JP6805587B2 - Light source device, image display device and object device - Google Patents
Light source device, image display device and object device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6805587B2 JP6805587B2 JP2016135692A JP2016135692A JP6805587B2 JP 6805587 B2 JP6805587 B2 JP 6805587B2 JP 2016135692 A JP2016135692 A JP 2016135692A JP 2016135692 A JP2016135692 A JP 2016135692A JP 6805587 B2 JP6805587 B2 JP 6805587B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light source
- wavelength
- incident
- optical path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 149
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 148
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 description 32
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 26
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 26
- 230000008859 change Effects 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 20
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 108700023483 L-lactate dehydrogenases Proteins 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 3-morpholin-4-yl-1-oxa-3-azonia-2-azanidacyclopent-3-en-5-imine;hydrochloride Chemical compound Cl.[N-]1OC(=N)C=[N+]1N1CCOCC1 NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Instrument Panels (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
本発明は、光源装置、画像表示装置及び物体装置に関する。 The present invention relates to a light source device, an image display device, and an object device.
従来、光源からの光を透過光と反射光に分岐し、該反射光の光量に基づいて光源の発光光量を制御する装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, there is known an apparatus that divides light from a light source into transmitted light and reflected light and controls the amount of emitted light of the light source based on the amount of reflected light (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されている装置のような従来の装置では、光源の発光光量を精度良く制御するために、光源の発光光量の変化に対して反射光の光量を略リニアに(略線形に)変化させることが望まれる。 In a conventional device such as the device disclosed in Patent Document 1, in order to accurately control the amount of emitted light of the light source, the amount of reflected light is substantially linearly (substantially linear) with respect to the change in the amount of emitted light of the light source. ) It is desirable to change.
しかしながら、特許文献1に開示されている装置では、光源の発光光量の変化に対して反射光の光量を略リニアに変化させることに関して改善の余地があった。 However, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, there is room for improvement in changing the amount of reflected light substantially linearly with respect to the change in the amount of emitted light of the light source.
本発明は、第1の光源と第2の光源とを含む複数の光源と、前記前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光の各々の光路上に配置され、該光を整形するアパーチャと、各々の前記アパーチャで整形された前記第1の光源からの光の光路上かつ前記第2の光源からの光の光路上に配置され、入射光を透過光と反射光とに分岐する平板状の分岐素子と、前記反射光の少なくとも一部を受光する受光素子と、前記複数の光源からの光の波長を推定する推定手段と、を備え、前記アパーチャと前記分岐素子は、2×d×cosθ×tan[arcsin(sinθ÷n)]>0.5×Dの関係を満たし、前記分岐素子は、前記第1の光源からの光の一部を反射させ、前記第2の光源からの光の一部を透過することによって、前記第1の光源からの光の一部と前記第2の光源からの光の一部を合成して前記受光素子に向かって射出し、前記第1の光源からの光の一部を透過させ、前記第2の光源からの光の一部を反射させることによって、前記第1の光源からの光の一部と前記第2の光源からの光の一部を合成して外部に射出し、前記複数の光源は縦マルチモードで発振する半導体レーザであり、前記推定手段は、前記受光素子で受光した光量に基づいて、前記第1の光源からの光の波長成分を加重平均した波長と、前記第2の光源からの光の波長成分を加重平均した波長とを推定することを特徴とする光源装置である。
但し、d:分岐素子の厚さ
n:分岐素子の屈折率
θ:分岐素子に対する前記第1の光が入射する入射光の入射角
D:前記第1の光源からの光の光路上のアパーチャの開口径。
The present invention is arranged on a plurality of light sources including a first light source and a second light source, and light from the first light source and light from the second light source, respectively , and the light is arranged. It is arranged on the optical path of the light from the first light source and the light path of the light from the second light source shaped by each of the apertures, and the incident light is divided into transmitted light and reflected light. The aperture and the branching element are provided with a flat plate-shaped branching element that branches into, a light receiving element that receives at least a part of the reflected light, and an estimation means for estimating the wavelength of light from the plurality of light sources. , 2 × d × cos θ × tan [arcsin (sin θ ÷ n)]> 0.5 × D, the branching element reflects a part of the light from the first light source, and the second By transmitting a part of the light from the first light source, a part of the light from the first light source and a part of the light from the second light source are combined and emitted toward the light receiving element. A part of the light from the first light source and a part of the light from the second light source are transmitted by transmitting a part of the light from the first light source and reflecting a part of the light from the second light source. The plurality of light sources are semiconductor lasers that synthesize a part of the light of the above and emit it to the outside, and the plurality of light sources oscillate in the vertical multi-mode, and the estimation means is based on the amount of light received by the light receiving element . The light source device is characterized in that it estimates a wavelength obtained by weighted averaging the wavelength components of light from a light source and a wavelength obtained by weighted averaging the wavelength components of light from the second light source .
However, d: the thickness of the branching element n: the refractive index of the branching element θ: the angle of incidence of the incident light on which the first light is incident on the branching element D: the aperture of the aperture of the light from the first light source on the optical path . Opening diameter.
本発明によれば、光源の発光光量の変化に対して反射光の光量を略リニアに変化させることができる。 According to the present invention, the amount of reflected light can be changed substantially linearly with respect to the change in the amount of emitted light of the light source.
以下に、一実施形態の画像表示装置としてのHUD装置100について図面を参照して説明する。なお、「HUD」は「ヘッドアップディスプレイ」の略称である。 Hereinafter, the HUD device 100 as the image display device of one embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, "HUD" is an abbreviation for "head-up display".
図1には、本実施形態のHUD装置100の全体構成が概略的に示されている。 FIG. 1 schematically shows the overall configuration of the HUD device 100 of the present embodiment.
《HUD装置の全体構成》
ところで、ヘッドアップディスプレイの投射方式は、液晶パネル、DMDパネル(デジタルミラーデバイスパネル)、蛍光表示管(VFD)のようなイメージングデバイスで中間像を形成する「パネル方式」と、レーザ光源から射出されたレーザビームを2次元走査デバイスで走査し中間像を形成する「レーザ走査方式」がある。特に後者のレーザ走査方式は、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するパネル方式とは違い、各画素に対して発光/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。
<< Overall configuration of HUD device >>
By the way, the projection method of the head-up display is a "panel method" in which an intermediate image is formed by an imaging device such as a liquid crystal panel, a DMD panel (digital mirror device panel), and a vacuum fluorescent display (VFD), and is emitted from a laser light source. There is a "laser scanning method" in which an intermediate image is formed by scanning a laser beam with a two-dimensional scanning device. In particular, the latter laser scanning method, unlike the panel method in which an image is formed by partial shading of full-screen light emission, can assign light emission / non-light emission to each pixel, and thus generally forms a high-contrast image. be able to.
そこで、HUD装置100では「レーザ走査方式」を採用している。無論、投射方式として「パネル方式」を用いることもできる。 Therefore, the HUD device 100 employs a "laser scanning method". Of course, the "panel method" can also be used as the projection method.
HUD装置100は、一例として、車両、航空機、船舶等の移動体に搭載され、該移動体のフロントウインドシールド50(図1参照)を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報(例えば移動体の速度、進行方向、目的地までの距離、現在地名称、移動体前方における物体の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報などの情報)を視認可能にする。この場合、フロントウインドシールド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も機能する。以下では、HUD装置がフロントウインドシールド50を備える自動車に搭載される例を、主に説明する。 As an example, the HUD device 100 is mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, or a ship, and navigation information (for example, movement) necessary for maneuvering the moving body via the front windshield 50 (see FIG. 1) of the moving body. Information such as body speed, direction of travel, distance to destination, current location name, presence / absence and position of an object in front of the moving body, signs such as speed limit, traffic jam information, etc.) can be visually recognized. In this case, the front windshield 50 also functions as a transmission / reflection member that transmits a part of the incident light and reflects at least a part of the rest. In the following, an example in which the HUD device is mounted on an automobile provided with the front windshield 50 will be mainly described.
HUD装置100は、図1に示されるように、光源部11、光偏向器15及び走査ミラー20(例えば凹面鏡)を含む光走査手段10と、スクリーン30と、凹面ミラー40とを備え、フロントウインドシールド50に対して画像を形成する光(画像光)を照射することにより、視認者A(ここでは自動車の乗員である運転者)の視点位置から虚像Iを視認可能にする。つまり、視認者Aは、光走査手段10によりスクリーンに形成(描画)される画像(中間像)を、フロントウインドシールド50を介して虚像Iとして視認することができる。 As shown in FIG. 1, the HUD device 100 includes an optical scanning means 10 including a light source unit 11, an optical deflector 15, and a scanning mirror 20 (for example, a concave mirror), a screen 30, and a concave mirror 40, and includes a front window. By irradiating the shield 50 with light (image light) that forms an image, the virtual image I can be visually recognized from the viewpoint position of the viewer A (here, the driver who is a occupant of the automobile). That is, the viewer A can visually recognize the image (intermediate image) formed (drawn) on the screen by the optical scanning means 10 as a virtual image I via the front windshield 50.
HUD装置100は、一例として、自動車のダッシュボードの下方に配置されており、視認者Aの視点位置からフロントウインドシールド50までの距離は、数十cmから精々1m程度である。 The HUD device 100 is arranged below the dashboard of the automobile as an example, and the distance from the viewpoint position of the viewer A to the front windshield 50 is about several tens of cm to at most 1 m.
ここでは、凹面ミラー40は、虚像I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。 Here, the concave mirror 40 is designed by using existing optical design simulation software so as to have a constant focusing power so that the imaging position of the virtual image I becomes a desired position.
HUD装置100では、虚像Iが視認者Aの視点位置から1m以上かつ10m以下(好ましくは6m以下)の位置(奥行位置)に表示されるように、凹面ミラー40の集光パワーが設定されている。 In the HUD device 100, the focusing power of the concave mirror 40 is set so that the virtual image I is displayed at a position (depth position) of 1 m or more and 10 m or less (preferably 6 m or less) from the viewpoint position of the viewer A. There is.
なお、通常、フロントウインドシールドは、平面でなく、僅かに湾曲している。このため、凹面ミラー40とフロントウインドシールド50の曲面により、虚像Iの結像位置が決定される。 Normally, the front windshield is not flat but slightly curved. Therefore, the image formation position of the virtual image I is determined by the curved surfaces of the concave mirror 40 and the front windshield 50.
光源部11では、画像データに応じて変調されたR,G,Bの3色のレーザ光が合成される。3色のレーザ光が合成された合成光の一部は、光偏向器15の反射面に導かれる。光偏向器15は、半導体製造プロセス等で作製されたMEMSスキャナであり、直交する2軸周りに独立に揺動可能な単一の微小ミラーを含む。なお、光偏向器15は、1軸周りに揺動可能な微小ミラーを含むMEMSスキャナを2つ組み合わせたものであっても良い。また、スキャナとして、MEMSスキャナに限らず、例えばガルバノスキャナやポリゴンスキャナを用いても良い。光源部11、光偏向器15の詳細は、後述する。 The light source unit 11 synthesizes laser beams of three colors of R, G, and B modulated according to the image data. A part of the combined light in which the three colors of laser light are combined is guided to the reflecting surface of the light deflector 15. The optical deflector 15 is a MEMS scanner manufactured by a semiconductor manufacturing process or the like, and includes a single micromirror that can swing independently around two orthogonal axes. The optical deflector 15 may be a combination of two MEMS scanners including a minute mirror that can swing around one axis. Further, the scanner is not limited to the MEMS scanner, and for example, a galvano scanner or a polygon scanner may be used. Details of the light source unit 11 and the light deflector 15 will be described later.
光源部11からの画像データに応じた光(上記合成光の一部)は、光偏向器15で偏向され、走査ミラー20で広がりを抑制されつつ折り返されてスクリーン30に照射される。そこで、スクリーン30が光走査され該スクリーン30上に中間像が形成される。なお、凹面ミラー40は、フロントウインドシールド50の影響で中間像の水平線が上または下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように設計、配置されることが好ましい。 The light corresponding to the image data from the light source unit 11 (a part of the synthetic light) is deflected by the light deflector 15, folded back while being suppressed by the scanning mirror 20, and irradiated to the screen 30. Therefore, the screen 30 is light-scanned to form an intermediate image on the screen 30. It is preferable that the concave mirror 40 is designed and arranged so as to correct an optical distortion element in which the horizontal line of the intermediate image becomes convex upward or downward due to the influence of the front windshield 50.
スクリーン30を介した光は、凹面ミラー40でフロントウインドシールド50に向けて反射される。フロントウインドシールド50への入射光束の一部はフロントウインドシールド50を透過し、残部の少なくとも一部は視認者Aの視点位置(アイポイント)に向けて反射される。この結果、視認者Aはフロントウインドシールド50を介して中間像の拡大された虚像Iを視認可能となる。すなわち、視認者から見て虚像Iがフロントウインドシールド50越しに拡大表示される。 The light passing through the screen 30 is reflected by the concave mirror 40 toward the front windshield 50. A part of the luminous flux incident on the front windshield 50 passes through the front windshield 50, and at least a part of the remaining light flux is reflected toward the viewpoint position (eye point) of the viewer A. As a result, the viewer A can visually recognize the enlarged virtual image I of the intermediate image through the front windshield 50. That is, the virtual image I is enlarged and displayed through the front windshield 50 when viewed from the viewer.
なお、フロントウインドシールド50よりも視認者Aの視点位置側に透過反射部材としてコンバイナを配置し、該コンバイナに凹面ミラー40からの光を照射するようにしても、フロントウインドシールド50のみの場合と同様に虚像表示を行うことができる。 Even if a combiner is arranged as a transmission reflection member on the viewpoint position side of the viewer A with respect to the front windshield 50 and the combiner is irradiated with the light from the concave mirror 40, the case where only the front windshield 50 is used is used. Similarly, a virtual image can be displayed.
《HUD装置の制御系のハードウェア構成》
図2には、HUD装置100の制御系のハードウェア構成を示すブロック図が示されている。HUD装置100の制御系は、図2に示されるように、FPGA600、CPU602、ROM604、RAM606、I/F608、バスライン610、LDドライバ6111、MEMSコントローラ615を備えている。
<< Hardware configuration of the control system of the HUD device >>
FIG. 2 shows a block diagram showing the hardware configuration of the control system of the HUD device 100. As shown in FIG. 2, the control system of the HUD device 100 includes an FPGA 600, a CPU 602, a ROM 604, a RAM 606, an I / F 608, a bus line 610, an LD driver 6111, and a MEMS controller 615.
FPGA600は、画像データと、後述する光検出器117の出力もしくは信号処理部120の出力と、走査光検出部60の出力とに基づいてLDドライバ6111を介して後述するLDを制御するLD制御回路700、及びMEMSコントローラ615を介して光偏向器15を制御する光偏向器制御回路を含む。CPU602は、HUD装置100の各機能を制御する。ROM604は、CPU602がHUD装置の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶している。RAM606は、CPU602のワークエリアとして使用される。I/F608は、外部コントローラ等と通信するためのインターフェイスであり、例えば、自動車のCAN(Controller Area Network)等に接続される。 The FPGA 600 is an LD control circuit that controls the LD described later via the LD driver 6111 based on the image data, the output of the photodetector 117 or the signal processing unit 120 described later, and the output of the scanning light detection unit 60. Includes an optical deflector control circuit that controls the optical deflector 15 via the 700 and the MEMS controller 615. The CPU 602 controls each function of the HUD device 100. The ROM 604 stores an image processing program executed by the CPU 602 to control each function of the HUD device. The RAM 606 is used as a work area for the CPU 602. The I / F 608 is an interface for communicating with an external controller or the like, and is connected to, for example, a CAN (Controller Area Network) of an automobile.
《HUD装置の機能ブロック》
図3には、HUD装置100の機能を示すブロック図が示されている。HUD装置100は、図3に示されるように、車両情報入力部800、外部情報入力部802、画像データ生成部804及び画像描画部806を備えている。車両情報入力部800には、CAN等から車両の情報(速度、走行距離、対象物までの距離、外界の明るさ等の情報)が入力される。外部情報入力部802には、外部ネットワークから車両外部の情報(GPSからのナビ情報等)が入力される。画像データ生成部804は、車両情報入力部800及び外部情報入力部802から入力される情報に基づいて、描画すべき画像の画像データを生成し、FPGA600に送る。画像描画部806は、制御部8060を備え、該制御部8060は、FPGA600に画像描画を開始もしくは終了させるための制御信号を送信する。
<< Functional block of HUD device >>
FIG. 3 shows a block diagram showing the functions of the HUD device 100. As shown in FIG. 3, the HUD device 100 includes a vehicle information input unit 800, an external information input unit 802, an image data generation unit 804, and an image drawing unit 806. Vehicle information (information such as speed, mileage, distance to an object, brightness of the outside world, etc.) is input to the vehicle information input unit 800 from CAN or the like. Information outside the vehicle (navigation information from GPS, etc.) is input to the external information input unit 802 from the external network. The image data generation unit 804 generates image data of an image to be drawn based on the information input from the vehicle information input unit 800 and the external information input unit 802, and sends the image data to the FPGA 600. The image drawing unit 806 includes a control unit 8060, and the control unit 8060 transmits a control signal for starting or ending image drawing to the FPGA 600.
