JP2010205445A - Light source device, projector, light volume correction method - Google Patents

Light source device, projector, light volume correction method Download PDF

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富雄 池上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device capable of obtaining a corrected light volume in a high accuracy even with a simple structure. <P>SOLUTION: The light source device 2 is provided with a light source 20, a first field effect transistor 213 for supplying a gradation current Id for making the light source 20 to generate light corresponding to a gradation value D to the light source 20, a second field effect transistor 216 for supplying a threshold current Id2 necessary at least for making the light source 20 to generate light to the light source 20, a light volume measuring part 22 for measuring the light volume generated by the light source 20, and a light volume correcting part 3 for correcting a gate voltage of the first field effect transistor 213 and a gate voltage of the second field effect transistor 216 so that the light volume measured value measured by the light volume measuring part can be drawn near a light volume target value as shown in a relation formula of a non-linear shape of the gradation value D. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光源装置、プロジェクター、光量補正方法に関する。   The present invention relates to a light source device, a projector, and a light amount correction method.

近年、レーザー光を被走査面上でラスタースキャンして画像を表示するレーザースキャンディスプレイ(走査型のプロジェクター)が注目されている。レーザースキャンディスプレイによれば、レーザー光の供給を停止することで完全な黒を表現することができる。したがって、例えば液晶ライトバルブを用いたプロジェクター等と比べてコントラストを格段に高くすることができる。また、レーザー光は、単一波長であるために色純度が高く、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい(絞りやすい)等の特徴も有する。以上のようにレーザースキャンディスプレイは、高コントラスト、高色再現性及び高解像度を実現する高画質ディスプレイとして期待されている。   In recent years, a laser scan display (scanning projector) that displays an image by raster scanning laser light on a surface to be scanned has attracted attention. According to the laser scan display, complete black can be expressed by stopping the supply of laser light. Therefore, the contrast can be remarkably increased as compared with, for example, a projector using a liquid crystal light valve. In addition, since the laser light has a single wavelength, the color purity is high, and since the coherence is high, the laser light has characteristics such as easy beam shaping (easy to stop). As described above, the laser scan display is expected as a high-quality display that realizes high contrast, high color reproducibility, and high resolution.

レーザースキャンディスプレイのレーザー光源としては、主にレーザーダイオード等の半導体レーザー素子が用いられている。半導体レーザー素子は、温度変化や経年劣化などにより、そのレーザー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ー光量を補正する必要がある。レーザー光量を補正する方法としては、特許文献1、2に開示されている方法が挙げられる。   As a laser light source of a laser scan display, a semiconductor laser element such as a laser diode is mainly used. Since the laser characteristics of a semiconductor laser element change due to temperature change, aging deterioration, etc., it is necessary to correct the laser light quantity so as to obtain a desired image luminance. Examples of a method for correcting the laser light amount include methods disclosed in Patent Documents 1 and 2.

特許文献1では、半導体レーザー素子のバイアス電流値を2点以上変化させて、半導体レーザー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ている。半導体レーザー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、半導体レーザー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ている。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ー出力のレベルを一定に保持している。
特許文献2では、レーザー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ている。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、レーザー光源の出力レベルを調整している。
In Patent Document 1, the bias current value of the semiconductor laser element is changed by two or more points, and the light emission power of the semiconductor laser element is detected by the received light power detection means. By detecting changes in the threshold current value and quantum efficiency of the semiconductor laser element, the DC bias current of the semiconductor laser element is set in the bias current control means. By setting a pulse current corresponding to a change in quantum efficiency or the like in the pulse current control means, the laser output level is kept constant.
In Patent Document 2, a relational expression between a detected light amount of a laser light source and a set value of light output is automatically calculated. Data of this relational expression is set in the optical recording medium drive device to adjust the output level of the laser light source.

特開平7−147446号公報JP-A-7-147446 特開2003−91853号公報JP 2003-91853 A

ところで、レーザー特性は、レーザー光源の動作中における温度変化によっても変化する。したがって、補正精度を向上させるためには、レーザー光源の動作中にリアルタイムでレーザー特性を補正することが望ましいと考えられる。しかしながら、レーザースキャンディスプレイ等に用いられるレーザー光源にあっては、動作中に階調(出力)を時間変化させるので、特許文献1、2の技術によりレーザー特性を補正することが難しい。   By the way, the laser characteristics also change due to a temperature change during the operation of the laser light source. Therefore, in order to improve the correction accuracy, it is considered desirable to correct the laser characteristics in real time during the operation of the laser light source. However, in a laser light source used for a laser scan display or the like, since gradation (output) is changed with time during operation, it is difficult to correct laser characteristics by the techniques of Patent Documents 1 and 2.

リアルタイムで光量補正を行うことが可能な光源装置の構成としては、以下のような構成が考えられる。半導体レーザー素子と直列に、電界効果トランジスタ(以下、FETと称する)、及び抵抗要素を接続する。半導体レーザー素子に供給されるレーザー電流に応じて、抵抗要素に電圧降下を生じる。抵抗要素の両端電位差を差動アンプに入力し、差動アンプの出力すなわちレーザー電流に応じた電圧をゲインとしてゲインアンプに入力する。階調値をD/A変換した電圧をゲインアンプに入力してゲイン調整する。ゲイン調整後の電圧をFETのゲート電極に入力する。これにより、レーザー電流をフィードバックさせる定電流回路が構成され、半導体レーザー素子の閾値電流と、光量の駆動電流に対する微係数との2つのパラメーターにより光量を調整することができる。しかしながら、前記の構成では、FETと直列に抵抗要素が接続されているので、FETのソースドレイン電圧が低下してしまう。レーザー電流の検出精度を確保する観点でFETを飽和領域で駆動させると、駆動電圧が高くなることによりFETの過熱や消費電力の増大を招いてしまう。   As a configuration of a light source device capable of performing light amount correction in real time, the following configuration is conceivable. A field effect transistor (hereinafter referred to as FET) and a resistance element are connected in series with the semiconductor laser element. Depending on the laser current supplied to the semiconductor laser element, a voltage drop occurs in the resistance element. A potential difference between both ends of the resistor element is input to the differential amplifier, and an output of the differential amplifier, that is, a voltage corresponding to the laser current is input to the gain amplifier as a gain. A voltage obtained by D / A converting the gradation value is input to the gain amplifier to adjust the gain. The voltage after gain adjustment is input to the gate electrode of the FET. Thereby, a constant current circuit that feeds back the laser current is configured, and the light quantity can be adjusted by two parameters of the threshold current of the semiconductor laser element and the differential coefficient of the light quantity with respect to the driving current. However, in the above configuration, since the resistance element is connected in series with the FET, the source-drain voltage of the FET is lowered. If the FET is driven in the saturation region from the viewpoint of ensuring the detection accuracy of the laser current, the drive voltage increases, leading to overheating of the FET and increased power consumption.

また、レーザースキャンディスプレイでは画素ごとに階調を変化させるので、定電流回路の動作帯域を数十MHz以上とすることが必要になり、フィードバックループの安定性を確保することが難しい。本願発明者は、過去の出願(特願2007−268004)にて、複数の定電流源からの電流をスイッチングして半導体レーザー素子に供給する方式の光源装置を提案している。この光源装置によれば、高速駆動とフィードバックループの安定性とを両立することが可能であるが、駆動回路をシンプルな構成にする観点で改善すべき点もある。   Further, since the gradation is changed for each pixel in the laser scan display, it is necessary to set the operating band of the constant current circuit to several tens of MHz or more, and it is difficult to ensure the stability of the feedback loop. In the past application (Japanese Patent Application No. 2007-268004), the inventor of the present application has proposed a light source device of a system in which currents from a plurality of constant current sources are switched and supplied to a semiconductor laser element. According to this light source device, it is possible to achieve both high-speed driving and stability of the feedback loop, but there is also a point that should be improved from the viewpoint of simplifying the driving circuit.

本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、光源の光量を高精度に補正する方法を提供することを目的の1つとする。また、シンプルな構成でありながら高精度な光量が得られる光源装置を提供することを目的の1つとする。また、シンプルな構成でありながら高品質な画像が得られるプロジェクターを提供することを目的の1つとする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for correcting the light amount of a light source with high accuracy. Another object is to provide a light source device that can obtain a high-precision light amount with a simple configuration. Another object is to provide a projector that can obtain a high-quality image with a simple configuration.

本発明の光源装置は、光源と、前記光源に階調値に応じた光を発生させる階調電流を前記光源に供給する第1の電界効果トランジスタと、前記光源に光を発生させるために最低限必要な閾値電流を前記光源に供給する第2の電界効果トランジスタと、前記光源で発生した光量を測定する光量測定部と、前記光量測定部により測定された光量測定値を前記階調値に対して非線形な関係式で表される光量目標値に近づけるように前記第1の電界効果トランジスタのゲート電圧と前記第2の電界効果トランジスタのゲート電圧とを補正する光量補正部と、を含んでいることを特徴とする。   The light source device of the present invention includes a light source, a first field effect transistor that supplies the light source with a gradation current that generates light according to a gradation value, and a minimum for generating light in the light source. A second field-effect transistor that supplies a necessary threshold current to the light source; a light amount measurement unit that measures the amount of light generated by the light source; and a light amount measurement value measured by the light amount measurement unit as the gradation value. A light amount correction unit that corrects the gate voltage of the first field effect transistor and the gate voltage of the second field effect transistor so as to approach a light amount target value represented by a nonlinear relational expression. It is characterized by being.

このようにすれば、階調値により定義される光量目標値に、実際に光源にて発生した光量測定値を近づけるように、第1、第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を調整するので、階調値が時間変化する場合にも光量をリアルタイムで補正することができる。   In this way, the gate voltages of the first and second field effect transistors are adjusted so that the light quantity measurement value actually generated by the light source is close to the light quantity target value defined by the gradation value. Even when the gradation value changes with time, the amount of light can be corrected in real time.

一般に、トランジスタのドレイン電流はゲート電圧の非線形な関係式で表され、光源の光量はドレイン電流の一次式で表される。ゲート電圧を規定する階調値の非線形な関係式で表される光量目標値に、光源の光量すなわち光量測定値が近づくようにゲート電圧を調整するので、光量目標値の階調値に対する感度と光量測定値に対する階調値の感度とを揃えることができ、良好に階調補正することができる。   In general, the drain current of a transistor is expressed by a nonlinear relational expression of the gate voltage, and the light amount of the light source is expressed by a linear expression of the drain current. Since the gate voltage is adjusted so that the light intensity of the light source, that is, the light intensity measurement value, approaches the light intensity target value represented by the nonlinear relational expression of the gradation value that defines the gate voltage, the sensitivity of the light intensity target value to the gradation value The sensitivity of the gradation value with respect to the light quantity measurement value can be made uniform, and the gradation can be corrected satisfactorily.

光源に供給される電流を直接的に取り出して光量補正用のフィードバックループを構成する場合に比べて、光量補正に用いる回路部品が光源に供給される電流に及ぼす影響が小さくなり、光量補正を安定して行うことができる。また、端的には2つのトランジスタにより光量補正することができ、複数の定電流源からの電流をスイッチングする場合に比べて回路をシンプルな構成にすることができる。
以上のように、本発明の光源装置によれば、シンプルな構成でありながら高精度な光量が得られる。
Compared to the case where the current supplied to the light source is directly extracted to configure a feedback loop for correcting the amount of light, the effect of the circuit components used for light amount correction on the current supplied to the light source is reduced and the light amount correction is stable. Can be done. In short, the amount of light can be corrected by two transistors, and the circuit can be made simpler than when the currents from a plurality of constant current sources are switched.
As described above, according to the light source device of the present invention, it is possible to obtain a highly accurate light amount with a simple configuration.

