JP7208463B2 - 制御装置、光走査装置、表示装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、光走査装置、表示装置及び制御方法に関する。

従来、レーザ素子を光源とする表示装置において、レーザ素子から出力される光を受光素子でモニタし、レーザ素子の光出力が所定の出力になるように、レーザ素子に流す電流を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１９４６２３号公報

レーザダイオード（ＬＤ）等のレーザ素子を光源とする表示装置において、レーザ素子の光出力を補正する場合、まず、レーザ素子を発振させてレーザ素子から光を出力させる必要がある。しかしながら、レーザ素子は、発振を開始する電流値（閾値電流値）や注入電流に対する光出力の傾き（発光効率）が温度によって変化する温度特性を有する（図１参照）。

そのため、予め決められた一定の初期駆動電流値でレーザ素子を駆動し始めると、レーザ素子の光出力が温度の違いによって変わることになる（図１の矢印参照）。このように、固定の初期駆動電流値でレーザ素子の駆動を開始する場合、その固定の初期駆動電流値は、或る温度では、所望の光出力値を出力させる最適な電流値になるものの、その温度から離れた温度では、その最適な電流値との差が大きくなる。

例えば図２に示す場合、４０℃では、１２５ｍＡ固定の初期駆動電流値は、所望の光出力値６０ｍＷを出力させる最適電流値に近いが、４０℃から離れた温度においては、その初期駆動電流値とその最適電流値との差が大きくなる。

初期駆動電流値と最適電流値との差が大きいことは、初期駆動電流値で駆動を開始した直後にレーザ素子から出力される初期の光出力値と、レーザ素子の光出力値が収束すべき目標光出力値との差が、レーザ素子の駆動開始時から比較的大きいことを意味する。したがって、目標光出力値との差が比較的大きな初期の光出力値をレーザ素子から出力させる初期駆動電流値から、レーザ素子に流す駆動電流を開始させる（立ち上げる）と、レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するまでに時間がかかってしまう。

そこで、本開示の技術は、レーザ素子の温度が変わっても、レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するまでの時間を短縮できる、制御装置、光走査装置、表示装置及び制御方法を提供する。

本開示の技術は、
表示装置で使用される制御装置であって、
レーザ素子と、
前記レーザ素子の温度を検出する温度センサと、
前記レーザ素子を駆動するレーザドライバと、
前記レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するように、前記レーザドライバが前記レーザ素子に流す駆動電流を制御するレーザ制御部とを備え、
前記レーザ制御部は、初期の光出力値を前記レーザ素子から出力させる初期駆動電流値の温度特性データと、前記温度センサにより検出される前記レーザ素子の検出温度とに基づいて、前記目標光出力値を前記レーザ素子から出力させる駆動電流値よりも低い値に、前記初期駆動電流値を決定し、前記駆動電流を前記初期駆動電流値から開始させるものであり、
前記レーザ制御部は、前記レーザ素子が発振を開始する閾値電流値の温度特性に基づいて決定した初期閾値電流値と、前記閾値電流値に加える発光電流値の温度特性に基づいて決定した初期発光電流値との和を演算することによって、前記初期駆動電流値を決定する、制御装置を提供する。

また、本開示の技術は、
当該制御装置と、前記レーザ素子から出力されるレーザ光を走査する光走査部とを備える、光走査装置を提供する。

また、本開示の技術は、
当該光走査装置と、前記光走査部により走査される前記レーザ光から映像を映し出す光学系とを備える、表示装置を提供する。

また、本開示の技術は、
レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するように、前記レーザ素子に流す駆動電流を制御する制御方法であって、
初期の光出力値を前記レーザ素子から出力させる初期駆動電流値の温度特性データと、検出される前記レーザ素子の検出温度とに基づいて、前記目標光出力値を前記レーザ素子から出力させる駆動電流値よりも低い値に、前記初期駆動電流値を決定し、前記駆動電流を前記初期駆動電流値から開始させる、制御方法であり、
前記レーザ素子が発振を開始する閾値電流値の温度特性に基づいて決定した初期閾値電流値と、前記閾値電流値に加える発光電流値の温度特性に基づいて決定した初期発光電流値との和を演算することによって、前記初期駆動電流値を決定する、制御方法を提供する。

本開示の技術によれば、レーザ素子の温度に応じて適切な初期駆動電流値に変更でき、そのような適切な初期駆動電流値から前記レーザ素子に流す駆動電流を立ち上げできるようになるので、レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するまでの時間を短縮できる。

レーザ素子に流す電流に対するレーザ素子の光出力特性の一例を示す図である。 固定の初期駆動電流値と、所望の光出力値をレーザ素子から出力させる最適電流値との関係を図１の特性から導出した図である。 本開示に係る表示装置の構成例を示す図である。 本開示に係る制御方法の一例を示すフローチャートである。 レーザ素子が発振を開始する閾値電流値の温度特性の一例を示す図である。 閾値電流値に加える発光電流値の温度特性の一例を示す図である。 初期の光出力値をレーザ素子から出力させる初期駆動電流値と、目標光出力値をレーザ素子から出力させる最適駆動電流値との関係の一例を示す図である。 レーザ素子の閾値電流値が積算発光時間によって変化する特性の一例を示す図である。 レーザ素子の発光効率が積算発光時間によって変化する特性の一例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図３は、本実施の形態に係る表示装置の構成例を示す図である。図３に示す表示装置１００は、外部から入力される映像信号に応じた映像を表示させる装置である。表示装置１００の具体例として、使用者の眼の網膜に映像を直接投影するヘッドマウントディスプレイ、スクリーン等の表示面に映像を表示させるレーザプロジェクタ、車載用のヘッドアップディスプレイなどが挙げられる。

