JP2009098275A - 光源装置及び画像表示装置並びに光量補正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源と、前記光源に駆動信号を供給する駆動信号生成手段とを備える光源装置であって、前記光源の光量を測定する光量測定手段と、外部から入力される階調データが示す階調値に応じた目標光量と、前記光量測定手段によって測定された光量との差を光量誤差として算出し、前記光源の駆動信号の変化量に対する光量の変化量で定義される微分効率を、前記光量誤差と前記階調値との積の積算値により補正すると共に、前記光源を発光させるために最低限必要な前記駆動信号の閾値を、前記光量誤差の積算値により補正し、前記補正後の微分効率及び閾値を有する駆動信号を生成させるような指令信号を前記駆動信号生成手段に出力する光量補正手段とを具備する。
【選択図】図1
Description
レーザ素子が用いられているが、このような半導体レーザ素子は、温度変化や経年劣化な
どにより、そのレーザ特性が変化するため、所望の画像輝度を得られるようにレーザ光量を補正する必要がある。
て、半導体レーザ素子の発光パワーを受光パワー検出手段によって検出し、半導体レーザ
素子の閾値電流値と量子効率の変化等を検出することで、半導体レーザ素子の直流バイア
ス電流をバイアス電流制御手段に設定し、また、量子効率の変化等に対応したパルス電流
をパルス電流制御手段に設定することでレーザ出力のレベルを一定に保持する技術が開示
されている。また、下記特許文献2には、レーザ光源の検出光量と光出力の設定値との関係式を自動的に算出し、光記録媒体ドライブ装置にこの関係式のデータを設定して、レーザ光源の出力レベルを調整する技術が開示されている。
このような特徴を有する光源装置によれば、光源を駆動させながら、外部から入力される階調データが示す階調値に応じた目標光量と測定された光量との差である光量誤差を算出し、光源特性パラメータの1つである微分効率を前記光量誤差と前記階調値との積の積算値により補正すると共に、同じく光源特性パラメータの1つである駆動信号の閾値を、前記光量誤差の積算値により補正し、前記補正後の微分効率及び閾値を有する駆動信号を生成させるような指令信号を前記駆動信号生成手段に出力するので、動作中の温度変化等に起因する光源特性の変化に応じた光量補正をリアルタイムに行うことができると共に、高い光量補正精度を得ることができる。
このような構成を採用することにより、光源を駆動させながら、外部から入力される階調データが示す階調値に応じた目標光量と測定された光量との差である光量誤差を最小化するような第1の変数及び第2の変数を逐次的に求めて、その第1の変数及び第2の変数を基に得られた、微分効率を補正することのできる階調電流指令信号と、閾値電流を補正することのできる閾値電流指令信号を駆動信号生成手段に出力することにより、動作中の温度変化等に起因する光源特性の変化に応じた光量補正をリアルタイムに行うことができると共に、高い光量補正精度を得ることができる。
これにより、光量誤差の積算値と、光量誤差と階調値との積の積算値が、ほぼ零となってしまうような、目標光量と測定光量とのズレが生じた場合であっても、光量誤差と階調値との積の積算値が零となることを防止することができ、光量補正手段における補正動作の停止を防止することができる。
光量誤差の積算値と、光量誤差と階調値との積の積算値を計算する際、直近のデータ(光量誤差と階調値との積の値)を重視することが望ましいため、上記のように、過去のデータから順次忘却されるような重み付け定数を乗算することにより、直近のデータを基にした光量補正を行うことができ、光量補正精度の向上を図ることができる。
これにより、光量測定手段が有する測定光量のオフセットを補正した階調電流指令信号及び閾値電流指令信号の初期値を得ることができ、光量補正精度の向上を図ることができる。
これにより、初回の第2の変数の今回値及び第1の変数の今回値を精度良く求めることができる。
このような特徴を有する画像表示装置によれば、表示動作中の温度変化等に起因する光源特性の変化に応じた光量補正をリアルタイムに行うことができると共に、高い光量補正精度を得ることができ、表示品質の向上を図ることができる。
表示動作中に階調値に偏りが発生し、例えば非常に暗い画像があると正常に光量補正を行えない可能性がある。この対策として、上記のように、被投射面上に光を走査しない期間、つまり、画像表示を行わない期間に、映像信号処理手段により所定の階調データを前記光源装置における駆動信号生成手段及び光量補正手段に出力して光源を発光させ、前記光量補正手段により光量補正動作を行うことにより、問題なく光量補正を行うことができる。
このような特徴を有する光量補正方法によると、動作中の温度変化等に起因する光源特性の変化に応じた光量補正をリアルタイムに行うことができると共に、高い光量補正精度を得ることができる。
図1は、本実施形態に係る画像表示装置LSDの構成ブロック図である。なお、本画像表示装置LSDとして、スクリーン(被投射面)100上にレーザ光を走査して画像を表示するレーザスキャンディスプレイを例示して説明する。
なお、光電変換素子90、I/V変換器91、A/D変換器92、光量補正回路93、D/A変換器94及び95から成る補正系回路ブロックは、赤色レーザドライバ20R、緑色レーザドライバ20G、青色レーザドライバ20Bの各ドライバに対応して(つまり各色に対応して)設けられているものであるが、図1では説明の便宜上、赤色レーザドライバ20Rに対応する補正系回路ブロックのみを代表的に図示している。
