JP6238386B2 - 投射型表示装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、投射型表示装置およびその制御方法に関する。

近年、光源から出力された光を変調して投射するプロジェクターなどの投写型表示装置の中には、光源として、高出力な半導体レーザー素子（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を備えるものがある。

一般に、半導体レーザー素子からの光出力は、半導体レーザー素子に供給する駆動電流で制御される。しかし、半導体レーザー素子に駆動電流を供給する駆動装置に部品の故障などの異常が発生すると、半導体レーザー素子に定格動作範囲を超える過電流が流れ、高エネルギー密度の光が半導体レーザー素子から出力されることがある。上述した、半導体レーザー素子を光源とする投射型表示装置においては、そのような高エネルギー密度の光が外部に出力される（投射される）ことは好ましくない。

例えば、特許文献１（特開２０１２−０８４６３０号公報）には、ＬＤに駆動電流を供給する駆動装置とＬＤとの間にスイッチを設け、駆動電流の電流値を検出し、検出結果に基づいて、スイッチのオン、オフを制御する技術が開示されている。この技術によれば、検出された駆動電流の電流値が所定の閾値より大きくなると、駆動電流が過大（過電流）になっていると判定され、スイッチをオフにして駆動装置とＬＤとを遮断する。駆動装置とＬＤとを遮断することで、ＬＤに駆動電流が供給されなくなるので、ＬＤから高エネルギー密度の光が出力されることを抑制することができる。

特開２０１２−０８４６３０号公報

特許文献１に開示されている技術では、過電流が検出されると、スイッチをオフにしてＬＤと駆動装置とを遮断している。ＬＤと駆動装置とを遮断すると、ＬＤに駆動電流を供給する回路がオープンとなり、駆動電流がＬＤに流れなくなる。この場合、駆動装置や半導体レーザー素子を通常の動作状態に復帰させるまでに時間がかかり、一定時間、動作停止状態が継続してしまう。そのため、例えば、駆動装置の一時的な異常のために過電流が半導体レーザー素子に供給された場合には、ＬＤと駆動装置とが遮断されることで、駆動装置の異常が解消された後も動作停止状態が継続してしまい、利便性が損なわれてしまうことがある。

また、通常、スイッチをオフにする制御を開始してから、実際にスイッチがオフになるまでには遅延時間が生じる。そのため、この遅延時間内に過電流が流れると、過電流に起因する高エネルギー密度の光（不要な光）が半導体レーザー素子から出力され、投射型表示装置の外部に出力されてしまうことがある。

また、スイッチを用いて遮断せずにＬＤに流れる駆動電流を停止したときに、駆動装置や半導体レーザー素子を通常の動作状態に安定して復帰させるまでに時間がかかったり、駆動電流を停止するまでに遅延時間が生じたりする場合がある。

本発明の目的は、利便性の低下の抑制およびまたは不要な光の装置の外部への出力の抑制を図ることができる駆動装置とその制御方法および投射型表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の投射型表示装置は、
電流の供給に応じてレーザー光を出力するレーザー光源と、
前記レーザー光源の出力光を変調して出射する変調素子と、
前記変調素子を介した入射光を投射する投射レンズと、
前記レーザー光源を駆動し、前記レーザー光源に流れる電流の電流値を検出する電流検出部を備える駆動部と、
前記電流検出部が検出した電流値が第１の閾値より大きくなると、前記変調素子の出射光が前記投射レンズに入射されないように前記変調素子の駆動を制御し、前記電流検出部が検出した電流値が前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値より大きくなると、前記駆動部に前記レーザー光源への電流の供給を遮断させる制御部と、を有する。

