JP7559576B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本開示は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

例えば特許文献１には、レーザ光によって画像を生成するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置が記載されている。特許文献１に記載のＨＵＤ装置は、レーザ光を発する光源をペルチェ素子によって冷却又は加熱することで、光源の温度を、良好にレーザ光を出力可能な目標温度に近づける。

特開２０１３－２２８６７４号公報

光源の温度を目標温度に速やかに近づけるようにペルチェ素子を駆動するだけでは消費電力が増す虞があるため、改善の余地がある。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、レーザ光を発する光源を良好な温度に保ちつつ、消費電力を低減できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
レーザ光によって生成された画像を表す表示光を放射し、前記画像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記レーザ光を発する光源と、
前記光源を冷却又は加熱するペルチェ素子と、
前記光源の温度である光源温度を検出する温度検出部と、
所定の制御期間毎に前記温度検出部から前記光源温度を取得するとともに前記光源の目標温度を決定し、前記光源温度が前記目標温度に近付くように前記ペルチェ素子の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
予め定められた温度範囲に含まれる前記目標温度を決定するとともに、前記目標温度を設定された変化幅で変更可能であり、
前回の制御期間で前記ペルチェ素子を冷却駆動し、且つ、前記前回の制御期間で決定した前記目標温度である前回目標温度に前記変化幅を加算した値が前記温度範囲の上限値以下である第１条件を満たす場合には、今回の制御期間では、前記前回目標温度に前記変化幅を加算した値を前記目標温度に決定し、
前記前回の制御期間で前記ペルチェ素子を加熱駆動し、且つ、前記前回目標温度から前記変化幅を減算した値が前記温度範囲の下限値以上である第２条件を満たす場合には、前記今回の制御期間では、前記前回目標温度から前記変化幅を減算した値を前記目標温度に決定する。

本開示によれば、レーザ光を発する光源を良好な温度に保ちつつ、消費電力を低減できる。

本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の車両への搭載態様を示す図。 同上実施形態に係るＨＵＤ装置の概略構成図。 同上実施形態に係る合成レーザ光出力部の構成図。 同上実施形態に係るＨＵＤ装置の制御構成を示すブロック図。 同上実施形態に係るペルチェ制御処理のフローチャート。 同上実施形態に係るデューティ制限処理を説明するための図。 同上実施形態に係る目標温度決定処理のフローチャート。 同上実施形態に係る目標温度決定処理を説明するための図。

本開示の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置１は、図１に示すように、例えば、車両２のダッシュボードに設けられ、ウインドシールド３に向けて表示光Ｌを放射する。ウインドシールド３で反射した表示光Ｌは、ユーザ４に表示光Ｌが表す画像の虚像Ｖを視認させる。虚像Ｖは、車両２に関する各種情報（以下、車両情報と言う。）を示し、ウインドシールド３を介して車両２の前方に表示される。

ＨＵＤ装置１は、図２～図４に示すように、合成レーザ光出力部１０と、ペルチェ素子２０と、ヒートシンク３０と、温度検出部４０と、光強度検出部５０と、走査部６０と、透過スクリーン７０と、反射部８０と、筐体９０と、制御ユニット１００と、光源ドライバ２１０と、ペルチェ素子２０を駆動する駆動部２２０と、走査制御部２６０と、を備える。

合成レーザ光出力部１０は、合成レーザ光ＲＧＢを出力する構成であり、図３に示すように、レーザ光を発する光源１１と、集光部１２と、合成部１３と、透過膜１４とを備える。

光源１１は、ＬＤ（Laser Diode）からなり、複数設けられている。複数の光源１１のうち、赤色レーザ光Ｒを発するものを光源１１ａとし、緑色レーザ光Ｇを発するものを光源１１ｂとし、青色レーザ光Ｂを発するものを光源１１ｃとする。光源１１ａ～１１ｃは、光源ドライバ２１０によって駆動され、それぞれの発光強度及び発光タイミングが調整される。

集光部１２は、合成レーザ光ＲＧＢを収束光とするための構成であり、赤色レーザ光Ｒを集光する集光レンズ１２ａと、緑色レーザ光Ｇを集光する集光レンズ１２ｂと、青色レーザ光Ｂを集光する集光レンズ１２ｃとを備える。

合成部１３は、赤色レーザ光Ｒ、緑色レーザ光Ｇ及び青色レーザ光Ｂを合成することで生成した合成レーザ光ＲＧＢを放射する。合成部１３は、赤色レーザ光Ｒを反射する反射鏡１３ａと、赤色レーザ光Ｒを透過し、緑色レーザ光Ｇを反射するダイクロイックミラー１３ｂと、赤色レーザ光Ｒ及び緑色レーザ光Ｇを透過し、青色レーザ光Ｂを反射するダイクロイックミラー１３ｃとを有する。

透過膜１４は、合成レーザ光ＲＧＢの光路上に設けられ、例えば５％程度の反射率を有する透光性の部材である。透過膜１４を透過した合成レーザ光ＲＧＢは、走査部６０へ向かう。透過膜１４で反射した合成レーザ光ＲＧＢの一部は、光強度検出部５０へ向かう。

図３に示すペルチェ素子２０は、ペルチェ効果を利用した板状の熱電素子であり、駆動電流が供給されると一方の面が吸熱し、その反対面が発熱する。なお、駆動電流の向きを逆にすることで、ペルチェ素子２０の吸熱する面と発熱する面とを逆にすることができる。ペルチェ素子２０は、光源１１ａ～１１ｃの各々に対応して複数設けられている。ペルチェ素子２０は、駆動部２２０から供給される駆動電流に応じて、対応する光源１１を冷却又は加熱する。複数のペルチェ素子２０のうち、光源１１ａに接続されるものをペルチェ素子２０ａとし、光源１１ｂに接続されるものをペルチェ素子２０ｂとし、光源１１ｃに接続されるものをペルチェ素子２０ｃとする。