また、前記非線形な関係式が、前記階調値の二次式であってもよい。
トランジスタのドレイン電流はゲート電圧の二次式で精度良く近似可能であることが知られている。非線形な関係式が階調値の二次式であれば、光量目標値の階調値に対する感度と光量測定値に対する階調値の感度とを略一致させることができ、良好に階調補正することができる。
The nonlinear relational expression may be a secondary expression of the gradation value.
It is known that the drain current of a transistor can be accurately approximated by a quadratic expression of the gate voltage. If the nonlinear relational expression is a quadratic expression of the gradation value, the sensitivity to the gradation value of the light amount target value and the sensitivity of the gradation value to the light amount measurement value can be substantially matched, and gradation correction is performed satisfactorily. be able to.

また、記光量補正部は、前記第1の電界効果トランジスタのゲート電圧を規定する第1変数に対する、変数前記光量測定値と前記光量目標値との差分により規定される評価関数の微係数に基づいて前記第1変数を調整するとともに、前記第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を規定する第2変数に対する前記評価関数の微係数に基づいて前記第2変数を調整することが好ましい。   The recording light amount correction unit is based on a differential coefficient of an evaluation function defined by a difference between the variable light amount measurement value and the light amount target value with respect to a first variable that defines the gate voltage of the first field effect transistor. Preferably, the first variable is adjusted, and the second variable is adjusted based on a derivative of the evaluation function with respect to a second variable that defines a gate voltage of the second field effect transistor.

第1変数に対する評価関数の微係数を用いると、第1変数の変化に対して評価関数の値が増加するか減少するかを評価することができ、評価関数の値が逐次小さくなるように第1変数の値を調整することができる。また、第2変数に対する評価関数の微係数を用いると、評価関数の値が小さくなるように第2変数の値を調整することができる。これにより、評価関数の値が小さくなるように、すなわち光量目標値に光量測定値が近づくようにゲート電圧を調整することができる。   By using the derivative of the evaluation function for the first variable, it is possible to evaluate whether the value of the evaluation function increases or decreases with respect to the change of the first variable, and the evaluation function value is successively decreased so as to decrease. The value of one variable can be adjusted. Further, when the derivative of the evaluation function for the second variable is used, the value of the second variable can be adjusted so that the value of the evaluation function becomes small. Thereby, the gate voltage can be adjusted so that the value of the evaluation function becomes small, that is, the light amount measurement value approaches the light amount target value.

また、前記光量補正部は、前記第1変数に対する前記評価関数の微係数の絶対値を減少させる方向に前記第1変数を逐次変化させるとともに、前記第2変数に対する前記評価関数の微係数の絶対値を減少させる方向に前記第2変数を逐次変化させるとよい。
所定の範囲内で変数の値を変化させた場合に最小値を有する関数、すなわち下に凸な関数は、最小値となる変数の値において関数の微係数が0になる。前記のようにすれば、前記第1変数に対する前記評価関数の微係数の絶対値が逐次0に近づくので、第1変数の変化に対して評価関数が最小値となる第1変数の値が得られる。同様にして、第2変数の変化に対して評価関数が最小値となる第2変数の値が得られる。これにより、光量目標値に対する光量測定値の差分が最小となるようにゲート電圧を調整することができる。
Further, the light amount correction unit sequentially changes the first variable in a direction to decrease the absolute value of the derivative of the evaluation function with respect to the first variable, and the absolute value of the derivative of the evaluation function with respect to the second variable. The second variable may be sequentially changed in the direction of decreasing the value.
A function having a minimum value when the value of a variable is changed within a predetermined range, that is, a downward convex function, has a function coefficient of 0 at the value of the variable having the minimum value. In this way, since the absolute value of the derivative of the evaluation function for the first variable approaches 0 sequentially, the value of the first variable at which the evaluation function becomes the minimum value with respect to the change of the first variable is obtained. It is done. Similarly, the value of the second variable having a minimum evaluation function with respect to the change of the second variable is obtained. As a result, the gate voltage can be adjusted so that the difference between the light quantity measurement value and the light quantity target value is minimized.

また、前記評価関数は、前記光量測定値と前記光量目標値との差分により規定される関数が前記階調値を用いて規格化されている関数であることが好ましい。
階調値が大きくなるほど、光源で発生する光量の絶対値が大きくなるので、光量測定値と光量目標値との差分の絶対値が大きくなる。前記のようにすれば、光源で発生する光量の絶対値が評価関数の絶対値に及ぼす影響を低減することができ、広い範囲の階調値に対して高精度に光量補正することができる。
The evaluation function is preferably a function in which a function defined by a difference between the light quantity measurement value and the light quantity target value is normalized using the gradation value.
As the gradation value increases, the absolute value of the light amount generated by the light source increases, so the absolute value of the difference between the light amount measurement value and the light amount target value increases. By doing so, the influence of the absolute value of the light amount generated by the light source on the absolute value of the evaluation function can be reduced, and the light amount can be corrected with high accuracy for a wide range of gradation values.

また、前記光源に発光用の電圧を印加する電源と、前記電圧を低下させるとともに、前記電圧を低下させる前後における前記光量測定値の変化量を検出し、前記変化量が所定の設定値以下となる範囲内で前記発光用の電圧を最小値に設定する電源電圧調整部と、を含んでいる構成にしてもよい。
このようにすれば、光量測定値の変化量が所定の設定値以下となる範囲内で発光用の電圧が最小値に設定されるので、光量補正の精度を確保しつつ光源装置の駆動電力を最小化することができる。
A power source for applying a light emission voltage to the light source; and detecting the amount of change in the light quantity measurement value before and after the voltage is reduced, and the amount of change is less than or equal to a predetermined set value A power supply voltage adjusting unit that sets the light emission voltage to a minimum value within a range may be included.
In this way, the light emission voltage is set to the minimum value within a range in which the amount of change in the light quantity measurement value is not more than a predetermined set value, so that the driving power of the light source device can be reduced while ensuring the accuracy of light quantity correction. Can be minimized.

また、前記光源に発光用の電圧を印加する電源と、前記光量補正部の補正結果を用いて前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタの閾値電圧を算出するとともに、前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタが飽和状態となる条件を前記閾値電圧に基づいて算出し、前記飽和状態となる条件下で前記発光用の電圧を最小値に設定する電源電圧調整部と、を含んでいる構成にしてもよい。   In addition, a threshold voltage of the first field effect transistor and the second field effect transistor is calculated using a power source that applies a light emission voltage to the light source and a correction result of the light amount correction unit, and A power supply voltage that calculates a condition in which one field effect transistor and the second field effect transistor are saturated based on the threshold voltage, and sets the light-emitting voltage to a minimum value under the saturation condition An adjustment unit may be included.

このようにすれば、光量補正部の補正結果を用いて第1、第2の電界効果トランジスタの閾値電圧を算出するので、製造交差等による閾値電圧のばらつきを加味して第1、第2の電界効果トランジスタが飽和状態となる条件を評価することができる。第1、第2の電界効果トランジスタが飽和状態となる条件下で発光用の電圧が最小値に設定されるので、光量補正の精度を確保しつつ光源装置の駆動電力を最小化することができる。   In this way, since the threshold voltages of the first and second field effect transistors are calculated using the correction result of the light amount correction unit, the first and second fields are taken into account by taking into account variations in the threshold voltage due to manufacturing intersections and the like. Conditions under which the field effect transistor is saturated can be evaluated. Since the voltage for light emission is set to the minimum value under the condition that the first and second field effect transistors are saturated, the driving power of the light source device can be minimized while ensuring the accuracy of light amount correction. .

本発明の光量補正方法は、光源に階調値に応じた光を発生させる階調電流を前記光源に供給する第1の電界効果トランジスタに第1のゲート電圧を印加するとともに、前記光源に光を発生させるために最低限必要な閾値電流を前記光源に供給する第2の電界効果トランジスに第2のゲート電圧を印加する工程と、前記階調電流と前記閾値電流とが供給された光源で発生した光量を測定する工程と、前記光量測定部により測定された光量測定値を前記階調値の二次式で表される光量目標値に近づけるように前記第1の電界効果トランジスタのゲート電圧と前記第2の電界効果トランジスタのゲート電圧とを補正する工程と、を含んでいることを特徴とする。   According to the light amount correction method of the present invention, a first gate voltage is applied to a first field effect transistor that supplies a gradation current that causes the light source to generate light corresponding to a gradation value. Applying a second gate voltage to a second field-effect transistor that supplies the light source with a minimum threshold current necessary for generating the light source, and a light source to which the gradation current and the threshold current are supplied. A step of measuring the generated light quantity, and a gate voltage of the first field effect transistor so that the light quantity measurement value measured by the light quantity measurement unit approaches a light quantity target value represented by a secondary expression of the gradation value And a step of correcting the gate voltage of the second field effect transistor.

このようにすれば、階調値により定義される光量目標値に、実際に光源にて発生した光量測定値を近づけるように、第1、第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を調整するので、階調値が時間変化する場合にも光量をリアルタイムで補正することができる。また、光源に供給される電流を直接的に取り出して光量補正する場合に比べて、光量補正に用いる回路部品が光源に供給される電流に及ぼす影響が小さくなり、光量補正を安定して行うことができる。以上のように、本発明の光量補正方法によれば、高精度に光量を補正することができる。   In this way, the gate voltages of the first and second field effect transistors are adjusted so that the light quantity measurement value actually generated by the light source is close to the light quantity target value defined by the gradation value. Even when the gradation value changes with time, the amount of light can be corrected in real time. In addition, the effect of the circuit components used for light amount correction on the current supplied to the light source is reduced compared to the case where the current supplied to the light source is directly extracted and light amount correction is performed, and the light amount correction is performed stably. Can do. As described above, according to the light amount correction method of the present invention, the light amount can be corrected with high accuracy.

本発明のプロジェクターは、前記の本発明の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を被走査面にて走査させる走査光学系と、を含んでいることを特徴とする。
前記のように本発明の光源装置はシンプルな構成でありながら高精度な光量が得られるので、本発明のプロジェクターはシンプルな構成でありながら高品質な画像が得られる良好なものになっている。
The projector of the present invention includes the light source device of the present invention, a light modulation device that modulates light emitted from the light source device, and scanning optics that scans light to be scanned by the light modulation device on a surface to be scanned. And a system.
As described above, since the light source device of the present invention has a simple configuration and can obtain a high-accuracy light amount, the projector of the present invention has a simple configuration and can obtain a high-quality image. .

第1実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図であるIt is a schematic diagram which shows schematic structure of the projector which concerns on 1st Embodiment. 画像が表示される仕組みを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mechanism in which an image is displayed. 第2実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light source device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態における光量補正部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the light quantity correction | amendment part in 2nd Embodiment. (a)、(b)は電源電圧の調整方法を示す説明図である。(A), (b) is explanatory drawing which shows the adjustment method of a power supply voltage. 第3実施形態における光量補正部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the light quantity correction | amendment part in 3rd Embodiment.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings used for explanation, in order to show characteristic parts in an easy-to-understand manner, dimensions and scales of structures in the drawings may be different from actual structures. In addition, in the embodiment, the same components are illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るプロジェクター1の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、プロジェクター1は、画像信号処理系10、レーザー光源装置(光源装置)2、リレー光学系12、走査光学系13を含んでいる。レーザー光源装置2は、本発明の光源装置により構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a projector 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the projector 1 includes an image signal processing system 10, a laser light source device (light source device) 2, a relay optical system 12, and a scanning optical system 13. The laser light source device 2 is constituted by the light source device of the present invention.

