JP2009229558A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でレーザの出力光量の変動を補正する。
【解決手段】位置検出器２０９が、投影面２３０のスポットの位置は非投影領域を指示すると検出したときに、受光部２０４が検出するレーザ光の光量と、所定データに従うレーザの駆動信号のレベルとの相関関係を検出し、検出した相関関係が示すレーザの検出特性値と、常温時において当該レーザが有する光量と駆動信号のレベルとの相関関係を示す予め記憶した常温時特性値とを比較し、比較結果に基づき、画像データに従うレーザの駆動信号のレベルを補正する。
【選択図】図２

Description

この発明は、画像表示装置に関し、特に、レーザ光を被投影面に照射することによって画像を表示する画像表示装置に関する。

レーザ光をスクリーン、壁などの被投影面に照射して画像を表示する画像表示装置として、いわゆるレーザプロジェクタがある。レーザプロジェクタでは、フルカラーで画像を再現するには、赤色、緑色、青色の三原色のレーザ光を準備することが必要である。このようなレーザ光を用いた画像表示に係る構成は、次のようなものが提案されている。

特許文献１では、２次元に光を走査する装置において、光量を検知するために用いるパターンが投影されることを防止する構成が開示される。

特許文献２には、複数のビーム光を用いて明るさのムラを十分に低減でき、高品質な画像を表示可能な画像表示装置が示される。

特許文献３では、光源手段から画像情報に基づいて変調されて射出した光束を、２次元に走査することによって画像を表示する構成が開示される。

特許文献４では、解像度が高い画像や、階調数が多い画像を正確な階調で容易に表示するための構成が開示される。

特許文献５では、基本的な構成を簡素化することによって、プロジェクタ装置の小型軽量化・低コストを促進し、かつ光源の視覚への影響を緩和する構成が開示される。
特開２００３−００５１１０号公報 特開２００７−０５７５５５号公報 特開２００７−００３６８７号公報 特開２００６−１３３５５８号公報 特開２００３−１７２９００号公報

レーザダイオードは、長時間通電された場合には、レーザダイオード自体の温度が変化するので、その温度変化に伴い応答特性が変化することが知られている。つまり、駆動のためにレーザダイオードに印加される電流レベルに対する光の出力量は、温度上昇に伴い低下する。その結果、常温時で所定階調について得られたはずの光量を、温度上昇時には得ることができず、表示画像の画質は低下する。したがって、このような応答特性の変化にかかわらず、表示画像の画質を適切に維持することが望まれていた。

これに対し、特許文献１では、特別なパターン情報を準備して、当該パターン情報に従いレーザダイオードを駆動することにより出力された光量をモニタし、そのモニタ結果に基づきレーザダイオードの駆動電流の基準値を更新することを提案する。しかし、特別なパターン情報を準備する必要がある。また、当該パターン情報に従う画像が表示されないような特別な制御が必要となる、など構成が複雑である。

また、特許文献２と３では、照射されるビーム光の光量を検出して、検出結果に従い、レーザダイオードの駆動を制御する構成を示すが、このようなレーザダイオードの応答特性の変化に着目した補正ではない。

また、特許文献４および５にもレーザダイオードの応答特性の変化に着目したレーザダイオードの駆動制御は示されていない。

それゆえに、この発明の目的は、簡単な構成でレーザの出力変動に応じた光量の調整を可能とする画像表示装置を提供することである。

この発明のある局面に従うと、レーザ光を投影面に照射して前記投影面に画像を表示するための画像表示装置は、以下の構成を有する。

駆動信号が入力されて、入力する駆動信号のレベルに従う光量の前記レーザ光を出力するレーザと、画像データに従い、レーザ光が照射されるべき投影面における位置を制御する照射位置制御部と、照射位置制御部によって制御された投影面におけるレーザ光のスポットの位置を検出する位置検出部と、レーザが出力するレーザ光の光量を検出する光量検出部と、駆動信号のレベルを補正する駆動信号補正部とを備える。

投影面は、レーザに画像データに従う駆動信号が入力されることにより画像が投影される投影領域と、レーザに所定データに従う駆動信号が入力されることによりレーザ光が照射される非投影領域とを含む。この非投影領域は、照射位置制御部によって、レーザ光のスポットを投影領域に移動させるための領域である。

駆動信号補正部は、位置検出部が、スポットの位置は非投影領域を指示すると検出したときに、光量検出部が検出する光量と、所定データに従う駆動信号のレベルとの相関関係を検出し、検出した相関関係が示すレーザの検出特性値と、常温時におけるレーザの光量と駆動信号のレベルとの相関関係を示すレーザの常温時特性値とを比較し、比較結果に基づき、画像データに従う駆動信号のレベルを補正する。

好ましくは、駆動信号は、レーザが発光を開始するための閾値信号と、画像データに従う画像の階調を指示する階調信号とを含み、駆動信号補正部は、比較結果に基づき、閾値信号のレベルと、階調信号のレベルとを補正する。

好ましくは、駆動信号補正部は、位置検出部が、スポットの位置は非投影領域を指示すると検出したときに、常温時特性値が示す最大輝度のレーザ光を出力させるための駆動信号を、レーザに入力する最大輝度駆動部と、最大輝度駆動部により駆動信号がレーザに入力されたときの光量検出部が検出する光量と、常温時特性値が示す最大輝度が指す光量とを比較し、比較結果に基づき、階調信号のレベルを補正する。

好ましくは、照射位置制御部は、位置検出部が、スポットの位置は非投影領域を指示すると検出する期間は、レーザ光が照射されるべき投影面における位置を固定とする。

好ましくは、位置検出部が、スポットの位置は非投影領域を指示すると検出したときに、光量検出部が検出する光量は、非投影領域における画素単位の光量の平均値である。

本発明によれば、非投影領域において所定データに従う駆動信号を用いてレーザ光を照射したときの検出光量と、当該駆動信号レベルとの相関関係が示す値を検出し、この検出した値と、当該レーザの常温時の相関関係を示す値との比較結果に基づき、投影領域における画像表示のための当該画像データに従う駆動信号のレベルを補正する。