なお、ペルチェ素子２０は、対応する光源１１を冷却又は加熱することができれば、対応する光源１１に接触していなくともよく、基板などの部材を介して対応する光源１１の近傍に設けられていてもよい。また、本実施形態においては、光源１１ａ～１１ｃの各々に対応してペルチェ素子２０を設けた例を示したが、光源１１ａ～１１ｃを冷却又は加熱することができれば、ペルチェ素子２０の数は任意である。

ヒートシンク３０は、熱伝導率に優れる金属等の部材により形成され、ペルチェ素子２０ａ～２０ｃの各々に対応して複数設けられている。複数のヒートシンク３０のうち、ペルチェ素子２０ａに接続されるものをヒートシンク３０ａとし、ペルチェ素子２０ｂに接続されるものをヒートシンク３０ｂとし、ペルチェ素子２０ｃに接続されるものをヒートシンク３０ｃとする。ヒートシンク３０のペルチェ素子２０から離れる端部は、筐体９０の外部に突出するとともに、表面積を大きくするフィン形状を有する。ヒートシンク３０は、ペルチェ素子２０からの熱を吸収し、筐体９０の外部に放出することにより、ペルチェ素子２０による光源１１の冷却を補助する。

温度検出部４０は、サーミスタ等を用いた周知の温度センサから構成され、光源１１の温度である光源温度を検出する。温度検出部４０は、検出した光源温度を示す信号を制御ユニット１００の制御部１１０へ出力する。温度検出部４０は、光源１１ａ～１１ｃの各々に対応して複数設けられている。複数の温度検出部４０のうち、光源１１ａの温度を検出するものを温度検出部４０ａとし、光源１１ｂの温度を検出するものを温度検出部４０ｂとし、光源１１ｃの温度を検出するものを温度検出部４０ｃとする。なお、温度検出部４０は、光源１１ａ～１１ｃの周囲温度を纏めて検出する構成であってもよい。

光強度検出部５０は、フォトダイオード、フォトトランジスタ等から構成され、合成レーザ光ＲＧＢを受け、受けた光の強度（光強度）を検出する。後述のように、光源１１ａ～１１ｃはフィールドシーケンシャル方式で駆動されるため、光強度検出部５０は、赤色レーザ光Ｒ、緑色レーザ光Ｇ及び青色レーザ光Ｂの各々の光強度を順次検出することができる。

図２に示す走査部６０は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーから構成される。走査部６０は、合成レーザ光出力部１０から出力された合成レーザ光ＲＧＢを受け、合成レーザ光ＲＧＢを走査して透過スクリーン７０上に画像Ｍを生成する。また、走査部６０は、自身が有する各ミラーを動かすピエゾ素子の時間毎の振れ位置を検出する機能を有し、検出した位置を示す走査位置検出データを走査制御部２６０に出力する。

透過スクリーン７０は、走査部６０に走査された合成レーザ光ＲＧＢを背面（図２の下方に向く面）で受けることで、その反対面（図２の上方に向く面）に画像Ｍを表示する。これにより、透過スクリーン７０から画像Ｍを表す表示光Ｌが反射部８０に向かって放射される。透過スクリーン７０は、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、偏光板等から構成される。

反射部８０は、表示光Ｌを反射してウインドシールド３へ導く構成であり、光路変更鏡８１と、凹面鏡８２とを有する。光路変更鏡８１は、透過スクリーン７０から放射された表示光Ｌの光路を変更する。具体的に、光路変更鏡８１で反射した表示光Ｌは、凹面鏡８２に向かう。光路変更鏡８１は、例えば平面鏡であるが、画像Ｍの像歪みを補正する曲面を有する曲面鏡であってもよい。光路変更鏡８１からの表示光Ｌをウインドシールド３に向けて反射する凹面鏡８２の機能により、虚像Ｖは、透過スクリーン７０に表示されている画像Ｍが拡大されたサイズでユーザ４に視認される。凹面鏡８２は、制御部１１０の制御で動作する凹面鏡駆動部８２ａによって回転駆動される。制御部１１０は、凹面鏡駆動部８２ａを介して凹面鏡８２の回転位置を変更することで、ユーザ４から見た虚像Ｖの表示位置を調整可能である。

筐体９０は、上記の各部を収容する構成であり、合成樹脂、金属等から遮光性を有して箱状に形成される。なお、筐体９０は、複数の部材の組み合わせで構成されてもよい。筐体９０には、ウインドシールド３に向かって開口する開口部９０ａが設けられている。筐体９０には、開口部９０ａを塞ぐ透光板９１が取り付けられる。透過スクリーン７０から発せられ、光路変更鏡８１、凹面鏡８２の順で反射した表示光Ｌは、透光板９１を透過して、ウインドシールド３に向かって放射される。

図４に示す制御ユニット１００は、ＨＵＤ装置１の全体動作を制御するコンピュータであり、制御部１１０と、記憶部１２０とを備える。制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等から構成される。記憶部１２０は、Ｆｌａｓｈメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等から構成され、制御部１１０のＣＰＵの処理手順を定める動作プログラム、後述の各種設定値、閾値、関数等の種々のデータを記憶する。動作プログラムは、後述のペルチェ制御処理を実行するためのプログラムを含む。

