JP2013164503A - 走査型投影表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光源の温度の変動によるレーザ光の光強度の変動を抑えることを可能とする小型の走査型投影表示装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源と、レーザ光源に流す電流を制御する電流制御手段と、レーザ光源からの光を水平走査する走査手段と、レーザ光源からの光のうち、走査手段による走査角の最大走査角に対する比が、所定の割合以上となる光を遮蔽する遮蔽部と、を備え、電流制御手段は、各走査期間でレーザ光源の平均温度が互いに同じとなるように、レーザ光源からの光が遮蔽部で遮蔽されている間（ブランキング期間）にレーザ光源に流す電流を制御する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査型投影表示装置に関し、特に、レーザビームを２次元走査して情報を表示する光走査型の走査型投影表示装置に関するものである。

近年、この走査型投影表示装置は、携帯電話、ノートパソコン等の小型情報機器への接続が可能なフライイングスポットタイプの超小型レーザプロジェクタが期待されている。このようなレーザプロジェクタは、光学系の小型化を図るため、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーが用いられ、半導体レーザ（以下、ＬＤと記す）の出射するレーザ光の投影スポットを２次元に走査することでスクリーンに所定の情報を表示するように構成されている。

そして、レーザプロジェクタのレーザ光の投影スポットは、共振点付近で駆動されるＭＥＭＳミラーによって、走査角が時間に対して正弦波状に変化する。そのため、走査角の小さな領域の走査速度がほぼ一定の近傍でスクリーンにレーザ光の投影スポットを照射し、走査角の大きな領域の走査速度がゼロに近い部分では投影スポットを遮蔽する手段を設け、更に、走査速度がほぼ一定な領域を拡大する補正光学系を用いた走査型投影表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

再公表特許Ｗ０２００５／０８３４９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の走査型投影表示装置は、走査角の大きな領域の走査速度がゼロに近い部分に、レーザ光を遮蔽する手段を設け、このレーザ光を遮蔽する間（ブランキング期間）を短縮するだけであって、その期間を有効に活用することがなんら提示されていない。

そして、従来技術の走査型投影表示装置においては、レーザ光源の温度の変動によるレーザ光の光強度が変動してしまう問題があった。以下、参考例の図８〜図１０で説明する。

図８（ａ）はＬＤの駆動電流Ｉｆと光強度Ｑの関係（実線）、および、駆動電流Ｉｆと順方向電圧Ｖｆの関係（点線）を示した参考例である。レーザ光の光強度Ｑは、駆動電流Ｉｆがレーザしきい値Ｉｔｈ以上の領域で、駆動電流にほぼ比例して増加する。一方、順方向電圧Ｖｆは点線のように変化する。

故に、図８（ｂ）に示すように、駆動電流に対してＬＤで消費される全電力が点線のように変化し、駆動電流に対して光として出力される成分を除いた電力、すなわち、熱に変換される電力が実線のように変化する。結局、ＬＤの発熱は、駆動電流に対しほぼ比例の関係にある。

図９（ａ）の光強度の波長依存性を示す参考例のように、ＬＤが温度上昇すると発振波長が長波長側にシフトすると共に、ピーク強度は低下することが示されている。そして、ＬＤが他の素子に比べて温度θによる波長、光強度の変化が大きく、ＬＤの温度を一定に
保つ必要があった。

光の三原色の緑色を発光するレーザ光源は、赤外光を出射するＬＤと波長変換素子（以下、ＳＨＧ素子と記す）とＦＢＧ素子（以下、ＦＢＧ反射素子と記す）から構成され、それぞれの素子の特性は図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の参考例に示す。

図９に示すように、ＬＤが温度に関する特性の変化が最も大きく、ＳＨＧ素子がそれに続く特性を示している。更に、ＬＤの出射光の波長がＳＨＧ素子の入射光の波長と一致すれば変換波長の強い光が得られるが、波長が一致しないと変換波長の光が弱くなる。従って、緑色光のレーザ光源において、ＬＤやＳＨＧ素子の温度変動を出来るだけ少なくする課題があった。

次に、図１０はＳＨＧ素子による変換効率の温度依存性を示した参考例である。横軸に素子の温度、縦軸に変換効率（＝緑出力パワー／赤外入力パワー）を示し、温度４０℃で１０６４ｎｍ（赤外光）が５３２ｎｍ（緑）に変換され、温度が設計温度の４０℃から２℃ずれると緑出力が半分に低下する。従って、ＳＨＧ素子の温度を４０℃に一定に保持することが重要であった。

そこで、本発明は上記課題を解決し、レーザ光源の温度の変動によるレーザ光の光強度の変動を抑えることを可能とする小型の走査型投影表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る走査型投影表示装置は、以下の構成を備えるものである。

