JP7479123B2 - 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。

図１は、レーザダイオード（ＬＤ）等のレーザ素子に流す駆動電流Ｉとそのレーザ素子の光出力Ｐとの関係（いわゆる、Ｉ‐Ｌ特性）の一例を示す図である。レーザ素子が自然発光（自然放出）する自然発光領域Ａ１での光出力Ｐは、駆動電流Ｉが増加するにつれて少しずつ増加する。そして、駆動電流Ｉが閾値電流値Ｉ_ｔｈに到達すると、レーザ発振（誘導放出）が始まり、レーザ素子がレーザ発振する発振領域Ａ２での光出力Ｐは、駆動電流Ｉが増加するにつれて、自然発光領域Ａ１に比べて急激に増加する。

従来、第１及び第２の電流源を設け、閾値電流値Ｉ_ｔｈを第１の電流源から供給し、閾値電流値Ｉ_ｔｈに加える階調電流値（光出力値Ｐ_１を出力させる駆動電流値Ｉ_１から閾値電流値Ｉ_ｔｈを差し引いた電流値）を第２の電流源から供給するように構成された走査型プロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このように、特許文献１に記載の走査型プロジェクタでは、映像を表示させる表示エリアを走査する期間において、閾値電流値Ｉ_ｔｈと階調電流値との和がレーザ素子に印加される。

特開２０１０－２０５４４５号公報

ところが、図２のように、映像を表示させない非表示エリアＢ１を走査する期間に、第１の電流源により生成される閾値電流値Ｉ_ｔｈの電流がレーザ素子に印加されると、レーザ素子は光出力値Ｐ_０で発光するので、非表示エリアＢ１がぼんやりと明るくなってしまう。これを防ぐため、非表示エリアＢ１を走査する期間では、レーザ素子に流れる電流を零とすることが考えられる。

一方、映像を表示させる表示エリアＢ２を走査する期間では、映像のコントラストを上げるために、表示エリアＢ２のうち輝度レベルが零の部分を走査する際に電流を零とし、輝度レベルが非零の部分を走査する際に電流を閾値電流値Ｉ_ｔｈ以上とすることが考えられる。

しかしながら、輝度レベルが非零の部分の走査を開始する際に電流を零から閾値電流値Ｉ_ｔｈ以上の値まで立ち上げると、図３に示されるように、レーザ出力の立ち上がり時間Ｔｒが長くなり、かつオーバーシュートが発生するおそれがある。図３において、目標出力である１００％を超える部分がオーバーシュートに対応する。このオーバーシュートは、レーザ素子の電流が、閾値電流値Ｉ_ｔｈを跨いで変化することにより発生する。

このようなオーバーシュートが生じると、オーバーシュートが生じた部分では映像が目標値より明るくなり映像が劣化してしまう。明るさの増加の影響は、特に、レーザ素子の電流が閾値電流値Ｉ_ｔｈ付近である場合に顕著となる。例えば、輝度が零の画素と輝度が非零の画素とがまばらに混在するような画像の場合には、映像中の暗部において、オーバーシュートが粒状ノイズとして現れる可能性がある。

そこで、本開示の技術は、映像中のノイズを抑制することを目的としている。

本開示は、レーザ走査型の表示装置で使用される制御装置であって、レーザ素子と、前記レーザ素子に流す電流を生成する電流源と、前記電流源を制御して、前記レーザ素子に流す電流値を設定する制御部と、を備え、前記制御部は、表示装置が映像を表示させない非表示エリアを走査する期間では、零よりも大きく、かつ、前記レーザ素子の発振が始まる閾値電流値よりも小さい第１の駆動電流値を前記電流値とし、表示装置が映像を表示させる表示エリアのうち輝度レベルが零の部分を走査する期間では、前記第１の駆動電流値以上で、かつ前記閾値電流値未満の第２の駆動電流値を前記電流値とし、前記表示エリアのうち輝度レベルが非零の部分を走査する期間では、前記第２の駆動電流値に、映像信号の明るさを表す階調電流値である第３の設定電流値を付加した第３の駆動電流値を前記電流値とし、前記電流源は、前記第１の駆動電流値を生成する第１の電流源と、前記第２の駆動電流値及び前記第３の駆動電流値を生成する第２の電流源とを有し、前記制御部は、前記第１の電流源が生成する電流を、「初期閾値電流値×１／ｎ（ｎは２よりも大きな数）」で表される第１の設定電流値とし、前記第２の電流源が生成する電流を、前記第１の設定電流値より大きく、「前記初期閾値電流値×（１－１／ｎ）」未満である第２の設定電流値とし、前記初期閾値電流値は、前記閾値電流値の初期値の温度特性データと、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決定される値であり、前記第１の駆動電流値は、前記第１の設定電流値であって、かつ、前記レーザ素子への駆動電流供給を開始する電流値であり、前記第２の駆動電流値は、前記第１の設定電流値と前記第２の設定電流値との和であり、前記第３の駆動電流値は、前記第２の駆動電流値と前記第３の設定電流値との和である、制御装置である。

