JP2013211308A - レーザ駆動回路、レーザ駆動方法、プロジェクタ装置、及び、レーザ光を用いる装置 - Google Patents

レーザ駆動回路、レーザ駆動方法、プロジェクタ装置、及び、レーザ光を用いる装置 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザ光がコヒーレント光であることに起因するスペックルノイズを低減可能なレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、及び、レーザ光を用いる装置を提供する。
【解決手段】本開示のレーザ駆動回路は、波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路と、複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部と、高周波信号の波形を補正する波形補正部とを備える。
【選択図】 図10

Description

本開示は、レーザ駆動回路、レーザ駆動方法、プロジェクタ装置、及び、レーザ光(レーザビーム)を用いる装置に関する。
レーザ光(レーザビーム)を用いる装置として、例えば、レーザ光を用いて画像の表示を行うレーザディスプレイ装置がある。このレーザディスプレイ装置は、レーザ光を出射するレーザ光源をレーザ駆動回路によって駆動し、当該レーザ駆動回路による駆動の下でレーザ光をスキャナによって走査することにより、スクリーン上に画像を表示するという装置である(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−66303号公報
レーザディスプレイ装置では、スクリーンの微小な凹凸によって、レーザ光源からスクリーンを経て視聴者の目に結像するまでのレーザ光の光路長がランダムに変化する。そして、レーザ光のような波長及び位相が揃ったコヒーレントな光の場合、光路長の変化に応じて位相の異なる光が目に入射し、それらが互いに干渉して強度がランダムに分布する干渉縞が無数に見える斑点、所謂、スペックルノイズが生じる。このスペックルノイズについては、レーザディスプレイ装置に限らず、コヒーレント光であるレーザ光を用いる装置全般について言える問題である。
そこで、本開示は、レーザ光がコヒーレント光であることに起因するスペックルノイズを低減することができるレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、プロジェクタ装置、及び、レーザ光を用いる装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本開示のレーザ駆動回路は、
波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路と、
前記複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部と、
前記高周波信号の波形を補正する波形補正部とを備えるレーザ駆動回路である。
また、上記の目的を達成するための本開示のレーザ駆動方法は、
波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成するレーザ駆動映像電流生成ステップと、
前記レーザ駆動映像電流生成ステップで生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳ステップと、
前記高周波信号の波形を補正する波形補正ステップとを有するレーザ駆動方法である。
映像信号に基づくレーザ駆動電流に高周波信号を重畳し、この高周波信号を重畳したレーザ駆動電流によってレーザ光源を駆動することにより、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長スペクトラムが広がるため可干渉性が下がる。そして、レーザ光の可干渉性が下がることで、レーザ光がコヒーレント光であることに起因するスペックルノイズを低減できる。また、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の波形を補正することにより、レーザ光源の発光波形を調整できる。
本開示によれば、高周波信号の波形の補正によってレーザ光源の発光波形を良好な状態に維持しつつ、レーザ光がコヒーレント光であることに起因するスペックルノイズを低減することができる。
図1は、本開示の第1実施形態に係るレーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置の構成の一例を示すシステム構成図である。 図2は、レーザビーム・スキャニング方式のスクリーン上の走査方法の例を示す図である。 図3は、ビデオ信号処理回路とレーザ駆動回路との間の映像信号インターフェースの一例を示す図である。 図4は、スペックルノイズについて説明するモデル図である。 図5は、本開示のレーザ駆動回路の基本的な構成を示すブロック図である。 図6は、半導体レーザの電流−光出力特性を示す図である。 図7は、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳する概念図である。 図8は、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳することによるレーザ出力光の波長スペクトラムの変化を示す図である。 図9は、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳した場合のレーザ発光遅延の例を示す波形図である。 図10は、第1実施形態の実施例1に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図11は、実施例1に係るレーザ駆動回路で生成されるレーザ駆動電流とレーザ発光波形を示す波形図である。 図12は、回路例1に係るデューティ調整回路を有する実施例1における重畳信号発振器の構成を示すブロック図である。 図13は、回路例1に係るデューティ調整回路を有する実施例1における重畳信号発振器の各部の信号の波形図である。 図14は、回路例2に係るデューティ調整回路を有する実施例1における重畳信号発振器の構成を示すブロック図である。 図15は、回路例2に係るデューティ調整回路を有する実施例1における重畳信号発振器の各部の信号の波形図である。 図16は、実施例1の変形例に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図17は、第1実施形態の実施例2に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図18は、2つの位相・デューティ調整回路を有する実施例2における重畳信号発振器の構成を示すブロック図である。 図19は、2つの位相・デューティ調整回路を有する実施例2における重畳信号発振器の各部の信号の波形図である。 図20は、実施例2に係るレーザ駆動回路で生成されるレーザ駆動電流とレーザ発光波形を示す波形図である。 図21は、第1実施形態の実施例3に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図22は、実施例3に係るレーザ駆動回路で生成されるレーザ駆動電流とレーザ発光波形を示す波形図である。 図23は、第1実施形態の実施例4に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図24の(A)は、重畳波形のデューティとレーザ駆動電流の平均値の関係を示す図であり、図24の(B)は、重畳波形のデューティと増幅/減衰器のゲインの関係を示す図である。 図25は、第1実施形態の適用例1に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図26は、第1実施形態の適用例2に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図27は、第1実施形態の適用例3に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図28は、第1実施形態の適用例4に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図29は、第1実施形態の適用例5に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図30は、第1実施形態の適用例6に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図31は、本開示の第2実施形態に係るレーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置の構成を示すシステム構成図である。 図32は、第2実施形態の実施例1に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。 図33は、重畳発光波形のデューティと平均発光パワーの関係を示す図である。 図34は、実施例1に係るレーザ駆動回路で生成される平均発光パワー信号と投影映像信号を比較する波形図である。
以下、本開示の技術を実施するための形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて詳細に説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値などは例示である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
1.本開示のレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、プロジェクタ装置、及び、レーザ光を用いる装置、全般に関する説明
2.第1実施図形態
2−1.レーザ駆動回路の基本的な構成
2−2.実施例1
2−3.実施例1の変形例
2−4.実施例2
2−5.実施例3
2−6.実施例4
2−7.適用例
3.第2実施形態
3−1.実施例1
3−2.適用例
4.本開示の構成
<1.本開示のレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、プロジェクタ装置、及び、レーザ光を用いる装置、全般に関する説明>