制御部１１０は、例えば、車両２のＥＣＵ（Electronic Control Unit）等から映像信号を取得する。制御部１１０は、取得した映像信号に基づき、光源ドライバ２１０を介して光源１１ａ～１１ｃの各々を制御すると共に、走査制御部２６０を介して走査部６０を制御することで、映像信号が要求する画像Ｍを透過スクリーン７０上に生成する。

光源ドライバ２１０は、制御部１１０の制御の下で、光源１１ａ～１１ｃの各々に電流を供給する周知の駆動回路から構成される。光源ドライバ２１０は、例えば、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）等の方式で光源１１ａ～１１ｃを駆動する。光源ドライバ２１０は、制御部１１０の制御の下で光源１１ａ～１１ｃのそれぞれを所望の発光強度及びタイミングで駆動する。具体的に、光源ドライバ２１０は、光源１１ａ～１１ｃのそれぞれを順次点灯させるフィールドシーケンシャルカラー方式で光源１１ａ～１１ｃを駆動する。制御部１１０は、光源ドライバ２１０の動作を制御する際に、光強度検出部５０から取得した光源１１ａ～１１ｃの各々の光強度に基づきフィードバック制御を行うことで、光源１１ａ～１１ｃが所望の発光強度になるように監視制御を行う。

走査制御部２６０は、制御部１１０の制御の下で走査部６０を駆動するドライバＩＣ（Integrated Circuit）等から構成される。走査制御部２６０は、走査部６０から出力される走査位置検出データに基づいてフィードバックデータを生成し、制御部１１０へ出力する。制御部１１０は、走査制御部２６０から供給されるフィードバックデータに基づいて、透過スクリーン７０上における現在の合成レーザ光ＲＧＢの走査位置を特定する。

駆動部２２０は、ペルチェ素子２０ａ～２０ｃの各々に対応するスイッチング素子を有する駆動回路からなる。駆動部２２０は、制御部１１０の制御の下でペルチェ素子２０ａ～２０ｃの各々に供給する駆動電流を調整する。制御部１１０は、駆動部２２０のスイッチング素子を切り替えるためのＰＷＭ信号を生成し、駆動部２２０に出力する。駆動部２２０は、ＰＷＭ信号に応じてスイッチング素子を切り替えることで、ペルチェ素子２０ａ～２０ｃの各々に供給する駆動電流を調整する。

なお、駆動部２２０とペルチェ素子２０ａ～２０ｃの各々との間に、ローパスフィルタ回路を設けてもよい。ローパスフィルタ回路は、例えば、ＬＣ回路又はＲＣ回路であればよい。また、制御ユニット１００、光源ドライバ２１０、走査制御部２６０及び駆動部２２０の電源は、バッテリー等からの入力電圧を降圧する電源回路（図示せず）から供給される。

この実施形態の制御部１１０は、図５に示すペルチェ制御処理を所定の制御周期で（つまり、所定の制御期間毎に）実行し、温度検出部４０から光源温度を取得するとともに光源１１の目標温度を決定し、光源温度が目標温度に近付くようにペルチェ素子２０の動作を制御する。制御周期は、例えば５０ｍｓｅｃである。ペルチェ制御処理を実行する際に制御部１１０が持つ機能は、以下に述べるペルチェ制御処理とともに説明する。

なお、ペルチェ制御処理は、ペルチェ素子２０ａ～２０ｃの各々に対して同様の手順で実行される。そのため、以下では、ペルチェ素子２０ａ～２０ｃのうち任意のペルチェ素子２０に対する制御について説明する。同様の理由により、以下では、光源１１ａ～１１ｃのうち任意のペルチェ素子２０に対応するものを光源１１と表記し、ヒートシンク３０ａ～３０ｃのうち任意のペルチェ素子２０に対応するものをヒートシンク３０と表記する。例えば、制御部１１０は、電源投入によって起動するとペルチェ制御処理を開始する。

（ペルチェ制御処理）
制御部１１０は、ペルチェ制御処理を開始すると、デューティ制限設定処理（ステップＳ１００）、目標温度決定処理（ステップＳ２００）、デューティ決定処理（ステップＳ３００）、ラッシュ電流対策処理（ステップＳ４００）、ＰＷＭ信号出力処理（ステップＳ５００）の順で処理を実行する。

（デューティ制限設定処理）
まず、制御部１１０は、デューティ制限設定処理（ステップＳ１００）を実行することで、後のデューティ決定処理（ステップＳ３００）でＰＷＭ信号のデューティ比を決定する際の、デューティ比の制限を設定する。デューティ比が大きい程、ペルチェ素子２０に供給される駆動電流が大きくなる。そのため、デューティ比の制限は、ペルチェ素子２０に供給される駆動電流の制限に相当する。

ここで、ヒートシンク３０の放熱特性によっては、必ずしもデューティ比が１（１００％）である場合にペルチェ素子２０の最大効率とはならない。ある閾値まではデューティ比の上昇に比例してペルチェ素子２０による冷却能力が上昇する。しかしながら、ペルチェ素子２０の冷却能力はヒートシンク３０の放熱能力を超えることができない。ペルチェ素子２０からヒートシンク３０への排熱量が、ヒートシンク３０の放熱能力を超えて飽和すると、ペルチェ素子２０に供給される駆動電流の一部が無駄になり、冷却効率が低下する。この事項を考慮し、制御部１１０は、デューティ比の制限値を設定する。制御部１１０は、ペルチェ素子２０を冷却駆動する場合のデューティ比の制限である冷却時制限値と、ペルチェ素子２０を加熱駆動する場合のデューティ比の制限である加熱時制限値とを、互いに異なる値に設定する。具体的に、制御部１１０は、図６に示すように、加熱時制限値ＤＬｈを１未満の固定値（例えばＤＬｈ＝０．８６）に設定する。

