JP5163370B2 - 光源装置及び画像表示装置並びに光量補正方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の形態は、光源装置であって、
光源素子を含む光源部と、
画素値に応じてPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号に応じて前記光源素子を駆動する駆動回路と、
前記光源部の光量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部で測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する光量補正部と、
を備え、
測定光量PをP=a×D+b(Dは階調値、a,bは係数)と表現するとともに、目標光量TをT=M×D(Mは定数)と表現したとき、
前記光量補正部は、
異なる階調値Dを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Tと前記測定光量Pとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数a,bを順次補正するとともに、
前記補正された係数a,bに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正するものであり、
前記光量補正部は、
前記駆動回路の電源電圧を調整するための第1の補正係数を前記係数aに応じて算出するとともに、前記画素値を補正するための第2の補正係数を前記係数bに応じて算出する補正係数算出部と、
前記第1の補正係数に応じて前記駆動回路の電源電圧を調整する電源電圧調整部と、
前記画素値を前記階調値Dとして受信し、前記第2の補正係数に応じて前記画素値を補正するとともに、補正後の画素値を前記PWM信号生成部に供給する画素値補正部と、
を備える。
この光源装置によれば、測定光量Pと目標光量Tとの間の誤差δを最小化するように係数a,bを順次補正し、補正された係数a,bに基づいて光量補正を行うので、光源特性の変化に応じた光量補正を行うことができ、また、駆動回路の電源電圧の調整と、画素値の補正とを利用して、目標光量を達成することが可能である。
本発明の第2の形態は、光源装置であって、
光源素子を含む光源部と、
画素値に応じてPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号に応じて前記光源素子を駆動する駆動回路と、
前記光源部の光量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部で測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する光量補正部と、
を備え、
測定光量PをP=a×D+b(Dは階調値、a,bは係数)と表現するとともに、目標光量TをT=M×D(Mは定数)と表現したとき、
前記光量補正部は、
異なる階調値Dを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Tと前記測定光量Pとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数a,bを順次補正するとともに、
前記補正された係数a,bに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正するものであり、
前記光源部は、前記画素値と前記光量との関係が非線形である非線形特性を有しており、
前記光量測定部は、
前記光源部から射出された光の光量を測定する光センサと、
前記光センサによって測定された光量に対して前記非線形特性を線形特性に変換する非線形変換を実行することによって換算光量を求め、前記換算光量を前記測定光量Pとして算出する換算光量算出部と、
を備える。
この光源装置によれば、測定光量Pと目標光量Tとの間の誤差δを最小化するように係数a,bを順次補正し、補正された係数a,bに基づいて光量補正を行うので、光源特性の変化に応じた光量補正を行うことができ、また、非線形特性を有する光源部を用いる場合にも、光源特性の変化に応じた光量補正を行うことが可能である。
光源装置であって、
光源素子を含む光源部と、
画素値に応じてPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号に応じて前記光源素子を駆動する駆動回路と、
前記光源部の光量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部で測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する光量補正部と、
を備え、
測定光量PをP=a×D+b(Dは階調値、a,bは係数)と表現するとともに、目標光量TをT=M×D(Mは定数)と表現したとき、
前記光量補正部は、
異なる階調値Dを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Tと前記測定光量Pとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数a,bを順次補正するとともに、
前記補正された係数a,bに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正する、光源装置。
この光源装置によれば、測定光量Pと目標光量Tとの間の誤差δを最小化するように係数a,bを順次補正し、補正された係数a,bに基づいて光量補正を行うので、光源特性の変化に応じた光量補正を行うことができる。
請求項1記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記誤差δと前記階調値Dとの積の累算値ΣδDを用いて前記係数aを順次補正するとともに、前記誤差δの累算値Σδを用いて前記係数bを順次補正する、光源装置。
請求項2記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記係数aの今回値akを、前記係数aの前回値ak-1から、前記誤差δと前記階調値Dとの積の累算値ΣδDに比例した値を減算することによって求めるとともに、
