(57)【要約】【課題】ホログラム光学素子を用いた画像表示装置において、使用時におけるホログラム素子の温度変化、レーザ光源の温度変化等で、色ずれ、にじみ、解像度劣化が発生。時々刻々と変化する特性に即座に対応することが不可能になっていた。【解決手段】本発明によれば、画像表示装置を使用している最中においても、レーザ光の発光スペクトルシフト量とホログラム回折角の温度変化との同期が可能となる。その結果、色ずれ、にじみ、解像度劣化を抑制した画像表示装置を提供する。【選択図】図１
2011090076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発するレーザ光源と、
前記レーザ光源に電流を供給するレーザ駆動回路と、
前記光を変調し画像を形成する変調素子と、
前記変調素子から出射される光を反射するホログラム素子と、
前記変調素子を駆動する駆動回路と、
前記レーザ光源の温度を計測し、第１の電気信号を発する第１の測温手段と、
前記ホログラム素子の周辺温度を計測し、第２の電気信号を発する第２の測温手段と、
前記レーザ光源へ与える電流の波形を決定し、前記レーザ駆動回路へ指令を出すコントローラ部と、を備え、
前記コントローラ部は、第１および第２の電気信号をもとに、前記レーザ光源に印加する電流波形を決定する事を特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記レーザ光源において、電界を印加することにより発振波長をシフトさせるための電極を具備していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記電流波形は、発光時間およびピーク電流値の二つのパラメータを変化させることで決定されている事を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記ホログラム素子の周辺に入射する外光の光量を検出し、第３の電気信号を発する外光検出部を具備し、
前記コントローラ部は、前記第１の電気信号、第２の電気信号、及び第３の電気信号を元に前記レーザ光源に印加する電流波形、あるいは電界波形を決定する事を特徴とする請求項１〜請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記ホログラム素子の周辺に、
温度に応じて回折光の回折角が変化するホログラム領域と、
前記ホログラム領域からの回折光を検出する受光部と、を有し、
前記コントローラ部は、前記受光部からの信号を元に前記ホログラム領域において回折する光の回折角を算出し、前記ホログラム部の温度を検出することを特徴とする、請求項１〜請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記回折角が異なるホログラム領域からの回折光を検出する検出部に、迷光を防止するためのフィルタが具備されていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記受光部は、複数の受光領域を有する受光アレイを具備することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記受光部は、温度が変化した場合に前記回折光が移動する方向に沿って複数の領域に分割されていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記受光部に前記ホログラム領域からの回折光が入射しないこと、又は前記ホログラム領域からの回折光が前記受光部に所定の閾値を下回る場合に、前記コントローラ部は前記レーザ駆動回路に前記レーザ光源に供給する電流を停止させることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記コントローラ回路は、第１、第２および第３の電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、前記レーザ光源およびホログラム素子の初期特性および温度特性のデータを保持しておくレジスタ、取得した信号および前記レジスタに保持されたデータから、波形発生部へ信号を演算し、送信する演算部、レーザ駆動回路への指令信号を発生する波形発生部で具備されていることを特徴とする請求項１〜請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源の発振波長の変化を検出するための手段が具備されていることを特徴とする請求項１〜請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記発振波長変化の検出手段が、ホログラム素子と受光器アレイとを組み合わせた物で、前記ホログラム素子による光線の回折角変化を前記受光器アレイで検出する構成であることを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記発振波長の変化を検出する手段として、前記受光部の入射面に波長フィルタが形成されており、前記波長フィルタを通過する光量の変化を前記受光器で検出する構成であることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記変調素子が、走査型反射素子であることを特徴とする、請求項１〜請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記走査ミラーが、静電駆動するＭＥＭＳミラー、圧電駆動するＭＥＭＳミラーであることを特徴とする、請求項１〜請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記レーザ光源が、ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ光源あるいはＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ光源であることを特徴とする請求項１〜請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記ホログラム素子がフロントガラス部に具備されており、車載用のヘッドアップディスプレイとして動作することを特徴とする請求項１〜請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
請求項６に記載の画像表示装置を具備し、
前記光受光部は少なくとも第１の受光領域と第２の受光領域とを有すると共に、運転者とフロントガラス部の間に配置されており、
前記第２の受光領域は、前記第１の受光領域より、前記フロントガラスから前記運転者側に近い方向に配置されており、前記第２の受光領域は、前記第１の受光領域より面積が大きいことを特徴とする車載用画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源が発するレーザ光用いて画像を形成する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードなどレーザ光源などから発せられるレーザビームを使った、画像表示装置が提案されている。例えば、ビームを走査することで画像を形成、電子印刷装置であるレーザプリンタ・複写機、印画紙に赤・緑・青のレーザ光を直接照射して、写真を焼き付けるフォトプロッタが挙げられる。また、赤・緑・青のレーザ光を印画紙の代わりにスクリーンに照射することで、映像を表示させるプロジェクタなどがある。あるいは、超小型液晶素子やデジタルミラーデバイスなど２次元変調素子を照明し、画像を表示するプロジェクタなどがある。
【０００３】
一方、半導体レーザダイオード（ＬＤ）や半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）において、素子の温度が上昇することで、発光スペクトルの中心波長が長波長側にシフトしたり、スペクトル形状そのものが変化したりする。また、ある種の半導体レーザや発光ダイオードでは、投入電流値で中心波長やスペクトル形状が変化したりすることが一般的に知られている。
【０００４】
特許文献１では、プロジェクタにおいてＬＥＤの輝度調整を行う際に発光スペクトルが変化する課題を解決するためのＬＥＤ駆動方法として、画像信号の色成分を分析し、複数の光量制御モードを切り替える方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２では光源の温度が上昇して、発光中心波長が長波長側にシフトすることを防止するために光源をパルス状に変調させ、必要光量に応じて光源の点灯時間と非点灯時間の比率を変化させる。これにより、光源の温度上昇を抑制し、波長シフトを防ぐ方法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献３では、ホログラムミラーを使ったヘッドマウントディスプレイにおいて、レーザ光源の温度変化による波長シフトで、ホログラムミラーの回折効率が変化することを課題としている。このために、レーザ光源の温度が一定となるような光源の放熱方法や、中心波長が異なる光源を複数設ける方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１０２４４２号公報
【特許文献２】特開２００９−９９７０１号公報
【特許文献３】特開２００７−２２６１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、実使用条件において、温度変化と投入電力変化による波長シフトが同時に起きるため制御が困難だった。また、スペクトル幅の狭いレーザ光源において、投入電流を変化させることで、スペクトル幅が広がってしまうことがあり、温度による波長シフトのみを投入電流で補償できるか未知であった。また、特許文献３の方法のように、光源の温度管理だけでは波長シフトの変化を抑制できず、発光中心波長が異なる光源を複数設ける必要が有りコスト上の課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、光を発するレーザ光源と、前記レーザ光源に電流を供給するレーザ駆動回路と、前記光を変調し画像を形成する変調素子と前記変調素子から出射される光を反射するホログラム素子と、前記変調素子を駆動する駆動回路と、前記レーザ光源の温度を計測し、第１の電気信号を発する第１の測温手段と、前記ホログラム素子の周辺温度を計測し、第２の電気信号を発する第２の測温手段と、前記レーザ光源へ与える電流の波形を決定し、前記レーザ駆動回路へ指令を出すコントローラ部と、を備え、前記コントローラ部は、第１および第２の電気信号をもとに、前記レーザ光源に印加する電流波形を決定する事を特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、画像表示装置を使用している最中においても、レーザ光源の発振波長変化とホログラム光学素子の回折角変化との同期が可能となる。その結果、色ずれ、にじみ、解像度劣化を抑制した画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】車載用ヘッドアップディスプレイの従来構成を示した模式図