一方、制御部１１０は、温度検出部４０で検出された光源温度Ｔに応じて、冷却時制限値ＤＬｃを以下（Ａ）～（Ｃ）のように設定する。なお、制御部１１０は、ペルチェ素子２０を冷却駆動する際に駆動部２２０に出力するＰＷＭ信号のデューティ比を負の値で表す。従って、図６に示すＤＬｃは、デューティ比の大きさ（絶対値）を示す。
（Ａ）制御部１１０は、温度検出部４０で検出された光源温度Ｔが第１設定温度Ｔ１（例えばＴ１＝１００．７５℃）以下の場合には、冷却時制限値ＤＬｃを第１の値Ｄ１（例えばＤ１＝０．６７）に設定する。つまり、Ｔ≦Ｔ１の場合、ＤＬｃ＝Ｄ１である。
（Ｂ）制御部１１０は、光源温度Ｔが第１設定温度Ｔ１よりも高い第２設定温度Ｔ２（例えばＴ２＝１２０．７５℃）以上の場合には、冷却時制限値ＤＬｃを第１の値Ｄ１よりも低い第２の値Ｄ２（例えばＤ２＝０．４５）に設定する。つまり、Ｔ≧Ｔ２の場合、ＤＬｃ＝Ｄ２である。
（Ｃ）制御部１１０は、光源温度Ｔが前記第１設定温度Ｔ１と第２設定温度Ｔ２の間である場合には、光源温度Ｔ及び制限値ＤＬの関係を示す関数ｆ（Ｔ）と、取得した光源温度Ｔとに基づいて算出した値を冷却時制限値ＤＬｃに設定する。関数ｆ（Ｔ）は、第２の値Ｄ２及び第１の値Ｄ１の差分と、第２設定温度Ｔ２及び第１設定温度Ｔ１の差分とを除算して得られる傾きαを有する直線を示し、ＤＬ＝ｆ（Ｔ）＝α（Ｔ－Ｔ２）＋Ｄ２の式で表せる。但し、α＝（Ｄ２－Ｄ１）／（Ｔ２－Ｔ１）である。つまり、Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２の場合、ＤＬｃ＝ｆ（Ｔ）である。

なお、ＤＬｈと、Ｄ１、Ｄ２、Ｔ１及びＴ２によって定まるＤＬｃとは、消費電力、ペルチェ素子２０の加熱又は吸熱効率、ヒートシンク３０を鑑みて、実験により予め設定することができる。また、制御部１１０は、光源温度Ｔが何らかの理由により取得できない場合、安全面を考慮して、ＤＬｃ＝Ｄ２とすればよい。

制御部１１０は、デューティ比の制限値である加熱時制限値ＤＬｈ及び冷却時制限値ＤＬｃを設定するとデューティ制限設定処理（ステップＳ１００）を終了する。

（目標温度決定処理）
目標温度決定処理（ステップＳ２００）は図７に示すフローチャートに従って実行される。まず、制御部１１０は、光源温度Ｔを取得できたか否かを判別する（ステップＳ２０１）。光源温度Ｔを取得した場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、取得した光源温度Ｔが温度範囲Ｒｔの上限値Ｔｍａｘより大きい（Ｔ＞Ｔｍａｘ）か否かを判別する（ステップＳ２０２）。温度範囲Ｒｔは、光源１１がレーザ光を高出力可能な範囲として予め定められている。例えば、温度範囲Ｒｔの上限値Ｔｍａｘは３６℃であり、下限値Ｔｍｉｎは－３９℃である。

Ｔ＞Ｔｍａｘである場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、上限値Ｔｍａｘを目標温度Ｔｔに決定する（ステップ２０３）。このステップＳ２０３の処理は、図８に示すＣａｓｅ１に相当する。

Ｔ≦Ｔｍａｘである場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、制御部１１０は、取得した光源温度Ｔが温度範囲Ｒｔの下限値Ｔｍｉｎより小さい（Ｔ＜Ｔｍｉｎ）か否かを判別する（ステップＳ２０４）。Ｔ＜Ｔｍｉｎである場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、下限値Ｔｍｉｎを目標温度Ｔｔに決定する（ステップ２０５）。このステップＳ２０５の処理は、図８に示すＣａｓｅ２に相当する。

ステップＳ２０４でＴ≧Ｔｍｉｎである場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、つまり、Ｔｍｉｎ≦Ｔ≦Ｔｍａｘである場合、制御部１１０は、前回の制御期間で取得した光源温度Ｔ_Ｌ（以下、前回光源温度Ｔ_Ｌと言う。）が存在するか否かを判別する（ステップＳ２０６）。

前回光源温度Ｔ_Ｌが存在する場合（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、前回の制御期間でのデューティ比である前回デューティ比の絶対値が予め定められた閾値以上であるか否かを判別する（ステップＳ２０７）。この閾値は、高デューティ駆動を実行しているか否かとなる基準値として予め定められる。前回デューティ比の絶対値が閾値未満である場合（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、つまり、高デューティ駆動でないと見做せる場合には、制御部１１０は、目標温度決定処理を終了する。これにより、今回の制御期間においても、前回の制御期間で決定された目標温度Ｔｔである前回目標温度Ｔｔ_Ｌがそのまま維持される。このようにステップＳ２０７でＮｏの場合は、図８に示すＣａｓｅ３に相当する。

ステップＳ２０７で前回デューティ比の絶対値が閾値以上である場合（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）、つまり、高デューティ駆動であると見做せる場合には、制御部１１０は、前回デューティ比が０以下であるか（つまり、前回の制御期間でペルチェ素子２０を冷却駆動していたか）否かを判別する（ステップＳ２０８）。

