(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記特性検出制御部は、前記レーザ光源部が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、前記特性検出レーザ光が出力されている期間は、前記スキャナ制御部を制御して前記スキャナ部の横方向の走査に加えて縦方向の走査を停止させる制御を行う、
請求項1に記載の画像描画装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、本願出願人は、レーザ光源から試験的にレーザ光を出力し、そのレーザ光(以下、特性検出レーザ光)の出力光量をフォトダイオードで検出することで所定の駆動電流に対する実際の光量を取得し、取得した光量に基づいてレーザ光源の駆動電流を定期的に調整するAPC制御(Auto Power Control)を開発している。APC制御においては、特性検出レーザ光がスクリーン等のユーザに対して描画画像を提示する範囲に到達することがないよう、上記特許文献1と同様に、特性検出レーザ光を遮蔽板等を用いて遮蔽している。
【0005】
ここで、
図1を参照して、走査領域SAについて説明する。走査領域SAは、前述した二次元的な走査の領域である。走査領域SAは、画像描画領域SDとブランキング領域SBを有する。画像描画領域SDとは、スクリーン上に表示したい画像を実際に描画する矩形の領域である。ブランキング領域SBとは、画像描画領域SDを取り囲む枠状のレーザ光が投射されない領域である。
【0006】
描画対象となる画像が矩形形状である場合、上記の画像描画領域SDは矩形にする必要があるので、走査領域SAも同様に矩形であることが望ましい。しかしながら、レーザ光源から出力されたレーザ光を垂直ミラーと水平ミラーで二段階で反射させて走査する以上、走査領域SAは完全な矩形とはならず、
図2に示すように、長方形の2つの長辺が同一方向に膨らみ出たような歪んだ形状となり、画像描画領域SDも走査領域と同様に歪んだ形状となってしまう。このため、
図3に示すように、画像の水平ラインを複数の水平走査ラインに跨るように描画することで、
図4に示すように、画像描画領域SDを理想的な矩形に近づけている。
【0007】
前述したようにAPC制御においては、特性検出レーザ光の出力光量をフォトダイオードで検出するようにしている。このフォトダイオードの検出信号は極めて微小であるから、検出信号を適宜増幅した上でローパスフィルタを用いて検出値の安定化を図っている。実際に検出値が安定化するまでには、例えば、水平ライン8本分の走査時間に相当する時間(例えば130マイクロ秒)を要する。
図4には、APC制御におけるAPC輝線の走査領域(以下、APC走査領域SPと称する。)を示している。
図4に示すように、APC走査領域SPは、水平ライン8本分を走査する幅を有し、水平走査ラインと同様に湾曲した形状となる。これに対し、前述したように画像描画領域SDは略矩形とされているので、画像描画領域SDの上2つの隅では画像描画領域SDとAPC走査領域SPの間の間隔が中央部と比べて小さくなっている。これにより、画像描画領域SDは遮光せずAPC走査領域SPを遮光するような遮光板の配置には極めて高い精度が要求されるとともに、画像描画領域SDに描画される画像の輝度が低い場合はAPC輝線からの迷光の影響が画像描画領域SDのAPC走査領域SP側両端で大きくなり、画像描画領域SDの描画品質を低下させていた。
【0008】
本発明の目的は、APC輝線に基づく迷光の影響を低減させ、画像描画領域の描画品質低下を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、レーザ光を出力するレーザ光源部と、前記レーザ光源部から出力されたレーザ光を縦方向および横方向に反射させて走査するスキャナ部と、前記スキャナ部が走査する走査領域内に入力画像データに基づく描画画像が前記スキャナ部の走査によって生成されるように、前記レーザ光源部のレーザ光の出力タイミングおよびレーザ光の出力値を制御し、前記レーザ光源部が出力するレーザ光の出力値を検出するための特性検出レーザ光を前記レーザ光源部に出力させる制御を行うレーザ光源制御部と、前記スキャナ部が前記レーザ光を所定振幅で走査するように、前記スキャナ部の走査を制御するスキャナ制御部と、前記レーザ光源部が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、前記描画画像が生成される領域外に前記特性検出レーザ光を出力するように、前記レーザ光源制御部を制御するとともに、前記特性検出レーザ光が出力されている期間は、前記スキャナ制御部を制御して前記スキャナ部の走査を停止させる制御を行い、前記特性検出レーザ光の出力値の検出結果に基づきレーザ光の出力値を調整する特性検出制御部と、を備えた画像描画装置を提供する。