本実施の形態に係る表示装置１００は、例えば、光走査装置１と、光学系５００とを備える。光走査装置１は、制御装置２０から出力されるレーザ光を光走査部１５により走査して光学系５００に出射する。

光学系５００は、光走査部１５により走査されて到来するレーザ光から映像を映し出すデバイスである。光学系５００は、例えば、レンズ及びハーフミラーを備える光学部であるが、レンズ及びハーフミラー以外の光学部品等を備えていてもよい。

本実施の形態に係る光走査装置１は、例えば、受光素子１７、光走査部１５及び制御装置２０を備えている。

受光素子１７は、表示装置１００の周囲の外光を検出する光センサであり、その外光の明るさに応じた電流を出力する。受光素子１７として、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。

光走査部１５は、入射するレーザ光を２次元に走査し、走査されたレーザ光は光学系５００を介して表示面に直接投影され２次元の映像が形成される。光走査部１５は、ミラーを揺動させて制御装置２０のレーザ素子から出力されるレーザ光を走査する。

光走査部１５は、例えば、直交する２軸に対して揺動する１つのミラーを備えている。光走査部１５は、例えば、半導体プロセス等で作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）とすることができる。光走査部１５のミラーは、例えば、圧電素子の変形力を駆動力とするアクチュエータにより駆動することができる。

本実施の形態に係る制御装置２０は、例えば、レーザモジュール２１、バッファ回路３１～３３、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２９、主制御部２３、バッファ回路２４、ミラー駆動回路２５、レーザドライバ２６、レーザ制御部２７及びメモリ３４を備える。

レーザモジュール２１は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂ等の複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子の夫々の直近の出力光をモニタする光センサ２１５と、複数のレーザ素子の夫々の温度（周囲温度でもよい）をモニタする温度センサ２１６とを備える。

レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂは、夫々、注入される電流の電流値に応じた光出力のレーザ光を出射する。レーザ２１１Ｒは、例えば、赤色半導体レーザであり、波長λＲ（例えば、６４０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｇは、例えば、緑色半導体レーザであり、波長λＧ（例えば、５３０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｂは、例えば、青色半導体レーザであり、波長λＢ（例えば、４４５ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂから出射された各波長のレーザ光は、ダイクロイックミラー等により合成され、光走査部１５に入射する。

光センサ２１５は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの夫々の直近の光をモニタする素子である。光センサ２１５は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの夫々の光出力を検出し、検出された光出力の大きさに応じた電流を出力する。光センサ２１５としては、例えば、フォトダイオード等の受光素子を用いることができる。光センサ２１５は、光走査部１５に入射する前のレーザ光を検出できる任意の位置に配置することができる。

なお、レーザモジュール２１と光走査部１５との間に減光手段である減光フィルタが存在する場合、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂから出射された各波長のレーザ光は、ダイクロイックミラー等により合成され、減光フィルタに入射する。光センサ２１５は、減光フィルタを透過前のレーザ光を検出できる任意の位置に配置することができる。

温度センサ２１６は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの夫々の温度をモニタする素子である。温度センサ２１６は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの夫々の温度を検出し、検出された温度の大きさに応じた電流を出力する。温度センサ２１６としては、例えば、サーミスタ等の可変抵抗素子を用いることができる。温度センサ２１６は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの夫々に対して設けられる複数の温度センス素子を含むものでもよいし、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂに共通の一つの温度センス素子を含むものでもよい。

バッファ回路３１は、光センサ２１５から出力される電流を電圧に変換してＡＤＣ２９に出力する。バッファ回路３２は、温度センサ２１６から出力される電流を電圧に変換してＡＤＣ２９に出力する。バッファ回路３３は、受光素子１７から出力される電流を電圧に変換してＡＤＣ２９に出力する。

ＡＤＣ２９は、バッファ回路３１～３３の夫々から出力されるアナログ電圧をデジタル値に変換してレーザ制御部２７に出力するＡＤコンバータである。

主制御部２３は、例えば、光走査部１５のミラー（図示せず）の振れ角制御を行うことができる。主制御部２３は、例えば、光走査部１５に設けられている水平変位センサ（図示せず）及び垂直変位センサ（図示せず）で得られるミラーの水平方向及び垂直方向の傾きをバッファ回路２４を介してモニタし、ミラー駆動回路２５に角度制御信号を供給できる。ミラー駆動回路２５は、主制御部２３からの角度制御信号に基づいて、光走査部１５のミラーを所定角度に駆動（走査）できる。

また、主制御部２３は、例えば、制御装置２０の外部から入力されるデジタルの映像信号に応じた駆動信号をレーザドライバ２６に供給できる。主制御部２３は、入力される映像信号に含まれる同期信号と、輝度信号及び色度信号とを分離する処理を行う。主制御部２３は、輝度信号及び色度信号をレーザドライバ２６へ供給する。光走査部１５のミラーを揺動させる角度制御信号は、同期信号を使用して主制御部２３により生成される。なお、制御装置２０の外部とは、例えば、パーソナルコンピュータやカメラモジュール等である。

