(57)【要約】      （修正有）【課題】迅速に調光制御可能であり、安定した輝度の画像を生成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】レーザー光を調光する調光部２０を、ＬＤと光走査部４０との間に配置し、主制御部は、調光部２０の調光を制御する調光デジタル信号Ｓａ（パルス信号）を出力し、調光制御部は、主制御部からの調光デジタル信号Ｓａを調光アナログ信号Ｓｂに変換し、調光制御部は、調光デジタル信号Ｓａをアナログ信号に変換する第１波形変換部と、第１波形変換部の出力側に接続され、第１波形変換部よりリップル電圧Ｖｒを低く設定した第２波形変換部と、を有する。【選択図】図２
2015194690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光を走査して画像を生成する走査部と、
前記レーザー光源と前記走査部との間に配置され、前記レーザー光を調光して前記走査部へ向ける調光部と、
前記調光部の調光を制御するパルス信号を出力する制御部と、
前記制御部からの前記パルス信号をアナログ信号に変換し、前記アナログ信号により前記調光部を駆動する調光制御部と、を備え、
前記調光制御部は、前記パルス信号をアナログ信号に変換する第１積分回路と、前記第１積分回路の出力側に接続され、前記第１積分回路よりリップル電圧を低く設定した第２積分回路と、を有する、
ことを特徴としたヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記調光制御部から出力される前記アナログ信号の極性を所定周期で反転させて、前記調光部へ出力する反転出力部をさらに備える、
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。
【請求項３】
前記走査部は、フレーム周期内に、外部へ前記画像を表示させる表示期間と、外部へ前記画像を表示させない非表示期間と、を有し、
前記反転出力部は、前記走査部が前記非表示期間の際に前記アナログ信号の反転を行う、
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】
前記レーザー光の光強度を検出する光強度検出部をさらに備え、
前記反転出力部は、前記光強度検出部からの光強度データから前記レーザー光源の非点灯を判断し、前記レーザー光源の非点灯の際に前記アナログ信号の反転を行う、
ことを特徴とする請求項２乃至３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記第２積分回路と前記調光部との間に配置され、前記調光部を駆動する前記アナログ信号の大きさを調整する電圧調整用抵抗器をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記レーザー光源は、異なる色のレーザー光を出射する複数のレーザー光源で構成され、
前記調光部は、前記複数のレーザー光源から出射される異なる色のレーザー光の光路上にそれぞれ配置される複数の調光部で構成され、
前記調光制御部は、前記複数の調光部毎に設けられ、
前記電圧調整用抵抗器の抵抗値は、前記調光部の透過率の波長依存特性による差を抑制するように調整される、
ことを特徴とする請求項５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、レーザー光源を用いたヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光を出射し、このレーザー光を２次元方向に走査部が走査することで画像を生成し、この画像を車両に搭載されたウインドシールドやコンバイナなどの反射透過面に投影することで、車両前方の実景と画像とを観察者の視線移動を抑制しつつ視認させることができるヘッドアップディスプレイ装置が、特許文献１に記載されている。
【０００３】
ヘッドアップディスプレイ装置としては、昼間の明るい環境でもはっきりと視認されるように高輝度で画像を表示することができ、また、夜間の暗い環境であっても眩しく見えないような低輝度の画像も表示できることが要求される。このような幅の広い輝度範囲の表示を実現するため、特許文献１には、レーザー光源から出射されるレーザー光の偏光角度を偏光制御素子の印加電圧を調整することでレーザー光の光強度を適宜減衰させる（調光する）ものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４４７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両は、トンネルなどを出入りすることがあり、例えば、車両がトンネルに入った場合、暗い環境に適した輝度の画像を表示するため、偏光制御素子に印加する電圧を急激に増加させて、偏光制御素子を透過するレーザー光を急激に減少させる必要がある。
【０００６】
