JP5175287B2 - レーザ光源の光出力制御装置 - Google Patents

Description

本願は、日本国に２００７年７月１８日に出願した特願２００７−１８６９２１号の日本特許出願を優先権主張の基礎とするものであり、この日本特許出願の内容は本願明細書の一部をなすものとしてここに挙げておく。

本発明は、ディスプレイのバックライトに用いるレーザ光源の光出力制御装置に関する。

ディスプレイのバックライトに用いるレーザ光源装置は、正確な色再現のためにＲＧＢ各々の光出力の大きさが規定の値になっていることが要求される。通常動作時はレーザ光源の光出力を検出して駆動手段にフィードバックして、規定の光出力に制御している。これは一般的にＡＰＣ制御と呼ばれている。

図６は、従来の光出力制御装置の構成を示すブロック図である。この光出力制御装置は、ＲＧＢ各色について、光出力制御手段２１、２２、２３と、各色の光を出力する半導体レーザ４１、４２、４３と、光出力検出手段３１、３２、３３とを備える。従来の光制御装置では、各色毎にＡＰＣ制御を行っており、それぞれの色について、光出力検出手段３１、３２、３３で検出した半導体レーザ４１、４２、４３の光出力が光出力目標値に対して一致するように、光出力制御手段２１、２２、２３によって半導体レーザ４１、４２、４３の光出力を制御する。ＲＧＢの各色について同じ構成であり、ディスプレイ・バックライトとして必要な輝度を得るためのＲＧＢ各々の光出力目標値に対して各半導体レーザの光出力が一致するように独立に制御される。

しかしながら、半導体レーザは温度によってその光出力が変化するという特性がある。特に、起動時には最適な温度になっていない可能性が高く、温度制御を行う場合にも温度が整定するまでに時間がかかる上、ＲＧＢ各々の半導体レーザの温度の整定時間に差が出る可能性がある。この場合、半導体レーザの光出力は安定せず、ＡＰＣ制御をかけても想定した応答で立ち上がらないため、ＲＧＢの光出力の立ち上がりが揃わず、予定とは異なる色の光となる可能性があり、ディスプレイ・バックライトとしては好ましくない。

特に、Ｇ（緑）光源に半導体レーザと非線形結晶による波長変換素子を用いた場合、波長変換素子は規定の温度まで加熱する必要がある。このため、Ｇ光源の温度が整定して光出力が安定するまでに時間を要し、Ｒ光源及びＢ光源との立ち上がりの差は顕著になる可能性がある。

本発明の目的は、ＲＧＢ各光源の光出力の立ち上がりを揃えて色のバランスが崩れるのを防ぐことができる光出力制御装置を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明のレーザ光源の光出力制御装置は、ＲＧＢの各色のレーザ光源の光出力を制御する光出力制御装置であって、
ＲＧＢ各々について、
（ａ）ＲＧＢ各色の光を出力する半導体レーザと、
（ｂ）前記半導体レーザの光出力を検出する光出力検出手段と、
（ｃ）光出力目標値を更新する光出力調整手段と、
（ｄ）更新された前記光出力目標値に基づいて前記半導体レーザを制御する光出力制御手段と、
（ｅ）前記光出力検出手段の出力を前記光出力調整手段の出力で除算して前記半導体レーザの光出力の立ち上りの割合を求める除算手段と、
を３組備え、さらに、
ＲＧＢ各々の前記各除算手段の検出結果に基づいて、ＲＧＢ各色の前記各半導体レーザのうち、立ち上がりの最も遅い半導体レーザの立ち上がりを判定して、ＲＧＢ各々の前記各半導体レーザの光出力調整値を出力する立ち上がり判定手段と、
を備え、
ＲＧＢ各々の前記光出力調整手段は、前記立ち上がり判定手段から出力されたＲＧＢ各々の前記光出力調整値に基づいて、前記光出力目標値を更新し、
ＲＧＢ各々の前記光出力制御手段によって、更新された前記光出力目標値に基づいて、前記半導体レーザを、光出力の立ち上がり時間が最も遅い半導体レーザに合わせるように動作させ、起動時のＲＧＢの色バランスを保持することを特徴とする。

また、前記立ち上がり判定手段は、
ＲＧＢ各々の前記光出力検出手段の出力を前記光出力調整手段の出力で除算して求めた立ち上がりの割合の大小を比較することで、ＲＧＢ各々の前記半導体レーザの光出力の立ち上りの速さを判定してもよい。

