JP2011150339A - 光電子回路、プロジェクター光線位置調整方法、プロジェクターシステム及び電気回路 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の実施形態は、一般に、光線の位置ずれの検出に利用でき、そのような位置ずれを補償できる回路、システム及び方法に関する。
【解決手段】一実施形態によれば、回路は、複数の電気的に絶縁された複数の光検出（PD）セグメントを有する光検出器（PD）を備えている。また、前記回路は、前記電気的に絶縁された複数のPDセグメントにより検出した光を示す電流をどのように演算的に組み合わせるかを制御するよう構成され、スイッチを有する電気回路を有している。前記スイッチが第１の構成であるとき、前記電気回路により生成された信号は垂直光線の位置を示す。前記スイッチが第２の構成であるとき、前記電気回路により生成された信号は水平光線の位置を示す。垂直光線の位置及び水平光線の位置を示す前記信号は、光線の位置ずれを検出するために利用でき、そのような位置ずれを補償することができる。
【選択図】図４Ｂ

Description

本願は、以下の米国特許出願に基づく優先権を主張するものであり、いずれも引用することで本明細書に組み込まれる。２０１０年８月２５日に出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR PROJECTOR LIGHT BEAM ALIGNMENT」という名称の米国特許出願12/868,343、及び、２０１０年１月２１日に出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR PROJECTOR LASER BEAM ALIGNMENT」という名称の米国特許出願61/296,987。

図１は、時にピコプロジェクタとも呼ばれる、典型的な小型プロジェクター表示装置１００を示す。小型プロジェクター装置１００は、限定するわけではないが、携帯電話、スマートフォン、携帯用コンピューター（例えば、ラップトップ或いはネットブック）、パーソナルデータアシスタント（PDA）又は携帯型メディアプレーヤー（例えば、DVDプレーヤー）などの携帯機器に対し一体化或いは取り付けができる。あるいは、小型プロジェクター装置１００は、限定するわけではないが、デスクトップコンピュータ又はメディアプレーヤー（例えば、DVDプレーヤー）などの非携帯機器に対し一体化或いは取り付けができる。尚、小型プロジェクター装置１００は、独立型装置であってもよい。

図１を参照すると、プロジェクター表示装置１００は、映像ソース１０２と、制御部１０４（例えば、特定用途向け集積回路及び／又はマイクロコントローラ）と、レーザダイオードドライバ（LDD）１０８及び電圧レギュレータ１１０を含んで示されている。映像ソース１０２の種類によっては、映像ソース１０２と制御部１０４の間にビデオ・アナログ・フロント・エンド（AFE）が含まれていてもよく、ビデオAFEは、例えば、１つ以上のアナログ・デジタル変換器（ADC）を含むことができる。例えば、入力がビデオ・グラフィックス・アレイ（VGA）入力であるなら、ビデオAFEが含まれていてもよい。しかし、映像ソース１０２がデジタル映像ソースである場合には、ビデオAFEは必要ない場合がある。

制御部１０４は、映像信号のスケーリング及び／又はプリディストーションを、そのような信号がLDD１０８に供給される前に行うことができる。電圧レギュレータ１１０（例えば、クアッド出力調整可能DC/DC昇降圧レギュレータ）は、電源（例えば、電池又は交流電源）から供給された電圧を様々な電圧レベル（例えば、４つの電圧レベルV1、V2、V3及びV4）に変換し、プロジェクター表示装置１００の様々な部品に電力供給することができる。

LDD１０８は、３つのデジタル・アナログ変換器DAC１０９_１、１０９_２及び１０９_３（総称してDAC１０９とする）を含んで示されている。LDD１０８は、シリアル・バス１０３を介して、制御部１０４のシリアル・インターフェースからシリアル可能（SEN）信号及びシリアルクロック信号（SClk）を受信することができるシリアル・インターフェース１２２も含んで示されている。また、シリアル・バス１０３の双方向シリアルデータ入出力線（SDIO）により、制御部１０４は、LDD１０８内のレジスタへデータを書き込み、そこからデータを読み込むことができる。限定するわけではないが、インター集積回路（I2C）又はシリアル周辺インターフェース (SPI)バス及びインターフェースなどの代替えのシリアル・バス及びインターフェースを使用することもできる。LDD１０８は、図示しないレジスタ等も含んでいる。

LDD１０８のDAC１０９は、例えば、限定するわけではないが赤色、緑色及び青色レーザダイオードを含むことができ、レーザダイオード１１２を駆動する。LDD１０８を赤色（R）、緑色（G）及び青色（B）レーザダイオード１１２の駆動に使用する場合、LDD１０８をRGBトリプルレーザダイオードドライバと呼ぶことができる。

レーザダイオード１１２によって生成された光は、わずかな割合の光を１つ以上の較正光検出器（PD）１２０に向かわせ、残りの光をレンズ、ミラー、反射板などを含むプロジェクターの光学素子１１６に向かわせることができるビームスプリッタ１１４に供給される。光学素子１１６により出力された光を、１つ以上のマイクロミラー１１８に供給することができる。ミラー１１８を制御部１０４又はシステムの別の部分により制御し、表面、例えば、スクリーン、壁、椅子の裏側などで反射光をラスター走査することができる。ミラー１１８を用いてレーザー光線の走査を行うため、プロジェクター１００は、レーザーベース走査プロジェクターと称することができる。ある構成においては、X及びY方向のいずれにも制御できる単一のミラー１１８を用いてレーザー光線を走査する。別の構成においては、第１のミラー１１８が水平走査（即ち、X方向の走査）を制御するために用いられ、第２のミラー１１８が垂直走査（即ち、Y方向の走査）を制御するために用いられる。これらは単に２つの構成例であり、これらへの限定を意味するものではない。また、２つ以上のミラー１１８を用いることもできる。

