin such as acrylic and transmits the display light K from the second reflecting part 50, and is fitted to the housing 60.
  • the translucent portion 61 is formed in a curved shape so that the outside light that has reached does not reflect in the direction of the observer 3.
  • an external light sensor 70 is disposed on the inner surface of the translucent unit 61, and the external light sensor 70 detects the external illuminance of the HUD device 1 and outputs illuminance information to the main control unit 400 described later.
  • the HUD device 1 includes a light source control unit 100, a scanning control unit 200, a dimming control unit 300, a light source control unit 100, a scanning control unit 200, and a dimming control unit, as shown in FIG. A main control unit 400 that controls 300.
  • These control units are mounted on, for example, a printed circuit board (not shown) disposed in the housing 60.
  • These control units are arranged outside the HUD device 1 and are connected to the HUD device 1 light source 11 (light sources 11a, 11b, and 11c), a light control unit 14 (liquid crystal panel), a scanning unit 20, and a light detection unit. (16, 70, etc.) may be electrically connected.
  • the light source control unit 100 drives the light sources 11a, 11b, and 11c, and includes a light source driving unit 101 and a power feeding unit 102.
  • the light source drive unit 101 includes a driver IC and the like, and drives each of the light sources 11a, 11b, and 11c by the PWM method or the PAM method under the control of the main control unit 400.
  • the power supply unit 102 supplies power to the light sources 11a, 11b, and 11c via the light source driving unit 101, and includes a power supply IC, a switching circuit using a transistor, and the like.
  • the scan control unit 200 drives the scan unit 20 and includes a scan drive unit 201 and a scan position detection unit 202.
  • the scanning drive unit 201 includes a driver IC and the like, and drives the scanning unit 20 under the control of the main control unit 400.
  • the scanning position detection unit 202 calculates feedback data and outputs the feedback data to the main control unit 400.
  • the feedback data output from the scanning position detection unit 202 is data relating to the scanning position, such as main scanning switching data indicating the reciprocal switching timing of main scanning, and frame switching data indicating the frame switching timing.
  • the processing unit 401 counts the number of main scanning lines, for example, by counting signals of main scanning switching data of feedback data input from the scanning driving unit 201, and based on the count of the number of main scanning lines, the scanning unit 20 sub-scanning positions are specified, and processing based on the sub-scanning positions is executed. In addition, the processing unit 401 resets the count of the main scanning lines by the signal input of the frame switching data that is feedback data input from the scanning position detection unit 202, and starts counting the number of main scanning lines of a new frame. .
  • the dimming control unit 300 includes a driver IC that drives the liquid crystal panel, and drives the dimming unit 14 based on an instruction signal from the main control unit 400.
  • the main control unit 400 includes a processing unit 401 having one or a plurality of microprocessors, a controller, a microcontroller, an ASIC, an FPGA, and any other IC (not shown), a rewritable memory (not shown), a RAM, and a read-only memory ROM 402 as a memory, EEPROM as an erasable program read-only memory, flash memory as a nonvolatile memory, etc., a storage unit 402 having one or more memories capable of storing programs and data, and an AD (not shown) A conversion unit.
  • a processing unit 401 having one or a plurality of microprocessors, a controller, a microcontroller, an ASIC, an FPGA, and any other IC (not shown), a rewritable memory (not shown), a RAM, and a read-only memory ROM 402 as a memory, EEPROM as an erasable program read-only memory, flash memory as a nonvolatile memory, etc.,
  • the processing unit 401 reads each program from the storage unit 402 and executes it to control each unit.
  • the processing unit 401 causes each light source 11a, 11b, 11c to output inspection light, the light intensity of the inspection light is detected by the light detection unit 16, and this first detection signal P1 is detected by a signal conversion unit 500 described later.
  • the driving of each light source 11a, 11b, 11c is corrected, and the desired light intensity is output to each light source 11a, 11b, 11c.
  • the processing unit 401 inputs vehicle information and the like from a vehicle-side ECU (not shown), and generates image data synchronized with the scanning of the scanning unit 20 based on the vehicle information and the like input from the vehicle-side ECU.
  • the processing unit 401 outputs the generated image data as an image signal to the light source driving unit 101, and drives each light source 11a, 11b, 11c at a desired timing and output intensity.
  • the processing unit 401 inputs external illuminance from the external light sensor 70, determines a dimming value based on the external illuminance, and controls the dimming unit 14. Based on the light control of the light control unit 14, the intensity of the inspection light received by the light detection unit 16 changes. Further, the inspection light emitted from each of the light sources 11a, 11b, and 11c is, for example, light corresponding to the maximum luminance set for each of the light sources 11a, 11b, and 11c.
  • the external illuminance is high (bright) an image M with high luminance is displayed, so the light control value of the light control unit 14 is set high, and the light intensity of the inspection light received by the light detection unit 16 increases.
  • the external illuminance is low (dark)
  • the low-brightness image M is displayed, so the light control value of the light control unit 14 is set low, and the light intensity of the inspection light received by the light detection unit 16 is low.
  • the processing unit 401 amplifies the first detection signal P1 from the light detection unit 16 by controlling a gain switching unit 512 described later. Specifically, when the light detection unit 16 receives the inspection light that is dimmed by the light control unit 14, the first detection signal P1 that is a detection signal from the light detection unit 16 is small. The processing unit 401 amplifies the first detection signal P1 by controlling a gain switching unit 512 described later. That is, the processing unit 401 adjusts the gain of the gain switching unit 512 described later based on the dimming state of the dimming unit 14.
  • the processing unit 401 is connected to a refresh unit 600 described later, and activates or deactivates the refresh unit 600 according to the scanning position of the scanning unit 20 input from the scanning position detection unit 202.
  • the signal converter 500 is connected to the light detector 16 and amplifies the first detection signal P1 (current) from the light detector 16 at a predetermined magnification based on control from the main controller 400.
  • a third detection signal P3 obtained by amplifying and integrating the first detection signal P1 from the light detection unit 16 is output to the main control unit 400.
  • the signal conversion unit 500 integrated circuit 520
  • the signal conversion unit 500 is connected to a refresh unit 600 that refreshes the third detection signal P3 output to the main control unit 400 at a timing controlled by the main control unit 400. ing.
  • the amplifying circuit 510 includes a first operational amplifier 511 and a gain switching unit 512 connected in parallel to the first operational amplifier 511, and switches the gain of the gain switching unit 512 under the control of the main control unit 400.
  • the second detection signal P2 obtained by amplifying the first detection signal P1 from the optical branching unit 15 is output to the integration circuit 520.
  • the main control unit 400 When displaying the image M with high luminance (in the high luminance mode), the main control unit 400 sets the dimming value of the dimming unit 14 high and increases the transmittance so that the light detection unit 16 has a large output. Make the inspection light incident. In this case, since the first detection signal P1 output from the optical branching unit 15 is increased, the main control unit 400 sets the gain of the gain switching unit 512 to be low. Further, when displaying the image M with low luminance (in the low luminance mode), the main control unit 400 sets the dimming value of the dimming unit 14 to be high and increases the transmittance to output to the light detection unit 16. A large inspection light is incident. In this case, since the first detection signal P1 output from the optical branching unit 15 is small, the main control unit 400 sets the gain of the gain switching unit 512 high.
