(57)【要約】【課題】それぞれ異なる複数の色成分のレーザ光を出力し、調光可能な範囲の上限を適切に設定する光源装置、光走査装置、表示システム装置および移動体を提供すること。【解決手段】光源装置１１は、温度を検出する温度検出部１２０を備え、温度検出部１２０の検出結果に基づき、複数のレーザ光のそれぞれの最大出力の比を変更する。複数のレーザ光は、赤色、緑色および青色をそれぞれ成分とするレーザ光を含み、光源装置１１は、ホワイトバランスを一定に保つように、複数のレーザ光のそれぞれの出力の比を制御する。【選択図】図１３
2020184014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる色成分の複数のレーザ光を出力し、前記複数のレーザ光のそれぞれの最大出力の比が変更可能である光源装置。
【請求項２】
温度を検出する温度検出部を備え、
前記温度検出部の検出結果に基づき、前記複数のレーザ光のそれぞれの最大出力の比を変更する請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記温度検出部の検出結果に基づき、前記複数のレーザ光のそれぞれの出力の比を変更する請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数のレーザ光は、赤色、緑色および青色をそれぞれ成分とするレーザ光を含み、ホワイトバランスを一定に保つように、前記複数のレーザ光のそれぞれの出力の比を制御する請求項１〜３の何れか記載の光源装置。
【請求項５】
前記レーザ光の出力を検出する光出力検出部を備え、
前記光出力検出部の検出結果に基づき、前記レーザ光の出力を制御する請求項１〜４の何れか記載の光源装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか記載の光源装置と、
前記光源装置から照射される照射光を、第１走査方向と、前記第１走査方向に直交する第２走査方向とに走査する光偏向部と、
を備えた光走査装置。
【請求項７】
前記光偏向部が前記照射光を走査する走査範囲に含まれる画像領域内で、画像情報に基づき前記光源を点灯させて、前記画像領域に画像を形成する請求項６記載の光走査装置。
【請求項８】
前記光偏向部により前記照射光が走査されるスクリーンを備え、
前記スクリーン上における前記画像領域に画像を形成する請求項７記載の光走査装置。
【請求項９】
請求項６〜８の何れか記載の光走査装置と、
前記光偏向部により前記照射光が走査されるスクリーンから投射される投射光を反射する結像光学系と、
前記結像光学系から反射される反射光を反射する反射部材と、を備え、
前記結像光学系は、前記投射光を前記反射部材に向けて反射して虚像を結像させる表示システム。
【請求項１０】
請求項９記載の表示システムを備え、
前記反射部材は、フロントガラスである移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、光走査装置、表示システムおよび移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、温度変化による白バランスの変化を低減した画像表示装置を開示している。
【０００３】
特許文献２では、複数のレーザ光源１０３〜１０５のうちホワイトバランス比で最も出力の小さいレーザ光源をパルス駆動させ、異なる複数の色成分のレーザ光源を用いた場合でも調光可能な範囲の制限を緩和したプロジェクタを開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、それぞれ異なる複数の色成分のレーザ光を出力し、調光可能な範囲の上限を適切に設定する光源装置、光走査装置、表示システム装置および移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光源装置、光走査装置、表示システム装置および移動体は、それぞれ異なる色成分の複数のレーザ光を出力し、複数のレーザ光のそれぞれの最大出力の比が変更可能である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、それぞれ異なる複数の色成分のレーザ光を出力し、調光可能な範囲の上限を適切に設定する光源装置、光走査装置、表示システムおよび移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。
【図２】実施形態に係る搭載装置の構成の一例を示す図である。
【図３】実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。
【図５】実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。
【図６】実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。
【図７】実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。
【図８】マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。
【図９】光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。
【図１０】二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。
【図１１】実施形態に係る光源装置の機能ブロックの一例を示す図である。
【図１２】レーザ光の最大出力の温度特性を示す図である。
【図１３】不揮発性メモリ１００３に記憶されるレーザ光の最大出力の例である。
【図１４】レーザ光の出力を制御する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００９】
●実施形態●
●システム構成