本発明に係る走査型投影表示装置は、レーザ光源と、レーザ光源に流す電流を制御する電流制御手段と、レーザ光源からの光を水平走査する走査手段と、レーザ光源からの光のうち、走査手段による走査角の最大走査角に対する比が、所定の割合以上となる光を遮蔽する遮蔽部と、を備え、電流制御手段は、各走査期間でレーザ光源の平均温度が互いに同じとなるように、レーザ光源からの光が遮蔽部で遮蔽されている間にレーザ光源に流す電流を制御することを特徴とする。

また、本発明に係る走査型投影表示装置は、上述した構成に加えて、電流制御手段は、水平走査を繰り返して１つの画面を形成する期間で、レーザ光源の平均温度が互いに同じとなるように、レーザ光源からの光が前記遮蔽部で遮蔽されている間にレーザ光源に流す電流を制御することを特徴とする。

また、本発明に係る走査型投影表示装置は、上述した構成に加えて、レーザ光源は、半導体レーザと、半導体レーザのレーザ光を波長変換して出射する波長変換素子（ＳＨＧ素子）とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る走査型投影表示装置は、上述した構成に加えて、半導体レーザは、ＤＦＢレーザであることを特徴とする。

また、本発明に係る走査型投影表示装置は、上述した構成に加えて、レーザ光源は、半導体レーザと、半導体レーザのレーザ光を波長変換して出射する波長変換素子（ＳＨＧ素子）と、半導体レーザからのレーザ光を半導体レーザにフィードバックするためのグレーティング素子と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る走査型投影表示装置は、上述した構成に加えて、半導体レーザは、ＳＬＤレーザであることを特徴とする。

本発明の走査型投影表示装置は、レーザ光源からの光が遮蔽部で遮蔽されている間（ブランキング期間）にレーザ光源に供給する電流を制御することにより、レーザ光源の温度の変動を抑え、レーザ光の光強度の変動を抑えることが可能となる。

本発明の走査型投影表示装置の構成を示す模式的な図である。 本発明の走査型投影表示装置の２次元ＭＥＭＳミラーにより投影されるレーザ光の軌跡を説明するための平面図である。 本発明の実施例１の走査型投影表示装置の２次元ＭＥＭＳミラーのＸＹ方向の走査角と輝度信号とＬＤの駆動電流の時間的変化の１画面分のタイミングチャートである。 本発明の実施例２の走査型投影表示装置のＸＹ方向の走査角と輝度信号とＬＤの駆動電流の時間的変化の３画面分のタイミングチャートである。 本発明の実施例３のＲＧＢレーザ光源の構成を示す模式的な平面図である。 本発明の実施例３の緑色レーザ光源の高密度実装された構成を説明するための断面図である。 本発明の実施例３の緑色レーザ光源の構成を説明するための光学的なブロック図である。 ＬＤの駆動電流に対する光出力、順方向電圧、電力を説明するための図で参考例である。 ＬＤ、波長変換素子（ＳＨＧ素子）、ＦＢＧ素子（ＦＢＧ反射素子）の波長依存性の温度変化による特性を示す図で参考例である。 本発明の走査型投影表示装置のＳＨＧレーザ光源のＳＨＧ素子の変換効率の温度依存性を示す図で参考例である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
なお、以下に説明する実施例において、いわゆる、ＲＧＢ３色のレーザ光源から出射されたレーザ光を１本のビームに合波し、収束させたのち、ＭＥＭＳミラーを揺動させて２次元に走査することでスクリーンに所定の情報を表示する走査型投影表示装置で説明する。

図１は、本発明の走査型投影表示装置の構成を説明するための模式的な図面であり、図２は、この走査型投影表示装置の動作を説明するための模式的な図である。

［走査型投影表示装置の全体構成：図１］
まず、図１を用いて本発明の走査型投影表示装置の全体構成を説明する。
図１に示すように、走査型投影表示装置１は、ビデオ信号１３に基づいてＲＧＢレーザ光源２０を駆動する電流制御手段１０と、ＤＦＢレーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄ）からなるＲＧＢレーザ光源２０から出射したレーザ光が光ファイバ２１から拡散光２３として出射し、この拡散光２３をコリメータレンズ２２によって細いレーザ光２４に整形し、このレーザ光２４を２次元のＸＹ方向に走査する走査手段５０と、電流制御手段１０と同期して走査手段５０を駆動する走査ドライバ１１と、走査手段５０に走査されるレーザ光２４の走査領域の周囲を遮光する遮蔽部６０から構成され、遮蔽部６０の開口部６１を透過するレーザ光２４の投影スポット２５がスク
リーン７０として機能する壁等の表示領域７１上に画像を表示する装置である。

制御回路１２は、外部から入力したビデオ信号１３による輝度信号に基づき、電流制御手段１０にＲＧＢレーザ光源２０の光の光強度を制御する信号と、走査ドライバ１１にＭＥＭＳミラーからなる走査手段５０（以後、走査手段をＭＥＭＳミラーと記す）を駆動する信号の同期を取ってそれぞれに信号を出力する。