図２Ａの例示的なタイミング図から理解できるように、レーザーベース走査プロジェクターでは、各クロック周期で、Ｒ、Ｇ及びＢレーザダイオード１１２は、走査ミラー１１８の線速度により設定された場所とクロックタイムベースで画素強度を出力する。図２Ａの例示的なタイミング図では、横線ごとに８画素しかなく、各ブランキング時間（Ｂ）中には出力はない。しかし、通常のディスプレイでは、線ごとの画素は一般的にはもっと多いことに留意されたい。各クロック周期においては、各色データの画素強度は、Ｒ、Ｇ及びＢレーザダイオード１１２の電源を異なる継続時間で入れるパルス幅変調（PWM）方式を用いるか、Ｒ、Ｇ及びＢレーザダイオード１１２全てが異なる電流レベルで同時に駆動する振幅変調（AM）により制御することができる。

レーザー光線の進行方向は時間とともに様々な理由で変わる可能性があり、画素カラーの位置ずれの原因となる。これは図２Ｂのタイミング図に図解しており、表示される画像に対する実際のタイミング（制御部１０４からLDD１０８に送られるデータのタイミングと対照）を示している。図２Ｂは、青色レーザーが１画素（又は１画素近く）右手側（RHS）に移動し、望ましくない表示画像中のカラーオフセットを招くことを図解しようとするものである。

Ｒ、Ｇ及びＢレーザダイオード１１２により生成されたレーザー光線の位置ずれは、様々な理由で起こる又は起こりうる。例えば、プロジェクターシステムの不完全な機械的製造に起因する幾らかの本質的位置ずれがあろう。更に、例えば、プロジェクターシステムを落とした場合にプロジェクターシステムに発生する機械的変化によっても位置ずれは起こりうる。また、レーザダイオード１１２の温度変化及びレーザダイオード１１２の老朽化に起因して位置ずれが生じる可能性もある。

本発明の実施形態は、一般に、光線の位置ずれの検出に利用でき、そのような位置ずれを補償できる回路、システム及び方法に関する。そのような光線は、限定するわけではないが、レーザダイオード又は発光ダイオード（LED）などの発光素子により生成される。光線がレーザダイオードにより生成される場合、その光線はレーザー光線と称することができる。

一実施形態によれば、光電子回路は、電気的に絶縁された複数の光検出（PD）セグメントを備えている。また、光電子回路は、電気的に絶縁された複数のPDセグメントにより検出した光を示す電流をどのように演算的に組み合わせるかを制御するよう構成され、スイッチを備えた電気回路を有する。スイッチが第１の構成であるとき、光電子回路により生成された信号は垂直光線の位置を示す。スイッチが第２の構成であるとき、光電子回路により生成された信号は水平光線の位置を示す。スイッチが第３の構成であるとき、光電子回路により生成された信号は光線出力を示す。電流をどのように演算的に組み合わせるかを制御するよう構成された電気回路は、トランスインピーダンス・アンプ（TIA）及び加算回路も含むことができる。具体的な実施形態においては、必要なTIAは２つのみであり、光電子回路の電力と複雑性を低減している。

一実施形態によれば、電気的に絶縁された複数のPDセグメントは、４つの電気的に絶縁されたPDセグメントを含んでいる。４つの電気的に絶縁されたPDセグメントは、PDセグメントにより検出した光の量を示すそれぞれ対応した電流を生成する。

一実施形態によれば、方程式Y_Offset = (A+B)-(C+D) は、垂直光線の位置を示す信号を生成するため用いられ、Aは４つの電気的に絶縁されたPDセグメントのうち１番目により生成された電流を示し、Bは４つの電気的に絶縁されたPDセグメントのうち２番目により生成された電流を示し、Cは４つの電気的に絶縁されたPDセグメントのうち３番目により生成された電流を示し、Dは４つの電気的に絶縁されたPDセグメントのうち４番目により生成された電流を示している。一実施形態によれば、方程式X_Offset = (A+C)-(B+D) は、水平光線の位置を示す信号を生成するため用いられる。また、方程式Power = A+B+C+Dは、光線出力の指標を決定するために用いることができ、例えば、自動出力制御（APC）及び／又は色補正のため用いることができる。

発光素子により生成された光線の１つが他の発光素子により生成された他の光線に対しずれている場合、制御部は、垂直光線の位置を示す信号及び水平光線の位置を示す信号に応じて検出することができる。また、制御部は、発光素子を駆動する信号を生成するために用いられる色データのタイミングを制御することにより、検出した位置ずれを補償することができる。１つ以上の発光素子により生成された１つ以上の光線の出力電力が変化する場合に、制御部は、光線出力を示す信号に応じて検出することができる。また、制御部は、発光素子を駆動する１つ以上の信号の振幅及び／又はパルス幅を変更することにより、出力電力において検出した変化を補償することができる。