これによって、レーザの出力光量の変動が生じても、出力変動を補正して、投影領域におけるレーザ光出力制御の精度を向上させることができる。その結果、出力変動を補正するための特別な画像パターン表示のための領域を準備しなくとも、レーザの出力変動によって生じる表示画像の階調表現誤差が低減されて、構成を簡単にしながら表示画像の品質を高めることができる。

また、出力変動の補正は、レーザの常温時の相関関係を示す値との比較結果に基づき行なわれるので、レーザ自体の温度変化による出力光量の変化を補償することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部分には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

本実施の形態に係る画像表示装置は、光源であるＬＤ（Laser Diode）から照射されたレーザ光によって表示するべき画像を走査して、スクリーン、壁面などの投影面に画像を表示する。たとえばレーザプロジェクタに相当する。ＬＤは、素子の温度変化に伴いレーザ光の輝度が変化するという特性を有する。画像表示装置では、この特性にかかわらず、表示すべき画像が要求する輝度が得られるように、ＬＤに印加するべき電流（駆動電流という）を補正する。これによって、表示するべき画像について正確な階調制御が可能となり、滑らかな色の変化を持った画像を投影することが可能となる。

ここで、図１を参照して、ＬＤの駆動電流Ｉの補正量の決定の手順について説明する。図１には、ＬＤのスロープ効率（出力する光強度Ｌ／駆動電流Ｉ（ｍＡ））が示される。光強度は、輝度または光量に対応する。図１に示すようにＬＤに印加される閾値電流およびスロープ効率（出力する光強度Ｌ／駆動電流Ｉ（ｍＡ））は、ＬＤ素子自体の温度変化に従い変化する。つまり、ＬＤは、通電されている時間が長くなるに従いジャンクション部で発熱が起こり素子自体の温度が上昇する。この温度上昇に従い出力可能な最大光強度が低下し、ＬＤの動作範囲は狭くなる。この動作範囲は、画像表示においては階調を制御するための階調制御領域Ｅ１、Ｅ２に相当する。図１では、ＬＤが常温時にはスロープ効率は直線Ｈ１に従い変化するが、温度上昇時にはスロープ効率は直線Ｈ２に従い変化する。

したがって、たとえば画像を最大２５６の階調に従い表示すると想定した場合に、常温時には、ＬＤは閾値電流Ｉ１を印加すると発光を開始し、以降、駆動電流Ｉを増加させることで、最大２５６階調（最大輝度ＭＡＸ）の画像を表示することができる。閾値電流Ｉ１からこの最大階調の画像を表示するための駆動電流までの範囲を階調制御領域Ｅ１と称し、階調制御領域Ｅ１が示す範囲で駆動電流Ｉを制御することで最大階調“２５６”までの画像を表示することができる。

一方、長時間通電などによりＬＤ自体の温度が上昇するとスロープ効率は直線Ｈ２に示すように変化する。つまり、ＬＤは閾値電流Ｉ２（＞Ｉ１）を印加すると発光を開始するので、温度上昇時に、駆動電流Ｉを階調制御領域Ｅ１内において制御しても所望の階調を得ることはできない。たとえば、階調“２５６”の画像を表示するために階調制御領域Ｅ１内の最大駆動電流ＩをＬＤに印加したとしても、ＬＤの照射光の光強度Ｌに関しては輝度ＣＮ（＜ＭＡＸ）しか得られない。つまり、差分Ｄ（Ｄ＝ＭＡＸ−ＣＮ）だけ輝度は低下する。したがって、温度上昇時には、駆動電流Ｉを常温時の階調制御領域Ｅ１において制御したとしても、画像データが指定する階調に従う画像を表示することができず、表示画像の画質は劣化する。

これを回避するために、本実施の形態では、表示すべき画像が要求する輝度が得られるように、ＬＤに印加するべき電流（駆動電流という）を、ＬＤの温度特性に従い補正する。

図２を参照して、この発明の実施の形態に係る画像表示装置３００は、表示制御部１００と光学部２００とを備え、さらに後述のＸＹスキャナミラー２０６を振動させるように駆動して、そのミラー面の傾きを制御するドライバ２２０を備える。光学部２００から出射されたレーザ光は、画像表示装置３００の外部に設けられたスクリーン、壁などの投影面２３０に照射される。

表示制御部１００は、画像表示装置３００自体を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ドライバ２２０に対し制御のタイミングを指示する水平駆動タイミング信号ＨＴおよび垂直駆動タイミング信号ＶＴを出力するタイミングコントローラ１０２、ＬＤによるレーザ光の出射を制御するためのレーザ制御部１０３および位置信号生成部１０４を含む。

位置信号生成部１０４は、レーザ光が投影面２３０に照射されている期間において、その照射位置を示す位置信号１１１を生成し、ＣＰＵ１０１に出力する。照射位置は、投影面２３０におけるレーザ光のスポットの位置に対応する。

光学部２００は、緑色レーザ光を出力するＬＤである緑レーザ２０１、赤色レーザ光を出力するＬＤである赤レーザ２０２、青色レーザ光を出力するＬＤである青レーザ２０３、レーザパワー検出器２０４、ビームスプリッタ２１１、レンズ２０５、ＸＹスキャナミラー２０６、ハーフミラー２０７、位置検出器２０９、および受光部２１０を含む。レーザパワー検出器２０４はフォトダイオードからなる。レーザパワー検出器２０４は、緑レーザ２０１、赤レーザ２０２および青レーザ２０３が混合された光を受光すると、その受光量を検出する。すなわち、受光量に応じた電流信号を出力する。この電流信号は、光量検出信号２３７として、レーザ制御部１０３に出力される。

ビームスプリッタ２１１は、緑レーザ２０１、赤および青レーザ２０２および２０３から出力されたレーザ光を入力して混合する。混合により３本のレーザ光は１本の光束になる。ビームスプリッタ２１１は、混合によって得られたレーザ光を、レーザパワー検出器２０４とレンズ２０５に分割して出力する。分割によってレンズ２０５側へ出力されるレーザ光は、投影面２３０に画像を表示可能な光量を有する。

レンズ２０５側へ出力されるレーザ光はレンズ２０５を介してＸＹスキャナミラー２０６に入射し、そのミラー面において反射し、ハーフミラー２０７に入射する。ＸＹスキャナミラー２０６は、ドライバ２２０によってそのミラー面の傾きが制御される。これにより、ハーフミラー２０７を介して投影面２３０に照射されるレーザ光のスポットの位置が、ミラー面の傾きに連動して移動する。