レーザドライバ２６は、主制御部２３からの輝度信号及び色度信号に基づいて、レーザモジュール２１のレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂに所定の電流を供給する回路である。これにより、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂが映像信号に応じて変調された赤色、緑色及び青色の光を発し、これらを合成することで、制御装置２０の外部から入力されるデジタルの映像信号に対応したカラーの映像を形成することができる。

レーザドライバ２６は、複数のレーザ素子の個数に対応する個数の電流源回路（本実施形態では、３つの電流源回路２６０Ｒ、２６０Ｇ及び２６０Ｂ）を備え、各レーザ素子に駆動電流を流して各レーザ素子を駆動する。電流源回路２６０Ｒは、レーザ２１１Ｒに流す駆動電流を電流値調整可能に供給し、電流源回路２６０Ｇは、レーザ２１１Ｇに流す駆動電流を電流値調整可能に供給し、電流源回路２６０Ｂは、レーザ２１１Ｂに流す駆動電流を電流値調整可能に供給する。

電流源回路２６０Ｒ、２６０Ｇ及び２６０Ｂは、夫々、少なくとも２つの電流源２６１，２６２を有することが好ましい。レーザ２１１Ｒに流す駆動電流Ｉ１は、電流源回路２６０Ｒの第１の電流源２６１により生成される第１の駆動電流Ｉ１１と、電流源回路２６０Ｒの第２の電流源２６２により生成される第２の駆動電流Ｉ１２との和により生成される。レーザ２１１Ｇに流す駆動電流Ｉ２及びレーザ２１１Ｂに流す駆動電流Ｉ３についても同様である。

レーザ制御部２７には、受光素子１７の出力（外光の明るさの検出値）が、伝送ケーブル等を介して入力される。レーザ制御部２７は、受光素子１７の出力に基づいて、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの夫々の電流値を増減する等によって、使用者が視認する映像の輝度を制御する。

具体的には、レーザ制御部２７は、表示装置１００の周囲の外光の明るさを受光素子１７の出力によりモニタし、モニタされた外光の明るさに基づきレーザドライバ２６に電流制御信号を供給し、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの夫々の電流値を増減させる。

また、レーザ制御部２７は、例えば、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの根元の光出力を光センサ２１５の出力によりモニタし、レーザドライバ２６に電流制御信号を供給できる。レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂは、レーザ制御部２７からの電流制御信号に基づいて、夫々の光出力が所定の光出力値になるように電流制御される。例えば、所定の光出力値は、受光素子１７の出力に基づいて決定された目標値であり、決定された目標値からずれた分が、光センサ２１５の出力に基づいてフィードバック制御される。

なお、光センサ２１５は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの出射光を独立に検出する３つのセンサを含む構成とすることができる。或いは、光センサ２１５は、１つのセンサのみから構成してもよい。この場合には、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂを順次発光させて、１つのセンサで順次検出することで、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの出射光の制御が可能となる。

レーザモジュール２１から出力されたレーザ光は、光走査部１５のミラーに照射され走査される。光走査部１５のミラーに走査されたレーザ光は、光学系５００により表示面に直接投影されて映像が形成され、使用者は、所定の輝度の映像を視認できる。なお、レーザモジュール２１から出力されたレーザ光を、直接ミラーに照射するようにしてもよいし、光ファイバを介してミラーに照射するようにしてもよいし、光学部品等を介してミラーに導光するようにしてもよい。

なお、レーザ制御部２７は、主制御部２３、バッファ回路２４、ミラー駆動回路２５及びレーザドライバ２６とも接続され、これらの初期設定（出力する電圧値の範囲の設定等）を行ってもよい。

図４は、本開示に係る制御方法の一例を示すフローチャートである。図４に示す制御方法は、表示装置１００で使用される制御装置２０のレーザ制御部２７により実行される。

ステップＳ１０にて、制御装置２０の電源がオンになると、制御装置２０が起動する。

ステップＳ２０にて、レーザ制御部２７は、制御装置２０の起動直後に、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの温度を温度センサ２１６によりモニタし、その温度モニタ値を取得する。つまり、レーザ制御部２７は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの駆動を開始する前に温度センサ２１６により検出されるレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ及び２１１Ｂの温度のモニタ値を取得する。

ステップＳ３０にて、レーザ制御部２７は、初期の光出力値をレーザ２１１Ｒから出力させる初期駆動電流値を、温度センサ２１６によりステップＳ２０にて検出されるレーザ２１１Ｒの温度に応じて決定する。同様に、レーザ制御部２７は、初期の光出力値をレーザ２１１Ｇから出力させる初期駆動電流値を、温度センサ２１６によりステップＳ２０にて検出されるレーザ２１１Ｇの温度に応じて決定する。同様に、レーザ制御部２７は、初期の光出力値をレーザ２１１Ｂから出力させる初期駆動電流値を、温度センサ２１６によりステップＳ２０にて検出されるレーザ２１１Ｂの温度に応じて決定する。