前回の制御期間でペルチェ素子２０を冷却駆動していた場合（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、消費電力を低減する観点で過冷却か否かを判別する（ステップＳ２０９）。ここで、制御部１１０は、温度範囲Ｒｔに含まれる目標温度Ｔｔを決定する際に、目標温度Ｔｔを設定された変化幅ΔＴで変更することが可能である。変化幅ΔＴは、熱衝撃試験で求めた温度勾配に追従可能な値に設定され、例えば、０．０６２５℃／５０ｍｓeｃ＝１．２５℃／ｓeｃである。例えば、制御部１１０は、前回目標温度Ｔｔ_Ｌに変化幅ΔＴを加算した値が上限値Ｔｍａｘ以下（Ｔｔ_Ｌ＋ΔＴ≦Ｔｍａｘ）である場合に過冷却であると判別する。

ステップＳ２０９で過冷却と判別すると（ステップＳ２０９；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、今回の制御期間では、前回目標温度Ｔｔ_Ｌに変化幅ΔＴを加算した値を目標温度Ｔｔに決定する（ステップＳ２１０）。つまり、Ｔｔ＝Ｔｔ_Ｌ＋ΔＴに決定する。このステップＳ２１０の処理は、図８に示すＣａｓｅ４に相当する。

前回の制御期間でペルチェ素子２０を加熱駆動していた場合（ステップＳ２０８；Ｎｏ）、制御部１１０は、消費電力を低減する観点で過加熱か否かを判別する（ステップＳ２１１）。例えば、制御部１１０は、前回目標温度Ｔｔ_Ｌから変化幅ΔＴを減算した値が下限値Ｔｍｉｎ以上（Ｔｔ_Ｌ－ΔＴ≧Ｔｍｉｎ）である場合に過加熱であると判別する。

ステップＳ２１１で過加熱と判別すると（ステップＳ２１１；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、今回の制御期間では、前回目標温度Ｔｔ_Ｌから変化幅ΔＴを減算した値を目標温度Ｔｔに決定する（ステップＳ２１２）。つまり、Ｔｔ＝Ｔｔ_Ｌ－ΔＴに決定する。このステップＳ２１２の処理は、図８に示すＣａｓｅ５に相当する。

ステップＳ２０９でＮｏ、又は、ステップＳ２１１でＮｏの場合、制御部１１０は、目標温度決定処理を終了する。この場合、今回の制御期間においても、前回の制御期間で決定された目標温度Ｔｔである前回目標温度Ｔｔ_Ｌがそのまま維持されるため、前述のＣａｓｅ３と同様である。

ステップＳ２０６で前回光源温度Ｔ_Ｌが存在しない場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、制御部１１０は、目標温度Ｔｔを光源温度Ｔに決定する（ステップＳ２１３）。このようにステップＳ２０６でＮｏの場合、現在、光源温度Ｔが上昇しているか下降しているかを特定できないものの光源温度Ｔが温度範囲Ｒｔの中で推移していると見做せるため、制御部１１０は、Ｔｔ＝Ｔとする。

ステップＳ２０１で光源温度Ｔを取得できなかった場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、制御部１１０は、目標温度Ｔｔを標準温度Ｔｎに決定する（ステップＳ２１４）。標準温度Ｔｎは、温度範囲Ｒｔに含まれ、且つ、光源１１が最大出力できる温度として予め定められる。例えば、Ｔｎ＝３０℃である。

ステップＳ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２１０、Ｓ２１２～Ｓ２１４の処理の実行後、制御部１１０は、目標温度決定処理（ステップＳ２００）を終了する。続いて、制御部１１０は、図５に示すデューティ決定処理（ステップＳ３００）を実行する。

（デューティ決定処理）
デューティ決定処理（ステップＳ３００）で、制御部１１０は、目標温度決定処理（ステップＳ２００）で決定した目標温度Ｔｔと、今回の制御期間で取得した光源温度Ｔとの差分を偏差ｅ（ｅ＝Ｔｔ－Ｔ）とするフィードバック制御を実行して、ＰＷＭ信号の暫定デューティ比Ｕを算出する。そして、制御部１１０は、算出した暫定デューティ比Ｕに基づいて、実際に出力するＰＷＭ信号のデューティ比Ｕｒを決定する。制御部１１０が実行するフィードバック制御は、周知の手法であればよく、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御などを用いることができる。

具体的に、制御部１１０は、偏差ｅがｅ＜０である場合、ペルチェ素子２０を冷却駆動すると決定する。この場合、算出した暫定デューティ比ＵがステップＳ１００で設定した冷却時制限値ＤＬｃを超える場合（Ｕ＞ＤＬｃ）、制御部１１０は、冷却時制限値ＤＬｃをデューティ比Ｕｒに決定する（Ｕｒ＝ＤＬｃ）。一方で、暫定デューティ比Ｕが冷却時制限値ＤＬｃを超えない場合（Ｕ≦ＤＬｃ）、制御部１１０は、暫定デューティ比Ｕをデューティ比Ｕｒに決定する（Ｕｒ＝Ｕ）。なお、ここでのＵとＤＬｃの値の比較は、絶対値での比較である。

制御部１１０は、偏差ｅがｅ≧０である場合、ペルチェ素子２０を加熱駆動すると決定する。この場合、算出した暫定デューティ比ＵがステップＳ１００で設定した加熱時制限値ＤＬｈを超える場合（Ｕ＞ＤＬｈ）、制御部１１０は、加熱時制限値ＤＬｈをデューティ比Ｕｒに決定する（Ｕｒ＝ＤＬｈ）。一方で、暫定デューティ比Ｕが加熱時制限値ＤＬｈを超えない場合（Ｕ≦ＤＬｈ）、制御部１１０は、暫定デューティ比Ｕをデューティ比Ｕｒに決定する（Ｕｒ＝Ｕ）。