ハーフミラー２０７は、ＸＹスキャナミラー２０６のミラー面において反射された光を入射し、その多くの光を透過させて投影面２３０に出力するとともに、その一部の光を反射させて受光部２１０に出力する。

受光部２１０の受光面には、ハーフミラー２０７から出力された光が入射する。受光面は複数のフォトダイオード素子が２次元に配列されてなる。ここでは、受光部２１０の受光面の形状およびサイズは、投影面２３０の形状およびサイズを所定比率で縮小されたものとする。したがって、受光面のいずれの位置のフォトダイオード素子にレーザ光が入射したかを検出することによって、当該位置に対応する投影面２３０における位置を検出することができる。

受光部２１０は、受光面の複数のフォトダイオード素子の出力信号を各フォトダイオード素子に予め割当てられた順番に従い検出し、検出した信号に基づき、当該フォトダイオード素子は当該レーザ光を受光したか否かを検出する。受光部２１０は、受光したフォトダイオード素子を検出すると、当該フォトダイオード素子に割当てられた順番のデータを位置検出器２０９に出力する。

位置検出器２０９は、受光面の複数のフォトダイオード素子のそれぞれについて、順番のデータと、当該フォトダイオード素子の受光面における位置のデータとを対応付けて格納したテーブルを予め格納する。したがって、位置検出器２０９は、受光部２１０から入力した順番のデータに基づきテーブルを検索することによって、対応する位置のデータを読出し、位置信号生成部１０４に出力する。

位置信号生成部１０４は、位置検出器２０９から位置のデータを入力すると、入力した位置のデータを、投影面２３０における対応する位置のデータに変換する。そして、変換によって得られた投影面２３０における位置データに基づき、位置信号１１１を生成し、ＣＰＵ１０１に出力する。

位置信号生成部１０４は、位置データの変換のためにテーブルを予め格納する。上述したように、受光部２１０の受光面の形状およびサイズは、投影面２３０の形状およびサイズを所定比率で縮小されたものであるから、このテーブルには、当該所定比率に従って、受光面の複数のフォトダイオード素子の受光面における位置のデータと、投影面２３０における対応の位置のデータとが関連付けて格納される。位置信号生成部１０４は、位置検出器２０９から入力した位置のデータに基づきテーブルを検索することによって、関連付けされた位置のデータ、すなわち投影面２３０における対応する位置のデータを読出すことができる。

図３を参照して、レーザ制御部１０３は、赤レーザ２０２、緑レーザ２０１および青レーザ２０３のそれぞれに対応して、レーザ駆動回路１２１、１２２および１２３を備える。

図４を参照し、レーザパワー検出器２０４は、赤色の波長の光、緑色の波長の光および青色の波長の光のそれぞれに対応して、対応する波長の光を検出するための領域２３３、２３５および２３６を有する。これら領域のそれぞれは、フォトダイオード２３１とカラーフィルタ２３２が一体的に構成されてなる。具体的には、各領域においては、フォトダイオード２３１の受光面に、カラーフィルタ２３２が一体的に装着されている。各領域のカラーフィルタは、当該領域に対応した波長の光のみを通過させるための特性を有している。したがって、各領域では、対応する色の光のみが当該カラーフィルタ２３２を通過して、フォトダイオード２３１によって検出される。各領域おいてフォトダイオード２３１によって検出された光は、その受光量に応じた電流信号である光量検出信号１Ｒ、１Ｇおよび１Ｂとして、レーザ制御部１０３のレーザ駆動回路１２１、１２２および１２３それぞれに出力される。レーザ制御部１０３に与えられる光量検出信号２３７は、光量検出信号１Ｒ、１Ｇおよび１Ｂを含む。

なお、光量検出信号２３７は、その後の信号処理が容易となるように増幅した後にレーザ制御部１０３に与えられるとしてもよい。

なお、レーザパワー検出器２０４は上述の構成に限定されない。たとえば、カラーフィールタ２３２に代替して赤レーザ光、緑レーザ光および青レーザ光が有する波長の光を透過させる特性を有するフィルタを備えるようにしてもよい。この場合には、赤レーザ光、緑レーザ光および青レーザ光を時系列に発光させることで、時系列に光量検出信号１Ｒ、１Ｇおよび１Ｂを導出することができる。

図５には、レーザ駆動回路１２１の概略構成が示される。レーザ駆動回路１２２およびレーザ駆動回路１２３は、レーザ駆動回路１２１と同様の構成および機能を有するので、ここではレーザ駆動回路１２１について説明する。レーザ駆動回路１２１の信号１Ｒ〜７Ｒは、レーザ駆動回路１２２の信号１Ｇ〜７Ｇおよびレーザ駆動回路１２３の信号１Ｂ〜７Ｂに相当するので、これら信号１Ｇ〜７Ｇおよび１Ｂ〜７Ｂについての説明は略す。

図５を参照してレーザ駆動回路１２１は、閾値電流生成部１３１、階調電流生成部１３２、図６に示すスイッチ制御部１３３、階調制御のための駆動電流を制御及び補正する機能を有する光量制御回路１３４、スイッチ１３５および複数のスイッチ１６０を備える。

スイッチ１３５は後述する信号ＡＴにより制御される。信号ＡＴが‘ＯＮ’状態である期間のみ、スイッチが閉じる。スイッチ１３５が閉じている期間には、光量制御回路１３４と図４で示した領域２３３のフォトダイオード２３１とが接続されて、フォトダイオード２３１が出力する光量検出信号１Ｒは光量制御回路１３４に入力する。信号ＡＴが‘ＯＦＦ’状態である期間は、スイッチは開いた状態である。開いた期間には、光量制御回路１３４とフォトダイオード２３１とは接続されないので、光量検出信号１Ｒは光量制御回路１３４には与えられない。