プロジェクター1は、概略すると以下のように動作する。PC等の信号源8から供給された電気信号は、画像信号処理系10により処理されて、レーザー光源装置2や走査光学系13に出力される。レーザー光源装置2は電気信号に応じた光Lを射出し、光Lはリレー光学系12を経て走査光学系13に入射する。走査光学系13に入射した光Lは、走査光学系13により電気信号に応じた方向に射出され、壁やスクリーン等の被投射面9を走査する。これにより、光Lにより被投射面9に画像が描画(形成)される。以下、プロジェクター1の構成要素を詳しく説明する。   The projector 1 generally operates as follows. The electrical signal supplied from the signal source 8 such as a PC is processed by the image signal processing system 10 and output to the laser light source device 2 and the scanning optical system 13. The laser light source device 2 emits light L corresponding to the electrical signal, and the light L enters the scanning optical system 13 via the relay optical system 12. The light L incident on the scanning optical system 13 is emitted by the scanning optical system 13 in the direction corresponding to the electric signal, and scans the projection surface 9 such as a wall or a screen. Thereby, an image is drawn (formed) on the projection surface 9 by the light L. Hereinafter, the components of the projector 1 will be described in detail.

画像信号処理系10は、インターフェース101、画像信号処理回路102、変調回路(光変調装置)103、タイミング生成回路104、及びミラー駆動回路105を含んでいる。インターフェース101は、信号源8から画像信号や同期信号を含んだ電気信号を受け取り、この電気信号を画像信号と同期信号とに分離する。分離された画像信号は画像信号処理回路102に出力され、分離された同期信号はタイミング生成回路104に出力される。   The image signal processing system 10 includes an interface 101, an image signal processing circuit 102, a modulation circuit (light modulation device) 103, a timing generation circuit 104, and a mirror drive circuit 105. The interface 101 receives an electrical signal including an image signal and a synchronization signal from the signal source 8 and separates the electrical signal into an image signal and a synchronization signal. The separated image signal is output to the image signal processing circuit 102, and the separated synchronization signal is output to the timing generation circuit 104.

タイミング生成回路104は、画像の解像度や切換速度(フレームレート)、走査方式等に応じて、画像に含まれる複数の画素に対して画素ごとの表示タイミングを示すタイミング信号を生成する。タイミング信号により、信号源8から供給される画像信号をプロジェクター1の走査方式に整合した形式に変換することが可能になっている。タイミング信号は、画像信号処理回路102やミラー駆動回路105に出力される。ミラー駆動回路105は、走査光学系13を構成する第1偏向ミラー131、第2偏向ミラー132の駆動信号をタイミング信号に基づいて生成し、駆動信号を走査光学系13に出力する。   The timing generation circuit 104 generates a timing signal indicating the display timing for each pixel for a plurality of pixels included in the image according to the resolution, switching speed (frame rate), scanning method, and the like of the image. With the timing signal, the image signal supplied from the signal source 8 can be converted into a format consistent with the scanning method of the projector 1. The timing signal is output to the image signal processing circuit 102 and the mirror driving circuit 105. The mirror drive circuit 105 generates drive signals for the first deflection mirror 131 and the second deflection mirror 132 constituting the scanning optical system 13 based on the timing signal, and outputs the drive signals to the scanning optical system 13.

画像信号処理回路102は、画像信号にガンマ処理等の各種画像処理を行う。また、画像信号処理回路102は、画像信号に含まれる画素データが走査方式に整合した時間順次で変調回路103に出力されるように、タイミング信号に基づいて画像信号を調整する。例えば、1フレーム分の画像に含まれる複数の画素について階調等の画素データをフレームバッファに記憶させておき、この画素データを走査される時間順次で読出して、変調回路103に出力する。例えば、インターフェース101から受け取った画像信号において、画素データが主走査方向の一方に向かって並んでいる場合には、走査線1本分に相当する複数の画素の画素データをラインメモリに記憶させておく。走査線ごとに線順次で画素データを読出すとともに、次の走査では読出す方向を反転させる。   The image signal processing circuit 102 performs various image processing such as gamma processing on the image signal. In addition, the image signal processing circuit 102 adjusts the image signal based on the timing signal so that the pixel data included in the image signal is output to the modulation circuit 103 in time-sequential matching with the scanning method. For example, pixel data such as gradation is stored in a frame buffer for a plurality of pixels included in an image for one frame, and the pixel data is read sequentially in the scanning time and output to the modulation circuit 103. For example, in the image signal received from the interface 101, when the pixel data is arranged in one direction in the main scanning direction, the pixel data of a plurality of pixels corresponding to one scanning line is stored in the line memory. deep. The pixel data is read line by line for each scanning line, and the reading direction is reversed in the next scanning.

変調回路103は、レーザー光源装置2から射出される光Lの強度が画素ごとの階調に対応して時間変化するように、画像信号に基づいてレーザー光源装置2の出力を調整する。レーザー光源装置2の詳細な構成については後述するが、レーザー光源装置2は、射出光の波長が異なる複数の半導体レーザー素子を含んでいる。変調回路103は、複数の半導体レーザー素子のそれぞれに対して出力を調整する。複数の半導体レーザー素子から射出された光は、ダイクロイックミラー等の色合成素子により合成され、合成された光Lがレーザー光源装置2から射出される。   The modulation circuit 103 adjusts the output of the laser light source device 2 based on the image signal so that the intensity of the light L emitted from the laser light source device 2 changes with time according to the gradation for each pixel. Although the detailed configuration of the laser light source device 2 will be described later, the laser light source device 2 includes a plurality of semiconductor laser elements having different wavelengths of emitted light. The modulation circuit 103 adjusts the output for each of the plurality of semiconductor laser elements. Light emitted from the plurality of semiconductor laser elements is synthesized by a color synthesis element such as a dichroic mirror, and the synthesized light L is emitted from the laser light source device 2.

リレー光学系12は、コリメート光学系121及び集光光学系122を含んでいる。レーザー光源装置2から射出された光Lは、コリメート光学系121により平行化された後に、集光光学系122により集光される。リレー光学系12に関しては、レーザー光源装置2の配光特性等に応じて適宜変更することができる。例えば、光源装置から射出される光の平行度が極めて高い場合には、リレー光学系12を簡略化、あるいは省略することもできる。また、光源から射出される光の光軸に直交する面における光束の断面形状や寸法を調整する機能(ビーム成形機能)等をリレー光学系12に持たせてもよい。   The relay optical system 12 includes a collimating optical system 121 and a condensing optical system 122. The light L emitted from the laser light source device 2 is collimated by the collimating optical system 121 and then condensed by the condensing optical system 122. The relay optical system 12 can be appropriately changed according to the light distribution characteristics of the laser light source device 2 and the like. For example, when the parallelism of the light emitted from the light source device is extremely high, the relay optical system 12 can be simplified or omitted. In addition, the relay optical system 12 may be provided with a function (beam shaping function) for adjusting the cross-sectional shape and size of the light beam in a plane orthogonal to the optical axis of the light emitted from the light source.

走査光学系13は、入射光の光軸を被投射面において主走査方向に変化させる第1偏向ミラー131と、入射光の光軸を被投射面において副走査方向に変化させる第2偏向ミラー132とを含んでいる。例えば、主走査方向は被投射面における水平方向であり、副走査方向は被投射面において水平方向と直交する垂直方向である。第1偏向ミラー131はMEMS技術等により形成されるマイクロメカニカルミラー等により構成され、第2偏向ミラー132はガルバノミラー等により構成される。   The scanning optical system 13 includes a first deflection mirror 131 that changes the optical axis of incident light in the main scanning direction on the projection surface, and a second deflection mirror 132 that changes the optical axis of incident light in the sub-scanning direction on the projection surface. Including. For example, the main scanning direction is a horizontal direction on the projection surface, and the sub-scanning direction is a vertical direction orthogonal to the horizontal direction on the projection surface. The first deflection mirror 131 is configured by a micro mechanical mirror formed by MEMS technology or the like, and the second deflection mirror 132 is configured by a galvano mirror or the like.

第1偏向ミラー131は、ミラー駆動部(図示略)に駆動される。ミラー駆動部は、ミラー駆動回路105から駆動量を受け取り、所定の回転軸まわりに第1偏向ミラー131を駆動量に応じた角速度、振幅で回転させる。これにより、第1偏向ミラー131において光が入射する面の法線方向が、入射する光Lの光軸に対して変化し、この面で反射した光の光軸がタイミング信号に基づいて変化する。第2偏向ミラー132は、第1偏向ミラー131と同様にミラー駆動部により駆動される。   The first deflection mirror 131 is driven by a mirror driving unit (not shown). The mirror drive unit receives the drive amount from the mirror drive circuit 105, and rotates the first deflection mirror 131 around the predetermined rotation axis at an angular velocity and amplitude corresponding to the drive amount. As a result, the normal direction of the surface on which light enters in the first deflection mirror 131 changes with respect to the optical axis of the incident light L, and the optical axis of light reflected by this surface changes based on the timing signal. . The second deflection mirror 132 is driven by the mirror driving unit in the same manner as the first deflection mirror 131.

図2(a)は、走査方式の一例を示す説明図、図2(b)はプロジェクター1により表示される画像の一例を示す平面図、図2(c)は図2(b)に示した画像を表示する際の光量目標値の時間変化、及びレーザー電流目標値の時間変化を示す図である。   2A is an explanatory diagram illustrating an example of a scanning method, FIG. 2B is a plan view illustrating an example of an image displayed by the projector 1, and FIG. 2C is illustrated in FIG. It is a figure which shows the time change of the light quantity target value at the time of displaying an image, and the time change of a laser current target value.

図2(a)に示すように、走査光学系13から射出された光は、画素Pixの位置に対応して階調が変化しつつ主走査方向に沿ってスクリーンを走査して、第1走査線SL1を描画する。この光は、第1走査線SL1の描画が終了すると、副走査方向における位置が第2走査線SL2に対応する位置にシフトされた後、再度、主走査方向に沿って第2走査線SL2を描画する。以下同様に、主走査方向における走査線の描画と、副走査方向における位置のシフトとを交互に繰り返すことにより画像が表示される。ここでは、主走査方向の一方に向かう走査、他方に向かう走査のいずれにおいても画像が描画される。   As shown in FIG. 2A, the light emitted from the scanning optical system 13 scans the screen along the main scanning direction while changing the gradation corresponding to the position of the pixel Pix, and performs the first scanning. The line SL1 is drawn. When the drawing of the first scanning line SL1 is finished, the light is shifted again to the position corresponding to the second scanning line SL2 in the sub-scanning direction, and then again passes through the second scanning line SL2 along the main scanning direction. draw. Similarly, an image is displayed by alternately repeating drawing of scanning lines in the main scanning direction and position shift in the sub-scanning direction. Here, an image is drawn in both the scanning toward one side in the main scanning direction and the scanning toward the other side.