本開示のレーザ駆動回路は、波長の異なるレーザ光(以下、「レーザビーム」と記述する場合もある)を出射する複数のレーザ光源を駆動するためのものである。複数のレーザ光源としては、例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の三種類の波長のレーザ光を出射するRGBの3つのレーザ光源を用いることができる。レーザ光源としては、他の光源に比較して小型で効率の良い半導体レーザを用いるのが望ましい。但し、半導体レーザは一例であって、レーザ光源としては、半導体レーザに限られるものではない。
本開示のレーザ駆動回路は、映像信号を入力とし、当該映像信号を増幅して各レーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を生成する。このレーザ駆動電流の生成に当たって、本開示の技術は、映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号をレーザ駆動電流に重畳する、所謂、高周波重畳の技術を用いるレーザ駆動回路及びレーザ駆動方法に関する。そして、高周波重畳の技術を用いる、本開示のレーザ駆動回路及びレーザ駆動方法は、レーザ光を用いる装置全般に対して適用することができる。
レーザ光を用いる装置、特に、本開示のレーザ駆動回路及びレーザ駆動方法を用いる装置としては、レーザディスプレイ装置、特に、レーザディスプレイ装置の一種である、レーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置を例示することができる。但し、本開示の技術は、プロジェクタ装置への適用に限られるものではなく、レーザ光を用いる装置全般に対して適用可能である。プロジェクタ装置以外のレーザディスプレイとして、ヘッドマウントディスプレイ、レーザ液晶TV(テレビジョン)、有機レーザTV、立体(三次元)ディスプレイなどを例示することができる。
本開示のレーザ駆動回路は、波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路を備える。本開示のレーザ駆動回路は更に、複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部を備える。
このように、映像信号に基づくレーザ駆動電流に高周波信号を重畳し、この高周波信号を重畳したレーザ駆動電流によってレーザ光源を駆動することにより、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長スペクトラムが広がるため可干渉性が下がる。そして、レーザ光の可干渉性が下がることで、レーザ光がコヒーレント光であることに起因するスペックルノイズを低減できる。
本開示のレーザ駆動回路にあっては、レーザ光源の発光波形を良好な状態に維持するために、高周波信号の波形を補正する波形補正部を備えることを特徴としている。このように、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の波形を補正することにより、レーザ光源の発光波形を調整できる。その結果、高周波信号の波形の補正によってレーザ光源の発光波形を良好な状態に維持しつつ、スペックルノイズを低減することができる。
上述した好ましい構成を含む本開示のレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、及び、レーザ光を用いる装置にあっては、波形補正部について、高周波信号のデューティを調整するデューティ調整回路から成る構成とすることができる。このとき、デューティ調整については、高周波信号の振幅がレーザ光源の閾値電流をまたぐ範囲内で行うのが好ましい。
また、上述した好ましい構成を含む本開示のレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、及び、レーザ光を用いる装置にあっては、高周波重畳部について、高周波信号を発振する発振器を内蔵する構成とすることができる。このとき、デューティ調整回路について、当該発振器が発振する高周波信号のデューティを調整する構成とすることができる。
あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示のレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、及び、レーザ光を用いる装置にあっては、高周波重畳部について、入力される映像信号に同期した状態で外部から入力されるクロック信号を受信する受信器を高周波信号の信号源として有する構成とすることができる。このとき、デューティ調整回路について、受信器が受信したクロック信号に基づく高周波信号のデューティを調整する構成とすることができる。
あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示のレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、及び、レーザ光を用いる装置にあっては、波形補正部について、位相とデューティが異なる複数の高周波信号を生成する複数の位相・デューティ調整回路を有する構成とすることができる。このとき、高周波重畳部については、複数の高周波信号に基づいて重畳発振周期内で多値のレーザ駆動電流を生成する構成とすることができる。
また、高周波重畳部について、輝度情報を持った信号を切り替える複数のスイッチを有する構成とし、複数の高周波信号に応じて複数のスイッチを制御し、レベルの異なる複数の輝度情報を選択することによって多値のレーザ駆動電流を生成する構成とすることができる。
あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示のレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、及び、レーザ光を用いる装置にあっては、高周波重畳部について、各波長毎に入力される映像信号を増幅/減衰する増幅/減衰器を有する構成とすることができる。このとき、デューティ調整回路によるデューティの調整値に応じて増幅/減衰器のゲインを制御する構成とすることができる。
あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示のレーザ駆動回路、レーザ駆動方法、及び、レーザ光を用いる装置にあっては、高周波重畳部について、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号に応じて、レーザ駆動電流のデューティを調整する構成とすることができる。
このとき、高周波重畳部について、入力される映像信号を増幅/減衰する増幅/減衰器と、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号と増幅/減衰器を経た映像信号とを比較する比較器とを有する構成とすることができる。そして、デューティ調整回路については、比較器の比較結果に応じてレーザ駆動電流のデューティを調整する構成とすることができる。また、高周波重畳部にあっては、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号の高周波成分を除去するローパスフィルタを有する構成とすることができる。
<2.第1実施形態>
本開示のレーザ光を用いる装置として、プロジェクタ装置、より具体的には、レーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置を例示する。以下に、第1実施形態に係るプロジェクタ装置のシステム構成について説明する。
(第1実施形態に係るプロジェクタ装置のシステム構成)
図1は、第1実施形態に係るレーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置の構成の一例を示すシステム構成図である。本実施形態に係るプロジェクタ装置10Aは、ビデオ信号処理回路11、レーザ駆動回路12、光源部13、スキャナ部14、受光素子15、及び、スキャナ駆動回路16を有する構成となっている。
ビデオ信号処理回路11は、ビデオ・デコーダ111、フレームメモリ112、クロック生成部113、レーザ制御部114、及び、システム制御部115によって構成され、入力される映像信号からスキャナ部14のスキャナ動作に同期し、レーザ光の波長などの特性に応じた映像信号を生成する。このようなレーザを駆動するための映像信号を、本明細書では「投影映像信号」と呼ぶこととする。
ビデオ信号処理回路11についてより具体的に説明する。ビデオ信号処理回路11において、入力段のビデオ・デコーダ111は、入力される映像信号を光源部13の各光源の波長に応じた映像信号に変換(色域変換)する。フレームメモリ112は、ビデオ・デコーダ111から与えられる色域変換後の映像信号を一旦格納する。クロック生成部113は、スキャナ部14のスキャナ動作に同期した投影映像クロック信号を生成する。この投影映像クロック信号は、フレームメモリ112及びレーザ制御部114に与えられる。
フレームメモリ112は、投影映像クロック信号を受けることで、当該投影映像クロック信号に同期して、格納している映像信号を読み出す。これにより、フレームメモリ112から読み出される映像信号は、スキャナ部14のスキャナ動作に同期した映像信号となる。
レーザ制御部114は、受光素子15から与えられるレーザパワーモニタ信号に基づいて、光源部13の各光源の発光パワーを監視することで、入力される映像信号通りにレーザ光が発光するような投影映像信号を生成する。レーザ制御部114は更に、レーザパワーモニタ信号から、後述する高周波重畳信号(即ち、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号)の波形の最適なデューティを判別し、当該デューティになるように調整するためのデューティ調整信号を生成する。システム制御部115は、CPUなどによって構成され、本システム全体の制御を司る。
レーザ制御部114で生成された投影映像信号は、デューティ調整信号や、後述する映像電流制御信号と共に、レーザ駆動回路12に供給される。レーザ駆動回路12には、投影映像信号及び映像電流制御信号の他、画素の開始を示す画素周期同期信号が、クロック生成部113で生成される投影映像クロック信号と共にビデオ信号処理回路11から供給される。