【図２】ヘッドアップディスプレイ光学エンジン部を示した従来構成を示した模式図
【図３】本願実施の形態１に提案する画像表示装置の構成模式図
【図４】本願実施の形態１で提案する制御を行う際の指令系統を示した構成模式図
【図５】本願実施の形態１で提案する、光源波長制御方法における、光源への投入ピーク電流値と発光スペクトルの中心波長及び印加電流波形との関係を示した構成模式図
【図６】本願実施の形態２に提案する画像表示装置の構成模式図
【図７】本願実施の形態２に提案する波長シフト検出量測定方法を示した構成模式図
【図８】本願実施の形態２で提案する制御を行う際の指令系統を示した構成模式図
【図９】本願実施の形態２で提案する制御方法を示すフロー図
【図１０】本願で提案する制御方法に適した半導体レーザ光源の構造を示す模式図
【図１１】本願で提案する制御方法における、光源波長シフトを検出する方法を示す構成模式図
【図１２】本願で提案する画像表示装置の一例を示した模式図（レーザビーム走査型ディスプレイ）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態にかかる画像表示装置について、図を参照しながら説明する。なお、図で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
【００１３】
まず図１及び図２を用いて、ホログラム光学素子を使用した、従来の画像表示装置の構成例について説明する。図１は一例として車載用ヘッドアップディスプレイ装置の構成模式図であり、図２はヘッドアップディスプレイ装置内部の構成模式図を示している。
【００１４】
画像表示装置１００は、自動車１０１に搭載されている。ヘッドアップディスプレイ装置１０２から発せられた光線１０３は、フロントガラス１０７上に設置されたホログラムミラー（ホログラム光学素子）１０４で反射され、光線１０５として運転者１０６に到達する。運転者１０６には、光線１０３で形成された映像の虚像１０８の部分に映像が表示されているように見えるという仕組みである。
【００１５】
ヘッドアップディスプレイ装置１０２は、赤、緑、青色のレーザ光源、２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ、小型液晶パネルあるいは、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などの２次元変調素子２０２、投影レンズ２０３、中間スクリーン２０４、折り返しミラー２０５、及びこれらを制御するコントローラ部２０７で構成されている。
【００１６】
レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂから発せられたレーザ光を、光学系で合波・整形し、２次元変調素子２０２を照明。投影レンズ２０３でスクリーン２０４に投影・描画する構成となっている。
【００１７】
画像表示装置で表示させたい画像データは、入力ポート２０８から電気信号として入力され、コントローラ部２０７で２次元変調素子の駆動信号に変換される。また、レーザ光源の点灯タイミング信号を生成し、レーザ光源２１０Ｒ，２１０Ｇ、２１０Ｂに必要な電流を供給することで、レーザ光源２１０Ｒ，２１０Ｇ、２１０Ｂを点灯させる。
【００１８】
この構成を採る画像表示装置において、レーザ光源１０５、ホログラムミラー１０４および画像処理部３０６の電気回路は、周辺温度が変化することで特性が変化する。そのため、レーザの温度変化による波長シフトによって、ホログラムミラーの回折特性とのずれが生じる。その結果、解像度低下・輝度低下が発生し、表示画像の画質を著しく低下させることが明らかとなった。周辺温度は、画像表示装置を使用する部屋の温度変化だけでなく、画像表示装置を使用し始めてから時間の経過とともに装置内部の温度も上昇するため、刻々と変化している。特許文献３に提案される構成では、レーザの温度上昇を抑制するためだけの構成となっているため、ホログラムミラーの温度特性との同期を取ることが難しい。また、使用時におけるレーザ光源の温度変化、ホログラムミラーの温度変化等、時々刻々と変化する特性に即座に対応できないことが、検討により明らかとなった。このことは車載用途、屋外での用途など過酷な条件において特に顕著となるが、一般的な条件においても数分以上使用すると画像劣化などの問題が生じる。そのため、レーザとホログラム素子とを組み合わせた画像表示装置の使用が制限されることが明らかとなった。
【００１９】
以下、実施の形態に従来提案の構成を用いた場合に生じることが新たにわかった課題を改善する方法について説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本願実施の形態１では、ホログラム光学素子周辺の温度と光量からホログラム光学素子の温度を予測することで、ホログラム光学素子の回折効率が最も高くなる波長を算出する。さらに、レーザ光源の温度をモニターする事で、レーザ光源から出力される光の中心波長を予測することが出来る。加えて、レーザ光源に印加する電流波形の形状を操作することで、ホログラム光学素子の回折効率が最も高くなる波長に調整する事が出来るという効果を奏する。