さらに、前記立ち上り判定手段は、
ＲＧＢ各々の前記光出力検出手段の出力を光出力調整手段の出力で除算して求めた立ち上がりの割合に基づいて、ＲＧＢ各々の光出力目標値を調整する光出力調整値として、
（ｉ）ＲＧＢのうち立ち上がりが最も遅い光出力について、「１」を出力し、
（ｉｉ）その他の各光出力について、立ち上がりが最も遅い光出力の立ち上りの割合を前記各光出力の立ち上がりの割合で除算した値を出力する、
こととしてもよい。

またさらに、前記立ち上り判定手段は、
起動後一定時間までは前記の所定動作を行って光出力調整値を出力し、
起動後一定時間経過後は、ＲＧＢ全ての光出力について固定値「１」を光出力調整値として出力して、立ち上り調整動作を行わないこととしてもよい。

また、ＲＧＢ各々の前記光出力調整手段は、
光出力目標値に、前記立ち上がり判定手段から出力された前記光出力調整値を乗算して新たな光出力目標値に更新してもよい。

本発明のレーザ光源の光出力制御装置によれば、ディスプレイ起動後、レーザ光源の光出力が安定するまでの一定時間、ＲＧＢ各々の光出力の立ち上がりを判定し、最も遅い光源の立ち上がりに他の光源の立ち上がりを追従させるように制御することでＲＧＢ各々の立ち上がりを揃えて色のバランスが崩れるのを防ぐことが出来る。

本発明の実施の形態１に係る光出力制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の立ち上がり判定手段の詳細な構成を示すブロック図である。 図１の光出力調整手段のそれぞれの内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における更新前の光出力目標値と光出力の立ち上がりとの関係を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における更新後の光出力目標値と光出力の立ち上がりとの関係を示す概略図である。 従来の光出力制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ光源の光出力制御装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１、図２及び図３を用いて、本発明の実施の形態１に係るレーザ光源の光出力制御装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ光源の光出力制御装置の構成を示すブロック図である。この光出力制御装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色について、それぞれ、光出力調整手段１１、１２、１３と、光出力制御手段２１、２２、２３と、ＲＧＢ各色の光を出力する半導体レーザ４１、４２、４３と、除算手段５１、５２、５３と、光出力検出手段３１、３２、３３とを３組備える。また、この光出力制御装置は、立ち上がり判定手段６を備える。光出力調整手段１１、１２、１３は、ＲＧＢ各々の光出力目標値を更新する。光出力制御手段２１、２２、２３は、更新された光出力目標値に基づいて半導体レーザ４１、４２、４３の光出力を制御する。光出力検出手段３１、３２、３３は、各色の半導体レーザ４１、４２、４３の光出力を検出する。除算手段５１、５２、５３は、光出力検出手段３１、３２、３３で検出した光出力を光出力調整手段１１、１２、１３からの出力で除算して、立ち上り判定手段６でＲＧＢ各々の光出力の立ち上がりの速さを判定する。

光出力検出手段３１、３２、３３の出力は、除算手段５１、５２、５３に入り、ここで光出力調整手段１１、１２、１３の出力を光出力検出手段３１、３２、３３の出力で除算する。これにより、光出力調整手段１１、１２、１３の出力の大きさを１としたときの光出力検出手段３１、３２、３３の立ち上りの割合を求めることができる。この除算手段５１、５２、５３の出力は１以下の値となる。ＲＧＢのこの値を各々α、β、γとする。これらの値が立ち上り判定手段６に入り、立ち上がりの最も遅い光源を判定して他の光源の立ち上がりを調整する光出力調整値Ｘ、Ｙ、Ｚを出力する。光出力調整値Ｘ、Ｙ、Ｚは各々の光出力調整手段１１、１２、１３に入って各々の光出力目標値を更新する。更新された光出力目標値に基づいて、各々光出力制御手段２１、２２、２３において半導体レーザ４１、４２、４３を目標の光出力になるように制御する。光出力の目標値調整は、ディスプレイ起動後一定時間のみＯＮとなる起動信号により、起動後一定時間のみ調整動作が行われる。