例えば、図2(b)に示すような画像Imを表示する場合には、図2(c)に示すようにレーザー電流目標値を時間変化させて、光量目標値を時間変化させる。本例の画像Imは、輪郭が略矩形であり、1つの角(図中左上)からその対角(図中右下)に向かうにつれて明るさが増加するグラデーション状の画像である。画像Imを描画するためには、第1走査線SL1を描画する時間において、光量目標値を漸次高くする。第1走査線SL1と描画方向が反転した第2走査線SL2を描画する時間において、光量目標値を漸次低くする。光量目標値を漸次高くするには、レーザー電流目標値を漸次高くする。レーザー電流目標値は、レーザー発振を生じる最低限度の電流(閾値電流)に、光量目標値に対応する光量を生じさせる電流(階調電流)を加算すること等により設定される。   For example, when displaying an image Im as shown in FIG. 2B, the laser current target value is changed over time as shown in FIG. 2C, and the light amount target value is changed over time. The image Im in this example is a gradation-like image in which the outline is substantially rectangular and the brightness increases from one corner (upper left in the figure) toward the opposite corner (lower right in the figure). In order to draw the image Im, the light amount target value is gradually increased in the time for drawing the first scanning line SL1. The light amount target value is gradually lowered in the time for drawing the first scanning line SL1 and the second scanning line SL2 whose drawing direction is reversed. In order to gradually increase the light amount target value, the laser current target value is gradually increased. The laser current target value is set by, for example, adding a current (gradation current) that generates a light amount corresponding to the light amount target value to a minimum current (threshold current) that causes laser oscillation.

半導体レーザー素子に供給されるレーザー電流に対する実際に得られる光量の比率(発光効率)や閾値電流は、半導体レーザー素子の使用条件(例えば温度)や経年劣化等により変化する。本発明に係るレーザー光源装置2は、発光効率や閾値電流の変化をレーザー光源装置2の動作中にリアルタイムで補正することが可能になっている。これにより、実際に得られる光量を光量目標値に高精度に一致させることができ、プロジェクター1は高品質な画像を表示可能なものになっている。以下、本発明の第2実施形態としてレーザー光源装置2を説明する。   The ratio (light emission efficiency) of light quantity actually obtained with respect to the laser current supplied to the semiconductor laser element and the threshold current vary depending on the use conditions (for example, temperature) of the semiconductor laser element and aging deterioration. The laser light source device 2 according to the present invention can correct changes in luminous efficiency and threshold current in real time during operation of the laser light source device 2. Thereby, the light quantity actually obtained can be matched with the light quantity target value with high accuracy, and the projector 1 can display a high-quality image. Hereinafter, a laser light source device 2 will be described as a second embodiment of the present invention.

[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態に係るレーザー光源装置2の構成を示す模式図である。実際のレーザー光源装置2は、赤色、緑色、青色の3系統の光源系を含んでいる。3系統の光源系は、いずれも同様の構成になっており、ここでは1系統の光源系を代表的に説明する。図3に示すように、レーザー光源装置2を構成する1つの光源系は、半導体レーザー素子20、駆動系21、光量検出部22、光量補正部3を含んでいる。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the laser light source device 2 according to the second embodiment of the present invention. The actual laser light source device 2 includes three light source systems of red, green, and blue. All three light source systems have the same configuration, and here, one light source system will be representatively described. As shown in FIG. 3, one light source system constituting the laser light source device 2 includes a semiconductor laser element 20, a drive system 21, a light amount detection unit 22, and a light amount correction unit 3.

レーザー光源装置2は、概略すると以下のように動作する。駆動系21は、変調回路103から階調値Dを受け取る。駆動系21は、階調値D、階調オフセット値(第1変数)Doffset、ゲイン(第1変数)A、閾値電流値(第2変数)Dsetに基づいて半導体レーザー素子20にレーザー電流を供給する。半導体レーザー素子20は、供給された電流に応じた光量の光Lを射出する。   The laser light source device 2 generally operates as follows. The drive system 21 receives the gradation value D from the modulation circuit 103. The drive system 21 supplies a laser current to the semiconductor laser element 20 based on the gradation value D, the gradation offset value (first variable) Doffset, the gain (first variable) A, and the threshold current value (second variable) Dset. To do. The semiconductor laser element 20 emits light L having a light amount corresponding to the supplied current.

光Lのほとんどは外部に出力され、光Lの一部は光量検出部22に入射する。光量検出部22は、入射光の光量を検出する。光Lの光量検出値Pは、光量補正部3に出力される。光量補正部3は、光量検出値Pが光量目標値に近づくように階調オフセット値Doffset、ゲインA、閾値電流値Dsetを補正する。これにより、レーザー光源装置2から外部に出力される光量がリアルタイムで補正される。以下、レーザー光源装置2の構成要素について説明する。   Most of the light L is output to the outside, and a part of the light L enters the light amount detection unit 22. The light amount detector 22 detects the amount of incident light. The light quantity detection value P of the light L is output to the light quantity correction unit 3. The light amount correction unit 3 corrects the gradation offset value Doffset, the gain A, and the threshold current value Dset so that the light amount detection value P approaches the light amount target value. Thereby, the light quantity output from the laser light source device 2 to the outside is corrected in real time. Hereinafter, the components of the laser light source device 2 will be described.

駆動系21は、第1の電流源211、第2の電流源212、Vds測定器218、A/D変換器219を含んでいる。第1の電流源211は、第2の電流源212と並列になっている。   The drive system 21 includes a first current source 211, a second current source 212, a Vds measuring device 218, and an A / D converter 219. The first current source 211 is in parallel with the second current source 212.

第1の電流源211は、主として階調電流を供給する部分である。第1の電流源211は、第1のFET213、ゲインアンプ214、第1のD/A変換器215を含んでいる。第1の電流源211に入力された階調値Dは、階調オフセット値Doffsetと加算された後、ゲインアンプ214によりゲイン調整される。ゲインアンプ214から出力されたデータは、第1のD/A変換器215により電圧に変換される。   The first current source 211 is a portion that mainly supplies gradation current. The first current source 211 includes a first FET 213, a gain amplifier 214, and a first D / A converter 215. The gradation value D input to the first current source 211 is added to the gradation offset value Doffset, and then the gain is adjusted by the gain amplifier 214. Data output from the gain amplifier 214 is converted into a voltage by the first D / A converter 215.

第1のFET213は、ゲートが第1のD/A変換器215の出力端子に接続されており、ソースがグランドラインに、ドレインが半導体レーザー素子20の入力端子にそれぞれ接続されている。第1のD/A変換器215から出力される電圧が第1のFET213のゲートに印加されると、第1のFET213のチャネルにゲート電圧に応じた第1のドレイン電流Idが流れ、第1のドレイン電流Idが半導体レーザー素子20に供給される。   The first FET 213 has a gate connected to the output terminal of the first D / A converter 215, a source connected to the ground line, and a drain connected to the input terminal of the semiconductor laser element 20. When the voltage output from the first D / A converter 215 is applied to the gate of the first FET 213, the first drain current Id corresponding to the gate voltage flows through the channel of the first FET 213, and the first The drain current Id is supplied to the semiconductor laser element 20.

第2の電流源212は、主としてレーザー発振の閾値電流を供給する部分である。第2の電流源212は、第2のFET216、第2のD/A変換器を含んでいる。第2の電流源212に入力された閾値電流値Dsetは、第2のD/A変換器217により電圧に変換される。第2のFET216は、ゲートが第2のD/A変換器217の出力端子に接続されており、ソースがグランドラインに、ドレインが半導体レーザー素子20の入力端子にそれぞれ接続されている。第2のD/A変換器217から出力される電圧が第2のFET216のゲートに印加されると、第2のFET216のチャネルにゲート電圧に応じた第2のドレイン電流Id2が流れる。   The second current source 212 is a part that mainly supplies a laser oscillation threshold current. The second current source 212 includes a second FET 216 and a second D / A converter. The threshold current value Dset input to the second current source 212 is converted into a voltage by the second D / A converter 217. The second FET 216 has a gate connected to the output terminal of the second D / A converter 217, a source connected to the ground line, and a drain connected to the input terminal of the semiconductor laser element 20. When the voltage output from the second D / A converter 217 is applied to the gate of the second FET 216, a second drain current Id2 corresponding to the gate voltage flows through the channel of the second FET 216.

第1のFET213のドレインと半導体レーザー素子20との間、第2のFET216のドレインと半導体レーザー素子20との間に共通して、Vds測定器218が接続されている。第1のFET213、第2のFET216は、いずれもグランドラインに接続されており、かつ互いのドレインが接続されているので、ソースドレイン間電圧が互いに略一致している。Vds測定器218は、ソースドレイン間電圧を測定するものであり、測定結果は、A/D変換器219によりデジタルデータに変換される。Vds測定器218、A/D変換器219は電源電圧調整部(後述する)を構成している。A/D変換器219から出力されるデジタルデータは、半導体レーザー素子20に印加される発光用の電圧Vlaserの調整に用いられる。   A Vds measuring device 218 is connected in common between the drain of the first FET 213 and the semiconductor laser element 20 and between the drain of the second FET 216 and the semiconductor laser element 20. Since the first FET 213 and the second FET 216 are both connected to the ground line, and the drains of the first FET 213 and the second FET 216 are connected to each other, the source-drain voltages substantially match each other. The Vds measuring device 218 measures the source-drain voltage, and the measurement result is converted into digital data by the A / D converter 219. The Vds measuring device 218 and the A / D converter 219 constitute a power supply voltage adjusting unit (described later). The digital data output from the A / D converter 219 is used to adjust the light emission voltage Vlaser applied to the semiconductor laser element 20.

半導体レーザー素子20には、レーザー電流として、第1のドレイン電流Id及び第2のドレイン電流Id2が供給される。半導体レーザー素子20は、レーザー電流からレーザー発振を生じる最小限度の電流である閾値電流Ithを差し引いた電流値に応じた光量の光Lを射出する。光Lは、主として外部に取り出されて画像表示等に用いられる。光Lの一部は、ハーフミラー等により分光されて光量検出部22に入射する。   The semiconductor laser element 20 is supplied with a first drain current Id and a second drain current Id2 as laser currents. The semiconductor laser element 20 emits light L having a light amount corresponding to a current value obtained by subtracting a threshold current Ith that is a minimum current that causes laser oscillation from the laser current. The light L is mainly extracted outside and used for image display and the like. A part of the light L is split by a half mirror or the like and enters the light amount detection unit 22.

光量検出部22は、受光素子221、IV変換器222を含んでいる。受光素子221は、フォトダイオード等により構成され、入射光の光量に応じた電流を発生させる。受光素子221に生じた電流は、IV変換器222に読出されて電圧値に変換され、この電圧値はデジタルデータに変換される。光Lの光量を示すデジタルデータは、光量補正部3に出力される。   The light quantity detection unit 22 includes a light receiving element 221 and an IV converter 222. The light receiving element 221 is configured by a photodiode or the like, and generates a current corresponding to the amount of incident light. The current generated in the light receiving element 221 is read to the IV converter 222 and converted into a voltage value, and this voltage value is converted into digital data. Digital data indicating the light quantity of the light L is output to the light quantity correction unit 3.

光量補正部3は、本発明の光量補正方法を適用したものであり、デジタルフィルターにより構成されている。光量補正部3の構成を説明する前に、本発明の光量補正方法の実施形態を説明する。   The light quantity correction unit 3 applies the light quantity correction method of the present invention and is constituted by a digital filter. Before describing the configuration of the light amount correction unit 3, an embodiment of the light amount correction method of the present invention will be described.