複数のスイッチ１６０はスイッチ制御部１３３から出力される信号６Ｒによって制御される。複数のスイッチ１６０のうちの１つのスイッチ１６０の入力端子は、閾値電流生成部１３１に接続されて閾値電流生成部１３１からの出力信号を受けて、その出力端子はレーザダイオード１３６の入力段に接続される。他の各スイッチ１６０の入力端子は、階調電流生成部１３２に接続されて、階調電流生成部１３２からの出力信号を受け、その出力端子は赤レーザ２０２に相当のレーザダイオード１３６の入力段に接続される。

スイッチ制御部１３３は、信号６Ｒを複数のスイッチ１６０に出力して、信号６Ｒによりスイッチ１６０それぞれを個別に開閉を制御する。

ここで図７を参照して、表示すべき画像の走査に関連付けた、投影面２３０におけるレーザ光のスポットの移動について説明する。ここでは、投影面２３０は、直交するＸ軸およびＹ軸（水平方向に延びるＸ軸および垂直方向に延びるＹ軸）によって規定される二次元座標の矩形平面とする。画像を表示開始するとき、画像表示装置３００から出射されたレーザ光によるスポットは、その二次元座標の原点（Ｘ軸とＹ軸の交差点）に対応する投影面２３０の左上端部に在る。この点から移動を開始し、画像の走査に従い、図中破線矢印で示すように右下端部に向かって移動する。この移動は、ＸＹスキャナミラー２０６の傾きが水平駆動信号ＨＴおよび垂直駆動信号ＶＴに従い制御されることにより、実現される。

本実施の形態では、投影面２３０は、図７のように、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤから構成される。映画・放送番組などの表示するべきコンテンツの画像は、領域Ｂのみにおいて表示される。他の領域Ａ、ＣおよびＤは、レーザ光は照射されるけれどもコンテンツのデータに従う画像は投影されない非投影領域であって、レーザ光のスポットを投影のための領域Ｂに移動させるために利用される領域である。

そこで、本実施の形態では、領域ＡおよびＣにおいてレーザ光の強度（光量）を検出する。その後、領域Ｄにレーザ光のスポットが在る期間において、領域ＡおよびＣにおける光量検出結果に基づき、ＬＤに印加するべき駆動電流を補正する。これにより、ＬＤの照射光量は、表示するべき画像に要求されている階調に従う輝度が得られるように補正される。

図６を参照して、図５に示したスイッチ制御部１３３について説明する。スイッチ制御部１３３は、画像を表示するための階調を示すデータ１５３のそれぞれに対応して、複数のスイッチ１６０のうちの閉じるべき所定スイッチ１６０のみを選択的に指示するデータ１５４を格納するテーブル１５２と、アクセス部１５０および信号生成部１５１を備える。

スイッチ制御部１３３は、スポットが領域Ｂに在るときは、入力する階調信号４Ｒが示す階調に応じたスイッチ切換のための信号６Ｒを生成して複数のスイッチ１６０に出力する。階調信号４Ｒは画像データが指示する画像表示のための階調を示す。信号６Ｒは、複数のスイッチ１６０のうち、所定のスイッチ１６０のみ選択的に閉じるように制御し、他のスイッチ１６０は開いたままとするように作用する。したがって、閉じたスイッチ１６０を介して、閾値電流生成部１３１または階調電流生成部１３２から、駆動電流を指す信号Ｒ７がレーザダイオード１３６に供給される。これにより、表示するべき画像を画像データが指定する階調に従い表示することが可能となる。

信号生成部１５１は、第１パターン１５７、第２パターン１５８および第３パターン１５９のデータを予め記憶している。第１〜第３パターン１５７〜１５９の値は相互に異なる。第１パターン１５７は、レーザ光のスポットが領域Ａに在るときに、複数のスイッチ１６０のうち閉じるべきスイッチ１６０を選択的に指示するデータであり、同様に、第１パターン１５８は、レーザ光のスポットが領域Ｃに在るときに、閉じるべきスイッチ１６０を選択的に指示するデータである。第３パターン１５９は、レーザ光のスポットが領域Ｄに在るときに、全てのスイッチ１６０を閉じるように指示するデータである。

アクセス部１５０は、階調信号４Ｒが指示する階調データに従い、テーブル１５２を検索して、当該階調データに一致する値を指すデータ１５３に対応するデータ１５４を、テーブル１５２から読出し、信号生成部１５１に出力する。

信号生成部１５１は、画像を表示する際には、レーザ光のスポットが領域Ａ〜Ｄのいずれに在るかを指示する信号５Ｒが与えられる。信号生成部１５１は、信号５Ｒに基づき動作する。信号５Ｒが領域Ａを指示するときには、信号生成部１５１は第１パターン１５７を読出し、読出した第１パターン１５７に基づく信号６Ｒを生成して出力し、信号５Ｒが領域Ｃを指示するときには、信号生成部１５１は第２パターン１５８を読出し、読出した第２パターン１５８に基づく信号６Ｒを生成して出力する。信号５Ｒが領域Ｄを指示するときには、信号生成部１５１は第３パターン１５９を読出し、読出した第３パターン１５９に基づく信号６Ｒを生成して出力する。

信号５Ｒが領域Ｂを指示するときには、アクセス部１５０から与えられるデータ１５４に基づく信号６Ｒを生成して出力する。

データ１５４は、対応するデータ１５３が示す階調の画像を表示するために、スイッチ１６０のうち閉じるべきスイッチ１６０を指示するデータである。たとえば画像データが階調を指示するために８ビット長のデータを含むと想定した場合、スイッチ１６０の総数は８個となり、最大階調は２⁸となる。たとえば、階調信号４Ｒが最大の階調“２５６”を指示するとき、信号６Ｒによって、すべてのスイッチ１６０が閉じられて、レーザダイオード１３６には最大の駆動電流が供給される。このように、信号６Ｒによって、レーザダイオード１３６に印加するべき駆動電流の信号７Ｒを制御して、レーザダイオード１３６から照射される光量（光強度）を制御することができる。

階調電流生成部１３２は、光量制御回路１３４から入力する最大輝度信号に基づく電流信号を接続される複数のスイッチ１６０のそれぞれの入力端子に分配する。たとえば、画像データが階調を指示するためにｎビット長のデータを有するとすると、ｎ個のスイッチ１６０が接続されて、最大輝度信号に基づく電流信号はｎ個に分配される。各端子に与えられる電流Ｉの関係は、たとえばＩ_ｎ−１＝Ｉ_ｎ／２とする。あるいは、２^ｎ−１個のスイッチ１６０を接続するようにして、各スイッチ１６０の端子に与えられる電流を等しくなるようにしてもよい。