前記係数bの今回値bkを、前記係数bの前回値bk-1から、前記誤差δの累算値Σδに比例した値を減算することによって求める、光源装置。
この光源装置によれば、1回の光量測定毎に、係数a,bを順次算出してゆくことが可能である。
請求項1ないし3のいずれかに記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記画素値を補正するための第1と第2の補正係数を前記係数a,bに応じて算出する補正係数算出部と、
前記画素値を前記階調値Dとして受信し、前記第1と第2の補正係数に応じて前記画素値を補正するとともに、補正後の画素値を前記PWM信号生成部に供給する画素値補正部と、
を備える光源装置。
この光源装置によれば、画素値を補正することによって、目標光量を達成することが可能である。
請求項1ないし3のいずれかに記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記駆動回路の電源電圧を調整するための第1の補正係数を前記係数aに応じて算出するとともに、前記画素値を補正するための第2の補正係数を前記係数bに応じて算出する補正係数算出部と、
前記第1の補正係数に応じて前記駆動回路の電源電圧を調整する電源電圧調整部と、
前記画素値を前記階調値Dとして受信し、前記第2の補正係数に応じて前記画素値を補正するとともに、補正後の画素値を前記PWM信号生成部に供給する画素値補正部と、
を備える光源装置。
この光源装置によれば、駆動回路の電源電圧の調整と、画素値の補正とを利用して、目標光量を達成することが可能である。
請求項1ないし3のいずれかに記載の光源装置であって、
前記駆動回路は、
第1の電流を前記光源素子に常時流す第1の定電流回路と、
前記第1の電流に加えて、第2の電流を前記光源素子に流すための第2の定電流回路と、
前記PWM信号に応じて、前記第2の電流の前記光源素子への流れをオン/オフ制御するスイッチング回路と、
を備え、
前記光量補正部は、
前記階調値として前記第2の電流の値を示す信号値を使用し、
前記係数bに応じて前記第1の定電流回路の前記第1の電流の値を調整するとともに、前記係数aに応じて前記第2の定電流回路の前記第2の電流の値を調整する、光源装置。
この光源装置によれば、第1と第2の定電流回路の電流値を調整することによって、目標光量を達成することが可能である。
請求項6記載の光源装置であって、
前記補正部は、前記第1の電流が前記光源素子の閾値電流に等しくなるように前記第1の電流の値の調整を実行する、光源装置。
この光源装置によれば、第2の電流のオン/オフ制御に応じて発光の開始と停止を素早く切り換えることが可能である。
請求項1ないし7のいずれかに記載の光源装置であって、
前記光源部は、前記画素値と前記光量との関係が非線形である非線形特性を有しており、
前記光量測定部は、
前記光源部から射出された光の光量を測定する光センサと、
前記光センサによって計測された光量に対して前記非線形特性を線形特性に変換する非線形変換を実行することによって換算光量を求め、前記換算光量を前記測定光量Pとして算出する換算光量算出部と、
を備える光源装置。
この光源装置によれば、非線形特性を有する光源部を用いる場合にも、光源特性の変化に応じた光量補正を行うことが可能である。
A.第1実施形態(画素値の補正による光量補正):
B.第2実施形態(画素値と駆動回路の電源電圧値の補正による光量補正):
C.第3実施形態(駆動回路のバイアス電流値と信号電流値の補正による光量補正):
D.第4実施形態(波長変換素子を有する光源を用いた場合の光量補正):
E.変形例:
図1は、本発明の第1実施形態に係る画像表示装置の構成ブロック図である。この画像表示装置は、スクリーン(被投射面)200上にレーザ光を走査して画像を表示するレーザスキャンディスプレイである。この画像表示装置は、映像信号処理回路1010と、RGB3色分の光源装置1100R,1100G,1100Bと、光線合成光学系1040と、レーザ光走査部1050と、走査駆動部1060と、タイミング信号発生回路1070と、画素同期クロック発生回路1080とを備えている。赤色光の光源装置1100Rは、PWM信号発生回路1500と、レーザドライバ1020と、赤色発光用のレーザ素子1030と、ハーフミラー1035と、光電変換素子1090と、I/V変換器1091と、A/D変換器1092と、光量補正回路1200とを有している。他の色光の光源装置1100G,1100Bの構成は、レーザ素子以外は赤色光の光源装置1100Rの構成と同じである。
図11は、第2実施形態におけるPWM信号発生回路とレーザドライバと光量補正回路の内部構成を示す説明図であり、第1実施形態の図3に対応する図である。第2実施形態では、光量補正回路1200aが、画素値Dを補正するとともに、レーザドライバ1020の電源電圧Vlaserを補正することによって、光量補正を実現している。補正係数算出回路1220aは、画素値用の補正係数Dbと、電源電圧用の補正係数Dvlaserとを算出する。なお、後者を「電源電圧指令値Dvlaser」とも呼ぶ。画素値補正回路1210aは、画素値用の補正係数Dbに応じて画素値Dを次式に従って補正する。
図15は、第3実施形態で使用するレーザドライバ1020bの回路構成を示す図である。レーザドライバ1020bは、2つの定電流回路1610、1620と、スイッチング回路1630とを有している。第1の定電流回路1610は、オペアンプ1612と、電流発生用のトランジスタ1614と、抵抗1616で構成されている。第2の定電流回路1620も、同様に、オペアンプ1622と、電流発生用のトランジスタ1624と、抵抗1626で構成されている。第1の定電流回路1610は、レーザ素子1030に一定のバイアス電流Ibiasを常時流すための回路である。第2の定電流回路1620は、PWM信号SpwmがHレベルの期間に、一定の信号電流Isigを加えるための回路である。なお、信号電流Isigを「発光電流Isig」とも呼ぶ。