図１は、実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。
【００１０】
表示システム１は、投射装置の一例としての搭載装置１００から投射される投射光を、透過反射部材に投射させることによって観察者３に表示画像を視認させる。表示画像は、観察者３の視界に虚像４５として重畳して表示する画像である。表示システム１は、例えば、車両、航空機もしくは船舶等の移動体、または操縦シミュレーションシステムもしくはホームシアターシステム等の非移動体に備えられる。本実施形態は、表示システム１が、移動体１Ａの一例である自動車に備えられた場合について説明する。なお、表示システム１の使用形態は、これに限られるものではない。以降、移動体１Ａの進行方向をＸ、左右方向をＹ、上下方向をＺとして座標軸を定める。
【００１１】
表示システム１は、例えば、フロントガラス５０を介して車両の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば車両の速度、進路情報、目的地までの距離、現在地名称、車両前方における物体（対象物）の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報等）を、観察者３（運転者）に視認させる。この場合、フロントガラス５０は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材として機能する。観察者３の視点位置からフロントガラス５０までの距離は、数十ｃｍ〜１ｍ程度である。なお、小型で透明なプラスチックディスク等で形成されたコンバイナを、フロントガラス５０の代わりに、透過反射部材として使用してもよい。
【００１２】
搭載装置１００は、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）である。搭載装置１００は、自動車のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置され、例えば、自動車のダッシュボードの下方に配置されてもよく、ダッシュボード２内に埋め込まれていてもよい。本実施形態は、搭載装置１００が、ダッシュボード２内に搭載された場合について説明する。
【００１３】
図２は、実施形態に係る搭載装置１００の構成の一例を示す図である。搭載装置１００は、光走査装置の一例としての表示装置１０、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０を備える。
【００１４】
表示装置１０は、光源装置１１、光偏向装置（光偏向部）１３、スクリーン１５を備える。光源装置１１は、光源から射出されたレーザ光を、装置外部へ照射するデバイスである。光源装置１１は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源装置１１から射出されたレーザ光は、光偏向装置１３の反射面に導かれる。光源装置１１は、光源として、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を有する。なお、光源は、これに限られず、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を有してもよい。
【００１５】
光偏向装置１３は、光源装置１１から照射される照射光を入射して、画像を形成する画像光を出射する画像形成部の一例であり、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）等を利用してレーザ光の進行方向を変化させるデバイスである。光偏向装置１３は、例えば、直交する２軸に対して揺動する単一の微小なＭＥＭＳミラー、または１軸に対して揺動もしくは回転する２つのＭＥＭＳミラーからなるミラー系等の走査手段を利用して構成される。光偏向装置１３から射出されたレーザ光は、スクリーン１５に走査される。なお、光偏向装置１３は、ＭＥＭＳミラーに限られず、ポリゴンミラー等を用いて構成されてもよい。
【００１６】
スクリーン１５は、光偏向装置１３から出射される画像光を結像して画像が形成されるスクリーンの一例であり、レーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有する発散部材である。スクリーン１５は、例えば、ＥＰＥ（Ｅｘｉｔ  Ｐｕｐｉｌ  Ｅｘｐａｎｄｅｒ）の形態として、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）または拡散板等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子によって構成される。なお、スクリーン１５は、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子によって構成されてもよい。スクリーン１５は、光偏向装置１３から射出されたレーザ光がスクリーン１５上に走査されることによって、スクリーン１５上に二次元像である中間像４０を形成する。
【００１７】
ここで、表示装置１０の投射方式は、液晶パネル、ＤＭＤパネル（デジタルミラーデバイスパネル）または蛍光表示管（ＶＦＤ）等イメージングデバイスで中間像４０を形成する「パネル方式」と、光源装置１１から射出されたレーザ光を走査手段で走査して中間像４０を形成する「レーザ走査方式」がある。
【００１８】
本実施形態に係る表示装置１０は、後者の「レーザ走査方式」を採用する。「レーザ走査方式」は、各画素に対して発光または非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。なお、表示装置１０は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよい。
【００１９】
スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）によって、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０に投射された虚像４５は、中間像４０から拡大されて表示される。自由曲面ミラー３０は、フロントガラス５０の湾曲形状による画像の傾き、歪、位置ずれ等を相殺するように設計および配置されている。自由曲面ミラー３０は、所定の回転軸を中心として回転可能に設置されてもよい。これにより、自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）の反射方向を調整し、虚像４５の表示位置を変化させることができる。
【００２０】
ここでは、自由曲面ミラー３０は、虚像４５の結像位置が所望の位置になるように、一定の集光パワーを有するように既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて設計されている。表示装置１０は、虚像４５が観察者３の視点位置から例えば１ｍ以上かつ３０ｍ以下（好ましくは１０ｍ以下）の位置（奥行位置）に表示されるように、自由曲面ミラー３０の集光パワーを設定する。なお、自由曲面ミラー３０は、凹面ミラーやその他集光パワーを有する素子であってもよい。自由曲面ミラー３０は、結像光学系の一例である。
【００２１】
フロントガラス５０は、レーザ光（光束）の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる機能（部分反射機能）を有する透過反射部材である。フロントガラス５０は、観察者３に前方の景色および虚像４５を視認させる半透過鏡として機能する。虚像４５は、例えば、車両情報（速度、走行距離等）、ナビゲーション情報（経路案内、交通情報等）、警告情報（衝突警報等）等を観察者３に視認させるための画像情報である。なお、透過反射部材は、フロントガラス５０とは別途設けられたフロントウインドシールド等であってもよい。フロントガラス５０は、反射部材の一例である。
【００２２】
虚像４５は、フロントガラス５０の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。また、フロントガラス５０は、平面でなく、湾曲している。そのため、虚像４５の結像位置は、自由曲面ミラー３０とフロントガラス５０の曲面によって決定される。なお、フロントガラス５０は、部分反射機能を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡（コンバイナ）を利用してもよい。
【００２３】
このような構成により、スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）は、自由曲面ミラー３０に向けて投射され、フロントガラス５０によって反射される。観察者３は、フロントガラス５０で反射された光によって、スクリーン１５に形成された中間像４０が拡大された虚像４５を視認することができるようになる。
【００２４】
●ハードウエア構成
図３は、実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図３に示すハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
【００２５】
表示装置１０は、表示装置１０の動作を制御するための制御装置１７を有する。制御装置１７は、表示装置１０の内部に実装された基板またＩＣチップ等のコントローラである。制御装置１７は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）１００１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１００２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１００３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１００４、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１００５、およびバスライン１００６を含む。
【００２６】
ＦＰＧＡ１００１は、表示装置１０の設計者による設定変更が可能な集積回路である。ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０、およびモータドライバ１０１２は、ＦＰＧＡ１００１からの制御信号に応じて駆動信号を生成する。ＣＰＵ１００２は、表示装置１０全体を制御するための処理を行う集積回路である。ＲＯＭ１００３は、ＣＰＵ１００２を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。ＲＡＭ１００４は、ＣＰＵ１００２のワークエリアとして機能する記憶装置である。Ｉ／Ｆ１００５は、外部装置と通信するためのインターフェースである。Ｉ／Ｆ１００５は、例えば自動車のＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に接続される。
【００２７】
ＬＤ１００７は、例えば、光源装置１１の一部を構成する半導体発光素子である。ＭＥＭＳ１００９は、光偏向装置１３の一部を構成し、走査ミラーを変位させるデバイスである。モータ１０１１は、自由曲面ミラー３０の回転軸を回転させる電動機である。
【００２８】
●機能構成
図４は、実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。表示装置１０により実現される機能は、車両情報受信部１７１、外部情報受信部１７２、画像生成部１７３および画像表示部１７４を含む。
【００２９】