ところで、偏光制御素子に印加する印加電圧の生成方法としては、車両の外光強度センサの光強度データを下にデジタル信号を生成し、このデジタル信号をＤＡ変換することでアナログ信号である印加電圧を生成することが考えられるが、外光強度の変化により急激に変化するデジタル信号をＤＡ変換した場合、リップルが発生することで調光に揺らぎが生じたり、このリップルを抑えるように回路を構成した場合に、出力するアナログ信号がデジタル信号の急激な変化に迅速に対応できないといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、迅速に調光制御可能であり、安定した輝度の画像を生成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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光を走査して画像を生成する走査部と、前記レーザー光源と前記走査部との間に配置され、前記レーザー光を調光して前記走査部へ向ける調光部と、前記調光部の調光を制御するパルス信号を出力する制御部と、前記制御部からの前記パルス信号をアナログ信号に変換し、前記アナログ信号により前記調光部を駆動する調光制御部と、を備え、前記調光制御部は、前記パルス信号をアナログ信号に変換する第１積分回路と、前記第１積分回路の出力側に接続され、前記第１積分回路よりリップル電圧を低く設定した第２積分回路と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、迅速に調光制御可能であり、安定した輝度の画像を生成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ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の搭載態様を説明するための図である。
【図２】上記実施形態に係るＨＵＤ装置の概略構成図である。
【図３】合成レーザー光出射部と調光部と光検出部の構成を説明するための図である。
【図４】スクリーン上に画像が走査される様子を説明するための図である。
【図５】ＭＥＭＳミラーの走査の時間推移を示す図であり、（ａ）は垂直走査位置の時間推移を示す図であり、（ｂ）は水平走査位置の時間推移を示す図である。
【図６】上記実施形態に係るＨＵＤ装置の電気的構成を説明するための図である。
【図７】上記実施形態に係る波形変換部の構成を示す図である。
【図８】上記実施形態における調光デジタル信号を説明するための図である。
【図９】上記実施形態における調光アナログ信号を説明するための図である。
【図１０】上記実施形態における波形変換部の第１波形変換部と第２波形変換部のリップル電圧を説明するための図である。
【図１１】第２実施形態に係るＨＵＤ装置の電気的構成を説明するための図である。
【図１２】第３実施形態の調光制御部が備える電圧調整用抵抗器の配置を説明するための図である。
【図１３】上記実施形態における電圧調整用抵抗器の作用を説明するための図であり、調光制御部が入力する調光デジタル信号のデューティー比の変化に基づく調光電圧信号を示す図である。
【図１４】調光部における各色レーザー光の透過率の違いを示す図である。
【図１５】上記実施形態における電圧調整用抵抗器の配置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）  本発明のヘッドアップディスプレイ装置（以下ではＨＵＤ装置と記載）の第１実施形態について、以下に図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の搭載態様を説明するための図であり、図２は、本実施形態に係るＨＵＤ装置の概略構成図である。
【００１２】
本実施形態における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、表示光Ｋをウインドシールド３に向けて出射する。ウインドシールド３で反射した表示光Ｋは、ウインドシールド３の前方に虚像Ｖとしてユーザ４（主に、車両２の運転者）に視認される。このようにして、ＨＵＤ装置１は、ユーザ４に対して虚像Ｖを表示する。なお、表示光Ｋは、所定の画像Ｍ（図２参照）を表す。画像Ｍは、例えば、車両２に関する情報（以下、車両情報）を報知するための画像である。
【００１３】
ＨＵＤ装置１は、図２に示すように、合成レーザー光出射部１０と、調光部２０と、光検出部３０と、光走査部４０と、スクリーン５０と、第１反射部６０と、第２反射部７０と、筐体８０と、外光検出部９０と、を備える。
【００１４】
合成レーザー光出射部１０は、後述する合成レーザー光Ｐを光走査部４０に向け出射するものであり、図３に示すように、レーザーダイオード（ＬＤ）１１と、集光部１２と、合波部１３と、を有する。
【００１５】
ＬＤ１１は、赤色のレーザー光を出射する赤色ＬＤ１１ａと、緑色のレーザー光を出射する緑色ＬＤ１１ｂと、青色のレーザー光を出射する青色ＬＤ１１ｃと、から構成されている。ＬＤ１１ａ〜１１ｃは、後述する光源制御部１００から供給される駆動電流により、各々が所定の光強度及びタイミングで発光する。
【００１６】