すなわち、階調電流Idは、階調電流指令電圧Vapc2だけでなく、赤色階調データDRが示す階調値Dにも依存するため、Id=H1・Vapc2・Dと表すことができる。
なお、これら緑色レーザドライバ20G及び青色レーザドライバ20Bの詳細な構成は、図2及び図3に示す赤色レーザドライバ20Rと同様であるので説明を省略する。
つまり、反射ミラー50aの回転角θ1及び回転角θ2を検出すれば、照射位置Q(Qx、Qy)を一義的に求めることができる。
今、目標光量TをT=M・Dと表し、実際のレーザ光量PをP=a・D+bと表すものとする。ここで、Dは各色の階調データが示す階調値、Mは係数、a及びbは変数(aは第1の変数、bは第2の変数)である。
まず、以上の方法を図で示すと図8のようになる。DA変換器94、95からAD変換器92までのレーザドライバ、レーザダイオード、光電変換素子90などを制御対象400として、レーザ光量Pと諧調値Dから閾値電流指令値Dapc1と階調電流指令値Dapc2を計算することになる。
尚、G7除算器304を設けることで、G3=G6,G2=G5,G1=G4とすることが可能となり、回路の共用化が可能となり回路規模の削減をすることができる。
D/A変換器94は、上述した光量補正回路93から入力される閾値電流指令値Dapc1を閾値電流指令電圧Vapc1(=Gda・Dapc1)に変換して、赤色レーザドライバ20Rに出力する。D/A変換器95は、上述した光量補正回路93から入力される階調電流指令値Dapc2を階調電流指令電圧Vapc2(=Gda・Dapc2)に変換して、赤色レーザドライバ20Rに出力する。
なお、上記では、赤色用の補正系回路ブロックを代表的に用いて説明したが、緑色用及び青色用の補正系回路ブロックについても同様である。
まず、電源投入時における光量補正回路93の初期設定回路300による初期設定動作について説明する。図12は、A/D変換器92の出力であるDpd(つまり赤色のレーザ光量実測値P)と、レーザ駆動電流との対応関係を示す特性図である。図12に示すように、特性曲線自体は図4と同じ形となるが、I/V変換器91のオフセットにより、Dpdにはオフセットが発生していることがわかる。電源投入時における初期設定回路300の初期設定動作とは、このDpdに重畳しているオフセットを補正するために行われるものである。
なお、上述した初期設定動作は、緑色用及び青色用の補正系回路ブロックにおいても同様に行われる。
次に、本画像表示装置LSDの定常時における動作について、図14のタイミングチャートを参照して説明する。
ここで、既に外部の画像供給装置から映像信号及び同期信号(垂直同期信号Vsync及び水平同期信号Hsync)が入力されており、映像信号処理回路10は、映像信号及び同期信号を基に表示すべき画像の各画素に対応する階調値を規定するデジタル階調データを生成し、当該デジタル階調データを1フレーム単位で内部メモリに格納しているものとする。
なお、以下では、説明の便宜上、赤色階調データDRに着目して説明する。
1・δ1+D2・δ2となり、フリップフロップ311の出力値はa2=a1−μa・Sa2となる。このようなa2は階調電流指令値Dapc2としてD/A変換器95に出力され、D/A変換器95によって階調電流指令電圧Vapc2に変換されて、赤色レーザドライバ20Rの第1の電流源CS1に出力される。
1・δ1+D2・δ2+D3・δ3となり、フリップフロップ311の出力値はa3=a2−μa・Sa3となる。このようなa3は階調電流指令値Dapc2としてD/A変換器95に出力され、D/A変換器95によって階調電流指令電圧Vapc2に変換されて、赤色レーザドライバ20Rの第1の電流源CS1に出力される。
以下同様な動作が、1水平走査期間の最終列目(図14の時刻t20に相当)まで繰り返され、時刻t2からt3までの1水平走査期間における画像がスクリーン100に表示されることになる。
なお、上記の説明では、赤色階調データDRに着目して説明したが、緑色階調データDG及び青色階調データDBについても、それらに対応する補正系回路ブロックにより、同様な光量補正が行われる。
また、上記実施形態において、光量誤差の積算値Sbkと、光量誤差と階調値との積(モーメント)の積算値Sakに比例した値で、変数a及びbを逐次的に補正していたが、積算値Sbkと、積算値Sakの符号のより一定値の補正を変数a及びbに施してもよい。
Claims (9)
- 光源と、前記光源に駆動信号を供給する駆動信号生成手段とを備える光源装置であって、
前記光源の光量を測定する光量測定手段と、
外部から入力される階調データが示す階調値に応じた目標光量と、前記光量測定手段によって測定された光量との差を光量誤差として算出し、前記光源の駆動信号の変化量に対する光量の変化量で定義される微分効率を、前記光量誤差と前記階調値との積の積算値に
より補正すると共に、前記光源を発光させるために最低限必要な前記駆動信号の閾値を、前記光量誤差の積算値により補正し、前記補正後の微分効率及び閾値を有する駆動信号を生成させるような指令信号を前記駆動信号生成手段に出力する光量補正手段と、
を具備することを特徴とする光源装置。 - 前記駆動信号生成手段は、