電流制御手段１０は、制御回路１２からの光の光強度を制御する信号を電流値に変換して、ＲＧＢレーザ光源２０の赤色、青色、緑色のＬＤのそれぞれに供給する駆動電流を制御して、ＲＧＢレーザ光源２０から出射するレーザ光の光強度変調を行う。

ＭＥＭＳミラー５０は、走査ドライバ１１により水平方向（以後、Ｘ方向と記す）および垂直方向（以後、Ｙ方向と記す）に揺動可能であって、Ｘ方向にはおよそ２０ＫＨｚで共振駆動され、Ｘ方向の走査角は時間に対して正弦波状に変化し、Ｙ方向には鋸波状の強制駆動により６０Ｈｚで駆動され、その走査角は鋸波状に変位する。

従って、レーザ光２４は、Ｘ方向には、表示する画像の１ライン分の走査を高速で繰り返すと共に、Ｙ方向には、表示する画像の１画面の走査が低速で行われる。このＭＥＭＳミラー５０の駆動方式は静電方式、電磁方式、ピエゾ方式等があり、さらに水平走査と垂直走査で異種方式を組み合わせたものであってもかまわない。

すなわち、レーザ光２４は、ＭＥＭＳミラー５０のＸ方向とＹ方向の走査角変位によって、最上部の最初のＸ方向の１ライン走査から、最下部の最後のＸ方向の１ライン走査まで正弦波で描きながらＹ方向に移動し、そして、最上部の最初のＸ方向の１ライン走査に戻る動作を繰り返し、画面単位で画像を形成するように構成されている。

［走査型投影表示装置の動作説明：図２］
図２は、図１の走査型投影表示装置１の２次元ＭＥＭＳミラーにより遮蔽部の面に投影される投影スポットの軌跡Ｌを説明するための模式的な平面図である。

図２に示すように、ＭＥＭＳミラー５０のＸＹ方向の揺動によって、レーザ光の投影スポット２５は、矢印Ｚ方向に走査して、点線及び実線で示した軌跡Ｌを形成し、遮蔽部６０の周辺部６２を走査しているとき（点線で示す軌跡）は遮光され、遮蔽部６０の開口部６１を走査しているとき（実線で示す軌跡）は、スクリーン７０の表示領域７１（図１参照）に到達し画像を表示する。

すなわち、走査による投影スポット２５の軌跡Ｌは、点Ｐ１を始点として点線で示す正弦波の矢印に沿って移動し、遮蔽部６０の開口部６１の点Ｐ２から開口部６１の中の軌跡は、例えば、軌跡Ｌａ１、Ｌａ２は、実線の示すような軌跡を形成し、周辺部６２の中の軌跡は、例えば、軌跡Ｌｂ１、Ｌｂ２は、点線で示すような正弦波の軌跡を形成して、それぞれが周期的に繰り返し、点Ｐ３でスクリーン７０への描画を終了し、遮蔽部６０の周辺部６２で遮蔽されて点線で示す軌跡を描き最下端の点Ｐ４に到る。

そして、上方への戻りの正弦波の軌跡に沿って、開口部６１を細かい点線で示す軌跡Ｌｃ１、Ｌｃ２で通過して、上方の始点Ｐ１に戻る。その結果、１画面の描画が終了する。そして、これを繰り返し、連続した画像が表示可能となっている。図２においては、走査本数を少なくして説明しているが、実際のＸ方向の走査本数は、８００本程度ある。

ＭＥＭＳミラー５０の走査角度は、レーザ光の軌跡ＬのＸ方向の最大走査振幅Ａ１にＭＥＭＳミラー５０のＸ方向最大走査角α１が相当し、Ｙ方向の最大走査振幅Ｂ１とＹ方向
最大走査角β１（図示せず）が相当する。

また、遮蔽部６０の開口部６１は、Ｘ方向表示幅Ａ２とＹ方向表示幅Ｂ２により形成され、この領域がスクリーン７０（図１参照）の表示領域７１に画像を表示形成する。そして、開口部６１のＸ方向表示幅Ａ２とＭＥＭＳミラー５０のＸ方向表示走査角α２が一致し、Ｙ方向表示幅Ｂ２とＹ方向表示走査角β２（図示せず）が一致する。

すなわち、Ｘ方向のレーザ光は正弦波状に走査角が変化するから、Ｘ方向の最大走査角α１近傍の走査速度がゼロに近い領域の光、例えば、点線で示した軌跡Ｌｂ１、Ｌｂ２の光は、遮蔽部６０の周辺部６２によって遮蔽されてスクリーン７０に投影スポット２５が達せず、Ｘ方向表示走査角α２の走査速度の変化が少ない領域の光、例えば、実線で示した軌跡Ｌａ１、Ｌａ２の光は、スクリーン７０の表示領域７１に画像を表示するように構成されている。

Ｘ方向最大走査角α１に対するＸ方向表示走査角α２の比は所定の割合で設定可能であって、例えば表示走査角の最大走査角に対する比を０．７５以上として遮蔽することが望ましい。