レーザ駆動回路12は、各波長に応じた投影映像信号にしたがって光源部13の各光源を駆動する。このレーザ駆動回路12は、本開示の特徴とする部分であり、その基本的な構成や具体的な実施例については後述する。
光源部13は、複数の光源、例えば3つの光源を有する。これらの光源としては、例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の波長のレーザ光を出射するレーザ光源131R,131G,131Bを用いている。図1では、便宜上、赤色のレーザ光を実線で示し、緑色のレーザ光を一点鎖線で示し、青色のレーザ光を破線で示している。レーザ光源131R,131G,131Bとしては、特に、小型で効率の良い半導体レーザを用いるのが望ましい。
レーザ光源131R,131G,131Bの各出射光は、各々の波長に対応した投影映像信号によって変調される。具体的には、入力される映像信号に応じた画像を表示するためにレーザ光の輝度(明暗)をコントロールするとともに、階調表現を実現するためにレーザ光の強度を変調する。レーザ光源131R,131G,131Bから出射された各レーザ光は、コリメートレンズ132R,132G,132Bによってほぼ平行光にされた後、ビーム・スプリッタ133R,133G,133Bなどによって1本のレーザ光に束ねられる。
この束ねられた1本のレーザ光は、スキャナ部14に至る光路の途中に配されたビーム・スプリッタ17によって一部が反射される。この反射されたレーザビームは、受光素子15に入射する。受光素子15は、入射するレーザ光を基に、光源部13の各レーザ光源131R,131G,131Bの発光パワーを示すレーザパワーモニタ信号を出力し、ビデオ信号処理回路11のレーザ制御部114に供給する。
ビーム・スプリッタ17を通過したレーザ光は、スキャナ部14に入射する。スキャナ部14は、例えば、1つの2軸スキャナ141を用いて構成されている。入射したレーザ光は、2軸スキャナ141によって照射角度に対して水平及び垂直方向変調が加えられてからスクリーン(図示せず)に投影される。尚、ここでは、スキャナ部14として、1つの2軸スキャナ141で水平・垂直の両方向に走査する例を示しているが、1軸スキャナを2つ用いて水平方向及び垂直方向に走査する構成であってもよい。
通常、スキャナ部14には、2軸スキャナ141などの照射角度を検出するセンサが内蔵されており、当該センサから水平・垂直それぞれの角度信号が出力される。これらの角度信号は、スキャナ駆動回路16に入力される。
スキャナ駆動回路16は、駆動回路161,162、バッファ163,164、アンプ165、及び、位相シフト回路166などによって構成され、水平角度信号及び垂直角度信号を参照しつつ、所望の照射角度になるように2軸スキャナ141を駆動する。例えば、図2に示すような走査(所謂、ラスター走査)を行う場合、水平方向には正弦波状に駆動する一方、垂直方向には映像信号のフレームレートに同期した、のこぎり波状の波形で駆動する。
(映像信号インターフェースについて)
ここで、ビデオ信号処理回路11とレーザ駆動回路12との間の映像信号インターフェースの一例について図3を用いて説明する。
10ビット階調の映像信号の場合、赤・緑・青の各波長毎に10本の映像信号が必要となるためそのまま伝送すると、ビデオ信号処理回路11とレーザ駆動回路12との間での信号本数が増大する。そこで、伝送本数の削減のために、パラレル/シリアル変換によるデータの多重化が行われる。
図3は、30本の映像信号を5本に多重化した例を示している。図3において、投影映像信号はビデオ信号処理回路11から出力される信号で、画素毎の映像信号を1画素の1/6の周期でパラレル/シリアル変換したものである。1つの信号に赤・緑・青の2ビットずつの信号を含んでいるため、5本で3波長分の10ビット階調信号を伝送することができる。
一方、レーザ駆動回路12側では、多重化された映像信号から、シリアル/パラレル変換を行い、画素毎の映像信号に分離し、図3に示す投影映像信号(赤・緑・青)を生成する。その際、レーザ駆動回路12では、1画素の1/6の周期の映像信号クロックと、画素の開始を示す画素周期同期信号(図示せず)が必要となる。そのため、投影映像クロック信号及び画素周期同期信号が投影映像信号と一緒に伝送される。
尚、レーザ駆動回路12側のパラレル/シリアル変換回路は本開示の技術には直接関係しないため、以降の説明ではパラレル/シリアル変換回路は省略し、投影映像信号は図3に示す、投影映像信号(赤・緑・青)のように、波長毎の画素毎に分離された後の状態になっているものとする。
(スペックルノイズについて)
ところで、レーザを光源とするプロジェクタ装置の課題として、スクリーン上の映像に無数の斑点が見えるスペックルノイズが挙げられる。スペックルノイズは、図4のモデルで説明される。すなわち、プロジェクタ装置から出射されたレーザ光は、スクリーンで反射された後、目に入射して網膜上に結像する。このとき、スクリーンがもつ微小な凹凸によってレーザ光源から網膜上に結像するまでの光路長はランダムに変化する。
レーザ光のような波長・位相が揃ったコヒーレントな光を光源とする場合、光路長の変化に応じて位相の異なる複数の光が目に入射し、それらの光が互いに干渉して強度がランダムに分布する干渉縞が生じる。この干渉縞が、無数に見える斑点、即ち、スペックルノイズである。そして、レーザ光がコヒーレント光であることに起因するスペックルノイズを低減するために為されたのが、本開示の技術である。
[2−1.レーザ駆動回路の基本的な構成]
続いて、本開示の技術が適用されるレーザ駆動回路の基本的な構成について説明する。図5は、図1に示すレーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置10Aに用いられるレーザ駆動回路12、即ち、本開示の技術が適用されるレーザ駆動回路の基本的な構成を示すブロック図である。
前にも述べたように、光源として、通常、赤色、緑色、青色の三種類のレーザ光源131R,131G,131Bが用いられる。これに対応して、レーザ駆動回路12は、光源の数に応じた3つの駆動部120R,120G,120Bを備える。また、先述したように、スキャナ部14のスキャナ141の動きに同期した、三種類のレーザ光の各波長に応じた投影映像信号が、レーザ駆動回路12に入力される。
駆動部120R,120G,120Bは、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121B及びベース電流生成回路122R,122G,122Bを有する構成となっている。ここでは、赤色のレーザ駆動映像電流生成回路121R及びベース電流生成回路122Rの構成について具体的に説明するが、緑色、青色のレーザ駆動映像電流生成回路121G,121B及びベース電流生成回路122G,122Bの各構成についても同様である。
レーザ駆動映像電流生成回路121Rは、入力される投影映像信号を、レーザ光の発光に必要な電流値まで増幅し、赤色のレーザ光源131Rを駆動するレーザ駆動電流として出力する。ここで、レーザ駆動回路12に入力される投影映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよい。
投影映像信号がデジタル信号で入力される場合は、レーザ駆動映像電流生成回路121Rとして、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換機能を有する回路を用いることになる。その際、ビデオ信号処理回路11からレーザ駆動回路12に与えられる映像電流制御信号が、デジタル/アナログ変換におけるフルスケール電流を制御する。
尚、図5では、レーザ光源131R,131G,131Bである例えば半導体レーザのアノードに電流を流し込む回路構成となっているが、カソードから電流を引き込む回路構成であってもよい。いずれの回路構成を採るかは任意である。
ところで、半導体レーザは、図6に示すような電流−光出力特性をもっており、閾値電流までは光パワーは出力されない。ベース電流生成回路122Rは、図6に示すように、レーザ光源131Rに対して閾値電流分の電流を供給することに用いられる。このように、ベース電流生成回路122Rからレーザ光源131Rに対して閾値電流分の電流を供給することにより、レーザ駆動映像電流生成回路121Rのダイナミックレンジを有効に使うことができる。
尚、ベース電流生成回路122Rの有無については本開示の技術とは直接関係しないので、図面などの簡略化のために、以降、実施形態の説明及び図面ではベース電流生成回路122Rについては省略する場合もある。
上記構成のレーザ駆動回路12において、本開示では、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bで生成するレーザ駆動電流に対して、映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳することを特徴としている。
高周波信号を重畳するに当たっては、図7に示すように、半導体レーザの閾値電流をまたぐような振幅で変調をかけることになる。図8に、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳することによるレーザ出力光の波長スペクトラムの変化を示す。半導体レーザは、本来、図8の(A)に示すように、単一モード(シングルモード)で発振する。この場合、レーザ光の可干渉性は強い(高い)。
これに対し、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳することにより、図8の(B)に示すように、レーザは多くの波長成分を含む多モード(マルチモード)で発振する。この場合、レーザ光の可干渉性は弱くなる(下がる)。一般に、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の振幅が大きくなるほど、波長スペクトラムはより広くなる傾向にある。
上述したように、入力される映像信号に基づくレーザ駆動電流に高周波信号を重畳し、この高周波信号を重畳したレーザ駆動電流によってレーザ光源を駆動することにより、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長スペクトラムが広がるため可干渉性が下がる。その結果、レーザ光がコヒーレント光であることに起因するスペックルノイズを低減することができる。