  • the integration circuit 520 is a circuit including a second operational amplifier 521 that integrates the second detection signal P2 from the amplification circuit 510 and outputs the third detection signal P3 to the main control unit 400, a resistor 522, a capacitor 523, and the like. .
  • the second operational amplifier 521 is connected to a refresh unit 600 that connects or disconnects the input terminal and the output terminal of the second operational amplifier 521 based on the control of the main control unit 400.
  • the refresh unit 600 connects or disconnects the input terminal and the output terminal of the second operational amplifier 521 based on the control of the main control unit 400.
  • the refresh unit 600 connects the input terminal and the output terminal of the second operational amplifier 521 and sets the third detection signal P3 to 0 V by an imaginary short.
  • the main controller 400 deactivates the refresh unit 600, the refresh unit 600 disconnects the input terminal and the output terminal of the second operational amplifier 521.
  • the second operational amplifier 521 integrates the input second detection signal P2 and outputs the third detection signal P3 from the output terminal to the main control unit 400.
  • the main control unit 400 corrects the control of the light source 11 by detecting the peak voltage level of the third detection signal P3 from the integration circuit 520.
  • FIG. 8 is a flowchart of light intensity correction processing for correcting the light intensity of the light source 11
  • FIG. 9 is a diagram showing a timing chart of signals, and the signals a to e in FIG. Corresponds to the voltage level of ⁇ e.
  • step S1 the processing unit 401 inputs external illuminance from the external light sensor 70, reads out the luminance value of the image M suitable for the input external illuminance from the storage unit 402, and sets it.
  • step S ⁇ b> 2 the processing unit 401 reads a gain based on the determined luminance value and the light color set for any one of the light sources 11 from the storage unit 402, and adjusts the gain of the gain switching unit 512. Further, the processing unit 401 sets the refresh unit 600 to active in step S3. Thereby, the conversion signal from the integration circuit 520 input to the main control unit 400 becomes 0V.
  • step S4 the processing unit 401 detects the scanning position of the scanning unit 20 from the scanning position detection unit 202, and determines whether the scanning position is the continuous non-display area 30c. If the scanning position is not the continuous non-display area 30c (NO in step S4), the scanning is continued while the refresh unit 600 is active. If the scanning position is the continuous non-display area 30c (YES in step S4), the processing unit 401 sets the refresh unit 600 to inactive in step S5.
  • step S ⁇ b> 6 the processing unit 401 outputs a drive signal as illustrated in FIG. 9A, and the light source 11 of the set light color is selected from the light sources 11 a, 11 b, and 11 c via the light source controller 100. Inspection light is emitted. Then, in step S7, the light detection unit 16 detects the inspection light and outputs a first detection signal P1 as shown in FIG. 9B to the signal conversion unit 500 (amplifying circuit 510).
  • step S8 the signal conversion unit 500 converts the first detection signal P1 from the light detection unit 16 into the third detection signal P3 and outputs the third detection signal P3 to the main control unit 400.
  • the amplification circuit 510 converts the first detection signal P1 from the light detection unit 16 into a second detection signal P2 (see FIG. 9C) amplified based on the gain value set in step S2.
  • the integration circuit 520 integrates the second detection signal P2 from the amplification circuit 510 and outputs the integration to the main control unit 400 as a third detection signal P3 (see FIG. 9E).
  • step S9 the processing unit 401 causes the light source 11 to output inspection light for a predetermined period (time t1 to t2 in FIG. 9), and then stops the output of the inspection light. Then, as shown in FIG. 9B, since the first detection signal P1 from the light detection unit 16 disappears, the third detection signal P3 output from the integration circuit 520 also starts to gradually decrease with time.
  • the processing unit 401 inputs the third detection signal P3 input from the integration circuit 520 as a digital signal via an AD converter (not shown), and temporarily stores the peak voltage level of the third detection signal P3 in the storage unit 402. Remember. As shown in FIG.
  • the peak voltage level of the third detection signal P3 is the timing (time t2) when the inspection light is turned off, so the processing unit 401 turns off the inspection light.
  • the voltage level of the third detection signal P3 at the timing may be temporarily stored in the storage unit 402. With such a configuration, the peak of the third detection signal (conversion signal) P3 having a low S / N ratio (Signal-Noise ratio) can be easily obtained, and the light intensity of the inspection light can be detected with high accuracy. It is.
  • step S10 the processing unit 401 determines whether all voltage levels of the color lights RGB have been acquired. When the voltage levels of all the color lights RGB are not acquired (NO in step S10), the process returns to step S2 to detect the light sources 11 of different light colors. When the voltage levels of all the color lights RGB are acquired (YES in step S10), the processing unit 401 can display the image M suitable for the external illuminance with the desired luminance and the desired white balance. The driving of 11b and 11c is corrected.
  • the luminance value for displaying the image M is set based on the external illuminance, and the third signal P3 input to the main control unit 400 is refreshed by the refresh unit 600 (set to 0V). It is determined whether the scanning position of the scanning unit 20 is the continuous non-display area 30c. If the scanning position is the continuous non-display area 30c, the refresh unit 600 is deactivated and the first detection light output to the light source 11 is detected. The signal P1 is converted by the signal converter 500 and input as the third detection signal P3. -The drive of each light source 11a, 11b, 11c is correct
  • the inspection light switched to the light intensity used for generating the image M suitable for the external illuminance is detected by the light detection unit 16, and based on this. Since the control of the light source 11 is corrected, the brightness and white balance of the image M can be adjusted with high accuracy.
  • the light from the light source 11 can be branched by the light branching unit 15 and a part of the branched color light can be input by the light detection unit 16, the light intensity can be detected over time.
  • the amplification circuit 510 can amplify the first detection signal P1 generated by the light detection unit 16 based on the magnitude of the output of the inspection light, the amplification circuit 510 generates the low-brightness image M. Even when inspection light with a low intensity is input, the signal intensity can be increased, and the light intensity can be detected with high accuracy.
  • the detection signal is integrated by the integration circuit 520, the detection signal can be averaged, and the light intensity can be detected with higher accuracy.
  • the detection signal is output from the refresh unit 600 before detecting the inspection light from the light source 11. Since refreshing is performed, it is possible to prevent the light intensity other than the inspection light from affecting the detection signal, and it is possible to detect the light intensity with high accuracy.
  • the inspection light with high accuracy is required over time.
  • the light intensity can be detected.
  • the luminance and white balance of the image M are adjusted by correcting the driving of the light sources 11a, 11b, and 11c based on the detection signal from the light detection unit 16, but the light detection unit 16
  • the brightness and white balance of the image M may be adjusted by correcting the drive of the light control unit 14 based on the detection signal from the light source 11 and the light source 11 and the light control unit 14 based on the detection signal.