本実施形態の光量補正方法は、概ね以下の方針に基づいている。階調値Dに対応する光量目標値をT、レーザー光量をPとすると、PとTとの差は光量誤差δで表される。光量誤差δを最小化するように、回路パラメーターである階調オフセット値Doffset、ゲインA、閾値電流値Dsetを設定する。また、レーザー光量Pを測定しつつ、逐次的に回路パラメーターを更新することにより、温度等の環境変化や装置の特性変化に応じて、光量目標値Tを所望の値に収束させる。以下、回路パラメーターの設定方法を具体的に説明する。   The light quantity correction method of this embodiment is generally based on the following policy. Assuming that the light quantity target value corresponding to the gradation value D is T and the laser light quantity is P, the difference between P and T is represented by a light quantity error δ. The gradation offset value Doffset, gain A, and threshold current value Dset, which are circuit parameters, are set so as to minimize the light amount error δ. Further, by sequentially updating the circuit parameters while measuring the laser light amount P, the light amount target value T is converged to a desired value according to environmental changes such as temperature and device characteristics. The circuit parameter setting method will be specifically described below.

第1のFET213においてソースがグランドラインに接続されているので、ゲートソース間電圧Vgsはゲート電圧Vgと同じである。ゲート電圧Vgは、階調値D、階調オフセット値Doffset、ゲインA、D/A変換の変換係数Ddaを用いて下記の式(1)で表される。ゲートソース間電圧Vgsに対する第1のドレイン電流Idは、閾値電圧Vth、係数βを用いて下記の式(2)で表される。レーザー光量を光量検出部22の出力電圧で表現すると、レーザー光量(光量測定値)Pは、係数Kを用いて下記の式(3)で表される。   Since the source of the first FET 213 is connected to the ground line, the gate-source voltage Vgs is the same as the gate voltage Vg. The gate voltage Vg is expressed by the following equation (1) using the gradation value D, gradation offset value Doffset, gain A, and conversion coefficient Dda of D / A conversion. The first drain current Id with respect to the gate-source voltage Vgs is expressed by the following equation (2) using the threshold voltage Vth and the coefficient β. When the laser light quantity is expressed by the output voltage of the light quantity detector 22, the laser light quantity (light quantity measurement value) P is expressed by the following equation (3) using the coefficient K.

Figure 2010205445
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ここでは、階調値Dを設定して、レーザー光量を測定する手順をk番目まで繰り返したとき、各ステップにおける階調値{D、D、・・、D、・・、D}に対する、光量測定値を{P、P、・・、P、・・、P}、光量目標値を{T、T、・・、T、・・、T}とする。評価関数εを下記の式(8)のように光量誤差δの自乗和として表す。各ステップにおいて、評価関数εが減少する方向に変数a、b、cを変化させることにより、評価関数εが最小となるような変数a、b、cを逐次的に求める。具体的には、変数a、b、cの変化による傾斜すなわち微係数(∂ε/∂a、∂ε/∂b、∂ε/∂c)を求めて、微係数に基づいてa、b、cを補正する最急降下法を用いる。例えば、微係数の絶対値が0に近づくようにa、b、cを変化させていってもよい。また、a、b、cのうち、関係する微係数の絶対値の大きいものから順に補正をしていってもよい。このような補正を繰り返すことにより、傾斜が0に近づき、評価関数εが最小となるような変数a、b、cを得ることができる。これにより、a、b、cは下記の式(9)〜(11)で表すことができる。 Here, by setting the gray scale value D, when the procedure was repeated for measuring the quantity of laser light to k-th tone value in each step {D 1, D 2, ·· , D i, ··, D k for}, the light amount measurement value {P 1, P 2, ·· , P i, ··, P k}, the light amount target value {T 1, T 2, ·· , T i, ··, T k} And The evaluation function ε k is expressed as the sum of squares of the light amount error δ i as shown in the following equation (8). In each step, the variables a, b, and c that minimize the evaluation function ε k are sequentially obtained by changing the variables a, b, and c in the direction in which the evaluation function ε k decreases. Specifically, slopes, ie, differential coefficients (∂ε k / ∂a, ∂ε k / ∂b, ∂ε k / ∂c) due to changes in the variables a, b, and c are obtained, and a , B, and c are used. For example, a, b, and c may be changed so that the absolute value of the differential coefficient approaches zero. Moreover, you may correct | amend in order from the thing with the largest absolute value of the related differential coefficient among a, b, and c. By repeating such correction, it is possible to obtain variables a, b, and c in which the inclination approaches 0 and the evaluation function ε k is minimized. Thereby, ak , bk , kk can be represented by the following formulas (9) to (11).

Figure 2010205445
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光量測定値Pは、式(6)から分かるように階調値Dの二次式になっている。したがって、前記のように光量目標値Tを定義すれば、光量目標値Tに対する階調値Dの感度を光量測定値Pに対する階調値Dの感度と整合させることができる。また、ウェーバー・フェヒナーの法則によれば、人の感覚は刺激の強さに対して対数的に応答する。前記のように光量目標値Tを定義すれば、相対的に暗い階調において明るい階調よりも光量目標値Tの刻み幅が細かくなるので、階調特性を人の感覚にあわせることができる。   The light quantity measurement value P is a quadratic expression of the gradation value D as can be seen from Expression (6). Therefore, if the light quantity target value T is defined as described above, the sensitivity of the gradation value D with respect to the light quantity target value T can be matched with the sensitivity of the gradation value D with respect to the light quantity measurement value P. Also, according to Weber-Fechner's law, human senses respond logarithmically to the intensity of stimulation. If the light quantity target value T is defined as described above, the step size of the light quantity target value T becomes smaller in the relatively dark gradation than in the bright gradation, so that the gradation characteristics can be matched to human perception.

光量誤差δを最小化するには、式(6)から分かるように、変数a〜cを調整すればよい。本実施形態では、主走査方向において画像を描画する描画期間や、副走査方向において走査線をシフトする帰線期間において、光量測定値Pに基づいて逐次的に変数a〜cを調整する。   In order to minimize the light amount error δ, as can be seen from the equation (6), the variables a to c may be adjusted. In the present embodiment, the variables a to c are sequentially adjusted based on the light quantity measurement value P in a drawing period in which an image is drawn in the main scanning direction and a blanking period in which the scanning line is shifted in the sub-scanning direction.

ここでは、階調値Dを設定して、レーザー光量を測定する手順をk番目まで繰り返したとき、各ステップにおける階調値{D、D、・・、D、・・、D}に対する、光量測定値を{P、P、・・、P、・・、P}、光量目標値を{T、T、・・、T、・・、T}とする。評価関数εを下記の式(8)のように光量誤差δの自乗和として表す。各ステップにおいて、評価関数εが減少する方向に変数a、b、cを変化させることにより、評価関数εが最小となるような変数a、b、cを逐次的に求める。具体的には、変数a、b、cの変化による傾斜すなわち微係数(∂ε/∂a、∂ε/∂b、∂ε/∂c)を求めて、傾斜が0に近づくようにa、b、cを補正する最急降下法を用いる。これにより、a、b、cは下記の式(9)〜(11)で表すことができる。 Here, by setting the gray scale value D, when the procedure was repeated for measuring the quantity of laser light to k-th tone value in each step {D 1, D 2, ·· , D i, ··, D k for}, the light amount measurement value {P 1, P 2, ·· , P i, ··, P k}, the light amount target value {T 1, T 2, ·· , T i, ··, T k} And The evaluation function ε k is expressed as the sum of squares of the light amount error δ i as shown in the following equation (8). In each step, the variables a, b, and c that minimize the evaluation function ε k are sequentially obtained by changing the variables a, b, and c in the direction in which the evaluation function ε k decreases. Specifically, the slopes due to changes in the variables a, b, and c, that is, the derivative (∂ε k / ∂a, ∂ε k / ∂b, ∂ε k / ∂c) are obtained so that the slope approaches zero. The steepest descent method for correcting a, b, and c is used. Thereby, ak , bk , kk can be represented by the following formulas (9) to (11).

Figure 2010205445
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式(9)〜(11)において、係数μ、μ、μは変数a、b、cを変化させる刻み幅を規定する値である。ここでは、ステップ0〜kにおいて係数μ、μ、μを一定値にする。この他に係数μ、μ、μを、例えば傾斜(∂ε/∂a、∂ε/∂b、∂ε/∂c)の関数として可変にする方法を用いてもよい。具体的には、以下のような方法が考えられる。 In the equations (9) to (11), the coefficients μ a , μ b , and μ c are values that define the step sizes for changing the variables a, b, and c. Here, the coefficients μ a , μ b , and μ c are set to constant values in steps 0 to k. In addition, a method may be used in which the coefficients μ a , μ b , and μ c are made variable as a function of the slope (∂ε k / ∂a, ∂ε k / ∂b, ∂ε k / ∂c), for example. . Specifically, the following methods can be considered.

評価関数εが最小値に近づくにつれて、傾斜∂ε/∂aの絶対値は0に近づく。傾斜∂ε/∂aの絶対値が小さくなるにつれて係数μが小さくなるように係数μをステップごとに変化させるとにすれば、評価関数εが最小値となる付近で変数aの刻み幅が細かくなり、評価関数εを高精度に最小化することや収束値の振動を回避することができる。また、最小値から離れた範囲では刻み幅が相対的に大きくなるので、収束を早めることができる。 As the evaluation function ε k approaches the minimum value, the absolute value of the slope ∂ε k / ∂a approaches zero. If the coefficient mu a so coefficients as the absolute value of the slope ∂ε k / ∂a decreases mu a decrease in the changing step by step, the variable a in the vicinity of the evaluation function epsilon k is the minimum value The step size becomes fine, and the evaluation function ε k can be minimized with high accuracy and the oscillation of the convergence value can be avoided. In addition, since the step size is relatively large in a range away from the minimum value, convergence can be accelerated.

式(6)を用いて、式(9)〜(11)の微分部分を求めると、下記の式(12)〜(14)が得られる。   The following formulas (12) to (14) are obtained when the differential parts of the formulas (9) to (11) are obtained using the formula (6).

Figure 2010205445
Figure 2010205445

式(6)、(7)を比較すると、光量測定値Pが光量目標値Tに近づくにつれて、変数aは係数Mに漸近し、変数b、cは0に漸近すると考えられる。この仮定を用いると、式(12)〜(14)を下記の式(15)〜(17)のように近似・整理することができる。   Comparing Expressions (6) and (7), it is considered that the variable a gradually approaches the coefficient M and the variables b and c gradually approach 0 as the light quantity measurement value P approaches the light quantity target value T. Using this assumption, the equations (12) to (14) can be approximated and arranged as the following equations (15) to (17).

Figure 2010205445
Figure 2010205445

式(15)〜(17)を逐次計算可能な形に書き下すと、下記の式(18)〜(21)が得られる。式(18)〜(21)においてa、b、c以外の値は、公称値等であり既知であるので、式(18)〜(21)により、評価関数εが最小となるような変数a、b、cが逐次的に求まる。なお、a、b、c以外の値が公称値と誤差がある場合でも、評価関数εが最小になることには変わりがなく、誤差を加味した変数a、b、cが求まる。 When formulas (15) to (17) are written in a form that can be sequentially calculated, the following formulas (18) to (21) are obtained. In Expressions (18) to (21), values other than a k , b k , and ck are nominal values and the like, and are known. Therefore, the evaluation function ε k is minimized by Expressions (18) to (21). Such variables a, b, and c are obtained sequentially. Even if the values other than a k , b k , and c k have an error from the nominal value, the evaluation function ε k remains the same, and the variables a k , b k , c taking into account the error remain unchanged. k is obtained.