車両情報受信部１７１は、ＣＡＮ等から自動車の情報（速度、走行距離等の情報）を受信する機能である。車両情報受信部１７１は、図３に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００３０】
外部情報受信部１７２は、外部ネットワークから自動車外部の情報（ＧＰＳからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報または交通情報等）を受信する機能である。外部情報受信部１７２は、図３に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００３１】
画像生成部１７３は、車両情報受信部１７１および外部情報受信部１７２により入力された情報に基づいて、中間像４０および虚像４５を表示させるための画像情報を生成する機能である。画像生成部１７３は、図３に示したＣＰＵ１００２の処理、およびＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００３２】
画像表示部１７４は、画像生成部１７３により生成された画像情報に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成し、中間像４０を構成したレーザ光（光束）をフロントガラス５０に向けて投射して虚像４５を表示させる機能である。画像表示部１７４は、図３に示したＣＰＵ１００２およびＦＰＧＡ１００１の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００３３】
画像表示部１７４は、制御部１７５、中間像形成部１７６および投影部１７７を含む。制御部１７５は、中間像４０を形成するために、光源装置１１および光偏向装置１３の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部１７５は、虚像４５を所定の位置に表示させるために、自由曲面ミラー３０の動作を制御する制御信号を生成する。
【００３４】
中間像形成部１７６は、制御部１７５によって生成された制御信号に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成する。投影部１７７は、観察者３に視認させる虚像４５を形成するために、中間像４０を構成したレーザ光を、透過反射部材（フロントガラス５０等）に投射させる。
【００３５】
●光源装置
図５は、実施形態に係る光源装置１１の具体的構成の一例を示す図である。光源装置１１は、光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）（以下、区別する必要のないときは、光源素子１１１とする。）、カップリングレンズ１１２（ｒ），１１２（ｇ），１１２（ｂ）（以下、区別する必要のないときは、カップリングレンズ１１２とする。）、アパーチャ１１３（ｒ），１１３（ｇ），１１３（ｂ）（以下、区別する必要のないときはアパーチャ１１３とする。）、ミラー１１４、光合成素子１１５，１１６、光分岐素子１１７、光検出器１１９、および温度検出器１２０を含む。
【００３６】
三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）は、例えば、それぞれ単数または複数の発光点を有するＬＤ（レーザダイオード）である。光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）は、互いに異なる波長λＲ，λＧ，λＢ（例えば、λＲ＝６５０ｎｍ，λＧ＝５１５ｎｍ，λＢ＝４５０ｎｍ）のレーザ光（光束）を出力（射出）する。光源装置１１は、画像に必要な色生成のため、波長の異なる光束を出力する複数の光源素子１１１（１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ））を有する。光源素子１１１を駆動させるための回路基板は、小型化や低コストを考え、各光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）を光源装置１１の同じ面に配置することで共通化される。なお、図５に示す光源素子１１１は、図３に示したＬＤ１００７に対応する構成である。
【００３７】
出力された各光束は、それぞれ対応するカップリングレンズ１１２（ｒ），１１２（ｇ），１１２（ｂ）によりカップリングされる。光源素子１１１から出力されるレーザ光（光束）は、拡散光であるため、対応するカップリングレンズ１１２によって集光されて平行光となる。半導体レーザは、指向性が高い一方で出射端において拡がりを有するため、次第に減衰してしまう。光源装置１１は、放射された光束の損失を小さくするため、カップリングレンズ１１２を用いて放射された光束を平行光にする。
【００３８】
カップリングされた各光束は、それぞれ対応するアパーチャ１１３（ｒ），１１３（ｇ），１１３（ｂ）により整形される。アパーチャ１１３は、光束の発散角等の所定の条件に応じた形状（例えば円形、楕円形、長方形、正方形等）を有する。アパーチャ１１３により整形された光束は、ミラー１１４と、２つの合成素子１１５，１１６とを用いて合成される。
【００３９】
ミラー１１４は、光源素子１１１（ｂ）から出力された光束を偏向して、光分岐素子１１７へ導光する。光合成素子１１５は、ミラー１１４により導光された光束と、光源素子１１１（ｇ）から出力された光束とを合成する。光合成素子１１６は、光合成素子１１５によって合成された光束と、光源素子１１１（ｒ）から出力された光束とをさらに合成する。光合成素子１１５，１１６は、プレート状またはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて光束を反射または透過し、一つの光束に合成する。光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）から出力された光束は、光合成素子１１５および光合成素子１１６によって合成され、同一の光路をたどるようになる。