集光部１２は、ＬＤ１１が出射した合成レーザー光Ｐの各々を集光し、スポット径を小さくして収束光とするものである。具体的には、集光部１２は、それぞれがレンズ等からなる集光部１２ａ〜１２ｃから構成されている。集光部１２ａは赤色ＬＤ１１ａが発するレーザー光の光路上に位置し、集光部１２ｂは緑色ＬＤ１１ｂが発するレーザー光の光路上に位置し、集光部１２ｃは青色ＬＤ１１ｃが発するレーザー光の光路上に位置する。
【００１７】
合波部１３は、ＬＤ１１から出射され、集光部１２を介して到達した各レーザー光の光軸を揃えて、１本の合成レーザー光Ｐとして出射するものである。合波部１３は、平面鏡等からなる反射部１３ａと、それぞれが特定の波長の光を反射するがその他の波長の光は透過するダイクロイックミラー等からなる合波部１３ｂ及び合波部１３ｃと、から構成されている。
【００１８】
調光部２０は、液晶パネル（図示しない）、前記液晶パネルを挟む一対の偏光フィルタ（図示しない）等から構成され、合成レーザー光出射部１０と光走査部４０との間に位置し、後述する調光制御部２００の制御の下で、合成レーザー光出射部１０からの合成レーザー光Ｐの透過率を変化させることで、光走査部４０に入射される合成レーザー光Ｐの光量を調整する（調光する）。前記液晶パネルは、例えば、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶素子であり、前記偏光フィルタは、反射型アルミワイヤグリッド偏光フィルタなどで構成される。
【００１９】
調光部２０は、前記液晶パネルの印加電圧の大きさを制御（ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御）することで、合成レーザー光Ｐの偏光角度を０〜９０°の範囲で任意に制御でき、調光部２０における合成レーザー光Ｐの透過率（調光率）を制御する。これにより、調光部２０を通過する合成レーザー光Ｐの光強度を任意に決定できる。
また、本実施形態では、前記液晶パネルの印加電圧をオフ状態で使用した際にレーザー光を遮断し、オン状態で使用した際にレーザー光を透過するＮｏｒｍａｌｌｙ  Ｂｌａｃｋの液晶を例とするが、Ｎｏｒｍａｌｌｙ  Ｗｈｉｔｅ液晶で構成してもよい。
【００２０】
また、本実施形態のように調光部２０の液晶パネルを、一対の偏光フィルタで挟むものではなく、変形例として、液晶パネルの後段（ＬＤ１１と離れた方）のみに偏光フィルタを配置するものであってもよい。これは、ＬＤ１１からレーザー光が一定の偏光方向を有して出射されるためであり、ＬＤ１１の偏光方向と前記偏光フィルタの偏光方向を調整することで可能となる。
【００２１】
また、本実施形態では、調光部２０に合成レーザー光Ｐを入射し、赤色レーザー光，緑色レーザー光，青色レーザー光を同一の調光部２０により調光しているが、変形例として、各ＬＤ１１と各合波部１３との間にそれぞれ調光部２０を配置し、赤色レーザー光，緑色レーザー光，青色レーザー光それぞれを個別の調光部２０により調光してもよい。以上が本実施形態の調光部２０の変形例であり、これより再び図１乃至３を参照して、ＨＵＤ装置１の構成について説明する。
【００２２】
光検出部３０は、フォトダイオード等からなり、合成レーザー光Ｐのうち、透過膜３１で反射した光（以下、反射光Ｐ１）を受光する。光検出部３０は、受光した反射光Ｐ１により、レーザー光のそれぞれの光強度（例えば、輝度）を検出し、後述の主制御部３００に出力する。具体的には、光検出部３０は、合成レーザー光Ｐそれぞれの光強度に応じた検出信号（電圧）を、光強度を示すデータ（光強度データ）として主制御部３００に出力する。
【００２３】
透過膜３１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２０と光走査部４０との間に位置する。透過膜３１は、合成レーザー光出射部１０から出射され、調光部２０を透過した合成レーザー光Ｐの大部分をそのまま透過させるが、一部の光を光検出部３０に向けて反射させる（反射光Ｐ１）。透過膜３１を透過した合成レーザー光Ｐは、光走査部４０に入射する。
【００２４】
光走査部４０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーなどで構成され、後述の走査制御部４００の制御の下で、図４に示すように、後述するスクリーン５０上に、合成レーザー光Ｐを水平走査しながら垂直走査することで、画像Ｍを生成する。
【００２５】
スクリーン５０は、光走査部４０からの合成レーザー光Ｐ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。スクリーン５０は、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。
【００２６】
スクリーン５０は、図４に示すように、画像Ｍが表示される領域である表示エリア５０ａと、画像Ｍが表示されない領域である非表示エリア５０ｂと、に分けられる。つまり、表示エリア５０ａは、ＨＵＤ装置１の外部に出射される表示光Ｋに対応する領域であり、ユーザ４が虚像Ｖとして視認可能な領域である。また、非表示エリア５０ｂは、ユーザ４が視認できない領域である。
【００２７】