Figure 2010205445
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ところで、実際に半導体レーザー素子20を駆動するためには、変数a、b、cを回路パラメーター(A、Doffset、Dset)に変換する必要がある。変数変換の方法としては、以下の2つの方法が考えられる。1つ目の方法は、評価関数εが最小となる変数a、b、cを求めた後に、回路パラメーターを求める方法である。2つ目の方法は、回路パラメーターを逐次的に求める方法である。 By the way, in order to actually drive the semiconductor laser element 20, it is necessary to convert the variables a, b, and c into circuit parameters (A, Doffset, Dset). As the variable conversion method, the following two methods are conceivable. The first method is a method of obtaining circuit parameters after obtaining variables a, b, and c that minimize the evaluation function ε k . The second method is to obtain circuit parameters sequentially.

まず、1つ目の方法について説明する。第2のFET216において、ゲートソース間電圧Vg2に対する第2のドレイン電流Id2は、閾値電圧Vth2、係数β2を用いると下記の式(22)で表される。ゲート電圧Vg2は、閾値電流値Dset、D/A変換の変換係数Ddaを用いると、下記の式(23)で表される。式(5)、(22)、(23)を用いると、ゲインA、階調オフセット値Doffset、閾値電流値Dsetは、下記の式(24)〜(26)で表される。   First, the first method will be described. In the second FET 216, the second drain current Id2 with respect to the gate-source voltage Vg2 is expressed by the following equation (22) using the threshold voltage Vth2 and the coefficient β2. The gate voltage Vg2 is expressed by the following equation (23) using the threshold current value Dset and the conversion coefficient Dda of D / A conversion. Using the equations (5), (22), and (23), the gain A, the gradation offset value Doffset, and the threshold current value Dset are expressed by the following equations (24) to (26).

Figure 2010205445
Figure 2010205445

次に、2つ目の方法について説明する。式(16)〜(17)に式(5)を用いて、逐次計算可能な形に書き下すと、下記の式(27)〜(28)が得られる。式(27)〜(28)を用いると、ゲインA、階調オフセット値Doffset、閾値電流値Dsetを逐次的に計算することができ、その収束値を回路パラメーターとして用いればよい。 Next, the second method will be described. When the equation (5) is used in the equations (16) to (17) and written in a form that can be sequentially calculated, the following equations (27) to (28) are obtained. Using the equations (27) to (28), the gain A k , the gradation offset value Doffset k , and the threshold current value Dset k can be calculated sequentially, and the convergence value may be used as a circuit parameter.

Figure 2010205445
Figure 2010205445

以上のような1つ目の方法、2つ目の方法のいずれによっても回路パラメーターを得ることができ、回路パラメーターを調整することにより光量補正を行うことができる。以上のような光量補正は、ソフトウェアにより実行させることもできるし、デジタルフィルター等のハードウェアにより実行させることもできる。以下、光量補正を行うデジタルフィルター(光量補正部3)の具体例を説明する。   The circuit parameter can be obtained by either the first method or the second method as described above, and the light amount can be corrected by adjusting the circuit parameter. The light quantity correction as described above can be executed by software, or can be executed by hardware such as a digital filter. Hereinafter, a specific example of a digital filter (light amount correction unit 3) that performs light amount correction will be described.

図4は、光量補正部3の構成を示すブロック図である。光量構成部3は、乗算器301、302、308、加算器303、310、317、減算器306、313、316、320、増幅器305、309、312、315、319、フリップフロップ304、307、311、314、318、321を含んでいる。   FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the light amount correction unit 3. The light quantity configuration unit 3 includes multipliers 301, 302, 308, adders 303, 310, 317, subtractors 306, 313, 316, 320, amplifiers 305, 309, 312, 315, 319, flip-flops 304, 307, 311. 314, 318, 321 are included.

増幅器315は、階調値DをゲインMで増幅した値(M・D=T)を減算器316に出力する。減算器316は、光量測定値PからTを減算した値(光量誤差δ)を出力する。乗算器301は、階調値Dの自乗値を乗算器302に出力する。乗算器302は、階調値Dの自乗値に光量誤差δを乗算した値(δ・D )を加算器303に出力する。加算器303は、乗算器302の出力値とフリップフロップ304の出力値との加算値をフリップフロップ304のD入力端子に出力する。フリップフロップ304は、D型フリップフロップであり、同期信号に同期してD入力端子の入力値を出力値として反映する。つまり、加算器303及びフリップフロップ304によって、階調値Dの自乗値と光量誤差δとの積を積算する積算回路が構成されている。フリップフロップ304は、積算値Sa(=δ・D +σ・D +・・+δ・D )を増幅器305に出力する。増幅器305は、積算値Saをゲインμで増幅した値を減算器306に出力する。減算器306は、フリップフロップ307の出力値から増幅器305の出力値を差し引いた値をフリップフロップ307のD入力端子に出力する。フリップフロップ311は、D型フリップフロップであり、同期信号に同期してD入力端子の入力値を出力値として反映する。減算器306及びフリップフロップ307によって、式(27)で表されるA=Ak−1−μ・Saを計算する補正回路が構成されており、フリップフロップ307の出力値はAとなる。 The amplifier 315 outputs a value (M · D i = T i ) obtained by amplifying the gradation value D i with the gain M to the subtractor 316. The subtractor 316 outputs a value obtained by subtracting T i from the light amount measurement value P i (light amount error δ i ). The multiplier 301 outputs a square value of the gradation values D i to the multiplier 302. The multiplier 302 outputs a value (δ i · D i 2 ) obtained by multiplying the square value of the gradation value D i by the light amount error δ i to the adder 303. Adder 303 outputs the addition value of the output value of multiplier 302 and the output value of flip-flop 304 to the D input terminal of flip-flop 304. The flip-flop 304 is a D-type flip-flop, and reflects the input value of the D input terminal as an output value in synchronization with the synchronization signal. That is, the adder 303 and the flip-flop 304 constitute an integration circuit that integrates the product of the square value of the gradation value D i and the light amount error δ i . Flip-flop 304 outputs the integrated value Sa i (= δ 0 · D 0 2 + σ 1 · D 1 2 + ·· + δ i · D i 2) the amplifier 305. Amplifier 305 outputs the amplified the integrated value Sa i gain mu A value in the subtracter 306. The subtractor 306 outputs a value obtained by subtracting the output value of the amplifier 305 from the output value of the flip-flop 307 to the D input terminal of the flip-flop 307. The flip-flop 311 is a D-type flip-flop, and reflects the input value of the D input terminal as an output value in synchronization with the synchronization signal. The subtractor 306 and the flip-flop 307, the output value of the A k = A k-1 -μ A · Sa k to calculate a correction circuit is configured, flip-flop 307 of the formula (27) A k It becomes.

乗算器308は、階調値Dに減算器316の出力値(δ)を乗算した値(D・δ)を増幅器309に出力する。増幅器309は、乗算器308の出力値をゲイン(2M)で増幅した値(2M・D・δ)を加算器310に出力する。加算器310及びフリップフロップ311は、加算器303及びフリップフロップ304と同様にして乗算器308の出力値を積算する。フリップフロップ311は、積算値Sb(=2M・D・δ+2M・D・δ+・・+2M・D・δ)を増幅器312に出力する。増幅器312は、積算値Sbをゲインμで増幅した値を減算器313に出力する。減算器313は、フリップフロップ314の出力値から増幅器312の出力値を差し引いた値をフリップフロップ314のD入力端子に出力する。フリップフロップ314は、D型フリップフロップであり、同期信号に同期してD入力端子の入力値を出力値として反映する。減算器313及びフリップフロップ314によって、式(28)で表されるDoffset=Doffsetk−1−μ・Sbを計算する補正回路が構成されており、フリップフロップ314の出力値はDoffsetとなる。 The multiplier 308 outputs the multiplication value output value ([delta] i) of the subtractor 316 to the gradation value D i a (D i · δ i) to the amplifier 309. The amplifier 309 outputs a value (2M · D i · δ i ) obtained by amplifying the output value of the multiplier 308 with a gain (2M) to the adder 310. The adder 310 and the flip-flop 311 integrate the output values of the multiplier 308 in the same manner as the adder 303 and the flip-flop 304. The flip-flop 311 outputs the integrated value Sb i (= 2M · D 0 · δ 0 + 2M · D 1 · δ 1 + ·· + 2M · D i · δ i ) to the amplifier 312. The amplifier 312 outputs a value obtained by amplifying the integrated value Sb i with a gain μ b to the subtractor 313. The subtractor 313 outputs a value obtained by subtracting the output value of the amplifier 312 from the output value of the flip-flop 314 to the D input terminal of the flip-flop 314. The flip-flop 314 is a D-type flip-flop, and reflects the input value of the D input terminal as an output value in synchronization with the synchronization signal. The subtractor 313 and the flip-flop 314 constitute a correction circuit for calculating Doffset k = Doffset k−1 −μ b · Sb i represented by the equation (28). The output value of the flip-flop 314 is Doffset k. It becomes.

加算器317及びフリップフロップ318は、加算器303及びフリップフロップ304と同様にして減算器316の出力値(δ)を積算する。フリップフロップ318は、積算値Sc(=δ+δ+・・+δ)を増幅器319に出力する。増幅器319は、積算値ScをゲインμDsetで増幅した値を減算器320に出力する。減算器320は、フリップフロップ321の出力値から増幅器319の出力値を差し引いた値をフリップフロップ321のD入力端子に出力する。フリップフロップ321は、D型フリップフロップであり、同期信号に同期してD入力端子の入力値を出力値として反映する。減算器320及びフリップフロップ321によって、式(29)で表されるDset=Dsetk−1−μDset・Scを計算する補正回路が構成されており、フリップフロップ321の出力値はDsetとなる。 The adder 317 and the flip-flop 318 integrate the output value (δ i ) of the subtractor 316 in the same manner as the adder 303 and the flip-flop 304. The flip-flop 318 outputs the integrated value Sc i (= δ 0 + δ 1 + ·· + δ i ) to the amplifier 319. Amplifier 319 outputs the amplified the integrated value Sc i gain mu Dset value to the subtractor 320. The subtractor 320 outputs a value obtained by subtracting the output value of the amplifier 319 from the output value of the flip-flop 321 to the D input terminal of the flip-flop 321. The flip-flop 321 is a D-type flip-flop, and reflects the input value of the D input terminal as an output value in synchronization with the synchronization signal. The subtractor 320 and the flip-flop 321 is configured the correction circuit for calculating a Dset k = Dset k-1 -μ Dset · Sc i represented by the formula (29), the output value of the flip-flop 321 is Dset k It becomes.

以上のようにして、光量補正部3からゲインAとしてAが出力され、階調オフセット値DoffsetとしてDoffsetが、閾値電流値DsetとしてDsetがそれぞれ出力される。出力されたゲインA、階調オフセット値Doffsetは、図3に示したゲインアンプ214に入力される。出力された閾値電流値Dsetは、第2のD/A変換器217に入力される。入力された回路パラメーターに基づいて半導体レーザー素子20が駆動されることにより、光量目標値Tと光量測定値Pとの差分、すなわち実際の光量の誤差が最小になる。 As described above, A k is output from the light quantity correction unit 3 as the gain A, Doffset k as the gradation offset value Doffset is, Dset k is output as the threshold current value Dset. The output gain A and gradation offset value Doffset are input to the gain amplifier 214 shown in FIG. The output threshold current value Dset is input to the second D / A converter 217. By driving the semiconductor laser element 20 based on the input circuit parameters, the difference between the light quantity target value T and the light quantity measurement value P, that is, the actual light quantity error is minimized.