本開示の技術によれば、映像中のノイズを抑制することができる。

レーザ素子に流す駆動電流とそのレーザ素子の光出力との関係（いわゆる、Ｉ‐Ｌ特性）の一例を示す図である。 非表示エリアが発光する一例を示す図である。 レーザ素子の光出力の過渡特性の一例を示す図である。 第１実施形態に係る表示装置の構成例を示す図である。 第１実施形態に係る制御方法の一例を示すフローチャートである。 二次元走査時の駆動電流とレーザ素子の光出力との関係を示す図である。 二次元走査時における駆動電流及び光出力の時間変化の一例を示す図である。 第２実施形態に係る表示装置の構成例を示す図である。 変換テーブル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。

＜第１実施形態＞
図４は、第１実施形態に係る表示装置の構成例を示す図である。図４に示すレーザ走査型の表示装置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。

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。

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、ミラーを揺動させることにより、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には、例えば、半導体プロセス等で作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いることができる。光走査部１５が備えるミラーは、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。

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、制御部３５、バッファ回路２４、ミラー駆動回路２５、レーザドライバ２６、及びメモリ３４を備える。制御部３５は、主制御部２３及びレーザ制御部２７を有する。

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それぞれ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それぞれの温度（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、それぞれ、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、コリメートレンズ等によって略平行光とされ、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のそれぞれ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のそれぞれの光出力を検出し、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、コリメートレンズ等によって略平行光とされ、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のそれぞれ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のそれぞれの温度を検出し、検出された温度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のそれぞれ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１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のそれぞれ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が備えるミラー（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することができる。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）する。

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に供給する。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、色度信号及びレーザ制御部２７からの補正信号に応じた駆動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からの駆動信号に基づいて、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、複数のレーザ素子を駆動可能な複数の電流源回路（本実施形態では、３つのレーザ２１１Ｒ、２２１Ｇ、２２１Ｂに対応する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する。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する。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。

なお、本実施形態では、３つのレーザ素子の各々に対応して電流電回路を設けているが、電流電回路の数はレーザ素子の数と異なっていてもよい。例えば、同色のレーザ素子を２つ用いるなど、３以上のレーザ素子を駆動する場合は、共通化した１つの電流源回路で２つのレーザ素子を駆動してもよい。

電流源回路２６０Ｒ、２６０Ｇ、及び２６０Ｂは、それぞれ、少なくとも２つの電流源２６１，２６２を有することが好ましい。第１の電流源２６１は、レーザ制御部２７からの電流制御信号に基づいて電流値を調整した電流を、対応するレーザ素子に流す回路である。第２の電流源２６２は、主制御部２３からの駆動信号に基づいて電流値を調整した電流を、対応するレーザ素子に流す回路である。

レーザ２１１Ｒに流す駆動電流Ｉ_Ｒは、電流源回路２６０Ｒの第１の電流源２６１により生成される電流と、電流源回路２６０Ｒの第２の電流源２６２により生成される電流との和により生成される。レーザ２１１Ｇに流す駆動電流Ｉ_Ｇ、及びレーザ２１１Ｂに流す駆動電流Ｉ_Ｂ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のそれぞれ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のそれぞれ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、それぞれ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。レーザ制御部２７は、光センサ２１５により検出される光出力値と所定の光出力値との差に応じてゲイン等を補正する補正信号を生成して主制御部２３に供給する。

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５は、第１実施形態に係る制御方法の一例を示すフローチャートである。図５に示す制御方法は、表示装置１００で使用される制御装置２０の制御部３５（レーザ制御部２７及び主制御部２３）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、レーザ２１１Ｒの発振が始まる閾値電流値Ｉ_ｔｈの初期値を、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、レーザ２１１Ｇの発振が始まる閾値電流値Ｉ_ｔｈの初期値を、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、レーザ２１１Ｂの発振が始まる閾値電流値Ｉ_ｔｈの初期値を、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、レーザ素子の発振が始まる閾値電流値Ｉ_ｔｈの初期値（初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏ）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、初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏを決定する。レーザ制御部２７は、レーザ素子の発振が始まる初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏ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、初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏとして決定できる。