《光偏向器の構成》
図4には、光偏向器15の構成が示されている。光偏向器15は、半導体プロセスにて製造されたMEMSスキャナであり、図4に示されるように、反射面を有するミラー150と、X軸方向に並ぶ複数の梁を含み、隣り合う2つの梁が折り返し部を介して蛇行するように接続された一対の蛇行部152とを有する。各蛇行部152の隣り合う2つの梁は、梁A(152a)、梁B(152b)とされ、枠部材154に支持されている。複数の梁には、複数の圧電部材156(例えばPZT)が個別に設けられている。各蛇行部の隣り合う2つの梁の圧電部材に異なる電圧を印加することで、該蛇行部の隣り合う2つの梁が異なる方向に撓み、それが蓄積されて、ミラー150がX軸周り(=垂直方向)に大きな角度で回転することになる。このような構成により、X軸を中心とした垂直方向の光走査が、低電圧で可能となる。一方、Y軸を中心とした水平方向では、ミラー150に接続されたトーションバーなどを利用した共振による光走査が行われる。
<< Configuration of optical deflector >>
FIG. 4 shows the configuration of the light deflector 15. The optical deflector 15 is a MEMS scanner manufactured by a semiconductor process, and as shown in FIG. 4, includes a mirror 150 having a reflecting surface and a plurality of beams arranged in the X-axis direction, and two adjacent beams. Has a pair of meandering portions 152 connected so as to meander through the folded portions. The two adjacent beams of each meandering portion 152 are beam A (152a) and beam B (152b), and are supported by the frame member 154. A plurality of piezoelectric members 156 (for example, PZT) are individually provided on the plurality of beams. By applying different voltages to the piezoelectric members of the two adjacent beams of each meandering portion, the two adjacent beams of the meandering portion bend in different directions, which are accumulated, and the mirror 150 is rotated around the X axis (=). It will rotate at a large angle in the vertical direction). With such a configuration, optical scanning in the vertical direction centered on the X-axis becomes possible at a low voltage. On the other hand, in the horizontal direction centered on the Y-axis, optical scanning by resonance is performed using a torsion bar or the like connected to the mirror 150.
以上のように構成される光偏向器15によって、スクリーン30の画像描画領域に対してレーザビームが2次元的に走査(例えばラスタースキャン)されるとともに(図5参照)、レーザビームの走査位置に応じてLDの発光制御を行うことで画素毎の描画、虚像の表示を行うことができる。なお、図5において、Psは、走査線ピッチである。 The light deflector 15 configured as described above scans the laser beam two-dimensionally (for example, raster scan) with respect to the image drawing area of the screen 30 (see FIG. 5), and at the scanning position of the laser beam. By controlling the light emission of the LD accordingly, it is possible to draw each pixel and display a virtual image. In FIG. 5, Ps is the scanning line pitch.
《光走査、虚像表示》
HUD装置100からは、瞬間的にはレーザビーム径に相当する点像しか投射されないが、非常に高速に走査させるため、一フレーム画像内では十分に人間の目に残像が残っている。この残像現象を利用することで、運転者には、あたかも「表示エリア」に像を投射させているように知覚される。実際には、スクリーン30に映った像が、凹面ミラー40とフロントウインドシールド50によって反射されて運転者に「表示エリア」において虚像として知覚される。このような仕組みであるので、像を表示させない場合は、LDの発光を停止すれば良い。つまり、「表示エリア」において虚像が表示される箇所以外の箇所の輝度を実質0にすることが可能となる。
《Optical scanning, virtual image display》
From the HUD device 100, only a point image corresponding to the diameter of the laser beam is instantaneously projected, but since scanning is performed at a very high speed, a sufficient afterimage remains in the human eye in one frame image. By utilizing this afterimage phenomenon, the driver perceives that the image is projected on the "display area". In reality, the image reflected on the screen 30 is reflected by the concave mirror 40 and the front windshield 50 and perceived by the driver as a virtual image in the "display area". Since it is such a mechanism, if the image is not displayed, the light emission of the LD may be stopped. That is, it is possible to set the brightness of the portion other than the portion where the virtual image is displayed in the "display area" to substantially zero.
すなわち、HUD装置100による虚像の結像位置は、該虚像を結像可能な所定の「表示エリア」内の任意の位置となる。この「表示エリア」は、HUD装置の設計時の仕様で決まる。 That is, the imaging position of the virtual image by the HUD device 100 is an arbitrary position within a predetermined "display area" where the virtual image can be imaged. This "display area" is determined by the specifications at the time of designing the HUD device.
このように、「レーザ走査方式」を採用したことにより、表示したい部分以外では、表示の必要がないためLDを消灯したり、光量を低下させたりするなどの措置を取ることができる。 In this way, by adopting the "laser scanning method", it is possible to take measures such as turning off the LD or reducing the amount of light because there is no need to display the portion other than the portion to be displayed.
これに対して、例えば液晶パネル及びDMDパネルのようなイメージングデバイスで中間像を表現する「パネル方式」では、パネル全体を照明する必要があるため、画像信号としては非表示とするために黒表示であったとしても、液晶パネルやDMDパネルの特性上、完全には0にし難い。そのため、黒部が浮き上がって見えることがあったが、レーザ走査方式ではその黒浮きを無くすことが可能となる。 On the other hand, in the "panel method" in which an intermediate image is expressed by an imaging device such as a liquid crystal panel or a DMD panel, it is necessary to illuminate the entire panel, so that the image signal is displayed in black in order to hide it. Even if it is, it is difficult to completely set it to 0 due to the characteristics of the liquid crystal panel and the DMD panel. Therefore, the black part may appear to be raised, but the laser scanning method makes it possible to eliminate the black part.
ここで、図5に示されるように、スクリーン30における画像描画領域(「有効走査領域」とも呼ぶ)の周辺領域に、走査光検出部60が設けられている。走査光検出部60は、光偏向器15の動作を検出するために設けられ、信号領域に光が照射されることで走査タイミング(ビームの走査位置)を検出し、環境や経時変化に伴う光偏向器15の特性変化を制御して一定の画質を保つために用いられる。走査光検出部60としては、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等を含んで構成される。走査光検出部60の出力信号は、FPGA600に送られる。 Here, as shown in FIG. 5, the scanning light detection unit 60 is provided in the peripheral region of the image drawing region (also referred to as “effective scanning region”) on the screen 30. The scanning light detection unit 60 is provided to detect the operation of the photodetector 15, and detects the scanning timing (scanning position of the beam) by irradiating the signal region with light, and the light accompanying the environment and changes over time. It is used to control changes in the characteristics of the deflector 15 to maintain a constant image quality. The scanning light detection unit 60 includes, for example, a photodiode, a phototransistor, and the like. The output signal of the scanning light detection unit 60 is sent to the FPGA 600.
《光源装置》
以下に、光源部11について詳細に説明する。図6には、光源部11の構成が概略的に示されている。以下では、図6等に示されるαβγ3次元直交座標系を適宜用いて説明する。
《Light source device》
The light source unit 11 will be described in detail below. FIG. 6 schematically shows the configuration of the light source unit 11. In the following, the αβγ three-dimensional Cartesian coordinate system shown in FIG. 6 and the like will be described as appropriate.
光源部11は、一例として図6に示されるように、単数あるいは複数の発光点をそれぞれが有する複数(例えば3つ)の半導体レーザ(光源)を備えている。3つの半導体レーザを、それぞれ半導体レーザ111R、111G、111Bと呼ぶ。 As shown in FIG. 6 as an example, the light source unit 11 includes a plurality of (for example, three) semiconductor lasers (light sources) each having a single or a plurality of light emitting points. The three semiconductor lasers are referred to as semiconductor lasers 111R, 111G, and 111B, respectively.
また、光源部11は、上記3つの半導体レーザに加えて、複数(例えば3つ)のカップリングレンズ112R、112G、112B、複数(例えば3つ)のアパーチャ113R、113G、113B、反射ミラー118、光路合成素子114、光路合成素子115、光路分岐素子119、集光レンズ116、受光素子117aなどを備えている。光源部11の各構成部材は、筐体11aに組み付けられている。なお、図6では、反射ミラー118、光路合成素子114、光路合成素子115、光路分岐素子119は、別体とされているが、これらの少なくとも2つは一体的に設けられても良い。 In addition to the above three semiconductor lasers, the light source unit 11 includes a plurality of (for example, three) coupling lenses 112R, 112G, 112B, a plurality of (for example, three) apertures 113R, 113G, 113B, and a reflection mirror 118. It includes an optical path synthesis element 114, an optical path synthesis element 115, an optical path branching element 119, a condensing lens 116, a light receiving element 117a, and the like. Each component of the light source unit 11 is assembled to the housing 11a. In FIG. 6, the reflection mirror 118, the optical path synthesis element 114, the optical path synthesis element 115, and the optical path branching element 119 are separate bodies, but at least two of them may be integrally provided.
各半導体レーザは、発振波長帯域が互いに異なる端面発光型の半導体レーザ(LD:レーザダイオード)である。すなわち、半導体レーザ111Rは赤色半導体レーザであり、半導体レーザ111Gは緑色半導体レーザであり、半導体レーザ111Bは青色半導体レーザである。ここでは、半導体レーザ111R、111G、111Bの射出方向はいずれも+α方向である。各半導体レーザは、LDドライバ6111が設けられた回路基板200に実装されている。 Each semiconductor laser is an end face emitting type semiconductor laser (LD: laser diode) having different oscillation wavelength bands. That is, the semiconductor laser 111R is a red semiconductor laser, the semiconductor laser 111G is a green semiconductor laser, and the semiconductor laser 111B is a blue semiconductor laser. Here, the ejection directions of the semiconductor lasers 111R, 111G, and 111B are all in the + α direction. Each semiconductor laser is mounted on a circuit board 200 provided with an LD driver 6111.
LD111R、111G、111Bから射出された光束Lr、Lg、Lbは、対応するカップリングレンズ112R、112G、112Bにより後続の光学系にカップリングされる。 The luminous fluxes Lr, Lg, and Lb emitted from the LD111R, 111G, and 111B are coupled to the subsequent optical system by the corresponding coupling lenses 112R, 112G, 112B.
カップリングされた光束は、対応するアパーチャ113R、113G、113Bにより整形される。各アパーチャの開口形状は、光束の発散角等に応じて円形、楕円形、長方形、正方形等、様々な形状とすることができる。 The coupled light flux is shaped by the corresponding apertures 113R, 113G, 113B. The opening shape of each aperture can be various shapes such as a circle, an ellipse, a rectangle, and a square depending on the divergence angle of the light flux.
アパーチャ113Bを介した光束Lbは、反射ミラー118で−β方向に向けて反射され、光路合成素子114(例えばダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー)に入射する。 The luminous flux Lb via the aperture 113B is reflected by the reflection mirror 118 in the −β direction and is incident on the optical path synthesizer 114 (for example, a dichroic prism or a dichroic mirror).
アパーチャ113Gを介した光束Lgは、光路合成素子114で光束Lbと光路合成される。詳述すると、反射ミラー118を介した光束Lbは光路合成素子114の中心を−β方向に透過し、アパーチャ113Gを介した光束Lgは光路合成素子114の中心で−β方向に反射される。 The luminous flux Lg via the aperture 113G is optical path-combined with the luminous flux Lb by the optical path synthesizing element 114. More specifically, the luminous flux Lb via the reflection mirror 118 is transmitted in the −β direction through the center of the optical path synthesizer 114, and the luminous flux Lg via the aperture 113G is reflected in the −β direction at the center of the optical path synthesizer 114.
そして、光束Lgと光束Lbが合成された合成光束Lgbと、アパーチャ113Rを介した光束Lrとが光路合成素子115(例えばダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー)で光路合成され、その合成光束Lrgbが光路分岐素子119に入射される。 Then, the combined luminous flux Lgb in which the luminous flux Lg and the luminous flux Lb are combined and the luminous flux Lr via the aperture 113R are optically path-synthesized by the optical path synthesizer 115 (for example, a dichroic prism or a dichroic mirror), and the combined luminous flux Lrgb is an optical path branching element. It is incident on 119.
合成光束Lrgbは、光路分岐素子119(プレート型のビームスプリッタ)で透過光束Lrgb1と反射光束Lrgb2に分岐される。 The combined luminous flux Lrgb is branched into a transmitted luminous flux Lrgb1 and a reflected luminous flux Lrgb2 by an optical path branching element 119 (plate type beam splitter).
透過光束Lrgb1は、筐体11aの開口の周囲部に該開口を覆うように取り付けられた光透過窓部材5を介して光偏向器15に照射され、スクリーン30上での画像描画(虚像表示)に用いられる。なお、光路分岐素子119と光偏向器15との間の光路上に、例えば光偏向器15側に凹面が向くメニスカスレンズを設置しても良い。 The transmitted luminous flux Lrgb1 is irradiated to the light deflector 15 via a light transmitting window member 5 attached to the periphery of the opening of the housing 11a so as to cover the opening, and an image is drawn (virtual image display) on the screen 30. Used for. A meniscus lens having a concave surface facing the optical deflector 15 may be installed on the optical path between the optical path branching element 119 and the optical deflector 15.
反射光束Lrgb2は、集光レンズ116を介して光検出器117に導かれる。光検出器117は、受光した反射光束Lrgb2の光量に応じた信号を後述する信号処理部120を介してLD制御回路700に出力する。光検出器117は、受光素子117aと、該受光素子117aの出力電流を電圧信号(受光信号)に変換する電流電圧変換器117bとを含んで構成される。受光素子117aとしては、例えばフォトダイオード(PD)やフォトトランジスタを用いることができる。 The reflected luminous flux Lrgb2 is guided to the photodetector 117 via the condenser lens 116. The photodetector 117 outputs a signal corresponding to the amount of light of the received reflected luminous flux Lrgb2 to the LD control circuit 700 via the signal processing unit 120 described later. The photodetector 117 includes a light receiving element 117a and a current-voltage converter 117b that converts the output current of the light receiving element 117a into a voltage signal (light receiving signal). As the light receiving element 117a, for example, a photodiode (PD) or a phototransistor can be used.
電流電圧変換器117bの後段には、受光信号を時間平均する信号処理部120が設けられている。信号処理部120は、ある時間帯Tに入力された受光信号を積算し、その積算値を時間平均し(Tで割って)、LD制御回路700に出力する。なお、信号処理部120は、必須ではなく、電流電圧変換器117bからの受光信号をLD制御回路700に直接出力しても良い。 A signal processing unit 120 that time-averages the received signal is provided in the subsequent stage of the current-voltage converter 117b. The signal processing unit 120 integrates the received light signals input in a certain time zone T, averages the integrated values over time (divides by T), and outputs the integrated values to the LD control circuit 700. The signal processing unit 120 is not essential, and may directly output the received signal from the current-voltage converter 117b to the LD control circuit 700.
なお、図6から明らかなように、各半導体レーザから光路合成素子115までの光路長は互いに異なる。具体的には、半導体レーザ111Bから光路合成素子115までの光路長が最長であり、半導体レーザ111Rから光路合成素子115までの光路長が最短である。これは、虚像で白を構成する際、RGBの合成比率は約2.5:1:0.5であり、赤の光量が多く必要であり、逆に青の光量は小さくてよいことに由来しており、半導体レーザによる光利用効率の低下を抑制するためである。 As is clear from FIG. 6, the optical path lengths from each semiconductor laser to the optical path synthesizer 115 are different from each other. Specifically, the optical path length from the semiconductor laser 111B to the optical path synthesis element 115 is the longest, and the optical path length from the semiconductor laser 111R to the optical path synthesis element 115 is the shortest. This is because when white is composed of a virtual image, the RGB composition ratio is about 2.5: 1: 0.5, a large amount of red light is required, and conversely, the amount of blue light may be small. This is to suppress the decrease in light utilization efficiency due to the semiconductor laser.
LD制御回路700は、光検出器117もしくは信号処理部120の出力に基づいて、半導体レーザ毎の変調信号(パルス信号)を生成し、LDドライバ6111に送る。LDドライバ6111は、半導体レーザ毎の変調信号に応じた駆動電流を該半導体レーザに印加する。 The LD control circuit 700 generates a modulation signal (pulse signal) for each semiconductor laser based on the output of the photodetector 117 or the signal processing unit 120, and sends it to the LD driver 6111. The LD driver 6111 applies a drive current corresponding to the modulation signal of each semiconductor laser to the semiconductor laser.