本発明の実施形態は、上述の光電子回路を含むプロジェクターシステムも対象としている。このようなプロジェクターシステムは、例えば、第１の色の光を発光する第１のレーザダイオード、第２の色の光を発光する第２のレーザダイオード及び第３の色の光を発光する第３のレーザダイオードを含むこともできる。また、プロジェクターシステムは、制御部、レーザダイオードドライバ（LDD）及び１つ以上のマイクロミラーも含むことができる。制御部は、映像ソースから受信した映像信号に基づき第１、第２及び第３の画素データを出力するよう構成することができる。LDDは、制御部から受信した第１、第２及び第３の画素データに基づき第１、第２及び第３のレーザダイオードを駆動するよう構成することができる。１つ以上のマイクロミラーは、制御部により制御することができ、第１、第２及び第３のレーザダイオードにより生成された光線に基づき画像を投影するよう構成することができる。また、制御部は、光電子回路により生成された信号に基づき垂直及び／又は水平光線の位置ずれを検出し、光線の位置ずれが１つ以上のマイクロミラーにより投影された画像に悪影響を及ぼさないよう検出した垂直及び／又は水平光線の位置ずれを補償するよう構成することができる。

この概要は、本発明の全ての実施形態を要約しようとするものではない。更なる別の実施形態、及び発明の実施形態の特徴、態様、及び利点が、以下に記載の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲から更に明らかとなるであろう。

図１は、時にピコプロジェクタとも呼ばれる、典型的な小型プロジェクター表示装置を示す。 図２Ａは、各クロック周期で、赤色、緑色及び青色レーザダイオードが走査ミラーの線速度により設定された場所とクロックタイムベースで画素強度を出力するレーザーベース走査プロジェクターの例示的なタイミング図を示す。 図２Ｂは、画素カラーの位置ずれの原因となるレーザー光線の進行方向の移動を示すための、例示的なタイミング図を示す。 図２Ｃは、本発明の一実施形態により生成された、水平レーザー光線を示す例示的信号を示す。 図３は、本発明の一実施形態に係る、赤色、緑色及び青色レーザー光線の位置を監視するために使用され、必要に応じたレーザー光線の再位置調整を可能にする光電子集積回路（OEIC）を示す。 図４Ａは、本発明の一実施形態に係る図３に示すOEICの詳細を示すものであり、OEICは、４つの電気的に絶縁されたPDセグメントと４つのトランスインピーダンス・アンプ（TIA）を有する光検出器（PD）を備えている。 図４Ｂは、２つのTIAのみを使用することで電力と複雑性を低減するOEICの別の実施形態を示す。 図５は、本発明の実施形態に係る方法を要約するために用いる高水準のフローチャートを示す。

レーザー光線（更に一般的には光線）の位置ずれの様々な原因を先に述べた。本明細書に記載する本発明の実施形態は、上述した全ての原因による位置ずれを検出し、補償するために使用することができる。

例示的な光線の位置ずれを、表示される画像に対する実際のタイミング（制御部１０４からLDD１０８に送られるデータのタイミングと対照）を示した図２Ｂのタイミング図を参照し、先に述べた。更に具体的には、図２Ｂは、青色レーザーが１画素（又は１画素近く）右手側（RHS）に移動し、表示画像中のカラーオフセットを招くことを図解しようとするものである。これは、例えば、以下に他の方程式とともに詳細を説明するが、方程式X_Offset = (A+C)-(B+D)を用いて赤色、緑色及び青色の各レーザダイオードの水平レーザー光線の位置を示す例示的信号を示す図２Ｃからも理解できる。

図３を参照すると、本発明の一実施形態によれば、光電子集積回路（OEIC）３３０は赤色、緑色及び青色レーザー光線の位置を監視するために使用され、必要に応じたレーザー光線の再位置調整を可能にする（このようなレーザー光線の再位置調整はレーザー光線の位置ずれの補償とも称することができる）。図４Ａを参照すると、具体的な実施形態によれば、OEIC３３０は、４つの電気的に絶縁された複数のPDセグメント（セグメントＡ、Ｂ、Ｃ及びＤと称し、示されている）を含む光検出器（PD）４０２を備える。なおも図４Ａを参照すると、一般的にPDセグメントがチェス盤状に配置されるように、４つのPDセグメントは２列２行に配置されている。その４つのセグメントから、ここではPD４０２をクアッドPD４０２と称することができる。クアッドPD４０２は、ミラー１１８に関連した位置（例えば、走査線の端部）に配置することができ、且つ／或いは、以下に更に詳しく論じるように、位置調整（及び／又は自動出力制御）が行われている際にレーザー光線がクアッドPD４０２に入射するよう、追加の光学素子及び／又はビームスプリッタを使用することができる。クアッドPD４０２（更に一般的にはOEIC３３０）がどこに位置するかに関わらず、投影される画像に悪影響を及ぼしてはならない。

一実施形態によれば、クアッドPD４０２の各セグメントのサイズは、クアッドPD４０２を用いて位置合わせされるレーザー光線のサイズよりもやや大きい。例えば、クアッドPD４０２の４つのセグメントは、それぞれ約３５０×３５０ミクロメータ（μｍ）とすることができ、レーザー光線の直径は約３００μｍとすることができる。隣接するPDセグメント間の間隔は、例えば、１０μｍとすることができる。各PDセグメントの例示的形状を図４Ａに示しているが、本発明の範囲では別の形状も可能である。例えば、各セグメントは、正方形、長方形又は四半円の形状とすることができるが、それに限定されない。

クアッドPD４０２を走査されるレーザー光線に対して適切な位置に配設することで（例えば、クアッドPD４０２が、プロジェクターの出力の中心近くに投影されるビームを検出するように）、４つのPDセグメントにより発生する電流（電流Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと称する）が様々な形で組み合わせられ、レーザダイオード１１２により発せられるＲ、Ｇ及びＢレーザー光線の垂直及び水平位置を監視することができる。このような電流は、各Ｒ、Ｇ及びＢレーザー光線の出力を監視するためにも使用でき、よって、クアッドPD４０２は自動出力制御（APC）にも使用できる。APCは、レーザダイオード１１２の強度の出力を制御し、例えば、環境の（温度の）変化及び／又はレーザダイオード１１２の老朽化によるレーザダイオード１１２の特性の変化を補償するために使用することができる。