【0010】
また、本発明は、レーザ光源部から出力されたレーザ光をスキャナ部に反射させて描画画像を生成する画像描画方法であって、前記レーザ光源部が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、前記描画画像が生成される領域外に特性検出レーザ光を出力し、前記特性検出レーザ光が出力されている期間は、前記スキャナ部による走査を停止させ、前記特性検出レーザ光の出力値の検出結果に基づきレーザ光の出力値を調整する、画像描画装置の出力調整方法を提供する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、APC輝線に基づく迷光の影響を低減させ、画像描画領域の描画品質低下を抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
(第1実施形態)
以下、図面を参照して、第1実施形態を説明する。
図5に、第1実施形態の画像描画装置1の機能ブロック図を示す。画像描画装置1は、具体的にはヘッドアップディスプレイ装置であり、主に車両に搭載され、ユーザである運転者等に各種情報を虚像として提示する。画像描画装置1が、ヘッドアップディスプレイ装置として用いられる場合は、経路案内を目的とした画像や、警告を目的とした画像、さらには、コンテンツ再生に基づく画像や、各種UI(User Interface)に関する画像などを描画画像に基づく虚像として提示する。また、これらの画像は、静止画または動画を問わない。
【0014】
画像描画装置1は、制御部2、レーザ光源部3、スキャナ部4、DDRメモリ5(Double Data Rate)、遮蔽手段としての遮蔽板9を備える。
【0015】
制御部2は、図示しない中央演算処理器としてのCPU(Central Processing Unit)と、読み書き自由のRAM(Random Access Memory)、読み出し専用のROM(Read Only Memory)等を備えている。そして、CPUがROMに記憶されている画像描画プログラムを読み出して実行することで、画像描画プログラムは、CPUなどのハードウェアを、レーザ光源制御部6、スキャナ制御部7、特性検出制御部8として機能させる。
【0016】
レーザ光源部3は、レーザ光を出力するレーザモジュール10と、レーザモジュール10に備えられているレーザダイオード101を駆動するレーザドライバ11と、を有する。本実施形態において、レーザモジュール10は、赤色レーザダイオード101R、緑色レーザダイオード101G、青色レーザダイオード101B、各々のレーザダイオード101に対応するダイクロイックミラー102、およびフォトダイオード14によって構成されている。レーザモジュール10が備える各々のレーザダイオード101から出力された各色のレーザ光は、ダイクロイックミラー102によって合成されてスキャナ部4に出力される。レーザドライバ11は、制御部2からのレーザ駆動信号に基づき、レーザモジュール10が備えるレーザダイオード101を駆動する。
【0017】
ダイクロイックミラー102Rは、赤色レーザダイオード101Rから出力される赤色の波長の光をほぼ100%反射させる特性を有する。ダイクロイックミラー102Gは、赤色レーザダイオード101Rから出力される赤色の波長の光をほぼ100%透過させるとともに、緑色レーザダイオード101Gから出力される緑色の波長の光をほぼ100%反射させる特性を有する。ダイクロイックミラー102Bは、赤色レーザダイオード101Rから出力される赤色の波長の光および緑色レーザダイオード101Gから出力される緑色の波長の光を約98%反射させるとともに約2%透過させる特性を有する。さらにダイクロイックミラー102Bは、青色レーザダイオード101Bから出力される青色の波長の光を約98%透過させるとともに約2%反射させる特性を有する。