本実施形態のレーザー光源装置2は、光量補正が可能な範囲内でレーザー電源電圧Vlaserが最小限度になるようにレーザー電源電圧Vlaserを調整する電源電圧調整部を含んでいる。以下、電源電圧調整部について説明する。   The laser light source device 2 of the present embodiment includes a power supply voltage adjusting unit that adjusts the laser power supply voltage Vlaser so that the laser power supply voltage Vlaser is minimized within a range in which the light amount can be corrected. Hereinafter, the power supply voltage adjustment unit will be described.

図5(a)は、FETのVI特性を示す説明図であり、図5(b)はレーザー電源電圧Vlaserに対するレーザー光量Pの関係を示す説明図である。前記したレーザー光源装置2の動作説明は、レーザー電源電圧Vlaserが十分に大きく、第1、第2のFET213、216が飽和状態で動作していることを前提にしている。詳しくは、図5(a)に示すように、ソースドレイン間電圧Vdsが十分に高い状態(Vds=V)からソースドレイン間電圧Vdsが低く(V→V→V)なるにつれて、第1のドレイン電流Idは減少(I→I→I)していく。ソースドレイン間電圧Vdsがある程度以下になると、FETが飽和状態を脱してしまう。すると、第1のドレイン電流Idがゲートソース間電圧Vgsだけでは決まらなくなり、第1のドレイン電流Idが減少してしまう。このような状態では、第1のドレイン電流Idを良好に制御することが難しくなり、光量補正の精度が低下してしまう。 FIG. 5A is an explanatory diagram showing the VI characteristics of the FET, and FIG. 5B is an explanatory diagram showing the relationship of the laser light quantity P with respect to the laser power supply voltage Vlaser. The above description of the operation of the laser light source device 2 assumes that the laser power supply voltage Vlaser is sufficiently large and that the first and second FETs 213 and 216 are operating in a saturated state. Specifically, as shown in FIG. 5A, as the source-drain voltage Vds becomes lower (V 0 → V 1 → V 2 ) from a state where the source-drain voltage Vds is sufficiently high (Vds = V 0 ). The first drain current Id decreases (I 0 → I 1 → I 2 ). When the source-drain voltage Vds becomes a certain level or less, the FET leaves the saturation state. Then, the first drain current Id cannot be determined only by the gate-source voltage Vgs, and the first drain current Id decreases. In such a state, it becomes difficult to satisfactorily control the first drain current Id, and the light amount correction accuracy is lowered.

FETが確実に飽和状態になるようにレーザー電源電圧Vlaserを高く設定することは可能である。また、FETが飽和状態となる条件は下記の式(30)で表され、式(30)によればレーザー電源電圧Vlaserを最小限度にすることができるかのように思われる。しかしながら、FETの閾値電圧Vthは製造公差等によりばらつきを生じやすいため、実際にはレーザー電源電圧Vlaserにある程度のマージンを持たせることが必要となる。レーザー電源電圧Vlaserにマージンを持たせて高く設定すると、FETでの電圧降下により電力効率が低下することやFETが過熱されること等の不都合を生じることがある。光量補正が可能な範囲内におけるレーザー電源電圧Vlaserの最小値を求める方法としては、以下の2つの方法が考えられる。   It is possible to set the laser power supply voltage Vlaser high to ensure that the FET is saturated. Further, the condition for the FET to become saturated is expressed by the following equation (30). According to the equation (30), it seems that the laser power supply voltage Vlaser can be minimized. However, since the FET threshold voltage Vth is likely to vary due to manufacturing tolerances and the like, it is actually necessary to provide a certain margin to the laser power supply voltage Vlaser. If the laser power supply voltage Vlaser is set high with a margin, there may be inconveniences such as a decrease in power efficiency due to a voltage drop in the FET and an overheating of the FET. The following two methods are conceivable as a method for obtaining the minimum value of the laser power supply voltage Vlaser within the range in which the light amount correction is possible.

1つ目の方法は、FETの閾値電圧Vthを推定した後に、飽和条件を満たすようにレーザー電源電圧Vlaserを調整する方法である。光量補正のループが安定になった状態では、式(5)、(16)より下記の式(31)が成り立つ。式(31)を解くと、下記の式(32)が得られる。式(30)、式(32)を用いると、飽和条件を満たす範囲内でのソースドレイン間電圧Vdsの最小値が求まる。ソースドレイン間電圧Vdsが最小値になるように、レーザー電源電圧Vlaserを調整することにより、光量補正の精度を確保しつつレーザー電源電圧Vlaserを最小化することができる。ソースドレイン間電圧VdsをVds測定器218により測定して、上記で求めた飽和条件を満たす範囲内でのソースドレイン間電圧Vdsの最小値に一致するようにレーザー電源電圧Vlaserを調整する。   The first method is a method of adjusting the laser power supply voltage Vlaser so as to satisfy the saturation condition after estimating the threshold voltage Vth of the FET. In a state where the light amount correction loop is stabilized, the following equation (31) is established from equations (5) and (16). When equation (31) is solved, the following equation (32) is obtained. Using Expressions (30) and (32), the minimum value of the source-drain voltage Vds within the range satisfying the saturation condition can be obtained. By adjusting the laser power supply voltage Vlaser so that the source-drain voltage Vds becomes the minimum value, the laser power supply voltage Vlaser can be minimized while ensuring the accuracy of light amount correction. The source-drain voltage Vds is measured by the Vds measuring device 218, and the laser power supply voltage Vlaser is adjusted so as to coincide with the minimum value of the source-drain voltage Vds within the range satisfying the saturation condition obtained above.

Figure 2010205445
Figure 2010205445

2つ目の方法は、レーザー電源電圧Vlaserを変化させて、実際に光量補正を適切に行うことが可能な範囲を求める方法である。具体的には、図5(b)に示すように、レーザー電源電圧Vlaserが異なる2以上の条件で光量測定値Pを求める。ここでは、階調値を最大階調、あるいは光量補正が保障される最大階調に設定する。そして、飽和状態を確実に満たす条件(Vlaser=V)よりも、レーザー電源電圧Vlaserが低い2つの条件(Vlaser=V、V)にて光量測定値Pを求め、2つの条件での光量測定値の差分ΔPを求める。差分ΔPが予め設定される設定値以下となるレーザー電源電圧Vlaserの最小値を求め、この最小値にレーザー電源電圧Vlaserを調整する。 The second method is a method in which the laser power supply voltage Vlaser is changed to obtain a range in which light amount correction can actually be performed appropriately. Specifically, as shown in FIG. 5B, the light quantity measurement value P is obtained under two or more conditions with different laser power supply voltages Vlaser. Here, the gradation value is set to the maximum gradation or the maximum gradation that guarantees the light amount correction. Then, the light quantity measurement value P is obtained under two conditions (Vlaser = V 3 , V 4 ) where the laser power supply voltage Vlaser is lower than the condition that reliably satisfies the saturation state (Vlaser = V 0 ). The difference ΔP between the light quantity measurement values is obtained. A minimum value of the laser power supply voltage Vlaser where the difference ΔP is equal to or less than a preset value is obtained, and the laser power supply voltage Vlaser is adjusted to this minimum value.

以上のような構成のレーザー光源装置2によれば、階調値Dと光量測定値Pとに基づいて逐次的に算出される回路パラメーターを第1、第2のFET213、216にフィードバックすることにより、リアルタイムで光量補正することができる。階調値Dの自乗特性で光量目標値Tを定義しているので、光量目標値Tに対する階調値Dの感度を光量測定値Pに対する階調値Dの感度と整合させることができ、実際の光量を光量目標値Tに高精度に一致させることができる。半導体レーザー素子20にレーザー電流を供給する供給経路において、光量補正用にレーザー電流を取り出す必要性がほとんどないので、レーザー電流を取り出す回路部品等を簡略化あるいは省略することができ、レーザー光源装置2をシンプルな構成にすることができる。また、光量補正に用いる光量検出部22や光量補正部23等を用いて、レーザー電源電圧を最小化することもでき、レーザー光源装置2を低消費電力にすることができる。
以上のように本発明のレーザー光源装置は、シンプルな構成でありながら高精度な光量が得られる良好なものになっている。
According to the laser light source device 2 configured as described above, the circuit parameters calculated sequentially based on the gradation value D and the light quantity measurement value P are fed back to the first and second FETs 213 and 216. The amount of light can be corrected in real time. Since the light quantity target value T is defined by the square characteristic of the gradation value D, the sensitivity of the gradation value D with respect to the light quantity target value T can be matched with the sensitivity of the gradation value D with respect to the light quantity measurement value P. Can be matched with the light quantity target value T with high accuracy. In the supply path for supplying the laser current to the semiconductor laser element 20, there is almost no need to extract the laser current for light quantity correction, so that circuit components for extracting the laser current can be simplified or omitted, and the laser light source device 2 Can be made simple. In addition, the laser power supply voltage can be minimized by using the light amount detection unit 22 and the light amount correction unit 23 used for light amount correction, and the laser light source device 2 can have low power consumption.
As described above, the laser light source device of the present invention has a simple structure and a good one that can obtain a highly accurate light amount.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るレーザー光源装置を説明する。第3実施形態が第2実施形態と異なる点は、階調値に対する光量誤差の相対誤差を最小化することにより光量補正する点である。以下、第3実施形態における光量測定方法を説明した後に、第3実施形態における光量補正部の構成を説明する。
[Third Embodiment]
Next, a laser light source device according to a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment differs from the second embodiment in that the light amount is corrected by minimizing the relative error of the light amount error with respect to the gradation value. Hereinafter, after describing the light amount measurement method in the third embodiment, the configuration of the light amount correction unit in the third embodiment will be described.

本実施形態では、式(8)に示した評価関数εに代えて、以下の式(33)に示す評価関数ε2を最小化することにより光量補正する。第1実施形態と同様に、最急降下法を用いるとともに、変数aは係数M、変数b、cは0に漸近するという仮定を用いると、下記の式(34)〜(36)が得られる。 In the present embodiment, in place of the evaluation function epsilon k shown in equation (8), to the light amount correction by minimizing the evaluation function .epsilon.2 k shown in the following equation (33). Similar to the first embodiment, when the steepest descent method is used and the assumption that the variable a is a coefficient M and the variables b and c are asymptotic to 0, the following equations (34) to (36) are obtained.

Figure 2010205445
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図6は、第3実施形態のレーザー光源装置における光量補正部4の構成を示すブロック図である。光量補正部4は、式(34)〜(36)の逐次計算を実行するデジタルフィルターであり、第2実施形態と同様に回路パラメーターを逐次計算可能になっている。光量補正部4が光量補正部3と異なる点は、乗算部301、308が設けられていない点、除算部401が設けられている点である。光量補正部4において、加算部303、310、317よりも下流の構成については光量補正部3と同様である。   FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the light amount correction unit 4 in the laser light source device of the third embodiment. The light quantity correction unit 4 is a digital filter that executes the sequential calculation of Expressions (34) to (36), and can sequentially calculate circuit parameters as in the second embodiment. The light amount correction unit 4 is different from the light amount correction unit 3 in that the multiplication units 301 and 308 are not provided and the division unit 401 is provided. In the light amount correction unit 4, the configuration downstream of the addition units 303, 310, and 317 is the same as that of the light amount correction unit 3.