  • the driving may be corrected.
  • the processing unit 401 refreshes the third detection signal P3 input from the signal conversion unit 500 to the processing unit 401 while the light sources 11a, 11b, and 11c are not driven by the detection signals.
  • at least the processing unit 401 may be refreshed before acquiring the peak voltage level of the third detection signal P3.
  • the scanning position of the scanning unit 20 is from the display end position F3 to the next display start position F2 (continuous non-display area 30c), and each light source 11a is detected by a detection signal.
  • the third detection signal P3 input by the processing unit 401 may be refreshed before obtaining the peak voltage level of the third detection signal P3.
  • the timing at which the processing unit 401 drives the refresh unit 600 is, for example, timing based on image signals that drive the light sources 11a, 11b, and 11c in order for the HUD (display device) 1 to generate the image M. Also good. Specifically, for example, the processing unit 401 performs processing after driving the light sources 11a, 11b, and 11c with image signals and before the processing unit 401 acquires the peak voltage level of the third detection signal P3. The third detection signal P3 input by the unit 401 may be refreshed.
  • the third detection signal P3 input by the processing unit 401 is refreshed. By starting, it is possible to reliably reduce the third detection signal P3, drive the light sources 11a, 11b, and 11c with the detection signal, and obtain the peak voltage level of the third detection signal P3 with less noise. .
  • the timing at which the refresh unit 600 is deactivated and the timing at which the light source 11 outputs the inspection light are set at the same time.
  • the present invention is not limited to this, and the light source 11 starts to output the inspection light. After that, the refresh unit 600 may be deactivated. With such a configuration, an unstable light detection signal when the light source 11 starts emitting is not input to the main control unit 400, so that more accurate light detection is possible.
  • the light control unit 14 may be provided not on the optical path of the combined laser beam C but on each of the laser beams B, G, R before being combined. With such a configuration, the laser beam B, G, R Can be dimmed individually.
  • the timing of each control processing of the image adjustment processing is measured by counting the main scanning of the scanning unit 20, but the scanning position can be detected by any method such as counting the scanning time. Good.
  • the light source device 10 of the present invention includes the light source 11.
  • the first light source 11a that emits blue light, the second light source 11b that emits green light, and the third light source 11c that emits red light are replaced with light sources such as LEDs having a large spot diameter, for example. Therefore, it can be applied as a light source device of a reflection type image generation unit such as DMD or LCos (registered trademark) or a transmission type image generation unit such as TFT.
  • a reflection type image generation unit such as DMD or LCos (registered trademark)
  • TFT transmission type image generation unit
  • An example in which the light source device 10 of the present invention is applied to a light source device of a reflective image generation unit will be described below.
  • the light source device 10 of the present invention applied as a light source device of a reflection type image generation unit or a transmission type image generation unit is driven by a field sequential color (FSC) method, and each light source 11a, 11b, 11c is included in one frame F. Brighten in time division.
  • FSC field sequential color
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the subframe SF obtained by time-sharing the frame F in the field sequential color method.
  • the light source device 10 applied to the reflection-type image generation unit shines each light source 11 a, 11 b, 11 c in a time division manner in order to generate an image M in one frame F, for example.
  • It includes a display period Fa and a non-display period Fb in which each light source 11a, 11b, 11c is turned off.
  • the display period Fa includes, for example, six unequal subframes (SF5a to SF0a) for emitting blue light to the light source 11a and six unequal subframes (SF5b to SF0b) for emitting green light to the light source 11b. )
  • six unequal sub-frames (SF5c to SF0c) for emitting red light to the light source 11c, and 64 colors of each color can be expressed.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of the operation of the refresh unit 600 in the frame F and an example of the third detection signal P3 output from the signal conversion unit 500.
  • (A), (b), and (c) of FIG. 11 show on / off of the light sources 11a, 11b, and 11c, and (d) of FIG. 11 shows active / inactive of the refresh unit 600
  • (e ) Is a diagram showing the magnitude of the voltage level of the third detection signal P3 input to the processing unit 401.
  • the light source device 10 in the present embodiment drives each light source 11a, 11b, 11c within each subframe SF5a, SF5b, SF5c... As shown in FIG. It should be noted that the ratio of the period during which each light source 11a, 11b, 11c occupies each subframe SF5a, SF5b, SF5c,... Changes according to the required luminance of the virtual image V.
  • the processing unit 401 deactivates the refresh unit 600. Accordingly, the third detection signal P3 based on the blue light intensity detected by the light detection unit 16 is output from the signal conversion unit 500 to the processing unit 401.
  • the processing unit 401 temporarily stores the voltage level at a predetermined timing of the third detection signal P3 in the storage unit 402. Specifically, for example, the processing unit 401 temporarily stores the voltage level of the peak immediately before the third detection signal P3 is refreshed by the refresh unit 600 in the storage unit 402.
  • the processing unit 401 activates the refresh unit 600 from time t12 to t13 until the light source 11b emits green light after driving of the light source 11a is stopped. Thereby, the third detection signal P3 is refreshed.
  • the processing unit 401 deactivates the refresh unit 600. Accordingly, the third detection signal P3 based on the green light intensity detected by the light detection unit 16 is output from the signal conversion unit 500 to the processing unit 401.
  • the processing unit 401 temporarily stores the voltage level at a predetermined timing of the third detection signal P3 in the storage unit 402.
  • the processing unit 401 activates the refresh unit 600 from time t14 to t15 from when the driving of the light source 11b stops until the light source 11c emits red light. Thereby, the third detection signal P3 is refreshed.
  • the processing unit 401 deactivates the refresh unit 600. Accordingly, the third detection signal P3 based on the red light intensity detected by the light detection unit 16 is output from the signal conversion unit 500 to the processing unit 401.
  • the processing unit 401 temporarily stores the voltage level at a predetermined timing of the third detection signal P3 in the storage unit 402.
  • the processing unit 401 activates the refresh unit 600 until the light source 11a of the next frame F emits blue light after the driving of the light source 11c is stopped. Thereby, the third detection signal P3 is refreshed.
  • the processing unit 401 determines whether or not the voltage levels of all the color lights RGB are acquired, and when the voltage levels of all the color lights RGB are acquired, the image M suitable for the external illuminance can be displayed with the desired luminance and the desired white balance.
  • the driving of each light source 11a, 11b, 11c is corrected.
  • the correction of the driving of the light sources 11a, 11b, and 11c referred to here means adjusting the voltage level for driving the light sources 11a, 11b, and 11c, and / or the subframes SF5a, SF5b, SF5c,.
  • the ratio of the period for driving each light source 11a, 11b, 11c is adjusted.
  • the subframe SF for detecting the light intensity of each light source 11a, 11b, 11c is preferably the longest subframe SF. Thereby, the period for generating the light detection signal is lengthened, and the accuracy of the light intensity detection can be improved.
  • the voltage level based on the light intensity is acquired once for each color for each frame F.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. You may correct
  • the light detection is performed while generating the image M by using the transmission film (light branching means).