図20は、Ibias<Ithの場合の発光の様子を示すタイミングチャートである。このとき、レーザ発光は、信号電流Isigの立ち上がりよりも少し遅れて立ち上がる。この遅れ時間をtdとする。この発光波形を矩形で近似すると、上記(3.6)式は以下のように変形できる。
図22は、Ibias>Ithの場合の発光の様子を示すタイミングチャートである。この場合には、PWM信号SpwmがLレベルの期間においても、バイアス電流と閾値電流の差分(Ibias−Ith)に応じた光量でレーザが発光している。パルス幅Pwm_Widthでの発光波形を矩形で近似すると、上記(3.6)式は以下のように変形できる。
図25は、本発明の第4実施形態としての画像表示装置の構成ブロック図である。この画像表示装置は、光源装置1100R,1100G.1100Bの内部構成が図1の装置と以下の点で異なるだけであり、他の構成は第1実施形態と同じである。すなわち、図25の装置では、I/V変換器1091とA/D変換器1092の間に特性補正回路1099が追加されている。以下に説明するように、第4実施形態の回路構成は、レーザドライバ1020とレーザ素子1030とで構成される光源部が非線形特性を有する場合に採用しうる構成である。
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、スクリーン200上にレーザ光を走査して画像を表示するレーザスキャンディスプレイを例示して説明したが、本発明は、LED(Light Emitting Diode)などの他の光源部から発生する光を走査することで画像を表示する画像表示装置にも適用することができる。また、上記実施形態では、3色のレーザ光源に対し一つのスキャナ(レーザ光走査部1050)を用いるレーザスキャンディスプレイを例示して説明したが、各色ごとにスキャナを設ける構成にしても良い。
上記実施形態では、光量測定部(ハーフミラー1035、光電変換素子1090、I/V変換器1091、及び、A/D変換器1092)と、光量補正部(光量補正回路1200)とを各色光毎に設けていたが、この代わりに、光量測定部と光量補正部の組を光線合成部1040の後方側に1組だけ設けるようにしてもよい。この場合には、光量測定部と光量補正部を時分割で動作させて、各色光に関する補正を実行することが可能である。
1010…映像信号処理回路
1020…レーザドライバ
1022…抵抗
1024…駆動トランジスタ
1030…レーザ素子
1035…ハーフミラー
1040…光線合成光学系
1050…レーザ光走査部
1060…走査駆動部
1070…タイミング信号発生回路
1070a…光センサ
1080…画素同期クロック発生回路
1090…光電変換素子
1091…I/V変換器
1092…A/D変換器
1099…特性補正回路(非線形変換回路)
1100R,1100G,1100B…光源装置
1120…電源制御回路
1200…光量補正回路
1210…画素値補正回路
1220…補正係数算出回路
1230…疑似画素値適用回路
1232…疑似画素値発生回路
1234…乗算回路
1236…乗算回路
1238…選択回路
1400…制御対象
1401〜1409…演算ブロック
1427,1428…フリップフロップ
1500…PWM信号発生回路
1510…タイミング信号生成回路
1520…三角波信号生成回路
1521…オペアンプ
1522…スイッチングトランジスタ
1523…積分容量
1530…コンパレータ
1540…電圧生成回路
1610…第1の定電流回路
1612…オペアンプ
1614…トランジスタ
1616…抵抗
1620…第2の定電流回路
1622…オペアンプ
1624…トランジスタ
1626…抵抗
1630…スイッチング回路
1632,1634…スイッチングトランジスタ
1636…インバータ
1638…抵抗
1700R…光源装置
1710…調整用固定画素値レジスタ
1720…選択回路
1770,1780…D/A変換回路
Claims (9)
- 光源装置であって、
光源素子を含む光源部と、
画素値に応じてPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号に応じて前記光源素子を駆動する駆動回路と、
前記光源部の光量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部で測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する光量補正部と、
を備え、
測定光量PをP=a×D+b(Dは階調値、a,bは係数)と表現するとともに、目標光量TをT=M×D(Mは定数)と表現したとき、
前記光量補正部は、
異なる階調値Dを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Tと前記測定光量Pとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数a,bを順次補正するとともに、
前記補正された係数a,bに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正するものであり、
前記光量補正部は、
前記駆動回路の電源電圧を調整するための第1の補正係数を前記係数aに応じて算出するとともに、前記画素値を補正するための第2の補正係数を前記係数bに応じて算出する補正係数算出部と、
前記第1の補正係数に応じて前記駆動回路の電源電圧を調整する電源電圧調整部と、
前記画素値を前記階調値Dとして受信し、前記第2の補正係数に応じて前記画素値を補正するとともに、補正後の画素値を前記PWM信号生成部に供給する画素値補正部と、
を備える、光源装置。 - 請求項1記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記誤差δと前記階調値Dとの積の累算値ΣδDを用いて前記係数aを順次補正するとともに、前記誤差δの累算値Σδを用いて前記係数bを順次補正する、光源装置。 - 請求項2記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記係数aの今回値akを、前記係数aの前回値ak-1から、前記誤差δと前記階調値Dとの積の累算値ΣδDに比例した値を減算することによって求めるとともに、