上記目的を達成するために本発明の投射型表示装置の制御方法は、
電流の供給に応じてレーザー光を出力するレーザー光源と、前記レーザー光源の出力光を変調して出射する変調素子と、前記変調素子を介した入力光を投射する投射レンズとを備える投射型表示装置の制御方法において、
前記レーザー光源に流れる電流の電流値を検出し、
前記検出した電流値が第１の閾値より大きくなると、前記変調素子の出射光が前記投射レンズに入射されないように前記変調素子の駆動を制御し、前記検出した電流値が前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値より大きくなると、前記レーザー光源への電流の供給を遮断させる。

本発明によれば、利便性の低下の抑制およびまたは不要な光の装置の外部への出力の抑制を図ることができる。

本発明の一実施形態の投射型表示装置の要部構成を示すブロック図である。 関連する方法について説明するための図である。 図１に示す投射型表示装置の動作を説明するための図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の投射型表示装置１００の要部構成を示すブロック図である。

図１に示す投射型表示装置１００は、半導体レーザー素子１０１と、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）１０２と、投射レンズ１０３と、ＤＭＤ駆動部１０４と、駆動部１０５と、光吸収部１０８と、判定部１０９とを有する。図１において、白抜き矢印は光束を示している。

半導体レーザー素子１０１は、レーザー光源であり、駆動電流の供給に応じて、レーザー光を出力する。半導体レーザー素子１０１は複数設けられ、直列に接続されている。

ＤＭＤ１０２は、半導体レーザー素子１０１の出力光を変調して出射する。具体的には、ＤＭＤ１０２は、半導体レーザー素子１０１の出力光を選択的に反射することで変調する。ＤＭＤ１０２は、変調素子の一例である。

投射レンズ１０３は、ＤＭＤ１０２を介した入力光を投射する。

ＤＭＤ駆動部１０４は、ＤＭＤ１０２の駆動を制御する。

駆動部１０５は、半導体レーザー素子１０１に駆動電流を供給し、半導体レーザー素子１０１の駆動を制御する。また、駆動部１０５は、電流検出部１０６と、スイッチ部１０７とを有する。

電流検出部１０６は、半導体レーザー素子１０１に流れる駆動電流の電流値を検出し、検出結果を判定部１０９に出力する。

スイッチ部１０７は、判定部１０９の制御に従い、オンまたはオフとなる。スイッチ部１０７がオンの場合、半導体レーザー素子１０１に駆動電流が供給される。スイッチ部１０７がオフの場合、半導体レーザー素子１０１への駆動電流の供給が遮断される。

光吸収部１０８は、ＤＭＤ１０２が所定の駆動状態である場合に、ＤＭＤ１０２の出射光が照射される位置に設けられ、レーザー光を吸収する。以下では、ＤＭＤ１０２がオフの状態では、図１の点線の白抜き矢印で示すように、半導体レーザー素子１０１から出力された光は、ＤＭＤ１０２で、投射レンズ１０３に向けてではなく、光吸収部１０８に向けて出射されるものとする。

判定部１０９は、電流検出部１０６が検出した駆動電流の電流値に応じて、駆動部１０５に半導体レーザー素子１０１への駆動電流の供給を停止させる。また、判定部１０９は、電流検出部１０６が検出した駆動電流の電流値に応じて、ＤＭＤ１０２の駆動制御をＤＭＤ駆動部１０４に指示する。ＤＭＤ駆動部１０４および判定部１０９は、制御部１１０を構成する。

次に、本実施形態の投射型表示装置１００の動作について説明する。

通常動作時は、スイッチ部１０７は、オン（閉じた状態）に設定されている。駆動部１０５は、直列に接続された複数の半導体レーザー素子１０１に定格動作範囲内の駆動電流Ｉｆを供給する。駆動電流Ｉｆの供給に応じて、半導体レーザー素子１０１は、駆動電流Ｉｆの電流量に応じた輝度で発光する。ＤＭＤ駆動部１０４は、半導体レーザー素子１０１の出力光が映像信号に応じて変調され、変調光が投射レンズ１０３に入射されるようにＤＭＤ１０２を駆動する。