なお、画像表示装置３００に電源ＯＮがされたときは、複数のスイッチ１６０のそれぞれの入力端子には、常温時の最大輝度ＭＡＸに基づく電流信号が分配した与えられていると想定する。

図８には、ＸＹスキャナミラー２０６の駆動タイミングとＬＤの照射光量の補正のタイミングが関連付けて示される。

ドライバ２２０は、タイミングコントローラ１０２から出力される水平駆動タイミング信号ＨＴおよび垂直駆動タイミング信号ＶＴに基づきＸＹスキャナミラー２０６の駆動制御信号を生成し、ＸＹスキャナミラー２０６に出力する。

図８に示すように、水平駆動タイミングＨＴおよび垂直駆動タイミングＶＴによって、画像を表示する期間は、スポットが領域Ｂに在る画像投影の期間Ｔ２と、スポットが領域Ｂにない非投影期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４およびＴ５とに大別される。図８の期間Ｔ１は図７の領域ＡまたはＣにスポットが在る期間に対応する。期間Ｔ２は領域Ｂにスポットが在る期間に対応する。期間Ｔ３、Ｔ４およびＴ５は領域Ｄにスポットが在る期間に対応する。

期間Ｔ３においては、図１に示したように温度変化による閾値電流の変化（Ｉ１→Ｉ２）に伴う閾値電流の補正を行なう期間である。期間Ｔ４は、図１に示すように最大輝度信号のレベルを補正する期間である。期間Ｔ５は、領域Ｄにあるレーザ光のスポットを、次の画像表示のために図７の投影面２３０の左上端にまで移動させるための期間として用いられる。なお、本実施の形態では、期間Ｔ４においては、垂直駆動タイミングＶＴを変化させないので、投影面２３０においてレーザ光のスポットは垂直方向には移動しない。

図９には、本実施の形態に係る画像表示装置３００の機能構成が示される。
本実施の形態に係る画像表示装置３００は、ＣＰＵ１０１に対応する制御部３０１、表示するべきコンテンツの画像データを予め記憶する画像データ格納部３０２、領域検出部３０３、図８の光量制御の期間Ｔ４を指示する信号ＡＴおよび期間Ｔ３の開始を指示する信号１１２を出力する光量制御期間検出部３０５、期間Ｔ４におけるレーザ光のスポットの移動の停止／再開を制御するための指示信号１１３を出力する停止／再開部３０６、加算平均部３０７、閾値電流Ｉ１を指示する信号を生成して出力する閾値信号生成部３０８、閾値補正部３０９、最大輝度信号生成部３１０、階調信号生成部３１１および走査信号生成部３１２を備える。

制御部３０１は、画像データ格納部３０２から読出した画像データを走査信号生成部３１２および階調信号生成部３１１に与える。階調信号生成部３１１は、与えられる画像データに基づき、表示すべき画像の階調を指示する階調信号４Ｒ、４Ｂ、４Ｇを生成し、レーザ駆動回路１２１、１２２および１２３のそれぞれに出力する。走査信号生成部３１２は、画像データを入力し、入力した画像データに基づき投影面２３０における画像の走査タイミングを決定する信号４０１を生成して出力する。走査信号生成部３１２から出力される信号４０１と、階調信号生成部３１１から出力される階調信号４Ｒ、４Ｂ、４Ｇとは同期がとられて出力されている。信号４０１は、図７の二次元座標平面を規定する座標（Ｘ，Ｙ）の信号として出力される。

領域検出部３０３は、投影面２３０におけるレーザ光の現在のスポット位置を指示する位置信号１１１を、位置信号生成部１０４から入力し、入力した位置信号１１１に基づき現在のスポットの在る領域を検出する。その検出結果を光量制御期間検出部３０５に出力するとともに、信号５Ｒ、５Ｇおよび５Ｂとしてレーザ駆動回路１２１〜１２３にそれぞれ出力する。信号１１１は、図７の二次元座標平面を規定する座標（Ｘ，Ｙ）の信号として出力される。

領域検出部３０３は、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのそれぞれを規定するアドレス（座標データ）のデータを予め格納している。動作においては、入力する信号１１１が示す座標とこれら格納されたデータを比較し、比較結果に基づき、現在のスポットが、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのいずれに在るかを検出し、検出結果を指す信号５Ｒ、５Ｇおよび５Ｂを出力する。

光量制御期間検出部３０５は、領域検出部３０３から出力された信号に基づき、図８に示した最下段の信号ＡＴを生成し出力するとともに、閾値電流の補正が行なわれるべき期間Ｔ３の開始を指示する信号１１２を出力する。信号１１２は、領域検出部３０３から出力された信号が示す情報が、他の領域を指す情報から‘領域Ｄ’を指示する情報に変化したタイミングを指示する信号である。

光量制御期間検出部３０５は領域検出部３０３から入力した信号と、入力する位置信号１１１とに基づき、信号１１２図８の最下段に示す信号ＡＴを生成して出力する。

停止／再開部３０６は、光量制御期間検出部３０５から入力した信号ＡＴに基づき信号１１３を生成して、走査信号生成部３１２に出力する。信号１１３は、信号ＡＴが“ＯＦＦ”→“ＯＮ”に変化したことに応じて投影面２３０におけるスポットの移動停止を指示し、その後“ＯＮ”→“ＯＦＦ”に変化したことに応じて移動の再開を指示するような信号である。

走査信号生成部３１２は、信号１１３を入力すると、入力した信号１１３が指示する期間、すなわち図８の信号ＡＴが“ＯＮ”の期間は、垂直駆動タイミング信号ＶＴの信号レベルが変化しないような信号４０１を生成して出力する。したがって、信号ＡＴが“ＯＮ”の期間においては、レーザ光のスポットは水平方向（Ｘ軸が延びる方向）には移動するけれども、垂直方向（Ｙ軸が延びる方向）には移動しない。