例えば、レーザ制御部２７は、初期の光出力値をレーザ素子から出力させる初期駆動電流値Ｉｏの温度特性データＤｃと、温度センサ２１６により検出される当該レーザ素子の検出温度とに基づいて、初期駆動電流値Ｉｏを決定する。レーザ制御部２７は、初期の光出力値をレーザ素子から出力させる初期駆動電流値Ｉｏの温度特性データＤｃに基づいて、ステップＳ２０にて取得される温度モニタ値に対応する電流を、初期駆動電流値Ｉｏとして決定できる。

初期駆動電流値Ｉｏの温度特性データＤｃとは、例えば図７の一点鎖線に示すような、レーザ素子の温度Ｔと初期駆動電流値Ｉｏとの関係則を定めるデータである。このような温度特性データＤｃは、例えば、読み出し可能に予めメモリ３４に保持されている。

メモリ３４は、書き換え可能なメモリであることが好ましい。各レーザ素子の光出力特性が経年劣化等により変化しても、メモリ３４に保持される温度特性データＤｃが更新されることで、初期の光出力値を各レーザ素子から出力させる初期駆動電流値Ｉｏを正確に決定可能となる。

メモリ３４に予め保持される温度特性データＤｃは、レーザ素子の各温度に対応付けされた初期駆動電流値Ｉｏを定義するマップデータ（テーブルデータ）でもよいし、レーザ素子の温度Ｔから初期駆動電流値Ｉｏを算出する演算式の係数データでもよい。

例えば、レーザ素子の温度Ｔから初期駆動電流値Ｉｏを算出する演算式が、図７の一点鎖線に示すような「Ｉｏ＝ａ×Ｔ＋ｂ」で表される一次関数である場合、温度補正係数ａ，ｂのデータがメモリ３４に予め保持される。レーザ制御部２７は、温度補正係数ａ，ｂのデータをメモリ３４から読み出し、ステップＳ２０にて取得される温度モニタ値を上記の一次関数の温度Ｔに代入することによって、当該温度モニタ値に対応する初期駆動電流値Ｉｏを算出できる。なお、当該演算式は、次数が２以上の多項式で表される多項式関数でも、それ以外の関数でもよい。

このように、レーザ制御部２７は、検出される各レーザ素子の温度と、各レーザ素子への注入電流に対する光出力特性と、当該光出力特性の温度依存性とに基づいて、初期の光出力値を各レーザ素子から出力させる初期駆動電流値Ｉｏを夫々計算する。そして、レーザ制御部２７は、レーザ素子の光出力値が目標光出力値Ｐｔに収束するように、レーザドライバ２６がレーザ素子に流す駆動電流を制御する。したがって、レーザ素子の温度に応じて適切な初期駆動電流値Ｉｏに変更でき、そのような適切な初期駆動電流値Ｉｏからレーザ素子に流す駆動電流を立ち上げできるようになるので、レーザ素子の光出力値が目標光出力値Ｐｔに収束するまでの時間を短縮できる。

ステップＳ３０にて、レーザ制御部２７は、温度特性データＤｃと直前のステップＳ２０で得られる検出温度とに基づいて、目標光出力値Ｐｔをレーザ素子から出力させる駆動電流値Ｉｔよりも低い値に、初期駆動電流値Ｉｏを決定することが好ましい。例えば図７に示す実線は、目標光出力値Ｐｔが６０ｍＷの場合において、目標光出力値Ｐｔをレーザ素子から出力させる駆動電流値Ｉｔの温度特性データを表す。つまり、当該実線は、目標光出力値Ｐｔをレーザ素子から出力させるために必要な駆動電流値Ｉｔ（最適電流値）が、レーザ素子の温度Ｔによって変化する温度特性を持つということを表す。

図７は、レーザ制御部２７が、温度特性データＤｃと直前のステップＳ２０で得られる検出温度とに基づいて、目標光出力値Ｐｔをレーザ素子から出力させる駆動電流値Ｉｔ（実線）よりも低い値に、初期駆動電流値Ｉｏ（一点鎖線）を決定することを示している。これにより、レーザ素子の駆動を開始させるときの初期駆動電流値Ｉｏが、レーザ素子の光出力が収束すべき目標光出力値Ｐｔを駆動開始時からいきなり超えてしまうことを防ぎ、過度なストレスをレーザ素子に与えることを抑制することができる。

なお、許容範囲内である限り、場合によっては、レーザ制御部２７は、温度特性データＤｃと直前のステップＳ２０で得られる検出温度とに基づいて、目標光出力値Ｐｔをレーザ素子から出力させる駆動電流値Ｉｔ以上の値に、初期駆動電流値Ｉｏを決定してもよい。レーザ制御部２７は、レーザ素子の光出力値が目標光出力値Ｐｔに収束するように、レーザドライバ２６がレーザ素子に流す駆動電流を制御し、その駆動電流値はすぐに低下し始めるからである。

ステップＳ３０にて、レーザ制御部２７は、温度特性データＤｃと直前のステップＳ２０で得られる検出温度とに基づいて、レーザ素子が発振を開始する閾値電流値Ｉｔｈ以上の値に、初期駆動電流値Ｉｏを決定することが好ましい。これにより、レーザ制御部２７が閾値電流値Ｉｔｈ未満の値に初期駆動電流値Ｉｏを決定する場合に比べて、目標光出力値Ｐｔをレーザ素子から出力させる駆動電流値Ｉｔに近い電流値からレーザ素子を立ち上げ可能となる。その結果、レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するまでに時間を短縮することができる。