初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏの温度特性データＤｃとは、レーザ素子の温度Ｔと初期閾値電流値Ｉｔｈｏ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、各レーザ素子の初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏ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閾値電流値Ｉ_ｔｈｏ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Ｉｔｈｏ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から初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏを算出する演算式が、「Ｉ_ｔｈｏ＝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閾値電流値Ｉ_ｔｈｏ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。

ステップＳ４０にて、初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏでの光出力値を減らして非表示エリアＢ１での明るさを抑えるため、レーザ制御部２７は、初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏの（１／ｎ）倍である第１の設定電流値Ｉ_Ｓ１を計算する。ここで、ｎは、１よりも大きな数である。また、ステップＳ４０にて、レーザ制御部２７は、零以上で、かつ初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏの（１－１／ｎ）倍未満の範囲内となる第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２を計算する。

すなわち、第１の設定電流値Ｉ_Ｓ１、及び第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２は、下式（１）及び（２）の関係を満たす。

Ｉ_Ｓ１＝（１／ｎ）×Ｉ_ｔｈｏ ・・・（１）
０≦Ｉ_Ｓ２＜（１－１／ｎ）×Ｉ_ｔｈｏ ・・・（２）
例えば、レーザ制御部２７は、第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２を、第１の設定電流値Ｉ_Ｓ１と、初期閾値電流値Ｉ_ｔｈｏの（１－１／ｎ）倍との間の値、すなわち下式（３）で表される値（平均値）とする。

Ｉ_Ｓ２＝（１－１／ｎ）／２×Ｉ_ｔｈｏ ・・・（３）
また、ステップＳ５０にて、レーザ制御部２７は、第１の設定電流値Ｉ_Ｓ１を第１の駆動電流値Ｉ_１として設定し、第１の設定電流値Ｉ_Ｓ１と第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２との和を算出して第２の駆動電流値Ｉ_２として設定する。レーザ制御部２７は、第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２を主制御部２３に供給する。

第１の駆動電流値Ｉ_１は、表示装置１００が表示すべき映像の表示エリアＢ２とは別の非表示エリアＢ１を走査する際にレーザ素子に流す電流値である。第２の駆動電流値Ｉ_２は、映像を表示させる表示エリアＢ２のうち輝度レベルが零の部分を走査する際にレーザ素子に流す電流値である。

また、ステップＳ５０にて、レーザ制御部２７及び主制御部２３は、レーザドライバ２６が各レーザ素子に流す駆動電流を、第１の駆動電流値Ｉ_１から開始させる（立ち上げさせる）。例えば、レーザ制御部２７及び主制御部２３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第１の駆動電流値Ｉ_１から始まるように電流源２６１，２６２を制御する。ここでは、第１の電流源２６１が流す電流値を第１の設定電流値Ｉ_Ｓ１とし、第２の電流源２６２が流す電流値を零とする。

レーザ制御部２７及び主制御部２３は、設定された第１の駆動電流値Ｉ_１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、映像を表示させない非表示エリアＢ１で行われる。レーザ制御部２７及び主制御部２３は、例えば、表示エリアＢ２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Ｂ１に、第１の駆動電流値Ｉ_１を各レーザ素子に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Ｓ６０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、駆動電流を第１の駆動電流値Ｉ_１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Ｓ７０にて、レーザ制御部２７は、第１の駆動電流値Ｉ_１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Ｓ８０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調整する。ここで、レーザ制御部２７は、第１の電流源２６１が流す電流を調整するが、主制御部２３からの指示により第１の電流源２６１が流す電流を調整してもよい。

ステップＳ９０にて、レーザ制御部２７は、ステップＳ８０で調整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Ｓ１００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、駆動電流値を再調整する（ステップＳ８０）。そして、レーザ制御部２７は、ステップＳ８０で再調整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Ｓ９０）、ステップＳ１００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第１の駆動電流値Ｉ_１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Ｓ８０～Ｓ１００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Ｓ１００にて、レーザ制御部２７は、ステップＳ９０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Ｓ１１０の処理を実行する。

ステップＳ１１０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。

この後のステップＳ１２０にて、レーザ制御部２７は、レーザ光の二次元走査を開始する。このとき、レーザ制御部２７は、ミラー駆動回路２５を介して光走査部１５を制御するとともに、外部から入力される映像信号に応じた駆動信号をレーザドライバ２６に供給する。レーザドライバ２６は、主制御部２３からの駆動信号に基づいて、電流源回路２６０Ｒ、２６０Ｇ、及び２６０Ｂの各第２の電流源２６２が生成する電流値を制御する。すなわち、第２の電流源２６２が発生する電流値は、映像信号の明るさに応じて変調される。