外部から入力される階調データが示す階調値と前記光量補正手段から入力される階調電流指令信号とを基に、前記階調値に応じた階調電流を生成する階調電流生成手段と、
前記光量補正手段から入力される閾値電流指令信号に応じた閾値電流を生成する閾値電流生成手段と、
前記階調電流と前記閾値電流との加算電流を前記駆動信号として前記光源に供給する電流加算手段と、を備え、
前記光量補正手段は、
前記補正後の微分効率として前記微分効率に対応する第1の変数の今回値を、当該第1の変数の前回値から前記光量誤差と前記階調値との積の積算値に比例した数値を減算することで求め、前記第1の変数の今回値に応じた前記階調電流指令信号を前記階調電流生成手段に出力すると共に、前記補正後の閾値として前記閾値に対応する第2の変数の今回値を、当該第2の変数の前回値から前記光量誤差の積算値に比例した数値を減算することで求め、前記第2の変数の今回値に応じた前記閾値電流指令信号を前記閾値電流生成手段に出力する、
ことを特徴とする請求項1記載の光源装置。 - 前記光量補正手段は、
前記光量誤差と前記階調値との積を算出する際に使用する階調値として、当該階調値の平均値、または予め設定された階調値、または最小階調値から最大階調値までの中間値、と当該階調値との差を使用することを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 - 前記光量補正手段は、
前記光量誤差と前記階調値との積の積算値を求める際に、過去の光量誤差と階調値との積の値から順次忘却されるような重み付け定数を乗算すると共に、前記光量誤差の積算値を求める際に、過去の光量誤差の値から順次忘却されるような重み付け定数を乗算することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記光量補正手段は、
電源投入時において、前記光量測定手段が有する測定光量のオフセットを補正するための初期設定動作として、
前記光源を完全に消灯するための、前記階調電流指令信号、前記閾値電流指令信号及び階調データを前記駆動信号生成手段に出力した際の前記測定光量を黒レベル光量として取得した後、前記閾値電流指令信号を増加して前記測定光量から前記黒レベル光量を減算した値が所定の明るさを規定する第1の設定光量に到達した場合、前記閾値電流指令信号を減少させ、前記測定光量から前記黒レベル光量を減算した値が黒レベルと看做される第2の設定光量に到達した場合の前記閾値電流指令信号を当該閾値電流指令信号の初期値として設定する一方、最大階調値を示す階調データを前記駆動信号生成手段に出力し、前記階調電流指令信号を増加させ、前記測定光量から前記黒レベル光量を減算した値が最大目標発光量を規定する第3の設定光量に到達した場合の前記階調電流指令信号を当該階調電流指令信号の初期値として設定することを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記光量補正手段は、
前記初期設定動作によって求めた前記閾値電流指令信号の初期値を、初回の前記第2の変数の今回値を求める際の前記第2の変数の前回値として使用すると共に、前記階調電流指令信号の初期値を、初回の前記第1の変数の今回値を求める際の前記第1の変数の前回値として使用することを特徴とする請求項5記載の光源装置。 - 被投射面上に光を走査して画像を表示する画像表示装置であって、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置における光源から発生する光を前記被投射面上に走査する走査手段と、
外部から供給される映像信号を基に、表示すべき画像を表す前記階調データを生成すると共に、前記被投射面上における前記光の照射位置に応じた階調データを前記光源装置における駆動信号生成手段及び光量補正手段に出力する映像信号処理手段と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。 - 前記被投射面上に光を走査しない期間において、
前記映像信号処理手段は、所定の階調データを前記光源装置における駆動信号生成手段及び光量補正手段に出力し、
前記光量補正手段は、前記光量測定手段によって測定された、前記所定の階調データに応じた光源の光量と、前記所定の階調データが示す階調値とに基づいて前記補正を行うことを特徴とする請求項7記載の画像表示装置。 - 光源と、前記光源に駆動信号を供給する駆動信号生成手段とを備える光源装置に用いられる光量補正方法であって、
前記光源の光量を測定する第1の工程と、
外部から入力される階調データが示す階調値に応じた目標光量と、前記第1の工程によって測定された光量との差を光量誤差として算出する第2の工程と、
前記光量誤差と前記階調値との積の積算値を求める第3の工程と、
前記光源の駆動信号の変化量に対する光量の変化量で定義される微分効率を、前記光量誤差と前記階調値との積の積算値により補正する第4の工程と、
前記光量誤差の積算値を求める第5の工程と、
前記光源を発光させるために最低限必要な前記駆動信号の閾値を、前記光量誤差の積算値により補正する第6の工程と、
前記補正後の微分効率及び閾値を有する駆動信号を生成させるような指令信号を前記駆動信号生成手段に出力する第7の工程と、
を有することを特徴とする光量補正方法。
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