【００４０】
光分岐素子１１７に入射した入射光の一部は、光分岐素子１１７を透過し、他の一部すなわち残部の少なくとも一部は、光分岐素子１１７で反射される。すなわち、光合成素子１１６によって合成された光束は、光分岐素子１１７によって透過光と反射光に分岐される。なお、光分岐素子１１７は、光合成素子１１６と光偏向装置１３との間の光路上に配置されていればよい。
【００４１】
透過光は、光偏向装置１３に照射され、スクリーン１５上の走査領域（走査範囲）２３０での画像描画および虚像表示に用いられる。すなわち、透過光は、画像光として用いられる。一方で、反射光は、光検出器１１９に照射され、虚像の色や輝度を調整するためのモニタ光として用いられる。
【００４２】
光出力検出部の一例である光検出器１１９は、光分岐素子１１７によって分岐されたモニタ光の光量を検出する。光検出器１１９は、光源装置１１の小型化のため、複数の光源素子１１１から出力されたレーザ光（光束）を一つの素子で検出することが好ましい。
【００４３】
波長の異なる複数のレーザ光源を用いた光源装置１１において、表示させる虚像の色の表現は、液晶ディスプレイと同様に、白色を実現するホワイトバランスが基準となるので、ホワイトバランス（光量比）を適切に設定する必要がある。各光源素子１１１によって出力されるレーザ光（光束）の光量は、温度変化等の環境変動によって変動するため、ホワイトバランスを実現するための光量も変化してしまう。
【００４４】
そこで、光源装置１１は、各光源素子１１１から出力されるレーザ光（光束）の光量変動を光検出器１１９で検出し、光源素子１１１によって出力されるレーザ光（光束）の光量制御（ＡＰＣ）を行う。光源装置１１は、合成素子１１６で合成されたレーザ光の一部を光分岐素子１１７によって光検出器１１９へ分岐させる。なお、光源装置１１は、光分岐素子１１７における分岐面をレーザ光（光束）の入射面とし、光分岐素子１１７によって反射されたレーザ光を光検出器１１９へ導光し、光分岐素子１１７を透過したレーザ光を光偏向装置１３へ導光するように、光分岐素子１１７が配置されている。
【００４５】
また、光源装置１１は、各光源素子１１１の周囲の温度を検出する温度検出器１２０を備え、温度検出器１２０が検出した温度に基づき、光源素子１１１によって出力されるレーザ光（光束）の光量制御（ＡＰＣ）を行う。
【００４６】
●光偏向装置
図６は、実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置１３は、半導体プロセスにより製造されるＭＥＭＳミラーであり、ミラー１３０、蛇行状梁部１３２、枠部材１３４、および圧電部材１３６を含む。光偏向装置１３は、第１走査方向の一例である主走査方向と、第１走査方向に交差する第２走査方向の一例である副走査方向とに走査する光偏向部の一例である。
【００４７】
ミラー１３０は、光源装置１１から射出されたレーザ光をスクリーン１５側に反射する反射面を有する。光偏向装置１３は、ミラー１３０を挟んで一対の蛇行状梁部１３２を形成する。蛇行状梁部１３２は、複数の折り返し部を有する。折り返し部は、交互に配置される第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとから構成されている。蛇行状梁部１３２は、枠部材１３４に支持されている。圧電部材１３６は、隣接する第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとを接続するように配置されている。圧電部材１３６は、第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとに異なる電圧を印加し、梁部１３２ａ，１３２ｂのそれぞれに反りを発生させる。
【００４８】
これにより、隣接する梁部１３２ａ，１３２ｂは、異なる方向に撓む。ミラー１３０は、撓みが累積されることによって、左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、光偏向装置１３は、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査は、ミラー１３０に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。
【００４９】
●スクリーン
図７は、実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。スクリーン１５は、光源装置１１の一部を構成するＬＤ１００７から射出されたレーザ光を結像させる。また、スクリーン１５は、所定の発散角で発散させる発散部材である。図７に示すスクリーン１５は、光を発散させるように湾曲する湾曲部が複数備えられる一例として六角形形状を有する複数のマイクロレンズ１５０（湾曲部の一形態としての凸形状部）が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。マイクロレンズ１５０のレンズ径（対向する２辺間の距離）は、２００μｍ程度である。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ１５０を高密度で配列することができる。なお、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ２００およびマイクロレンズ１５０の詳細は、後述する。
【００５０】
図８は、マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。図８（ａ）において、スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０が整列して配置された光学板１５１によって構成される。光学板１５１上に入射光１５２が走査される場合、入射光１５２は、マイクロレンズ１５０により発散され、発散光１５３となる。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の構造により、入射光１５２を所望の発散角１５４で発散させることができる。マイクロレンズ１５０のレンズ径１５５は、入射光１５２の径１５６ａよりも大きくなるように設計される。これにより、スクリーン１５は、レンズ間での干渉を起こさずに、干渉ノイズの発生を抑制する。