(レーザ駆動電流に対する発光遅延)
ところで、レーザを光源とするプロジェクタ装置の課題として、図9に示すような、レーザ駆動電流に対する発光遅延が挙げられる。ここで、「レーザ駆動電流に対する発光遅延」とは、レーザ駆動電流に対して、レーザ光源の閾値付近からの発光となる発光開始が遅れることを言う。図9は、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳した場合のレーザ発光遅延の例を示す波形図である。
レーザ発光は、レーザ駆動電流がレーザ光源の閾値電流を下回ってから発光すると、発光を開始するまで時間、即ち、発光遅延量が著しく増加する。遅延量はレーザ光の波長によって異なり、数nsになる。ここで,スペックルノイズの改善のためには、前にも述べたように、レーザの閾値電流をまたぐような振幅で、200〜400MHz程度の高周波重畳が必要となる。
このような高周波重畳波形において、発光が数ns遅延すると、レーザ光源の閾値付近からの発光となる発光開始が遅れ、発光期間が減少する。レーザ光源の再生パワーは、高周波重畳波形の平均輝度となるため、再生パワーの低下や、発光波形の歪などが生じ、表示画像の画質が劣化する懸念がある。レーザ光源の発光波形は、レーザ駆動電流の波形の補正により整形(調整)が可能である。
以下に、レーザ光源の発光波形を良好な状態に維持すべく、レーザ光源の発光波形を調整するための具体的な実施例について説明する。
[2−2.実施例1]
図10は、第1実施形態の実施例1に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。実施例1に係るレーザ駆動回路12Aは、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bに加えて、重畳信号発振器123と、2入力1出力のスイッチ(以下、「映像信号スイッチ」と記述する)124R,124G,124Bとを備えている。重畳信号発振器123は、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号を生成(発振)する。
重畳信号発振器123及び映像信号スイッチ124R,124G,124Bは、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bが生成するレーザ駆動電流に対して高周波信号を重畳する高周波重畳部を構成している。レーザ駆動回路におけるレーザ駆動映像電流生成回路及び高周波重畳部は、本開示のレーザ駆動方法にあっては、レーザ駆動映像電流生成ステップ及び高周波重畳ステップということになる。以下に説明する各実施例においても同様である。
重畳信号発振器123は、デューティ調整回路125を備えており、当該デューティ調整回路125の作用によって高周波重畳信号のデューティを調整することが可能な構成となっている。デューティ調整回路125は、高周波信号の波形を補正する波形補正部を構成している。この波形補正部は、本開示のレーザ駆動方法にあっては、波形補正ステップということになる。ここでは、重畳信号発振器123の出力を各波長の回路に共通に適用しているが、各波長毎に重畳信号発振器123を設け、各波長毎にデューティを調整する構成を採ることもできる。
投影映像信号は、各波長それぞれに設けた映像信号スイッチ124R,124G,124Bを介してから、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bに入力される。映像信号スイッチ124R,124G,124Bは、重畳信号発振器123が出力する高周波信号に応じて、投影映像信号と出力OFF(例えば、GNDレベル)を選択するようになっている。
上記の構成のレーザ駆動回路12Aにおいて、映像信号スイッチ124R,124G,124Bは、重畳信号発振器123が出力する、デューティ調整回路125によってデューティ調整された高周波信号のH/Lに応じて、投影映像信号と出力OFFを選択する。ここで、Hは高周波信号の高レベルを意味し、Lは高周波信号の低レベルを意味する。
映像信号スイッチ124R,124G,124Bによる高周波信号のH/Lに応じた選択により、図11の(A)に示すような、デューティが調整された高周波信号が重畳された投影映像信号が生成される。この高周波信号が重畳された投影映像信号は、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bに入力される。
レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bは、高周波信号が重畳された投影映像信号を、レーザ光源131R,131G,131Bの駆動に必要な電流値まで増幅し、レーザ駆動電流としてレーザ光源131R,131G,131Bに供給する。このとき、レーザ駆動電流は、高周波信号が重畳された電流としてレーザ光源131R,131G,131Bを駆動する。
この高周波信号が重畳されたレーザ駆動電流による駆動により、レーザ光源131R,131G,131Bは、図11の(B)に示すような発光遅延を伴った発光波形を出力する。つまり、図11の(A),(B)は、レーザ駆動電流の波形のデューティを調整し、発光遅延分、発光期間を増加させることで、発光波形のデューティを改善した例を示している。
ここで、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の振幅が増大すると、消費電力の増加、ノイズの悪化等の悪影響があるため、重畳する高周波信号の振幅は小さい方が望ましい。図11の(B)は、発光波形でデューティ50%になるようにレーザ駆動電流の波形のデューティ調整を行った例であるが、より小さい振幅で投影映像信号を出力する場合、デューティを50%以上に拡大し、平均輝度を増加させる方法が有効である。
しかし、平均輝度の向上のため、デューティを過剰に拡大するとレーザ光源131R,131G,131BのOFF期間が減少し、レーザ光源131R,131G,131Bが高周波重畳に応答できなくなる可能性がある。ここで、スペックルノイズは、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の振幅がレーザ光源の閾値電流をまたぐことで改善効果が大きくなる。
そこで、発光波形のデューティ調整は、平均輝度を上げ、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の振幅を減少させることを目的とする。また、デューティの調整範囲は、レーザ光源が高周波重畳に十分早く応答し、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の振幅がレーザ光源の閾値電流をまたぐ範囲内で行うものとする。
(デューティ調整回路を有する重畳信号発振器)
ここで、デューティ調整回路125を有する重畳信号発振器123の具体的な回路構成について説明する。
・回路例1
図12は、回路例1に係るデューティ調整回路125Aを有する重畳信号発振器123の構成例を示す回路図である。図12に示すように、重畳信号発振器123は、インバータ1231、インバータ1232、及び、インバータ1233がリング状に接続されたリングオシレータの構成となっている。
このリングオシレータにおいて、3段目のインバータ1233からは、発振基本波形(位相=6/6T:Tは周期)が出力される。2段目のインバータ1232からは、位相=5/6Tの反転波形が出力される。1段目のインバータ1231からは、位相=4/6Tの波形が出力される。
デューティ調整回路125Aは、位相セレクタ1234、ORゲート1235、及び、デューティ反転回路1236によって構成されている。このデューティ調整回路125Aにおいて、位相セレクタ1234は、位相=5/6Tの反転波形、位相=4/6Tの波形、及び、GNDレベルを入力とし、デューティ調整信号に応じていずれかの選択と出力の反転を行う。
ここで、「デューティ調整信号」は、前にも述べたように、レーザ制御部114(図1参照)において、レーザパワーモニタ信号に基づいて生成される信号である。より具体的には、「デューティ調整信号」は、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の波形が最適なデューティになるように調整するための信号である。
ORゲート1235は、リングオシレータの発振基本波形(位相=6/6T)と、位相セレクタ1234で選択された波形との論理和をとる。デューティ反転回路1236は、ORゲート1235の出力波形のデューティを反転する。
図13に、回路例1に係るデューティ調整回路125Aを有する重畳信号発振器123の各部の信号波形、即ち、デューティ調整回路125Aの入力波形及び重畳信号発振器123の出力波形を示す。
上記の構成のデューティ調整回路125Aによれば、デューティ調整信号に従って、リングオシレータの位相選択と反転を行うことができる。これにより、重畳信号発振器123から出力される高周波信号、即ち、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の波形を最適なデューティになるように調整することができる。
このように、レーザ光源の発光遅延に合わせ、レーザ光源の各波長毎に高周波重畳波形のデューティを調整すれば、発光波形でのデューティが50%となり、図11に示したような投影映像信号の1/2の平均輝度が得られる。すなわち、実施例1に係るレーザ駆動回路12Aによれば、デューティ調整信号に応じて高周波重畳信号の波形補正を行うことで、レーザ光源の発光波形を良好な状態に維持しつつ、レーザ光がコヒーレント光であることに起因するスペックルノイズを低減することができる。
尚、回路例1に係るデューティ調整回路125Aを有する重畳信号発振器123では、発振器出力波形の高レベル期間が広がるようにデューティを調整しているが、デューティ反転回路で出力を反転することにより、低レベル期間が広がるようにデューティを調整することも可能である。また、リングオシレータがインバータ3段の構成の場合、1/6Tステップでのデューティ調整が可能だが、インバータの段数を増やすことにより、より細かいステップでの調整が可能となる。
・回路例2
図14は、回路例2に係るデューティ調整回路125Bを有する重畳信号発振器123の構成例を示す回路図である。図14に示すように、回路例2に係るデューティ調整回路125Bは、ORゲート1235、デューティ反転回路1236、及び、遅延制御回路1237によって構成されている。
このデューティ調整回路125Bにおいて、遅延制御回路1237は、リングオシレータの単一波形、例えば、発振基本波形(位相=6/6T)を入力とし、当該入力波形の遅延量をデューティ調整信号に応じて制御する。ORゲート1235は、遅延量の調整前後の2つの発振基本波形の論理和をとる。デューティ反転回路1236は、ORゲート1235の出力波形のデューティを反転する。
回路例1に係るデューティ調整回路125Aでは、位相の異なる信号をリングオシレータ内の遅延素子から生成している。これに対し、回路例2に係るデューティ調整回路125Bでは、リングオシレータとは別に遅延制御回路1237を備え、リングオシレータから単一位相を取り出して遅延量を制御し、デューティ調整するようにしている。
図15に、回路例2に係るデューティ調整回路125Bを有する重畳信号発振器123の各部の信号波形、即ち、デューティ調整回路125Bの入力波形及び重畳信号発振器123の出力波形を示す。
この回路例2に係るデューティ調整回路125Bによれば、リングオシレータのインバータの段数を増やすことなく、遅延量のステップを増やせるため、リングオシレータの段数の増加によって発振周波数が低下することがない。また、単一の位相からデューティ調整ができるため、重畳信号発振器123を内蔵しないレーザ駆動回路においても、高周波重畳波形のデューティ調整が可能となる。この重畳信号発振器123を内蔵しないレーザ駆動回路を、実施例1の変形例に係るレーザ駆動回路12Bとして、その構成について以下に説明する。
[2−3.実施例1の変形例]
図16は、実施例1の変形例に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本変形例に係るレーザ駆動回路12Bは、実施例1に係るレーザ駆動回路12Aにおける内蔵の重畳信号発振器123に代えて、受信器126を用いた構成となっている。受信器126は、外部から入力される、具体的には、図1のビデオ信号処理回路11から与えられる投影映像クロックを受信する。
投影映像クロックは、投影映像信号の周波数帯域よりも高い周波数をもち、かつ、映像信号の明暗を繰り返す最小単位の周期に同期した、即ち、映像信号に同期したクロック信号である。前にも述べたように、映像信号の明暗を繰り返す「最小単位」は、液晶表示装置、プラズマ表示装置、EL表示装置などのフラットパネルディスプレイにおける画素に相当する。また、「最小単位の周期」は、フラットパネルディスプレイにおける画素周期ということになる。
受信器126は、外部から入力される投影映像クロックを受信し、当該投影映像クロックをレーザ駆動電流に重畳する高周波信号として出力する、高周波信号の信号源である。この受信器126の後段に、デューティ調整回路125、具体的には、回路例2に係るデューティ調整回路125Bを配することで、重畳信号発振器123を内蔵しないレーザ駆動回路12Bにおいても、高周波重畳波形のデューティ調整を行うことができることになる。デューティ調整回路125は、高周波信号の波形を補正する波形補正部を構成している。
[2−4.実施例2]
図17は、第1実施形態の実施例2に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。実施例2に係るレーザ駆動回路12Cは、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの入力側に設けられる映像信号スイッチが複数段構成、例えば2段構成となっている。具体的には、実施例1の場合と基本的に同様の機能を持つ映像信号スイッチ124R,124G,124Bに加えて、その前段に映像信号スイッチ128R,128G,128Bを有している。
前段の映像信号スイッチ128R,128G,128Bは、波形補正用の信号とGNDレベルとを2入力とする。ここでは、波形補正用の信号として、レーザ光源の閾値電流に依存するレーザ閾値電流信号を用いている。後段の映像信号スイッチ124R,124G,124Bは、映像信号スイッチ128R,128G,128Bの選択信号と投影映像信号とを2入力とする。波形補正用の信号や投影映像信号は、輝度情報を持つ信号である。
映像信号スイッチ124R,124G,124B及び映像信号スイッチ128R,128G,128Bを制御するために、重畳信号発振器123は、映像信号スイッチの段数に対応した、2つの位相・デューティ調整回路1271,1272を備えている。2つの位相・デューティ調整回路1271,1272は、位相・デューティ調整信号1,2に応じて、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の位相とデューティの調整を行うことで、位相とデューティが異なる複数(本例では、2つ)の高周波信号を生成する。
(2つの位相・デューティ調整回路を有する重畳信号発振器)
ここで、2つの位相・デューティ調整回路1271,1272を有する重畳信号発振器123の具体的な回路構成について説明する。
図18は、2つの位相・デューティ調整回路を有する重畳信号発振器の構成を示すブロック図である。図18において、2つの位相・デューティ調整回路1271,1272は各々、位相セレクタ1234、ORゲート1235、及び、デューティ反転回路1236から成る点で、実施例1のデューティ調整回路125Aと同じである。
実施例1のデューティ調整回路125Aと異なるのは次の点である。すなわち、位相・デューティ調整回路1271,1272において、位相セレクタ1234が、リングオシレータの発振基本波形、位相=5/6Tの反転波形、位相=4/6Tの波形、及び、GNDレベルを入力とし、発振基本波形の位相選択と反転を可能にしている点である。これにより、複数備えた位相・デューティ調整回路1271,1272の位相関係を相互に調整できる。
そして、位相・デューティ調整信号1に対応した発振器出力信号1が位相・デューティ調整回路1271から出力され、映像信号スイッチ124R,124G,124Bを制御する。また、位相・デューティ調整信号2に対応した発振器出力信号2が位相・デューティ調整回路1272から出力され、映像信号スイッチ128R,128G,128Bを制御する。
映像信号スイッチ124R,124G,124B及び映像信号スイッチ128R,128G,128Bは、レベル(パワー)の異なる複数の輝度情報を持った信号である、投影映像信号及びレーザ閾値電流信号を発振器出力信号1,2に応じて切り替える。これにより、発振器出力信号1,2に基づいて、重畳発振周期内で多値(本例では、2値)のレーザ駆動電流が生成される。
図19に、2つの位相・デューティ調整回路1271,1272を有する重畳信号発振器123の各部の信号波形、即ち、発振基本波形、位相=5/6Tの反転波形、位相=4/6Tの波形、及び、発振器出力信号1,2の波形を示す。
また、図20に、実施例2に係るレーザ駆動回路12Cにおける、レーザ駆動電流波形とレーザ発光波形を示す。レーザ駆動回路12Cから出力されるレーザ駆動電流は、重畳発振周期内で生成された多値のレーザ駆動電流の和、即ち、発振器出力信号1で生成される重畳基本波形のレーザ駆動電流と、発振器出力信号2で生成される波形補正となるレーザ駆動電流の和となっている。
図20に示すように、レーザ駆動電流が発光遅延期間にレーザ閾値電流を下回らないように波形補正電流を調整することで、重畳基本波形に対して遅延が少ない発光波形が得られる。すなわち、実施例2に係るレーザ駆動回路12Cによれば、レーザ発光遅延の間、レーザ光源が発光閾値を下回らないような、微量の波形補正電流を出力することができるため、少ない駆動電流でレーザ発光遅延を改善することができる。
ここで、実施例2に係るレーザ駆動回路12Cは、次の趣旨の下に為されたものである。すなわち、前にも述べたように、閾値電流を下回ってからレーザ光源が発光を開始すると、正常に発光するまでに時間を要する。そこで、発光開始前に閾値電流の近傍の電流を流しておき、そこから所望の発光振幅まで上げるために、重畳発振周期内で多値(本例では、2値)のレーザ駆動電流を生成するようにしている。
そして、2値のレーザ駆動電流のうち、値の小さい方の電流を発光開始前に流す閾値電流の近傍の電流とし、値の大きい方の電流を所望の発光振幅まで上げるための電流としている。このように、位相とデューティが異なる複数の高周波信号に基づいて重畳発振周期内で多値のレーザ駆動電流を生成し、発光遅延期間のレーザ駆動電流を低減するようにすることで、平均駆動電流を低減することができる。
[2−5.実施例3]
図21は、第1実施形態の実施例3に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。実施例3に係るレーザ駆動回路12Dは、位相とデューティが異なる複数の高周波信号に基づいて重畳発振周期内で多値のレーザ駆動電流を生成し、発光遅延期間のレーザ駆動電流を低減するのに、実施例2に係るレーザ駆動回路12Cと別の構成を採っている。
すなわち、実施例3に係るレーザ駆動回路12Dは、実施例2の映像信号スイッチ128R,128G,128Bに代えて、ベース電流生成回路122R,122G,122Bの出力側にベース電流スイッチ129R,129G,129Bを備えた構成を採っている。本実施例3では、ベース電流生成回路122R,122G,122Bから出力されるベース電流が投影映像信号と共に、輝度情報を持つ信号となる。
重畳信号発振器123が2つの位相・デューティ調整回路1271,1272を有する点については、実施例2の場合と同じである。そして、位相・デューティ調整回路1271の発振器出力信号1が映像信号スイッチ124R,124G,124Bの切り替えを行い、位相・デューティ調整回路1272の発振器出力信号2がベース電流スイッチ129R,129G,129Bの切り替えを行う。これにより、位相とデューティが異なる発振器出力信号1,2に基づいて重畳発振周期内で多値のレーザ駆動電流を生成することになる。
ここで、前にも述べたように、一般のレーザ駆動装置において、ベース電流生成回路122R,122G,122Bを用いてレーザ閾値電流を出力する構成が採られることが多い。そこで、実施例3に係るレーザ駆動回路12Dでは、実施例2のように別にレーザ閾値電流情報を入力するのではなく、レーザ閾値電流に依存するベース電流の出力を制御することにより、レーザ発光遅延を低減するようにしている。
図22に、実施例3に係るレーザ駆動回路12Dにおける、レーザ駆動電流波形と発光波形を示す。ベース電流は、レーザ閾値電流を下回らない電流にする。ベース電流スイッチ129R,129G,129Bはベース電流をOFFすることで、レーザ駆動電流をレーザ閾値電流以下にし、スペックルノイズを改善するようにしている。更に、重畳基本波形に対し、発光遅延時間分早いタイミングでベース電流をONし、発光遅延期間内でレーザ閾値電流を下回らないようにすることで、重畳基本波形に対する発光遅延を低減するようにしている。
[2−6.実施例4]
図23は、第1実施形態の実施例4に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。実施例4に係るレーザ駆動回路12Eは、実施例1に係るレーザ駆動回路12Aの構成に加えて、各波長毎に増幅/減衰器171R,171G,171Bを備えた構成となっている。増幅/減衰器171R,171G,171Bは、映像信号スイッチ124R,124G,124Bの前段に挿入されており、デューティ調整信号に応じてゲインが変化することにより投影映像信号の振幅を調整する。
上記の構成の実施例4に係るレーザ駆動回路12Eにおいては、デューティ調整信号によって与えられる高周波重畳波形のデューティ調整値、即ち、デューティ調整回路125による調整値に応じて、増幅/減衰器171R,171G,171Bのゲイン制御が行われることになる。このゲイン制御により、レーザ駆動電流の平均値がデューティに依らず一定になるように、高周波重畳波形のピーク値の調整が行われるため、デューティ調整値に依らず一定の平均レーザ駆動電流を得ることができる。
図24の(A)に、重畳波形のデューティとレーザ駆動電流の平均値の関係を、図24の(B)に、重畳波形のデューティと増幅/減衰器のゲインの関係をそれぞれ示す。デューティは、発振周期に対する高レベル区間の割合を示している。レーザ駆動電流は、高周波重畳波形のデューティに比例するため、増幅/減衰器171R,171G,171Bのゲインを1/デューティにすることでデューティに依らない平均電流が得られる。
[2−7.適用例]
以上説明した実施例1乃至実施例4に係る技術は、基本構成を異にする他のレーザ駆動回路に対しても実施例によってはそのまま適用することができる。
・適用例1
図25は、第1実施形態の適用例1に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。適用例1に係るレーザ駆動回路12Fは、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121B毎にそれらの入力側に、映像信号スイッチ124R,124G,124Bに加えて、複数(本例では、2つ)の増幅/減衰器171A,171Bを備える構成となっている。
ここでは、赤色側の2つの増幅/減衰器171A-R,171B-R、映像信号スイッチ124Rの機能について具体的に説明する。但し、緑色側の増幅/減衰器171A-G,171B-G、映像信号スイッチ124Gの機能、及び、青色側の増幅/減衰器171A-B,171B-B、映像信号スイッチ124Bの機能についても同様である。
2つの増幅/減衰器171A-R,171B-Rは、各々異なる利得をもち、入力される投影映像信号を基に振幅が異なる2つの投影映像信号を生成する。この2つの投影映像信号は、映像信号スイッチ124Rの2入力となる。映像信号スイッチ124Rは、重畳信号発振器123から与えられる高周波信号に応じて、2つの増幅/減衰器171A-R,171B-Rが生成した2つの投影映像信号を選択(スイッチング)する。
上記の構成により、映像信号スイッチ124Rは、重畳信号発振器123が出力する高周波信号のH/Lに応じて、振幅の異なる2つの投影映像信号を選択することができる。レーザ駆動映像電流生成回路121Rは、高周波信号が重畳された投影映像信号を、レーザ光源131Rの駆動に必要な電流値まで増幅し、レーザ駆動電流としてレーザ光源131Rに供給する。このとき、レーザ駆動電流は、高周波信号が重畳された電流としてレーザ光源131Rに供給され、当該レーザ光源131Rを駆動する。レーザ駆動電流に重畳される高周波信号の振幅は、2つの増幅/減衰器171A-R,171B-Rの利得によって任意に設定することができる。
本適用例1に係るレーザ駆動回路12Fにおける重畳信号発振器123に対しても、レーザ光源の発光波形を良好な状態に維持すべく、レーザ光源の発光波形を調整する、先述した実施例1乃至実施例4を適用することができる。そして、その適用により、実施例1乃至実施例4に係る作用、効果を得ることができる。
・適用例2
図26は、第1実施形態の適用例2に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。適用例2に係るレーザ駆動回路12Gは、実施例1に係るレーザ駆動回路12Aにおける内蔵の重畳信号発振器123に代えて、受信器172を用い、更に、受信器172の後段に周波数逓倍器173を設けた構成となっている。
受信器172は、外部から入力される、具体的には、図1のビデオ信号処理回路11から与えられる投影映像クロックを受信する。周波数逓倍器173は、PLL回路などによって構成され、受信器172が受信した投影映像クロックを、当該投影映像クロックの整数倍の周波数をもち、かつ、投影映像クロックに同期したクロック信号を高周波信号として生成する。
このように、投影映像クロックを受信器172で受信し、周波数逓倍器173で逓倍する構成のレーザ駆動回路12Gに対しては、先述した実施例1の変形例(図16参照)を適用することができる。この場合、外部から入力される投影映像クロックを受信する受信器172が、図16の受信器126に相当することになる。
本適用例2に係るレーザ駆動回路12Gの場合には、投影映像クロックは投影映像信号の画素周波数に同期していればよく、周波数逓倍器173の作用によってレーザ駆動回路12G内でスペックルノイズの低減効果の高い周波数の高周波信号を生成することができる。従って、例えば、実施例1の変形例の場合のように、スペックルノイズの低減効果の高い周波数をもつ投影映像クロックをビデオ信号処理回路11で生成し、当該ビデオ信号処理回路11からレーザ駆動回路12Gに伝送する必要がなくなる。
以上では、主に、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳する処理を、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの入力側で行う構成のレーザ駆動回路12に適用した場合について説明した。本開示の技術は、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳する処理を、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの出力側で行う構成のレーザ駆動回路12に対しても同様に適用可能である。
以下では、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳する処理を、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの出力側で行う構成のレーザ駆動回路12に適用する場合について説明する。
・適用例3
図27は、第1実施形態の適用例3に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本適用例3に係るレーザ駆動回路12Hは、高周波重畳部として、内蔵の重畳信号発振器123の他に、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121B毎にそれらの出力側に、レーザ駆動電流スイッチ181R,181G,181Bを備えた構成となっている。レーザ駆動電流スイッチ181R,181G,181Bは、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bが生成したレーザ駆動電流を選択的に通過/遮断する機能をもつ。
上述した構成のレーザ駆動回路12Hにおいて、レーザ駆動電流スイッチ181の通過/遮断の制御を、重畳信号発振器123から与えられる高周波信号に応じて行うことで、当該高周波信号をレーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bが生成したレーザ駆動電流に重畳することができる。
このように、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの出力側において、レーザ駆動電流スイッチ181R,181G,181Bの作用によって高周波重畳を行うレーザ駆動回路12Hに対しては、先述した実施例1を適用することができる。
・適用例4
図28は、第1実施形態の適用例4に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本適用例4に係るレーザ駆動回路12Iは、高周波重畳部として、内蔵の重畳信号発振器123の他に、当該重畳信号発振器123から与えられる高周波信号を増幅するレーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bを備えた構成となっている。このレーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bは、その出力端がレーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの出力側の接続ノードNR,NG,NBに接続されている。
上述した構成のレーザ駆動回路12Iにおいて、重畳信号発振器123から出力される高周波信号は、レーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bによってレーザ光源131R,131G,131Bの駆動に必要なレベルまで増幅される。そして、レーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bから出力される高周波電流は、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの出力電流、即ち、レーザ駆動電流と接続ノードNR,NG,NBで加算され、レーザ光源131R,131G,131Bに供給される。
本適用例4に係るレーザ駆動回路12Iの場合には、投影映像信号のレベルによらず、一定の振幅の高周波電流がレーザ駆動電流に重畳される。このレーザ駆動回路12Iに対しては、先述した実施例1を適用することができる。
・適用例5
図29は、第1実施形態の適用例5に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本適用例5に係るレーザ駆動回路12Jは、高周波重畳部として、内蔵の重畳信号発振器123、レーザ駆動重畳電流生成回路182の他に、レベル比較器183及び重畳電流スイッチ184をレーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121B毎に備えた構成となっている。
レベル比較器183(183R,183G,183B)は、入力される投影映像信号のレベルの、所定の閾値に対する大小を判定する機能をもつ。所定の閾値は、投影映像信号レベルの判定閾値であり、投影映像信号のゼロレベルの近傍の値に設定される。ここで、「ゼロレベルの近傍」とは、ゼロレベルを多少前後するレベルの他、ゼロレベルも含む。投影映像信号のゼロレベルの検出に当たって、所定の閾値について、設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
重畳電流スイッチ184R,184G,184Bは、レーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bの出力端と、レーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの出力端との間に接続されている。重畳電流スイッチ184R,184G,184Bは、レベル比較器183R,183G,183Bの比較結果(判定結果)に応じてオン(閉)/オフ(開)動作を行う。
上述した構成のレーザ駆動回路12Jにおいて、レベル比較器183は、映像信号のレベルが、所定の閾値を超えると判定すると、その判定結果によって重畳電流スイッチ184を導通(オン)状態にする。これにより、レーザ駆動重畳電流生成回路182から出力される高周波電流が重畳電流スイッチ184を通過し、レーザ駆動映像電流生成回路121から出力されるレーザ駆動電流に加算(重畳)される。
本適用例5に係るレーザ駆動回路12Jに対しては、先述した実施例1を適用することができる。
・適用例6
図30は、第1実施形態の適用例6に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。本適用例6に係るレーザ駆動回路12Kは、適用例5に係るレーザ駆動回路12Jにおけるレベル比較器183及び重畳電流スイッチ184に代えて、乗算器185(185R,185G,185B)をレーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121B毎に備えた構成となっている。
乗算器185R,185G,185Bは、重畳信号発振器123から出力される高周波信号と、各波長の投影映像信号とを入力とし、これらを乗算する。乗算器185R,185G,185Bの各出力信号は、レーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bに入力される。レーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bは、乗算器185R,185G,185Bの各出力信号を、レーザ駆動に必要なレベルまで増幅する。レーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bの各出力電流は、接続ノードNR,NG,NBでレーザ駆動映像電流生成回路121R,121G,121Bの各出力電流と加算される。
ここで、乗算器185R,185G,185Bや、レーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bの各利得を調整可能な構成とし、これら利得を調整することにより、レーザ駆動電流に重畳する高周波信号の振幅を変えることができる。例えば、加算する高周波信号の振幅を相対的にやや小さめに設定することにより、相対的にやや小さい振幅で高周波信号をレーザ駆動電流に重畳することができる。この場合、乗算器185R,185G,185B及びレーザ駆動重畳電流生成回路182R,182G,182Bの両方の利得を調整可能な構成の他、どちらか一方の利得を調整可能な構成とすることもできる。
本適用例6に係るレーザ駆動回路12Kに対しては、先述した実施例1を適用することができる。
<3.第2実施形態に係るプロジェクタ装置のシステム構成>
本開示のレーザ光を用いる装置として、第1実施形態の場合と同様に、レーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置を例示する。以下に、第2実施形態に係るプロジェクタ装置のシステム構成について説明する。
(第2実施形態に係るプロジェクタ装置のシステム構成)
図31は、第2実施形態に係るレーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置の構成の一例を示すシステム構成図である。本実施形態に係るプロジェクタ装置10Bは、第1実施形態に係るプロジェクタ装置10Aと異なり、受光素子15から出力される各波長毎のレーザパワーモニタ信号をレーザ駆動回路12に入力し、発光波形の平均発光パワーが一定になるように各波長毎にデューティを調整するフィードバック制御の構成を採っている。そのため、第1実施形態に係るプロジェクタ装置10Aの場合のように、レーザ制御部114からレーザ駆動回路12に対してデューティ調整信号は入力されない。
ここで、レーザ光源の発光遅延は、使用するレーザ光源の特性に依存するが、レーザ光源の温度や劣化の度合いなどの状態変化によっても変動する。そのため、上記のフィードバック制御の構成を採ることにより、映像投影中にレーザ光源の状態に依らず、発光波形の平均発光パワーが一定になるように、レーザ駆動電流のデューティを調整することで、デューティ変動の少ない安定した発光波形を得ることができる。
以下に、各波長毎のレーザパワーモニタ信号を基に、発光波形の平均発光パワーが一定になるように各波長毎にデューティを調整するフィードバック制御を実現する具体的な実施例について説明する。
[3−1.実施例1]
図32は、第2実施形態の実施例1に係るレーザ駆動回路の構成を示すブロック図である。実施例1に係るレーザ駆動回路12Lは、重畳信号発振器123(123R,123G,123B)を各波長毎に備えている。重畳信号発振器123R,123G,123Bは、デューティ調整回路を有している。このデューティ調整回路としては、第1実施形態で例示した、回路例1に係るデューティ調整回路125A(図12参照)を用いることができる。
実施例1に係るレーザ駆動回路12Lは更に、重畳信号発振器123の他に、ローパスフィルタ(LPF)186(186R,186G,186B)、比較器187(187R,187G,187B)、及び、増幅/減衰器188(188R,188G,188B)を各波長毎に備えている。
ローパスフィルタ186R,186G,186Bは、各波長毎のレーザパワーモニタ信号から高周波重畳成分を除去し、画素毎の平均パワーを得る。ローパスフィルタ186R,186G,186Bは、高周波成分を除去するためのものであることから、受光素子15の帯域が高周波重畳に対して十分低ければ、必ずしも設ける必要はない。
比較器(発光パワー信号比較器)187R,187G,187Bは、ローパスフィルタ186R,186G,186Bを介して与えられる平均発光パワー信号と、増幅/減衰器188R,188G,188Bを介して与えられる投影映像信号のパワーを比較する。増幅/減衰器188R,188G,188Bは、発光波形のデューティに応じてゲインが設定される。重畳発光波形のデューティと平均発光パワーとは、例えば、図33に示すような線形な関係となる。
図34に、実施例1に係るレーザ駆動回路12Lで生成されるレーザ発光波形、比較器187に入力される平均発光パワーと、0.5倍に減衰された投影映像信号の波形を示す。ここでは、発光波形のデューティが50%になるように比較器187に入力される投影映像信号を0.5倍に減衰させている。図34のように増幅/減衰した投影映像信号に対し、平均発光パワーが少なければデューティを増加させ、逆に平均発光パワーが多ければデューティを減少させる。
上記のフィードバック制御の構成を採る実施例1に係るレーザ駆動回路12Lでは、レーザ光源の発光パワーの平均値がレーザ光源の特性に依らず、投影映像信号に対して一定の比を保つようにレーザ駆動電流のデューティ調整が行われる。このように、レーザ光源の特性に依らず、発光波形の平均発光パワーが一定になるように、レーザ駆動電流のデューティを調整することで、デューティ変動の少ない安定した発光波形を得ることができる。
[3−2.適用例]
この第2実施形態の技術、即ち、フィードバック制御によるレーザ駆動電流のデューティ調整の技術は、第1実施形態の適用例1乃至適用例6で示したレーザ駆動回路に対しても、同様に適用することができる。
<4.本開示の構成>
尚、本開示は以下のような構成を採ることができる。
[1]波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路と、
前記複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部と、
前記高周波信号の波形を補正する波形補正部とを備えるレーザ駆動回路。
[2]前記波形補正部は、前記高周波信号のデューティを調整するデューティ調整回路から成る上記[1]に記載のレーザ駆動回路。
[3]前記高周波重畳部は、前記高周波信号を発振する発振器を有し、
前記デューティ調整回路は、前記発振器が発振する前記高周波信号のデューティを調整する上記[2]に記載のレーザ駆動回路。