【００２１】
本願実施の形態１では、図２に示した従来構成の要素に加えて、レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、外気温測温部３０３，外光の光量を測定する、外光光量測定部３０４を備える、また、以上の測定部による測定情報を元にしてレーザ駆動波形を決定するためのレーザ駆動波形制御部３０１を具備している。
【００２２】
図２で示していたコントローラ部２０７の内部に、レーザ駆動波形制御部３０１、画像処理部３０６、光源駆動電源３０５が設けられており、レーザ駆動波形制御部３０１で決定された制御波形は、光源駆動電源３０５に送られ、レーザ光源を駆動する駆動電流信号が生成されている。
【００２３】
図４では、レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、外気温測温部３０３，及び外光の光量を測定する外光光量測定部３０４から、レーザの駆動波形を決定する構成について示している。
【００２４】
レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、外気温測温部３０３，外光の光量を測定する、外光光量測定部３０４から、入力された信号はＡ／Ｄコンバータ４０１でデジタル信号に変換される。レジスタ４０３には、それぞれのレーザについて、ある温度での（例えば２５℃）実際に発生する光の中心波長と、中心波長の温度変化率が記録されている。たとえば、光源２０１Ｂの２５℃での中心波長が４５０ｎｍで、温度変化率が０．２ｎｍ／℃である場合、光源測温部３０２Ｂで計測された温度が４０℃のときの中心波長は４５３ｎｍと予測することができる。
【００２５】
また、レジスタ４０３には、外光光量測定部３０４で計測された外光の光量に対する、ホログラムミラーの温度上昇量が記録されている。これは、ある特定の波長の光に対する、ホログラムミラー部の吸収率、比熱などを用いて、光吸収による温度上昇量を算出することで得られる値である。
【００２６】
例えば、検出された外光の光量とホログラムミラー部に実際に照射されている光量との相関をデータとして保存しておく。このデータを用いることで、実際に照射されている光量とホログラムミラー部の吸収率から、ホログラムミラー部に吸収される熱エネルギーが計算される。また、この熱エネルギーに比熱を乗ずることで、温度を類推することが出来る。
【００２７】
このとき、ホログラムミラーに吸収される光波長は波長４００ｎｍ以下の紫外光あるいは、波長８００ｎｍ以上の赤外光であるので、外光光量測定部は、これらの波長域が測定できる物となっている。
【００２８】
このように外光光量測定部３０４から算出された温度上昇値と、外気温測温部３０３で測定された値の和がホログラムミラーの温度として求められるという作用を生じる。また、ホログラムミラー部の温度に対する、最適なレーザの波長の関係がテーブルで格納されている。このテーブルを用いて、演算部４０２で、ホログラムミラーの温度変化をレーザ光源の波長で補償する際のシフト量を求めることができるという効果がある。
【００２９】
本願発明では、レーザ光源の波長を印加電流のピーク値を制御する方法で制御している。図５は、レーザを駆動する際に印加する電流のピーク値と中心波長のシフト量の一例を示したプロット図である。
【００３０】
図５に示すように、レーザ光源に与える電流波形をパルス状とし、間欠駆動させる。この時、ピーク値を１０倍としたときに、発光時間を１／１０とするように、ピーク値と発光時間とを同時に変化させる事で、人間の目には同じ明るさと感じさせることができる作用がある。そのため、輝度を変えずに波長補正を行うことが出来る効果がある。
【００３１】
このような制御を行った場合、ピーク電流値と中心波長シフト量は相関を持って変化することがわかる。この関係を用いて、レーザ光源およびホログラムミラーの温度特性に対する補正を行う。
【００３２】
計算したホログラムミラーの温度から、最適なレーザ光源の波長はテーブルを用いて算出される。そのため、レーザ光源の温度から導かれる、レーザの発光中心波長との差異を求め、レーザ光源に印加する電流波形（電流ピーク値）を決定する事ができる。
【００３３】
例えば、レーザ光源の温度が上昇して、ホログラムミラーの温度から計算される最適波長から＋１ｎｍシフトしているとする。この場合、初期のピーク電流値の３倍の電流を流し、点灯時間ｔをｔ／３とすることで、ヒトの目に感じる明るさを変えることなく波長の補正を行うことができる。
【００３４】
第１の実施形態で述べた方法を用いることで、外気温に応じてホログラム光学素子の温度特性に合わせて、レーザ光源の波長補正を行うことができる効果を奏する。
【００３５】
なお、照射されるレーザ光を吸収することにより、外気温度や外気光量によるホログラムの温度変化と比較すると小さいが、ホログラムの温度が上昇する場合がある。そのため、ホログラムの温度を算出する差異に、外気温度と外気光量から算出されるホログラムの予測温度を、実際よりも若干高く設定してもよい。これにより、レーザ光の吸収によってホログラムの温度が上昇した場合においても、ホログラムミラーの最適波長とレーザ光源の波長とのずれ量をより低減することが可能になる。
【００３６】