光走査部４０は、図４に示すように、合成レーザー光Ｐを、スクリーン５０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Ｐ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。  光走査部４０の走査期間は、図５（ａ）に示すように、表示エリア５０ａ及び非表示エリア５０ｂ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。光走査部４０が走査を、走査開始位置Ｆ１から開始して、再び走査開始位置Ｆ１に帰還するまでの周期であるフレーム周期（１フレーム）は、周期によるちらつきがユーザ４に認識されないように１／６０秒未満に設定されている。
【００２８】
第１反射部６０は、平面鏡等からなり、スクリーン５０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｋを、第２反射部７０に向けて反射させる。
【００２９】
第２反射部７０は、凹面鏡等からなり、第１反射部６０からの表示光Ｋを、ウインドシールド３の方向に向けて反射させる。第２反射部７０で反射した表示光Ｋは、後述の透光部８１を介して、ウインドシールド３に到達する。
【００３０】
筐体８０は、上記各部（合成レーザー光出射部１０〜第２反射部７０）を収納するものであり、遮光性の部材により形成される。筐体８０には、第２反射部７０で反射した表示光Ｋを通過させる開口部が形成されている。この開口部に透光部８１が設けられている。
【００３１】
透光部８１は、アクリル等の透光性樹脂からなり、第２反射部７０で反射した表示光Ｋを透過させる。透光部８１は、外光がユーザ４の方向へ反射しないように湾曲形状に形成されている。
【００３２】
外光検出部９０は、透光部８１の内面に配設され、外光強度（例えば、照度）を検出し、検出した外光強度を示すデータ（外光強度データ）を主制御部３００に出力する。
【００３３】
次に、ＨＵＤ装置１の電気的構成について説明する。
【００３４】
ＨＵＤ装置１は、上記構成の他、図６に示すように、光源制御部１００と、調光制御部２００と、主制御部３００と、走査制御部４００と、を備える。これらの制御部は、例えば、筐体８０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、これらの制御部を筐体８０外部に設けてもよい。
【００３５】
光源制御部１００は、ＬＤ１１を駆動制御するものであり、駆動部１１０と、給電部１２０と、を備える。
【００３６】
駆動部１１０は、ドライバＩＣ（Integrated Circuit）等からなり、主制御部３００の制御の下で、ＬＤ１１ａ〜１１ｃの各々を、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）方式、及びＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で駆動する。駆動部１１０は、主制御部３００からの制御信号に基づく電流値の駆動電流をＬＤ１１ａ〜１１ｃ各々に供給する。
【００３７】
給電部１２０は、駆動部１１０を介して、ＬＤ１１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。給電部１２０は、主制御部３００の制御の下で、ＬＤ１１ａ〜１１ｃ各々への電力の供給・非供給を切り替える。なお、給電部１２０は、ＬＤ１１ａ〜１１ｃの各々に独立して設けられてもよいし、これらに共用のものであってもよい。
【００３８】
調光制御部２００は、後述する主制御部３００から出力される調光デジタル信号を調光アナログ信号に変換する波形変換部２１０と、調光アナログ信号を入力して調光アナログ信号の電圧値を調整して調光制御電圧を出力するゲイン調整部２２０と、を備える。
【００３９】
調光制御部２００は、主制御部３００からの制御の下、調光部２０に印加する所定の印加電圧（調光制御電圧）を生成し、この調光制御電圧の電圧値を調整する（ＰＡＭ制御する）ことで、調光部２０における合成レーザー光Ｐの透過率を調整する（調光する）。波形変換部２１０及びゲイン調整部２２０の具体的な構成及び作用については、後で詳述する。
【００４０】
主制御部３００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３１０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３２０と、を備える。
【００４１】
記憶部３２０は、ＨＵＤ装置１の動作に必要なプログラムや各種データを記憶する。また、記憶部３２０には、外光強度データと調光デジタル信号とを関連づけた調光テーブルデータが予め記憶されている。
【００４２】