【００５１】
図８（ｂ）は、入射光１５２の径１５６ｂが、マイクロレンズ１５０のレンズ径１５５の２倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光１５２は、二つのマイクロレンズ１５０ａ、１５０ｂに入射し、それぞれ発散光１５７，１５８を生じさせる。このとき、領域１５９において、二つの発散光が存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光が観察者の目に入った場合、干渉ノイズとして視認される。
【００５２】
以上を考慮して、干渉ノイズを低減するため、マイクロレンズ１５０のレンズ径１５５は、入射光の径１５６よりも大きく設計される。なお、図８は、凸面レンズの形態で説明したが、凹面レンズの形態においても同様の効果があるものとする。
【００５３】
●光偏向装置による光走査
図９は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置１１の各光源素子は、ＦＰＧＡ１００１によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。光源装置１１の各光源素子は、ＬＤドライバ１００８によって駆動され、レーザ光を射出する。各光源素子から射出され光路合成されたレーザ光は、図９に示すように、光偏向装置１３のミラー１３０によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー１３０を介して走査光としてスクリーン１５に照射される。すなわち、スクリーン１５は、光偏向装置１３による主走査および副走査によって二次元走査される。
【００５４】
走査範囲は、光偏向装置１３によって走査しうる全範囲である。走査光は、スクリーン１５の走査範囲を、２〜４万Ｈｚ程度の速い周波数で主走査方向に振動走査（往復走査）しつつ、数十Ｈｚ程度の遅い周波数で副走査方向に片道走査する。すなわち、光偏向装置１３は、スクリーン１５に対してラスタースキャンを行う。この場合、表示装置１０は、走査位置（走査光の位置）に応じて各光源素子の発光制御を行うことで、画素ごとの描画または虚像の表示を行うことができる。
【００５５】
一画面を描画する時間、すなわち１フレーム分の走査時間（二次元走査の１周期）は、上記のように副走査周期が数十Ｈｚであることから、数十ｍｓｅｃとなる。例えば、主走査周期を２００００Ｈｚ、副走査周期を５０Ｈｚとした場合、１フレーム分の走査時間は、２０ｍｓｅｃとなる。
【００５６】
図１０は、二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。スクリーン１５は、図１０に示すように、中間像４０が描画される画像領域６１（有効走査領域）と、画像領域６１を取り囲むフレーム領域６２を含む。画像領域６１内では、画像情報（画像データ）に基づき光源装置１１を点灯させる（変調された光を照射させる）ことにより、画像が形成される。
【００５７】
走査範囲は、スクリーン１５における画像領域６１とフレーム領域６２の一部（画像領域６１の外縁近傍の部分）を併せた範囲とする。図１０において、走査範囲における走査線の軌跡は、ジグザグ線によって示される。図１０において、走査線の本数は、便宜上、実際よりも少なくしている。
【００５８】
スクリーン１５は、上述のように、マイクロレンズアレイ２００等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されている。画像領域６１は、矩形または平面である必要はなく、多角形または曲面であってもよい。また、スクリーン１５は、装置レイアウトに応じて、例えば、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子とすることもできる。以下の説明において、本実施形態は、スクリーン１５がマイクロレンズアレイ２００によって構成されるものとして説明する。
【００５９】
スクリーン１５は、走査範囲における画像領域６１の周辺領域（フレーム領域６２の一部）に、受光素子を含む同期検知系６０を備える。図１０において、同期検知系６０は、画像領域６１の−Ｘ側かつ＋Ｙ側の隅部に配置される。同期検知系６０は、光偏向装置１３の動作を検出して、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定するための同期信号をＦＰＧＡ１００１に出力する。
【００６０】
図１１は、実施形態に係る光源装置の機能ブロックの一例を示す図である。なお、図４で説明した機能と重複する機能については、説明を省略する。
【００６１】
画像生成部１７３は、中間像４０および虚像４５を表示させるための画像情報を生成し、それに同期した水平同期信号及び垂直同期信号を含む光偏向装置１３の動作を制御する制御信号を生成する。
【００６２】
不揮発性メモリ（ＲＯＭ）１００３は、複数の光源素子１１１のレーザ光のそれぞれの最大出力値を示す情報を記憶している。画像生成部１７３は、光検出器１１９から取得した光量情報、温度検出器１２０から取得した温度情報、および不揮発性メモリ（ＲＯＭ）１００３から取得した複数の光源素子１１１のレーザ光のそれぞれの最大出力を示す情報に基づき、ホワイトバランスを一定に保つように光源装置１１の動作を制御する制御信号を生成する。
【００６３】
制御部１７５は、レーザ制御部１７５Ｌ、ＭＥＭＳ制御部１７５Ｍを備え、ＭＥＭＳ制御部１７５Ｍは、画像生成部１７３が生成した制御信号に基づき、光偏向装置１３の動作を制御する。