図４Ａを参照すると、一実施形態によれば、レーザー光線の垂直方向のオフセット（Y方向のオフセット（Y_Offset）とも称する）を判断するために、以下の方程式を用いることができる。
Y_Offset = (A+B) - (C+D) ｛方程式１｝

なおも図４Ａを参照すると、一実施形態によれば、レーザー光線の水平方向のオフセット（X方向のオフセット（X_Offset）とも称する）を判断するために、以下の方程式を用いることができる。
X_Offset = (A+C) - (B+D) ｛方程式２｝

また、一実施形態によれば、自動出力制御（APC）及び色補正に使用されるレーザー光線の出力を決定するために、以下の方程式を用いることができる。
Power = A+B+C+D ｛方程式３｝

このような電力測定は、各レーザダイオード１１２により生成されるレーザー光線の出力（又はもっと一般的には各発光素子により生成される光線の出力）を常に所望のレベルに維持できることが確実であるように用いることができる。これにより、赤、青及び緑の色の強度を常に周知の比率とし、適切な色補正をすることができる（色補正は、ホワイトバランスとガンマ補正を含みうるが、これに限定されない）。また、これにより、各レーザー光線の出力を経時的に同じままとし、発光素子の出力電力が温度の変化及び／又は長期間のドリフトによる経時劣化（例えば、老朽化）により変化するにつれ、一貫して稼働させることができる。

これらの方程式においては、AはPDセグメントAにより検出された光の強度を示す電流であり、BはPDセグメントBにより検出された光の強度を示す電流であり、CはPDセグメントCにより検出された光の強度を示す電流であり、DはPDセグメントDにより検出された光の強度を示す電流である。これらような電流は、組み合わせられる前もしくは後に増幅してもよいが、その互いに対する強度は同じままでなくてはならない。

４つの電気的に絶縁されたPDセグメントは、PDセグメントにより検出した光の量を示すそれぞれ対応した電流を生成する。図４Ａにおいて、各PDセグメントにより生成された電流は、増幅と各PD部により生成された電流の対応する電圧への変換を行う、対応するトランスインピーダンス・アンプ（TIA）に供給される。各TIAの出力には、TIAの出力における電圧を電流に変換し戻すレジスタ（R）がある。更に具体的には、TIA１は、PDセグメントAにより生成された電流を電圧に変換し、レジスタR１はTIA１の出力における電圧を電流に変換し戻し、TIA２は、PDセグメントBにより生成された電流を電圧に変換し、レジスタR２はTIA２の出力における電圧を電流に変換し戻し、TIA３は、PDセグメントDにより生成された電流を電圧に変換し、レジスタR３はTIA３の出力における電圧を電流に変換し戻し、TIA４は、PDセグメントCにより生成された電流を電圧に変換し、レジスタR４はTIA４の出力における電圧を電流に変換し戻す。

OEIC３３０は、電流加算段４１０（例えば、電流ミラー及び加算ノードを用いて実行する）、利得段４１２（調節可能）、及び、出力ドライバ４１４も備えている。図４Ａ（及び以下に論じる図４Ｂ）から理解できるように、電流加算段４１０（加算回路とも称する）は、どのように実行するかに応じて、減算も行うことができる。利得段４１２は、出力ドライバ４１４へ電流を供給する前に、加算段４１０からもたらされる電流の振幅を増大させることができる。出力ドライバ４１４の電圧出力（vout）は、シングルエンドでもディファレンシャルでもよいが、制御部１０４に供給することができる（図３参照）。スイッチＳ１からＳ６は、OEIC３３０の出力が選択的に(A+B)-(C+D); (A+C)-(B+D)又は A+B+C+Dを示す電圧となるよう、OEIC制御部４２２により制御することができる。例えば、「０」が開放スイッチを表わすために用いられるとすれば、「１」は閉鎖スイッチを表わすために用いられ、そして以下の機能をOEIC制御部４２２により実行することできる。
(A+B) - (C+D)を得るために: S1=1, S2=1, S3=1, S4=0, S5=0, S6=0;
(A+C) - (B+D)を得るために: S1=0, S2=0, S3=1, S4=1, S5=1, S6=0;及び
(A+B+C+D) を得るために: S1=1, S2=1, S3=0, S4=0, S5=0, S6=1

出力ドライバ４１４により出力される電圧信号は、制御部１０４に直接戻す（図３）か、まずはアナログ・デジタル変換器（ADC）によりアナログからデジタルに変換することができる。このようなADCは、OEIC３３０の一部であってもよく、OEIC３３０の外部にあってもよい。OEIC制御部４２２は、例えば、特定用途向け集積回路、マイクロ・コントローラー、デコーダー又は状態機械であってもよく、これに限定されない。

図４Ｂは、（４つの代わりに）２つのTIAのみを使用することでOEIC３３０の電力と複雑性を低減する別の実施形態を示す。図４Ａと同様に、スイッチＳ１からＳ６は、OEIC３３０の出力が選択的に(A+B) - (C+D); (A+C) - (B+D)又はA+B+C+Dを示す電圧となるよう、OEIC制御部４２２により制御される。ここでも、「０」が開放スイッチを表わすために用いられるとすれば、「１」は閉鎖スイッチを表わすために用いられ、そして以下の機能をOEIC制御部４２２により実行することできる。
(A+B) - (C+D)を得るために: S1=0, S2=1, S3=1, S4=0, S5=0, S6=1;
(A+C) - (B+D)を得るために: S1=1, S2=0, S3=0, S4=1, S5=0, S6=1; 及び
(A+B+C+D)を得るために: S1=0, S2=1, S3=1, S4=0, S5=1, S6=0