【0018】
上記のようなダイクロイックミラー102の構成により、各々のレーザダイオード101から出力されたレーザ光の約98%はスキャナ12で反射され、約2%のレーザ光は、フォトダイオード14に入射される。フォトダイオード14は、光量測定手段として入射した各々のレーザ光の光量を測定し、測定結果を制御部2に出力する。レーザダイオード101およびダイクロイックミラー102の配置は
図5に示した配置に限らず、スキャナ部4およびフォトダイオード14に同様の出力がされればよい。
【0019】
スキャナ部4は、レーザ光源部3から出力されたレーザ光を反射して走査するスキャナ12と、スキャナ12を駆動するスキャナドライバ13と、スキャナ12の走査角を検出する走査角検出手段としての走査角検出部15と、を有する。スキャナ12は、レーザ光を垂直方向(第1走査方向)で走査する垂直ミラー12aと、レーザ光を水平方向(第2走査方向)で走査する水平ミラー12bと、を有する。垂直ミラー12a及び水平ミラー12bは、何れもMEMS(micro electro mechanical system)ミラーによって構成されている。スキャナドライバ13は、制御部2からのスキャナ駆動信号に基づき、スキャナ12を駆動する。走査角検出部15は、垂直ミラー12a及び水平ミラー12bの走査角を検出し、検出結果を制御部2に出力する。
【0020】
スキャナ12を垂直ミラー12aおよび水平ミラー12bで構成する場合、垂直ミラー12aは、一般的にスキャナドライバ13によって制御される走査角および揺動周波数で動作する。水平ミラー12bは、揺動周波数が高いため一般的には共振による走査角および揺動周波数で動作する。水平ミラー12bも、垂直ミラー12a同様にスキャナドライバ13によって制御される走査角および揺動周波数で動作する構成であってもよい。
【0021】
そして、制御部2に入力された入力画像データに基づき、レーザ光源部3から出力されたレーザ光がスキャナ部4によって走査されることで、描画画像が生成される。
図5の例においては、スキャナ部4で走査されたレーザ光は、スクリーン16に投映される形態となっている。スクリーン16は、画像描画装置1がヘッドアップディスプレイ装置として用いられる場合は、一般的に中間像スクリーンである。ヘッドアップディスプレイの構造は図示しないが、中間像スクリーン上に投映された描画画像は、凹面鏡等の反射を介して、コンバイナや自動車のウィンドシールドに投映される。
【0022】
DDRメモリ5は、制御部2に入力された入力画像データを一時的に保存するフレームバッファである。
【0023】
遮蔽板9は、レーザ光を遮蔽する板である。遮蔽板9によって遮蔽されたレーザ光は、スクリーン16を越えて投映方向に至ることはない。遮蔽板9は、スキャナ部4が反射するレーザ光のうち、画像描画領域SDのレーザ光は遮蔽せず、特性検出レーザ光を遮蔽する形状である。遮蔽板9は、画像描画装置1の筐体、またはスキャナ部4やレーザ光源部3を備えるユニットの筐体を用いて形成される。また、遮蔽板9が設置される位置は、スキャナ部4がモジュールとして画像描画装置1に設置されている場合、そのモジュールからレーザ光が出射する位置、または画像描画装置1の筐体からスクリーン16にレーザ光が出射される位置、さらにはスクリーン16の前部または後部であってもよい。
【0024】
レーザ光源制御部6は、レーザ駆動信号をレーザドライバ11に出力することで、レーザダイオード101の出力を制御する機能部である。レーザ光源制御部6は、レーザ駆動信号用フレームバッファ6aを有する。レーザ光源制御部6は、DDRメモリ5から1フレーム分の入力画像データを読み込み、読み込んだ入力画像データをレーザ駆動データとしてレーザ駆動信号用フレームバッファ6aに保存する。レーザ光源制御部6は、レーザ駆動信号用フレームバッファ6aに保存しているレーザ駆動データをドットクロックに従ってレーザ駆動信号として順番にレーザドライバ11に出力する。したがって、レーザ光源制御部6は、スキャナ部4が走査する走査範囲内に入力画像データに基づく描画画像が、スキャナ部4の走査によって生成されるように、レーザ光の出力タイミングを制御する。また、レーザ光源制御部6は、入力画像データに基づく描画画像の色や輝度に応じて、適切な出力値となるように、赤色、青色、緑色各々のレーザダイオードの駆動を制御する。