  • a transmission type light detection unit is provided to transmit the light used for generating the image M.
  • the light intensity L may be detected while doing so.
  • a transmissive light detection unit the wavelength dependence of the transmittance must be taken into account for each color, so it is desirable to provide a light branching means as in the above embodiment.
  • the light source device and the display device of the present invention are particularly applicable to a display device that displays an image mounted on a moving body or the like in which the illuminance of the environment in which it is used is easily changed, and a light source device used in these display devices
  • the present invention can be applied to a mobile meter, a head-up display, a head-mounted display, and the like.

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Abstract

 低輝度から高輝度までの広い輝度範囲において、光源の光強度特性が変化した場合でも所望の光強度の光を出力可能とする。 光源(11)は、画像信号に基づいた出力の画像光と一定出力の検査用光を出射し、光分岐部(15)は、光源(11)からの光を分岐し、光検出部(16)は、光分岐部(15)が分岐した反射光(C1)の光強度を検出し、信号変換部(500)は、光検出部(16)からの第1検出信号(P1)を変換して第3検出信号(P3)として出力し、主制御部(400)は、第3検出信号(P3)を入力し、この第3検出信号(P3)に基づいて、画像光の出力を制御し、リフレッシュ部(600)は、主制御部(400)に入力する第3検出信号(P3)をリフレッシュする。

Description

光源装置及び表示装置
 本発明は、光を出力する光源装置と、この光源装置から出射された光を空間光変調することにより画像を生成する表示装置に関するものである。
 表示装置は、例えば、光源装置が出射したレーザー光を走査部が走査することで画像を生成するものがある。このような光源装置は、使用環境の温度変化等により、出射される光の光強度が変化してしまい、表示装置で生成される画像が所望の輝度や色で表示されないといった問題があった。
 このような問題を解決するため、光源装置からの光強度を検出し、この検出した光強度に基づき、光源装置を制御することで、所望の光強度を出力させる技術が知られている。
 特許文献1には、図13に示すように、走査部が所定の走査範囲701を有し、この走査範囲701内の一部にユーザが視認可能な有効走査範囲702を設け、走査範囲701内であり、かつ有効走査範囲702の外に光センサ800を配置し、走査部が光を走査し、光センサ800上を通過した際の光センサ800の検出信号を下に、光源装置を制御するものが開示されている。
 また、特許文献2には、図14に示すように、光源からの光900を受光し、一部を反射光901として光センサ800方向に反射し、一部を透過光902として走査部側へ透過する反射透過部910を備え、光源から出力される光900の反射光901を常に光センサ800に入光させ、光センサ800の検出信号を下に、光源装置を制御するものが開示されている。
特開2008-233562号公報 特開2014-086426号公報
 特許文献1に開示されているように走査範囲701に光センサ800を配置した場合、光センサ800で光検出可能な時間が、走査部が光センサ800上を走査した短い期間だけであり、十分な光検出信号を入力できないおそれがあった。
 また、特許文献2に開示されたように、常に光センサ800が光源からの光900の一部を入力している場合、光源に検出用光を出力させて、その検出用光を光センサ800で検出しようとすると、その直前に光センサ800に入力していた光による検出信号の影響を受けて、正確な光強度検出ができないおそれがあった。
 車両に搭載される場合、表示される画像は、昼間の明るい環境で視認できるような高輝度から夜間でも眩しく感じない低輝度まで必要とされる。光センサ800に入射される光の光強度が低い場合、光センサ800と制御部との間に検出信号を増幅する増幅回路や積分回路を配置することが考えられるが、このように増幅回路や積分回路を用いた場合、前述したような直前の検出信号の影響をより受け易くしてしまうという問題があり、改善の余地があった。
 したがって、本発明は、低輝度から高輝度までの広い輝度範囲において、光源の光強度特性が変化した場合でも所望の光強度の光を出力可能な光源装置と、この光源装置を用いた表示装置を提供する。
 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1の発明における光源装置は、画像信号に基づいた出力の画像光を少なくとも出射可能な光源と、前記光源からの光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部が分岐した光の光強度を検出する光検出部と、前記光検出部からの検出信号を変換して変換信号として出力する信号変換部と、入力した前記変換信号に基づいて、前記画像光の出力を制御する制御部と、前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュするリフレッシュ部と、を備える。
 また、第2の発明における表示装置は、画像信号に基づいた出力の画像光と一定出力の検査用光を出射可能な光源と、前記光源からの光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部が分岐した一部の光の光強度を検出する光検出部と、前記光分岐部からの一部の光を入射し、入射した光を走査することで画像を生成する走査部と、前記走査部の走査位置を検出する走査位置検出手段と、前記光検出部からの検出信号を変換して変換信号として出力する信号変換部と、前記変換信号を入力し、前記検査用光の前記変換信号に基づいて、前記画像光の出力を制御する制御部と、前記走査位置検出手段が検出する前記走査部の走査位置に基づいたタイミングで、前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュするリフレッシュ部と、を備える。
 また、第3の発明における表示装置は、画像信号に基づいた出力の画像光を少なくとも出射可能な光源と、前記光源からの光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部が分岐した一部の光の光強度を検出する光検出部と、前記光分岐部からの一部の光を入射し、入射した光を反射することで空間光変調する反射型画像生成部と、前記光検出部からの検出信号を変換して変換信号として出力する信号変換部と、前記変換信号を入力し、前記画像光の前記変換信号に基づいて、前記画像光の出力を制御する制御部と、前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュ可能なリフレッシュ部と、を備える。
 本発明は、低輝度から高輝度までの広い輝度範囲において、光源の光強度特性が変化した場合でも所望の光強度の光を出力可能することができる。
本発明の実施形態に係るHUD装置の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。 上記実施形態の光源装置の概略断面図である。 上記実施形態のスクリーン上の走査態様を示す図である。 上記実施形態のHUD装置における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HUD装置における電気構成図である。 上記実施形態の信号変換部及びリフレッシュ部を説明する図である。 上記実施形態のHUD装置における光強度補正処理の動作フロー図である。 上記実施形態の各種信号のタイミングチャートである。 フィールドシーケンシャルカラー方式におけるフレームFを時分割したサブフレームSFの例を説明するための図である。 本発明の実施形態におけるリフレッシュ部の動作の例と信号変換部から出力される第3検出信号の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるリフレッシュ部の動作の例と信号変換部から出力される第3検出信号の例を示すフローチャートである。 従来の投影型表示装置における光検出部の配置を示す図である。 従来の投影型表示装置における光検出部の配置を示す図である。