加算平均部３０７は、領域検出部３０３からの領域検出結果の信号と、レーザパワー検出器２０４からの光量検出信号２３７とを入力する。動作において、領域検出部３０３からの入力信号が、図７の領域Ａおよび領域Ｃのそれぞれにスポットが在ることを指示すると判定したときには、入力した光量検出信号２３７が指す光量データを、画素単位で加算し、その平均を算出し、算出した値を格納する。つまり、領域Ａについての光量データの平均値は加算平均値ＡＣとして、領域Ｃについての光量データの平均値は加算平均ＣＣとして所定のメモリに格納される。

加算平均部３０７における加算平均値ＡＣとＣＣの算出・記憶は、光量検出信号２３７の光量検出信号１Ｒ、１Ｇおよび１Ｂについて、それぞれ実行される。したがって、加算平均部３０７には、光量検出信号１Ｒ、１Ｇおよび１Ｂのそれぞれに対応して、加算平均値ＡＣとＣＣが格納される。

閾値信号生成部３０８は、赤、緑および青レーザ２０２、２０１、２０３のそれぞれについて、ＬＤの特性に従う図１の常温時の閾値電流Ｉ１のデータを予め格納している。動作においては、これらデータを読出し、読出したデータに基づき、赤、緑および青レーザ２０２、２０１、２０３のそれぞれについて閾値電流Ｉ１を指示する信号を生成し、閾値補正部３０９に出力する。

閾値補正部３０９は、信号１１２と閾値信号生成部３０８からの信号とを入力する。動作において、信号１１２に基づき期間Ｔ３の開始を検出すると、赤、緑および青レーザ２０２、２０１、２０３のそれぞれについての閾値電流Ｉ１を指示する閾値信号生成部３０８からの信号を、図１の閾値電流Ｉ２（補正結果の信号）を指示する信号に補正する。これにより、閾値補正信号２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂを生成する。生成した閾値補正信号２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂのそれぞれはレーザ駆動回路１２１、１２２および１２３に出力される。

なお、閾値補正部は、画像表示装置３００の電源ＯＮ時には、閾値補正信号２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂとして、閾値電流Ｉ１を指示する閾値信号生成部３０８からの信号を出する。

ここで、閾値補正部３０９による補正動作について説明する。閾値補正信号２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂについては、同様の手順で算出されるので、ここでは、閾値補正信号２Ｒを生成する手順を例示して補正動作を説明する。

ＣＰＵ１０１の所定のメモリ領域には、図１の常温時の直線Ｈ１で示す駆動電流と光強度（光量）との相関関係を示すＬ−Ｉの特性データが予め格納されていると想定し、補正は、このメモリ領域から読出した常温時の特性データを用いて行なわれる。まず信号１１２により期間Ｔ３の開始が指示されると、光量検出信号１Ｒについての加算平均値ＡＣとＣＣを加算平均部３０７から読出す。閾値補正部３０９は第１パターン１５７および第２パターン１５８に従う駆動電流の値を予め格納している。したがって、常温時の特性データに従い、この格納している駆動電流の値と、読出した加算平均値ＡＣとＣＣにより、図１における点（１）（図１では丸付き数字１）と点（２）（図１では丸付き数字２）を特定する。そして、両方の点を結んだ温度上昇時の直線Ｈ２で示す駆動電流と光強度との相関関係を示すＬ−Ｉの特性データ指す式を算出する。そして、直線Ｈ２の延長上において、閾値電流Ｉ２を示す点（３）（図１の丸付き数字３）の値、すなわち閾値電流Ｉ２を直線Ｈ２の式に従い算出する。これにより、補正後の閾値電流Ｉ２が検出されて、閾値電流Ｉ２を指示する閾値補正信号２Ｒが出力される。

補正後の閾値電流Ｉ２が確実に検出できるように、第１パターン１５７および第２パターン１５８に従う駆動電流の値は、ともに駆動電流Ｉ１よりも大きく、さらに好ましくは、少なくとも一方の値は領域Ｅ１の最大値よりも大きい値である。

最大輝度信号生成部３１０は、図１に示されるように、赤、緑および青レーザ２０２、２０１、２０３のそれぞれについて、常温時に各ＬＤの出射光が画像データに従う最大階調（最大輝度、最大光量）となるような駆動電流のデータを予め格納している。したがって、画像を表示する時には、これらデータを読出し、読出したデータに基づき、常温時に各ＬＤの出射光が最大輝度（最大光量）となるような駆動電流を示す最大輝度信号３Ｒ、３Ｇおよび３Ｂを生成し、レーザ駆動回路１２１、１２２および１２３のそれぞれに出力する。

次に図１０のフローチャートに従い、画像表示装置３００において、投影面２３０に照射されるレーザ光の輝度（ＬＤの照射光量）を、適正レベルに維持する処理について説明する。

このフローチャートに従うプログラムは、図示のないメモリに予め格納されており、ＣＰＵ１０１が当該プログラムをメモリから読出し、実行することにより、画像表示装置３００の各部が制御されて、当該フローチャートに従う処理が実現される。

ここで、画像データは１秒間に６０枚のフレームから構成されると想定する。各フレームの画像を表示する毎に、図１０の処理フローチャートが開始されると想定する。

まず、画像表示装置３００の電源がＯＮされて、コンテンツの表示開始が指示されると、当該コンテンツの画像データが制御部３０１により、画像データ格納部３０２から読出される。読出された画像データは、階調信号生成部３１１および走査信号生成部３１２に与えられるので、投影面２３０に対して、画像データに従うレーザ光の照射がなされて、画像が表示される。

この状態において、まずステップＳ３において、領域検出部３０３は、現在のレーザ光のスポットの位置を指す位置信号１１１を入力して、現在のスポットが、領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのいずれに在るかを検出する。検出結果は、信号５Ｒ、５Ｇおよび５Ｂとして、レーザ駆動回路１２１、１２２および１２３に出力される。

レーザ駆動回路１２１、１２２および１２３それぞれの信号生成部１５１は、入力する信号５Ｒ、５Ｇおよび５Ｂに基づき、現在のスポットは領域Ａに在ると検出して、第１パターン１５７に基づく信号６６ＲＧおよび６Ｂを生成して、出力する（ステップＳ５）。したがって、赤レーザ２０２、緑レーザ２０１および青レーザ２０３からは、第１パターン１５７に従う光量が照射される。