光量補正部4において、乗算部302は階調値Dに光量誤差σを乗算した値を加算部303に出力する。増幅部309は、減算部316から出力された値(σ)をゲイン2Mで増幅して加算部310に出力する。除算部401の第1入力In1には、減算部316から光量誤差σが入力される。除算部401の第2入力In2には、階調値Dが入力される。除算部401は、第1入力In1を第2入力In2で除算した値(σ/D)を加算部317に出力する。以下、加算部303、310、317よりも下流の回路部分により、それぞれA、Doffset、Dsetが算出される。出力されたゲインA、階調オフセット値Doffsetは、図3に示したゲインアンプ214に入力される。出力された閾値電流値Dsetは、第2のD/A変換器217に入力される。入力された回路パラメーターに基づいて半導体レーザー素子20が駆動されることにより、光量目標値Tに対する光量測定値、(実際の出力光量)の光量誤差が最小になる。 In the light amount correction unit 4, the multiplication unit 302 outputs a value obtained by multiplying the gradation value D i by the light amount error σ i to the addition unit 303. The amplifying unit 309 amplifies the value (σ i ) output from the subtracting unit 316 with a gain of 2M and outputs the amplified value to the adding unit 310. The light quantity error σ i is input from the subtractor 316 to the first input In1 of the divider 401. A second input In2 of the division unit 401, the gradation value D i is inputted. The division unit 401 outputs a value (σ i / D i ) obtained by dividing the first input In1 by the second input In2 to the addition unit 317. Hereinafter, A k , Doffset k , and Dset k are calculated by the circuit portions downstream from the adding units 303, 310, and 317, respectively. The output gain A and gradation offset value Doffset are input to the gain amplifier 214 shown in FIG. The output threshold current value Dset is input to the second D / A converter 217. By driving the semiconductor laser element 20 based on the input circuit parameters, the light quantity error of the light quantity measurement value (actual output light quantity) with respect to the light quantity target value T is minimized.

ところで、階調値が大きくなるほど、光源で発生する光量の絶対値が大きくなり、光量測定値と光量目標値との差分の絶対値が大きくなると考えられる。第3実施形態のレーザー光源装置にあっては、光量誤差にσに階調値Dの逆数の重みを掛けて評価関数を定義しているので、光源で発生する光量の絶対値が評価関数の絶対値に及ぼす影響を低減することができる。したがって、補正精度の階調値Dへの依存性を減らすことができ、階調値Dの広範囲にわたって高精度に光量補正することができる。   By the way, it is considered that the absolute value of the light amount generated by the light source increases as the gradation value increases, and the absolute value of the difference between the light amount measurement value and the light amount target value increases. In the laser light source device of the third embodiment, since the evaluation function is defined by multiplying the light amount error by σ and the inverse weight of the gradation value D, the absolute value of the light amount generated by the light source is the evaluation function. The influence on the absolute value can be reduced. Therefore, the dependency of the correction accuracy on the gradation value D can be reduced, and the light amount can be corrected with high accuracy over a wide range of the gradation value D.

1・・・プロジェクター、2・・・レーザー光源装置(光源装置)、3・・・光量補正部、13・・・走査光学系、103・・・変調回路(光変調装置)、213・・・第1のFET(第1の電界効果トランジスタ)、216・・・第2のFET(第2の電界効果トランジスタ)、Doffset・・・階調オフセットデータ(第1変数)、A・・・ゲイン(第1変数)、Dset・・・閾値データ(第2変数) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 2 ... Laser light source device (light source device), 3 ... Light quantity correction | amendment part, 13 ... Scanning optical system, 103 ... Modulation circuit (light modulation device), 213 ... First FET (first field effect transistor), 216... Second FET (second field effect transistor), Doffset... Gradation offset data (first variable), A. (First variable), Dset ... threshold data (second variable)

Claims (9)

光源と、
前記光源に階調値に応じた光を発生させる階調電流を前記光源に供給する第1の電界効果トランジスタと、
前記光源に光を発生させるために最低限必要な閾値電流を前記光源に供給する第2の電界効果トランジスタと、
前記光源で発生した光量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部により測定された光量測定値を前記階調値に対して非線形な関係式で表される光量目標値に近づけるように前記第1の電界効果トランジスタのゲート電圧と前記第2の電界効果トランジスタのゲート電圧とを補正する光量補正部と、を含んでいることを特徴とする光源装置。
A light source;
A first field effect transistor that supplies the light source with a gradation current that generates light corresponding to a gradation value in the light source;
A second field effect transistor that supplies the light source with a threshold current that is minimally required to cause the light source to generate light;
A light amount measuring unit for measuring the amount of light generated by the light source;
The gate voltage of the first field effect transistor and the second electric field so that the light quantity measurement value measured by the light quantity measurement unit approaches a light quantity target value represented by a nonlinear relational expression with respect to the gradation value. A light source device comprising: a light amount correction unit that corrects the gate voltage of the effect transistor.
前記非線形な関係式が、前記階調値の二次式であることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the nonlinear relational expression is a quadratic expression of the gradation value. 前記光量補正部は、前記第1の電界効果トランジスタのゲート電圧を規定する第1変数に対する、変数前記光量測定値と前記光量目標値との差分により規定される評価関数の微係数に基づいて前記第1変数を調整するとともに、
前記第2の電界効果トランジスタのゲート電圧を規定する第2変数に対する前記評価関数の微係数に基づいて前記第2変数を調整することを特徴とする請求項1又は2に記載の光源装置。
The light amount correction unit is based on a derivative of an evaluation function defined by a difference between a variable light amount measurement value and the light amount target value with respect to a first variable that defines a gate voltage of the first field effect transistor. While adjusting the first variable,
3. The light source device according to claim 1, wherein the second variable is adjusted based on a derivative of the evaluation function with respect to a second variable that defines a gate voltage of the second field effect transistor.
前記光量補正部は、前記第1変数に対する前記評価関数の微係数の絶対値を減少させる方向に前記第1変数を逐次変化させるとともに、前記第2変数に対する前記評価関数の微係数の絶対値を減少させる方向に前記第2変数を逐次変化させることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。   The light amount correction unit sequentially changes the first variable in a direction to decrease the absolute value of the derivative of the evaluation function with respect to the first variable, and sets the absolute value of the derivative of the evaluation function with respect to the second variable. The light source device according to claim 3, wherein the second variable is sequentially changed in a decreasing direction. 前記評価関数は、前記光量測定値と前記光量目標値との差分により規定される関数が前記階調値を用いて規格化されている関数であることを特徴とする請求項3又は4に記載の光源装置。   The evaluation function is a function in which a function defined by a difference between the light quantity measurement value and the light quantity target value is normalized using the gradation value. Light source device. 前記光源に発光用の電圧を印加する電源と、
前記電圧を低下させるとともに、前記電圧を低下させる前後における前記光量測定値の変化量を検出し、前記変化量が所定の設定値以下となる範囲内で前記発光用の電圧を最小値に設定する電源電圧調整部と、を含んでいることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光源装置。
A power source for applying a voltage for light emission to the light source;
While decreasing the voltage, a change amount of the light quantity measurement value before and after the voltage decrease is detected, and the light emission voltage is set to a minimum value within a range where the change amount is not more than a predetermined set value. The light source device according to claim 1, further comprising: a power supply voltage adjusting unit.
前記光源に発光用の電圧を印加する電源と、
前記光量補正部の補正結果を用いて前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタの閾値電圧を算出するとともに、前記第1の電界効果トランジスタ及び前記第2の電界効果トランジスタが飽和状態となる条件を前記閾値電圧に基づいて算出し、前記飽和状態となる条件下で前記発光用の電圧を最小値に設定する電源電圧調整部と、を含んでいることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光源装置。
A power source for applying a voltage for light emission to the light source;
A threshold voltage of the first field effect transistor and the second field effect transistor is calculated using a correction result of the light amount correction unit, and the first field effect transistor and the second field effect transistor are saturated. And a power supply voltage adjustment unit configured to calculate a condition to be in a state based on the threshold voltage, and to set the light emission voltage to a minimum value under the condition to be in the saturation state. The light source device according to any one of 1 to 6.
光源に階調値に応じた光を発生させる階調電流を前記光源に供給する第1の電界効果トランジスタに第1のゲート電圧を印加するとともに、前記光源に光を発生させるために最低限必要な閾値電流を前記光源に供給する第2の電界効果トランジスに第2のゲート電圧を印加する工程と、
前記階調電流と前記閾値電流とが供給された光源で発生した光量を測定する工程と、
前記光量測定部により測定された光量測定値を前記階調値の二次式で表される光量目標値に近づけるように前記第1の電界効果トランジスタのゲート電圧と前記第2の電界効果トランジスタのゲート電圧とを補正する工程と、を含んでいることを特徴とする光量補正方法。
Applying a first gate voltage to a first field-effect transistor that supplies a gradation current that generates light according to a gradation value to the light source, and at least the minimum required to generate light from the light source Applying a second gate voltage to a second field effect transistor for supplying a threshold current to the light source;
Measuring the amount of light generated by a light source supplied with the gradation current and the threshold current;
The gate voltage of the first field effect transistor and the second field effect transistor are adjusted so that the light quantity measurement value measured by the light quantity measurement unit approaches a light quantity target value represented by a quadratic expression of the gradation value. And a step of correcting the gate voltage.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出される光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を被走査面にて走査させる走査光学系と、を含んでいることを特徴とするプロジェクター。
The light source device according to any one of claims 1 to 7,
A light modulation device for modulating light emitted from the light source device;
And a scanning optical system that scans the light modulated by the light modulation device on a surface to be scanned.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106170241A (en) * 2014-08-19 2016-11-30 奥林巴斯株式会社 Light supply apparatus
JPWO2015186225A1 (en) * 2014-06-05 2017-05-25 株式会社ニコン Scanning projection apparatus, projection method, scanning apparatus, and surgery support system
JPWO2017043531A1 (en) * 2015-09-07 2017-09-07 大日本印刷株式会社 Lighting device
JP2017529561A (en) * 2014-09-09 2017-10-05 マイクロビジョン,インク. Laser diode voltage source controlled by video prefetching.
US11056031B2 (en) 2018-05-15 2021-07-06 Mitsumi Electric Co., Ltd. Control device, optical scanner, display device, and control method
US11146764B2 (en) 2019-03-12 2021-10-12 Mitsumi Electric Co., Ltd. Control device, optical scanning device, display apparatus, and control method

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2015186225A1 (en) * 2014-06-05 2017-05-25 株式会社ニコン Scanning projection apparatus, projection method, scanning apparatus, and surgery support system
CN106170241A (en) * 2014-08-19 2016-11-30 奥林巴斯株式会社 Light supply apparatus
JP2017529561A (en) * 2014-09-09 2017-10-05 マイクロビジョン,インク. Laser diode voltage source controlled by video prefetching.
JPWO2017043531A1 (en) * 2015-09-07 2017-09-07 大日本印刷株式会社 Lighting device
US10941915B2 (en) 2015-09-07 2021-03-09 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Illumination device for illuminating a predetermined range with coherent light
US11274801B2 (en) 2015-09-07 2022-03-15 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Illumination device using coherent light source
US11056031B2 (en) 2018-05-15 2021-07-06 Mitsumi Electric Co., Ltd. Control device, optical scanner, display device, and control method
US11146764B2 (en) 2019-03-12 2021-10-12 Mitsumi Electric Co., Ltd. Control device, optical scanning device, display apparatus, and control method
JP7479123B2 (en) 2019-03-12 2024-05-08 ミツミ電機株式会社 Control device, optical scanning device, display device, and control method

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