なお、ホログラムミラーの温度は、特にフロンガラスに入射する太陽光に寄って大きく変化する。そのため、外気温測温部３０３及び外気光量測定部３０４の配置位置は、フロントガラスに入射する太陽光が遮られない位置に配置されることが好ましい。例えば、フロントガラス下部、もしくはダッシュボード上などが考えられる。これらの位置に外気温測温部３０３及び外気光量測定部３０４を配置することで、ホログラムミラーの実温度との誤差を出来るだけ低減することが可能である。また、太陽光の入射方向に対して外気温測温部３０３及び外気光量測定部３０４の実測面が垂直方向に近づくように、外気温測温部３０３及び外気光量測定部３０４の測定部が、フロントガラス側に傾斜して配置されていても良い。
【００３７】
（実施の形態２）
実施の形態２では、ホログラム光学素子の温度を取得する手段として、ホログラム光学素子のうち画像表示に使用しない領域に、温度測定に用いるホログラムパターンを設ける。そして、このホログラムパターンにより回折されたレーザビームの位置で判定し、レーザ光源に印加する電流波形を決定する方法について提案している。
【００３８】
図６に本実施の形態２における、構成の一例を示している。
【００３９】
本願実施の形態２では、図２に示した従来構成の要素に加えて、フロントガラス部に設けられたホログラム光学素子の一部に温度計測用ホログラム部６０３が設けられている。また、レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、外気温測温部３０３，ホログラム光学素子温度計測用ホログラム測温部６０３からの回折光６０２を受光するための受光部６０１が設けられている。以上の測定部による測定情報を元にして、レーザ駆動波形を決定するためのレーザ駆動波形制御部３０１を具備していることが特徴である。
【００４０】
実施の形態２の構成により、ホログラム光学素子部にホログラムの実際の温度を測定する測温部を設けることなく、ホログラム素子部の温度を計測できる。また、ホログラムの温度を実際に測定する測温部から得られた温度を用いる場合よりも、より正確なホログラム温度を把握することができる。そのため、より正確にホログラム素子部の回折角温度特性をレーザ光源の波長で補償できる効果がある。また、車載用途の場合、フロントガラス部にホログラム光学素子を配置するが、視界の妨げとなる測温部の配線が不要に出来るという効果があり、車載用ヘッドアップディスプレイには適した構成といえる。
【００４１】
図２で示していたコントローラ部２０７の内部に、レーザ駆動波形制御部３０１、画像処理部３０６、光源駆動電源３０５が設けられている。このレーザ駆動波形制御部３０１で決定された制御波形は、光源駆動電源３０５に送られ、レーザ光源を駆動する駆動電流信号が生成されている。
【００４２】
受光部６０１には、光学フィルタが設けられており、ディスプレイで使用するレーザ光源の波長以外の光は到達しないような構成になっている。また、変調された光源を使用した場合、変調信号（ｆ）＋Δｆの信号で駆動された光源から発せられた光を、受光部６０１が受光する事で発生する信号と、変調信号（ｆ）とをヘテロダイン検波する構成としてもよい。この構成により、外光の影響を防止することができるという作用があり、制御が暴走する事を防止出来るという効果がある。
【００４３】
図７を用いてホログラム光学素子温度計測用ホログラム測温部の動作について説明する。ヘッドアップディスプレイ装置から発せられた光線１０３のうち、画像表示に用いられる部分についてはホログラム光学素子１０４に入射される。一方、実施の形態２においては光線１０３に画像表示に用いず、温度計測のために用いる部分が含まれており、この部分に関しては温度計測用ホログラム測温部６０３に照射される。温度計測用ホログラム測温部６０３は、画像表示に用いるホログラム光学素子１０４と異なる回折角となっており、運転者側に光線を反射させず、ヘッドアップディスプレイ装置１０２側に光線を戻す構成となっている。戻ってきた回折光６０２の方向は、ホログラム測温部６０３の温度に応じて変化するため、回折光６０２の方向でホログラム光学素子１０４の温度を表すことが出来るという作用がある。ここで、コントローラ部の内部に、ホログラムミラーの温度と、回折光６０２が受光部６０１に入射する位置又は回折光６０２の回折方向（もしくは基準位置からの入射位置変異又は回折方向変異）との関係を示す情報を、予め格納しておく。これにより、回折光６０２の方向変化を受光部６０１で検出し、受光部６０１に入射する位置又は回折光６０２の回折方向からホログラムミラーの温度を算出することができる。よって、ホログラム光学素子１０４の温度を直接測温することなくホログラム光学素子１０４の温度を知ることができる効果がある。
【００４４】
また、受光部６０１には、迷光を防止しするために断面がウエッジ型をした、迷光防止フィルタ７０１を設けることが出来る。回折光６０２が不要な方向に反射することを防止する作用があり、運転者に誤った情報を提供しないようにする効果がある。
【００４５】
また、この迷光防止フィルタ７０１と、先に述べた光学フィルタとを兼用する構成としても良い。
【００４６】
図８に実施の形態２に提案する、レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂ、ホログラム部６０３からの回折光を受光する受光部６０１から、レーザの駆動波形を決定するための構成について示している。
【００４７】