また、初期駆動電流値Ｉｏは、レーザ素子が発振し始める閾値電流値Ｉｔｈの初期値（初期閾値電流値Ｉｏａ）と、閾値電流値Ｉｔｈに加える発光電流値の初期値（初期発光電流値Ｉｏｂ）とに分けることで、映像の明るさ階調を設定するのに都合が良い。レーザ制御部２７は、初期閾値電流値と初期発光電流値とを独立に制御可能となるからである。発光電流値は、レーザ素子に流す駆動電流値を、閾値電流値Ｉｔｈよりも大きくする電流値（発振電流値）である。

例えば、レーザ制御部２７は、レーザ素子が発振を開始する閾値電流値Ｉｔｈの温度特性に基づいて決定した初期閾値電流値Ｉｏａと、閾値電流値Ｉｔｈに加える発光電流値Ｉｂの温度特性に基づいて決定した初期発光電流値Ｉｏｂとの和を演算する。レーザ制御部２７は、この和の演算値を初期駆動電流値Ｉｏとして決定できる。例えば、初期閾値電流値Ｉｏａは、第１の電流源２６１により生成される第１の駆動電流により調整され、初期発光電流値Ｉｏｂは、第２の電流源２６２により生成される第２の駆動電流により調整される。第１の駆動電流と第２の駆動電流との和が、レーザ素子に流す駆動電流となる。

図５は、レーザ素子が発振を開始する閾値電流値Ｉｔｈの温度特性の一例を示す図である。図５の一点鎖線は、初期の光出力値Ｐｏａをレーザ素子から出力させる初期閾値電流値Ｉｏａの温度特性データＤｃａの一例を表す。図６は、閾値電流値Ｉｔｈに加える発光電流値Ｉｂの温度特性の一例を示す図である。図６の一点鎖線は、初期の光出力値Ｐｏｂをレーザ素子から出力させる初期発光電流値Ｉｏｂの温度特性データＤｃｂの一例を表す。図５の実線が示す閾値電流値Ｉｔｈの最適値（最適閾値電流値）と図６の実線が示す発光電流値Ｉｂの最適値（最適発光電流値）との和が、図７の実線が示す駆動電流値Ｉｔに相当する。

つまり、レーザ制御部２７は、図５の一点鎖線のような温度特性データＤｃａとステップＳ２０での検出温度とに基づいて、初期閾値電流値Ｉｏａを決定できる。また、レーザ制御部２７は、図６の一点鎖線のような温度特性データＤｃｂとステップＳ２０での検出温度とに基づいて、初期発光電流値Ｉｏｂを決定できる。そして、レーザ制御部２７は、初期閾値電流値Ｉｏａと初期発光電流値Ｉｏｂとを加算することで、初期駆動電流値Ｉｏを決定できる。

初期閾値電流値Ｉｏａの温度特性データＤｃａとは、例えば図５の一点鎖線に示すような、レーザ素子の温度Ｔと初期閾値電流値Ｉｏａとの関係則を定めるデータである。初期発光電流値Ｉｏｂの温度特性データＤｃｂとは、例えば図６の一点鎖線に示すような、レーザ素子の温度Ｔと初期発光電流値Ｉｏｂとの関係則を定めるデータである。これらのような温度特性データは、例えば、読み出し可能に予めメモリ３４に保持されている。

また、各レーザ素子の光出力特性が経年劣化等により変化しても、メモリ３４に保持される温度特性データＤｃａ，Ｄｃｂが更新されることで、初期閾値電流値Ｉｏａ及び初期発光電流値Ｉｏｂを正確に決定可能となる。

メモリ３４に予め保持される温度特性データＤｃａは、レーザ素子の各温度に対応付けされた初期閾値電流値Ｉｏａを定義するマップデータ（テーブルデータ）でもよいし、レーザ素子の温度Ｔから初期閾値電流値Ｉｏａを算出する演算式の係数データでもよい。温度特性データＤｃｂについても同様である。

例えば、レーザ素子の温度Ｔから初期閾値電流値Ｉｏａを算出する演算式が、図５の一点鎖線に示すような「Ｉｏａ＝ａ１×Ｔ＋ｂ１」で表される一次関数である場合、温度補正係数ａ１，ｂ１のデータがメモリ３４に予め保持される。レーザ制御部２７は、温度補正係数ａ１，ｂ１のデータをメモリ３４から読み出し、ステップＳ２０にて取得される温度モニタ値を上記の一次関数の温度Ｔに代入することによって、当該温度モニタ値に対応する初期閾値電流値Ｉｏａを算出できる。初期発光電流値Ｉｏｂを算出する場合も同様に考えることができる。なお、当該演算式は、次数が２以上の多項式で表される多項式関数でも、それ以外の関数でもよい。

このように、ステップＳ３０にて、レーザ制御部２７は、閾値電流値Ｉｔｈの温度特性に基づいて決定した初期閾値電流値Ｉｏａと、発光電流値Ｉｂの温度特性に基づいて決定した初期発光電流値Ｉｏｂとの和を演算することで、初期駆動電流値Ｉｏを決定できる。