ここで、半導体レーザの射出光のスペクトル分布は、該半導体レーザの周辺の雰囲気温度、半導体レーザの発光光量に応じて変化し、かつ再現性が乏しい。特に、HUD装置では、車両の周辺環境の明暗のダイナミックレンジが大きいため、それに対応するために要求される発光光量の変動による自己温度の変動が大きくなり、かつ時間や車両の位置によって雰囲気温度が変動するため、発振波長が変動してしまう。すなわち、半導体レーザの発振波長には、「自己温度依存性」と「雰囲気温度依存性」がある。 Here, the spectral distribution of the emitted light of the semiconductor laser changes according to the ambient temperature around the semiconductor laser and the amount of emitted light of the semiconductor laser, and the reproducibility is poor. In particular, in the HUD device, since the dynamic range of light and darkness of the surrounding environment of the vehicle is large, the fluctuation of the self-temperature due to the fluctuation of the amount of emitted light required to cope with it becomes large, and the ambient temperature changes depending on the time and the position of the vehicle. Since it fluctuates, the oscillation wavelength fluctuates. That is, the oscillation wavelength of the semiconductor laser has "self-temperature dependence" and "atmospheric temperature dependence".
以下では、光源部11、光検出器117、信号処理部120、LD制御回路700、LDドライバ6111を含む装置を「光源装置300」と称する。 Hereinafter, a device including a light source unit 11, a photodetector 117, a signal processing unit 120, an LD control circuit 700, and an LD driver 6111 will be referred to as a “light source device 300”.
ところで、所望の色光を生成し、虚像を表示させるには、発振波長が異なる3つの半導体レーザから射出される光(射出光)の波長に基づき、各半導体レーザの射出光のパワーバランスを適切に設定する必要がある。 By the way, in order to generate desired colored light and display a virtual image, the power balance of the emitted light of each semiconductor laser is appropriately adjusted based on the wavelength of the light (emitted light) emitted from three semiconductor lasers having different oscillation wavelengths. Must be set.
このパワーバランスは、各半導体レーザの射出光の波長に基づき決定されるが、所望のパワーバランスに設定するためには、該半導体レーザの射出光の光量をモニタする必要がある。 This power balance is determined based on the wavelength of the emission light of each semiconductor laser, but in order to set the desired power balance, it is necessary to monitor the amount of light emitted from the semiconductor laser.
ところが、HUD装置で用いる半導体レーザは高出力のものが求められるため、低出力の半導体レーザで一般的に採用されているバック光モニタ方式をそのまま転用することは難しい。 However, since the semiconductor laser used in the HUD device is required to have a high output, it is difficult to divert the back light monitor method generally used for the low output semiconductor laser as it is.
そのため、本実施形態では、図6のように3つの半導体レーザ111R、111G、111Bからの光を合成し、その合成光を光路分岐素子119で透過光と反射光に分岐し、該反射光を受光素子117aに導光する方式を採用している。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the light from the three semiconductor lasers 111R, 111G, and 111B is combined, the combined light is branched into the transmitted light and the reflected light by the optical path branching element 119, and the reflected light is divided. A method of guiding light to the light receiving element 117a is adopted.
ここで、光路分岐素子119として図6及び図7に示されるようなプレート型のビームスプリッタ、すなわち平板状の透過反射部材を用いる場合、細心の注意を払わなければならないのが、透過反射部材の入射側の面(以下では「入射側面」とも呼ぶ)や射出側の面(以下では「射出側面」とも呼ぶ)で反射した光の干渉である。なお、「透過反射部材」は、前述したように入射光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部(他の一部)を反射させる部材を意味する。ここでは、透過反射部材の材料を、光学ガラスもしくは光学樹脂としている。 Here, when a plate-type beam splitter as shown in FIGS. 6 and 7, that is, a flat plate-shaped transmission / reflection member is used as the optical path branching element 119, it is necessary to pay close attention to the transmission / reflection member. It is the interference of light reflected on the incident side surface (hereinafter also referred to as “incident side surface”) and the emission side surface (hereinafter also referred to as “injection side surface”). The "transmitted reflection member" means a member that transmits a part of the incident light and reflects at least a part (other part) of the remaining part as described above. Here, the material of the transmission / reflection member is optical glass or optical resin.
この光の干渉について図7を用いて説明する。
図7において、光路分岐素子119への入射ビームB0は、光路分岐素子119の入射側面119aで透過ビームB1と反射ビームB2に分岐される。反射ビームB2は、集光レンズ116を介して受光素子117aに入射される。
This light interference will be described with reference to FIG.
In FIG. 7, the incident beam B 0 to the optical path branching element 119 is branched into a transmitted beam B 1 and a reflected beam B 2 at the incident side surface 119a of the optical path branching element 119. The reflected beam B 2 is incident on the light receiving element 117a via the condenser lens 116.
一方、透過ビームB1は、一部(ビームB3)が光路分岐素子119の射出側面119bを透過して光偏向器15に向かうが、他の一部(ビームB4)が射出側面119bで反射される。このビームB4の一部(1次裏面反射ビームB4−1)は入射側面119aを透過し、ビームB2と干渉を起こす。ビームB4の他の一部は入射側面119aで再び反射するが、2次裏面反射ビーム、3次裏面反射ビーム、…、は急速にエネルギーを損失していくので、ビームB2との実質的な干渉を考察するうえでは、ビームB4の1次裏面反射ビームB4−1との干渉だけを考慮すれば充分である。 On the other hand, a part (beam B 3 ) of the transmitted beam B 1 passes through the injection side surface 119b of the optical path branching element 119 and heads for the light deflector 15, but another part (beam B 4 ) is on the injection side surface 119b. Be reflected. Some of the beam B 4 (1 primary back reflection beam B 4 -1) is transmitted through the entrance-side surface 119a, interferes with beam B 2. Although another part of the beam B 4 is reflected again by the incidence side surface 119a, 2-order back reflection beam, tertiary backside reflected beam, ..., since the gradually lost rapidly energy, essentially of the beam B 2 in order to consider the Do interference, it is sufficient to consider only the interference between the primary rear reflection beam B 4 -1 of the beam B 4.
このような干渉が起こると、図8に示されるように、受光素子117aでの受光光量Pmoniは、半導体レーザに注入される電流値ILD(駆動電流の電流値)に応じて線形性が維持されずに、うねったような曲線(関数)になる。この場合、半導体レーザから射出されるビーム(射出光)の光量を適切な光量に設定することができず、結果として所望の色の虚像を生成することができない。 When such interference occurs, as shown in FIG. 8, the light-receiving amount P moni of the light receiving element 117a is linearity in accordance with the current value I LD to be injected into the semiconductor laser (the current value of the driving current) It becomes a undulating curve (function) without being maintained. In this case, the amount of light of the beam (emission light) emitted from the semiconductor laser cannot be set to an appropriate amount, and as a result, a virtual image of a desired color cannot be generated.
ここで、LD制御回路700は、受光素子117aでの受光光量Pmoniをモニタし、半導体レーザから射出されるビーム(射出光)の光量PLDが所望の光量になるようにILDを決定する、すなわち半導体レーザの発光光量を決定する。なお、PmoniとPLDの対応関係は、予め分かっているので、Pmoniをモニタすれば、所望のPLDになるILDを一義的に決定することが可能である。 Here, LD control circuit 700 monitors the received light amount P moni of the light receiving element 117a, the light amount P LD beam (emitted light) emitted from the semiconductor laser to determine the I LD so that the desired amount of light That is, the amount of emitted light of the semiconductor laser is determined. The correspondence relationship between P moni and P LD, since previously known, by monitoring the P moni, it is possible to uniquely determine I LD to a desired P LD.
光路分岐素子119によって分岐された2つのビームB3、B2において、ビームB3の光量をP3、ビームB2の光量をP2とすると、P3≫P2となるように設定するのが好ましい。なぜならば、車外の輝度(季節や昼夜によって)に応じてHUD装置100の虚像の輝度をダイナミックに変える必要があるし、画像に階調を持たせて、様々な色光を生成する必要もあるからである。 In the two beams B 3 and B 2 branched by the optical path branching element 119, if the amount of light of the beam B 3 is P 3 and the amount of light of the beam B 2 is P 2 , the setting is set to P 3 >> P 2 . Is preferable. This is because it is necessary to dynamically change the brightness of the virtual image of the HUD device 100 according to the brightness outside the vehicle (depending on the season and day and night), and it is also necessary to give gradation to the image to generate various colored lights. Is.
ところが、光路分岐素子119の入射側面119aの反射率をRin=1%、射出側面119bの反射率をRout=1%とすると、
P3=P0×(1−Rin)×(1−Rout)=0.98P0
P2=P0×Rin=0.01P0
(但し、光路分岐素子119への入射ビームB0の光量をP0、光路分岐素子119内部の吸収は無視する。)である。
However, assuming that the reflectance of the incident side surface 119a of the optical path branching element 119 is R in = 1% and the reflectance of the ejection side surface 119b is R out = 1%.
P 3 = P 0 x (1-R in ) x (1-R out ) = 0.98 P 0
P 2 = P 0 x R in = 0.01P 0
(However, the amount of light of the incident beam B 0 to the optical path branching element 119 is P 0 , and the absorption inside the optical path branching element 119 is ignored.).
このように入射ビームB0の98%の光量がHUD装置100による虚像の生成に用いられるものの、射出側面119bで反射されたビームB4の光量をP4とすると、
P4=P0×(1−Rin)2×Rout=0.01P0
であり、ほぼP2と同じ光量となる。そして、ビームB4の1次裏面反射ビームB4−1の光量もP2とさほど変わらない。
As described above, although 98% of the light amount of the incident beam B 0 is used to generate a virtual image by the HUD device 100, assuming that the light amount of the beam B 4 reflected by the injection side surface 119b is P 4 .
P 4 = P 0 × (1-R in ) 2 × R out = 0.01P 0
The amount of light is almost the same as that of P 2 . The amount of the primary back reflection beam B 4 -1 beams B 4 nor much different P 2.
このため、ビームB2と、ビームB4の1次裏面反射ビームB4−1が干渉を起こし、図8のような結果をもたらす。 Therefore, the beam B 2, 1-order back reflection beam B 4 -1 of the beam B 4 are cause interference, resulting in the result shown in FIG.
受光光量Pmoniから光量PLDを推定する場合、PmoniとILDの関係がPLDとILDの関係を相似変換したものになっている必要がある。つまり、図8のようになっていては、PmoniからPLDを推定することはできない。 When estimating the amount of light P LD from the received light amount P moni, there must be in the what relationship P moni and I LD has similarity transformation of the relationship between P LD and I LD. In other words, it is shown in Figure 8 can not be estimated P LD from P moni.
そこで、発明者らは、鋭意検討の末、光路分岐素子119の厚さdを適切に設定することにより、図8に示されるうねりの振幅が低減し、干渉の成分を無視できることを見出した。 Therefore, after diligent studies, the inventors have found that the amplitude of the swell shown in FIG. 8 can be reduced and the interference component can be ignored by appropriately setting the thickness d of the optical path branching element 119.
つまり、厚さdによって、光路分岐素子119の入射側面119aで反射されたビームB2とビームB4の1次裏面反射ビームB4−1を充分に離間させることができ、そもそも干渉をほとんど(実使用上において無視できる程度に)起こさないようにすることが可能である。 That is, almost by the thickness d, the primary back reflection beam B 4 -1 of the beam B 2 and the beam B 4 reflected by the entrance surface 119a of the optical path splitting element 119 can be sufficiently spaced originally interference ( It is possible to prevent it from occurring (to the extent that it can be ignored in actual use).
この場合には、受光素子117aでの受光光量Pmoniは、半導体レーザに注入される電流値ILDに応じて略線形性を維持することでき(図11参照)、半導体レーザから射出されるビーム(射出光)の光量を適切な光量に設定することができ、結果として所望の色の虚像を生成することができる。 In this case, the received light amount P moni of the light receiving element 117a can be maintained substantially linearity in accordance with the current value I LD to be injected into the semiconductor laser (see FIG. 11), the beam emitted from the semiconductor laser The amount of light (emission light) can be set to an appropriate amount, and as a result, a virtual image of a desired color can be generated.
具体的には、光路分岐素子119への入射光のビーム径をDとしたときに、
2×d×cosθ×tan[arcsin(sinθ÷n)]≧0.5×D…(1)
(但し、nは光路分岐素子の屈折率、θは光路分岐素子への入射光の入射角)
を満たすように厚さdを設定することにより、干渉の成分を殆ど無視できる。「ビーム径」は、例えばピーク強度値から1/e2(13.5%)に落ちたときの強度での幅と定義することができる。
Specifically, when the beam diameter of the incident light on the optical path branching element 119 is D,
2 × d × cos θ × tan [arcsin (sin θ ÷ n)] ≧ 0.5 × D… (1)
(However, n is the refractive index of the optical path branching element, θ is the angle of incidence of the incident light on the optical path branching element)
By setting the thickness d so as to satisfy the above conditions, the interference component can be almost ignored. The "beam diameter" can be defined as, for example, the width at the intensity when the peak intensity value drops to 1 / e 2 (13.5%).
詳述すると、例えばビームB0の強度分布がガウス分布であるとき、図23に示されるようにビームB2と1次裏面反射ビームB4−1の強度分布もガウス分布となる。図23では、ビームB2と1次裏面反射ビームB4−1は、一部(裾の部分)が重なり、この重なり部分では干渉が起こっているが、ピーク強度と比較して極めて低い強度であるため、ILD−Pmoni特性には影響しない。 More specifically, for example, when the intensity distribution of the beam B 0 is a Gaussian distribution, the intensity distribution of the beam B 2 and the primary back reflection beam B 4 -1 as shown in Figure 23 is also a Gaussian distribution. In Figure 23, the beam B 2 and the primary back reflection beam B 4 -1, a portion (portion of the skirt) overlap, but the interference is occurring at this overlapped portion, at a very low intensity compared to the peak intensity some reason, does not affect the I LD -P moni characteristics.
なお、半導体レーザの射出光の断面が軸対称な形状(きれいな楕円形)であればビーム径を例えば同一面積の円に置き換えて容易に求めることができるが、実際には、射出光の断面形状は多少崩れており、ビーム径を求めるのが困難な場合もある。 If the cross section of the emitted light of the semiconductor laser has an axisymmetric shape (a beautiful ellipse), the beam diameter can be easily obtained by replacing it with, for example, a circle having the same area, but in reality, the cross-sectional shape of the emitted light Is slightly broken and it may be difficult to determine the beam diameter.
そこで、「光路分岐素子119への入射光のビーム径」に代えて「アパーチャの開口径」を上記(1)式のDとしても良い。この場合、半導体レーザの射出光の断面形状によらず、厚さdを適切な値に設定することが可能となる。 Therefore, instead of the "beam diameter of the incident light on the optical path branching element 119", the "opening diameter of the aperture" may be set to D in the above equation (1). In this case, the thickness d can be set to an appropriate value regardless of the cross-sectional shape of the emitted light of the semiconductor laser.
なお、「アパーチャの開口径」は、アパーチャの開口形状が円形である場合はその直径であり、アパーチャの開口形状が例えば楕円形、長方形、正方形等の円形以外の形状である場合はその開口面積と同一面積の円の直径である。 The "aperture opening diameter" is the diameter when the aperture shape of the aperture is circular, and the opening area when the aperture shape of the aperture is a shape other than a circle such as an ellipse, a rectangle, or a square. Is the diameter of a circle with the same area as.
また、光路分岐素子119への入射光のビーム径に代えて、光路分岐素子119への入射光の有効ビーム径(Effective Beam Diameter)をDとしても良い。この場合も、半導体レーザの射出光の断面形状によらず、厚さdを適切な値に設定することが可能となる。 Further, instead of the beam diameter of the incident light on the optical path branching element 119, the effective beam diameter of the incident light on the optical path branching element 119 may be D. Also in this case, the thickness d can be set to an appropriate value regardless of the cross-sectional shape of the emitted light of the semiconductor laser.
ここで、「有効ビーム径」は、測定されたビームのピーク強度に対して所定のパーセンテージ(例えば10%〜90%の所定%、好ましくは20%〜80%の所定%、より好ましくは30%〜70%の所定%)以上の強度をもつ部分の面積と等しい面積を、円の面積に置き換え、そのときの直径で定義される。なお、「有効ビーム径」を「アパーチャの開口径」によって設定しても良い。 Here, the "effective beam diameter" is a predetermined percentage (for example, a predetermined% of 10% to 90%, preferably a predetermined% of 20% to 80%, more preferably 30%) with respect to the peak intensity of the measured beam. The area equal to the area of the portion having an intensity of ~ 70% (predetermined%) or more is replaced with the area of a circle, and is defined by the diameter at that time. The "effective beam diameter" may be set by the "aperture aperture diameter".
なお、半導体レーザに代えて、例えば面発光レーザ(VCSEL)を用いる場合には、射出光の断面形状が円形になるので、「光路分岐素子119への入射光のビーム径」を、シングルモードの場合にはピーク強度値から1/e2(13.5%)に落ちたときの強度での幅と定義し、マルチモードの場合はピーク強度値から1/eに落ちたときの強度での幅や半値幅(ピーク強度値の50%での幅)と定義することが可能である。なお、「ビーム径」を「アパーチャの開口径」によって設定しても良い。無論、面発光レーザを用いる場合に、「光路分岐素子119への入射光の有効ビーム径」や「アパーチャの開口径」をDとしても良い。 When, for example, a surface emitting laser (VCSEL) is used instead of the semiconductor laser, the cross-sectional shape of the emitted light is circular, so that the “beam diameter of the incident light on the optical path branching element 119” is set to single mode. In the case, it is defined as the width at the intensity when it drops to 1 / e 2 (13.5%) from the peak intensity value, and in the case of multi-mode, it is defined as the intensity when it drops from the peak intensity value to 1 / e. It can be defined as a width or a half-price width (width at 50% of the peak intensity value). The "beam diameter" may be set by the "aperture aperture diameter". Of course, when a surface emitting laser is used, the "effective beam diameter of the incident light on the optical path branching element 119" and the "aperture aperture diameter" may be set to D.