 以下、添付の図面に基づいて、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。
 本発明の実施形態に係る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2aに向けて出射する。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、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HUD装置1は、観察者3に虚像Vを視認させる。
 HUD装置1は、図2に示しように、光源装置10と、走査部20と、スクリーン30と、第1反射部40と、第2反射部50と、筐体60と、外光センサ70と、を備える。
(光源装置10)
 光源装置10は、後述する合成レーザー光Cを走査部20に向け出射するものであり、図3に示すように、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、を有する。
 光源11は、後述する光源制御部100の制御のもと、各々が所定の光強度及びタイミングでレーザー光を出射するものであり、青色のレーザー光Bを出射する第1光源11aと、緑色のレーザー光Gを出射する第2光源11bと、赤色のレーザー光Rを出射する第3光源11cと、を有する。
 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、青色のレーザー光Bを集光する第1集光部12aと、緑色のレーザー光Gを集光する第2集光部12bと、赤色のレーザー光Rを集光する第3集光部12cと、を有する。
 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1光合成部13aと、緑色のレーザー光Gの光軸を調整する第2光合成部13bと、赤色のレーザー光Rの光軸を調整する第3光合成部13cと、を有する。
 調光部14は、液晶パネル(図示しない)と、液晶パネルを挟む2枚の偏光フィルタ(図示しない)とを備え、処理部401が設定した調光値に基づき、後述する調光制御部300を介して前記液晶パネルを、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、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、合成する前のレーザー光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。
 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20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。
 光検出部16は、フォトダイオード等からなり、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第1検出信号P1を後述する信号変換部500に出力する。
 走査部20は、光源装置10からの合成レーザー光Cを受光し、後述する走査制御部200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30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30上に表示する。
 スクリーン30は、走査部20からの合成レーザー光Cを背面で受光し、透過拡散させることで、前面側に画像Mを表示するものであり、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る。
 スクリーン30は、図4の太線枠で示す領域のように、観察者3が虚像Vとして視認可能な領域(つまり、第1反射部40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30aと、図4で塗りつぶして示す領域のように、観察者3が視認できない領域である非表示エリア(30b,30c)と、に分類される。非表示エリアは、有効表示エリア30a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30aから切り替わる断続非表示エリア30b(図4の有効表示エリア30a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30a外を走査する連続非表示エリア30c(図4の有効表示エリア30aの上下領域)と、に分類される。
 ここで、走査部20は、図4に示すように、合成レーザー光Cを、スクリーン30の走査開始位置F1から走査終了位置F4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F4に到達すると再び走査開始位置F1に戻って走査する。走査部20の走査期間は、図5(a)に示すように、有効表示エリア30a及び非表示エリア(30b,30c)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F4から走査開始位置F1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20の走査位置が走査開始位置F1から走査を開始し、有効表示エリア30a上を走査する表示開始位置F2及び表示終了位置F3を経由し、その後、走査終了位置F4に到達してから再び走査開始位置F1に帰還するまでのフレーム周期(1フレーム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。
 第1反射部40は、平面鏡等からなり、スクリーン30に表示された画像Mを表す表示光Kを受け、第2反射部50側へ反射させる。
 第2反射部50は、凹面鏡等からなり、第1反射部40からの表示光Kを、ウインドシールド2aの方向へ反射させる。第2反射部50で反射した表示光Kは、透光部61を介して、ウインドシールド2aに到達する。
 筐体60は、光源装置10と、走査部20と、スクリーン30と、第1反射部40と、第2反射部50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61を有する。
 透光部61は、アクリル等の透光性樹脂からなり、第2反射部50からの表示光Kを透過するものであり、筐体60に嵌合されている。透光部61は、到達した外光が観察者3の方向へ反射しないように湾曲形状に形成されている。また、透光部61の内面には、外光センサ70を配設し、この外光センサ70は、HUD装置1の外部照度を検出し、照度情報を後述する主制御部400に出力する。
 次に、HUD装置1の電気的構成について説明する。HUD装置1は、上記したものの他、図6に示すように、光源制御部100と、走査制御部200と、調光制御部300と、光源制御部100と走査制御部200及び調光制御部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60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光源11(光源11a,11b,11c)、調光部14(液晶パネル)、走査部20、光検出部(16,70等)と電気的に接続されていてもよい。
 光源制御部100は、光源11a,11b,11cを駆動するものであり、光源駆動部101と、給電部102と、を備える。
 光源駆動部101は、ドライバIC等からなり、主制御部400の制御のもとで、光源11a,11b,11cの各々を、PWM方式、又は、PAM方式により駆動する。
 給電部102は、光源駆動部101を介して、光源11a,11b,11c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。
 走査制御部200は、走査部20を駆動するものであり、走査駆動部201と、走査位置検出部202と、を備える。
 走査駆動部201は、ドライバIC等からなり、主制御部400の制御のもとで、走査部20を駆動する。