【0025】
スキャナ制御部7は、スキャナ駆動信号をスキャナドライバ13に出力することで、スキャナ12によるレーザ光の走査を制御する機能部である。
図6には、垂直ミラー12aの垂直走査角aと水平ミラー12bの水平走査角bの一例を示している。
図6に示すように、垂直走査角aは三角波によって表され、水平走査角bは正弦波によって表される。垂直走査角aの振幅及び走査中心は一定であり、水平走査角bの振幅及び走査中心も一定である。垂直ミラー12aの走査周波数は例えば60Hzである。水平ミラー12bの走査周波数は、垂直ミラー12aの走査周波数よりも高く例えば30kHzである。
【0026】
また、垂直走査の走査中心の垂直走査角aを垂直走査角中心a0とし、垂直走査の上側の折り返し時における垂直走査角aを上折り返し走査角a1とし、垂直走査の下側の折り返し時における垂直走査角aを下折り返し走査角a2とする。
図6には、画像描画領域SDの上端に対応する描画領域上端走査角a3と、画像描画領域SDの下端に対応する描画領域下端走査角a4と、を示している。描画領域上端走査角a3は、垂直走査角中心a0と上折り返し走査角a1の間の走査角である。描画領域下端走査角a4は、垂直走査角中心a0と下折り返し走査角a2の間の走査角である。画像描画領域SDは、描画領域上端走査角a3と描画領域下端走査角a4の間の走査角範囲に対応している。ブランキング領域SBは、上折り返し走査角a1と描画領域上端走査角a3の間の走査角範囲、及び、下折り返し走査角a2と描画領域下端走査角a4の間の走査角範囲に対応している。同様に、水平走査の走査中心の水平走査角bを水平走査角中心b0とする。
【0027】
特性検出制御部8は、レーザダイオード101に印加される所定の駆動電流に対して、適切な出力光量が得られているかを定期的に検出する機能部である。例えば、周辺温度の低下などによって、レーザダイオード101がI-L特性の定格値による光量が得られないことがある。この場合、赤色、青色、緑色各々のレーザダイオード101の特性が異なることにより、生成される描画画像の色調が変化してしまう。
図5において、特性検出制御部8は、レーザダイオード101を構成する赤色、青色、緑色各々のレーザダイオード101に特性検出レーザ光を出力させ、特性検出レーザ光の光量を測定したフォトダイオード14からの測定結果に基づいて、各々のレーザダイオード101が適切な光量を出力するように、レーザダイオード101の駆動電流を制御する。このような処理をAPC処理(Auto Power Control)又はAPC制御と称する。特性検出レーザ光とは、各々のレーザダイオード101が出力するレーザ光の出力値を検出するための試験的なレーザ光である。特性検出制御部8は、検出した出力値をレーザ光源制御部6にフィードバックさせることで、レーザ光源制御部6によるレーザドライバ11の制御を最適化している。特性検出制御部8がAPC処理を実行する頻度としては、例えば12フレームにつき1回程度である。
【0028】
また、特性検出制御部8は、レーザ光源部3が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、画像描画領域SD(描画画像が生成される領域)外に特性検出レーザ光を出力するようにレーザ光源制御部6を制御するとともに、特性検出レーザ光が出力されている期間は、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の走査を停止させる制御を行い、特性検出レーザ光によるレーザ光の出力値の検出結果に基づきレーザ光の出力値を調整する。
【0029】
以下、
図7を参照して、画像描画装置1の動作のうち、特性検出制御部8のAPC処理について詳細に説明する。
【0030】
先ず、特性検出制御部8は、レーザ光源部3が出力するレーザ光の出力値を調整する処理であるAPC処理を実行するときか否か判定する(S100)。APC処理を実行するときでないと判定した場合(S100:NO)は、特性検出制御部8は、継続して、APC処理を実行するときか否か判定する(S100)。一方、APC処理を実行するときであると判定した場合は(S100:YES)、特性検出制御部8は、