前記係数bの今回値bkを、前記係数bの前回値bk-1から、前記誤差δの累算値Σδに比例した値を減算することによって求める、光源装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の光源装置であって、
前記駆動回路は、
第1の電流を前記光源素子に常時流す第1の定電流回路と、
前記第1の電流に加えて、第2の電流を前記光源素子に流すための第2の定電流回路と、
前記PWM信号に応じて、前記第2の電流の前記光源素子への流れをオン/オフ制御するスイッチング回路と、
を備え、
前記光量補正部は、
前記階調値として前記第2の電流の値を示す信号値を使用し、
前記係数bに応じて前記第1の定電流回路の前記第1の電流の値を調整するとともに、前記係数aに応じて前記第2の定電流回路の前記第2の電流の値を調整する、光源装置。 - 請求項4記載の光源装置であって、
前記補正部は、前記第1の電流が前記光源素子の閾値電流に等しくなるように前記第1の電流の値の調整を実行する、光源装置。 - 光源装置であって、
光源素子を含む光源部と、
画素値に応じてPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号に応じて前記光源素子を駆動する駆動回路と、
前記光源部の光量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部で測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する光量補正部と、
を備え、
測定光量PをP=a×D+b(Dは階調値、a,bは係数)と表現するとともに、目標光量TをT=M×D(Mは定数)と表現したとき、
前記光量補正部は、
異なる階調値Dを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Tと前記測定光量Pとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数a,bを順次補正するとともに、
前記補正された係数a,bに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正するものであり、
前記光源部は、前記画素値と前記光量との関係が非線形である非線形特性を有しており、
前記光量測定部は、
前記光源部から射出された光の光量を測定する光センサと、
前記光センサによって測定された光量に対して前記非線形特性を線形特性に変換する非線形変換を実行することによって換算光量を求め、前記換算光量を前記測定光量Pとして算出する換算光量算出部と、
を備える光源装置。 - 被投射面上に光を走査して画像を表示する画像表示装置であって、
請求項1〜6のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置から発生する光を前記被投射面上に走査する走査部と、
外部から供給される映像信号を基に、前記画素値を生成すると共に、前記被投射面上における前記光の照射位置に応じた前記画素値を前記PWM信号生成部に出力する映像信号処理部と、
を備える画像表示装置。 - 画素値に応じて生成されるPWM信号に基づいて光源素子を駆動する駆動回路を備える光源装置に用いられる光量補正方法であって、
(a)前記光源素子を含む光源部の光量を測定する工程と、
(b)測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する工程と、
を備え、
測定光量PをP=a×D+b(Dは階調値、a,bは係数)と表現するとともに、目標光量TをT=M×D(Mは定数)と表現したとき、
前記工程(b)は、
(i)異なる階調値Dを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Tと前記測定光量Pとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数a,bを順次補正する工程と、
(ii)前記補正された係数a,bに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正する工程と、
を含み、
前記工程(i)は、
前記駆動回路の電源電圧を調整するための第1の補正係数を前記係数aに応じて算出するとともに、前記画素値を補正するための第2の補正係数を前記係数bに応じて算出する工程を含み、
前記工程(ii)は、
前記第1の補正係数に応じて前記駆動回路の電源電圧を調整する工程と、
前記画素値を前記階調値Dとして受信し、前記第2の補正係数に応じて前記画素値を補正する工程と、
含む、光量補正方法。 - 画素値に応じて生成されるPWM信号に基づいて光源素子を駆動する駆動回路を備える光源装置に用いられる光量補正方法であって、
(a)前記光源素子を含む光源部の光量を測定する工程と、
(b)測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する工程と、
を備え、
測定光量PをP=a×D+b(Dは階調値、a,bは係数)と表現するとともに、目標光量TをT=M×D(Mは定数)と表現したとき、
前記工程(b)は、
(i)異なる階調値Dを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Tと前記測定光量Pとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数a,bを順次補正する工程と、
(ii)前記補正された係数a,bに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正する工程と、
を含み、
前記光源部は、前記画素値と前記光量との関係が非線形である非線形特性を有しており、
前記工程(a)は、
前記光源部から射出された光の光量を測定する工程と、
前記測定された光量に対して前記非線形特性を線形特性に変換する非線形変換を実行することによって換算光量を求め、前記換算光量を前記測定光量Pとして算出する工程と、
を含む、光量補正方法。
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