電流検出部１０６は、半導体レーザー素子１０１に流れる駆動電流Ｉｆの電流値を、例えば、所定の時間間隔で検出する。

判定部１０９は、電流検出部１０６が検出した駆動電流Ｉｆの電流値と所定の閾値とを比較する。具体的には、判定部１０９は、駆動電流Ｉｆの電流値と２つの閾値（第１および第２の閾値）とを比較する。第１および第２の閾値は、駆動電流の定格動作範囲よりも大きく、かつ、過電流が流れ、半導体レーザー素子１０１からの光の出力を停止する必要がある電流値（出力停止電流値）よりも小さい値である。例えば、第１および第２の閾値は、出力停止電流値から駆動電流Ｉｆのオーバーシュートや静電気などに起因するノイズへのマージンを考慮した値だけ小さい値である。なお、第１の閾値は第２の閾値よりも小さい。したがって、出力停止電流値は第２の閾値より大きく、第２の閾値は第１の閾値より大きい。

まず、判定部１０９は、電流検出部１０６が検出した駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値より大きいか否かを判定する。駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値より大きくないと判定した場合には、判定部１０９は、第１の閾値との比較処理を繰り返す。

駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値より大きいと判定した場合には、判定部１０９は、ＤＭＤ１０２をオフにするようにＤＭＤ駆動部１０４に指示する。判定部１０９の指示を受けて、ＤＭＤ駆動部１０４は、ＤＭＤ１０２をオフにする。

上述したように、ＤＭＤ１０２がオフ状態になると、半導体レーザー素子１０１の出力光は、ＤＭＤ１０２で光吸収部１０８に向けて反射される。すなわち、判定部１０９は、電流検出部１０６が検出した駆動電流Ｉｆが第１の閾値より大きい場合には、ＤＭＤ１０２の出射光が投射レンズ１０３に入射されないように、ＤＭＤ１０２の駆動を制御する。光吸収部１０８に向けて反射された光は光吸収部１０８で吸収される。そのため、半導体レーザー素子１０１の出力光が投射型表示装置１００の外部に出力されることを防ぐことができる。

ＤＭＤ１０２をオフにした後、所定時間内に、駆動電流Ｉｆが第１の閾値以下になると、判定部１０９は、ＤＭＤ１０２をオンにするようにＤＭＤ駆動部１０４に指示する。判定部１０９の指示を受けて、ＤＭＤ駆動部１０４は、ＤＭＤ１０２をオンにする。ＤＭＤ１０２がオン状態になると、半導体レーザー素子１０１の出力光は、ＤＭＤ１０２で投射レンズ１０３に向けて反射され、投射レンズ１０３から投射される。すなわち、投射型表示装置１００の動作状態は、通常動作状態に戻る。

駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値より大きい状態が継続すると、判定部１０９は、駆動電流Ｉｆの電流値が第２の閾値より大きいか否かを判定する。

駆動電流Ｉｆの電流値が第２の閾値より大きくないと判定した場合には、判定部１０９は、ＤＭＤ駆動部１０４に引き続き、ＤＭＤ１０２をオフにさせる。なお、判定部１０９は、駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値より大きく、第２の閾値より大きくない状態が所定時間以上継続すると、例えば、スイッチ部１０７をオフにする。こうすることで、投射型表示装置１００から投射ができない状態が長時間続くことを防ぐことができる。

駆動電流Ｉｆの電流値が第２の閾値より大きいと判定した場合には、判定部１０９は、図１の破線で示すように、駆動部１０５に半導体レーザー素子１０１への駆動電流の供給を遮断させる。例えば、判定部１０９は、駆動部１０５に、電流源からの駆動電流の出力を停止させたり、スイッチ部１０７をオフにさせたりする。こうすることで、半導体レーザー素子１０１への駆動電流Ｉｆの供給が遮断され、半導体レーザー素子１０１は発光を停止する。