処理部３１０は、記憶部３２０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。具体的には、処理部３１０は、図示しない車両側からの情報信号を入力し、この情報信号に基づいた画像データを読み出して光源制御部１００、走査制御部４００を制御することでスクリーン５０上に画像Ｍを生成する。また、処理部３１０は、外光検出部９０からの外光強度データを入力し、記憶部３２０に記憶された調光テーブルデータに基づき、調光デジタル信号Ｓａを決定して波形変換部２１０に調光デジタル信号Ｓａを出力し、調光制御部２００を介して調光部２０を制御することで合成レーザー光Ｐの『調光処理』を実行する。この『調光処理』の詳細については、後述する。
【００４３】
走査制御部４００は、光走査部４０を駆動するものであり、駆動部４１０と、ミラー位置検出部４２０と、を備える。
【００４４】
駆動部４１０は、ドライバＩＣ等からなり、主制御部３００の制御の下で、光走査部４０を駆動する。駆動部４１０は、光走査部４０を駆動させた後、ミラー位置検出部４２０が出力した走査位置検出データを取得し、取得した走査位置検出データに基づいて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３００へ出力する。駆動部４１０から出力されるフィードバックデータは、水平走査の往復の切り替わりタイミングを示す水平走査切り替わりデータと、走査期間が実走査期間Ｆａと帰線期間Ｆｂとのいずれかを示す走査期間データとを含む。
【００４５】
フィードバックデータは、主に、処理部３１０が光走査部４０の走査位置を特定するために用いられる。処理部３１０は、フィードバックデータの水平走査切り替わりデータに基づき、水平走査ライン数をカウントする。このカウント数に基づき、処理部３１０は、光走査部４０の走査位置を特定し、現在の走査エリアを判別する。
【００４６】
ミラー位置検出部４２０は、光走査部４０のミラーを動かすピエゾ素子の時間ごとの振れ位置を検出し、検出した位置を走査位置検出データとして駆動部４１０に出力する。
【００４７】
ここからは、本実施形態における調光制御部２００（波形変換部２１０、ゲイン調整部２２０）の具体的な構成と作用について説明する。
【００４８】
波形変換部２１０は、外光検出部９０からの外光光強度データに基づき決定された主制御部３００から出力されるデジタル信号である調光デジタル信号Ｓａを入力し、アナログ信号である調光アナログ信号Ｓｂを出力するものであり、図７に示すように、第１波形変換部２１１と、第２波形変換部２１２とを直列に接続して構成される。
【００４９】
第１波形変換部２１１は、第１抵抗器２１１ａと、第１コンデンサ２１１ｂとを有する積分回路であり、入力ラインに主制御部３００が接続され、出力ラインに第２波形変換部２１２が接続される。なお、第１抵抗器２１１ａと第１コンデンサ２１１ｂとのＣＲ時定数は、応答性を重視して決定される。
【００５０】
また、第２波形変換部２１２は、第２抵抗器２１２ａと、第２コンデンサ２１２ｂとを有する積分回路であり、入力ラインに第１波形変換部２１１の出力ラインが接続され、出力ラインにゲイン調整部２２０の入力ラインが接続される。なお、第２抵抗器２１２ａと第２コンデンサ２１２ｂとのＣＲ時定数は、電圧安定化を重視して決定される。
【００５１】
積分回路からなる第１波形変換部２１１にパルス信号（調光デジタル信号Ｓａ）が入力された場合、第１波形変換部２１１からはリップル電圧Ｖｒ１を有する電圧信号が出力される。また、第２波形変換部２１２にも第１波形変換部２１１からリップル電圧Ｖｒ１を有する電圧信号が入力されるため、第２波形変換部２１２からもリップル電圧Ｖｒ２を有する電圧信号（調光アナログ信号Ｓｂ）が出力される。第２波形変換部２１２は、第１波形変換部２１１のリップル電圧Ｖｒ１を抑制するように働くため、第２波形変換部２１２から出力される電圧信号（調光アナログ信号Ｓｂ）のリップル電圧Ｖｒ２は、リップル電圧Ｖｒ１よりも小さくなる。なお、リップル電圧Ｖｒは、積分回路に入力される電圧をＶｉｎ、時間をｔ、抵抗器の定数をＲ、コンデンサの定数をＣとした場合、以下の式（数１）で求められる。
【数１】
2015194690.tif 000003
なお、第１波
形変換部２１１によるリップル電圧Ｖｒ１を求める場合、入力電圧Ｖｉｎは、主制御部３００から入力する調光デジタル信号Ｓａのハイ電圧ＶＨ（図８参照）となる。また、第２波形変換部２１２によるリップル電圧Ｖｒ２を求める場合、入力電圧Ｖｉｎは、第１波形変換部２１１から入力する電圧信号のリップル電圧Ｖｒ１となる。
【００５２】
また、応答性を重視した第１波形変換部２１１（第１抵抗器２１１ａと第１コンデンサ２１１ｂ）のＣＲ時定数αと、電圧安定化を重視した第２波形変換部２１２（第２抵抗器２１２ａと第２コンデンサ２１２ｂ）のＣＲ時定数βとの関係は以下の式（数２）となる。
【数２】
2015194690.tif 000004
なお、リップル電圧Ｖｒ１がハイ電圧ＶＨと比べて大幅に小さいため、第２波形変換部２１２のＣＲ時定数βを、第１波形変換部２１１のＣＲ時定数αよりも小さくすることで電圧安定化を行うことが出来る。上記式（数２）を満たすように、第１波形変換部２１１のＣＲ時定数αと、第２波形変換部２１２のＣＲ時定数βとを調整することにより、波形変換部２１０の入力側（第１波形変換部２１１）の応答性を速め、出力側（第２波形変換部２１２）により電圧を安定化させることができるため、調光部２０による調光を迅速に行い、かつ安定した輝度を提供することができる。