ステップＳ４０にて、レーザ制御部２７は、レーザドライバ２６が各レーザ素子に流す駆動電流を、ステップＳ３０にて決定した初期駆動電流値Ｉｏから開始させる（立ち上げさせる）。例えば、レーザ制御部２７は、レーザドライバ２６から各レーザ素子に流す駆動電流がステップＳ３０にて計算された初期駆動電流値Ｉｏから始まるように電流源２６１，２６２を制御する。レーザ制御部２７は、ステップＳ３０にて計算された初期駆動電流値Ｉｏから各レーザ素子の駆動を開始させるようにレーザドライバ２６を制御することで、各レーザ素子の発振を開始させ発光を開始させる。

この発光は、表示装置１００が表示すべき映像の表示エリアとは別の非表示エリアで行われる。レーザ制御部２７は、例えば、表示エリアの枠外の上下左右の少なくともいずれかのエリアに位置する非表示エリアに、初期駆動電流値Ｉｏを各レーザ素子にステップＳ４０で流すことによって各レーザ素子から出力される光（参照光）を表示させる。

ステップＳ５０にて、レーザ制御部２７は、この参照光の発光時の光を受ける光センサ２１５の出力をモニタし、各レーザ素子の光出力モニタ値を取得する。つまり、レーザ制御部２７は、駆動電流を初期駆動電流値Ｉｏから開始させた後、光センサ２１５の出力をモニタして得られる各レーザ素子の光出力モニタ値を取得する。

ステップＳ６０にて、レーザ制御部２７は、初期駆動電流値Ｉｏで駆動を開始した直後のステップＳ５０にて取得した光出力モニタ値と、予め定められている目標光出力値Ｐｔとを比較し、その両者の差分を算出する。ステップＳ７０にて、レーザ制御部２７は、その差分が小さくなるように、レーザドライバ２６が各レーザ素子に流す駆動電流値を設定する。ステップＳ８０にて、レーザ制御部２７は、ステップＳ７０で設定した駆動電流値で各レーザ素子を駆動させたときの光センサ２１５の出力をモニタすることで、各レーザ素子の光出力モニタ値を取得する。

ステップＳ９０にて、レーザ制御部２７は、ステップＳ８０にて取得した光出力モニタ値と、予め定められている目標光出力値Ｐｔとの差分Δが所定の範囲内に収束したか否かを判定する。レーザ制御部２７は、差分Δが所定の範囲内に収束していないと判定した場合、その差分Δが小さくなるように、駆動電流値を再設定する（ステップＳ７０）。そして、レーザ制御部２７は、ステップＳ７０で設定した駆動電流値で各レーザ素子を駆動させたときの光出力モニタ値を取得し（ステップＳ８０）、ステップＳ９０の判定処理を行う。

つまり、レーザ制御部２７は、レーザ素子の駆動電流を初期駆動電流値Ｉｏから開始させた後、光センサ２１５の出力をモニタして得られるレーザ素子の光出力モニタ値と、目標光出力値Ｐｔとの差が小さくなるように、レーザ素子の駆動電流を制御する。そして、レーザ制御部２７は、当該差が所定の範囲内に収束するまで、ステップＳ７０～Ｓ９０の処理を繰り返す。レーザ制御部２７は、例えば、このような繰り返し処理をＰＩ制御又はＰＩＤ制御により実行する（Ｐ：Proportional、Ｉ：Integral、Ｄ：Differential）。

ステップＳ９０にて、レーザ制御部２７は、ステップＳ８０にて取得した光出力モニタ値と、予め定められている目標光出力値Ｐｔとの差分Δが所定の範囲内に収束したと判定した場合、ステップＳ１００の処理を実行する。

ステップＳ１００にて、レーザ制御部２７は、差分Δが所定の範囲内に収束した場合、表示装置１００により表示される映像の輝度が一定になるように、表示装置１００の周囲の外光を検出する受光素子１７の出力に基づいて、レーザ素子の駆動電流を制御する。これにより、表示装置１００の周囲の明るさが変化しても、一定の輝度の映像を使用者に提供することができる。それに加え、表示装置１００の起動後、各レーザ素子の光出力値は目標光出力値Ｐｔに速やかに収束するので、一定の輝度の映像を使用者に速やかに提供することができる。

ここで、ステップＳ３０にて、レーザ制御部２７は、各レーザ素子の積算発光時間Ｔａと各レーザ素子の積算光出力Ｐａとの少なくとも一方に応じて、初期の光出力値を各レーザ素子から出力させる初期駆動電流値Ｉｏを夫々補正してもよい。このような補正を行うことで、各レーザ素子の光出力特性が経年劣化等により変化しても、初期の光出力値を各レーザ素子から出力させる初期駆動電流値Ｉｏを正確に決定可能となる。

レーザ素子の経時変化には、大きく２種類あり、発振するまでの閾値電流値Ｉｔｈが積算発光時間Ｔａが大きくなるほど増加する場合（図８）と、注入電流に対する光出力の傾き（発光効率）が積算発光時間Ｔａが大きくなるほど低下する場合（図９）とがある。したがって、レーザ制御部２７は、典型的には、各レーザ素子の積算発光時間Ｔａ又は積算光出力Ｐａが大きくなるほど、初期駆動電流値Ｉｏを増加させる補正を行うことで、光出力を目標光出力値Ｐｔに速やかに収束させることができる。