本発明の特徴とするところは、この遮蔽部６０の周辺部６２の両端で遮光されている間の時間、すなわち、上述した軌跡Ｌｂ１、Ｌｂ２の点線で示した部分を走査している時間（最大走査角α１近傍の時間）、及び、点Ｐ１から点Ｐ２、点Ｐ３から点Ｐ４の走査時間のそれぞれのブランキング期間をより有効に活用することである。以下、実施例で詳細に説明する。

［実施例１］
図３は、図２の軌跡Ｌを描画するＭＥＭＳミラーのＸＹ方向の走査角と、ビデオ信号による輝度信号と、輝度信号に基づくＬＤの駆動電流の時間的変化を示す１画面分のタイミングチャートである。ここで、駆動電流は、説明を分かり易くするため、３色のＲＧＢレーザ光源２０の内の１色（単色）を例として示す。

図３（ａ）は、１画面分の描画において、スクリーン７０（図１参照）の表示領域７１の上部が暗く、下部に行くに従って明るくなる画面を例として、輝度信号の時間的変化を示すグラフで、縦軸はＬＤのレーザ光のよる輝度Ｑを表し、横軸は時間ｔである。以下の全てのグラフの横軸は時間軸である。図３（ｂ）は、輝度信号に基づきＬＤの駆動電流の制御の時間的変化を示し、縦軸が駆動電流Ｉのグラフである。ＬＤは駆動電流がしきい値以上で発光するので、図３（ｂ）の縦軸の原点はレーザ駆動電流のしきい値Ｉｔｈに設定してある。図３（ｃ）は、レーザ光をＸ方向に走査するためのＭＥＭＳミラーのＸ方向の走査角の時間的変化を示し、縦軸が走査角αのグラフである。図３（ｄ）は、レーザ光をＹ方向に走査するためのＭＥＭＳミラーのＹ方向の走査角の時間的変化を示し、縦軸が走査角βのグラフである。

［実施例１のＬＤの輝度と駆動電流と、ＭＥＭＳミラーの走査角の動作説明：図２、図３］
以下、図２の投影スポット２５の軌跡Ｌの各点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と対比しながら図３において、ＭＥＭＳミラーの走査角、ＬＤの駆動電流、輝度を時間軸に沿って説明する。はじめに、図２と図３（ｄ）において、点Ｐと時間軸の関係について説明する。

図３（ｄ）に示すように、時間軸において、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５＝ｔ１は、１画面を表示する時間の１画面描画期間Ｆであり、遮蔽部６０上の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３，Ｐ４、Ｐ５＝Ｐ１のＹ方向変位が鋸波状に周期的に繰り返すように構成され、１周期
で１画面が形成される。

そして、時間ｔ１〜ｔ２における点Ｐ１〜Ｐ２は、遮蔽部６０の周辺部６２の上部でレーザ光が遮蔽される上部ブランキング期間ＴＢ１である。時間ｔ２〜ｔ３における点Ｐ２〜Ｐ３は、遮蔽部６０の開口部６１を投影スポット２５が透過してスクリーン７０の表示領域に表示可能な１画面表示期間ＴＳｏであり、時間ｔ３〜ｔ４における点Ｐ３〜Ｐ４は、遮蔽部６０の周辺部６２の下部でレーザ光を遮蔽する下部ブランキング期間ＴＢ２であり、時間ｔ４〜ｔ５（ｔ１）における点Ｐ４〜Ｐ５（Ｐ１）は、下方に走査した投影スポット２５を再び上方に戻すための戻りブランキング期間ＴＢ３である。

この戻りブランキング期間ＴＢ３は、投影スポット２５が開口部６１を透過する期間（図２の細かい点線Ｌｃ１、Ｌｃ２参照）を含み、その期間はＬＤの発光を抑える制御を行う。
そして、Ｙ方向の走査角に関して、Ｙ方向最大走査角β１は、図２で説明した点Ｐ１から点Ｐ４のＹ方向の最大走査振幅Ｂ１に相当し、Ｙ方向表示走査角β２が点Ｐ２から点Ｐ３のＹ方向表示幅Ｂ２に相当する。

図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向の走査角αは、正弦波状に周期的に繰り返し変化し、例えば、時間ｔ１〜ｔ２の間隔が一周期の正弦波で構成されている。そして、その周期の半分の間隔が１走査期間Ｔｓ１に相当する。そして、その１走査期間Ｔｓ１は、１走査表示期間Ｔａ１と１走査ブランキング期間Ｔｂ１から構成され、次の１走査期間Ｔｓ２は、１走査表示期間Ｔａ２と１走査ブランキング期間Ｔｂ２から構成される。従って、１走査期間Ｔｓ１と次の１走査期間Ｔｓ２で正弦波の１周期が構成され、Ｘ方向の走査は、この繰り返しにより形成される。