【００６４】
レーザ制御部１７５Ｌは、画像生成部１７３が生成した制御信号に基づき、光源装置１１の動作を制御する。具体的には、ホワイトバランスを一定に保つように、複数の光源素子１１１のレーザ光のそれぞれの出力の比を制御する。
【００６５】
本実施形態では、温度検出器１２０から取得した温度情報に基づき、複数の光源素子１１１のレーザ光のそれぞれの出力の比を制御するため、温度変化によりホワイトバランスが変動した場合でも、ホワイトバランスを一定に保つことができる。
【００６６】
図１２は、レーザ光の最大出力の温度特性を示す図である。
【００６７】
光源素子１１１のレーザ光の最大発光出力は温度によって変化する。一例として、図１２に示すように、常温（２５℃）付近で最大発光出力が最も大きいが、それよりも温度が高くなったり低くなったりすると最大発光出力が低下する。
【００６８】
この場合、常温付近の最大発光出力を上限としてレーザを発光させると、レーザ光源の温度が変動した際にその温度における最大発光出力をオーバーしてレーザが損傷する恐れがあった。一方、高温（８０℃）や低温（０℃）の最大発光出力を上限としてレーザを発光させると、常温付近ではその温度における最大発光出力よりも小さい出力に制限されるため、効率が悪かった。
【００６９】
以上に鑑み、本実施形態では、レーザ光の最大出力を適切に設定することを目的とする。
【００７０】
図１３は、不揮発性メモリ１００３に記憶されるレーザ光の最大出力の例である。
【００７１】
不揮発性メモリ１００３は、図１３に示すように、三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）のレーザ光のそれぞれの最大出力値を示す情報を温度毎にテーブルデータとして記憶している。温度間隔は、必ずしも図１３に示すように５℃刻みである必要はなく任意の間隔で良い。
【００７２】
図１１に示した画像生成部１７３は、温度検出器１２０から取得した温度情報に基づき、不揮発性メモリ１００３のテーブルデータを参照し、取得した温度情報に対応するレーザ光の最大出力値を三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）それぞれ取得する。画像生成部１７３は、取得した温度情報に最も近い温度の最大出力値を取得してもよく、取得した温度情報に近い２つの温度の最大出力値を取得して線形補間しても良い。
【００７３】
図１２に示した温度特性は、図１３に示したように、三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）毎に異なっている。すなわち、三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）のそれぞれのレーザ光の最大出力の比は、温度毎に異なっている。
【００７４】
画像生成部１７３は、温度検出部１２０の検出結果に基づき、三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）のレーザ光のそれぞれの最大出力の比を変更することにより、調光可能な範囲（ホワイトバランスを一定に保つ範囲）の上限を適切に設定することができる。以下に具体例を説明する。
【００７５】
［実施例１（２０℃）］
ＲＧＢ光量比が１．９９：１．００：０．７８となった時にホワイトバランスが取れる。図１３に示すテーブルの２０℃の際の最大出力を参照するとＧがボトルネックとなり、ＲＧＢそれぞれ１９９［ｍＷ］、１００［ｍＷ］、７８［ｍＷ］で点灯させるのがホワイトバランスを一定に保つ範囲の上限となる。
【００７６】
［実施例２（０℃）］
ＲＧＢ光量比が１．６５：１．００：０．７６となった時にホワイトバランスが取れる。図１３に示すテーブルの０℃の際の最大出力を参照するとＧがボトルネックとなり、ＲＧＢそれぞれ１３２［ｍＷ］、８０［ｍＷ］、６０．８［ｍＷ］で点灯させるのがホワイトバランスを一定に保つ範囲の上限となる。
【００７７】
［実施例３（８０℃）］
ＲＢＧ光量比が１．００：０．２９：０．２３となった時にホワイトバランスが取れる。図１３に示すテーブルの８０℃の際の最大出力を参照するとＲがボトルネックとなり、ＲＧＢそれぞれ１５０［ｍＷ］、４３．５［ｍＷ］、３４．５［ｍＷ］で点灯させるのがホワイトバランスを一定に保つ範囲の上限となる。
【００７８】
［比較例１（０℃）］
ＲＧＢ光量比が１．６５：１．００：０．７６となった時にホワイトバランスが取れる。ここで、図１３に示す温度毎のテーブルを持たずにＲＢＧの出力を決定するには、温度に拠らない固定のＲＧＢの最大出力テーブルを使用することになる。
【００７９】
例えば、ＲＧＢそれぞれ２００［ｍＷ］、１００［ｍＷ］、１００［ｍＷ］（図１３の２０℃）を最大出力のテーブルとして固定する場合、Ｇがボトルネックとなり、ＲＧＢそれぞれ１６５［ｍＷ］、１００［ｍＷ］、７６［ｍＷ］で点灯させるのがホワイトバランスを一定に保つ範囲の上限となる。
【００８０】
しかし、０℃環境下では、実際にはＲＧＢそれぞれ１５０［ｍＷ］、８０［ｍＷ］、１００［ｍＷ］が最大出力のためＲとＧにおいてレーザが破損するおそれがある。
【００８１】
［比較例２（０℃）］
ＲＧＢ光量比が１．６５：１．００：０．７６となった時にホワイトバランスが取れる。比較例１とは異なり、ＲＧＢそれぞれ１００［ｍＷ］、５０［ｍＷ］、６０［ｍＷ］（図１３の−４０℃）を最大出力のテーブルとして固定する場合、Ｇがボトルネックとなり、ＲＧＢそれぞれ８２．５［ｍＷ］、５０［ｍＷ］、４５．６［ｍＷ］で点灯させるのがホワイトバランスを一定に保つ範囲の上限となる。
【００８２】
この場合、［実施例２（０℃）］に比べて、ホワイトバランスを一定に保つ範囲の上限が、ＲＧＢそれぞれ低くなっており、最大発光出力よりも小さい出力に制限されているため効率が悪い。
【００８３】
図１４は、レーザ光の出力を制御する処理を示すフローチャートである。