図8に示すように、画像描画領域SD外を走査しているときに特性検出レーザ光を出力するようにレーザ光源制御部6を制御する(S110)。また、特性検出制御部8は、特性検出レーザ光が出力されている期間Aは、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平走査を停止させる(S120)。具体的には、特性検出制御部8は、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平走査をその走査範囲の中央部で停止させる。なお、スキャナ部4の水平走査の静的位置は、その走査範囲の中央部である。次に、特性検出制御部8は、フォトダイオード14を用いて特性検出レーザ光の光量を検出する(S130)。次に、特性検出制御部8は、特性検出レーザ光の出力値の検出結果に基いてレーザダイオード101の出力値を調整する(S140)。そして、特性検出制御部8は、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平走査を再開させる(S150)。
【0031】
以上の制御によれば、
図9に示すように、APC輝線の走査領域であるAPC走査領域SPは、水平方向の中央において縦に長細い領域となる。従って、APC走査領域SPは、画像描画領域SDから離間した位置に照射される。これにより、APC輝線に基づく迷光の影響を低減させ、画像描画領域SDの描画品質低下を抑制する。また、APC走査領域SPと画像描画領域SDの間の距離を大きく確保できるので、画像描画領域SDは遮光せずAPC走査領域SPを遮光するような遮光板の配置に対してそれほど高い精度は要求されなくなり、もって、製造コストの抑制に寄与する。更に言えば、APC走査領域SPが縦に細長い小さな領域になるので、APC輝線を遮蔽する遮蔽板9も小さくて済み、もって、画像描画装置1の小型化に寄与する。
【0032】
以上に、本願発明の第1実施形態を説明したが、上記第1実施形態は、以下の特長を有する。
【0033】
(1)画像描画装置1は、レーザ光を出力するレーザ光源部3と、レーザ光源部3から出力されたレーザ光を垂直方向(縦方向)および水平方向(横方向)に反射させて走査するスキャナ部4と、スキャナ部4が走査する走査領域SA内に入力画像データに基づく描画画像がスキャナ部4の走査によって生成されるように、レーザ光源部3のレーザ光の出力タイミングおよびレーザ光の出力値を制御し、レーザ光源部3が出力するレーザ光の出力値を検出するための特性検出レーザ光をレーザ光源部3に出力させる制御を行うレーザ光源制御部6と、スキャナ部4がレーザ光を所定振幅で走査するようにスキャナ部4の走査を制御するスキャナ制御部7と、レーザ光源部3が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、画像描画領域SD(描画画像が生成される領域)外に特性検出レーザ光を出力するようにレーザ光源制御部6を制御するとともに、特性検出レーザ光が出力されている期間Aは、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の走査を停止させる制御を行い、特性検出レーザ光の出力値の検出結果に基づきレーザ光の出力値を調整する特性検出制御部8と、を備える。以上の構成によれば、APC輝線が迷光となって画像描画領域SDの描画品質を低下させることを抑制することができる。
【0034】
(2)特性検出制御部8は、レーザ光源部3が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、特性検出レーザ光が出力されている期間Aは、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平方向の走査を停止させる制御を行う。
【0035】
(4)特性検出制御部8は、レーザ光源部3が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、特性検出レーザ光が出力されている期間Aは、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平方向の走査を水平走査角中心b0(走査範囲の中央部)で停止させる制御を行う。以上の構成によれば、水平走査角中心b0は水平走査の静的位置であるから、簡易な制御で、水平走査を停止させることができる。