ここで一例として、制御部１１０が暫定デューティ比ＵをＰＩ制御により算出する例を説明する。比例項をＵｐ、比例ゲインをＫｐ、積分項をＵｉ、積分ゲインをＫｉとすると、制御部１１０は、Ｕ＝Ｕｐ＋Ｕｉの式から暫定デューティ比Ｕを算出する。但し、Ｕｐ＝ｅ×Ｋｐであり、Ｕｉ＝Ｕｉ_Ｌ＋ｅ×Ｋｉである。なお、Ｕｉ_Ｌは、前回の制御期間に算出した積分項を示す。この実施形態では、ペルチェ素子２０を冷却駆動する場合と、加熱駆動する場合とで、Ｋｐ及びＫｉを異なる値に設定している。これは、冷却時と加熱時でペルチェ素子２０の性能が異なるためである。具体的に、ペルチェ素子２０を冷却駆動する場合のＫｐは加熱駆動する場合のＫｐよりも大きく、且つ、ペルチェ素子２０を冷却駆動する場合のＫｉは加熱駆動する場合のＫｉよりも大きい。Ｋｐ及びＫｉは、ペルチェ素子２０の性能、熱抵抗等を鑑みて、実験により予め定められる。なお、ＰＩＤ制御を採用する場合は、微分ゲインＫｄもペルチェ素子２０を冷却駆動する場合と加熱駆動する場合とで異なる値に設定することができる。

制御部１１０は、デューティ比Ｕｒを決定するとデューティ決定処理（ステップＳ３００）を終了する。

（ラッシュ電流対策処理）
ラッシュ電流対策処理（ステップＳ４００）では、制御部１１０は、今回の制御期間がペルチェ制御処理を開始してから光源温度Ｔを何回目に取得した期間であるかをカウントし、カウント数ｎが所定数ｍ（例えば、ｍ＝５）未満である場合（ｎ＜ｍ）、必要に応じて、デューティ比Ｕｒをシステム起動時に専用の起動時デューティ比Ｕｓに変更する。これにより、ラッシュ電流を低減する。

具体的に、制御部１１０は、ステップＳ３００でペルチェ素子２０を冷却駆動すると決定した場合、起動時デューティ比Ｕｓを、Ｕｓ＝ＤＬｃ×ｎ／ｍにより算出する。そして、ステップＳ３００で決定したデューティ比Ｕｒが算出した起動時デューティ比Ｕｓよりも大きい場合（Ｕｒ＞Ｕｓ）、制御部１１０は、デューティ比Ｕｒを起動時デューティ比Ｕｓに変更する。一方で、ステップＳ３００で決定したデューティ比Ｕｒが起動時デューティ比Ｕｓ以下の場合（Ｕｒ≦Ｕｓ）、制御部１１０は、デューティ比Ｕｒを変更しない。なお、ここでのＵｒとＵｓの値の比較は、絶対値での比較である。

また、制御部１１０は、ステップＳ３００でペルチェ素子２０を加熱駆動すると決定した場合、起動時デューティ比Ｕｓを、Ｕｓ＝ＤＬｈ×ｎ／ｍにより算出する。そして、ステップＳ３００で決定したデューティ比Ｕｒが算出した起動時デューティ比Ｕｓよりも大きい場合（Ｕｒ＞Ｕｓ）、制御部１１０は、デューティ比Ｕｒを起動時デューティ比Ｕｓに変更する。一方で、ステップＳ３００で決定したデューティ比Ｕｒが起動時デューティ比Ｕｓ以下の場合（Ｕｒ≦Ｕｓ）、制御部１１０は、デューティ比Ｕｒを変更しない。

制御部１１０は、システム起動時と見做せるカウント数ｎがｎ＜ｍである期間には、上記のラッシュ対策処理を実行し、デューティ比の大きさを徐々に増やすことで、ラッシュ電流を低減する。なお、カウント数ｎがｎ≧ｍである場合、制御部１１０は、デューティ比Ｕｒを変更せずに、ラッシュ電流対策処理を終了する。

（ＰＷＭ信号出力処理）
ＰＷＭ信号出力処理（ステップＳ５００）で、制御部１１０は、以上の処理で決定したデューティ比ＵｒのＰＷＭ信号を駆動部２２０に出力することでペルチェ素子２０を冷却又は加熱駆動する。なお、ペルチェ素子２０を冷却駆動する場合、駆動部２２０は、制御部１１０の制御の下で加熱駆動する場合と反対極性の駆動電流をペルチェ素子２０に供給する。以上がペルチェ制御処理である。

以上に説明したＨＵＤ装置１は、レーザ光によって生成された画像Ｍを表す表示光Ｌを放射し、画像Ｍの虚像Ｖを表示する。ＨＵＤ装置１は、レーザ光を発する光源１１と、光源１１を冷却又は加熱するペルチェ素子２０と、光源１１の温度である光源温度Ｔを検出する温度検出部４０と、所定の制御期間毎に温度検出部４０から光源温度Ｔを取得するとともに光源１１の目標温度Ｔｔを決定し、光源温度Ｔが目標温度Ｔｔに近付くようにペルチェ素子２０の動作を制御する制御部１１０と、を備える。