 走査位置検出部202は、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。走査位置検出部202から出力されるフィードバックデータは、主走査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等の走査位置に関するデータである。
 処理部401は、例えば、走査駆動部201から入力されるフィードバックデータの主走査切り替わりデータの信号をカウントすることにより、主走査ライン数をカウントし、この主走査ライン数のカウントに基づき、走査部20の副走査位置を特定し、その副走査位置に基づいた処理を実行する。また、処理部401は、走査位置検出部202から入力されるフィードバックデータであるフレーム切り替わりデータの信号入力により主走査ライン数のカウントをリセットし、新たなフレームの主走査ライン数のカウントを開始する。
 調光制御部300は、前記液晶パネルを駆動するドライバIC等からなり、主制御部400からの指示信号に基づいて、調光部14を駆動するものである。
 主制御部400は、図示しない1つもしくは複数のマイクロプロセッサ,コントローラ,マイクロコントローラ,ASIC,FPGA,任意の他のICなどを有する処理部401と、図示しない書き換え可能なメモリであるRAM、読み出し専用メモリであるROM、消去可能なプログラム読み出し専用メモリであるEEPROM,不揮発性メモリであるフラッシュメモリなどのプログラムやデータを記憶することができる1つまたは複数のメモリを有する記憶部402と、図示しないAD変換部と、を備える。
 処理部401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。処理部401は、各光源11a,11b,11cに検査用光を出力させ、この検査用光の光強度を光検出部16により検出し、この第1検出信号P1を後述する信号変換部500で変換した第3検出信号P3の電圧レベルに基づき、各光源11a,11b,11cの駆動を補正し、所望の光強度を各光源11a,11b,11cに出力させる。また、処理部401は、図示しない車両側のECUから車両情報などを入力し、車両側のECUから入力した車両情報などに基づき、走査部20の走査に同期させた画像データを生成する。処理部401は、生成した画像データを画像信号として光源駆動部101に出力し、各光源11a,11b,11cを所望のタイミング及び出力強度で駆動する。
 処理部401は、外光センサ70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の調光に基づいて、光検出部16が受光する検査用光の強度が変化する。また、各光源11a,11b,11cが出射する検査用光は、例えば、各光源11a,11b,11cに設定された輝度の最大輝度にあたる光である。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、光検出部16が受光する検査用光の光強度は大きくなり、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、光検出部16が受光する検査用光の光強度は小さくなる。
 また、処理部401は、光検出部16からの第1検出信号P1を、後述するゲイン切替部512を制御することで増幅させる。具体的には、調光部14により低輝度に調光した検査用光を、光検出部16が受光した場合、光検出部16からの検出信号である第1検出信号P1が小さくなるため、処理部401は、後述するゲイン切替部512を制御することで、第1検出信号P1を増幅させる。すなわち、処理部401は、調光部14の調光状態に基づいて、後述するゲイン切替部512のゲインを調整する。
 また、処理部401は、後述するリフレッシュ部600に接続され、走査位置検出部202から入力する走査部20の走査位置に従い、リフレッシュ部600をアクティブまたは非アクティブにする。
 信号変換部500は、図7に示すように、光検出部16に接続され、光検出部16からの第1検出信号P1(電流)を主制御部400からの制御に基づき所定の倍率で増幅した第2検出信号P2(電圧信号)に変換する増幅回路510と、増幅回路510からの第2検出信号P2を積分して主制御部400に第3検出信号P3として出力する積分回路520と、を備え、光検出部16からの第1検出信号P1を増幅及び積分した第3検出信号P3を主制御部400に出力するものである。なお、後述するように、信号変換部500(積分回路520)には、主制御部400に出力する第3検出信号P3を、主制御部400が制御するタイミングでリフレッシュするリフレッシュ部600が接続されている。
 増幅回路510は、第1オペアンプ511と、第1オペアンプ511に並列に接続されたゲイン切替部512と、を備え、主制御部400の制御のもと、ゲイン切替部512のゲインを切り替えることで、光分岐部15からの第1検出信号P1を増幅した第2検出信号P2を積分回路520に出力する。
 主制御部400は、画像Mを高輝度で表示させる(高輝度モードの)場合、調光部14の調光値を高く設定し、透過率を上げることで、光検出部16に出力の大きい検査用光を入光させる。この場合、光分岐部15が出力する第1検出信号P1が大きくなるため、主制御部400は、ゲイン切替部512のゲインを低く設定する。また、主制御部400は、画像Mを低輝度で表示させる(低輝度モードの)場合、調光部14の調光値を高く設定し、透過率を上げることで、光検出部16に出力の大きい検査用光を入光させる。この場合、光分岐部15が出力する第1検出信号P1が小さくなるため、主制御部400は、ゲイン切替部512のゲインを高く設定する。
 積分回路520は、増幅回路510からの第2検出信号P2を積分して主制御部400に第3検出信号P3を出力する第2オペアンプ521と、抵抗器522と、コンデンサ523などから回路である。第2オペアンプ521には、第2オペアンプ521の入力端子と出力端子とを、主制御部400の制御に基づき、接続または切断するリフレッシュ部600が接続されている。
 リフレッシュ部600は、主制御部400の制御に基づき、第2オペアンプ521の入力端子と出力端子とを接続または切断するものである。主制御部400がリフレッシュ部600をアクティブにした場合、リフレッシュ部600は、第2オペアンプ521の入力端子と出力端子とを接続してイマジナリーショートにより第3検出信号P3を0Vにする。また、主制御部400がリフレッシュ部600を非アクティブにした場合、リフレッシュ部600は、第2オペアンプ521の入力端子と出力端子とを切断する。すると、第2オペアンプ521は、入力した第2検出信号P2を積分して出力端子から主制御部400に第3検出信号P3を出力する。すなわち、リフレッシュ部600がアクティブである場合、主制御部400に入力する第3検出信号P3の電圧レベルは強制的に0Vになり、リフレッシュ部600が非アクティブである場合、主制御部400に入力する第3検出信号P3の電圧レベルは時間積分され、時間とともに上昇する。主制御部400は、積分回路520からの第3検出信号P3のピークの電圧レベルを検出して光源11の制御を補正する。
 以上が、本実施形態におけるHUD装置1の電気的構成であり、これより、光源11に所望の光を出力させるために、光源11の駆動を補正する光強度補正処理について、図8,9を用いて説明する。図8は、光源11の光強度を補正する光強度補正処理のフロー図であり、図9は、信号のタイミングチャートを示す図であり、図9のa~eの信号は、図7におけるa~eの電圧レベルに該当する。
 まず、ステップS1において、処理部401は、外光センサ70から外部照度を入力し、入力した外部照度に適した画像Mの輝度値を記憶部402から読み出して設定する。次に、処理部401は、ステップS2において、決定された輝度値と光源11のいずれか設定された光色に基づいたゲインを記憶部402から読み出し、ゲイン切替部512のゲインを調整する。さらに、処理部401は、ステップS3において、リフレッシュ部600をアクティブに設定する。これにより、主制御部400に入力される積分回路520からの変換信号は0Vとなる。
 次に、ステップS4において、処理部401は、走査位置検出部202から走査部20の走査位置を検出し、走査位置が連続非表示エリア30cであるか判定する。走査位置が連続非表示エリア30cでない場合(ステップS4でNO)、リフレッシュ部600をアクティブにしたまま走査を継続する。また、走査位置が連続非表示エリア30cであった場合(ステップS4でYES)、処理部401は、ステップS5においてリフレッシュ部600を非アクティブに設定する。
 ステップS6において、処理部401は、図9(a)に示すように駆動信号を出力し、光源制御部100を介して、光源11a,11b,11cのうち設定されている光色の光源11に検査用光を出射させる。すると、ステップS7において、光検出部16は、検査用光を検出し、図9(b)に示すような第1検出信号P1を信号変換部500(増幅回路510)に出力する。