【００５３】
図１０は、上記式（数１）のリップル電圧Ｖｒの時間推移を示したグラフであり、具体的には、第２波形変換部２１２のリップル電圧Ｖｒ２は、図１０に示すように、時間ｔの経過により、第１波形変換部２１１のリップル電圧Ｖｒ１を１／１０程度のリップル電圧Ｖｒ２に抑えるように設定される。
【００５４】
ゲイン調整部２２０は、波形変換部２１０からの調光アナログ信号Ｓｂを所定の倍率で乗算もしくは除算した所定の電圧値を有する調光電圧信号Ｓｃを調光部２０に対して出力するものであり、オペアンプを用いた反転または非反転増幅回路で構成される。なお、ゲイン調整部２２０に電源電圧除去比が高いオペアンプ（一般的なオペアンプ全て）を用いることで、ＨＵＤ装置１の電源（バッテリ）の電圧変動による調光電圧信号Ｓｃの電圧変動を最小限に抑えることが出来る。即ち、バッテリの電圧が変動してもゲイン調整部２２０から出力される調光電圧信号Ｓｃが変化せず、安定した電圧を調光部２０へ供給することが可能となる。以下に本実施形態における調光処理について説明する。
【００５５】
まず、外光検出部９０は、車両２の外部の光強度を検出し、検出した外光強度データを主制御部３００に出力する。処理部３１０は、記憶部３２０に記憶された調光テーブルデータを下に、入力した外光強度データに基づいて調光デジタル信号Ｓａを決定する。具体的には、外光強度データに関連づけられた調光デジタル信号Ｓａは、一定のサイクル内でハイ電圧ＶＨとロー電圧ＶＬ（通常０Ｖ）とを所定の割合（デューティー比）で繰り返すパルス信号である。前記調光テーブルデータは、複数レベルの外光強度データにそれぞれデューティー比の異なる調光デジタル信号Ｓａが関連付けられたデータである。処理部３１０は、外部が明るく外光強度データが大きい場合、デューティー比が大きい調光デジタル信号Ｓａ（Ｓａ１）を選択し（図８（ａ））、外部が暗く外光強度データが小さい場合、デューティー比が小さい調光デジタル信号Ｓａ（Ｓａ２）を選択する（図８（ｂ））。調光デジタル信号Ｓａのデューティー比が大きい程、調光制御部２００から調光部２０へ出力される調光電圧信号Ｓｃの電圧も大きくなり、ノーマリーブラックの液晶パネルを有する調光部２０の透過率が高くなる。なお、変形例として、調光部２０にノーマリーホワイトの液晶パネルを使用する場合、記憶部３２０は、外光強度データが大きい程、調光デジタル信号Ｓａのデューティー比を小さくするような調光テーブルデータを予め記憶する。なお、調光デジタル信号Ｓａの周波数は、画像のフレーム周波数（６０Ｈｚ）よりも十分に速く（５〜１０倍程度）設定される。
【００５６】
外光検出部９０から入力される外光強度データは、例えば、車両２がトンネルに出る際に急激に変化（増加）することが予想され、これに基づき、主制御部３００から出力される調光デジタル信号Ｓａも急激に変化する（デューティー比が急激に増加する）。この調光デジタル信号Ｓａが急激に増加した時間をｔ１として図９を用いて、波形変換部２１０の作用を説明する。
【００５７】
時間ｔ１において、調光デジタル信号Ｓａのデューティー比が急激に増加した場合、第１波形変換部２１１は、時定数が小さいので、調光デジタル信号Ｓａのデューティー比の増加に応答して、調光アナログ信号Ｓｂを、低い電圧Ｖ１から高い電圧Ｖ２まで高速に変化させる。  また、第１波形変換部２１１の出力ラインに直列に接続された第２波形変換部２１２は、リップル電圧Ｖｒを小さくするように動作する。このように、外光強度が急激に変化した場合でも、第１波形変換部２１１により調光アナログ信号Ｓｂの電圧値を急激に変化させることができるので、調光部２０の調光を迅速に行うことができ、外光強度の急激な変化に対応した輝度を有する画像Ｍをユーザ４に視認させることができる。また、外光強度が急激に変化した後のユーザ４の目が慣れてきた場合であっても、第２波形変換部２１２がリップル電圧Ｖｒを漸減することができるため、調光アナログ信号Ｓｂのリップル電圧Ｖｒによる画像輝度の揺らぎをユーザ４に視認させることを抑制することができる。
【００５８】
波形変換部２１０から出力される調光アナログ信号Ｓｂは、ゲイン調整部２２０に入力する。ゲイン調整部２２０は、主制御部３００からの調光デジタル信号Ｓａのデューティー比が最大の時に、調光部２０の液晶パネルの最大駆動電圧付近になるように（調光率が最大になるように）ゲインが予め調整されており、波形変換部２１０からの調光アナログ信号Ｓｂを所定のゲインで増幅した調光電圧信号Ｓｃ（調光制御電圧）を出力することで調光部２０を駆動する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態のＨＵＤ装置１は、レーザー光を出射するＬＤ１１と、レーザー光を走査して画像Ｍを生成する光走査部４０と、ＬＤ１１と光走査部４０との間に配置され、レーザー光を調光して光走査部４０へ向ける調光部２０と、調光部２０の調光を制御する調光デジタル信号Ｓａ（パルス信号）を出力する主制御部３００と、主制御部３００からの調光デジタル信号Ｓａを調光アナログ信号Ｓｂ（調光電圧信号Ｓｃ）に変換し、調光アナログ信号Ｓｂにより調光部２０を駆動する調光制御部２００と、を備え、調光制御部２００は、調光デジタル信号Ｓａをアナログ信号に変換する第１波形変換部２１１と、第１波形変換部２１１の出力側に接続され、第１波形変換部２１１よりリップル電圧Ｖｒを低く設定した第２波形変換部２１２と、を有する。