(57)【要約】【課題】  視認者がスペックルノイズの影響を受けずに、明瞭な表示を視認することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】  半導体レーザー１１，１２，１３は、レーザー光Ｒを発する。表示像生成手段３０は、レーザー光Ｒをスクリーン２０上に走査して表示像Ｌを生成する。反射手段２１，２２は、表示像Ｌを投影部材に向けて反射させる。スクリーン２０は、レーザー光Ｒを拡散及び透過する少なくとも２個の拡散部材２０ａ，２０ｂを有する。表示像生成手段３０は、拡散部材２０ａ，２０ｂの少なくとも１個を揺動させる揺動機構１９を有する。光ファイバー２５は、半導体レーザー１１，１２，１３から発せられたレーザー光Ｒを伝播する。振動発生手段３２は、光ファイバー２５を振動させる。高周波重畳回路３１は、半導体レーザー１１，１２，１３の閾値電流Ｉｔｈを跨いで電流値を増減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を発する半導体レーザーと、前記レーザー光をスクリーン上に走査して表示像を生成する表示像生成手段と、前記表示像を投影部材に向けて反射させる反射手段と、を備えたヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記スクリーンは、前記レーザー光を拡散及び透過する少なくとも２個の拡散部材を有すると共に、
前記表示像生成手段は、前記拡散部材の少なくとも１個を揺動させる揺動機構を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザーから発せられた前記レーザー光を伝播する光ファイバーと、前記光ファイバーを振動させる振動発生手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光ファイバーは、マルチモードファイバーであることを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記半導体レーザーの閾値電流を跨いで電流値を増減させる高周波重畳回路を備え、前記表示像の映像信号に高周波電流増減信号を重畳させて前記半導体レーザーを駆動することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光源を備えたヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両のウインドシールド或いはコンバイナと称される半透過板に表示像を投影し、虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されており、例えば特許文献１に開示されている。車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は車両のダッシュボード内に配設されており、この車両用ヘッドアップディスプレイ装置１が投射する表示像Ｌはウインドシールド２により車両運転者３に反射され、車両運転者３は虚像Ｖを風景と重畳させて視認することができる（図５参照）。
【０００３】
このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置１において、半導体レーザーを光源としたものが提案されており、例えば特許文献２に開示されている。また、本願出願人も半導体レーザーを用いたヘッドアップディスプレイ装置を特願２００８−３１８０５５号として提案している。斯かる車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、半導体レーザー，走査系，スクリーンを備えており、半導体レーザーから発せられたレーザー光を走査系でスクリーン上に走査して表示像を生成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１９３４００号公報
【特許文献２】特開平７−２７０７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザー光はコヒーレントな光であるため、スペックルノイズが発生するという問題を有していた。スペックルノイズは、スクリーンで拡散された光が同位相で重なった場合、光の干渉によって強めあい強度が高くなる一方、拡散された光の位相が１／２波長ずれた場合、弱めあい強度が低くなるために発生する。スペックルノイズは、人間の見た目には表示がギラついて見えたり、明暗の斑点模様にように見えたりする。また、画質が低下するとともに、視認者にとって不快感を与える原因となる。
本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、視認者がスペックルノイズの影響を受けずに、明瞭な表示を視認することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、レーザー光Ｒを発する半導体レーザー１１，１２，１３と、前記レーザー光Ｒをスクリーン２０上に走査して表示像Ｌを生成する表示像生成手段３０と、前記表示像Ｌを投影部材に向けて反射させる反射手段２１，２２と、を備えたヘッドアップディスプレイ装置であって、前記スクリーン２０は、前記レーザー光Ｒを拡散及び透過する少なくとも２個の拡散部材２０ａ，２０ｂを有すると共に、前記表示像生成手段３０は、前記拡散部材２０ａ，２０ｂの少なくとも１個を揺動させる揺動機構１９を有するものである。