（１）ＨＵＤ装置１の制御部１１０は、予め定められた温度範囲Ｒｔに含まれる目標温度Ｔｔを決定するとともに、目標温度Ｔｔを設定された変化幅ΔＴで変更可能である。制御部１１０は、前回の制御期間でペルチェ素子２０を冷却駆動し、且つ、前回目標温度Ｔｔ_Ｌに変化幅ΔＴを加算した値が温度範囲Ｒｔの上限値Ｔｍａｘ以下である第１条件を満たす場合には、今回の制御期間では、前回目標温度Ｔｔ_Ｌに変化幅ΔＴを加算した値を目標温度Ｔｔに決定する。制御部１１０は、前回の制御期間でペルチェ素子２０を加熱駆動し、且つ、前回目標温度Ｔｔ_Ｌから変化幅ΔＴを減算した値が温度範囲Ｒｔの下限値Ｔｍｉｎ以上である第２条件を満たす場合には、今回の制御期間では、前回目標温度Ｔｔ_Ｌから変化幅ΔＴを減算した値を目標温度Ｔｔに決定する。

上記（１）の構成により、ペルチェ素子２０により光源１１を必要以上に加熱又は冷却することを抑制できるため、レーザ光を発する光源１１を良好な温度に保ちつつ、消費電力を低減できる。

（２）制御部１１０は、今回の制御期間において取得した光源温度Ｔが上限値Ｔｍａｘよりも大きい場合には上限値Ｔｍａｘを目標温度Ｔｔに決定し、今回の制御期間において取得した光源温度Ｔが下限値Ｔｍｉｎよりも小さい場合には下限値Ｔｍｉｎを目標温度Ｔｔに決定する。

上記（２）の構成により、ペルチェ素子２０により光源１１を必要以上に加熱又は冷却することを抑制できるため、消費電力を低減できる。

（３）具体的に、ＨＵＤ装置１は、ペルチェ素子２０に駆動電流を供給する駆動部２２０をさらに備える。制御部１１０は、駆動部２２０に出力するＰＷＭ信号のデューティ比Ｕｒを決定し、駆動部２２０は、デューティ比Ｕｒに応じた大きさの駆動電流をペルチェ素子２０に供給する。

（４）制御部１１０は、前回の制御期間でのデューティ比Ｕｒである前回デューティ比が予め定められた閾値以上であって上記（１）の第１条件を満たしている場合に、今回の制御期間では、前回目標温度Ｔｔ_Ｌに変化幅ΔＴを加算した値を目標温度Ｔｔに決定する。また、制御部１１０は、前回デューティ比が閾値以上であって上記（１）の第２条件を満たしている場合に、今回の制御期間では、前回目標温度Ｔｔ_Ｌから変化幅ΔＴを減算した値を目標温度Ｔｔに決定する。また、制御部１１０は、前回デューティ比が閾値未満であって今回の制御期間で取得した光源温度Ｔが温度範囲Ｒｔに含まれている場合には、今回の制御期間においても前回目標温度Ｔｔ_Ｌをそのまま維持する（つまり、Ｔｔ＝Ｔｔ_Ｌ）。

上記（４）の構成により、ペルチェ素子２０により光源１１を必要以上に加熱又は冷却することを抑制できるため、消費電力を低減できる。なお、閾値を０（ゼロ）とし、制御部１１０は、高デューティ駆動であるか否かに関わらずステップＳ２０７からＳ２０８に処理を進めて、消費電力を低減してもよい。

（５）制御部１１０は、ペルチェ素子２０を冷却駆動する場合のデューティ比の制限である冷却時制限値ＤＬｃと、ペルチェ素子２０を加熱駆動する場合のデューティ比の制限である加熱時制限値ＤＬｈとを、互いに異なる値に設定する。

（６）具体的に、制御部１１０は、光源温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以下の場合には、冷却時制限値ＤＬｃを第１の値Ｄ１に設定する。また、制御部１１０は、光源温度Ｔが第２設定温度Ｔ２以上の場合には、冷却時制限値ＤＬｃを第２の値Ｄ２に設定する。また、制御部１１０は、光源温度Ｔが第１設定温度Ｔ１と第２設定温度Ｔ２の間である場合には、関数ｆ（Ｔ）と、取得した光源温度Ｔとに基づいて算出した値を冷却時制限値ＤＬｃに設定する。

上記（５）、（６）の構成により、ペルチェ素子２０の性能を鑑みて、光源１１の温度を良好に調整できる。

（７）制御部１１０は、目標温度Ｔｔと光源温度Ｔとの差分を偏差ｅとするフィードバック制御を実行してＰＷＭ信号の暫定デューティ比Ｕを算出する。制御部１１０は、偏差ｅに基づきペルチェ素子２０を冷却駆動すると決定すると、暫定デューティ比Ｕが冷却時制限値ＤＬｃを超える場合には冷却時制限値ＤＬｃをデューティ比Ｕｒに決定する一方で、暫定デューティ比Ｕが冷却時制限値ＤＬｃを超えない場合には暫定デューティ比Ｕをデューティ比Ｕｒに決定する。また、制御部１１０は、偏差ｅに基づきペルチェ素子２０を加熱駆動すると決定すると、暫定デューティ比Ｕが加熱時制限値ＤＬｈを超える場合には加熱時制限値ＤＬｈをデューティ比Ｕｒに決定する一方で、暫定デューティ比Ｕが加熱時制限値ＤＬｈを超えない場合には暫定デューティ比Ｕをデューティ比Ｕｒに決定する。

上記（７）の構成により、ペルチェ素子２０に過剰な駆動電流を供給することを回避できるため、消費電力を低減できる。

なお、本開示は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、実施形態に適宜の変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

制御部１１０は、ペルチェ素子２０ａ～２０ｃのそれぞれに対してペルチェ制御処理を順次実行してもよい。また、制御部１１０は、ペルチェ素子２０ａ～２０ｃに対してペルチェ制御処理を並列処理で実行してもよい。