図６は、二次元走査時の駆動電流Ｉとレーザ素子の光出力Ｐとの関係を示す図である。レーザ制御部２７は、非表示エリアＢ１を走査する期間では、映像信号の値は零であるので、第２の電流源２６２の電流値を零とする。すなわち、レーザドライバ２６は、第１の電流源２６１により生成される第１の駆動電流値Ｉ_１の電流のみを各レーザ素子に流す。

レーザ制御部２７は、表示エリアＢ２を走査する期間では、前述の第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２に、映像信号の明るさに応じた第３の設定電流値Ｉ_Ｓ３を加えた値の電流を第２の電流源２６２に発生させる。第３の設定電流値Ｉ_Ｓ３は、映像信号の明るさを表す階調電流値である。なお、表示エリアＢ２を走査する期間においても、第１の電流源２６１から第１の駆動電流値Ｉ_１の電流が発生されている。

したがって、表示エリアＢ２のうち輝度レベルが非零の部分を走査する期間では、各レーザ素子に第２の駆動電流値Ｉ_２に、階調電流値（第３の設定電流値Ｉ_Ｓ３）が付加された第３の駆動電流値Ｉ_３の電流が流れる。なお、表示エリアＢ２のうち輝度レベルが零の部分を走査する際にレーザ素子に流れる電流は、第２の駆動電流値Ｉ_２である。

第２の駆動電流値Ｉ_２及び第３の駆動電流値Ｉ_３は、それぞれ下式（４）及び（５）で表される。

Ｉ_２＝Ｉ_１＋Ｉ_Ｓ２ ・・・（４）
Ｉ_３＝Ｉ_２＋Ｉ_Ｓ３ ・・・（５）
また、第２の駆動電流値Ｉ_２は、下式（６）で表される範囲内にある。

Ｉ_１≦Ｉ_２＜Ｉ_ｔｈ ・・・（６）
図７は、二次元走査時における駆動電流Ｉ及び光出力Ｐの時間変化の一例を示す図である。図７（Ａ）は、光出力Ｐと時間ｔとの関係を表す図である。図７（Ｂ）は、駆動電流Ｉと時間ｔとの関係を表す図である。

図７（Ｂ）に示すように、本実施形態では、表示エリアＢ２を走査する期間では、レーザ素子の駆動電流Ｉが閾値電流値Ｉ_ｔｈを跨いで変化する。しかし、本実施形態では、輝度レベルが零の部分を走査する際の第２の駆動電流値Ｉ_２が上式（６）で表される範囲内にあり、非表示エリアＢ１を走査する際の第１の駆動電流値Ｉ_１よりも大きいので、閾値電流値Ｉ_ｔｈを跨いで変化する変化量が小さい。これにより、光出力Ｐが、第３の駆動電流値Ｉ_３に対応する目標値Ｐｔへ向かって立ち上がる際に生じ得るオーバーシュートが抑制される。オーバーシュートが抑制されることにより、オーバーシュートが起因して映像中の暗部の周辺において生じ得る粒状ノイズが抑制される。

なお、上記実施形態では、第２の駆動電流値Ｉ_２を、第１の駆動電流値Ｉ_１と閾値電流値Ｉ_ｔｈとの平均値としているが、これに限られず、第２の駆動電流値Ｉ_２は、第１の駆動電流値Ｉ_１以上で、かつ閾値電流値Ｉ_ｔｈ未満の範囲内であればよく、適宜の値に設定してもよい。

但し、第２の駆動電流値Ｉ_２を第１の駆動電流値Ｉ_１に近づけると暗部の輝度が低下してコントラストが大きくなるが、ノイズが増加する。逆に、第２の駆動電流値Ｉ_２を閾値電流値Ｉ_ｔｈに近づけるとノイズが減少するが、暗部の輝度が上昇してコントラストが小さくなる。このように第２の駆動電流値Ｉ_２を変化させるとコントラストとノイズとの間でトレードオフの関係が生じるので、このトレードオフの関係を実際の映像で確認しながら、第２の駆動電流値Ｉ_２を設定することが好ましい。