【０００７】
また、本発明は、前記半導体レーザー１１，１２，１３から発せられた前記レーザー光Ｒを伝播する光ファイバー２５と、前記光ファイバー２５を振動させる振動発生手段３２と、を備えたものである。
【０００８】
また、本発明は、前記光ファイバー２５は、マルチモードファイバーである。
【０００９】
また、本発明は、前記半導体レーザー１１，１２，１３の閾値電流Ｉｔｈを跨いで電流値を増減させる高周波重畳回路３１を備え、前記表示像Ｌの映像信号に高周波電流増減信号を重畳させて前記半導体レーザー１１，１２，１３を駆動するものである。
【発明の効果】
【００１０】
少なくとも２個の拡散部材にてスクリーンを構成すると共に、拡散部材の少なくとも１個を揺動させる揺動機構を設けたことにより、視認者がスペックルノイズの影響を受けずに、明瞭な表示を視認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を示す側面図。
【図２】同上実施形態を示すマルチモード化の概念図。
【図３】同上実施形態を示す高周波重畳回路のブロック図。
【図４】同上実施形態を示す高周波電流印加の概念図。
【図５】従来例を示す概観図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。
【００１３】
１１は赤色レーザーダイオード（半導体レーザー）であり、この赤色レーザーダイオード１１は赤色のレーザー光Ｒを発するものである。１２は緑色レーザーダイオード（半導体レーザー）であり、この緑色レーザーダイオード１２は緑色のレーザー光Ｒを発するものである。１３は青色レーザーダイオード（半導体レーザー）であり、この青色レーザーダイオード１３は青色のレーザー光Ｒを発するものである。
【００１４】
１４はペルチェ素子であり、このペルチェ素子１４は、レーザーダイオード１１，１２，１３の温度を調整するものであり、レーザーダイオード１１，１２，１３に密着するように配設される。ペルチェ素子１４は、レーザーダイオード１１，１２，１３の作動時にはレーザーダイオード１１，１２，１３の発熱を除去すると共に、低温時にはレーザーダイオード１１，１２，１３を加熱する。
【００１５】
１５は光ファイバーであり、この光ファイバー１５は、レーザーダイオード１１，１２，１３が発したレーザー光Ｒを伝播させる。光ファイバー１５は、マルチモードファイバーからなるものである。レーザーダイオード１１，１２，１３が発したレーザー光Ｒは、光ファイバー１５の一端から入射し、光ファイバー１５の他端から出射する。１６はファイバーカプラであり、このファイバーカプラ１６は、光ファイバー１５の前記他端から出射したレーザー光Ｒを受光して混色させる。１７はコリメート光学系であり、このコリメート光学系１７は、ファイバーカプラ１６にて混色されたレーザー光Ｒを平行光にするものである。
【００１６】
１８はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであり、このＭＥＭＳミラー１８は、コリメート光学系１７から出射されたレーザー光Ｒを走査して、後述するスクリーンに表示像Ｌを生成させる。１９は揺動機構であり、この揺動機構１９は、後述するスクリーン２０を揺動させる。２０はスクリーンであり、このスクリーン２０は、ＭＥＭＳミラー１８で走査されたレーザー光Ｒを背面で受光して表示像Ｌを生成する。表示像生成手段３０は、ＭＥＭＳミラー１８，揺動機構１９，スクリーン２０からなるものである。
【００１７】
２１は平面ミラー（反射手段）であり、この平面ミラー２１はスクリーン２０に表示された表示像Ｌを後述する凹面ミラーに折り返すものである。２２は凹面ミラー（反射手段）であり、この平面ミラー２１で反射された表示像Ｌをウインドシールド（投影部材）に投影する。
【００１８】
２３はハウジングであり、このハウジング２３には、コリメート光学系１７，ＭＥＭＳミラー１８，スクリーン２０，平面ミラー２１，凹面ミラー２２等が収容される。ハウジング２３には、表示像Ｌが出射する窓部２４が設けられている。この窓部２４はアクリル等の透光性樹脂からなるものであり、湾曲形状になっている。レーザーダイオード１１，１２，１３，ペルチェ素子１４，ファイバーカプラ１６は、ハウジング２３外に配置されており、カプラ１６にて混色されたレーザー光Ｒは、光ファイバー２５でコリメート光学系１７に伝播される。なお、光ファイバー２５は、マルチモードファイバーからなるものである。
【００１９】
３１は高周波重畳回路であり、この高周波重畳回路３１は、レーザーダイオード１１，１２，１３の電流を閾値Ｉｔｈを跨いで高速に増減させる。このようにレーザーダイオード１１，１２，１３の電流を高速に増減させて駆動することによって、レーザーダイオード１１，１２，１３から出射するレーザー光の縦シングルモードが縦マルチモードに変化する（図２参照）。これに伴い、レーザーダイオード１１，１２，１３から出射するレーザー光のコヒーレンシーが低下するため、スペックルノイズを低減することができる。なお、映像信号に高周波電流増減信号を重畳させるため、映像の画質が劣化することはない。
【００２０】
３２は圧電素子であり、この圧電素子３２は、光ファイバー２５を振動させ、光ファイバー２５のモード分散を時間的に変化させる。これにより、光ファイバー２５から出射するレーザー光のスペックルパターンが変化し、人間が感知できない程度に平均化され、スペックルノイズが低減する。圧電素子３２を配置する場所はハウジング２３の外であっても良いし、ハウジング２３の中であっても良いが、圧電素子３２が発した振動がハウジング２３や車室内に伝わらないようにすることが望ましい。