【0036】
(5)レーザ光源部3から出力されたレーザ光をスキャナ部4に反射させて描画画像を生成する画像描画方法は、レーザ光源部3が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、画像描画領域SD(描画画像が生成される領域)外に特性検出レーザ光を出力するステップ(S110)と、特性検出レーザ光が出力されている期間Aはスキャナ部による走査を停止させるステップ(S120)と、特性検出レーザ光の出力値の検出結果に基づきレーザ光の出力値を調整するステップ(S140)と、を含む。以上の方法によれば、APC輝線が迷光となって画像描画領域SDの描画品質を低下させることを抑制することができる。
【0037】
(第2実施形態)
次に、
図10〜
図12を参照して、第2実施形態を説明する。以下、本実施形態が、上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
【0038】
上記第1実施形態では、
図7に示すように、APC処理を実行するとき、特性検出制御部8は、特性検出レーザ光が出力されている期間Aは、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平走査を停止させることとした(S120)。これに対し、本実施形態では、
図10及び
図11に示すように、APC処理を実行するとき、特性検出制御部8は、特性検出レーザ光が出力されている期間Aは、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平走査に加えて垂直走査も停止させている(S120)。
【0039】
また、特性検出制御部8は、レーザダイオード101の出力値を調整したら(S140)、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平走査及び垂直走査を再開させている(S150)。
【0040】
以上の制御によれば、
図12に示すように、APC輝線の走査領域であるAPC走査領域SPは、水平方向の中央において点状の領域となる。従って、APC走査領域SPは、画像描画領域SDから離間した位置に照射される。これにより、APC輝線に基づく迷光の影響を低減させ、画像描画領域SDの描画品質低下を抑制する。また、APC走査領域SPと画像描画領域SDの間の距離を大きく確保できるので、画像描画領域SDは遮光せずAPC走査領域SPを遮光するような遮光板の配置に対してそれほど高い精度は要求されなくなり、もって、製造コストの抑制に寄与する。更に言えば、APC走査領域SPが点状の小さな領域になるので、APC輝線を遮蔽する遮蔽板9も小さくて済み、もって、画像描画装置1の小型化に寄与する。
【0041】
以上に、本願発明の第2実施形態を説明したが、上記第1実施形態は、以下の特長を有する。
【0042】
(3)特性検出制御部8は、レーザ光源部3が出力するレーザ光の出力値を調整するときに、特性検出レーザ光が出力されている期間Aは、スキャナ制御部7を制御してスキャナ部4の水平方向の走査に加えて垂直方向の走査を停止させる制御を行う。以上の構成によれば、APC走査領域SPが点状の小さな領域になるので、APC輝線を遮蔽する遮蔽板9も小さくて済み、もって、画像描画装置1の小型化に寄与する。
【0043】
本発明の実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り様々に変更可能である。上記各実施形態においては、画像描画領域SD上部のブランキング領域SBにAPC走査領域が設定されていることを前提として説明した。画像描画領域SD下部のブランキング領域SBにAPC走査領域が設定されている場合は、特性検出レーザ光が出力されている期間、スキャナ部4の横方向の走査は、走査範囲の両端部近傍で停止させる処理を行うことで、同様の効果を奏する。横方向の走査に加えて縦方向の走査を停止させる場合も同様である。
【0044】
総括すると、特性検出レーザ光が出力されている期間は、
図4のように歪んだ形状の走査領域と、矩形となるように補正された画像描画領域SDの位置関係に基づいて、APC走査領域SPが画像描画領域SDから最も離間する位置またはその近傍で、スキャナ部4の走査を停止させる。