厚さdを上記(1)式が満足される最小値よりも十分に厚くすることができ、かつビームB2と1次裏面反射ビームB4−1が環境変動や振動によって受光素子117aからはみ出るようなことがなければ、ILD−Pmoni特性は、図11のようになる。 The thickness d can be sufficiently thicker than the minimum value which the equation (1) is satisfied, and protrude from the light receiving element 117a beams B 2 and the primary back reflection beam B 4 -1 are due to environmental fluctuation or vibration without something like, I LD -P moni characteristic is as shown in Figure 11.
また、厚さdを上記(1)式が満足される最小値よりも十分に厚くすることができれば、ビームB2とビームB4の1次裏面反射ビームB4−1の離間距離が大きくなるので、1次裏面反射ビームB4−1を図9に示されるように遮光部材105で遮光する方法を採ることができる。遮光部材105は、光を吸収する材料で構成することが好ましい。なお、遮光部材105は、光を光量モニタや虚像生成に影響しない方向へ反射させる部材としても良い。この場合に、遮光部材105からの光の反射方向に光吸収性を有する部材を配置しても良い。 Further, if the thickness d be sufficiently larger than the minimum value which the equation (1) is satisfied, the distance of the beam B 2 and the beam B 4 of the primary back reflection beam B 4 -1 increases since, it is possible to adopt a method of shielding the primary back reflection beam B 4 -1 in the light shielding member 105 as shown in FIG. The light-shielding member 105 is preferably made of a material that absorbs light. The light-shielding member 105 may be a member that reflects light in a direction that does not affect the light intensity monitor or virtual image generation. In this case, a member having light absorption may be arranged in the direction of reflection of light from the light-shielding member 105.
この場合、上記(1)式が満たされ、かつビームB2が環境変動や振動によって受光素子117aからはみ出るようなことがなければ、ILD−Pmoni特性は、図11のようになる。 In this case, the above equation (1) is satisfied, and if there is no possible beam B 2 is such as to extend to the outside of the light receiving element 117a by environmental changes or vibration, I LD -P moni characteristic it is as shown in Figure 11.
しかし、本実施形態のように波長が異なる複数のビームをそれぞれ光路分岐素子119で分岐させる場合、各ビームの光路が異なるので、光路分岐素子119の厚さdをあまり厚くできないこともある。 However, when a plurality of beams having different wavelengths are branched by the optical path branching element 119 as in the present embodiment, the optical path of each beam is different, so that the thickness d of the optical path branching element 119 may not be so thick.
このように厚さdを上記(1)式が満足される最小値よりも十分に厚くすることができない場合には、ビームB2と1次裏面反射ビームB4−1の離間距離をあまり大きくできないので、ビームB2と1次裏面反射ビームB4−1を図10のように受光素子117aに入射させる構成を採用しても良い。 In such a case where the thickness d above (1) can not be sufficiently thicker than the minimum satisfied, the distance of the beam B 2 and the primary back reflection beam B 4 -1 modest can not, may be adopted to be incident beam B 2 and the primary back reflection beam B 4 -1 to the light-receiving element 117a as shown in FIG. 10.
この場合、上記(1)式が満たされ、かつビームB2と1次裏面反射ビームB4−1が、環境変動や振動によって受光素子117aからはみ出るようなことがなければ、ILD−Pmoni特性は、図11のようになる。 In this case, the above equation (1) is satisfied, and the beam B 2 and the primary back reflection beam B 4 -1 is, unless something like protrude from the light receiving element 117a by environmental changes or vibration, I LD -P moni The characteristics are as shown in FIG.
また、光路分岐素子119の厚さdを、上記(1)式を満足するように設定できれば、光路分岐素子119の両面(入射側面119a及び射出側面119b)をノンコート(反射防止膜でコートしないこと)にすることができる。 Further, if the thickness d of the optical path branching element 119 can be set so as to satisfy the above equation (1), both sides (incident side surface 119a and ejection side surface 119b) of the optical path branching element 119 should not be coated with an antireflection film. ) Can be.
ノンコートによりコストが低減できるメリットがあるが、それ以上に反射防止膜による分光特性を考慮する必要がなくなり、半導体レーザから射出されるビームの波長変動に起因する反射率/透過率の変動を低減できる。 The non-coating has the advantage of reducing costs, but it is no longer necessary to consider the spectral characteristics of the antireflection film, and it is possible to reduce the fluctuation of reflectance / transmittance due to the wavelength fluctuation of the beam emitted from the semiconductor laser. ..
反射防止膜の分光特性は、理想的には波長に依存して滑らかに変化することが好ましいが、実際は微小なノイズ成分を有しており(図12参照)、これがILD−Pmoni特性のうねり成分として発現することがある。反射防止膜の分光特性の微小ノイズ成分を低減することは技術的に極めて困難であるため、光路分岐素子119をノンコートにすることができれば、より好ましい形でILD−Pmoni特性を取得することができる。 Spectral characteristics of the antireflection film is preferably smoothly varying depending on the wavelength ideally, actually has a very small noise component (see Fig. 12), which is the I LD -P moni characteristics It may be expressed as a swell component. For reducing the fine noise component of the spectral characteristics of the antireflection film is technically very difficult, if it is possible to the optical path branching element 119 into non-coated, obtaining a I LD -P moni characteristics in a more preferred form Can be done.
ここで、図13において、光路分岐素子119は屈折率n=1.5の材質で構成されている。この光路分岐素子119に対して入射角θ(=45°)でp偏光の入射ビームB0が入射している。光路分岐素子119は両面ともにノンコートであり、入射側面119aの反射率の入射角依存性は図14のようになっている。よって、入射角θ=45°の入射側面119aにおける反射率Rin=0.85%である。 Here, in FIG. 13, the optical path branching element 119 is made of a material having a refractive index of n = 1.5. A p-polarized light incident beam B 0 is incident on the optical path branching element 119 at an incident angle θ (= 45 °). The optical path branching element 119 is uncoated on both sides, and the incident angle dependence of the reflectance of the incident side surface 119a is as shown in FIG. Therefore, the reflectance R in = 0.85% on the incident side surface 119a at the incident angle θ = 45 °.
また、図13において、射出側面119bに対するビームB1の入射角φは、φ=sin−1(sin45°/1.5)=28.13°であり、射出側面119bの反射率の入射角依存性は図15のようになっている。よって、入射角φ=28.13°の射出側面119bにおける反射率Rout=0.85%である。
このとき、
P1=P0×(1−Rin)×(1−Rout)=0.98P0
P2=P0×Rin=0.01P0
であり、P1≫P2というHUD装置100にとって理想的な状況を作ることができる。
Further, in FIG. 13, the incident angle φ of the beam B 1 with respect to the injection side surface 119b is φ = sin -1 (sin 45 ° / 1.5) = 28.13 °, and the reflectance of the injection side surface 119b depends on the incident angle. The sex is as shown in FIG. Therefore, the reflectance R out = 0.85% on the injection side surface 119b at the incident angle φ = 28.13 °.
At this time,
P 1 = P 0 x (1-R in ) x (1-R out ) = 0.98 P 0
P 2 = P 0 x R in = 0.01P 0
Therefore, it is possible to create an ideal situation for the HUD device 100, which is P 1 >> P 2 .
また、このときの光路分岐素子119の厚さdは、ビームB2、ビームB4それぞれのビームスポットサイズωが2mmであったので、d=2mmとしている。このとき、2×d×cosθ×tan[arcsin(sinθ÷n)]=1.51mmとなり、上記(1)式を満たしており、干渉を防止できていることがわかる。 Further, the thickness d of the optical path branching element 119 at this time is set to d = 2 mm because the beam spot size ω of each of the beam B 2 and the beam B 4 was 2 mm. At this time, 2 × d × cos θ × tan [arcsin (sin θ ÷ n)] = 1.51 mm, which satisfies the above equation (1), and it can be seen that interference can be prevented.
上記の例では、光路分岐素子119に対する入射ビームB0をp偏光の直線偏光としたが、s偏光とすることもできる。しかし、光路分岐素子119に対して入射角θ(=45°)でs偏光の入射ビームB0を入射させると、入射側面119aにおける反射率Rin=9.2%、射出側面119bにおける反射率Rout=9.2%となる。
このとき、
P1=P0×(1−Rin)×(1−Rout)=0.82P0
P2=P0×Rin=0.1P0
であり、p偏光のときに比べてP1が減り、P2が増えてHUD装置100にとって理想的な状況を作ることができない。
In the above example, the incident beam B 0 for the optical path branching element 119 is linearly polarized with p-polarized light, but s-polarized light can also be used. However, when the incident beam B 0 of s-polarized light is incident on the optical path branching element 119 at an incident angle θ (= 45 °), the reflectance R in = 9.2% on the incident side surface 119a and the reflectance on the emission side surface 119b. R out = 9.2%.
At this time,
P 1 = P 0 x (1-R in ) x (1-R out ) = 0.82 P 0
P 2 = P 0 x R in = 0.1P 0
Therefore, P 1 is reduced and P 2 is increased as compared with the case of p-polarized light, and an ideal situation for the HUD device 100 cannot be created.
実際、図15から分かるように、s偏光の反射率は4%以下になることはなく、p偏光と同じ状況を作ることは原理的にできない。仮にRin=5%としても、入射角θ=25°近傍で、光路分岐素子119のレイアウト性を著しく悪くする。 In fact, as can be seen from FIG. 15, the reflectance of s-polarized light never falls below 4%, and in principle it is not possible to create the same situation as p-polarized light. Even if R in = 5%, the layout of the optical path branching element 119 is significantly deteriorated in the vicinity of the incident angle θ = 25 °.
このような事情から、光路分岐素子119に対する入射ビームの偏光はp偏光とするのが好ましいことが理解できる。 From such a situation, it can be understood that the polarization of the incident beam with respect to the optical path branching element 119 is preferably p-polarized light.
具体的には、半導体レーザが、偏光方向(活性層に平行な方向)がαβ平面に平行になるように配置される場合には、例えば図6のような光路分岐素子119の配置(光路分岐素子119をαβ平面に対して垂直に配置)によって、光路分岐素子119に対する入射ビームB0はp偏光となる。 Specifically, when the semiconductor laser is arranged so that the polarization direction (direction parallel to the active layer) is parallel to the αβ plane, for example, the arrangement of the optical path branching element 119 as shown in FIG. 6 (optical path branching). By arranging the element 119 perpendicular to the αβ plane), the incident beam B 0 with respect to the optical path branching element 119 becomes p-polarized.
一方、半導体レーザが、偏光方向(活性層に平行な方向)がαβ平面に垂直になるように配置される場合には、例えば図20のような光路分岐素子207の配置(光路分岐素子207をαβ平面に対して傾斜して配置)によって、光路分岐素子207に対する入射ビームB0はp偏光となる。 On the other hand, when the semiconductor laser is arranged so that the polarization direction (direction parallel to the active layer) is perpendicular to the αβ plane, for example, the arrangement of the optical path branching element 207 (optical path branching element 207) as shown in FIG. 20 (Arranged at an angle with respect to the αβ plane), the incident beam B 0 with respect to the optical path branching element 207 becomes p-polarized.
図6に戻り、LD制御回路700は、波長推定部700a、パワーバランス決定部700b、変調信号生成部700cを含む。 Returning to FIG. 6, the LD control circuit 700 includes a wavelength estimation unit 700a, a power balance determination unit 700b, and a modulation signal generation unit 700c.
波長推定部700aは、光検出器117の出力信号(受光光量に応じた信号)と温度センサ130の出力信号に基づいて、各半導体レーザの射出光の波長を推定する。 The wavelength estimation unit 700a estimates the wavelength of the emission light of each semiconductor laser based on the output signal of the photodetector 117 (the signal corresponding to the amount of received light) and the output signal of the temperature sensor 130.
具体的には、波長推定部700aは、受光素子117aでの受光光量Pmoni(光検出器117の出力信号)をモニタし、Pmoniに対し、半導体レーザから受光素子117aまでの光利用効率ηを演算して、現在の半導体レーザの発光光量Pに変換する(P=Pmoni÷η)。 Specifically, the wavelength estimation unit 700a monitors the light reception light amount P moni (output signal of the photodetector 117) in the light receiving element 117a, and the light utilization efficiency η from the semiconductor laser to the light receiving element 117a with respect to the P moni. Is calculated and converted into the amount of emitted light P of the current semiconductor laser (P = P moni ÷ η).
半導体レーザの発振方法としては、HUD装置の虚像としてどのような情報を生成するかによって、さまざまなパルス発振が考えられるが、発光光量Pを「時間平均された時間平均光量」と定義すると、波長の推定が精度よくできることを発明者らは見出した。 As the oscillation method of the semiconductor laser, various pulse oscillations can be considered depending on what kind of information is generated as a virtual image of the HUD device. If the emitted light amount P is defined as "time averaged time average light amount", the wavelength The inventors have found that the estimation can be performed accurately.
ここで、波長推定部700aによって推定される波長(推定対象の波長)について説明する。 Here, the wavelength estimated by the wavelength estimation unit 700a (wavelength to be estimated) will be described.
例えば、縦マルチモード発振のスペクトラム分布を発振波長帯域に有している半導体レーザでは、縦単一モード発振する半導体レーザと異なり、何を以ってこの半導体レーザの出射光の波長(推定対象の波長)と定めるかは、非常に難しい。 For example, in a semiconductor laser having a spectrum distribution of vertical multimode oscillation in the oscillation wavelength band, unlike a semiconductor laser that oscillates in vertical single mode, what is the wavelength of the emitted light of this semiconductor laser (estimation target). It is very difficult to determine (wavelength).
しかし、HUD装置において虚像の色を生成することを考えた場合、推定対象の波長を、縦マルチモードにおけるピーク強度の−20dB以上の強度を有する波長成分を加重平均した波長(以下では「加重平均波長」とも呼ぶ)と定義すると、この波長に基づいたパワーバランスと色生成の相関が非常に高いことが発明者らの検討で分かった。 However, when considering the generation of the color of a virtual image in the HUD device, the wavelength to be estimated is the wavelength obtained by weighted averaging the wavelength components having an intensity of -20 dB or more of the peak intensity in the vertical multimode (hereinafter, "weighted average"). When defined as "wavelength"), the inventors have found that the correlation between power balance and color generation based on this wavelength is very high.
−20dBよりも小さい強度を有する波長成分は、色生成の誤差としては殆んど無視できるし、また加重平均波長であれば、LEDなどで採用されているドミナント波長のように半導体レーザの色座標を求める必要がないので、測定も容易である。 Wavelength components with an intensity smaller than -20 dB can be almost ignored as an error in color generation, and if it is a weighted average wavelength, the color coordinates of a semiconductor laser like the dominant wavelength used in LEDs and the like. It is easy to measure because it is not necessary to obtain.
一方、縦単一モード発振する半導体レーザでは、単一のスペクトルの波長そのものが推定対象の波長である。 On the other hand, in a semiconductor laser that oscillates in a vertical single mode, the wavelength of a single spectrum itself is the wavelength to be estimated.
ここで、上述の如く半導体レーザの射出光の波長は雰囲気温度依存性があるため、温度センサ130を、半導体レーザの雰囲気温度を取得できる位置に設置するのが好ましい。もちろん半導体レーザが収容されるパッケージ温度をモニタしても良いが、その場合には、その情報から雰囲気温度を抽出するプロセスが必要となり、波長推定精度が低下することが懸念される。 Here, since the wavelength of the emission light of the semiconductor laser depends on the ambient temperature as described above, it is preferable to install the temperature sensor 130 at a position where the ambient temperature of the semiconductor laser can be acquired. Of course, the package temperature in which the semiconductor laser is housed may be monitored, but in that case, a process of extracting the ambient temperature from the information is required, and there is a concern that the wavelength estimation accuracy may be lowered.
また、半導体レーザのパルス発振を高速化するためには、LDドライバ6111と半導体レーザの配線長は短い方が好ましいが、この場合、LDドライバ6111の駆動による発熱が、回路基板200のグランド層を伝搬し半導体レーザの温度上昇を助長する。すなわち、半導体レーザが収容されるパッケージ温度は、雰囲気温度、半導体レーザの温度、LDドライバ6111の温度の3つの温度成分が合成された温度であるため、この温度から雰囲気温度を抽出するのは非常に困難である。 Further, in order to speed up the pulse oscillation of the semiconductor laser, it is preferable that the wiring length between the LD driver 6111 and the semiconductor laser is short. In this case, the heat generated by driving the LD driver 6111 causes the ground layer of the circuit board 200 to be generated. It propagates and promotes the temperature rise of the semiconductor laser. That is, since the package temperature in which the semiconductor laser is housed is the temperature at which the three temperature components of the ambient temperature, the semiconductor laser temperature, and the LD driver 6111 temperature are combined, it is extremely difficult to extract the ambient temperature from this temperature. It is difficult to.