斯かる構成により例えば、外光強度が急激に変化し、調光デジタル信号Ｓａが急激に変化した場合でも、第１波形変換部２１１により調光アナログ信号Ｓｂの電圧値を急激に変化させることができるので、調光部２０の調光を迅速に行うことができ、外光強度の急激な変化に対応した輝度を有する画像Ｍをユーザ４に視認させることができる。また、外光強度が急激に変化した後のユーザ４の目が慣れてきた場合であっても、第２波形変換部２１２がリップル電圧Ｖｒを漸減することができるため、調光アナログ信号Ｓｂのリップル電圧Ｖｒによる画像輝度の揺らぎをユーザ４に視認させることを抑制することができる。
【００６０】
（第２実施形態）  以下に変形例を説明する。図１１は、第２実施形態におけるＨＵＤ装置１の電気的な構成を示す図であり、第２実施形態におけるＨＵＤ装置１は、調光部２０に出力する調光電圧信号Ｓｃを反転させる反転出力部２３０をさらに備える点で上記実施形態と異なる。それ以外の第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、説明は省略する。
【００６１】
第２実施形態におけるＨＵＤ装置１は、図１１に示すように、ゲイン調整部２２０と調光部２０との間に反転出力部２３０を接続する。なお、反転出力部２３０とゲイン調整部２２０の接続は反対にしてもよい。
【００６２】
反転出力部２３０は、インバータ回路などで構成され、ゲイン調整部２２０（波形変換部２１０）からの調光電圧信号Ｓｃを、所定の周期毎に反転させて交流電圧として調光部２０に出力するものである。このように、液晶パネルからなる調光部２０に交流電圧を印加することで、液晶パネルの焼きつきを防止することができる。
【００６３】
また、反転出力部２３０は、主制御部３００から反転切り替えするための信号を入力する。主制御部３００は、光走査部４０がスクリーン５０上の非表示エリア５０ｂを走査している期間や帰線期間Ｆｂなどの画像Ｍを外部へ生成しない非表示期間であるかを判断することが可能である。主制御部３００は、光走査部４０の走査位置が、非表示エリア５０ｂである際に反転出力部２３０に反転切り替える。調光部２０は、駆動電圧を反転させる際、透過率が一定ではなく不安定となる。よって、光走査部４０の走査位置が、表示が外部に出射されない非表示エリア５０ｂである際に、調光部２０の駆動電圧を反転させることで、適切な調光が行われていない合成レーザー光Ｐが外部へ出射されてユーザ４に視認されてしまうことを防止することができる。
【００６４】
なお、主制御部３００は、非表示期間であるかの判定を、光検出部３０が検出するＬＤ１１の光強度から行ってもよい。すなわち、光検出部３０からの光強度が小さい場合、ＬＤ１１が非点灯であると判定することでＨＵＤ装置１が非表示期間であると判定してもよい。
【００６５】
また、調光部２０は、調光制御部２００からの制御の下、合成レーザー光Ｐを調光できればいいので、上記実施形態のように液晶パネルを用いるものではなく、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）シャッタや、２枚の偏光フィルタと、偏光フィルタの一方を回転駆動させる駆動部と、を備え、一方の偏光フィルタを回転駆動させて合成レーザー光Ｐを調光するシャッターモジュールで構成されてもよい。なお、これら変形例における調光部２０も、波形変換部２１０から出力される調光アナログ信号Ｓｂの電圧値に応じて制御することで、迅速に調光率を制御することができる。
【００６６】
（第３実施形態）  第３実施形態におけるＨＵＤ装置１を、図１２乃至１５を用いて説明する。図１２は、第３実施形態の調光制御部２００が備える電圧調整用抵抗器２４０の配置を説明するための図である。電圧調整用抵抗器２４０は、一方がグランドに接続され、他方が波形変換部２１０の出力側（ゲイン調整部２２０の入力側）に接続される。電圧調整用抵抗器２４０は、調光制御部２００が入力する調光デジタル信号Ｓａに対して、調光制御部２００が出力する調光電圧信号Ｓｃの大きさを調整するものである。図１３を用いて電圧調整用抵抗器２４０の作用について説明する。
【００６７】