図４Ｂは、緩衝器４２０を電流加算段４１０の一部からTIAを隔離するために用いることができる（例えば、電流ミラー用いて実行する）ことも示している。一実施形態においては、制御部１０４（図３）はOEIC制御部４２２の機能を行うことができ、OEIC制御部４２２の必要性を排除している。別の実施形態においては、制御部１０４（図３）はOEIC制御部４２２と通信している。

レーザー光線の位置合わせを行う際には、垂直の位置合わせ及び水平の位置合わせのどちらでも行うことができる。水平の位置合わせには、方程式１（即ち、Y_Offset = (A+B)-(C+D)）を用いることができる。垂直の位置合わせには、方程式２（即ち、X_Offset = (A+C)-(B+D)）を用いることができる。一実施形態によれば、レーザー光線の位置合わせはプロジェクターシステムの初期化中、例えば、プロジェクターシステムの電源をオン／オフするたびに、或いは必要であれば更に頻繁に行うことができる。垂直の位置合わせでは、各レーザー光線は、ビームがクアッドPD４０２の中心と垂直に交差するように、（他のレーザー光線がオフの間に）ミラー１１８を用いて垂直方向に走査される。水平の位置合わせでは、各レーザー光線は、ビームがクアッドPD４０２の中心と水平に交差するように、（他のレーザー光線の電源がオフの間に）ミラー１１８を用いて水平方向に走査される。制御部１０４は、位置及び／又はいつレーザー光線がクアッドPD４０２の中心と交差するかを示すタイミングデータ、垂直の位置合わせでは方程式(A+B)-(C+D)の結果のゼロ交差がある場合と、水平の位置合わせでは方程式(A+C)-(B+D)の結果のゼロ交差がある場合を記録する。OEIC３３０から受信する信号に基づき、制御部１０４は、いつレーザー光線が他のレーザー光線からずれたかを認識することができ、制御部１０４は、いつ特定の色画素データ信号を出力してレーザーのずれを補償するか制御することができる。例えば、図２Ｃの例示的な信号を参照すると、(A+C)-(B+D)の実例となるが、制御部１０４は、青色レーザー光線が、赤色及び緑色レーザー光線に対して水平にずれていることを認識することができ、制御部１０４は、水平走査クロックの１周期前に青色信号を出力して青色レーザー光線の水平位置ずれを補償することができる。同様にして垂直位置ずれを補償することができる。例えば、制御部１０４が、青色レーザー光線が赤色及び緑色レーザー光線に対して垂直にずれていることを認識する場合、制御部１０４は、垂直走査クロックの１周期前又は後に青色信号を出力することができる。

本発明の実施形態は、所望するたびにレーザー光線の位置ずれを検出（及びその補償）するために使用することができる。例えば、システムは、レーザー光線の位置ずれを、例えば、上述のように、プロジェクターシステムの電源を入れるごとのように比較的低頻度でのみ確認するよう設計することができる。別の例として、システムは、レーザー光線の位置ずれを、例えば、これに限定しないが走査線ごとに１回、フレームごとに１回又は周期ごとに１回（例えば、５分に１回）のように、更に頻繁に確認するよう設計することができる。

上記のように、方程式３（即ち、A+B+C+D）は、自動出力制御（APC）に使用し、温度の変化、老朽化などによるレーザダイオードの効率における変化を修正することができる。こういったOEIC３３０の使用で、図３に示す個別の較正光検出器１２０の必要性を無くすことができる。

本明細書に記載のレーザダイオードの色は、赤、緑及び青として説明したが、本発明の範囲内においては、レーザダイオードは、赤色、緑色及び青色以外に、限定はしないがシアン、マゼンタ及び黄色などの色の光を発する。また、例えば、赤色、緑色、青色及び黄色のレーザダイオードにより画素ごとに３つ以上の色が生成される（例えば、４つのレーザダイオードが使用された場合、LDD１０８は４つのDACを含みうる）ことも本発明の範囲内である。

OEIC３３０とそのクアッドPD４０２がレーザー光線の位置ずれを検出し補償するために使用されると説明したが、OEIC３３０とそのクアッドPD４０２は、これに限定はしないが発光ダイオード（LED）を含むその他の種類の発光素子により生成される光線のずれを検出し補償するため使用することもできる。ここでは光線という言葉が使用されていることから、レーザダイオードにより生成されたビーム（即ち、レーザー光線）、LEDにより生成されたビーム、又はその他何らかの発光素子により生成されたビームであってもよい。

図４Ａ及び４Ｂの上記論考において、クアッドPD４０２の各PDセグメントのサイズがクアッドPD４０２を用いて位置合わせされるレーザー光線のサイズよりもやや大きくなくてはならないことに注目した。LEDは、あまり集中しない光線を生成するため、レーザダイオードにより生成される光線より大きい。これにより、クアッドPD４０２がLED（又は、他の発光素子）共に使用されるものであれば、PDセグメントはそれに伴ったサイズでなくてはならない。例えば、LEDがレーザダイオードの代わりに使用される場合、各PDセグメントのサイズを大きくする必要もあり得る。

ここで、図５を使って本発明の実施形態に係る方法を要約する。これらのような方法は、限定はしないが、それぞれ駆動時に光線を生成するレーザダイオードやLEDなどの発光素子に用いるものである。