そこで、本実施形態では、温度センサ130を、一例として、筐体11a内における各半導体レーザからある程度離れたアパーチャ113Bの近傍に設置している。無論、他のアパーチャ近傍、反射ミラー近傍、光路合成素子近傍、集光レンズ近傍等の他の位置に設けても良いが、いずれにしても半導体レーザの周辺の雰囲気温度を計測するのに適正な距離範囲に設置することが望ましい。 Therefore, in the present embodiment, as an example, the temperature sensor 130 is installed in the vicinity of the aperture 113B in the housing 11a, which is some distance away from each semiconductor laser. Of course, it may be provided at other positions such as near other apertures, near the reflection mirror, near the optical path synthesizer, near the condensing lens, etc., but in any case, it is suitable for measuring the ambient temperature around the semiconductor laser. It is desirable to install it within a distance range.
温度センサ130としては、半導体レーザ周辺の雰囲気の温度を計測可能な温度センサであれば良く、例えば熱電対、サーミスタ、測温抵抗体、放射温度計等が挙げられる。 The temperature sensor 130 may be any temperature sensor capable of measuring the temperature of the atmosphere around the semiconductor laser, and examples thereof include a thermocouple, a thermistor, a resistance temperature detector, and a radiation thermometer.
発明者らは、半導体レーザの種類に拠らず、射出光の波長の温度依存性が線形であることに着目し、この性質を利用することにより半導体レーザの射出光の波長を精度よく推定できることを見出した。 The inventors have focused on the fact that the temperature dependence of the wavelength of the emitted light is linear regardless of the type of the semiconductor laser, and by utilizing this property, the wavelength of the emitted light of the semiconductor laser can be estimated accurately. I found.
そこで、本実施形態では、温度センサ130を用いて半導体レーザの周辺の雰囲気温度をモニタし、かつ光検出器117を用いて半導体レーザの発光光量をモニタすることにより、「雰囲気温度依存性」と「自己温度依存性」の両面から各半導体レーザの射出光の波長を推定することとしている。 Therefore, in the present embodiment, the ambient temperature around the semiconductor laser is monitored by using the temperature sensor 130, and the amount of emitted light of the semiconductor laser is monitored by using the photodetector 117, thereby indicating "atmospheric temperature dependence". The wavelength of the emitted light of each semiconductor laser is estimated from both sides of "self-temperature dependence".
具体的には、波長推定部700aは、受光素子117aでの受光光量をモニタするのに加えて、温度センサ130での計測温度をモニタし、半導体レーザの射出光の現在の波長を推定する。 Specifically, the wavelength estimation unit 700a monitors the measured temperature of the temperature sensor 130 in addition to monitoring the amount of light received by the light receiving element 117a, and estimates the current wavelength of the emitted light of the semiconductor laser.
このとき、半導体レーザの射出光の現在の波長λは、
λ(0):基準波長
α:雰囲気温度係数
Ta:現在の雰囲気温度
Ta (0):基準波長測定時の雰囲気温度
β:光量係数
P:現在の発光光量
P(0):基準波長測定時の発光光量
として、次の(2)式で表される。
λ=λ(0)+α×(Ta−Ta (0))+β×(P−P(0))…(2)
At this time, the current wavelength λ of the emission light of the semiconductor laser is
λ (0) : Reference wavelength α: Atmospheric temperature coefficient T a : Current atmospheric temperature Ta (0) : Atmospheric temperature at the time of reference wavelength measurement β: Light intensity coefficient P: Current emission light intensity P (0) : Reference wavelength measurement The amount of emitted light at an hour is expressed by the following equation (2).
λ = λ (0) + α × (T a −T a (0) ) + β × (PP (0) )… (2)
基準波長λ(0)は、上記加重平均波長であることが望ましい。この場合、実質的に現在の波長λも上記加重平均波長となる。 The reference wavelength λ (0) is preferably the weighted average wavelength. In this case, the current wavelength λ is also substantially the weighted average wavelength.
上記(2)式を用いることで、現在の雰囲気温度、現在の発光光量がいかなる値であっても、現在の波長λを精度良く推定することができる。 By using the above equation (2), the current wavelength λ can be estimated accurately regardless of the current atmospheric temperature and the current amount of emitted light.
基準波長λ(0)は、もし半導体レーザから発振されるパルス条件が常に固定されている場合には、任意の雰囲気温度Ta (0)、及び任意の光量P(0)における「ある1条件」で取得された波長で良いが、HUD装置100の虚像として生成される情報はさまざまであり、更に車外の輝度に応じてHUD装置100の虚像の輝度も変える必要があることから、パルス発振が1つの条件で固定されているということは一般的に考えにくい。 The reference wavelength λ (0) is “a certain condition” at an arbitrary ambient temperature Ta (0) and an arbitrary light intensity P (0) if the pulse condition oscillated from the semiconductor laser is always fixed. However, the information generated as a virtual image of the HUD device 100 is various, and it is necessary to change the brightness of the virtual image of the HUD device 100 according to the brightness outside the vehicle. It is generally unlikely that it is fixed under one condition.
この場合、基準波長λ(0)は、P(0)=0[W]における仮想的な波長と定義するのが好ましい。なぜならば、すべてのパルス条件で共通な状況は、P(0)=0[W]以外にないからである。 In this case, the reference wavelength λ (0) is preferably defined as a virtual wavelength at P (0) = 0 [W]. This is because there is no situation common to all pulse conditions other than P (0) = 0 [W].
当然、P(0)=0[W]という状況下で波長を実測することはできないが、図16に示されるようにP1、P2、…、P5、P6と半導体レーザの発光光量を変化させ、それに対応した波長λ1、λ2、…、λ5、λ6から線形補間することで、P(0)=0[W]における仮想的な波長を求めることができ、これが基準波長λ(0)である。この際、極短時間であれば、雰囲気温度は略一定とみなすことができるため、基準波長の測定誤差はほとんど生じない。 Naturally, the wavelength cannot be actually measured under the condition of P (0) = 0 [W], but as shown in FIG. 16, P 1 , P 2 , ..., P 5 , P 6 and the amount of emitted light of the semiconductor laser are emitted. The virtual wavelength at P (0) = 0 [W] can be obtained by linearly interpolating from the corresponding wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λ 5 and λ 6 by changing. The wavelength is λ (0) . At this time, since the ambient temperature can be regarded as substantially constant for an extremely short time, the measurement error of the reference wavelength hardly occurs.
なお、図16では、半導体レーザの発光光量を6段階に変化させて各段階で波長を測定しているが、これに限らず、要は、半導体レーザの発光光量を少なくとも2段階に変化させて各段階で波長を測定すれば良い。大抵のLDは線形性が非常に良いため、例えば2段階(低発光光量と高発光光量)で波長の測定を行って得られた2つのプロットを通る直線と縦軸の交点(切片)として基準波長を求めることもできる。 In FIG. 16, the emission light amount of the semiconductor laser is changed in 6 steps and the wavelength is measured in each step. However, the wavelength is not limited to this, and the point is that the emission light amount of the semiconductor laser is changed in at least 2 steps. The wavelength may be measured at each stage. Since most LDs have very good linearity, for example, the intersection (intercept) between the straight line and the vertical axis passing through the two plots obtained by measuring the wavelength in two steps (low emission light amount and high emission light amount) is used as a reference. You can also find the wavelength.
また、同一発振波長帯域(同一色)の半導体レーザ間でも、発振波長には±5nm程度の範囲の個体差があるため、個々の半導体レーザについて基準波長の測定を行うことが好ましい。 Further, even among semiconductor lasers having the same oscillation wavelength band (same color), there are individual differences in the oscillation wavelength in the range of about ± 5 nm, so it is preferable to measure the reference wavelength for each semiconductor laser.
一方、温度係数α、光量係数βは、半導体レーザ毎の個体差がほとんどないため、色毎に一定値に決まる。勿論、波長推定精度を高めるために、温度係数α、光量係数βを個体毎に予め測定して、その測定値を波長推定部700aのファームウェアに書き込んでも良い。 On the other hand, the temperature coefficient α and the light intensity coefficient β are determined to be constant values for each color because there is almost no individual difference for each semiconductor laser. Of course, in order to improve the wavelength estimation accuracy, the temperature coefficient α and the light amount coefficient β may be measured in advance for each individual, and the measured values may be written in the firmware of the wavelength estimation unit 700a.
図16に示される基準波長を求めるプロセスは、波長測定器(例えばスペクトルアナライザ等)を用いて半導体レーザ毎に行われる。取得された基準波長、基準波長測定時の雰囲気温度、基準波長測定時の発光光量は、上記(2)式に代入される。具体的には、取得された基準波長、該基準波長測定時の雰囲気温度及び発光光量の数値が波長推定部700aのファームウェアに書き込まれる。 The process of obtaining the reference wavelength shown in FIG. 16 is performed for each semiconductor laser using a wavelength measuring device (for example, a spectrum analyzer or the like). The acquired reference wavelength, the atmospheric temperature at the time of measuring the reference wavelength, and the amount of emitted light at the time of measuring the reference wavelength are substituted into the above equation (2). Specifically, the acquired reference wavelength, the atmospheric temperature at the time of measuring the reference wavelength, and the numerical values of the amount of emitted light are written in the firmware of the wavelength estimation unit 700a.
波長推定部700aは、半導体レーザ111R、111G、111Bから異なるタイミングで射出され受光素子117aで異なるタイミングで受光された光の受光光量Pmoni (赤)、Pmoni (緑)、Pmoni (青)をモニタし、そのモニタ情報から現在の半導体レーザの発光光量P(赤)、P(緑)、P(青)を算出する(P(赤)=Pmoni (赤)÷η(赤)、P(緑)=Pmoni (緑)÷η(緑)、P(青)=Pmoni (青)÷η(青))。 Wavelength estimator 700a includes a semiconductor laser 111R, 111G, emitted at different timings from 111B received light amount P moni of light received at different timings by the light receiving element 117a (red), P moni (green), P moni (blue) And calculate the amount of light emitted by the current semiconductor laser P (red) , P (green) , P (blue) from the monitor information (P (red) = P moni (red) ÷ η (red) , P (Green) = P moni (green) ÷ η (green) , P (blue) = P moni (blue) ÷ η (blue) ).
そして、波長推定部700aは、温度センサ130での現在の雰囲気温度Taの情報から、各半導体レーザから射出されている光の現在の波長λを、上記(2)式により算出し、その算出結果をパワーバランス決定部700bに送る。 Then, the wavelength estimator 700a from the information of the current ambient temperature T a of the temperature sensor 130, a current wavelength λ of light being emitted from the semiconductor laser, is calculated by the equation (2), the calculated The result is sent to the power balance determination unit 700b.
パワーバランス決定部700bは、画像データの画素毎の色と3つの半導体レーザの現在の波長に基づいて、該色の光を生成するのに好適な(適正な)パワーバランスとなるように各半導体レーザの発光光量を設定し、その設定値を変調信号生成部700cに送る。 The power balance determination unit 700b is based on the color of each pixel of the image data and the current wavelengths of the three semiconductor lasers, so that each semiconductor has a suitable (appropriate) power balance for generating light of that color. The amount of light emitted by the laser is set, and the set value is sent to the modulation signal generation unit 700c.
具体的には、例えば図17に示される色度図において、3つの半導体レーザ111R、111G、111Bの現在の波長をそれぞれ650nm、515nm、445nmすると、3つの半導体レーザ111R、111G、111Bのうち2つの半導体レーザの発光光量を適当に決めてある色Pを生成し、残る1つの半導体レーザの発光光量を所望の色(ターゲット色)となるよう色Pに応じた適切な値に設定する。図17において650nm、515nm、445nmの3点を頂点とする三角形の中の全ての色を生成可能である。図17の馬蹄形の縁は「スペクトル軌跡」と呼ばれ、波長と色が対応するラインである。 Specifically, for example, in the chromaticity diagram shown in FIG. 17, when the current wavelengths of the three semiconductor lasers 111R, 111G, and 111B are set to 650 nm, 515 nm, and 445 nm, respectively, two of the three semiconductor lasers 111R, 111G, and 111B are used. The amount of light emitted by one semiconductor laser is appropriately determined to generate a color P, and the amount of light emitted by the remaining one semiconductor laser is set to an appropriate value according to the color P so as to be a desired color (target color). In FIG. 17, all colors in a triangle having three points of 650 nm, 515 nm, and 445 nm as vertices can be generated. The horseshoe-shaped edge of FIG. 17 is called the "spectral locus" and is a line in which wavelength and color correspond.
変調信号生成部700cは、パワーバランス決定部700bで設定された各半導体レーザの発光光量と画像データに基づいて、該半導体レーザ毎の変調信号を生成し、走査光検出部60からの出力信号に基づく所定のタイミングでLDドライバ6111に出力する。 The modulation signal generation unit 700c generates a modulation signal for each semiconductor laser based on the emission light amount and image data of each semiconductor laser set by the power balance determination unit 700b, and generates a modulation signal for each semiconductor laser as an output signal from the scanning light detection unit 60. It is output to the LD driver 6111 at a predetermined timing based on the above.
これにより、3つの半導体レーザから射出光のパワーバランスが適正化されて所望の色の合成光が生成され、この合成光により画像描画領域が走査され、所望の色の虚像が表示される。 As a result, the power balance of the emitted light is optimized from the three semiconductor lasers to generate synthetic light of a desired color, and the image drawing area is scanned by the synthetic light to display a virtual image of the desired color.
すなわち、画像データの画素毎の色情報を忠実に再現した高品質なカラーの虚像を表示することが可能となる。 That is, it is possible to display a high-quality color virtual image that faithfully reproduces the color information of each pixel of the image data.
以上、虚像の色に関して説明したが、虚像の明るさに関しては、例えば自動車の周囲の明るさを取得する照度センサの出力に応じて、3つの半導体レーザ111R、111G、111Bの設定後の発光光量の比を一定に保ちつつ各発光光量を一律に増減することで、虚像を所望の色かつ所望の明るさに制御することが可能である。この際、照度センサの出力が大きいほど、各半導体レーザの発光光量を大きく設定することが好ましい。 The color of the virtual image has been described above. Regarding the brightness of the virtual image, for example, the amount of emitted light after setting the three semiconductor lasers 111R, 111G, and 111B according to the output of the illuminance sensor that acquires the brightness around the automobile. It is possible to control the virtual image to a desired color and a desired brightness by uniformly increasing or decreasing the amount of each emitted light while keeping the ratio of. At this time, it is preferable to set the amount of emitted light of each semiconductor laser to be larger as the output of the illuminance sensor is larger.
以下に、本実施形態の光源装置300を用いる色光生成処理(虚像表示処理)について図18を参照して説明する。図18のフローチャートは、LD制御回路700によって実行される処理アルゴリズムに基づいている。この色光生成処理は、例えばHUD装置100が搭載される自動車の電気系統がONになりHUD装置100が起動したときに開始される。HUD装置100が起動すると、光偏向器15が動作を開始する。 The color light generation process (virtual image display process) using the light source device 300 of the present embodiment will be described below with reference to FIG. The flowchart of FIG. 18 is based on a processing algorithm executed by the LD control circuit 700. This color light generation process is started, for example, when the electric system of the automobile on which the HUD device 100 is mounted is turned on and the HUD device 100 is activated. When the HUD device 100 is activated, the optical deflector 15 starts operating.
最初のステップS1では、少なくとも1つの半導体レーザを点灯する。具体的には、変調信号生成部700cが、画像データの各画素の色に応じて点灯対象の半導体レーザの変調信号を生成し、走査光検出部60の出力信号に基づく所定タイミングでLDドライバ6111に出力する。この結果、点灯対象の半導体レーザの変調信号に応じた駆動電流が該半導体レーザに印加され、画像データに応じた画像のスクリーン30への描画、ひいては虚像の表示が開始される。 In the first step S1, at least one semiconductor laser is turned on. Specifically, the modulation signal generation unit 700c generates a modulation signal of the semiconductor laser to be lit according to the color of each pixel of the image data, and the LD driver 6111 is at a predetermined timing based on the output signal of the scanning light detection unit 60. Output to. As a result, a drive current corresponding to the modulation signal of the semiconductor laser to be lit is applied to the semiconductor laser, and the drawing of the image according to the image data on the screen 30 and the display of the virtual image are started.