この１走査表示期間Ｔａ１、Ｔａ２と１走査ブランキング期間Ｔｂ１、Ｔｂ２は、図２の軌跡Ｌの一部分である軌跡Ｌａ１（実線）、Ｌｂ１（点線）、Ｌａ２（実線）、Ｌｂ２（点線）を投影スポット２５が通る期間に相当して、それを繰り返すことで１画面が形成される。

図３（ａ）に示す輝度Ｑの線形の波形は、スクリーン７０（図１参照）に表示される１画面において、その画面の上方が暗く、下方に行くに従って明るくなるように表示する輝度信号の例である。以下、この輝度信号に基づきＬＤの駆動電流の制御を説明する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した輝度信号波形に基づいて、ＬＤの出力の光強度に比例する輝度を制御する駆動電流と、ＬＤの発熱を制御する駆動電流を、説明するための図である。ＬＤは、図３（ａ）の輝度Ｑ１、Ｑ２、〜、Ｑ９、Ｑ１０を発光するため、図３（ｂ）に示す、駆動電流Ｉａ１、Ｉａ２、〜、Ｉａ９、Ｉａ１０で駆動される。輝度のＱ１とＱ１０の差と同様に駆動電流Ｉａ１とＩａ１０の差が大きく、図８の参考例で説明したように、ＬＤの駆動電流と発熱は比例関係にあるから、ＬＤの発熱に大きな差が生ずる。

そのため、駆動電流に大きな差がありながらＬＤの発熱を一定にして安定化するため、輝度がＱ１、Ｑ２と低く、１走査表示期間Ｔａ１、Ｔａ２での駆動電流Ｉａ１、Ｉａ２が少ないときは、１走査ブランキング期間Ｔｂ１、Ｔｂ２でそれぞれの１走査期間Ｔｓ１、Ｔｓ２の平均電流が一定値Ｉｏになるように駆動電流Ｉｂ１、Ｉｂ２を高くする。

一方、輝度がＱ９、Ｑ１０と高く、１走査表示期間での駆動電流Ｉａ９、Ｉａ１０が高いときは、１走査ブランキング期間で１走査期間の平均電流が一定値Ｉｏとなるように駆動電流Ｉｂ９、Ｉｂ２を低くする。

すなわち、１走査表示期間の駆動電流が低い場合は、１走査ブランキング期間の駆動電流を高く、１走査表示期間の駆動電流が高い場合は、１走査ブランキング期間の駆動電流を低くして、１走査期間内における平均電流を一定に維持して、ＬＤの発熱による温度を所定の一定値に制御することを可能にするものである。

この１画面表示期間ＴＳｏ終了後、下部ブランキング期間ＴＢ２と戻りブランキング期間ＴＢ３と上部ブランキング期間ＴＢ１を経て、次の１画面の表示を周期的に繰り返し継続して画像表示を行うこととなる。

この下部、戻り、上部ブランキング期間にあっても、Ｘ方向の１走査ごとにＬＤの駆動電流が平均電流Ｉｏとなるように制御されることが望ましい。そして、戻りブランキング期間ＴＢ３において、図２に示すように、投影スポット２５が点Ｐ４からＰ１（Ｐ５）に戻るため遮蔽部６０の開口部６１を通過して軌跡Ｌの一部である軌跡Ｌｃ１、Ｌｃ２（細かい点線）を通過する。この軌跡Ｌｃ１、Ｌｃ２の１走査表示期間Ｔｃ１、Ｔｃ２にあっては、ＬＤの発光を抑制するから電流値はスレッシュホールド電流値以下であり、１走査表示期間Ｔｃ１、Ｔｃ２のそれぞれの後のブランキング期間に平均駆動電流がＩｏとなるようにＬＤに駆動電流Ｉｃ１、Ｉｃ２が供給される。

以上のように、１走査期間の中でＬＤの駆動電流を平均電流値Ｉｏになるように電流制御することで、ＬＤの発熱を一定にして、安定したレーザ光の出射が可能となり、レーザ光の光強度の変動を抑えることが可能となる。

［実施例２］
実施例２は、実施例１と同様に、ＬＤの駆動電流の制御に関するものである。実施例１で説明したように１走査ごとに駆動電流が平均電流になるように制御を行ったとしても、輝度の極めて高い信号が続いた場合、或いは、輝度が極めて低い極端な状態が続くと、１走査ごとの平均電流の制御で、ＬＤの発熱を一定温度に保持することが難しい場合もある。

このような場合に、１走査ごとのＬＤの駆動電流の制御に加えて１画面の単位で駆動電流を一定に保持することを可能とするものである。すなわち、上部ブランキング期間と戻り走査ブランキング期間と下部ブランキング期間を合わせた１画面ブランキング期間で１画面ごとのＬＤの駆動電流を平均値Ｉｏにするように制御することで、ＬＤの温度を一定に保つことを可能とするものである。