図１３は、調光デジタル信号Ｓａのデューティー比Ｄと調光電圧信号Ｓｃとの関係を示すグラフである。図１３において、調光電圧信号Ｓｃ１は、電圧調整用抵抗器２４０を設けない場合を示しており、調光電圧信号Ｓｃ２は、適切な電圧調整用抵抗器２４０を設けた場合を示してあり、調光電圧信号Ｓｃ３は、電圧調整用抵抗器２４０の抵抗値が小さすぎる場合を示してある。また、図に示してあるデューティー比Ｄｍは、処理部３１０が出力する調光デジタル信号Ｓａの最大のデューティー比Ｄである。また、調光電圧信号Ｓｃｍは、調光部２０の透過率を最大にするために必要な電圧値である。  電圧調整用抵抗器２４０を設けない場合、調光電圧信号Ｓｃは、調光デジタル信号Ｓａのデューティー比ＤがＤｍに達する前のデューティー比Ｄａ（Ｄａ＜Ｄｍ）に達した時点で、Ｓｃｍに達してしまい、デューティー比ＤがＤａより大きくなったとしても調光部２０の透過率は変化しない。すなわち、調光部２０の透過率は、デューティー比０〜Ｄａまでの狭い間でしか調整することはできない。これに比べ、調光制御部２００に電圧調整用抵抗器２４０を設けた場合、調光電圧信号Ｓｃ２は、調光デジタル信号Ｓａの増加に対して緩やかに増加する。電圧調整用抵抗器２４０の抵抗値は、調光制御部２００が入力するデューティー比Ｄが最大（Ｄｍ）である際に、調光部２０の透過率を最大にする調光電圧信号Ｓｃｍとなるように調整される。これにより、処理部３１０から入力されるデューティー比０〜Ｄｍの広い範囲で、調光部２０の透過率を調整することができる。すなわち、外光強度の変化（調光デジタル信号Ｓａの変化）に対する調光部２０の調光率の分解能を高くすることができる。  なお、電圧調整用抵抗器２４０の抵抗値が小さすぎる場合、調光電圧信号Ｓｃ３は、デューティー比Ｄｍに達した場合でも調光部２０を最大透過率とする調光電圧信号Ｓｃｍに達しなくなってしまい調光率のダイナミックレンジを低下させてしまう。
【００６８】
以上に説明したように、第３実施形態におけるＨＵＤ装置１は、調光制御部２００に、入力する調光デジタル信号Ｓａに対して、調光制御部２００が出力する調光電圧信号Ｓｃの大きさを調整する電圧調整用抵抗器２４０を設けることで、調光率のダイナミックレンジを確保しつつ、外光強度の変化（調光デジタル信号Ｓａの変化）に対する調光部２０の調光率の分解能を高くすることができる。
【００６９】
なお、電圧調整用抵抗器２４０を、可変抵抗器で構成し、製造時に可変抵抗器の抵抗値を調整することで、より精度よく調光制御可能となる。
【００７０】
また、調光部２０を、赤色レーザー光，緑色レーザー光，青色レーザー光それぞれに個別で設け、電圧調整用抵抗器２４０を設けた調光制御部２００をそれぞれの調光部２０に個別に設けてもよい。液晶パネルを用いた調光部２０の透過率は、図１４に示すように、レーザー光の色毎に異なる波長依存特性を有するため、電圧調整用抵抗器２４０をそれぞれ個別に調整する。具体的には、各色レーザー光の調光部２０における透過率の差を抑制するため、波長の短い青色レーザー光の光路上に配置される調光部２０の調光電圧信号Ｓｃを調整する電圧調整用抵抗器２４０の抵抗値を、波長が長い緑色や赤色のそれに比べて低く設定する。このように電圧調整用抵抗器２４０の抵抗値を各色のレーザー光で調整することで、調光部２０の透過率の波長依存特性によるばらつきを抑制することができる。したがって、ＬＤ１１の制御で赤色レーザー光，緑色レーザー光，青色レーザー光のホワイトバランスを調整しておけば、調光部２０で調光された後もホワイトバランスを維持することができる。各色のレーザー光の調光部２０における透過率のばらつきを、ＬＤ１１の制御側で調整することも可能である。しかし、ＬＤ１１の制御データは、ＬＤ１１の個体ばらつきや温度変化により適宜変化するため、調光部２０での透過率のばらつきを考慮して制御データを補正するのは、多くの補正処理などが必要とされる。本実施形態によれば、電圧調整用抵抗器２４０の抵抗値を、調光部２０毎に調整するという簡単な構成で、ホワイトバランスを維持することができる。
【００７１】
なお、電圧調整用抵抗器２４０が接続される位置は、波形変換部２１０の出力側（ゲイン調整部２２０の入力側）に限定されない。例えば、ゲイン調整部２２０を、オペアンプ２２１と、帰還抵抗器２２２，２２３を有する非反転増幅回路で構成し、図１５に示すように、帰還抵抗器２２２または帰還抵抗器２２３を可変抵抗で構成し、この可変抵抗の抵抗値を調整することで、調光部２０に出力される調光電圧信号Ｓｃを調整してもよい。
【００７２】
なお、本発明は、以上の実施形態及びこれから説明する変形例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、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  …ＨＵＤ装置  １０  …合成レーザー光出射部  １１  …ＬＤ（レーザー光源）  ２０  …調光部  ３０  …光検出部  ４０  …光走査部  ５０  …スクリーン  ９０  …外光検出部１００  …光源制御部１１０  …駆動部１２０  …給電部２００  …調光制御部３００  …主制御部３１０  …処理部３２０  …記憶部４００  …走査制御部４１０  …駆動部４２０  …ミラー位置検出部    Ｋ  …表示光    Ｍ  …画像    Ｐ  …合成レーザー光    Ｓａ…調光デジタル信号（パルス信号）    Ｓｂ…調光アナログ信号（アナログ信号）    Ｓｃ…調光電圧信号（アナログ信号）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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