【００２１】
次に、図３に基づいて、高周波重畳回路３１について詳述する。映像信号に重畳する高周波信号はオシレーター４１で生成される。オシレーター４１で生成される高周波信号は、例えば数百ＭＨｚの矩形波であるが、高周波信号の周波数は半導体レーザー１１，１２，１３の特性に合わせて適宜選択すればよい。オシレーター４１が出力した高周波信号は、バッファー４２とバッファーインバーター４３に入力される。バッファー４２にはスイッチ４４、バッファーインバーター４３にはスイッチ４５が接続され、スイッチ４５を接地する。
【００２２】
バッファー４２から出力された信号がＬｏｗであるときスイッチ４４はオフされ、信号がＨｉｇｈであるときスイッチ４４はオンされる。一方、バッファーインバーター４５から出力された信号がＬｏｗのときスイッチ４５はオンされ、信号がＨｉｇｈであるときスイッチ４５はオフされる。つまり、高周波信号がＨｉｇｈのときスイッチ４４がオンされ、スイッチ４５がオフされた状態で映像信号が増幅器４６に反転入力するため、トランジスタ４７がオンし、半導体レーザー１１，１２，１３に電流が流れる。
【００２３】
高周波信号がＬｏｗになるとスイッチ４４がオフされ、スイッチ４５がオンになるため、増幅器４６への入力はゼロになり、半導体レーザー１１，１２，１３はオフされる。スイッチ４５にはバイアス電圧が印加され、浮遊容量の影響が除去されることにより、半導体レーザー１１，１２，１３のオンオフが直ちに切り換えられる。
【００２４】
図４に示すように、高周波信号と映像信号とを足し合わせ、半導体レーザー１１，１２，１３の閾値Ｉｔｈをきるように直流バイアスする。駆動電流は閾値Ｉｔｈをきるように増減され、それに伴って、半導体レーザー１１，１２，１３の出力も増減する。このように、半導体レーザー１１，１２，１３の閾値Ｉｔｈをきるように電流を高速で増減させることで、緩和振動時に半導体レーザー１１，１２，１３の発振縦モードがマルチモード化する現象が持続することになる。そのため、レーザー光Ｒのコヒーレンシーが低下し、スペックルノイズを低減することができる。
【００２５】
次に、ＭＥＭＳミラー１８，揺動機構１９，スクリーン２０からなる表示像生成手段３０について詳述する。スクリーン２０は、入射側の拡散板２０ａと、出射側の拡散板２０ｂとからなるものである。２枚の拡散板２０ａ，２０ｂの間隔が離れると表示像Ｌの解像度低下を招く虞があるため、２枚の拡散板２０ａ，２０ｂは密着させることが望ましい。
【００２６】
揺動機構１９は、モーター５１，Ｌ字クランク５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，ベアリング５３で構成されている。モーター５１で発生した動力はＬ字クランク５２ａを介して、拡散板２０ａに伝わる。ベアリング５３に支持されているＬ字クランク５２ｂ，５２ｃはＬ字クランク５２ａの回転に追従して回転する。拡散板２０ａとＬ字クランク５２ａ，５２ｂ，５２ｃの接点は、夫々のＬ字クランク５２ａ，５２ｂ，５２ｃの軸を中心に円を描くように運動する。そのため、拡散板２０ａは平面内で角度を変えずに円運動する。なお、Ｌ字クランク５２ａ，５２ｂ，５２ｃの回転を確実に同期させるためにＬ字クランク５２ａ，５２ｂ，５２ｃ同士を繋いだり、夫々のＬ字クランク５２ａ，５２ｂ，５２ｃにモーターを接続し、モーター同士のタイミングを合わせてもよい。出射側の拡散板２０ｂはハウジング２３に対して動かないように固定されており、拡散板２０ａは拡散板２０ｂに対して円運動する。
【００２７】
本実施形態は、スクリーン２０を２枚の拡散板２０ａ，２０ｂにて構成し、入射側の拡散板２０ａを揺動させることにより、スペックルノイズを低減するものである。つまり、スクリーン２０を２枚の拡散板２０ａ，２０ｂにて構成しただけでは、出射側の拡散板２０ｂ上のある１点には、入射側の拡散板２０ａで拡散された光があらゆる方向から入射し、拡散板２０ｂで拡散されたレーザー光が位相の一致する点で強め合うため、スペックルノイズが発生する。そこで、本実施形態の如く、入射側の拡散板２０ａを揺動させることにより、出射側の拡散板２０ｂ上のある１点には、入射側の拡散板２０ａで拡散された光があらゆる方向から入射することになるため、拡散層への入射角が常に一定である１枚構成に比べて、スペックルパターンを大きく変化させることができ、視認性が向上する。
【符号の説明】
【００２８】
１１    レーザーダイオード（半導体レーザー）
１２    レーザーダイオード（半導体レーザー）
１３    レーザーダイオード（半導体レーザー）
１４    ペルチェ素子（温度可変部）
１５    光ファイバー
１８    ＭＥＭＳミラー
１９    揺動機構
２０    スクリーン
２０ａ  拡散板（拡散部材）
２０ｂ  拡散板（拡散部材）
２１    平面ミラー（反射手段）
２２    凹面ミラー（反射手段）
２３    ハウジング
２５    光ファイバー
３０    表示像生成手段
３１    高周波重畳回路
３２    圧電素子（振動発生手段）
Ｒ    レーザー光
Ｌ    表示像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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