レーザ光源の温度を計測する光源測温部３０２Ｒ，３０２Ｇ、３０２Ｂホログラム部６０３からの回折光を受光する受光部６０１から取得した電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ４０１へ送られデジタル値へ変換される。受光部６０１から取得した電気信号の値に従い、光源を駆動する電流波形を変化させるか演算部４０２で判断する。レジスタ４０３には、及びホログラム部の温度特性がテーブルとして格納されている。
【００４８】
また、レジスタ４０３は、ホログラムミラーの温度特性に加えて、光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂに対する発振波長初期値や、温度特性を格納しておいてもよい。これらの特性をテーブルとして格納しておくことで、制御の際の演算を高速化できる作用があり、より短時間に温度補償できるという効果を奏する。
【００４９】
なお、ホログラムミラーの温度を算出した後は、実施の形態１と同様の制御により、レーザ光源に印加する電流波形（電流ピーク値）を決定することができる。レジスタ４０３には、回折光６０２が受光部６０１に入射する位置又は回折光６０２の回折方向（もしくは基準位置からの入射位置変異又は回折方向変異）との関係を示す情報が格納されている。また、ホログラムミラーの温度に対する、最適なレーザの波長の関係が格納されている。この情報に基づいてホログラムミラーに対する最適なレーザの波長を算出し、演算部４０２、および波形発生部４０４で、この波長を出射するためのレーザ駆動波形が作成される。
【００５０】
なお、レジスタ４０３に格納される情報は、回折光６０２が受光部６０１に入射する位置又は回折光６０２の回折方向等と、ホログラムミラーに対する最適なレーザ波長との関係を示す情報であってもよい。
【００５１】
また、受光部６０１に回折光６０２が入射しない場合、もしくはレーザ駆動波形制御部に予め設定された閾値を下回る光量しか検出されない場合には、制御部はレーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂに供給される電流をカットし、ヘッドアップディスプレイ装置を停止させる。この機能により、自動車１０１が事故等で破損した場合、レーザ光の出射を停止し、レーザ光がヘッドアップディスプレイ装置外に放射されることを防止し、意図しない箇所へのレーザ放射を防ぐことが出来る。ここで、レーザ駆動制御部３０１に設定する閾値は任意に設定可能であるが、ヘッドアップディスプレイ装置１０２が駆動していない場合、すなわちレーザ光源から光が出射していない場合に、受光部６０１から検出される光量以上に設定されていることが好ましい。また、ヘッドアップディスプレイ層内１０２が正常に駆動している場合に、レーザ光源へ供給される電流がカットされないように閾値の上限値を適宜設定する必要がある。
【００５２】
演算部４０２で電流波形の変化が必要と判断されたとき、演算部４０２から波形発生部４０４へ信号が送られ、波形発生部４０４で発生させた信号に従って光源駆動電源３０５を駆動させる仕組みとなっている。第２の実施形態の場合、図７に示すように、ホログラム光学素子の温度をホログラム測温部６０３からの回折光６０２の回折角度で計測するため、受光部６０１は、複数の受光領域を有する受光部アレイとなっていることが必要である。また、複数の受光領域を有する受光部を用い、各領域に入射した光を演算する演算部を別途設け、例えば４分割受光部からのプシュプル信号を算出することで受光部６０１に入射する光の中心位置を算出してもよい。このとき、分割受光部は回折角が温度変化する方向に沿って分割されていることが望ましい。また、ダッシュボード上に設けられた分割受光部において、窓ガラス側から運転者側に近づくにつれ、分割受光部の面積を大きくすることが望ましい。この構成により、回折角変化に対して受光部上での移動量が大きな場合もプッシュプル信号の算出を容易に行うことが可能になる。この構成により、受光部６０１に入射する光スポットが比較的大きい場合であっても、ホログラムミラーの温度を算出することが可能になる。
【００５３】
なお、受光部６０１に入射する光の中心位置とホログラム１０４の温度との関係がレジスタ４０３に格納されている場合は、受光部６０１からの受光信号から、ホログラム１０４の温度を算出することが出来る。ここで、受光部６０１に入射する光の中心位置と、ホログラム１０４の温度上昇との関係がレジスタ４０３に格納されている場合は、実施の形態１と同様の外気温測温部３０３の測定値を利用することで、ホログラム１０４の値を算出することが可能となる。すなわち、受光部６０１からの信号により、ホログラム１０４の基準となる温度からの温度変化を算出し、その温度変化と、外気温測温部３０３からの測定値を利用することで、ホログラムの温度を算出しても良い。なお、実施の形態１と同様に、外気温測温部３０３と、受光部６０１の値から、レーザ光源の好ましい中心波長、もしくは、レーザ光源に印加する電流波形を直接算出するものであっても良い。
【００５４】
また、レーザ光源２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂは、順次駆動（フィールドシーケンシャル駆動）されているため、それぞれの光源（波長・色）毎に制御ループを回すことが出来る作用がある。これにより、それぞれの色で、ホログラム光学素子の現在温度に対する、レーザ光源発振波長のずれを知ることができる効果を奏する。
【００５５】
また、順次駆動している場合においても、レーザ光源をパルス状に駆動することで、シグナル／ノイズ比を低減できる効果があり、外光からのノイズの影響を低減することができるという効果を奏する。