次のステップS2では、所定回走査されたか否かを判断する。具体的には、走査光検出部60の出力信号と光偏向器15の水平走査周波数に基づいて、主走査方向における往復もしくは片道の走査回数をカウントし、カウント数が所定回になったときに、次のステップS3に移行する。すなわち、走査回数が所定回になるまで、待ちの状態となる。なお、「所定回」としては、往復走査単位でカウントする場合には1回〜少なくとも1フレーム分の往復走査の回数で良く、片道走査単位でカウントする場合には1回〜少なくとも1フレーム分の片道走査の回数で良い。 In the next step S2, it is determined whether or not the scan has been performed a predetermined number of times. Specifically, the number of reciprocating or one-way scanning in the main scanning direction is counted based on the output signal of the scanning light detection unit 60 and the horizontal scanning frequency of the optical deflector 15, and when the number of counts reaches a predetermined number. , The process proceeds to the next step S3. That is, it is in a waiting state until the number of scans reaches a predetermined number. The "predetermined number of times" may be one to at least one frame of reciprocating scanning when counting in units of reciprocating scanning, and one to at least one frame when counting in one-way scanning units. The number of one-way scans is sufficient.
ステップS3では、「発光光量設定処理」を実施する。発光光量設定処理の詳細については、後述する。 In step S3, the "emission light amount setting process" is performed. The details of the emission light amount setting process will be described later.
次のステップS4では、少なくとも1つの半導体レーザを設定後の発光光量で点灯する。具体的には、ステップS3で設定された発光光量で点灯対象の半導体レーザを点灯する。これにより、3つの半導体レーザの射出光のパワーバランスが適正となり、所望の色の虚像が表示される。 In the next step S4, at least one semiconductor laser is turned on with the amount of emitted light after setting. Specifically, the semiconductor laser to be lit is lit with the amount of emitted light set in step S3. As a result, the power balance of the emission lights of the three semiconductor lasers becomes appropriate, and a virtual image of a desired color is displayed.
次のステップS5では、処理終了であるか否かを判断する。HUD装置100が搭載される自動車の電気系統がONのとき、ここでの判断が否定されステップS2に戻り、OFFになったとき、ここでの判断が肯定されフローが終了する。 In the next step S5, it is determined whether or not the processing is completed. When the electric system of the automobile on which the HUD device 100 is mounted is ON, the determination here is denied and the process returns to step S2, and when it is OFF, the determination here is affirmed and the flow ends.
なお、上記色光生成処理のステップS2では、所定回走査されたか否かを判断しているが、これに代えて、所定時間が経過したか否かを判断しても良い。 In step S2 of the color light generation process, it is determined whether or not the scanning has been performed a predetermined number of times. Instead, it may be determined whether or not a predetermined time has elapsed.
以下に、上記色光生成処理のステップS3の「発光光量設定処理」について図19を参照して説明する。図19のフローチャートは、LD制御回路700によって実行される処理アルゴリズムに基づいている。この発光光量設定処理は、走査光が有効走査領域(画像描画領域)に照射されない時間帯(画像描画されない時間帯)、例えば走査光が有効走査領域の周辺領域に照射されるときや、連続するフレーム間の遷移時間に実施される。 Hereinafter, the “emission light amount setting process” in step S3 of the color light generation process will be described with reference to FIG. The flowchart of FIG. 19 is based on a processing algorithm executed by the LD control circuit 700. This emission light amount setting process is continuous when the scanning light is not applied to the effective scanning area (image drawing area) (time period when the image is not drawn), for example, when the scanning light is applied to the peripheral area of the effective scanning area. It is carried out at the transition time between frames.
最初のステップS12では、半導体レーザ毎の時間平均光量を取得する。具体的には、信号処理部120からの、受光信号が時間平均された信号を取得する。 In the first step S12, the time average light amount for each semiconductor laser is acquired. Specifically, a signal from the signal processing unit 120 whose received signal is time-averaged is acquired.
次のステップS13では、雰囲気温度を取得する。具体的には、温度センサ130での計測温度を取得する。 In the next step S13, the ambient temperature is acquired. Specifically, the temperature measured by the temperature sensor 130 is acquired.
次のステップS14では、取得された時間平均光量(現在の発光光量)及び雰囲気温度(現在の雰囲気温度)に基づいて各半導体レーザの射出光の波長λを推定する。具体的には、上記(2)式を用いて波長λを推定する。 In the next step S14, the wavelength λ of the emission light of each semiconductor laser is estimated based on the acquired time average light amount (current emission light amount) and atmospheric temperature (current atmospheric temperature). Specifically, the wavelength λ is estimated using the above equation (2).
次のステップS15では、推定された波長λに基づいて、各半導体レーザの発光光量を設定する(図17参照)。 In the next step S15, the amount of emitted light of each semiconductor laser is set based on the estimated wavelength λ (see FIG. 17).
以上説明した本実施形態の光源装置300は、第1の観点からすると、光源と、該光源からの光の光路上に配置され、該光を整形するアパーチャと、アパーチャで整形された光の光路上に配置され、入射光を透過光と反射光に分岐する平板状の光路分岐素子119(分岐素子)と、を備え、2×d×cosθ×tan[arcsin(sinθ÷n)]>0.5×Dが成立する。
但し、d:光路分岐素子の厚さ
n:光路分岐素子の屈折率
θ:光路分岐素子に対する入射光の入射角
D:アパーチャの開口径
From the first viewpoint, the light source device 300 of the present embodiment described above has a light source, an aperture that is arranged on the optical path of light from the light source and shapes the light, and light that is shaped by the aperture. It is provided with a flat plate-shaped optical path branching element 119 (branching element) that is arranged on the road and branches the incident light into transmitted light and reflected light, and 2 × d × cos θ × tan [arcsin (sin θ ÷ n)]> 0. 5 × D holds.
However, d: the thickness of the optical path branching element n: the refractive index of the optical path branching element θ: the angle of incidence of the incident light on the optical path branching element D: the aperture diameter of the aperture.
また、本実施形態の光源装置300は、第2の観点からすると、光源と、該光源からの光の光路上に配置され、入射光を透過光と反射光に分岐する平板状の光路分岐素子119(分岐素子)と、を備え、2×d×cosθ×tan[arcsin(sinθ÷n)]>0.5×Dが成立する。
但し、d:光路分岐素子の厚さ
n:光路分岐素子の屈折率
θ:光路分岐素子に対する入射光の入射角
D:入射光の有効ビーム径
Further, from the second viewpoint, the light source device 300 of the present embodiment is arranged on the light source and the optical path of the light from the light source, and is a flat plate-shaped optical path branching element that branches the incident light into transmitted light and reflected light. With 119 (branching element), 2 × d × cos θ × tan [arcsin (sin θ ÷ n)]> 0.5 × D is established.
However, d: the thickness of the optical path branching element n: the refractive index of the optical path branching element θ: the incident angle of the incident light with respect to the optical path branching element D: the effective beam diameter of the incident light.
また、本実施形態の光源装置300は、第3の観点からすると、光源と、該光源からの光の光路上に配置され、入射光を透過光と反射光に分岐する平板状の光路分岐素子119(分岐素子)と、を備え、2×d×cosθ×tan[arcsin(sinθ÷n)]>0.5×Dが成立する。
但し、d:光路分岐素子の厚さ
n:光路分岐素子の屈折率
θ:光路分岐素子に対する入射光の入射角
D:入射光のビーム径
Further, from the third viewpoint, the light source device 300 of the present embodiment is arranged on the light source and the optical path of the light from the light source, and is a flat plate-shaped optical path branching element that branches the incident light into transmitted light and reflected light. With 119 (branching element), 2 × d × cos θ × tan [arcsin (sin θ ÷ n)]> 0.5 × D is established.
However, d: the thickness of the optical path branching element n: the refractive index of the optical path branching element θ: the incident angle of the incident light with respect to the optical path branching element D: the beam diameter of the incident light.
本実施形態の光源装置300によれば、光路分岐素子119の入射側面119aで反射された光と射出側面119bで反射された光の干渉を抑制できる。 According to the light source device 300 of the present embodiment, it is possible to suppress the interference between the light reflected by the incident side surface 119a of the optical path branching element 119 and the light reflected by the emission side surface 119b.
この場合、光源の発光光量の変化(駆動電流の電流値の変化)に対して反射光の光量を略リニアに(略線形に)変化させることができる。 In this case, the amount of reflected light can be changed substantially linearly (substantially linearly) with respect to the change in the amount of emitted light of the light source (change in the current value of the drive current).
この結果、光源の発光光量を精度良く制御することが可能となる。 As a result, it is possible to accurately control the amount of light emitted from the light source.
また、上記第2及び第3の観点からの光源装置300は、光源と光路分岐素子119との間の光の光路上に配置され、該光を整形するアパーチャを更に備え、アパーチャの開口径によってDが設定されても良い。 Further, the light source device 300 from the second and third viewpoints is arranged on an optical path of light between the light source and the optical path branching element 119, and further includes an aperture for shaping the light, depending on the aperture diameter of the aperture. D may be set.
この場合、光源の射出光の断面形状によらず、Dを容易に設定できる。 In this case, D can be easily set regardless of the cross-sectional shape of the emitted light of the light source.
また、光源装置300は、反射光の少なくとも一部を受光する受光素子117aを更に備えることが好ましい。 Further, it is preferable that the light source device 300 further includes a light receiving element 117a that receives at least a part of the reflected light.
この場合、受光素子117aの受光光量をモニタして、光源の発光光量を精度良く制御することができる。 In this case, the amount of light received by the light receiving element 117a can be monitored, and the amount of light emitted from the light source can be controlled with high accuracy.
また、光路分岐素子119は、入射側及び射出側のいずれにも反射防止膜を有していないことが好ましい。 Further, it is preferable that the optical path branching element 119 does not have an antireflection film on either the incident side or the ejection side.
この場合、入射側や射出側に反射防止膜を有している場合に比べて、分光特性にノイズが載ることを抑制でき、ひいては光源の発光光量変化(駆動電流変化)に対する反射光の光量変化の線形性が崩れるのを抑制できる。 In this case, as compared with the case where the antireflection film is provided on the incident side or the emission side, it is possible to suppress the appearance of noise on the spectral characteristics, and as a result, the light amount change of the reflected light with respect to the emission light amount change (drive current change) of the light source. It is possible to suppress the collapse of the linearity of.
また、光源は偏光光源であり、光路分岐素子119に対する入射光が光路分岐素子119に対してp偏光となるように光源及び光路分岐素子119が配置されることが好ましい。 Further, the light source is a polarized light source, and it is preferable that the light source and the optical path branching element 119 are arranged so that the incident light on the optical path branching element 119 is p-polarized with respect to the optical path branching element 119.
この場合、透過光の光量≫反射光の光量とすることができ、例えば虚像生成に用いられる光の光量を十分に確保することができる。 In this case, the amount of transmitted light >> the amount of reflected light can be set, and for example, the amount of light used for virtual image generation can be sufficiently secured.
また、光源装置300は、反射光のうち、光路分岐素子119の射出側面119bで反射され入射側面119aから受光素子117aに向けて射出された光を遮光する遮光部材105を更に備えていても良い。 Further, the light source device 300 may further include a light-shielding member 105 that shields the reflected light that is reflected by the emission side surface 119b of the optical path branching element 119 and is emitted from the incident side surface 119a toward the light receiving element 117a. ..
この場合、光路分岐素子119の入射側面119aで反射された光を受光素子117aに確実に導くことができ、光源の発光光量に応じた反射光の光量の線形性を向上することができる。 In this case, the light reflected by the incident side surface 119a of the optical path branching element 119 can be reliably guided to the light receiving element 117a, and the linearity of the reflected light amount according to the emitted light amount of the light source can be improved.
また、受光素子117aの受光面の大きさは、反射光のうち、光路分岐素子119の入射側面119aで反射された光及び射出側面119bで反射された光を受光可能な大きさに設定されていても良い。 Further, the size of the light receiving surface of the light receiving element 117a is set to a size capable of receiving the light reflected by the incident side surface 119a of the optical path branching element 119 and the light reflected by the emission side surface 119b among the reflected light. You may.
この場合、光路分岐素子119の入射側面119aで反射された光及び射出側面119bで反射された光を受光素子117aに確実に導くことができ、光源の発光光量に応じた反射光の光量の線形性を向上することができる。 In this case, the light reflected by the incident side surface 119a of the optical path branching element 119 and the light reflected by the emission side surface 119b can be reliably guided to the light receiving element 117a, and the amount of reflected light is linear according to the amount of emitted light of the light source. The sex can be improved.
また、光源は複数有り、複数の光源は発光波長が互いに異なり、複数の光源と光路分岐素子119との間の光の光路上に配置され、複数の光源からの光を合成する、光路合成素子114、115を有する合成手段と、を含んでいても良い。 Further, there are a plurality of light sources, and the plurality of light sources have different emission wavelengths, are arranged on the optical path of light between the plurality of light sources and the optical path branching element 119, and synthesize light from the plurality of light sources. It may include a synthetic means having 114, 115.
この場合、所望の合成光を生成することができる。 In this case, the desired synthetic light can be generated.
また、複数の光源は、赤色光を射出する光源、緑色光を射出する光源及び青色光を射出する光源を含む。 Further, the plurality of light sources include a light source that emits red light, a light source that emits green light, and a light source that emits blue light.
この場合、所望の色光(単色光もしくは複色光)を生成することができる。 In this case, desired color light (monochromatic light or multicolor light) can be generated.
また、受光素子117aでの受光光量に基づいて光源からの光の波長を推定する波長推定部700a(推定手段)を更に備えることが好ましい。 Further, it is preferable to further include a wavelength estimation unit 700a (estimating means) that estimates the wavelength of light from the light source based on the amount of light received by the light receiving element 117a.
この場合、装置の大型化を抑制しつつ(例えば波長測定器等の大型の機器を設けることなく)、所望の色光を安定して生成するための情報(光源からの光の波長)を得ることができる。 In this case, it is possible to obtain information (wavelength of light from a light source) for stably generating desired colored light while suppressing the increase in size of the device (for example, without providing a large device such as a wavelength measuring device). Can be done.
また、光源装置300は、光源の周辺の雰囲気温度を計測する温度センサ130を更に備え、波長推定部700aは、受光光量及び温度センサ130での計測温度に基づいて光源からの光の波長を推定することが好ましい。 Further, the light source device 300 further includes a temperature sensor 130 for measuring the ambient temperature around the light source, and the wavelength estimation unit 700a estimates the wavelength of light from the light source based on the amount of received light and the temperature measured by the temperature sensor 130. It is preferable to do so.
この場合、光源からの光の波長を安定して精度良く推定できる。 In this case, the wavelength of the light from the light source can be estimated stably and accurately.
また、光源装置300は、波長推定部700aで推定された光源からの光の波長に基づいて、光源の発光光量を設定するパワーバランス決定部700b(発光光量設定手段)を更に備えることが好ましい。 Further, it is preferable that the light source device 300 further includes a power balance determining unit 700b (emission light amount setting means) for setting the emission light amount of the light source based on the wavelength of the light from the light source estimated by the wavelength estimation unit 700a.
この場合、所望の色光を安定して生成することができる。 In this case, the desired colored light can be stably generated.
また、光源は、半導体レーザであることが好ましい。すなわち、本発明は、例えばレーザ光のようなコヒーレント光(干渉可能な光)を用いる場合に特に有効である。 Further, the light source is preferably a semiconductor laser. That is, the present invention is particularly effective when coherent light (light that can interfere) such as laser light is used.
また、光源装置300と、該光源装置300からの光により画像を形成する光偏向器15(画像形成素子)と、画像を形成した光が照射されるスクリーン30と、を備えるHUD装置100(画像表示装置)によれば、色再現性の良い画像を形成することが可能である。 Further, a HUD device 100 (image) including a light source device 300, a light deflector 15 (image forming element) that forms an image by light from the light source device 300, and a screen 30 that is irradiated with the light that forms the image. According to the display device), it is possible to form an image having good color reproducibility.
また、HUD装置100は、スクリーン30を介した光をフロントウインドシールド50(透過反射部材)に向けて投射する凹面ミラー40(投光部)を更に備えるため、色再現性の良い虚像を表示することが可能である。 Further, since the HUD device 100 further includes a concave mirror 40 (light projection unit) that projects light through the screen 30 toward the front windshield 50 (transmissive reflection member), it displays a virtual image with good color reproducibility. It is possible.
また、HUD装置100と、HUD装置100が搭載される移動体と、を備える移動体装置によれば、色再現性の良い虚像による情報を移動体の運転者に提供することができる。 Further, according to the mobile device including the HUD device 100 and the mobile body on which the HUD device 100 is mounted, it is possible to provide the driver of the mobile body with information based on a virtual image having good color reproducibility.
[変形例1]
図20には、変形例1の光源装置300Aが斜視図で示されている。
[Modification 1]
FIG. 20 shows a perspective view of the light source device 300A of the first modification.