このとき、加算平均部３０７は、領域検出部３０３から与えられる信号に基づき、スポットは領域Ａに在ると検出する期間においては、入力する光量検出信号２３７に基づき、画素単位で受光レベルを累積加算し、その平均値ＡＣを算出し格納する（ステップＳ７）。赤レーザ２０２、緑レーザ２０１および青レーザ２０３について同様に、平均値ＡＣが算出されて格納される。

一方、レーザ駆動回路１２１、１２２および１２３それぞれの信号生成部１５１は、入力する信号５Ｒ、５Ｇおよび５Ｂに基づき、現在のスポットは領域Ｃに在ると検出すると、第２パターン１５８に基づく信号６６ＲＧおよび６Ｂを生成して、出力する（ステップＳ９）。したがって、赤レーザ２０２、緑レーザ２０１および青レーザ２０３からは、第２パターン１５８に従う光量が照射される。

このとき、加算平均部３０７は、領域検出部３０３から与えられる信号に基づき、スポットは領域Ｃに在ると検出する期間においては、入力する信号２３７に基づき、画素単位で受光レベルを累積加算し、その平均値ＣＣを算出し格納する（ステップＳ１１）。赤レーザ２０２、緑レーザ２０１および青レーザ２０３について同様に、平均値ＣＣが算出されて格納される。

また、領域検出部３０３は、現在のスポットは領域Ｄに在ると検出すると、光量制御期間検出部３０５は、信号１１２を、領域Ｄの期間Ｔ３の開始を指示する信号レベルにして出力する。

閾値補正部３０９は、信号１１２を入力し、入力信号１１２に基づき現在のスポットが領域Ｄに在り、且つ期間Ｔ３の開始であると検知すると、加算平均値ＡＣとＣＣとを用いて上述した手順に従う補正により、閾値電流Ｉ２を算出して、算出した補正後の閾値電流Ｉ２を指示する閾値補正信号を出力する（ステップＳ１３）。このとき、閾値補正信２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂが同様の手順で生成されて、レーザ駆動回路１２１、１２２および１２３に出力される。

これによって、レーザ駆動回路１２１では、閾値電流生成部１３１は接続するスイッチ１６０の入力端子に、閾値補正信２Ｒに従う閾値電流（たとえば、図１の閾値電流Ｉ２）が供給される。他のレーザ駆動回路１２２および１２３のそれぞれでも同様の動作が行なわれる。

次に、期間Ｔ４に移行してステップＳ１５、Ｓ１７およびＳ１９の処理が行われる。まず、ステップＳ１５では、制御部３０１は最大輝度信号生成部３１０に指示し、常温時の最大輝度信号３Ｒ、３Ｇおよび３Ｂを生成し出力するよう制御する。また、スイッチ制御部１３３では、信号５Ｒに基づき、第３パターン１５９に従う信号６Ｒが生成して出力される。これによって、階調電流制御部１３２に接続されるスイッチ１６０の入力端子には、常温時の最大輝度信号３Ｒ、３Ｇおよび３Ｂに従う駆動電流が分配して供給される。したがって赤レーザ２０２、緑レーザ２０１および青レーザ２０３のレーザダイオード１３６は、図１の最大輝度ＭＡＸを示す駆動電流（図１の丸付き数字４で示す駆動電流）が供給されて、発光する。このときの光量がレーザパワー検出器２０４により検出されて、検出した光量を示す光量検出信号２３７が出力される。

また、このとき、信号ＡＴが‘ＯＦＦ’→‘ＯＮ’となるので、スイッチ１３５は、開→閉の状態に切替わる。結果、光量制御回路１３４には、最大輝度信号に基づき照射された光量を示す光量検出信号２３７の光量検出信号１Ｒが入力する。

なお、期間Ｔ４が終了するまで、信号６Ｒのレベルと、赤レーザ２０２、緑レーザ２０１および青レーザ２０３のレーザダイオード１３６に供給される電流レベルは保持される。

次に、ステップＳ１７では、停止／再開部３０６により、信号１１３が出力される。これにより、信号ＡＴの‘ＯＮ’期間では、垂直駆動タイミング信号ＶＴの信号レベルは保持される。これにより、スポットの垂直方向の移動は停止する。

次のステップＳ１９では、光量制御回路１３４がＣＰＵ１０１の所定のメモリ領域から読出した図１の直線Ｈ１で示すＬ−Ｉの特性データを用いて、最大輝度信号のレベルを補正する。つまり、光量制御回路１３４はステップＳ１５で各レーザダイオード１３６から発光された光量の検出信号１Ｒが指す輝度（光強度Ｌ）と、最大輝度信号が指す輝度（光強度Ｌ）との差分Ｄを検出し、検出した差分Ｄの信号を階調電流生成部１３２に与える。

階調電流生成部１３２は、光量制御回路１３４から与えられる差分Ｄの信号と、ステップＳ１３で検出した直線Ｈ２の関数の式とに基づき、最大輝度信号ＭＡＸを得るための図１の点（５）（図中は丸付き数字５）に示す駆動電流Ｉを検出する。これにより、最大輝度信号ＭＡＸを得るための補正後の駆動電流Ｉが検出される。最大輝度信号ＭＡＸを得るための補正後の駆動電流Ｉに基づく電流信号は、階調電流制御部１３２に接続されるスイッチ１６０のそれぞれの入力端子に分配して供給される。

したがって、スイッチ制御部１３３の信号６Ｒによって、スイッチ１６０のすべてがＯＮ状態となったとすれば、レーザダイオード１３６には図１の点（５）の駆動電流Ｉが供給されるので、照射光量は、常温時の最大輝度ＭＡＸを指す。なお、このときのスイッチ１６０の入力端子に分配された電流値は、光量制御回路１３４によって次の信号ＡＴの‘ＯＮ’期間において、新たな補正後の駆動電流の信号が供給されるまで保持される。次の、新たな補正後駆動電流の信号が供給されるときに、一旦、スイッチ１６０の入力端子の電流値はゼロレベルに設定された後に、新たな補正後の駆動電流がスイッチ１６０の入力端子に分配して与えられる。