例えば、レーザ制御部２７は、各レーザ素子の発光時間をタイマにより計測して、その発光時間の積算値を積算発光時間Ｔａとしてメモリ３４に記録する。また、レーザ制御部２７は、各レーザ素子の光出力を光センサ２１５により検出し、その光出力の積算値を積算光出力Ｐａとしてメモリ３４に記録する。そして、レーザ制御部２７は、積算発光時間Ｔａと積算光出力Ｐａとの少なくとも一方が所定の閾値を超えた場合、初期駆動電流値Ｉｏを補正する。これにより、初期駆動電流値Ｉｏの補正を適切なタイミングで実施することができる。

レーザ制御部２７は、積算発光時間Ｔａの値に応じて設定される補正係数αと、積算光出力Ｐａの値に応じて設定される補正係数βとの少なくとも一方を、初期駆動電流値Ｉｏに乗算することによって、初期駆動電流値Ｉｏを補正してもよい。補正係数α，βは、例えば、非負の値である。レーザ制御部２７は、補正係数α，βの設定値を変化させることで、初期駆動電流値Ｉｏの増減を調整できる。つまり、初期駆動電流値Ｉｏを補正できる。

レーザ制御部２７は、積算発光時間Ｔａと積算光出力Ｐａとの少なくとも一方に応じて、初期駆動電流値Ｉｏの温度特性データＤｃを補正してもよい。例えば、レーザ制御部２７は、積算発光時間Ｔａの値に応じて設定される補正係数τａと、積算光出力Ｐａの値に応じて設定される補正係数τｂとの少なくとも一方を、上述の温度補正係数ａ，ｂに乗算することによって、温度特性データＤｃを補正できる。補正係数τａ，τｂは、例えば、非負の値である。レーザ制御部２７は、補正係数τａ，τｂの設定値を変化させることで、温度特性データＤｃを補正できる。レーザ制御部２７は、補正後の温度特性データＤｃを用いて初期駆動電流値Ｉｏを決定することで、初期駆動電流値Ｉｏを補正できる。レーザ制御部２７は、補正後の温度特性データＤｃをメモリ３４に記録することで、メモリ３４に予め保持されていた温度特性データＤｃを更新できる。その結果、レーザ制御部２７は、更新後の温度特性データＤｃを用いて次回以降の駆動開始時の初期駆動電流値Ｉｏを決定できるので、各レーザ素子の光出力特性が経時変化等による変化しても、次回以降も継続的に正確な初期駆動電流値Ｉｏを導出できる。

例えば、レーザ制御部２７は、映像の輝度が一定になるように受光素子１７の出力に基づいてレーザ素子の駆動電流を制御する動作を行いながら、当該レーザ素子の光出力特性（光出力の温度特性も含む）のデータを継続的に取得する。レーザ制御部２７は、これらの継続的に取得した光出力特性のデータに基づいて、温度特性データＤｃを補正する補正係数（例えば、補正係数τａ，τｂ）を決定してもよい。

例えば、レーザ制御部２７は、駆動電流を初期駆動電流値Ｉｏから開始させたとき、光センサ２１５の出力をモニタして得られるレーザ素子の光出力モニタ値と、目標光出力値Ｐｔとの差が所定値よりも大きく演算された場合、温度特性データＤｃを補正してもよい。このように補正を行うことによって、レーザ素子の出力特性の経時変化により当該差が次第に大きくなっても、温度特性データＤｃの補正を適切なタイミングで実施することができる。

なお、初期駆動電流値Ｉｏを補正する上述の方法は、初期閾値電流値Ｉｏａと初期発光電流値Ｉｏｂとを夫々補正する場合にも適用可能である。また、温度特性データＤｃを補正する上述の方法は、初期閾値電流値Ｉｏａの温度特性データＤｃａと初期発光電流値Ｉｏｂの温度特性データＤｃｂとを夫々補正する場合にも適用可能である。

このように、本開示の技術によれば、周囲の環境温度やレーザ素子の経時変化に因らず、映像表示装置を起動した直後に速やかに光出力を安定させ、特に明るさや色を安定させることができる。

また、映像表示エリア外で発光させる参照光を遮光できない場合もあるため、短時間で制御を行うのが好ましい。さらに、立ち上げ直後は、連続動作に比べて、特に環境の温度変化が起きやすく、レーザ素子の光出力が大きく変化する。このことからも、光出力制御は速やかに行うことが求められる。

本開示の技術を用いることで、環境温度やレーザー変化に応じて、レーザ素子の駆動電流値を調整することが可能となる。図２に示す固定の初期駆動電流値で駆動開始する場合に比べて、図７に示す温度可変の初期駆動電流値Ｉｏで駆動開始する方が、起動直後のレーザ素子の光出力が目標光出力値Ｐｔに近くなる。そのため、その後の光出力の制御量を減らすことができ、速やかに制御が完了する。

なお、主制御部２３及びレーザ制御部２７の各機能は、例えば、メモリに読み出し可能に記憶されるプログラムによってプロセッサが動作することにより、実現される。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。

以上、制御装置、光走査装置、表示装置及び制御方法を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、上記の実施の形態では、本開示に係る制御装置をレーザ走査型表示装置に適用する例を示した。しかし、これは一例であり、本開示に係る制御装置は、表示装置以外の機器にも適用可能である。このような機器としては、例えば、レーザプリンタ、レーザ走査型脱毛器、レーザヘッドランプ、レーザーレーダ等を挙げることができる。