この変形例1でも3波長の半導体レーザを用い、色光を生成して虚像を表示する。図20において、符号201(a)、201(b)、201(c)はそれぞれ653nm(赤)、515nm(緑)、453nm(青)の半導体レーザを示す。符号202(a)、202(b)、202(c)はそれぞれカップリングレンズを示す。符号203(a)、203(b)、203(c)はそれぞれアパーチャを示す。符号204は青色半導体レーザ201(c)から放射された青色ビームの光路を折り曲げるミラーを示す。符号205は青色ビームを透過し、且つ緑色半導体レーザ201(b)から放射された緑色ビームを反射する2波長合成素子を示す。符号206は2波長合成素子205から射出された青色ビーム、緑色ビームを透過し、赤色半導体レーザ201(a)から放射された赤色ビームを反射する3波長合成素子を示す。符号207は3波長合成素子206から射出された赤色ビーム、緑色ビーム、青色ビームの一部を反射し、別の一部を透過する光路分岐素子を示す。符号208は集光レンズを示す。符号209は受光素子を示す。 Also in this modification 1, a semiconductor laser having three wavelengths is used to generate colored light and display a virtual image. In FIG. 20, reference numerals 201 (a), 201 (b), and 201 (c) indicate semiconductor lasers having 653 nm (red), 515 nm (green), and 453 nm (blue), respectively. Reference numerals 202 (a), 202 (b), and 202 (c) indicate coupling lenses, respectively. Reference numerals 203 (a), 203 (b), and 203 (c) indicate apertures, respectively. Reference numeral 204 indicates a mirror that bends the optical path of the blue beam emitted from the blue semiconductor laser 201 (c). Reference numeral 205 indicates a two-wavelength synthesizer that transmits a blue beam and reflects a green beam emitted from the green semiconductor laser 201 (b). Reference numeral 206 indicates a three-wavelength synthesis element that transmits the blue beam and the green beam emitted from the two-wavelength synthesis element 205 and reflects the red beam emitted from the red semiconductor laser 201 (a). Reference numeral 207 indicates an optical path branching element that reflects a part of the red beam, the green beam, and the blue beam emitted from the three-wavelength synthesis element 206 and transmits another part. Reference numeral 208 indicates a condenser lens. Reference numeral 209 indicates a light receiving element.
各半導体レーザから放射されたビームの波長は不図示の波長推定部によりタイムリーに測定され、その情報に基づいて不図示のパワーバランス決定部により、HUD装置に表示させたい所望の色となる光量が算出され、算出された光量PLD (赤)、PLD (緑)、PLD (青)になるように、受光素子209の受光光量に基づいて、それぞれの半導体レーザに注入すべき電流値ILD (赤)、ILD (緑)、ILD (青)が決定される。 The wavelength of the beam emitted from each semiconductor laser is measured in a timely manner by a wavelength estimation unit (not shown), and based on that information, the power balance determination unit (not shown) produces the amount of light that becomes the desired color to be displayed on the HUD device. Is calculated, and the current value to be injected into each semiconductor laser based on the received light amount of the light receiving element 209 so that the calculated light amounts P LD (red) , P LD (green) , and P LD (blue) are obtained. I LD (red) , I LD (green) , and I LD (blue) are determined.
各半導体レーザから放射されたビームの直線偏光は、光路分岐素子207に対してはp偏光入射となることが好ましい。一方、2波長合成素子205、3波長合成素子206に対してはs偏光入射となることが好ましい。この場合、2波長合成素子205、3波長合成素子206の合成面における膜の層数を少なくすることができ、該合成面の設計が容易になる。 The linearly polarized light of the beam emitted from each semiconductor laser is preferably p-polarized light incident on the optical path branching element 207. On the other hand, it is preferable that the two-wavelength synthesizer 205 and the three-wavelength synthesizer 206 are s-polarized light incident. In this case, the number of film layers on the composite surface of the two-wavelength synthesizer 205 and the three-wavelength synthesizer 206 can be reduced, facilitating the design of the composite surface.
そこで、変形例1では、各半導体レーザは偏光方向(活性層に平行な方向)がαβ平面に垂直となるように配置され、かつミラー204、2波長合成素子205、3波長合成素子206における入射ビーム、及び合成ビームの光路がαβ平面に平行な同一平面上にあり光路分岐素子207で反射されたビームの光路がαβ平面に垂直な方向(+γ方向)に曲げられ集光レンズ208を介して受光素子209へ導光されるレイアウトとされている。 Therefore, in the first modification, each semiconductor laser is arranged so that the polarization direction (direction parallel to the active layer) is perpendicular to the αβ plane, and is incident on the mirror 204, the two-wavelength synthesis element 205, and the three-wavelength synthesis element 206. The optical paths of the beam and the composite beam are on the same plane parallel to the αβ plane, and the optical path of the beam reflected by the optical path branching element 207 is bent in the direction perpendicular to the αβ plane (+ γ direction) and passed through the condenser lens 208. The layout is such that the light is guided to the light receiving element 209.
以上説明した変形例1の光源装置300Aでも、上記実施形態の光源装置300と同様の作用、効果を得ることができる。 The light source device 300A of the first modification described above can also obtain the same operations and effects as the light source device 300 of the above embodiment.
なお、図6のような光路分岐素子119の配置でも、光路合成素子115と光路分岐素子119との間の光路上に1/2波長板を配置して偏光を90°回転させることにより、上記変形例1と同様の作用、効果を得ることができる。 Even in the arrangement of the optical path branching element 119 as shown in FIG. 6, by arranging a 1/2 wavelength plate on the optical path between the optical path combining element 115 and the optical path branching element 119 and rotating the polarized light by 90 °, the above The same action and effect as in the first modification can be obtained.
[変形例2]
図21には、変形例2の光源装置300Bが示されている。
変形例2の光源装置300Bは、図21に示されるように、図6に示される光源装置300の光路合成素子115を光路分岐素子119で置き換えた構成を有している。
[Modification 2]
FIG. 21 shows the light source device 300B of the second modification.
As shown in FIG. 21, the light source device 300B of the second modification has a configuration in which the optical path synthesis element 115 of the light source device 300 shown in FIG. 6 is replaced with an optical path branching element 119.
すなわち、変形例2の光源装置300Bでは、光路分岐素子119は、光路合成素子としても機能する。 That is, in the light source device 300B of the second modification, the optical path branching element 119 also functions as an optical path synthesis element.
詳述すると、合成光束Lgbは、一部が光路分岐素子119の中心を−β方向に透過し、残部が光路分岐素子119の中心で+α方向に反射される。アパーチャ113Rを介した光束Lrは、一部が光路分岐素子119の中心で−β方向に反射され、残部が光路分岐素子119の中心を+α方向に透過する。 More specifically, a part of the combined luminous flux Lgb is transmitted in the −β direction through the center of the optical path branching element 119, and the rest is reflected in the + α direction at the center of the optical path branching element 119. A part of the luminous flux Lr via the aperture 113R is reflected in the −β direction at the center of the optical path branching element 119, and the rest is transmitted through the center of the optical path branching element 119 in the + α direction.
すなわち、光路分岐素子119から、合成光束Lgbの一部と光束Lrの一部が合成された合成光束Lrgb1が−β方向に出射され、合成光束Lgbの残部と光束Lrの残部が合成された合成光束Lrgb2が+α方向に出射される。 That is, from the optical path branching element 119, the combined luminous flux Lrgb1 in which a part of the combined luminous flux Lgb and a part of the luminous flux Lr are combined is emitted in the −β direction, and the balance of the combined luminous flux Lgb and the balance of the luminous flux Lr are combined. The luminous flux Lrgb2 is emitted in the + α direction.
合成光束Lrgb1は、筐体11aの開口の周囲部に該開口を覆うように取り付けられた光透過窓部材5を介して光偏向器15に照射され、スクリーン30上での画像描画(虚像表示)に用いられる。なお、光路分岐素子119と光偏向器15との間の光路上に、例えば光偏向器15側に凹面が向くメニスカスレンズを設置しても良い。 The combined luminous flux Lrgb1 is applied to the light deflector 15 via a light transmitting window member 5 attached to the periphery of the opening of the housing 11a so as to cover the opening, and an image is drawn (virtual image display) on the screen 30. Used for. A meniscus lens having a concave surface facing the optical deflector 15 may be installed on the optical path between the optical path branching element 119 and the optical deflector 15.
合成光束Lrgb2は、集光レンズ116を介して光検出器117に導かれる。光検出器117は、受光した合成光束Lrgb2の光量に応じた信号(受光信号)を、波長推定部に出力する。波長推定部は、上記実施形態と同様に受光信号に基づいて半導体レーザの射出光の波長を推定し、その推定結果をパワー決定部に送る。パワー決定部は、波長推定部で推定された波長に基づいて半導体レーザの発光光量を設定し、その設定値を変調信号生成部に送る。変調信号生成部は、パワー決定部から発光光量の設定値に基づいて変調信号を生成し、LDドライバに出力する。LDドライバは、変調信号生成部からの変調信号に応じた駆動電流を生成し半導体レーザに印加する。 The combined luminous flux Lrgb2 is guided to the photodetector 117 via the condenser lens 116. The photodetector 117 outputs a signal (light receiving signal) corresponding to the amount of light of the received combined luminous flux Lrgb2 to the wavelength estimation unit. The wavelength estimation unit estimates the wavelength of the emitted light of the semiconductor laser based on the received signal as in the above embodiment, and sends the estimation result to the power determination unit. The power determination unit sets the amount of light emitted from the semiconductor laser based on the wavelength estimated by the wavelength estimation unit, and sends the set value to the modulation signal generation unit. The modulation signal generation unit generates a modulation signal from the power determination unit based on the set value of the amount of emitted light, and outputs the modulation signal to the LD driver. The LD driver generates a drive current according to the modulation signal from the modulation signal generation unit and applies it to the semiconductor laser.
以上説明した変形例2の光源装置300Bでも、上記実施形態の光源装置300と同様の作用、効果を得ることができる。 The light source device 300B of the second modification described above can also obtain the same operations and effects as the light source device 300 of the above embodiment.
[変形例3]
図22には、変形例3の光源装置300Cが示されている。
変形例3の光源装置300Cは、上記実施形態の半導体レーザと同様の単一の半導体レーザ(光源)を有している。変形例3でも、射出光の波長を精度良く推定することにより、光源の発光光量を精度良く設定することができる。単一の半導体レーザを有する光源装置の用途としては、例えば二色画像を形成する画像形成装置、二色画像を表示する画像表示装置等が挙げられる。
[Modification 3]
FIG. 22 shows the light source device 300C of the third modification.
The light source device 300C of the third modification has a single semiconductor laser (light source) similar to the semiconductor laser of the above embodiment. Also in the third modification, the amount of emitted light from the light source can be set accurately by estimating the wavelength of the emitted light with high accuracy. Applications of the light source device having a single semiconductor laser include, for example, an image forming device for forming a two-color image, an image display device for displaying a two-color image, and the like.
この場合、光源の射出光の波長を波長推定部で推定し、その推定結果に基づいてパワー設定部で発光光量を算出し、その算出結果に基づいて変調信号生成部で変調信号を生成することで、光源を所望の発光光量で点灯させることができ、ひいては所望の色光を生成できる。 In this case, the wavelength of the emitted light of the light source is estimated by the wavelength estimation unit, the amount of emitted light is calculated by the power setting unit based on the estimation result, and the modulation signal is generated by the modulation signal generation unit based on the calculation result. Therefore, the light source can be turned on with a desired amount of emitted light, and thus a desired color light can be generated.
以上の説明では、半導体レーザの射出光の波長の雰囲気温度依存性と自己温度依存性の両面から射出光の波長を推定したが、例えば半導体レーザの雰囲気温度が略一定と見做せる環境下では、変形例4として、自己温度依存性のみ(受光素子117aの受光光量もしくは平均化光量のみ)に基づいて射出光の波長を推定しても良い。この場合には、温度センサが設けられなくても良い。 In the above explanation, the wavelength of the emitted light is estimated from both the atmospheric temperature dependence and the self-temperature dependence of the wavelength of the emitted light of the semiconductor laser. For example, in an environment where the atmospheric temperature of the semiconductor laser can be regarded as substantially constant. As a modification 4, the wavelength of the emitted light may be estimated based only on the self-temperature dependence (only the amount of light received by the light receiving element 117a or the amount of averaged light). In this case, the temperature sensor may not be provided.
ここで、「半導体レーザの雰囲気温度が略一定と見做せる環境下」とは、HUD装置100が搭載される車両内の温度が空調によって略一定に保たれる場合や、本発明の光源及び波長推定装置を含む光源装置を備える画像表示装置としての、ヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置を室内で使用する場合に該室内の温度が空調によって略一定に保たれている場合が想定される。 Here, "in an environment where the atmospheric temperature of the semiconductor laser can be regarded as substantially constant" means that the temperature inside the vehicle on which the HUD device 100 is mounted is kept substantially constant by air conditioning, or the light source of the present invention and the light source of the present invention. When a head mount display device, a prompter device, or a projector device as an image display device including a light source device including a wavelength estimation device is used indoors, it is assumed that the temperature in the room is kept substantially constant by air conditioning. To.
具体的には、次の(3)式を用いて射出光の波長を推定することができる。
λ=λ(0)+β×(P−P(0))…(3)
但し、λ:現在の波長
λ(0):基準波長
β:光量係数
P:現在の発光光量
P(0):基準波長測定時の発光光量
Specifically, the wavelength of the emitted light can be estimated using the following equation (3).
λ = λ (0) + β × (PP (0) )… (3)
However, λ: current wavelength λ (0) : reference wavelength β: light intensity coefficient P: current emission light intensity P (0) : emission light intensity at the time of reference wavelength measurement
この場合も、上記実施形態と同様にして基準波長を求めることができる(図16参照)。この場合、縦マルチモード発振する半導体レーザにおいて、推定対象の波長を、例えば上記加重平均波長としても良いし、ピーク強度での波長としても良い。 In this case as well, the reference wavelength can be obtained in the same manner as in the above embodiment (see FIG. 16). In this case, in the semiconductor laser that oscillates in the vertical multimode, the wavelength to be estimated may be, for example, the weighted average wavelength or the wavelength at the peak intensity.
なお、上記実施形態及び各変形例では、受光素子及び温度センサを含む波長推定装置を用いて各半導体レーザからの光の波長を推定しているが、これに限られない。例えば図6、図20、図21、図22において受光素子の後段に波長推定装置の代わりに波長測定器を設けて、各半導体レーザを異なるタイミングで点灯させたときの波長測定器での測定結果(該半導体レーザからの光のスペクトル分布)から波長λ(好ましくは加重平均波長)を算出し、該波長λに基づいて複数の半導体レーザの発光光量を制御しても良い。なお、波長測定器としては、例えば光バンドパスフィルタを利用したスーパーヘテロダイン方式のスペクトルアナライザや、プリズムや回折格子を含む分光器を含んで構成することができる。 In the above embodiment and each modification, the wavelength of light from each semiconductor laser is estimated by using a wavelength estimation device including a light receiving element and a temperature sensor, but the present invention is not limited to this. For example, in FIGS. 6, 20, 21, and 22, a wavelength measuring device is provided in place of the wavelength estimation device at the subsequent stage of the light receiving element, and the measurement results of the wavelength measuring device when each semiconductor laser is turned on at different timings. The wavelength λ (preferably the weighted average wavelength) may be calculated from (spectrum distribution of light from the semiconductor laser), and the amount of emitted light of the plurality of semiconductor lasers may be controlled based on the wavelength λ. The wavelength measuring device can include, for example, a superheterodyne spectrum analyzer using an optical bandpass filter and a spectroscope including a prism and a diffraction grating.
また、波長推定装置もしくは波長測定器を複数の半導体レーザに対応して複数設けても良い。例えば、各半導体レーザからの光を分岐素子(例えば半導体レーザを収容するパッケージの開口(射出口)を覆うカバーガラスや、ハーフミラーや、ビームスプリッタ等)で分岐して、対応する波長推定装置や波長測定器に入射させても良い。 Further, a plurality of wavelength estimation devices or wavelength measuring devices may be provided corresponding to a plurality of semiconductor lasers. For example, a wavelength estimation device that branches the light from each semiconductor laser with a branching element (for example, a cover glass that covers the opening (injection port) of a package that houses the semiconductor laser, a half mirror, a beam splitter, etc.). It may be incident on a wavelength measuring device.
また、半導体レーザとして端面発光型の半導体レーザを用いる場合には、一端面から射出された光を画像形成、虚像表示に用い、他端面から射出された光を対応する波長推定装置や波長測定器に入射させても良い。 When an end face emitting type semiconductor laser is used as the semiconductor laser, the light emitted from one end surface is used for image formation and virtual image display, and the light emitted from the other end surface is used as a corresponding wavelength estimation device or wavelength measuring device. May be incident on.
また、受光素子と波長測定器の双方を設けても良い。すなわち、各半導体レーザからの光の一部を画像形成、虚像表示に用い、他の一部を波長測定器に導き、残部を受光素子に導いても良い。この場合、例えば波長測定器での測定結果に基づいて複数の半導体レーザのパワーバランスを決定し、受光素子での受光光量に基づいて複数の半導体レーザの発光光量(出力)の絶対値を設定しても良い。 Further, both a light receiving element and a wavelength measuring device may be provided. That is, a part of the light from each semiconductor laser may be used for image formation and virtual image display, the other part may be guided to the wavelength measuring device, and the rest may be guided to the light receiving element. In this case, for example, the power balance of a plurality of semiconductor lasers is determined based on the measurement result of the wavelength measuring device, and the absolute value of the emitted light amount (output) of the plurality of semiconductor lasers is set based on the received light amount of the light receiving element. You may.