工程５０２に示すように、複数の発光素子の１つにより生成された光線は、電気的に絶縁された複数のPDセグメントを含み、各PDセグメントが発光素子により生成された光を検出するために使用され、その各PDセグメントがPDセグメントにより検出された光を示す電流を生成する光検出器（PD）を横切って垂直に走査される。図４Ａ及び図４Ｂに示すクアッドPD４０２は、工程５０２を行うために使用することができるPDの一例である。

工程５０４に示すように、複数のPDセグメントにより生成された電流は、第１の方式、即ち、方程式１を用いて組み合わせられ、垂直光線の位置を示す信号を生成する。

工程５０６に示すように、複数の光線のそれぞれに工程５０２及び５０４を繰り返し、各発光素子（例えば、赤色、緑色及び青色レーザダイオードそれぞれ）の垂直光線の位置を示す信号を生成する。

今度は工程５１２を参照してみると、複数の発光素子の１つにより生成された光線は、電気的に絶縁された複数のPDセグメントを含み、その各PDセグメントが発光素子により生成された光を検出するために使用され、各PDセグメントがPDセグメントにより検出された光を示す電流を生成する光検出器（PD）を横切って水平に走査される。工程５１４に示すように、複数のPDセグメントにより生成された電流は、第２の方式、即ち、方程式２を用いて組み合わせられ、水平光線の位置を示す信号を生成する。図２Ｃは、赤色、緑色及び青色レーザダイオードそれぞれの水平光線の位置を示す信号の例を図解している。

工程５２２では、電流は、第３の方式、即ち、方程式３を用いて任意に組み合わせられ、発光素子により生成された光線の電力を示す信号を生成する。

工程５２６に示すように、複数の光線のそれぞれに工程５１２及び５１４（及び、任意で５２２）を繰り返し、各発光素子（例えば、赤色、緑色及び青色レーザダイオードそれぞれ）の水平光線の位置を示す信号を生成し、かつ、任意で各発光素子の電力を示す信号も生成する。上述のように、電力測定はＡＰＣ及び／又は色補正に使用できるが、これに限定されない。

工程５３２において、垂直光線の位置ずれ及び／又は水平光線の位置ずれがあれば、そのような位置ずれを検出することができる。更に具体的には、垂直光線の位置を示す信号は垂直光線の位置ずれを検出するために使用でき、水平光線の位置を示す信号は水平光線の位置ずれを検出するために使用できる（例えば、図２Ｃを参照して上述したように）。

工程５３４において、垂直光線の位置ずれ及び／又は水平光線の位置ずれが検出された場合、色データのタイミングを制御してそのような位置ずれに対する補償が行われる。その例を上述した。

図５の様々な工程は、本発明の範囲内で、図示と異なる順序で行うことができる。例えば、発光素子の１つにより生成された光線は、垂直及び水平いずれにも走査でき、他の発光素子に同じことを行う前に垂直光線の位置を示す信号と水平光線の位置を示す信号の両方を生成する。工程５０２と５０４の間、工程５０４と５０６の間、或いは、工程５１２と５１４の間に、任意の工程５２２を行うこともまた可能である。更に、水平光線の位置は垂直光線の位置より前に測定してもよい（例えば、工程５１２と５１４は工程５０２と５０４より前に行うことができる）。どのように工程の順序を変更するかの、ほんの幾つかの例がある。この説明を読む当業者は、本発明の範囲内でその他の変更が可能であることを理解するであろう。１つ以上の発光素子により生成された１つ以上の光線の出力電力が変わる場合、追加の工程に、工程５２２で生成される光線出力を示す信号に応じて検出する工程が含まれてもよい。更に、光線出力において検出された変化は、発光素子を駆動する１つ以上の信号の振幅及び／又はパルス幅を変更することにより補償することができる。

上述の説明は、本発明の好適な実施形態である。これらの実施形態を例示及び説明の目的で提供したが、本発明を包括する或いは開示した厳格な形式に限定することを意図するものではない。様々な改良及び変形は、当業者には明らかであろう。

当業者が本発明を理解できるように、発明の原理及びその実用的応用を最良に説明するために実施形態を選択し、説明した。多少の改良及び変形は、本発明の範囲内であると考えられる。本発明の範囲は、以下の請求項とそれらに相当するものにより定義されるものとする。

１００・・・プロジェクター表示装置、１０２・・・映像ソース、１０３・・・シリアル・バス、１０４・・・制御部、１０８・・・レーザダイオードドライバ（LDD）、１０９_１、１０９_２、１０９_３・・デジタル・アナログ変換器（DAC）、１１０・・・電圧レギュレータ、１１２・・・レーザダイオード、１１４・・・ビームスプリッタ、１１６・・・光学素子、１１８・・・マイクロミラー、１２０・・・較正光検出器（PD）、１２２・・・シリアル・インターフェース、３３０・・・光電子集積回路（OEIC）、４０２・・・クアッドPD、４１０・・・電流加算段、４１２・・・利得段、４１４・・・出力ドライバ、４２０・・・緩衝器、４２２・・・OEIC制御部、５０２・・・工程、５０４・・・工程、５０６・・・工程、５１２・・・工程、５１４・・・工程、５２２・・・工程、５２６・・・工程、５３２・・・工程、５３４・・・工程

Claims (26)

1. 電気的に絶縁された複数の光検出（ＰＤ）セグメントと、
   前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントにより検出した光を示す電流をどのように演算的に組み合わせるかを制御するよう構成され、スイッチを有する電気回路からなり、
   前記スイッチが第１の構成であるとき、前記電気回路により生成された信号は垂直光線の位置を示し、
   前記スイッチが第２の構成であるとき、前記電気回路により生成された信号は水平光線の位置を示すことを特徴とする光電子回路。
2. 前記スイッチが第３の構成であるとき、前記電気回路により生成された信号は光線出力を示すことを特徴とする請求項１記載の光電子回路。
3. 前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントは、４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントからなり、
   前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントは、前記ＰＤセグメントにより検出した光の量を示すそれぞれ対応した電流を生成することを特徴とする請求項１記載の光電子回路。
4. 前記スイッチが前記第１の構成であるとき、Ａが前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち１番目により生成された電流を示し、Ｂが前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち２番目により生成された電流を示し、Ｃが前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち３番目により生成された電流を示し、Ｄが前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち４番目により生成された電流を示すところの以下の方程式、
   Ｙ＿Ｏｆｆｓｅｔ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）
   に従って、前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントにより生成された電流を演算的に組み合わせ、垂直光線の位置を示す前記信号を生成すること特徴とする請求項３記載の光電子回路。
5. 前記スイッチが前記第２の構成であるとき、以下の方程式、
   Ｘ＿Ｏｆｆｓｅｔ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）
   に従って、前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントにより生成された電流を演算的に組み合わせ、水平光線の位置を示す前記信号を生成すること特徴とする請求項４記載の光電子回路。
6. 前記スイッチが第３の構成であるとき、以下の方程式、
   Ｐｏｗｅｒ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
   に従って、前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントにより生成された電流を演算的に組み合わせ、光線出力を示す信号を生成すること特徴とする請求項５記載の光電子回路。
7. 前記スイッチが前記第２の構成であるとき、Ａが前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち１番目により生成された電流を示し、Ｂが前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち２番目により生成された電流を示し、Ｃが前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち３番目により生成された電流を示し、Ｄが前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち４番目により生成された電流を示すところの以下の方程式、
   Ｘ＿Ｏｆｆｓｅｔ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）
   に従って、前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントにより生成された電流を演算的に組み合わせ、水平光線の位置を示す前記信号を生成すること特徴とする請求項３記載の光電子回路。
8. 前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントにより検出した光を示す電流をどのように演算的に組み合わせるかを制御するよう構成された前記電気回路は、トランスインピーダンス・アンプ（ＴＩＡ）及び加算回路も含むこと特徴とする請求項３記載の光電子回路。
9. 前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントにより検出した光を示す電流をどのように演算的に組み合わせるかを制御するよう構成された前記電気回路の前記ＴＩＡは、２つのＴＩＡのみであること特徴とする請求項８記載の光電子回路。
10. （ａ）電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントを用いて光線を検出し、前記ＰＤセグメントにより検出した光を示す電流を各ＰＤセグメントにより生成し、
    （ｂ）前記複数のＰＤセグメントにより生成された前記電流を第１の方式で組み合わせ、垂直光線の位置を示す信号を生成し、
    （ｃ）前記複数のＰＤセグメントにより生成された前記電流を第２の方式で組み合わせ、水平光線の位置を示す信号を生成することを含むプロジェクター光線位置調整方法。
11. （ｄ）前記複数のＰＤセグメントにより生成された前記電流を第３の方式で組み合わせ、光線出力を示す信号を生成することを更に含む請求項１０に記載のプロジェクター光線位置調整方法。
12. 前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントは、４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントからなり、
    前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントは、前記ＰＤセグメントにより検出した光の量を示すそれぞれ対応した電流を生成し、
    前記方程式Ｙ＿Ｏｆｆｓｅｔ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）は、垂直光線の位置を示す信号を生成するため工程（ｂ）で用いられ、
    前記方程式Ｘ＿Ｏｆｆｓｅｔ＝ （Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）は、水平光線の位置を示す信号を生成するため工程（ｃ）で用いられ、
    Ａは前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち１番目により生成された電流を示し、Ｂは前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち２番目により生成された電流を示し、Ｃは前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち３番目により生成された電流を示し、Ｄは前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち４番目により生成された電流を示すこと特徴とする請求項１０記載のプロジェクター光線位置調整方法。
13. （ｄ）前記複数のＰＤセグメントにより生成された電流を第３の方式で組み合わせ、光線出力を示す信号を生成することを更に含み、前記方程式Ｐｏｗｅｒ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、光線出力を示す信号を生成するため工程（ｄ）で用いられる、請求項１２に記載のプロジェクター光線位置調整方法。