【００５６】
なお、レーザ駆動波形を決定する制御方法は、以下に述べるフローに基づくものであってもよい。
【００５７】
図９は、レーザ光源の中心波長を補償する方法の制御フロー図を示している。フロー図に従って、制御の手順を説明する。また、画像表示装置は、外気の温度を測定する外気温測温部３０３を具備している。この外気温測温部３０３を取得することで、計測用ホログラムで回折された光の移動方向に異常がないか検出することが出来る。
【００５８】
制御がスタートする（９０１）と、まず受光部６０１上での回折光６０２の移動量を計測する。ここで、実際に計測した移動量の計測値ｘの絶対値である｜ｘ｜が、予め設定しておく制御開始の閾値（Ｘset）に対して大きいか小さいか判定を行う（９０２）。閾値に対して小さい場合は、ループ１へ分岐する。ループ１を連続して通過した回数をカウントしておき、予め決定した回数ｒ回に達したところで制御を終了する。
【００５９】
一方、閾値に対して大きい場合は、ヘッドアップディスプレイ部１０２外部の外気温を計測し（９０３）、続いてレーザ光源の温度を計測する。ここでも、実際に計測したレーザ光源の温度ｔが、予め設定されている設定温度ｔsetに対して大きいか小さいか判断を行う（９０４）。レーザ光源の温度ｔが設定値を上回っているときは、レーザ光源の発光時間（ｄｕｒｙ）を短くし、ピーク電流を増加させる。逆にレーザ光源の温度が設定値より下回っているときは、レーザ光源の発光時間（ｄｕｔｙ）を長くし、ピーク電流を減少させる。以上の動作を行い、再び９０２に戻り、移動量の計測を行う。以上のループをループ２と置く。９０７でループ２を連続して通過した回数をカウントしておき、予め決定した回数ｓ回に達しても補正できなかった場合、制御エラーとして制御を終了しエラーフラグを立てる。
【００６０】
以上のようなフローで制御することで、実施の形態２に提案する構成のヘッドアップディスプレイを動作させることができる。
【００６１】
なお、本願で提案する各実施の形態において、レーザ光源２０１に用いる半導体レーザの活性層は、歪み量子井戸構造となっていることが望ましい。その理由としては、印加する電流値（電界）により活性層部分におけるバンド間の電子の存在確率に偏りが生じさせる作用があり、本願で提案している、印加ピーク電流値による波長制御の効果がより大きくなるためである。
【００６２】
なお、本願で提案する各実施の形態において、半導体レーザ光源の活性層に電界が印加できる構成となっていてもよい。この場合、レーザ光源に印加するピーク電流値による波長制御よりもよりきめ細かな制御を行うことができる。図１０に提案する半導体レーザ光源１０００の構成模式図を示している。
【００６３】
半導体基板１１０１上に半導体レーザ素子が形成されており、クラッド層１００２の間に活性層を有する量子井戸構造１００３が設けられた構成となっている。電流は電極１００４より注入され、電極１００５がグランド電極となっている。発光に寄与する電流を印加する電極１００４に加えて、活性層（量子井戸構造）１００３に電界を印加するための電極１００７が設けられていることが、本願の特徴である。電極１００７は、絶縁層１００６を介して設けられており、発光に寄与する電流を流さずに、活性層に電界を印加できる作用がある。その結果、電極１００７とグランド電極１００５との間に電界を印加することで、半導体レーザ光源の光量を変化させる事なく、発振波長のみをシフトさせる効果を発生させることができる作用が生じる。外気温に応じてホログラム光学素子の温度特性に合わせた光源の波長補償を行うことができる効果を奏する。
【００６４】
なお、本願で提案する各実施の形態において、半導体レーザの温度から発振中心波長を予測する以外に、半導体レーザの発振波長を図１１に示した以下のような方法で直接計測する手段を採っても良い。以下の方法を採ることで、光源の正確な波長シフト量を取得できる作用が生じ、より確実に制御できる効果がある。
【００６５】
図１１では、レーザ光源１１０１から発せられた光１１０２をコリメータレンズ１１０８で平行光とし、ディスプレイ光学系へ送る際に、ビームスプリッタ１１０３で光１１０２の一部を抜き取っている。以下、この構成を用いて、光の波長変化を検出する方法について示している。
【００６６】
図１１（ａ）に示しているのは、半導体レーザ光源１１０１から発せられた光１１０２の一部をビームスプリッタ１１０３で一部抜き取り、ホログラム光学素子１１０４に入射する。ホログラム光学素子は、光の波長によって回折角が変化する作用を生じる。そのため、半導体レーザ光源１１０１から発せられた光の波長が変化すると光の照射位置が受光部アレイ１１０５上でシフトするため、受光部アレイ１１０５上の光の照射位置から波長のずれを検出することができるという効果を奏する。
【００６７】
一方図１１（ｂ）に示した方法は、ホログラム光学素子の代わりに透過特性に波長依存性を持たせた波長フィルタ１１０６を用いた例である。例えば図１１（ｂ）に示したような、波長に対する透過率特性を持つ波長フィルタを配置した際、光源１１０１からの光出力が一定であれば、光波長の変化を出力変化として検出することができる。そのため、より簡便な素子で光源の波長のずれを補正できる効果がある。この時、受光部１１０７はアレイ素子である必要はない。
【００６８】
図１１（ｂ）で示した方法の場合波長のシフト量を光量として検出するため、印加電流に対する光量値を予め知っておく必要が生じる。
【００６９】