［実施例２のＬＤの輝度と駆動電流とＭＥＭＳミラーの走査角の動作説明：図４］
図４は、図３と同様に、輝度信号、ＬＤ駆動電流、水平走査角、垂直走査角の時間的変化を説明するためのタイミングチャートであり、図３は、１つの画面に関する説明であったが、図４においては、３つの画面に関して、輝度の異なる画面の場合で説明する。

図４（ａ）は、輝度信号の最大輝度の異なる３つの画面の画像表示を示す。図４（ｂ）は、輝度信号に基づく駆動電流の時間的変化を示す。図４（ｃ）、（ｄ）は、図３（ｃ）、（ｄ）と同様に、ＭＥＭＳミラーのＸ方向の走査角の時間的変化と、ＭＥＭＳミラーのＹ方向の走査角の時間的変化を示す。
図４において図３と同一の構成要件には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図４（ｄ）に示すように、時間軸において、図３と全く同様に、時間ｔ１〜ｔ５（ｔ１）は、１画面描画期間Ｆであり、１画面描画期間Ｆは、点Ｐ１から順に点Ｐ４そして点Ｐ１まで、上部ブランキング期間ＴＢ１と１画面表示期間ＴＳｏと下部ブランキング期間Ｔ
Ｂ２と戻りブランキング期間ＴＢ３からなり、これを繰り返している。従って、１画面描画期間Ｆは、点Ｐ２から始まると見なすと、１画面表示期間ＴＳｏと１画面ブランキング期間ＴＢｏ（＝ＴＢ２＋ＴＢ３＋ＴＢ１）からなる。すなわち、表示期間とブランキング期間が交互であり、ブランキング期間の有効利用が容易に可能となることを示している。

なお、図４（ｃ）、（ｄ）のＸ方向の走査角α、及び、Ｙ方向の走査角βに関しては、図３（ｃ）、（ｄ）と全く同様であるので説明は省略する。

図４（ａ）に示すように、一番目の画面の輝度信号Ｆａと二番目の画面の輝度信号Ｆｂと三番目の画面の輝度信号Ｆｃの最大輝度が、Ｑａ＞Ｑｂ＞Ｑｃの場合であり、Ｆａの輝度が極端に高く、Ｆｂが中程度であり、Ｆｃが極端に暗い３つの画面が継続する場合で説明する。

図４（ｂ）の輝度信号Ｆａの高い輝度Ｑａに対応するＬＤの駆動電流は、１画面表示期間ＴＳｏにおける平均の駆動電流値Ｉａが平均電流Ｉｏより高くなってしまうから、１画面ブランキング期間ＴＢｏ（上部ブランキング期間、下部ブランキング期間、戻り走査ブランキング期間の合計）で補完するように、この期間で供給する電流値を平均電流値Ｉｏより低い駆動電流ＩＦａで駆動し、その平均電流Ｉｆａによって、１画面表示期間ＴＳｏで上昇したＬＤの温度を低下させる制御を行っている。

同様に、輝度信号Ｆｂの中程度の輝度Ｑｂに対応するＬＤの駆動電流は、１画面表示期間ＴＳｏにおける平均の駆動電流値が平均電流Ｉｏと同じであるから、駆動電流ＩＦｂで駆動し、その平均電流Ｉｏによって、ＬＤの発熱を一定に保持する制御を行っている。

更に、輝度信号Ｆｃの低い輝度Ｑｃに対応するＬＤの駆動電流は、平均の駆動電流値Ｉｃが平均電流Ｉｏより低いから、１画面ブランキング期間ＴＢｏで補完するように、この期間で供給する電流値を平均電流値Ｉｏより高い駆動電流ＩＦｃで駆動し、その平均電流Ｉｆｃによって、１画面表示期間ＴＳｏで下がったＬＤの温度を上昇させる制御を行っている。

従って、１走査期間のＬＤ駆動電流が必ずしも平均電流に設定出来なかったとしても１画面描画期間Ｆで補正することが可能となるから、ＬＤの発熱を一定にして、安定したレーザ光の出射が可能となり、レーザ光の光強度の変動を抑えることが可能となる。

［実施例３］
図５〜図７は実施例３のレーザ光源の構成を説明するための図面であり、図５は、走査型投影表示装置のＲＧＢレーザ光源の構成を説明するための模式的な図であり、図６は、ＲＧＢレーザ光源のうち、緑色レーザ光源の高密度に集積化された構成を説明するための断面図であり、図７は、緑色レーザ光源の構成を説明するための光学的なブロック図である。

［実施例３のレーザ光源の構成の説明：図５〜図７］
次に、本発明の走査型投影表示装置に用いられるレーザ光源に関して説明する。
図５はレーザ光源の赤色、緑色、青色のＲＧＢレーザ光源３１、３２、３３の構成を示す図である。ＲＧＢレーザ光源は、それぞれファイバ出力型のレーザ光源であって、ファイバ型光コンバイナ３５で３色を合波して一本の光ファイバ２１から拡散光２３を出力する。赤色および青色レーザ光源３１、３３には直接発光型のＬＤを使用し、緑色レーザ光源３２には励起用半導体レーザとＳＨＧ素子を用いたＳＨＧレーザを使用しているが、３色ともＳＨＧレーザを用いてもよい。