【００８４】
画像生成部１７３は、温度検出器１２０から温度情報を取得する（ステップＳ１）。
【００８５】
画像生成部１７３は、取得した温度が前回、ホワイトバランス調整を実施した時に取得した温度と比較して一定以上の変化があるかどうかを判定し、一定以上の変化が無い場合はステップＳ１に戻り、一定以上の変化が有る場合はステップＳ３に移行する（ステップＳ２）。
【００８６】
画像生成部１７３は、不揮発性メモリ１００３のテーブルデータを参照して取得した温度情報に対応するレーザ光の最大出力値を三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）それぞれ取得し、取得したレーザ光の最大出力値に基づき、三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）それぞれの目標光量を設定する（ステップＳ３）。
【００８７】
画像生成部１７３は、三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のレーザそれぞれにおいて順方向電流を増加しながら光検出器１１９から光量情報を取得し、順方向電流とレーザ光量の特性を取得する（ステップＳ４）。
【００８８】
画像生成部１７３は、目標光量以下の光量でホワイトバランスが一定になるように、三色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１（ｒ），１１１（ｇ），１１１（ｂ）それぞれのレーザ光のそれぞれの出力の比を制御する。（ステップＳ５）。
【００８９】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る光源装置１１は、それぞれ異なる色成分の複数のレーザ光を出力し、複数のレーザ光のそれぞれの最大出力の比が変更可能である。これにより、調光可能な範囲の上限を適切に設定することができる。
【００９０】
光源装置１１は、温度を検出する温度検出部１２０を備え、温度検出部１２０の検出結果に基づき、複数のレーザ光のそれぞれの最大出力の比を変更する。これにより、検出された温度に基づき、調光可能な範囲の上限を適切に設定することができる。
【００９１】
光源装置１１は、温度検出部１２０の検出結果に基づき、複数のレーザ光のそれぞれの出力の比を変更する。これにより、検出された温度に基づき、適切に調光することができる。
【００９２】
複数のレーザ光は、赤色、緑色および青色をそれぞれ成分とするレーザ光を含み、光源装置１１は、ホワイトバランスを一定に保つように、複数のレーザ光のそれぞれの出力の比を制御する。これにより、ホワイトバランスを一定に保つ範囲の上限を適切に設定することができる。
【００９３】
光源装置１１は、レーザ光の出力を検出する光検出器１１９を備え、光検出器１１９の検出結果に基づき、レーザ光の出力を制御する。これにより、検出された光出力に基づき、適切に調光することができる。
【００９４】
また、本発明の一実施形態に係る光源装置１１は、温度を検出する温度検出部１２０を備え、温度検出部１２０の検出結果に基づき、レーザ光の最大出力を変更する。これにより、検出された温度に基づき、レーザ光の最大出力を適切に設定することができる。
【００９５】
●補足●
なお、本発明の一実施形態に係る表示装置、表示システムおよび移動体について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。
【００９６】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置は、ＨＵＤ装置に限られず、例えば、ヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置であってもよい。例えば、本発明の一実施形態に係る表示装置をプロジェクタ装置に適用する場合、プロジェクタ装置を表示装置１０と同様に構成することができる。すなわち、表示装置１０は、自由曲面ミラー３０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すればよい。なお、表示装置１０は、自由曲面ミラー３０を介さずに、スクリーン１５を介した画像光を映写幕や壁面等に投影してもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１    表示システム
１０    表示装置（光走査装置の一例）
１１    光源装置
１３    光偏向装置（光偏向部の一例）
１５    スクリーン
３０    自由曲面ミラー（結像光学系の一例）
４５    虚像
５０    フロントガラス（反射部材の一例）
１００  投射装置
１１９  光検出器（光出力検出部の一例）
１２０  温度検出部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９８】
【特許文献１】特開２０１４−１８６０７８号公報
【特許文献２】特開２０１７−１０６９７７号公報
【図１】
2020184014.tif 000003
【図２】
2020184014.tif 000004
【図３】
2020184014.tif 000005
【図４】
2020184014.tif 000006
【図５】
2020184014.tif 000007
【図６】
2020184014.tif 000008
【図７】
2020184014.tif 000009
【図８】
2020184014.tif 000010
【図９】
2020184014.tif 000011
【図１０】
2020184014.tif 000012
【図１１】
2020184014.tif 000013
【図１２】
2020184014.tif 000014
【図１３】
2020184014.tif 000015
【図１４】
2020184014.tif 000016