上述したように、電流源からの駆動電流の出力を停止させるまでに遅延時間が生じることがある。しかし、本実施形態においては、駆動電流の電流値が第１の閾値より大きくなった時点で、半導体レーザー素子１０１の出力光は、ＤＭＤ１０２で光吸収部１０８に向けて反射されている。そのため、駆動電流の出力を停止させるまでに遅延時間が生じても、高エネルギー密度の光（不要な光）が投射型表示装置の外部に出力されることを防ぐことができる。

なお、スイッチ部１０７をオフにすることで、半導体レーザー素子１０１に駆動電流Ｉｆを供給する駆動回路がオープンとなり、電流検出部１０６の検出値が異常値となる。電流検出１０６の検出値が異常値である状態が一定期間続くと、判定部１０９は、半導体レーザー素子１０１に駆動電流Ｉｆを供給するための駆動装置全体の動作を停止させる。

図２は、駆動電流Ｉｆの電流値の時間変化の一例を示す図である。

図２に示すように、駆動電流Ｉｆの電流値の電流値は、定格電流Ｉａより小さい状態から、時刻ｔ１において、増加を開始したものとする。そして、時刻ｔ２において、出力停止電流値Ｉｂに達し、その後も、駆動電流Ｉｆの電流値が出力停止電流値Ｉｂを超える状態が続いたとする。

特許文献１に開示されるような、スイッチを用いて半導体レーザー素子への駆動電流の供給を停止する方法（以下、関連する方法と称する）では、一般に、出力停止電流値Ｉｂより駆動電流Ｉｆのオーバーシュートや静電気などに起因するノイズへのマージン分だけ小さい閾値Ｉｔｈが設定される。そして、駆動電流Ｉｆの電流値が閾値Ｉｔｈより大きくなると、スイッチをオフにする制御が開始される。

図２においては、駆動電流Ｉｆの電流値は、時刻ｔ１１において、閾値Ｉｔｈより大きくなったとする。この場合、関連する方法では、時刻ｔ１１において、スイッチをオフにする制御が開始される。一般に、スイッチをオフにする制御を開始した後、実際にスイッチがオフになるまでには遅延時間ｔｄｅｌａｙが発生する。そのため、時刻ｔ１１から遅延時間ｔｄｅｌａｙが経過した時刻ｔ１２において、スイッチはオフとなる。スイッチがオフになると、駆動電流Ｉｆの電流値は０になる。

スイッチがオフになる時刻ｔ１２が、駆動電流Ｉｆの電流値が出力停止電流値Ｉｂに到達する時刻ｔ２よりも後である場合、図２に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ１２の間では過電流が半導体レーザー素子１０１に供給されてしまう。その結果、半導体レーザー素子１０１から高エネルギー密度の光が出力されてしまい、その光が投射型表示装置の外部に出力されてしまうおそれがある。

一方、本実施形態の投射型表示装置１００においては、図３に示すように、駆動電流Ｉｆの電流値と２つの閾値（第１の閾値Ｉｔｈ１および第２の閾値Ｉｔｈ２）とが比較される。なお、図３においては、スイッチ部１０７のオン、オフを切り替える場合を例として説明する。また、図３においては、図２と同様に、駆動電流Ｉｆの電流値の電流値は、定格電流Ｉａより小さい状態から、時刻ｔ１において、増加を開始したものとする。そして、時刻ｔ２において、出力停止電流値Ｉｂに達し、その後も、駆動電流Ｉｆの電流値が出力停止電流値Ｉｂを超える状態が続いたとする。

本実施形態においては、まず、判定部１０９は、駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値Ｉｔｈ１より大きいか否かを判定する。時刻ｔ２１において、駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値Ｉｔｈ１より大きくなると、判定部１０９は、ＤＭＤ１０２をオフにするようにＤＭＤ駆動部１０４に指示する。判定部１０９の指示を受けて、ＤＭＤ駆動部１０４は、ＤＭＤ１０２をオフにする。