ステップＳ１９の処理は、レーザ駆動回路１２１、１２２および１２３について同様に行なわれる。

次に、信号ＡＴのＯＮ期間が終了すると、期間Ｔ５の処理（ステップＳ２１）が行なわれる。期間Ｔ５では、スイッチ制御部１３３により、全てのスイッチ１６０は信号６Ｒにより開いた状態に設定される。したがって、レーザ光は照射されない。

また、ステップＳ２１では、保持されていた垂直駆動タイミング信号ＶＴのレベルは変化し、レーザ光のスポットは、投影面２３０の左上端部に移動する。このとき、次回の駆動電流Ｉの補正に備えて、加算平均部３０７に格納されている加算平均値ＡＣおよびＣＣの値が初期値（たとえば、ゼロ）にリセットされる。また、加算平均値ＡＣおよびＣＣの値は画像処理装置３００の電源ＯＮ時に初期値にセットされる。

駆動電流Ｉを補正した後の次のフレームの表示においては、補正後の階調制御領域Ｅ２において画像の階調を制御することができるので、要求される階調を満たす画像を表示することができる。

なお、本実施の形態では、信号ＡＴがＯＮである期間、すなわち光量制御動作期間においては、垂直方向の走査が停止するとしている。したがって、補正後の階調制御領域Ｅ２を検出するために最大輝度でレーザ光を照射するとしても、領域Ｄにおいて最大輝度で照射されている領域を最小にすることができる。したがって、コンテンツ画像をモニタするユーザに不快感を与えるのを防止できる。

また、光強度補正が終了するまでの時間をつくるために、垂直駆動信号ＶＴの振幅を一時的に大きくする（図８の部分ＴＭの破線参照）ようにしてもよい。

また、レーザパワー検出器２０４の機能を受光部２１０によって兼用させるようにしてもよい。このようにした場合には、レーザパワー検出器２０４を削除でき部品点数を減らすことができる。

また、本実施の形態ではスイッチ１６０は最大階調が２５６であることに従い８個のスイッチを設けたが、２５６個のスイッチを設けるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、領域Ｄは投影領域Ｂの下側に設けたが上側に設けてもよい。
また、レーザ駆動回路は、対応するレーザをＰＷＭ（パルス幅変調）方式に従い駆動するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に係るレーザダイオードの特性を示す図である。 この発明の実施の形態に係る画像表示装置のハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態に係るレーザ制御部の概略構成図である。 この発明の実施の形態に係るレーザパワー検出器の構成図である。 この発明の実施の形態に係るレーザ駆動回路の概略構成図である。 この発明の実施の形態に係るスイッチ制御部の機能構成図である。 この発明の実施の形態に係る投影面におけるレーザ光のスポットの移動を説明する図である。 この発明の実施の形態に係るＸＹスキャナミラーの駆動タイミングと光量制御のタイミングを示す図である。 この発明の実施の形態に係る画像表示装置の機能構成図である。 この発明の実施の形態に係る処理フローチャートである。

符号の説明

１００ 表示制御部、１０１ ＣＰＵ、１０２ タイミングコントローラ、１０３ レーザ制御部、１０４ 位置信号生成部、２００ 光学部、２０１ 緑色レーザ、２０２ 赤色レーザ、２０３ 青色レーザ、２０４ レーザパワー検出器、２０６ ＸＹスキャナミラー、２０７ ハーフミラー、２０９ 位置検出器、２１０ 受光部、１３１ 閾値電流生成部、１３２ 階調電流生成部、１３３ スイッチ制御部、１３４ 光量制御回路、１３５，１６０ スイッチ、３００ 画像表示装置。

Claims (5)

1. レーザ光を投影面に照射して前記投影面に画像を表示するための画像表示装置であって、
   駆動信号が入力されて、入力する駆動信号のレベルに従う光量の前記レーザ光を出力するレーザと、
   前記画像データに従い、前記レーザ光が照射されるべき前記投影面における位置を制御する照射位置制御部と、
   前記照射位置制御部によって制御された前記投影面における前記レーザ光のスポットの位置を検出する位置検出部と、
   前記レーザが出力する前記レーザ光の光量を検出する光量検出部と、
   前記駆動信号のレベルを補正する駆動信号補正部とを備え、
   前記投影面は、前記レーザに画像データに従う前記駆動信号が入力されることにより前記画像が投影される投影領域と、前記レーザに所定データに従う前記駆動信号が入力されることにより前記レーザ光が照射される非投影領域とを含み、
   前記非投影領域は、前記照射位置制御部によって、前記レーザ光のスポットを前記投影領域に移動させるための領域であり、
   前記駆動信号補正部は、
   前記位置検出部が、前記スポットの位置は前記非投影領域を指示すると検出したときに、
   前記光量検出部が検出する光量と、前記所定データに従う前記駆動信号のレベルとの相関関係を検出し、検出した前記相関関係が示す前記レーザの検出特性値と、常温時における前記レーザの前記光量と前記駆動信号のレベルとの相関関係を示す前記レーザの常温時特性値とを比較し、比較結果に基づき、前記画像データに従う駆動信号のレベルを補正する、画像表示装置。
2. 前記駆動信号は、前記レーザが発光を開始するための閾値信号と、前記画像データに従う前記画像の階調を指示する階調信号とを含み、
   前記駆動信号補正部は、
   前記比較結果に基づき、前記閾値信号のレベルと、前記階調信号のレベルとを補正する、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記駆動信号補正部は、
   前記位置検出部が、前記スポットの位置は前記非投影領域を指示すると検出したときに、前記常温時特性値が示す最大輝度のレーザ光を出力させるための前記駆動信号を、前記レーザに入力する最大輝度駆動部と、
   前記最大輝度駆動部により前記駆動信号が前記レーザに入力されたときの前記光量検出部が検出する光量と、前記常温時特性値が示す前記最大輝度が指す光量とを比較し、比較結果に基づき、前記階調信号のレベルを補正する、請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記照射位置制御部は、
   前記位置検出部が、前記スポットの位置は前記非投影領域を指示すると検出する期間は、前記レーザ光が照射されるべき前記投影面における位置を固定とする、請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記位置検出部が、前記スポットの位置は前記非投影領域を指示すると検出したときに、前記光量検出部が検出する光量は、前記非投影領域における画素単位の光量の平均値である、請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。

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