反射部８０を構成する鏡を何枚用いるか、どのように表示光Ｌの光路を折り返すか等は、設計に応じて適宜変更可能である。

表示光Ｌの投射対象は、ウインドシールド３に限定されず、板状のハーフミラー、ホログラム素子等により構成されるコンバイナであってもよい。

ＨＵＤ装置１が搭載される車両２の種類は限定されない。ＨＵＤ装置１は、自動四輪車、自動二輪車など様々な車両に搭載可能である。また、ＨＵＤ装置１は、航空機、船舶等、車両２以外の乗り物に搭載されてもよい。

以上の説明では、本開示の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１…ＨＵＤ装置
１０…合成レーザ光出力部
１１，１１ａ～１１ｃ…光源
２０，２０ａ～２０ｃ…ペルチェ素子
３０，３０ａ～３０ｃ…ヒートシンク
４０，４０ａ～４０ｃ…温度検出部
１００…制御ユニット、１１０…制御部、１２０…記憶部
２２０…駆動部
Ｔ…光源温度、Ｔｔ…目標温度、Ｔｔ_Ｌ…前回目標温度、ΔＴ…変化幅
Ｒｔ…温度範囲、Ｔｍａｘ…上限値、Ｔｍｉｎ…下限値

Claims (7)

1. レーザ光によって生成された画像を表す表示光を放射し、前記画像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記レーザ光を発する光源と、
   前記光源を冷却又は加熱するペルチェ素子と、
   前記光源の温度である光源温度を検出する温度検出部と、
   所定の制御期間毎に前記温度検出部から前記光源温度を取得するとともに前記光源の目標温度を決定し、前記光源温度が前記目標温度に近付くように前記ペルチェ素子の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   予め定められた温度範囲に含まれる前記目標温度を決定するとともに、前記目標温度を設定された変化幅で変更可能であり、
   前回の制御期間で前記ペルチェ素子を冷却駆動し、且つ、前記前回の制御期間で決定した前記目標温度である前回目標温度に前記変化幅を加算した値が前記温度範囲の上限値以下である第１条件を満たす場合には、今回の制御期間では、前記前回目標温度に前記変化幅を加算した値を前記目標温度に決定し、
   前記前回の制御期間で前記ペルチェ素子を加熱駆動し、且つ、前記前回目標温度から前記変化幅を減算した値が前記温度範囲の下限値以上である第２条件を満たす場合には、前記今回の制御期間では、前記前回目標温度から前記変化幅を減算した値を前記目標温度に決定する、
   ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記制御部は、
   前記今回の制御期間において取得した前記光源温度が前記上限値よりも大きい場合には前記上限値を前記目標温度に決定し、
   前記今回の制御期間において取得した前記光源温度が前記下限値よりも小さい場合には前記下限値を前記目標温度に決定する、
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記ペルチェ素子に駆動電流を供給する駆動部をさらに備え、
   前記制御部は、前記駆動部に出力するＰＷＭ信号のデューティ比を決定し、
   前記駆動部は、前記デューティ比に応じた大きさの前記駆動電流を前記ペルチェ素子に供給する、
   請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記制御部は、
   前記前回の制御期間での前記デューティ比である前回デューティ比が予め定められた閾値以上であって前記第１条件を満たしている場合に、前記今回の制御期間では、前記前回目標温度に前記変化幅を加算した値を前記目標温度に決定し、
   前記前回デューティ比が前記閾値以上であって前記第２条件を満たしている場合に、前記今回の制御期間では、前記前回目標温度から前記変化幅を減算した値を前記目標温度に決定し、
   前記前回デューティ比が前記閾値未満であって前記今回の制御期間で取得した前記光源温度が前記温度範囲に含まれている場合には、前記今回の制御期間においても前記前回目標温度をそのまま維持する、
   請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記制御部は、前記ペルチェ素子を冷却駆動する場合の前記デューティ比の制限である冷却時制限値と、前記ペルチェ素子を加熱駆動する場合の前記デューティ比の制限である加熱時制限値とを、互いに異なる値に設定する、
   請求項３又は４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記制御部は、
   前記光源温度が第１設定温度以下の場合には、前記冷却時制限値を第１の値に設定し、
   前記光源温度が前記第１設定温度よりも高い第２設定温度以上の場合には、前記冷却時制限値を前記第１の値よりも低い第２の値に設定し、
   前記光源温度が前記第１設定温度と前記第２設定温度の間である場合には、前記光源温度及び前記冷却時制限値の関係を示す関数と、取得した前記光源温度とに基づいて算出した値を前記冷却時制限値に設定し、
   前記関数は、前記第２の値及び前記第１の値の差分と、前記第２設定温度及び前記第１設定温度の差分とを除算して得られる傾きを有する直線を示す、
   請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記制御部は、
   前記目標温度と前記光源温度との差分を偏差とするフィードバック制御を実行して前記ＰＷＭ信号の暫定デューティ比を算出し、
   前記偏差に基づき前記ペルチェ素子を冷却駆動すると決定すると、前記暫定デューティ比が前記冷却時制限値を超える場合には前記冷却時制限値を前記デューティ比に決定する一方で、前記暫定デューティ比が前記冷却時制限値を超えない場合には前記暫定デューティ比を前記デューティ比に決定し、
   前記偏差に基づき前記ペルチェ素子を加熱駆動すると決定すると、前記暫定デューティ比が前記加熱時制限値を超える場合には前記加熱時制限値を前記デューティ比に決定する一方で、前記暫定デューティ比が前記加熱時制限値を超えない場合には前記暫定デューティ比を前記デューティ比に決定する、
   請求項５又は６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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