 ステップS8において、信号変換部500は、光検出部16からの第1検出信号P1を第3検出信号P3に変換して主制御部400に出力する。具体的には、増幅回路510は、光検出部16からの第1検出信号P1を、ステップS2で設定したゲイン値に基づき増幅した第2検出信号P2(図9(c)参照)に変換して積分回路520に出力する。そして、積分回路520は、増幅回路510からの第2検出信号P2を積分し、第3検出信号P3(図9(e)参照)として主制御部400に出力する。
 ステップS9において、処理部401は、光源11に所定期間(図9の時間t1~t2)だけ検査用光を出力させた後、検査用光の出力を停止させる。すると、図9(b)に示すように、光検出部16からの第1検出信号P1がなくなるため、積分回路520から出力される第3検出信号P3も時間とともに徐々に低下を始める。処理部401は、積分回路520から入力される第3検出信号P3を図示しないAD変換部を介してデジタル信号として入力し、第3検出信号P3のピークの電圧レベルを記憶部402に一時的に記憶する。なお、図9(e)に示すとおり、第3検出信号P3のピークの電圧レベルは、検査用光がオフされるタイミング(時間t2)であるため、処理部401は、検査用光をオフするタイミングの第3検出信号P3の電圧レベルを記憶部402に一時的に記憶するとよい。斯かる構成により、容易に、S/N比(Signal-Noise ratio)が低い第3検出信号(変換信号)P3のピークを入手することができ、精度の高い検査用光の光強度検出が可能である。
 ステップS10において、処理部401は、色光RGB全ての電圧レベルを取得したかを判断する。色光RGB全ての電圧レベルを取得していない場合(ステップS10でNO)、異なる光色の光源11について検出するべく、ステップS2に戻る。また、色光RGB全ての電圧レベルを取得した場合(ステップS10でYES)、処理部401は、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の駆動を補正する。
 以上が光強度補正処理である。簡潔にこの処理の流れを述べれば、以下のようになる。
・まず、外部照度に基づき画像Mを表示する輝度値を設定し、さらに、リフレッシュ部600により主制御部400に入力する第3信号P3をリフレッシュする(0Vにする)。
・走査部20の走査位置が連続非表示エリア30cであるかを判定し、連続非表示エリア30cである場合、リフレッシュ部600を非アクティブにし、光源11に出力させた検査用光の第1検出信号P1を、信号変換部500で変換して第3検出信号P3として入力する。
・入力した第3検出信号P3に基づいて、各光源11a,11b,11cの駆動を補正する。
 以上に説明した実施形態におけるHUD装置1によれば、外部照度に適した画像Mを生成するために使用する光強度に切り替えた検査用光を、光検出部16で検出し、これに基づいて光源11の制御を補正するので、画像Mの輝度やホワイトバランスを精度よく調整することができる。
 また、光源11からの光を光分岐部15により分岐させ、分岐させた色光の一部を光検出部16で入力することができるため、時間をかけて光強度検出可能である。
 また、増幅回路510は、検査用光の出力の大きさに基づいて、光検出部16が生成する第1検出信号P1を増幅することができるため、低輝度の画像Mを生成するため、光強度の小さい検査用光を入力した場合でも信号強度を増加させることができ、精度の高い光強度検出が可能となる。
 また、積分回路520により検出信号を積分するため、検出信号を平均化することができ、さらに精度の高い光強度検出が可能となる。
 また、本実施形態のように、光検出部16に光源11からの光が常に入光する場合であっても、光源11からの検査用光を検出する前に、リフレッシュ部600により検出信号をリフレッシュするため、検査用光以外の光強度が検出信号に影響することを防止することができ、精度の高い光強度検出が可能となる。
 また、走査部20の走査位置が、連続して有効表示エリア30aを走査しない連続非表示エリア30cである間に検出用光の光強度を検出するため、時間をかけて精度の高い検査用光の光強度検出が可能である。
 また、1フレーム毎に全ての色の検出を行わないことにより、フレームF毎に時間をかけて精度の高い検査用光の光強度検出が可能である。
[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、上記実施形態では、処理部401は、検出用信号で各光源11a,11b,11cを駆動していない間、信号変換部500から処理部401に入力する第3検出信号P3をリフレッシュしていたが、少なくとも、処理部401が第3検出信号P3のピークの電圧レベルを取得する前にリフレッシュすればよい。具体的に例えば、処理部401は、走査部20の走査位置が表示終了位置F3から次の表示開始位置F2までの間(連続非表示エリア30c)であり、かつ、検出用信号で各光源11a,11b,11cを駆動した際の第3検出信号P3のピークの電圧レベルを取得する前に、処理部401が入力する第3検出信号P3をリフレッシュすればよい。
 また、処理部401がリフレッシュ部600を駆動するタイミングは、例えば、HUD(表示装置)1が画像Mを生成するために各光源11a,11b,11cを駆動する画像信号に基づいたタイミングであってもよい。具体的に例えば、処理部401は、画像信号で各光源11a,11b,11cを駆動した後であり、かつ、処理部401が第3検出信号P3のピークの電圧レベルを取得する前に、処理部401が入力する第3検出信号P3をリフレッシュすればよい。
 なお、走査部20の走査位置が表示終了位置F3になった際、もしくは、画像信号で各光源11a,11b,11cを駆動した後に直ちに、処理部401が入力する第3検出信号P3のリフレッシュを開始することで、第3検出信号P3を確実に減少させ、検出用信号で各光源11a,11b,11cを駆動し、ノイズの少ない第3検出信号P3のピークの電圧レベルを取得することができる。
 また、上記実施形態においては、リフレッシュ部600を非アクティブにするタイミングと、光源11が検査用光を出力するタイミングとを同時としていたが、これに限られず、光源11が検査用光を出力開始した後にリフレッシュ部600を非アクティブにしてもよい。斯かる構成により、光源11が出射開始した際の不安定な光の検出信号が主制御部400に入力されないため、さらに精度の高い光検出が可能となる。
 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、上記実施形態において、走査部20の主走査をカウントすることによって、画像調整処理の各制御処理のタイミングを計っていたが、走査時間をカウントするなどあらゆる方法で走査位置を検出してもよい。
 また、上記実施形態では、画像Mを生成する画像生成部として、光源11からの合成レーザー光Cを走査する走査部20を用いた例を示したが、本発明の光源装置10は、光源11として、青色の光を出射する第1光源11a、緑色の光を出射する第2光源11b、赤色の光を出射する第3光源11cを、例えば、スポット径を大きくしたLEDなどの光源に置き換えることで、DMDやLCos(登録商標)などの反射型画像生成部やTFTなどの透過型画像生成部の光源装置として適用することが可能である。本発明の光源装置10を反射型画像生成部の光源装置に適用した例を以下に説明する。
 反射型画像生成部や透過型画像生成部の光源装置として適用される本発明の光源装置10は、フィールドシーケンシャルカラー(FSC)方式で駆動され、1フレームF内に各光源11a,11b,11cを時分割して光輝させる。
 図10は、フィールドシーケンシャルカラー方式におけるフレームFを時分割したサブフレームSFの例を説明するための図である。図10に示されるように、反射型画像生成部に適用する光源装置10は、例えば、1フレームF内に、画像Mを生成するために各光源11a,11b,11cを時分割的に光輝させる表示期間Faと、各光源11a,11b,11cを消灯する非表示期間Fbと、を含む。表示期間Faは、例えば、青色の光を光源11aに出射させる不均等な6つのサブフレーム(SF5a~SF0a)と、緑色の光を光源11bに出射させる不均等な6つのサブフレーム(SF5b~SF0b)と、赤色の光を光源11cに出射させる不均等な6つのサブフレーム(SF5c~SF0c)と、含み、各色64階調の表現が可能となっている。
 図11は、フレームF内におけるリフレッシュ部600の動作の例と信号変換部500から出力される第3検出信号P3の例を示すフローチャートである。図11の(a),(b),(c)は、光源11a,11b,11cのオン/オフを示し、図11の(d)は、リフレッシュ部600のアクティブ/非アクティブを示し、(e)は、処理部401に入力される第3検出信号P3の電圧レベルの大きさを示す図である。なお、図11では、説明を容易にするために、フレームF内におけるサブフレームSFの順番を期間が長いものから降順に配置しているが、サブフレームSFの順番はこれに限定されない。