１ 光走査装置
２０ 制御装置
１００ 表示装置
５００ 光学系

Claims (13)

1. 表示装置で使用される制御装置であって、
   レーザ素子と、
   前記レーザ素子の温度を検出する温度センサと、
   前記レーザ素子を駆動するレーザドライバと、
   前記レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するように、前記レーザドライバが前記レーザ素子に流す駆動電流を制御するレーザ制御部とを備え、
   前記レーザ制御部は、初期の光出力値を前記レーザ素子から出力させる初期駆動電流値の温度特性データと、前記温度センサにより検出される前記レーザ素子の検出温度とに基づいて、前記目標光出力値を前記レーザ素子から出力させる駆動電流値よりも低い値に、前記初期駆動電流値を決定し、前記駆動電流を前記初期駆動電流値から開始させるものであり、
   前記レーザ制御部は、前記レーザ素子が発振を開始する閾値電流値の温度特性に基づいて決定した初期閾値電流値と、前記閾値電流値に加える発光電流値の温度特性に基づいて決定した初期発光電流値との和を演算することによって、前記初期駆動電流値を決定する、制御装置。
2. 前記レーザ制御部は、前記駆動電流を前記初期駆動電流値から開始させた後、光センサの出力をモニタして得られる前記レーザ素子の光出力モニタ値と、前記目標光出力値との差が小さくなるように、前記駆動電流を制御する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記レーザ制御部は、前記差が所定の範囲内に収束した場合、前記表示装置により表示される映像の輝度が一定になるように、前記表示装置の周囲の外光を検出する受光素子の出力に基づいて、前記駆動電流を制御する、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記レーザ制御部は、前記温度特性データと前記検出温度とに基づいて、前記レーザ素子が発振を開始する閾値電流値以上の値に、前記初期駆動電流値を決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 表示装置で使用される制御装置であって、
   レーザ素子と、
   前記レーザ素子の温度を検出する温度センサと、
   前記レーザ素子を駆動するレーザドライバと、
   前記レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するように、前記レーザドライバが前記レーザ素子に流す駆動電流を制御するレーザ制御部とを備え、
   前記レーザ制御部は、初期の光出力値を前記レーザ素子から出力させる初期駆動電流値の温度特性データと、前記温度センサにより検出される前記レーザ素子の検出温度とに基づいて、前記初期駆動電流値を決定し、前記駆動電流を前記初期駆動電流値から開始させるものであり、
   前記レーザ制御部は、前記レーザ素子の積算発光時間と前記レーザ素子の積算光出力との少なくとも一方に応じて、前記初期駆動電流値を補正する、制御装置。
6. 前記レーザ制御部は、前記積算発光時間と前記積算光出力との少なくとも一方が所定の閾値を超えた場合、前記初期駆動電流値を補正する、請求項５に記載の制御装置。
7. 前記レーザ制御部は、前記積算発光時間と前記積算光出力との少なくとも一方に応じて、前記温度特性データを補正する、請求項５又は６に記載の制御装置。
8. 表示装置で使用される制御装置であって、
   レーザ素子と、
   前記レーザ素子の温度を検出する温度センサと、
   前記レーザ素子を駆動するレーザドライバと、
   前記レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するように、前記レーザドライバが前記レーザ素子に流す駆動電流を制御するレーザ制御部とを備え、
   前記レーザ制御部は、初期の光出力値を前記レーザ素子から出力させる初期駆動電流値の温度特性データと、前記温度センサにより検出される前記レーザ素子の検出温度とに基づいて、前記初期駆動電流値を決定し、前記駆動電流を前記初期駆動電流値から開始させるものであり、
   前記レーザ制御部は、前記駆動電流を前記初期駆動電流値から開始させたとき、光センサの出力をモニタして得られる前記レーザ素子の光出力モニタ値と、前記目標光出力値との差が所定値よりも大きく演算された場合、前記温度特性データを補正する、制御装置。
9. 前記温度特性データを予め保持するメモリを備え、
   前記レーザ制御部は、前記メモリから前記温度特性データを読み出して、前記初期駆動電流値を決定する、請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置。
10. 前記レーザ制御部は、前記メモリに保持される前記温度特性データを補正後の前記温度特性データに更新し、更新後の前記温度特性データを用いて次回以降の前記初期駆動電流値を決定する、請求項９に記載の制御装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の制御装置と、
    前記レーザ素子から出力されるレーザ光を走査する光走査部とを備える、光走査装置。
12. 請求項１１に記載の光走査装置と、
    前記光走査部により走査される前記レーザ光から映像を映し出す光学系とを備える、表示装置。
13. レーザ素子の光出力値が目標光出力値に収束するように、前記レーザ素子に流す駆動電流を制御する制御方法であって、
    初期の光出力値を前記レーザ素子から出力させる初期駆動電流値の温度特性データと、検出される前記レーザ素子の検出温度とに基づいて、前記目標光出力値を前記レーザ素子から出力させる駆動電流値よりも低い値に、前記初期駆動電流値を決定し、前記駆動電流を前記初期駆動電流値から開始させる、制御方法であり、
    前記レーザ素子が発振を開始する閾値電流値の温度特性に基づいて決定した初期閾値電流値と、前記閾値電流値に加える発光電流値の温度特性に基づいて決定した初期発光電流値との和を演算することによって、前記初期駆動電流値を決定する、制御方法。

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