ＤＭＤ１０２がオフ状態になると、半導体レーザー素子１０１の出力光は、ＤＭＤ１０２で光吸収部１０８に向けて反射され、光吸収部１０８で吸収される。そのため、半導体レーザー素子１０１の出力光が投射型表示装置１００の外部に出力されることを防ぐことができる。

なお、一般に、ＤＭＤ１０２は高速応答が可能である。そのため、判定部１０９の指示に応じて、略遅延なくＤＭＤ１０２をオフにし、半導体レーザー素子１０１の出力光が投射型表示装置１００の外部に出力されないようにすることができる。

ＤＭＤ１０２をオフにした後、所定時間内に、駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値Ｉｔｈ１以下になると、判定部１０９は、ＤＭＤ１０２をオンにするようにＤＭＤ駆動部１０４に指示する。判定部１０９の指示を受けて、ＤＭＤ駆動部１０４は、ＤＭＤ１０２をオンにする。ＤＭＤ１０２がオン状態になると、半導体レーザー素子１０１の出力光は、ＤＭＤ１０２で、投射レンズ１０３に向けて反射され、投射レンズ１０３から投射される。すなわち、投射型表示装置１００の動作状態は、通常動作状態に戻る。上述したように、ＤＭＤ１０２は高速応答が可能であるため、判定部１０９の指示後、略遅延なく、通常動作状態に戻ることができる。

駆動電流Ｉｆの電流値が第１の閾値より大きい状態が継続すると、判定部１０９は、駆動電流Ｉｆの電流値が第２の閾値Ｉｔｈ２より大きいか否かを判定する。時刻ｔ２２において、駆動電流Ｉｆの電流値が第２の閾値Ｉｔｈ２より大きくなったとすると、判定部１０９は、スイッチ部１０７をオフにする。

上述したように、一般に、スイッチをオフにする制御を開始した後、実際にスイッチがオフになるまでには遅延時間ｔｄｅｌａｙが発生する。そのため、時刻ｔ２２から所定の遅延時間ｔｄｅｌａｙが経過した時刻ｔ２３において、スイッチはオフとなる。スイッチがオフになると、駆動電流Ｉｆの電流値は０になる。

スイッチがオフになる時刻ｔ２３が、駆動電流Ｉｆの電流値が出力停止電流値Ｉｂに到達する時刻ｔ２よりも後である場合、図３に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ２３の間では過電流が半導体レーザー素子１０１に供給されてしまう。その結果、半導体レーザー素子１０１から高エネルギー密度の光が出力されてしまう。しかし、本実施形態においては、時刻ｔ２１においてＤＭＤ１０２がオフとされ、半導体レーザー素子１０１の出力光が投射型表示装置１００の外部に出力されないようになっている。そのため、半導体レーザー素子１０１から高エネルギー密度の光が出力されても、その光が投射型表示装置１００の外部に出力されることを防ぐことができる。また、駆動電流Ｉｆの電流値が第２の閾値Ｉｔｈ２より大きくなると、スイッチ部１０７をオフにすることで、半導体レーザー素子１０１に過電流が流れ続けることを防ぐことができる。

本実施形態の投射型表示装置１００は、半導体レーザー素子１０１と、半導体レーザー素子１０１の出力光を変調して出射するＤＭＤ１０２と、ＤＭＤ１０２を介した入力光を投射する投射レンズ１０３とを有する。また、投射型表示装置１００は、半導体レーザー素子１０１を駆動し、半導体レーザー素子１０１に流れる電流の電流値を検出する電流検出部１０６を備える駆動部１０５と、制御部１１０とを有する。制御部１１０は、検出された電流値が第１の閾値より大きい場合には、ＤＭＤ１０２の出射光が投射レンズ１０３に入射されないようにＤＭＤ１０２の駆動を制御する。また、制御部１１０は、検出された電流値が第１の閾値よりも大きい第２の閾値より大きい場合には、駆動部１０５に半導体レーザー素子１０１への電流の供給を遮断させる。