なお、本願で提案する各実施の形態において、２次元変調素子に代わって、ミラーを操作することで画像表示を行う走査型構成を採ることも可能である。図１２に走査ミラーを使った走査型ディスプレイの構成模式図を示す。
【００７０】
図面１２は画像表示装置の構成模式図である。
【００７１】
画像表示装置１２００は、レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂから発せられたレーザ光を、光学系で整形し、走査ミラー１２０２により、レーザビーム１２０３を走査することで中間スクリーン２０４に描画する構成となっている。走査ミラーは、ミラー駆動回路１２０１で発生させた信号によりｘ軸とｙ軸をそれぞれ中心に振動しており、レーザビームを上下左右に走査している。
【００７２】
画像表示装置で表示させたい画像データは、入力ポート２０８から電気信号として入力され、画像処理部３０６で画素毎の輝度データ、色データに分解される。画像処理部３０６では、ミラー駆動回路１２０１から電気信号として送られる走査ミラーの振動周波数情報を元に、レーザ光源の点灯タイミング信号を生成する。また、生成された点灯タイミング信号を、光源駆動回路３０５に電気信号として送信する。光源駆動回路３０５は、受信した点灯タイミング信号を元に、レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂに必要な電流を供給することで、レーザ光源２０１Ｒ，２０１Ｇ、２０１Ｂを点灯させる。
【００７３】
中間スクリーン以降は、２次元変調素子を使用する場合と同様である。
【００７４】
走査ミラーは、静電駆動するＭＥＭＳミラー、圧電駆動するＭＥＭＳミラー、電磁駆動するＭＥＭＳミラー、モーターの回転を利用するガルバノミラーなどいずれのミラーを用いた画像表示装置に適用しても有効である。中でも特に、周辺温度やレーザ照射の有無で特性が変化しやすい静電駆動するＭＥＭＳミラー、圧電駆動するＭＥＭＳミラーを用いた画像表示装置に適用すると、時々刻々と変化する周辺環境に応じて、光源点灯タイミングの補正も合わせて行うことが可能となるという作用があり、ＭＥＭＳミラーの温度特性とあわせで補正ができるという効果がある。
【００７５】
なお、この図１２に示した走査型ミラーと同じ構成で、ヘッドマウントディスプレイを構成することも可能である。
【００７６】
なお、本願で提案する各実施の形態において、赤色レーザ光源１０５ＲにＩｎＧａＡｓ系半導体レーザを使用すると、温度・印加電流により発振波長及び閾値電流値を変化させやすい。そのため、赤色レーザ光源１０５ＲにＩｎＧａＡｓ系半導体レーザを使用すると、本願の画像表示装置に適用するとより大きな補正効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本願の発明により、画像表示装置を使用している最中においても、レーザ光の発光スペクトルシフト量とホログラム回折角の温度変化との同期が可能となる。その結果、色ずれ、にじみ、解像度劣化を抑制する事ができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００    画像表示装置
１０１    自動車
１０２    ヘッドアップディスプレイ装置
１０３    光線
１０４    ホログラム光学素子
１０５    光線
１０６    運転者
１０７    フロントガラス
１０８    虚像
２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ    レーザ光源
２０２    ２次元変調素子
２０３    投射レンズ
２０４    中間スクリーン
２０５    折り返しミラー
２０６    光線
２０７    コントローラ部
２０８    入力ポート
３０１    レーザ駆動波形制御部
３０２Ｒ，３０２Ｇ，３０２Ｂ    光源測温部
３０３    外気温測温部
３０４    外光光量測定部
３０５    光源駆動電源
３０６    画像処理部
４０１    Ａ／Ｄコンバータ
４０２    演算部
４０３    レジスタ
４０４    波形発生部
６０１    受光部
６０２    回折光
６０３    ホログラム測温部
７０１    迷光防止フィルタ
１０００    半導体レーザ光源
１００１    半導体基板
１００２    クラッド層
１００３    量子井戸構造
１００４    電極
１００５    グランド電極
１００６    絶縁層
１００７    電極
１１０１    レーザ光源
１１０２    光
１１０３    ビームスプリッタ
１１０４    ホログラム光学素子
１１０５    受光部アレイ
１１０６    波長フィルタ
１１０７    受光部
１１０８    コリメータレンズ
１２００    画像表示装置
１２０１    ミラー駆動回路
１２０２    走査ミラー
１２０３    レーザビーム
【図１】
2011090076.tif 000003
【図２】
2011090076.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011090076.tif 000010
【図９】
2011090076.tif 000011
【図１０】
2011090076.tif 000012
【図１１】
2011090076.tif 000013
【図１２】
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