また、上記実施形態及び各変形例において、波長推定部は、光源装置の構成要素でなくても良い。例えば、光源装置は、光源部11のみから構成することもできる。要は、光源装置は、光源(例えば半導体レーザ)と光路分岐素子119を含んで構成されれば良く、さらにアパーチャを含むことが好ましい。 Further, in the above-described embodiment and each modification, the wavelength estimation unit does not have to be a component of the light source device. For example, the light source device may be composed of only the light source unit 11. In short, the light source device may be configured to include a light source (for example, a semiconductor laser) and an optical path branching element 119, and preferably further includes an aperture.
また、上記実施形態及び各変形例では、半導体レーザとしてLD(端面発光型の半導体レーザ)を用いているが、例えば面発光型の半導体レーザ(VCSEL)等の他の半導体レーザを用いても良い。 Further, although LD (end face emitting type semiconductor laser) is used as the semiconductor laser in the above-described embodiment and each modification, other semiconductor lasers such as a surface emitting type semiconductor laser (VCSEL) may be used. ..
また、上記実施形態及び各変形例では、投光部は、凹面ミラー40から構成されているが、これに限らず、例えば、凸面鏡から構成されても良い。 Further, in the above embodiment and each modification, the light projecting portion is composed of the concave mirror 40, but the present invention is not limited to this, and may be composed of, for example, a convex mirror.
また、上記実施形態及び各変形例では、走査ミラー20を有しているが、有していなくても良い。すなわち、光偏向器15で偏向された光を、光路を折り返さずに、スクリーン30に直接照射もしくは凸面レンズを介して照射するようにしても良い。また、走査ミラー20として平面鏡を用いても良い。 Further, in the above-described embodiment and each modification, the scanning mirror 20 is provided, but it may not be provided. That is, the light deflected by the light deflector 15 may be directly irradiated to the screen 30 or irradiated through a convex lens without folding back the optical path. Further, a plane mirror may be used as the scanning mirror 20.
また、上記実施形態及び各変形例では、画像表示装置(HUD)は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体に搭載用のものとして説明したが、要は、物体に搭載されるものであれば良い。なお、「物体」は、移動体の他、恒常的に設置されるものや運搬可能なものを含む。 Further, in the above-described embodiment and each modification, the image display device (HUD) has been described as being mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, or a ship, but the point is that the image display device (HUD) may be mounted on an object. Just do it. In addition to moving objects, "objects" include objects that are permanently installed and objects that can be transported.
また、本発明は、上記実施形態で説明したようにHUD装置への適用が好適であるが、HUD装置のみならず、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、プロジェクタ装置への適用も可能である。この場合も、所望の色光を生成することが可能である。 Further, the present invention is preferably applied to a HUD device as described in the above embodiment, but can be applied not only to a HUD device but also to, for example, a head-mounted display device, a prompter device, and a projector device. In this case as well, it is possible to generate desired colored light.
例えば、プロジェクタ装置に適用する場合には、該プロジェクタ装置をHUD装置100と同様に構成することができる。すなわち、凹面ミラー40を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すれば良い。なお、凹面ミラー40を設けずにスクリーン30を介した画像光を映写幕や壁面等に投影しても良い。また、凹面ミラー40の代わりに自由曲面ミラーを用いても良い。 For example, when applied to a projector device, the projector device can be configured in the same manner as the HUD device 100. That is, the image light through the concave mirror 40 may be projected onto a projection curtain, a wall surface, or the like. The image light passing through the screen 30 may be projected onto a projection curtain, a wall surface, or the like without providing the concave mirror 40. Further, a free curved mirror may be used instead of the concave mirror 40.
また、本発明の光源装置、画像表示装置及び物体装置は、上記実施形態及び各変形例で説明した具体的な構成に限定されず、適宜変更可能である。 Further, the light source device, the image display device, and the object device of the present invention are not limited to the specific configurations described in the above-described embodiment and each modification, and can be appropriately changed.
15…光偏向器(画像形成素子)、30…スクリーン、40…凹面ミラー(投光部)、50…フロントウインドシールド(透過反射部材)、100…HUD装置(画像表示装置)、105…遮光部材、113R、113G、113B…アパーチャ、114…光路合成素子(合成手段の一部)、115…光路合成素子(合成手段の一部)、117a…受光素子、119…光路分岐素子(分岐素子)、111R、111G、111B…半導体レーザ(光源)、300、300A、300B、300C…光源装置、700a…波長推定部(推定手段、光源装置の一部)、700b…パワーバランス決定部(発光光量設定手段、光源装置の一部) 15 ... Light deflector (image forming element), 30 ... Screen, 40 ... Concave mirror (light source), 50 ... Front windshield (transmission reflection member), 100 ... HUD device (image display device), 105 ... Shading member , 113R, 113G, 113B ... Aperture, 114 ... Optical path synthesis element (part of synthesis means), 115 ... Optical path synthesis element (part of synthesis means) 117a ... Light source element, 119 ... Optical path branching element (branch element), 111R, 111G, 111B ... Semiconductor laser (light source), 300, 300A, 300B, 300C ... Light source device, 700a ... Wavelength estimation unit (estimation means, part of light source device), 700b ... Power balance determination unit (emission light amount setting means) , Part of the light source device)
Claims (14)
前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光の各々の光路上に配置され、該光を整形するアパーチャと、
各々の前記アパーチャで整形された前記第1の光源からの光の光路上かつ前記第2の光源からの光の光路上に配置され、入射光を透過光と反射光とに分岐する平板状の分岐素子と、
前記反射光の少なくとも一部を受光する受光素子と、
前記複数の光源からの光の波長を推定する推定手段と、を備え、
前記アパーチャと前記分岐素子は、
2×d×cosθ×tan[arcsin(sinθ÷n)]>0.5×Dの関係を満たし、
前記分岐素子は、
前記第1の光源からの光の一部を反射させ、前記第2の光源からの光の一部を透過させることによって、前記第1の光源からの光の一部と前記第2の光源からの光の一部を合成して前記受光素子に向かって射出し、
前記第1の光源からの光の一部を透過させ、前記第2の光源からの光の一部を反射させることによって、前記第1の光源からの光の一部と前記第2の光源からの光の一部を合成して外部に射出し、
前記複数の光源は縦マルチモードで発振する半導体レーザであり、
前記推定手段は、前記受光素子で受光した光量に基づいて、前記第1の光源からの光の波長成分を加重平均した波長と、前記第2の光源からの光の波長成分を加重平均した波長とを推定することを特徴とする光源装置。
但し、d:分岐素子の厚さ
n:分岐素子の屈折率
θ:分岐素子に対する前記第1の光が入射する入射光の入射角
D:前記第1の光源からの光の光路上のアパーチャの開口径 A plurality of light sources including a first light source and a second light source,
Is disposed on the light each light path from the light and the second light source from the first light source, and an aperture for shaping the light,
It is arranged on the optical path of the light from the first light source and on the optical path of the light from the second light source, which is shaped by each of the apertures, and has a flat plate shape that branches the incident light into transmitted light and reflected light. Branch element and
A light receiving element that receives at least a part of the reflected light and
An estimation means for estimating the wavelength of light from the plurality of light sources is provided.
The aperture and the branching element
Satisfying the relationship of 2 × d × cos θ × tan [arcsin (sin θ ÷ n)]> 0.5 × D,
The branch element is
A part of the light from the first light source and a part of the light from the second light source are transmitted by reflecting a part of the light from the first light source and transmitting a part of the light from the second light source. A part of the light is synthesized and emitted toward the light receiving element.
A part of the light from the first light source and a part of the light from the second light source are transmitted by transmitting a part of the light from the first light source and reflecting a part of the light from the second light source. A part of the light is synthesized and emitted to the outside,
The plurality of light sources are semiconductor lasers that oscillate in vertical multimode.
Said estimating means, on the basis of the amount of light received by the light receiving element, wherein the wavelength of wavelength components of the light from the first light source the weighted average, the wavelength of the wavelength components of the light-weighted average from the second light source light source device and estimates and.
However, d: the thickness of the branching element n: the refractive index of the branching element θ: the incident angle of the incident light on which the first light is incident on the branching element D: the aperture of the light path from the first light source . Opening diameter
前記複数の光源からの光の光路上に配置され、入射光を透過光と反射光とに分岐する平板状の分岐素子と、
前記反射光の少なくとも一部を受光する受光素子と、
前記複数の光源からの光の波長を推定する推定手段と、を備え、
前記第1の光源から前記分岐素子に入射する入射光と前記分岐素子は、
2×d×cosθ×tan[arcsin(sinθ÷n)]>0.5×Dの関係を満たし、
前記分岐素子は、
前記第1の光源からの光の一部を反射させ、前記第2の光源からの光の一部を透過させることによって、前記第1の光源からの光の一部と前記第2の光源からの光の一部を合成して前記受光素子に向かって射出し、
前記第1の光源からの光の一部を透過させ、前記第2の光源からの光の一部を反射させることによって、前記第1の光源からの光の一部と前記第2の光源からの光の一部を合成して外部に射出し、
前記複数の光源は縦マルチモードで発振する半導体レーザであり、
前記推定手段は、前記受光素子で受光した光量に基づいて、前記第1の光源からの光の波長成分を加重平均した波長と、前記第2の光源からの光の波長成分を加重平均した波長とを推定することを特徴とする光源装置。
但し、d:分岐素子の厚さ
n:分岐素子の屈折率
θ:分岐素子に対する第1の光源からの入射光の入射角
D:第1の光源から分岐素子に入射する入射光の強度分布において、強度がピーク強度の1/e2となる径 A plurality of light sources including a first light source and a second light source,
A flat plate-shaped branching element arranged on the optical path of light from the plurality of light sources and branching incident light into transmitted light and reflected light.
A light receiving element that receives at least a part of the reflected light and
An estimation means for estimating the wavelength of light from the plurality of light sources is provided.
The incident light incident on the branching element from the first light source and the branching element are
Satisfying the relationship of 2 × d × cos θ × tan [arcsin (sin θ ÷ n)]> 0.5 × D,
The branch element is
A part of the light from the first light source and a part of the light from the second light source are transmitted by reflecting a part of the light from the first light source and transmitting a part of the light from the second light source. A part of the light is synthesized and emitted toward the light receiving element.
A part of the light from the first light source and a part of the light from the second light source are transmitted by transmitting a part of the light from the first light source and reflecting a part of the light from the second light source. A part of the light is synthesized and emitted to the outside,
The plurality of light sources are semiconductor lasers that oscillate in vertical multimode.
Said estimating means, on the basis of the amount of light received by the light receiving element, wherein the wavelength of wavelength components of the light from the first light source the weighted average, the wavelength of the wavelength components of the light-weighted average from the second light source light source device and estimates and.
However, d: the thickness of the branch element n: the refractive index of the branch element θ: the angle of incidence of the incident light from the first light source on the branch element D: the intensity distribution of the incident light incident on the branch element from the first light source . , Diameter at which the intensity is 1 / e 2 of the peak intensity
前記アパーチャの開口径によってDが設定されることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。 Further provided with an aperture that is arranged on the optical path of light between the first light source and the branching element and shapes the light.
The light source device according to claim 2, wherein D is set according to the aperture diameter of the aperture.
前記複数の光源からの入射光が前記分岐素子に対してp偏光となるように前記複数の光源及び前記分岐素子が配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光源装置。 The plurality of light sources are polarized light sources.
The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of light sources and the branching element are arranged so that the incident light from the plurality of light sources is p-polarized with respect to the branching element. The light source device described.
光源装置。 Of the reflected light reflected by the branching element, the light from the first light source is reflected by the emitting side surface of the branching element and emitted from the incident side surface of the light from the first light source. The light source device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a light-shielding member for light-shielding light.
前記複数の光源と前記分岐素子との間の光の光路上に配置され、前記複数の光源からの光を合成する合成手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の光源装置。 Before SL plurality of light sources, different emission wavelengths from each other,
Any one of claims 1 to 7, further comprising a synthesizing means that is arranged on an optical path of light between the plurality of light sources and the branching element and synthesizes light from the plurality of light sources. The light source device according to.
前記推定手段は、前記受光光量及び前記温度センサでの計測温度に基づいて前記波長を推定することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の光源装置。 Further equipped with a temperature sensor for measuring the ambient temperature around the plurality of light sources,
The light source device according to any one of claims 1 to 9, wherein the estimation means estimates the wavelength based on the amount of received light and the temperature measured by the temperature sensor.
置。 The light source device according to any one of claims 1 to 10, further comprising a light emission amount setting means for setting the emission light amount of the plurality of light sources based on the wavelength estimated by the estimation means. ..
前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成素子と、
前記画像を形成した光が照射されるスクリーンと、を備える画像表示装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 11.
An image forming element that forms an image with light from the light source device,
An image display device including a screen on which the light forming the image is irradiated.
前記画像表示装置が搭載される物体と、を備える物体装置。 The image display device according to claim 12, further comprising a light projecting unit that projects light through the screen toward a transmission / reflection member.
An object device including an object on which the image display device is mounted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016135692A JP6805587B2 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Light source device, image display device and object device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016135692A JP6805587B2 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Light source device, image display device and object device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018005162A JP2018005162A (en) | 2018-01-11 |
JP6805587B2 true JP6805587B2 (en) | 2020-12-23 |
Family
ID=60949161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016135692A Active JP6805587B2 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Light source device, image display device and object device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6805587B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6880566B2 (en) | 2016-04-25 | 2021-06-02 | 株式会社リコー | Light source device, image forming device, image display device, object device and color light generation method |
JP2019164204A (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社リコー | Light source device, display unit, display system, and movable body |
JP2020122858A (en) | 2019-01-30 | 2020-08-13 | 株式会社リコー | Optical scanner, display system and moving body |
JP2021056357A (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 日本精機株式会社 | Laser light source controller, headup display device, method, and computer program |
EP4384864A1 (en) * | 2021-08-11 | 2024-06-19 | Google Llc | Fresnel-reflection-based light pickoff element for laser-based systems |
JP2023111585A (en) | 2022-01-31 | 2023-08-10 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting module |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5842637B2 (en) * | 1975-07-04 | 1983-09-21 | 株式会社東芝 | laser beam angler |
JP2002040350A (en) * | 2000-07-28 | 2002-02-06 | Fuji Xerox Co Ltd | Optical scanner |
JP2004335532A (en) * | 2003-04-30 | 2004-11-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor laser module, optical component block, and optical resonator filter |
JP2005346823A (en) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Sharp Corp | Optical pickup and its drive method |
JP2010276742A (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | Nippon Seiki Co Ltd | Head-up display device |
TWI438488B (en) * | 2010-12-17 | 2014-05-21 | Ind Tech Res Inst | Optical scanning projection system |
JP2013190594A (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-26 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | Optical module and scan-type image display device |
JP6107153B2 (en) * | 2012-03-28 | 2017-04-05 | 日本精機株式会社 | Vehicle display device |
JP2014035386A (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-24 | Mitsubishi Electric Corp | Image display device and method for controlling light source |
JP6269463B2 (en) * | 2014-03-28 | 2018-01-31 | 株式会社Jvcケンウッド | Image display device and image display adjustment method |
-
2016
- 2016-07-08 JP JP2016135692A patent/JP6805587B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018005162A (en) | 2018-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6805587B2 (en) | Light source device, image display device and object device | |
JP6880566B2 (en) | Light source device, image forming device, image display device, object device and color light generation method | |
JP6792194B2 (en) | Wavelength estimation device, light source device, image display device, object device, wavelength estimation method and light source control method | |
EP3293564B1 (en) | Light-source device, image display apparatus, and mobile object | |
JP4582179B2 (en) | Image display device | |
US10209133B2 (en) | Wavelength estimation device, light-source device, image display apparatus, object apparatus, wavelength estimation method, and light-source control method | |
WO2012042744A1 (en) | Display device, mobile body, and control device | |
KR20150063349A (en) | Device and method for emitting a light beam intended to form an image, projection system, and display using said device | |
JP2018036501A (en) | Virtual image display device | |
JP2012032721A (en) | Display device | |
US11016294B2 (en) | Optical scanner, display system, and mobile object | |
JP2019164204A (en) | Light source device, display unit, display system, and movable body | |
JP6907488B2 (en) | Light source device, image display device and object device | |
JP2019164180A (en) | Optical scanner, image display device, head-up display, and movable body | |
TWI750253B (en) | Scanning device | |
JP6668711B2 (en) | Light source device, image display device and object device | |
JP7363201B2 (en) | Light source device, optical scanning device, display system, moving object, light source device control method, and wavelength estimation method | |
US10962776B2 (en) | Display device, display system, mobile object, display control method, and recording medium storing program code | |
WO2019230094A1 (en) | Head-up display device | |
JP2021086106A (en) | Display unit, display system, movable body, and light quantity control method | |
JP2021144131A (en) | Display device and mobile body | |
CN117579795A (en) | Image generation module, control method thereof and vehicle-mounted vision auxiliary system | |
JP2019211641A (en) | Light source device, display unit, display system, movable body, and light quantity control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190417 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200304 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200428 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20200701 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200707 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200821 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201104 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201117 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6805587 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |