JP2015507368A - レーザダイオード用駆動制御装置、レーザプロジェクションシステムおよびレーザダイオードにおけるスペックル低減方法 - Google Patents

Abstract

本発明はレーザダイオード（７）用の駆動制御装置（１）に関しており、この駆動制御装置は、高周波変調駆動制御信号（５ａ）を形成しかつスペックルを抑圧するためにこの高周波変調駆動制御信号をレーザダイオード（７）に供給するように設計された第１ドライバ装置（３）と、第１ドライバ装置（３）に接続される評価回路（２）とを有している。評価回路（２）は、レーザダイオード（７）から放射される光の強度（７ａ）を表す強度信号（２ｂ）を受信して、高周波変調駆動制御信号（５ａ）を制御するため、上記の強度信号（２ｂ）に応じて制御信号（３ａ）を第１ドライバ装置（３）に出力するように設計されている。

Description

本発明は、レーザダイオード用駆動制御装置、レーザプロジェクションシステムおよびレーザダイオードにおけるスペックル低減方法に関する。

従来の技術
レーザプロジェクションシステムでは、画像、グラフィックまたはビデオを投影面に投影するために半導体レーザを、いわゆるレーザダイオードを利用している。このために上記のレーザダイオードには、相応に変調したデータ信号を供給し、これによって画像データ、グラフィックデータまたはビデオデータをレーザプロジェクションシステムの機械的な運動に変換することができる。

レーザダイオードは、コヒーレント光が光学的に粗い表面に当たり、そこで反射ないしは散乱されて、相異なる方向に反射された波面が互いに干渉すると、観察者の眼に輝度の異なる構造化されたパターンを形成する。この現象は、「スペックル」としても知られている。スペックルパターンは、投影される画像データの光学的印象を損なうため、一般的に望ましいのは、レーザダイオードの使用時にスペックルの発生を抑圧するかないしは低減することである。

刊行物US 6,600,590 B2には、半導体レーザを備えたレーザプロジェクションシステムが記載されており、この半導体レーザは、スペックルを低減するため、高周波信号を介してマルチモード動作で作動される。フォトダイオードにより、この半導体レーザから放射される光のパワーが検出され、上記の半導体レーザの高周波信号の直流成分が、検出した上記のパワーに応じて制御され、これによってこの半導体レーザの放射パワーが一定に維持される。

殊にレーザダイオードを備えたシステムのようなレーザプロジェクションシステムにおいてスペックル抑圧を制御するという要求がある。

本発明の開示
本発明の１つの様相では、レーザダイオード用駆動制御装置が提供される。ここでこのレーザダイオード用駆動制御装置は、高周波変調駆動制御信号を形成しかつスペックルを抑圧するためにこれをレーザダイオードに供給するように設計された第１ドライバ装置と、第１ドライバ装置に接続された評価回路とを有し、この評価回路は、レーザダイオードから放射される光の強度を表す強度信号および上記の高周波変調駆動制御信号を制御するため、上記の強度信号に応じて制御信号を第１ドライバ装置に出力するように設計されている。

別の様相によれば、本発明により、レーザプロジェクションシステムが提供され、このレーザプロジェクションシステムは、画像データを投影するためのレーザダイオードと、このレーザダイオードから放射される光の強度を検出して強度信号を出力するように設計されたフォトダイオードと、上記のレーザダイオードを駆動制御するように設計された本発明による駆動制御装置とを有する。

別の様相によれば、本発明により、本発明のレーザプロジェクションシステムを有する電子応用装置が提供される。

別の様相によれば、本発明により、レーザダイオードにおけるスペックル低減方法が提供され、この方法は、高周波変調駆動制御信号を形成するステップと、スペックを低減するためにこの高周波変調駆動制御信号によって上記のレーザダイオードを作動させるステップと、フォトダイオードにおいて上記のレーザダイオードから放射される光の強度を検出するステップと、検出したこの強度に応じて、上記の高周波変調駆動制御信号を制御して上記のスペックル低減の度合いを調整するステップとを有する。

発明の利点
本発明のアイデアは、レーザダイオードの動作中にそのスペックル抑圧を制御することである。このため、制御量として上記の放射される画像信号の変調深さおよびこのレーザダイオードから放射されるパワーを用いて、レーザダイオードの高周波変調駆動制御信号を制御し、この高周波変調駆動制御信号により、このレーザダイオードの放射光におけるスペックルパターンの発生を抑圧する。これにより、上記のレーザダイオードの動作中において、スペックル低減の程度を所望の目標値に調整することができる。

本発明の利点は、上記のスペックル抑圧が、駆動制御されるレーザダイオードの動作に依存する力率および／または製造公差に依存せずに制御できることにある。ここでは殊に、上記のレーザダイオードの動作パラメタまたは製造パラメタに依存して上記の高周波変調駆動制御を手動で適合化する必要はない。

本発明の別の利点は、スペックル抑圧の程度を選択的に調整できることである。スペックルの影響下においてレーザ投影される画像の視覚的に印象は、投影される情報のタイプに依存して損なわれるため、これは有利になり得る。例えば静止画、動きのあるグラフィック、プレゼンテーション、テキスト表示、ビデオまたは映画のような投影されるデータタイプに応じて、上記のスペックル低減の度合いをこのデータタイプに適合させることができる。

さらに本発明では、上記のレーザダイオードの放射輝度に応じて上記のスペックル抑圧を調整できるという利点がある。殊に全体輝度を小さい場合、投影される画像の輝度を低くし過ぎないようにするため上記のスペックル抑圧を低減することができる。

１つの実施形態によれば、上記の評価装置を設計して、上記のレーザダイオードにおけるスペックル抑圧の度合いについての目標値信号を受信し、この目標値信号に応じて上記の制御信号が形成されるようにする。これによって得られる利点は、スペックル低減の度合いの適応型の調整が可能になり、例えば適用に関連した調整または周囲の明るさのような外部パラメタに応じた調整が可能になることである。

別の１つの実施形態によれば、上記の駆動制御装置は、第２ドライバ装置を有することができ、この第２ドライバ装置は、上記のレーザダイオードによって投影すべき画像データを含む画像データ信号を受信し、この画像データ信号に応じて、上記のレーザダイオードを駆動制御するデータ制御信号を形成するように設計されている。

この場合に上記の評価回路は有利には、上記のレーザダイオードから放射される光の、高周波変調駆動制御信号によって発生する強度と、上記のデータ制御信号によって発生する強度との比を求めるため、上記の強度信号を評価するように設計される。これによって有利にも制御に画像データ変調深さを取り入れることができる。すなわち、上記の制御により、上記のレーザダイオードによって瞬時に投影される画像データが、上記のスペックル低減を適合化する際に考慮されるのである。

別の１つの実施形態によれば、上記のレーザプロジェクションシステムは、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、携帯電話、車両表示ユニットまたはビデオプロジェクタ内に含めることができる。これにより、スペックルの少ない、レーザダイオードによる画像データの投影に対して多様な適用の可能性が得られる。

本発明の別の特徴的構成および利点は、添付の図面に基づいて行われる以下の説明の記載されている。

ここで説明する実施形態および発展形態は、意味があるのであれば、互いに任意に組み合わせることができる。本発明の別の適当な実施形態、発展形態および実施には、上で説明したまたは以下で複数の実施例について説明しかつ明示的には挙げられていない本発明の特徴的構成の組み合わせも含まれる。

添付の図面は、本発明の実施形態をさらに理解するためのものである。これらの図面では複数の実施形態が説明されており、またこれらの図面は、上記の説明に関連して本発明の原理およびコンセプトの説明を説明するのに使用される。他の実施形態および上記の利点の多くは図面に関連して得られる。これらの図面の部材は、必ずしも互いに縮尺通りに示されていない。

１つの実施形態によるレーザプロジェクションシステムの概略図である。 別の１つの実施形態によるレーザプロジェクションシステムの概略図である。 別の１つの実施形態によるレーザダイオードにおけるスペックル低減方法の概略図である。

図１には、レーザプロジェクションシステム１００の概略図が示されている。レーザプロジェクションシステム１００には、駆動制御装置１とプロジェクション装置６とが含まれている。プロジェクション装置６は、例えばケーシングを有することができ、このケーシングには１つまたは複数のレーザダイオードが配置される。わかりやすくするため、図１では１つのレーザダイオードだけが示されている。しかしながらプロジェクション装置６に１つ以上のレーザダイオードを配置することも可能である。さらにプロジェクション装置６には明示的には示していないさらに別のコンポーネントを、例えば結像光学系、ミラー、絞り、モータおよびレーザダイオード７による画像データの投影を可能にするのに適した類似の装置のようなさらに別のコンポーネントを設けることができる。

プロジェクション装置６はさらに、フォトダイオード８またはモニタダイオードも有することができ、このダイオードによってレーザダイオード７から放出される光の強度７ａないしは輝度を時間分解的に検出することができる。このためにフォトダイオード８は、例えば、レーザダイオード７から放射される全レーザ光７ｂの一部を検出することができる。

駆動制御装置１は、評価回路２を有することでき、この評価回路は、フォトダイオード８から強度信号２ｂを受信するように設計されており、この強度信号は、レーザダイオード７から放射される光の瞬時の強度７ａがどの程度の大きさであるかを示す。さらに駆動制御装置１は、第１ドライバ装置３を有することができ、この第１ドライバ装置は、スペックルを抑圧するためにレーザダイオード７に供給することの可能な高周波変調駆動制御信号５ａを形成するように設計されている。高周波変調駆動制御信号５ａは、例えば、レーザダイオード７の相異なる発振モードが同時にまたは短いシーケンスで励起されて、放射される光により、相異なるスペックルパターンが形成されるように変調することができる。ここでこれらのスペックルパターンは、レーザダイオード７によって投影される画像データの観察者の位置において互いに少なくとも部分的に打ち消し合うにようにないしは消去される。これによってレーザダイオード７のスペックルを低減することができる。

駆動制御装置１はさらに第２ドライバ装置４を有することが可能であり、この第２ドライバ装置は、レーザダイオード７によって投影すべき画像データを含む画像データ信号４ａを受信し、この画像データ信号４ａに応じて、レーザダイオード７を駆動制御するためのデータ制御信号５ｂを形成するように設計されている。ここで画像データ信号４ａは、例えば、上記の投影すべきデータについての情報を有することができ、ここでこのデータは、例えば、静止画像信号、グラフィック信号、ビデオ信号、映画信号またはこれらに類似するものである。第２ドライバ装置４は、プロジェクション装置６において使用される投影技術にしたがってデータ制御信号５ｂを形成することができる。すなわち、例えば、レーザダイオード７から放射されるレーザビーム７ｂにより、プロジェクト面の行毎にラスタライズするための制御信号に画像データ信号４ａが変換されるのである。当然のことながら、第２ドライバ装置４によってデータ制御信号５ｂを形成する際には別の任意の投影技術も同様に考えられる。外部のプロセッサによって、例えば、レーザプロジェクションシステム１００を利用する電子応用装置のプロセッサによってデータ制御信号５ｂを形成することも可能である。

制御信号５ａおよび５ｂは、例えば制御装置５においてレーザダイオード７用の共通の１つの制御信号に合成することができる。

第１ドライバ装置３によって、また場合によっては第２ドライバ装置４によってレーザダイオード７を駆動制御することにより、レーザダイオード７から放射される光７ｂは、変調されない成分および変調された成分を有する。この変調された成分それ自体は、高周波変調された駆動制御信号５ａによって発生する第１の成分と、データ制御信号５ｂによって発生する第２成分とから合成することができる。したがってフォトダイオード８から出力される強度信号２ｂも同様に、レーザダイオード７から放射されるこの光の相応する強度変調を有する。したがって評価回路２において、上記の変調成分を得るために強度信号２ｂを評価することができる。ここでは、例えば変調された成分と、変調されない成分との比を、および／または、レーザダイオード７から放射される光の、高周波変調駆動制御信号５ａによって発生する強度と、上記のデータ制御信号５ｂによって発生する強度との比を求めることができる。これらの比により、個々に、または適当な組み合わせで、駆動制御信号５ａによるスペックル低減の度合いについての情報が得られる。評価回路２は、駆動制御信号５ａを制御するため、上記の度合いに応じて制御信号３ａを第１ドライバ装置２に出力することができる。

評価回路２は、例えば、レーザダイオード７におけるスペックル抑圧の度合いに対する目標値信号２ａを受信することができ、また目標値信号２ａに応じて制御信号３ａを形成することができる。目標値信号２ａは、例えば、レーザプロジェクションシステム１００のユーザによって調整可能な、スペックル低減の所望の度合いに対する量を有することが可能である。しかしながら、相異なるパラメタに応じて目標値信号２ａを自動的に調整することも可能である。例えば、目標値信号２ａは、投影される画像データのタイプに応じて調整可能である。例えば、例えばビデオゲームまたは映画のような動画の投影では、スペックル低減の上記の度合いを、静止画像またはプレゼンテーショングラフィックを投影する場合よりも小さい目標値に調整することができる。なぜならば、一般的に動画においてスペックルパターンは、あまり障害として知覚されないからである。目標値信号２ａを周囲の明るさに応じて調整することも可能である。例えば、周囲光が強い場合、レーザダイオード７によって画像データを投影する際に、より高い輝度が得られるようにするため、スペックル低減の度合いを下げることができる。

評価回路２は、ドライバ装置３内に構成することも可能である。評価回路２の機能を上位の制御部によって、例えば、レーザプロジェクションシステム１００を利用する電子応用装置のプロセッサまたは計算ユニットによって行うことも可能である。

図２には、レーザプロジェクションシステム１００の略図が示されており、このシステムは、駆動制御装置１が、レーザダイオード７およびフォトダイオード８と共に共通のケーシングに設けられていることだけが、図１に示したレーザプロジェクションシステム１００と異なっている。例えば、レーザダイオード７，フォトダイオード８ならびに駆動制御装置１は共に１つの半導体構造体に作製することができる。

レーザプロジェクションシステム１００は、例えば、電子装置内に、例えば、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、携帯電話、自動車表示ユニット（いわゆるHUD，Head-Up-Display）、ビデオプロジェクタまたはその他の応用装置などに利用可能である。

図３には、レーザダイオードにおいて、殊に図１および２に示したレーザプロジェクションシステム１００のレーザダイオード７において、スペックル低減するための方法１０が略示されている。方法１０には、第１のステップ１１として、高周波変調駆動制御信号５ａを形成するためのステップが含まれている。駆動制御信号５ａは、例えば、駆動制御信号５ａにより、レーザダイオード７が複数のモードで同時にまたは短いシーケンスで励起されるように形成することができる。第２のステップ１２では、高周波変調駆動制御信号５ａによってレーザダイオード７が作動される。ここで高周波変調駆動制御信号５ａは、レーザダイオード７から放射される光７ｂのスペックル低減に使用される。第３のステップ１３では、レーザダイオード７から放射される光の強度７ａが、例えば、レーザダイオード７と同じケーシング内に配置することが可能なフォトダイオード８において検出される。最後の第４のステップ１４において、レーザダイオード７のスペックル低減の度合いを調整するために高周波変調駆動制御信号５ａを制御することができる。これは、検出した強度７ａに応じて行うことができる。ここでこの制御は、高周波変調駆動制御信号５ａが制御されて上記のスペックル低減の度合いが目標値設定値に達するように行うことができる。この目標値設定値は、上で説明したように、例えば、ユーザが手動で調整するか、または例えばレーザダイオード７によって投影すべき画像データのタイプまたは周囲の輝度を考慮して自動で調整することができる。

本発明の開示
本発明の１つの様相では、レーザダイオード用駆動制御装置が提供される。ここでこのレーザダイオード用駆動制御装置は、高周波変調駆動制御信号を形成しかつスペックルを抑圧するためにこれをレーザダイオードに供給するように設計された第１ドライバ装置と、第１ドライバ装置に接続された評価回路とを有し、この評価回路は、レーザダイオードから放射される光の強度を表す強度信号を受信し、上記の高周波変調駆動制御信号を制御するため、上記の強度信号に応じて制御信号を第１ドライバ装置に出力するように設計されている。

Claims (8)

1. レーザダイオード（７）用の駆動制御装置（１）において、
   該駆動制御装置は、
   高周波変調駆動制御信号（５ａ）を形成しかつスペックルを抑圧するために当該高周波変調駆動制御信号を前記レーザダイオード（７）に供給するように設計された第１ドライバ装置（３）と、
   当該第１ドライバ装置（３）に接続された評価回路（２）を有しており、
   当該評価回路（２）は、前記レーザダイオード（７）から放射される光の強度（７ａ）を表す強度信号（２ｂ）および前記高周波変調駆動制御信号（５ａ）を制御するため、前記強度信号（２ｂ）に応じて制御信号（３ａ）を前記第１ドライバ装置（３）に出力するように設計されている、
   ことを特徴とする駆動制御装置（１）。
2. 請求項１に記載の駆動制御装置（１）において、
   前記評価回路（２）は、前記レーザダイオード（７）におけるスペックル抑圧の度合いについての目標値信号（２ａ）を受信し、当該目標値信号（２ａ）に応じて前記制御信号（３ａ）を形成するように設計されている、
   ことを特徴とする駆動制御装置（１）。
3. 請求項１または２に記載の駆動制御装置（１）において、
   さらに、前記レーザダイオード（７）によって投影すべき画像データを含む画像データ信号（４ａ）を受信し、当該画像データ信号（４ａ）に応じて、前記レーザダイオード（７）を駆動制御するためのデータ制御信号（５ｂ）を形成するように設計された第２ドライバ装置（４）を有する、
   ことを特徴とする駆動制御装置（１）。
4. 請求項３に記載の駆動制御装置（１）において、
   前記評価回路（２）は、前記レーザダイオード（７）から放射される光の、前記高周波変調駆動制御信号（５ａ）によって発生する強度と、前記データ制御信号（５ｂ）によって発生しかつ強度との比を求めるため、前記強度信号（２ｂ）を評価するように設計されている、
   ことを特徴とする駆動制御装置（１）。
5. レーザプロジェクションシステム（１００）において、
   該レーザプロジェクションシステム（１００）は、
   画像データを投影するためのレーザダイオード（７）と、
   前記レーザダイオード（７）から放射される光の強度（７ａ）を検出して強度信号（２ｂ）を出力するように設計されたフォトダイオード（８）と、
   前記レーザダイオード（７）を駆動制御するように設計された、請求項１から４までのいずれか１項に記載の駆動制御装置（１）とを有する、
   ことを特徴とするレーザプロジェクションシステム（１００）。
6. 請求項５に記載のレーザプロジェクションシステム（１００）を有することを特徴とする電子応用装置。
7. 請求項６に記載の電子応用装置において、
   該電子応用装置は、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、携帯電話、自動車表示ユニットおよびビデオプロジェクタからなるグループのうちの１つの装置である、
   ことを特徴とする電子応用装置。
8. レーザダイオード（７）におけるスペックル低減方法（１０）において、
   該方法は、
   高周波変調駆動制御信号（５ａ）を形成するステップ（１１）と、
   前記スペックル低減のために前記高周波変調駆動制御信号（５ａ）によって前記レーザダイオード（７）を作動させるステップ（１２）と、
   前記レーザダイオード（７）から放射される光の強度（７ａ）をフォトダイオード（８）において検出するステップ（１３）と、
   検出した前記強度（７ａ）に応じて、前記スペックル低減の前記度合いを調整するために前記高周波変調駆動制御信号（５ａ）を制御するステップ（１４）とを有する、
   ことを特徴とする方法。

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