[4]前記高周波重畳部は、入力される映像信号に同期した状態で外部から入力されるクロック信号を受信する受信器を前記高周波信号の信号源として有し、
前記デューティ調整回路は、前記受信器が受信したクロック信号に基づく前記高周波信号のデューティを調整する上記[2]に記載のレーザ駆動回路。
[5]前記デューティ調整回路は、前記高周波信号の振幅がレーザ光源の閾値電流をまたぐ範囲内でデューティ調整を行う上記[2]から上記[4]のいずれかに記載のレーザ駆動回路。
[6]前記波形補正部は、位相とデューティが異なる複数の高周波信号を生成する複数の位相・デューティ調整回路を有し、
前記高周波重畳部は、前記複数の高周波信号に基づいて重畳発振周期内で多値のレーザ駆動電流を生成する上記[1]に記載のレーザ駆動回路。
[7]前記高周波重畳部は、輝度情報を持った信号を切り替える複数のスイッチを有し、前記複数の高周波信号に応じて前記複数のスイッチを制御し、レベルの異なる複数の輝度情報を選択することによって前記多値のレーザ駆動電流を生成する上記[6]に記載のレーザ駆動回路。
[8]前記高周波重畳部は、各波長毎に入力される映像信号を増幅/減衰する増幅/減衰器を有し、前記デューティ調整回路によるデューティの調整値に応じて前記増幅/減衰器のゲインを制御する上記[2]に記載のレーザ駆動回路。
[9]前記高周波重畳部は、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号に応じてレーザ駆動電流のデューティを調整する上記[2]に記載のレーザ駆動回路。
[10]前記高周波重畳部は、入力される映像信号を増幅/減衰する増幅/減衰器と、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号と前記増幅/減衰器を経た映像信号とを比較する比較器とを有し、
前記デューティ調整回路は、前記比較器の比較結果に応じてレーザ駆動電流のデューティを調整する上記[9]に記載のレーザ駆動回路。
[11]前記高周波重畳部は、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号の高周波成分を除去するローパスフィルタを有する上記[10]に記載のレーザ駆動回路。
[12]波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成するレーザ駆動映像電流生成ステップと、
前記レーザ駆動映像電流生成ステップで生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳ステップと、
前記高周波信号の波形を補正する補正ステップとを有するレーザ駆動方法。
[13]波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、
入力される映像信号に応じて前記複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動回路と、
前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光をスクリーンに投影するスキャナ部とを具備し、
前記レーザ駆動回路は、
波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路と、
前記複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部と、
前記高周波信号の波形を補正する波形補正部とを備えるプロジェクタ装置。
[14]波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路と、
前記複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部と、
前記高周波信号の波形を補正する補正部とを備えるレーザ駆動回路を用いる装置。
10A,10B・・・レーザビーム・スキャニング方式のプロジェクタ装置、11・・・ビデオ信号処理回路、12(12A〜12L)・・・レーザ駆動回路、13・・・光源部、14・・・スキャナ部、15・・・受光素子、16・・・スキャナ駆動回路、120R,120G,120B・・・駆動部、121R,121G,121B・・・レーザ駆動映像電流生成回路、122R,122G,122B・・・ベース電流生成回路、123(123R,123G,123B)・・・重畳信号発振器、124R,124G,124B・・・映像信号スイッチ、126,172・・・受信器、125,125A,125B・・・デューティ調整回路、1271,1272・・・位相・デューティ調整回路、128R,128G,128B・・・映像信号スイッチ、129R,129G,129B・・・ベース電流スイッチ、131R,131G,131B・・・レーザ光源、171R,171G,171B,171A_R,171B_R,171A_G,171B_G,171A_B,171B_B,188R,188G,188B・・・増幅/減衰器、173・・・周波数逓倍器、181R,181G,181B・・・レーザ駆動電流スイッチ、182R,182G,182B・・・レーザ駆動重畳電流生成回路、183R,183G,183B・・・レベル比較器、184R,184G,184B・・・重畳電流スイッチ、185R,185G,185B・・・乗算器、186R,186G,186B・・・ローパスフィルタ(LPF)、187R,187G,187B・・・発光パワー信号比較器

Claims (14)

  1. 波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路と、
    前記複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部と、
    前記高周波信号の波形を補正する波形補正部とを備えるレーザ駆動回路。
  2. 前記波形補正部は、前記高周波信号のデューティを調整するデューティ調整回路から成る請求項1に記載のレーザ駆動回路。
  3. 前記高周波重畳部は、前記高周波信号を発振する発振器を有し、
    前記デューティ調整回路は、前記発振器が発振する前記高周波信号のデューティを調整する請求項2に記載のレーザ駆動回路。
  4. 前記高周波重畳部は、入力される映像信号に同期した状態で外部から入力されるクロック信号を受信する受信器を前記高周波信号の信号源として有し、
    前記デューティ調整回路は、前記受信器が受信したクロック信号に基づく前記高周波信号のデューティを調整する請求項2に記載のレーザ駆動回路。
  5. 前記デューティ調整回路は、前記高周波信号の振幅がレーザ光源の閾値電流をまたぐ範囲内でデューティ調整を行う請求項2に記載のレーザ駆動回路。
  6. 前記波形補正部は、位相とデューティが異なる複数の高周波信号を生成する複数の位相・デューティ調整回路を有し、
    前記高周波重畳部は、前記複数の高周波信号に基づいて重畳発振周期内で多値のレーザ駆動電流を生成する請求項1に記載のレーザ駆動回路。
  7. 前記高周波重畳部は、輝度情報を持った信号を切り替える複数のスイッチを有し、前記複数の高周波信号に応じて前記複数のスイッチを制御し、レベルの異なる複数の輝度情報を選択することによって前記多値のレーザ駆動電流を生成する請求項6に記載のレーザ駆動回路。
  8. 前記高周波重畳部は、各波長毎に入力される映像信号を増幅/減衰する増幅/減衰器を有し、前記デューティ調整回路によるデューティの調整値に応じて前記増幅/減衰器のゲインを制御する請求項2に記載のレーザ駆動回路。
  9. 前記高周波重畳部は、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号に応じてレーザ駆動電流のデューティを調整する請求項2に記載のレーザ駆動回路。
  10. 前記高周波重畳部は、入力される映像信号を増幅/減衰する増幅/減衰器と、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号と前記増幅/減衰器を経た映像信号とを比較する比較器とを有し、
    前記デューティ調整回路は、前記比較器の比較結果に応じてレーザ駆動電流のデューティを調整する請求項9に記載のレーザ駆動回路。
  11. 前記高周波重畳部は、レーザ光源の発光パワーのモニタ信号の高周波成分を除去するローパスフィルタを有する請求項10に記載のレーザ駆動回路。
  12. 波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成するレーザ駆動映像電流生成ステップと、
    前記レーザ駆動映像電流生成ステップで生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳ステップと、
    前記高周波信号の波形を補正する補正ステップとを有するレーザ駆動方法。
  13. 波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、
    入力される映像信号に応じて前記複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動回路と、
    前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光をスクリーンに投影するスキャナ部とを具備し、
    前記レーザ駆動回路は、
    波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路と、
    前記複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部と、
    前記高周波信号の波形を補正する波形補正部とを備えるプロジェクタ装置。
  14. 波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源を駆動するレーザ駆動電流を、入力される映像信号に基づいて生成する複数のレーザ駆動映像電流生成回路と、
    前記複数のレーザ駆動映像電流生成回路が生成するレーザ駆動電流に対して、前記映像信号の帯域を超える周波数の高周波信号を重畳する高周波重畳部と、
    前記高周波信号の波形を補正する補正部とを備えるレーザ駆動回路を用いる装置。
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