 本実施形態における光源装置10は、図11に示されるように、各サブフレームSF5a,SF5b,SF5c・・・内で、各光源11a,11b,11cを駆動する。なお、各サブフレームSF5a,SF5b,SF5c・・・内を占める、各光源11a,11b,11cを駆動する期間の割合は、求められる虚像Vの輝度に従い変化する。
 光源11aが青色の光を出射する時間t11から時間t12まで、処理部401は、リフレッシュ部600を非アクティブにする。これにより、光検出部16が検出した青色の光強度に基づく第3検出信号P3が信号変換部500から処理部401に出力される。処理部401は、第3検出信号P3の所定のタイミングにおける電圧レベルを記憶部402に一時的に記憶する。具体的に例えば、処理部401は、第3検出信号P3がリフレッシュ部600によりリフレッシュされる直前のピークの電圧レベルを記憶部402に一時的に記憶する。
 次に、光源11aの駆動が停止してから光源11bが緑色の光を出射するまでの時間t12からt13まで、処理部401は、リフレッシュ部600をアクティブにする。これにより、第3検出信号P3をリフレッシュする。
 次に、光源11bが緑色の光を出射する時間t13から時間t14まで、処理部401は、リフレッシュ部600を非アクティブにする。これにより、光検出部16が検出した緑色の光強度に基づく第3検出信号P3が信号変換部500から処理部401に出力される。処理部401は、第3検出信号P3の所定のタイミングにおける電圧レベルを記憶部402に一時的に記憶する。
 そして、光源11bの駆動が停止してから光源11cが赤色の光を出射するまでの時間t14からt15まで、処理部401は、リフレッシュ部600をアクティブにする。これにより、第3検出信号P3をリフレッシュする。
 次に、光源11cが赤色の光を出射する時間t15から時間t16まで、処理部401は、リフレッシュ部600を非アクティブにする。これにより、光検出部16が検出した赤色の光強度に基づく第3検出信号P3が信号変換部500から処理部401に出力される。処理部401は、第3検出信号P3の所定のタイミングにおける電圧レベルを記憶部402に一時的に記憶する。
 そして、光源11cの駆動が停止してから次のフレームFの光源11aが青色の光を出射するまで、処理部401は、リフレッシュ部600をアクティブにする。これにより、第3検出信号P3をリフレッシュする。
 処理部401は、色光RGB全ての電圧レベルを取得したかを判断し、色光RGB全ての電圧レベルを取得した場合、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の駆動を補正する。なお、ここでいう、各光源11a,11b,11cの駆動の補正とは、各光源11a,11b,11cを駆動する電圧レベルを調整する、または/および各サブフレームSF5a,SF5b,SF5c・・・内を占める、各光源11a,11b,11cを駆動する期間の割合を調整することである。
 図11に示されるように、各光源11a,11b,11cの光強度を検出するサブフレームSFは、最も長いサブフレームSFであることが望ましい。これにより、光検出信号を生成する期間が長くなり、光強度検出の精度を向上させることができる。
 なお、図11に示される例は、フレームF毎に各色1回ずつ光強度に基づく電圧レベルを取得していたが、これに限定されず、図12に示すように、複数のサブフレームSFで光強度に基づく電圧レベルを取得し、これらを平均化することで各光源11a,11b,11cの駆動を補正してもよい。これにより、さらに光強度検出の精度を向上させることができる。
 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、透過型の光検出部を設け、画像Mの生成に用いる光を透過させながら光強度Lを検出してもよい。しかし、透過型の光検出部の場合、各色毎に透過率の波長依存性を考慮しなくてはならないので、上記実施形態のように光分岐手段を設ける方が望ましい。
 本発明の光源装置及び表示装置は、特に、使用される環境の照度が変わりやすい移動体等に搭載される画像を表示する表示装置やこれら表示装置に用いられる光源装置に適用可能であり、具体的に例えば、移動体のメーターやヘッドアップディスプレイ、またヘッドマウントディスプレイなどにも適用可能である。
   1  HUD装置(表示装置)
   2  車両
   2a ウインドシールド
   3  観察者
  10  光源装置
  11  光源
  12  集光部
  13  光合成部
  14  調光部
  15  光分岐部
  16  光検出部
  20  走査部
  30  スクリーン
  40  第1反射部
  50  第2反射部
  60  筐体
  70  外光センサ
 100  光源制御部
 200  走査制御部
 300  調光制御部
 400  主制御部
 500  信号変換部
 510  増幅回路
 511  第1オペアンプ
 512  ゲイン切替部
 520  積分回路
 521  第2オペアンプ
 522  抵抗器
 523  コンデンサ
 600  リフレッシュ部

   C  合成レーザー光
   C1 第1反射光
   C2 第2反射光
   F  フレーム
   Fa 実走査期間
   Fb 帰線期間
   F1 走査開始位置
   F2 表示開始位置
   F3 表示終了位置
   F4 走査終了位置
   K  表示光
   M  画像
   P1 第1検出信号(検出信号)
   P2 第2検出信号(変換信号)
   P3 第3検出信号(変換信号)
   V  虚像

Claims (9)

  1.  画像信号に基づいた出力の画像光を少なくとも出射可能な光源と、
     前記光源からの光を分岐する光分岐部と、
     前記光分岐部が分岐した光の光強度を検出する光検出部と、
     前記光検出部からの検出信号を変換して変換信号として出力する信号変換部と、
     入力した前記変換信号に基づいて、前記画像光の出力を制御する制御部と、
     前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュするリフレッシュ部と、を備える、
    ことを特徴とする光源装置。
  2.  前記制御部は、前記リフレッシュ部が前記変換信号をリフレッシュした後に入力される前記変換信号に基づいて、前記光源を制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
  3.  前記信号変換部は、前記光検出部からの前記検出信号を積分した変換信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源装置。
  4.  前記信号変換部は、前記光検出部からの前記検出信号をゲインに基づき増幅した前記変換信号を出力し、前記ゲインを調整可能な増幅回路を有する、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光源装置。
  5.  前記変換信号のピークの電圧レベルに基づき前記画像光の出力を制御する、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光源装置。
  6.  前記光源は、前記画像信号に基づかない検査用光を出力可能であり、
     前記制御部は、前記検査用光の前記変換信号に基づき、前記画像光の出力を制御する、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光源装置。
  7.  前記リフレッシュ部は、前記光源が前記検査用光を出力開始した後にリフレッシュを解除する、
    ことを特徴とする請求項6に記載の光源装置。
  8.  請求項1乃至7のいずれかに記載の光源装置と、
     前記光源装置から出射された光を第1方向の往復走査を複数回行いながら第2方向の走査を行う走査部と、
     前記走査部の走査位置を検出する走査位置検出手段と、を備え、
     前記リフレッシュ部は、前記走査位置検出手段が検出する前記走査部の走査位置に基づいたタイミングで、前記制御部に入力する前記変換信号をリフレッシュする、
    ことを特徴とする表示装置。
  9.  請求項1乃至5のいずれかに記載の光源装置と、
     前記光源装置から出射された光を反射することで空間光変調する反射型画像生成部を備える、
    ことを特徴とする表示装置。
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