図２は、立ち上がり判定手段６の内部構成を示すブロック図である。この立ち上がり判定手段６は、最遅信号選択手段６０と、除算手段６１、６２、６３と、切り替え手段６４、６５、６６、６７、６８、６９とを備える。この立ち上がり判定手段６では、ＲＧＢの各色の半導体レーザ４１、４２、４３の立ち上がりを示す立ち上り信号α、β、γの各信号が最遅信号選択手段６０に入り、最遅信号選択手段６０においてα、β、γの各信号のうちで最も値の小さいものを選択して出力する。これにより、ＲＧＢ各光出力のうちで立ち上がりの最も遅いものを選択し出力することができる。
（ａ）最遅信号選択手段６０で選択し、出力されたものがαであった場合、除算手段６１では「１」を出力する。最遅信号選択手段６０の出力がα以外の場合、除算手段６１では、最遅信号選択手段６０の出力をαで除算した結果を出力する。さらに切り替え手段６４からそのまま出力する。
（ｂ）同様に、最遅信号選択手段６０で選択し、出力されたものがβであった場合、除算手段６２では「１」を出力する。最遅信号選択手段６０の出力がβ以外の場合、除算手段６２では、最遅信号選択手段６０の出力をβで除算した結果を出力する。さらに切り替え手段６５からそのまま出力する。
（ｃ）同様に、最遅信号選択手段６０で選択し、出力されたものがγであった場合、除算手段６３では「１」を出力する。最遅信号選択手段６０の出力がγ以外の場合、除算手段６３では、最遅信号選択手段６０の出力をγで除算した結果を出力する。さらに切り替え手段６６からそのまま出力する。

更に、ディスプレイの起動信号をトリガとして起動後一定時間のみＯＮになる起動信号を切り替え手段６７、６８、６９に入力する。
（ｄ）切り替え手段６７で、起動信号がＯＮの時は切り替え手段６４の出力を出力し、起動信号がＯＦＦの場合は「１」を出力する。
（ｅ）同様に、切り替え手段６８で、起動信号がＯＮの時は切り替え手段６５の出力を出力し、起動信号がＯＦＦの場合は「１」を出力する。
（ｆ）同様に、切り替え手段６９で、起動信号がＯＮの時は切り替え手段６６の出力を出力し、起動信号がＯＦＦの場合は「１」を出力する。
切り替え手段６４、６５、６６の出力を各々立ち上がり判定手段の光出力調整値Ｘ、Ｙ、Ｚとする。

図３は、光出力調整手段１１、１２、１３のそれぞれの内部構成を示すブロック図である。ＲＧＢ各々の光出力調整手段１１、１２、１３は、立ち上り判定手段６から出力される光出力調整値Ｘ、Ｙ、ＺをＲＧＢ各々の光出力目標値に乗算して新−光出力目標値を生成する乗算手段をＲＧＢ各々独立に備える。
（ａ）Ｒ光出力用について説明する。立ち上り判定手段６の光出力調整値Ｘを乗算手段１１１でＲ−光出力目標値に乗算して、新Ｒ−光出力目標値に更新する。これが光出力制御手段２１に入る。
（ｂ）Ｇ光出力用についても同様で、立ち上り判定手段６の光出力調整値Ｙを乗算手段１２１でＧ−光出力目標値に乗算して、新Ｇ−光出力目標値に更新する。これが光出力制御手段２２に入る。
（ｃ）Ｂ光出力用についても同様で、立ち上り判定手段６の光出力調整値Ｚを乗算手段１３１でＢ−光出力目標値に乗算して、新Ｂ−光出力目標値に更新する。これが光出力制御手段２３に入る。
以上のように、光出力調整手段１１、１２、１３によって、光出力調整値Ｘ、Ｙ、Ｚを用いてＲＧＢ各光出力について更新した新たな光出力目標値が得られる。
そこで、次の制御動作の際にＲＧＢ各光出力について更新された新たな光出力目標値を用いることによって、ＲＧＢ各光出力の立ち上がりをそろえることができ、各光出力のバランスを保つことができる。

次に、図２、図４、図５を用いて、具体的な動作を説明する。図４は、ＲＧＢの各々の更新前の光出力目標値と光出力の立ち上がりとの関係を示す概略図である。図５は、図４でのＲＧＢ各光出力の光出力目標値と光出力の立ち上がりとの関係から、更新した新たな光出力目標値と光出力の立ち上がりとの関係を示す概略図である。図４では、光出力目標値はステップ（矩形）状に立ち上げるものとする。この場合、Ｒ、Ｂに比べてＧの立ち上がりが遅いものとする。図４において、時間ｔのポイントで観測したときの各々の立ち上がりは、図４に示す通りａ、ｂ、ｃである。この場合、０≦ａ、ｂ、ｃ≦１であり、これらは、それぞれ先の立ち上り信号α、β、γに対応するので、α＝ａ、β＝ｂ、γ＝ｃとなる。図４の場合には、最も小さいのはｂであるので最遅信号選択手段６０の出力はｂとなる。

まず、図２の立ち上がり判定手段６の詳細な動作について、図４の更新前の光出力目標値と光出力の立ち上がりとの関係を参照しながら説明する。
（ａ）切り替え手段６４は、ａが最も小さい場合、Ｒ光出力自体が最も立ち上がりが遅いことを意味するので、Ｒ光出力の立ち上がりを調整する必要がなく「１」を選択する。一方、それ以外の場合には、除算手段６１で最遅信号選択手段６０の出力をａで除算した結果を出力する。つまり、図４の場合ではｂが最も小さいので、切り替え手段６４の出力はｂ÷ａ（ｂ／ａと記す）となる。
（ｂ）同様に、切り替え手段６５は、ｂが最も小さい場合、Ｇ光出力自体が最も立ち上がりが遅いことを意味するので、Ｇ光出力の立ち上がりを調整する必要がなく「１」を選択する。一方、それ以外の場合には、除算手段６２で最遅信号選択手段６０の出力をｂで除算した結果を出力する。つまり、図４の場合ではｂが最も小さいので、切り替え手段６５の出力は「１」となる。
（ｃ）同様に、切り替え手段６６は、ｃが最も小さい場合、Ｂ光出力自体が最も立ち上がりが遅いことを意味するので、Ｂ光出力の立ち上がりを調整する必要がなく「１」を選択する。一方、それ以外の場合には、除算手段６３で最遅信号選択手段６０の出力をｃで除算した結果を出力する。つまり、図４の場合ではｂが最も小さいので、切り替え手段６６の出力はｂ÷ｃ（ｂ／ｃと記す）となる。

さらに、ディスプレイの起動信号をトリガとして起動後一定時間のみＯＮになる起動信号を切り替え手段６７、６８、６９に入力する。
（ｄ）切り替え手段６７は、起動信号がＯＮの間は、切り替え手段６４の出力を選択し、そうでなければ調整を止めるために「１」を選択する。つまり、図４の場合では起動信号がＯＮの期間はｂ／ａを出力し、そうでない期間は「１」を出力する。これが光出力調整値Ｘとなる。
（ｅ）同様に、切り替え手段６８は、起動信号がＯＮの間は、切り替え手段６５の出力を選択し、そうでなければ調整を止めるために「１」を選択する。つまり、図４の場合では起動信号がＯＮの期間は「１」を出力し、そうでない期間も「１」を出力する。これが光出力調整値Ｙとなる。
（ｆ）同様に、切り替え手段６９は、起動信号がＯＮの間は、切り替え手段６６の出力を選択し、そうでなければ調整を止めるために「１」を選択する。つまり、図４の場合では起動信号がＯＮの期間はｂ／ｃを出力し、そうでない期間は「１」を出力する。これが光出力調整値Ｚとなる。
以上のようにして、次の立ち上がりに用いる新たな光出力目標値の算出用の光出力調整値Ｘ、Ｙ，Ｚが得られる。

図５は、ＲＧＢ各光出力の次の立ち上がりにおいて、前回得られた光出力調整値を用いて更新した新たな光出力目標値と、それによって得られるＲＧＢ各光出力の立ち上がりの関係を示す概略図である。
（１）Ｒ光出力について、光出力調整値Ｘはｂ／ａであるので、乗算手段１１１でＲ−光出力目標値にｂ／ａを乗算してＲ−光出力目標値の立ち上りを遅らせ、更新した光出力目標値を得る。具体的には、Ｒ−光出力目標値を矩形状ではなく、徐々に立ち上がる形態として与えるものとする。この場合、時間ｔのタイミングで元の光出力目標値に対してｂ／ａを乗算した光出力目標値となるようにする。
（２）Ｇ光出力について、光出力調整値Ｙは「１」であるので、乗算手段１１１でＧ−光出力目標値に「１」を乗算して光出力目標値を更新する。この場合には、更新後の光出力目標値は更新前と変わらずそのままである。この場合、Ｇ光源が最も立ち上がりが遅いので、Ｇ−光出力目標値はもとと同様に矩形状とする。
（３）Ｂ光出力について、光出力調整値Ｚはｂ／ｃであるので、乗算手段１１１でＢ−光出力目標値にｂ／ｃを乗算してＢ−光出力目標値の立ち上りを遅らせ、更新した光出力目標値を得る。具体的には、Ｂ−光出力目標値を矩形状ではなく、徐々に立ち上がる形態として与えるものとする。この場合、時間ｔのタイミングで元の光出力目標値に対してｂ／ｃを乗算した光出力目標値とする。
このように最も遅いＧ−半導体レーザ４２の立ち上がりに合わせてＲ−半導体レーザ４１とＢ−半導体レーザ４３の光出力目標値の立ち上がりを遅らせる。このように、時間ｔのタイミングでＲＧＢ各光出力の比率をいずれもｂに合わせることができるので、ＲＧＢの立ち上がりを揃えることができる。これによって、ＲＧＢ各色のバランスを保つことができる。

本発明に係る光出力制御装置は、ディスプレイ・バックライトの光源として用いるＲＧＢのレーザ光源の光出力を制御する制御装置として有用である。この光出力制御装置では、起動時のＲＧＢの光出力の立ち上がりに差がある場合、最も立ち上がりの遅い光源に他の光源の立ち上がりを合わせることができるので、ＲＧＢ各色の半導体レーザの立ち上がりを揃えて色のバランスが崩れるのを防ぐことができる。

上述の通り、本発明は好ましい実施の形態により詳細に説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。

Claims (5)

1. ＲＧＢの各色のレーザ光源の光出力を制御する光出力制御装置であって、
   ＲＧＢ各々について、
   （ａ）ＲＧＢ各色の光を出力する半導体レーザと、
   （ｂ）前記半導体レーザの光出力を検出する光出力検出手段と、
   （ｃ）光出力目標値を更新する光出力調整手段と、
   （ｄ）更新された前記光出力目標値に基づいて前記半導体レーザを制御する光出力制御手段と、
   （ｅ）前記光出力検出手段の出力を前記光出力調整手段の出力で除算して前記半導体レーザの光出力の立ち上りの割合を求める除算手段と、
   を３組備え、さらに、
   ＲＧＢ各々の前記各除算手段の検出結果に基づいて、ＲＧＢ各色の前記各半導体レーザのうち、立ち上がりの最も遅い半導体レーザの立ち上がりを判定して、ＲＧＢ各々の前記各半導体レーザの光出力調整値を出力する立ち上がり判定手段と、
   を備え、
   ＲＧＢ各々の前記光出力調整手段は、前記立ち上がり判定手段から出力されたＲＧＢ各々の前記光出力調整値に基づいて、前記光出力目標値を更新し、
   ＲＧＢ各々の前記光出力制御手段によって、更新された前記光出力目標値に基づいて、前記半導体レーザを、光出力の立ち上がり時間が最も遅い半導体レーザに合わせるように動作させ、起動時のＲＧＢの色バランスを保持することを特徴とするレーザ光源の光出力制御装置。
2. 前記立ち上がり判定手段は、
   ＲＧＢ各々の前記光出力検出手段の出力を前記光出力調整手段の出力で除算して求めた立ち上がりの割合の大小を比較することで、ＲＧＢ各々の前記半導体レーザの光出力の立ち上りの速さを判定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源の光出力制御装置。
3. 前記立ち上り判定手段は、
   ＲＧＢ各々の前記光出力検出手段の出力を光出力調整手段の出力で除算して求めた立ち上がりの割合に基づいて、ＲＧＢ各々の光出力目標値を調整する光出力調整値として、
   （ｉ）ＲＧＢのうち立ち上がりが最も遅い光出力について、「１」を出力し、
   （ｉｉ）その他の各光出力について、立ち上がりが最も遅い光出力の立ち上りの割合を前記各光出力の立ち上がりの割合で除算した値を出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源の光出力制御装置。
4. 前記立ち上り判定手段は、
   起動後一定時間までは前記の所定動作を行って光出力調整値を出力し、
   起動後一定時間経過後は、ＲＧＢ全ての光出力について固定値「１」を光出力調整値として出力して、立ち上り調整動作を行わないことを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源の光出力制御装置。
5. ＲＧＢ各々の前記光出力調整手段は、
   光出力目標値に、前記立ち上がり判定手段から出力された前記光出力調整値を乗算して新たな光出力目標値に更新することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源の光出力制御装置。

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