14. 工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、複数の発光素子それぞれについて行われ、
    （ｅ）前記発光素子の１つ以上により生成された１つ以上の光線の出力電力が変化する場合に、工程（ｄ）で生成した前記光線出力を示す信号に基づき検出を行い、
    （ｅ）出力電力における前記検出した変化を、前記発光素子を駆動する１つ以上の信号の振幅及び／又はパルス幅を変更することにより補償することを更に含む請求項１０に記載のプロジェクター光線位置調整方法。
15. 工程（ｂ）は、工程（ａ）で検出した前記光線を垂直に走査する場合に行われ、
    工程（ｃ）は、工程（ａ）で検出した前記光線を水平に走査する場合に行われること特徴とする請求項１０記載のプロジェクター光線位置調整方法。
16. 工程（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、複数の発光素子それぞれについて行われ、
    （ｄ）前記発光素子により生成された前記光線の１つが他の前記発光素子により生成された他の光線に対してずれている場合に、工程（ｂ）で生成された垂直光線の位置を示す信号及び／又は工程（ｃ）で生成された水平光線の位置を示す信号に基づき検出を行い、
    （ｅ）前記検出した位置ずれを、前記発光素子を駆動する前記信号を生成するために用いられる色データのタイミングを制御することにより補償することを更に含む請求項１５に記載のプロジェクター光線位置調整方法。
17. 工程（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、互いに他とは異なる色を有する複数の光線それぞれについて行われ、
    （ｄ）前記光線の１つが他の前記光線に対してずれている場合に、工程（ｂ）で生成された垂直光線の位置を示す信号及び／又は工程（ｃ）で生成された水平光線の位置を示す信号に基づき検出を行い、
    （ｅ）前記検出した位置ずれを、前記光線を生成するために用いられる色データのタイミングを制御することにより補償することを更に含む請求項１５に記載のプロジェクター光線位置調整方法。
18. 第１の色の光を発光する第１の発光素子と、
    第２の色の光を発光する第２の発光素子と、
    第３の色の光を発光する第３の発光素子と、
    映像ソースから受信した映像信号に基づき第１、第２及び第３の画素データを出力するよう構成された制御部と、
    前記制御部から受信した前記第１、第２及び第３の画素データに基づき前記第１、第２及び第３の発光素子を駆動するよう構成された駆動部と、
    前記制御部により制御され、かつ、前記第１、第２及び第３の発光素子により生成された光線に基づき画像を投影するよう構成された１つ以上のマイクロミラーと、
    電気的に絶縁された複数の光検出（ＰＤ）セグメントと、前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントにより検出した光を示す電流をどのように演算的に組み合わせるかを制御するよう構成された電気回路を含む光電子回路とからなり、
    前記制御部は、前記光電子回路により生成された信号に基づき垂直及び／又は水平光線の位置ずれを検出し、検出した垂直及び／又は水平光線の位置ずれを補償するようにも構成されていることを特徴とするプロジェクターシステム。
19. 前記電気的に絶縁されたＰＤセグメントは、前記ＰＤセグメントにより検出した光の量を示すそれぞれ対応した電流を生成し、
    前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントにより検出した光を示す電流をどのように演算的に組み合わせるかを制御するよう構成された前記電気回路は、スイッチと、トランスインピーダンス・アンプ（ＴＩＡ）と加算回路を含み、
    前記スイッチが第１の構成であるとき、前記制御部は、前記光電子回路により生成された信号を垂直光線の位置ずれを検出するために用い、
    前記スイッチが第２の構成であるとき、前記制御部は、前記光電子回路により生成された信号を水平光線の位置ずれを検出するために用いることを特徴とする請求項１８記載のプロジェクターシステム。
20. 前記スイッチが第３の構成であるとき、前記制御部は、前記光電子回路により生成された信号を自動出力制御（ＡＰＣ）及び色補正のうち少なくとも１つを行うために用いる特徴とする請求項１９記載のプロジェクターシステム。
21. 前記制御部は、前記発光素子を駆動するためドライバにより生成された１つ以上の信号の振幅及び／又はパルス幅を変更することにより、出力電力において検出した変化を補償するよう構成されていること特徴とする請求項２０記載のプロジェクターシステム。
22. 前記第１の色は赤であり、
    前記第２の色は緑であり、
    前記第３の色は青であり、
    前記第１の画素データは赤色画素データであり、
    前記第２の画素データは緑色画素データであり、
    前記第３の画素データは青色画素データであること特徴とする請求項１８記載のプロジェクターシステム。
23. 前記制御部は、前記第１、第２及び第３の画素データののうち少なくとも１つのタイミングを調整ことにより、検出した垂直及び／又は水平光線の位置ずれを補償するよう構成されていること特徴とする請求項１８記載のプロジェクターシステム。
24. 前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントは、４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントからなり、
    前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントは、前記ＰＤセグメントにより検出した光の量を示すそれぞれ対応した電流を生成し、
    前記方程式Ｙ＿Ｏｆｆｓｅｔ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）は、前記発光素子それぞれの垂直光線の位置を示す前記信号を生成するため用いられ、
    前記方程式Ｘ＿Ｏｆｆｓｅｔ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）は、前記発光素子それぞれの水平光線の位置を示す前記信号を生成するため用いられ、
    Ａは前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち１番目により生成された電流を示し、Ｂは前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち２番目により生成された電流を示し、Ｃは前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち３番目により生成された電流を示し、Ｄは前記４つの電気的に絶縁されたＰＤセグメントのうち４番目により生成された電流を示すこと特徴とする請求項１８記載のプロジェクターシステム。
25. 前記方程式Ｐｏｗｅｒ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、前記発光素子それぞれの光線出力を示す信号を生成するため用いられる、請求項２２に記載のプロジェクターシステム。
26. 電気的に絶縁された複数の光検出（ＰＤ）セグメントを用いた電気回路であって、
    スイッチと、前記電気的に絶縁された複数のＰＤセグメントにより検出した光を示す信号を選択的に組み合わせるよう構成されたトランスインピーダンス・アンプからなり
    前記スイッチが第１の構成であるとき、第１の方式で前記信号を組み合わせ、垂直光線の位置を示す信号を生成し、
    前記スイッチが第２の構成であるとき、第２の方式で前記信号を組み合わせ、水平光線の位置を示す信号を生成し、
    前記スイッチが第３の構成であるとき、第３の方式で前記信号を組み合わせ、光線出力を示す信号を生成することを特徴とする電気回路。

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