図６は、ＳＨＧ素子を用いた緑色を発光するレーザ光源３２であって、特に高集積度に実装された構成の緑色レーザ光源を示す断面図である。
緑色レーザ光源３２は、Ｓｉプラットホーム４０上に励起用の近赤外ＬＤ４１と導波路タイプのＳＨＧ素子４３と光ファイバ４５を搭載し、Ｓｉプラットホームの下面に熱伝導性の良い金属材料からなるベース部４８を介して恒温ブロック４９、例えば、ペルチェ素子が固着されている。近赤外ＬＤ４１は幅広い発光スペクトルを有するＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｓｅｎｃｅ Ｄｉｏｄｅ）タイプのＬＤであり、グレーティング素子と組み合わせて外部共振回路を形成し、特定の波長でレーザ発振させて用いる。なお、Ｓｉプラットホーム４０はＳｉ基板に配線パターン、ランド、ロジックＬＳＩ、温度センサ等を形成し、更に、光配線、回路となる導波路も形成しているものである。

緑色レーザ光源３２は、Ｓｉプラットホーム４０の上面にＬＤ４１とＳＨＧ素子４３がその各々の導波路４２、４４が光結合するように位置決め接合されている。そして、光ファイバ４５もそのコア４６とＳＨＧ素子４３の導波路４４と光結合するように位置決め接合されている。

ＬＤ４１とＳＨＧ素子４３は極めて近接して配置固着され、ＬＤ４１の導波路４２から出射する近赤外光は、ＳＨＧ素子４３の導波路４４に直接光結合により入射し、導波路４４内で緑色光に変換されてＳＨＧ素子４３より出力される。出力された緑色光はさらに光ファイバ４５のコア４６に導かれる。一方、変換されずに透過した近赤外光が光ファイバ４５に組み込んだＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）型の反射素子４７により反射して、ＬＤ４１とＦＢＧ反射素子４７で外部共振器を形成し、ここで選択的に反射された共振波長でＳＨＧ素子４３に入射して変換効率を高めて緑色変換光８２が出射する。

緑色レーザ光源３２の温度管理は、恒温ブロック４９のペルチェ素子により制御されているが、高集積度で実装されているＬＤ４１、ＳＨＧ素子４３、反射素子４７は、ＬＤ４１の短時間の急激な温度変化の影響をまともに受けることになる。

すなわち、図８、図９の参考例で説明したように、ＬＤの駆動電流による発熱によってＬＤの出射光の波長及び光強度、ＳＨＧ素子の波長と波長変換効率、ＦＢＧの波長と反射率が多大な影響を受けるから、本発明の実施例１、２で説明した駆動電流の制御を行うことによって、ＬＤの発熱を一定に保持し、高密度実装されたＳＨＧ素子、反射素子であっても、波長変換に悪影響することなく、緑色レーザ光源の安定した発光が可能となる。

図７は、光学系のブロック図であり、図７（ａ）は図６で示した緑色レーザ光源３２を光学系のブロック図で示したものである。図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。

図７（ａ）において、図６と同様に、ＬＤ４１が発生する励起光８１はＳＨＧ素子４３に入射され、同素子で５３２ｎｍに波長変換された緑色変換光８２、及び、変換されずに透過した励起光８１がさらにＦＢＧ反射素子４７に入射される。

ＦＢＧ反射素子４７は光ファイバのコア部分に特定の波長（例えば１０６４ｎｍ）のみを反射するグレーティングを形成した光ファバであり、波長１０６４ｎｍの励起光の一部を反射してフィードバック経路８３を介してＬＤ４１に戻すことで光共振回路を構成し、レーザの発振波長を１０６４ｎｍに定めている。

これらの３つの構成要素のＬＤ４１、ＳＨＧ素子４３、ＦＢＧ反射素子４７のうち、図９に示すように、ＬＤ４１が温度変化に対して最も波長、光強度が変化するから、ＬＤ４１の駆動電流を制御して電流の平均値を一定にして、発熱を安定させることで、光強度の安定化を図ることが可能となる。

図７（ｂ）は緑色レーザ光源３２の別の構成を示した一例であり、図７（ａ）とはＳＨＧ素子４３とＦＢＧ反射素子４７が入れ替わった構成であり、外部共振回路を構成するフィードバック経路８４が異なる以外、基本的な動作は図７（ａ）の場合と同じである。しかし、ＳＨＧ素子４３は、ＬＤ４１から遠ざかる分、ＬＤ４１の温度変化に対し影響を受けることが少なくなる利点を有する。