そのため、半導体レーザー素子１０１への電流の供給を遮断するまでの遅延時間のために、過電流に起因する高エネルギー密度の光が半導体レーザー素子１０１から出力されても、その光は投射レンズ１０３には入射されない。したがって、過電流に起因する高エネルギー密度の光が投射型表示装置１００の外部に出力される可能性を減らすことができる。さらに、駆動電流Ｉｆの電流値が、第１の閾値より大きく第２の閾値より小さい状態では、半導体レーザー素子１０１に駆動電流が供給されたままである。したがって、駆動電流Ｉｆの電流値が、第１の閾値より大きく第２の閾値より小さい状態から定格動作範囲内に戻った場合には、ＤＭＤ１０２の駆動を制御するだけで、通常動作状態に戻すことができる。そのため、動作停止状態が生じにくくなり、利便性が損なわれる可能性を低減することができる。

なお、本実施形態においては、変調素子がＤＭＤである場合を例として説明したがこれに限られるものではない。変調素子としては、液晶表示素子などを用いてもよい。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

Claims (8)

1. 電流の供給に応じてレーザー光を出力するレーザー光源と、
   前記レーザー光源の出力光を変調して出射する変調素子と、
   前記変調素子を介した入射光を投射する投射レンズと、
   前記レーザー光源を駆動し、前記レーザー光源に流れる電流の電流値を検出する電流検出部を備える駆動部と、
   前記電流検出部が検出した電流値が第１の閾値より大きくなると、前記変調素子の出射光が前記投射レンズに入射されないように前記変調素子の駆動を制御し、前記電流検出部が検出した電流値が前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値より大きくなると、前記駆動部に前記レーザー光源への電流の供給を遮断させる制御部と、を有することを特徴とする投射型表示装置。
2. 請求項１記載の投射型表示装置において、
   前記駆動部は、前記レーザー光源への電流の供給を遮断するスイッチ部を備え、
   前記制御部は、前記電流検出部が検出した電流値が前記第２の閾値より大きくなると、前記スイッチ部に前記レーザー光源への電流の供給を遮断させることを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項１または２記載の投射型表示装置において、
   前記レーザー光を吸収する光吸収部を備え、
   前記制御部は、前記電流検出部が検出した電流値が前記第１の閾値より大きくなると、前記変調素子の出射の光が前記光吸収部に入射されるように前記変調素子を駆動することを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
   前記変調素子は、デジタルミラーデバイスであることを特徴とする投射型表示装置。
5. 電流の供給に応じてレーザー光を出力するレーザー光源と、前記レーザー光源の出力光を変調して出射する変調素子と、前記変調素子を介した入射光を投射する投射レンズとを備える投射型表示装置の制御方法において、
   前記レーザー光源に流れる電流の電流値を検出し、
   前記検出した電流値が第１の閾値より大きくなると、前記変調素子の出射光が前記投射レンズに入射されないように前記変調素子の駆動を制御し、前記検出した電流値が前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値より大きくなると、前記レーザー光源への電流の供給を遮断させることを特徴とする投射型表示装置の制御方法。
6. 請求項５記載の投射型表示装置の制御方法において、
   前記投射型表示装置には前記レーザー光源への電流の供給を遮断するスイッチ部が設けられ、
   前記検出した電流値が前記第２の閾値より大きくなると、前記スイッチ部に前記レーザー光源への電流の供給を遮断させることを特徴とする投射型表示装置の制御方法。
7. 請求項５または６記載の投射型表示装置の制御方法において、
   前記投射型表示装置には前記レーザー光を吸収する光吸収部が設けられ、
   前記検出した電流値が前記第１の閾値より大きくなると、前記変調素子の出射光が前記光吸収部に入射されるように前記変調素子を駆動することを特徴とする投射型表示装置の制御方法。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の投射型表示装置の制御方法において、
   前記変調素子は、デジタルミラーデバイスであることを特徴とする投射型表示装置の制御方法。

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