上述した集積度が極めて高い高密度実装された緑色レーザ光源にあっては、ＬＤの発熱による急激な温度変化は、ＬＤのみならずＳＨＧ素子にも大きな影響を及ぼすから、常にＬＤの発熱を制御するように、輝度信号に応じてブランキング期間の間に、駆動電流の平均値が一定になるように制御することによって、ＬＤの発熱量を制御し、レーザ光源の温度を安定化してレーザ光の光強度の変動を抑制することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、励起用レーザ光源としてＳＬＤレーザを使用したもので説明したが、励起用レーザ光源はＤＦＢレーザであってもよく、その場合、光共振回路はＤＦＢレーザに内蔵されているので、外部共振回路を形成するためのグレーティング素子は不要となる。
さらにはＬＤの温度に依存してその発光強度が変化する場合においては本発明を適用することが可能である。

なお、本発明は、上述した走査型投影表示装置の実施例に限定されることはなく、それらの全てを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々に変更や省略をすることが出来ることは言うまでもない。

１ 走査型投影表示装置
１０ 電流制御装置
１１ 走査ドライバ
１２ 制御回路
１３ ビデオ信号
２０ ＲＧＢレーザ光源
２１ 光ファイバ
２２ コリメータレンズ
２３ 拡散光
２４ レーザ光
２５ 投影スポット
３１ 赤色レーザ光源
３２ 緑色レーザ光源
３３ 青色レーザ光源
３４ 光ファイバ
３５ ファイバ型光コンバイナ
４０ Ｓｉプラットホーム
４１ ＬＤ（半導体レーザ）
４２、４４ 導波路
４５ 光ファイバ
４６ コア
４７ ＦＢＧ反射素子
４８ ベース部
４９ 恒温ブロック
５０ 走査手段、ＭＥＭＳミラー
６０ 遮蔽部
６１ 開口部
６２ 周辺部
７０ スクリーン
７１ 表示領域
８１ 励起光
８２ 緑色変換光
８３、８４ フィードバック経路
Ａ１ Ｘ方向の最大走査振幅
Ａ２ Ｘ方向表示幅
Ｂ１ Ｙ方向の最大走査振幅
Ｂ２ Ｙ方向表示幅
Ｌ 軌跡
Ｆ １画面描画期間
Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ 輝度信号
Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ 最大輝度
ＴＢ１ 上部ブランキング期間
ＴＢ２ 下部ブランキング期間
ＴＢ３ 戻りブランキング期間
ＴＢｏ １画面ブランキング期間
ＴＳｏ １画面表示期間
Ｔａ１、Ｔａ２ １走査表示期間
Ｔｂ１、Ｔｂ２ １走査ブランキング期間
Ｔｃ１、Ｔｃ２ １走査表示期間
Ｔｓ１、Ｔｓ２ １走査期間
Ｉａ１〜Ｉａ１０ 駆動電流（１走査表示期間）
Ｉｂ１〜Ｉｂ１０ 駆動電流（１走査ブランキング期間）
Ｉｃ１、Ｉｃ２ 駆動電流（１走査表示期間）
ＩＦａ、ＩＦｂ、ＩＦｃ 駆動電流（１画面ブランキング期間）
Ｉｏ 平均電流値
Ｉｆａ、Ｉｆｃ 平均電流
Ｑ１〜Ｑ１０ 輝度
α１ Ｘ方向最大走査角
α２ Ｘ方向表示走査角
β１ Ｙ方向最大走査角
β２ Ｙ方向表示走査角

Claims (6)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源に流す電流を制御する電流制御手段と、
   前記レーザ光源からの光を水平走査する走査手段と、
   前記レーザ光源からの光のうち、前記走査手段による走査角の最大走査角に対する比が、所定の割合以上となる光を遮蔽する遮蔽部と、を備え、
   前記電流制御手段は、各走査期間で前記レーザ光源の平均温度が互いに同じとなるように、前記レーザ光源からの光が前記遮蔽部で遮蔽されている間に前記レーザ光源に流す電流を制御する
   ことを特徴とする走査型投影表示装置。
2. 前記電流制御手段は、前記水平走査を繰り返して１つの画面を形成する期間で、前記レーザ光源の平均温度が互いに同じとなるように、前記レーザ光源からの光が前記遮蔽部で遮蔽されている間に前記レーザ光源に流す電流を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型投影表示装置。
3. 前記レーザ光源は、半導体レーザと、前記半導体レーザのレーザ光を波長変換して出射する波長変換素子と、を有する
   ことを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の走査型投影表示装置。
4. 前記半導体レーザは、ＤＦＢレーザである
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の走査型投影表示装置。
5. 前記レーザ光源は、半導体レーザと、前記半導体レーザのレーザ光を波長変換して出射する波長変換素子と、半導体レーザからのレーザ光を半導体レーザにフィードバックするためのグレーティング素子と、を有することを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の走査型投影表示装置。
6. 前記半導体レーザは、ＳＬＤレーザである
   ことを特徴とする請求項１から２と請求項５のいずれか１項に記載の走査型投影表示装置。
   
   
   

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