また、上記実施形態では、第１の駆動電流値Ｉ_１を、閾値電流値Ｉ_ｔｈの（１／ｎ）倍の値に設定しているが、これに限られず、第１の駆動電流値Ｉ_１は零（すなわち、Ｉ_１＝０）であってもよい。

＜第２実施形態＞
次に、第１実施形態では、第２の駆動電流値Ｉ_２を、第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２を用いて設定しているが、第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２を用いずに、映像信号をオフセットすることにより第２の駆動電流値Ｉ_２を設定することが可能である。以下、映像信号のオフセットにより第２の駆動電流値Ｉ_２を設定可能とする実施形態について説明する。

図８は、第２実施形態に係る表示装置の構成例を示す図である。図４に示すレーザ走査型の表示装置１００ａは、主制御部２３に信号オフセット部２３ａが構成されている点が第１実施形態に係る表示装置１００の構成と異なる。

本実施形態では、第１実施形態と同様に、第１の電流源２６１は、レーザ制御部２７により第１の駆動電流値Ｉ_１を流すように設定されている。一方、第２の電流源２６２は、信号オフセット部２３ａから供給されるオフセット後の映像信号に基づいて駆動電流値が決定される。

信号オフセット部２３ａは、主制御部２３に入力される映像信号の信号レベルをオフセットするための変換テーブルを有している。図９は、変換テーブルの一例を示す図である。図９に示す変換テーブルＴＢは、信号オフセット部２３ａに入力される映像信号の入力信号レベルと、信号オフセット部２３ａが出力するオフセット後の映像信号の出力信号レベルとの関係を表すテーブルである。

具体的には、変換テーブルＴＢは、例えば、映像信号が２５６階調である場合に、１階調分の信号レベルをオフセット値として加算して出力することを規定している。但し、変換テーブルＴＢでは、オフセット後の出力信号レベルが最大階調値（２５５）を超える場合には、出力信号レベルを最大階調値（２５５）とする。

なお、信号オフセット部２３ａは、変換テーブルＴＢを用いずに、所定の関数を用いた演算によりオフセット処理を行ってもよい。

主制御部２３は、表示エリアＢ２の走査を行う期間において、外部から入力される映像信号を信号オフセット部２３ａによりオフセットし、オフセット後の映像信号に基づく駆動信号を第２の電流源２６２に供給する。第２の電流源２６２は、主制御部２３からの駆動信号に基づいて電流値を調整した駆動電流を、対応するレーザ素子に流す。

本実施形態では、信号オフセット部２３ａによるオフセット値は、第１実施形態における第２の設定電流値Ｉ_Ｓ２（図６参照）に対応する。すなわち、映像信号の信号レベルが零の場合には、レーザ素子に流れる電流は第２の駆動電流値Ｉ_２となる。

また、本実施形態では、非表示エリアＢ１を走査する期間では、主制御部２３には映像信号が入力されないので、レーザ素子に流れる電流は第１の駆動電流値Ｉ_１となる。

第２実施形態においても第１実施形態と同様に、オーバーシュートを抑制することにより、オーバーシュートが起因して映像中の暗部の周辺において生じ得る粒状ノイズを抑制することができる。

オフセット値は、上述の１階調分の信号レベルには限られない。オフセット値は、第２の駆動電流値Ｉ_２を決定するので、第１実施形態と同様に、コントラストとノイズとの間でトレードオフの関係を実際の映像で確認しながら設定することが好ましい。

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。また、主制御部２３及びレーザ制御部２７は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のプログラム可能な論理回路により構成されていてもよい。

また、主制御部２３及びレーザ制御部２７は、１つの制御部により構成されていてもよい。

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。

１ 光走査装置、１５ 光走査部、１７ 受光素子、２０ 制御装置、２１ レーザモジュール、２３ 主制御部、２３ａ 信号オフセット部、２４ バッファ回路、２５ ミラー駆動回路、２６ レーザドライバ、２７ レーザ制御部、３１，３２，３３ バッファ回路、３４ メモリ、３５ 制御部、１００，１００ａ 表示装置、２１１Ｂ，２１１Ｇ，２１１Ｒ レーザ、２１５ 光センサ、２１６ 温度センサ、２６０Ｂ，２６０Ｇ，２６０Ｒ 電流源回路、２６１ 第１の電流源、２６２ 第２の電流源、５００ 光学系

Claims (4)

1. レーザ走査型の表示装置で使用される制御装置であって、
   レーザ素子と、
   前記レーザ素子に流す電流を生成する電流源と、
   前記電流源を制御して、前記レーザ素子に流す電流値を設定する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   表示装置が映像を表示させない非表示エリアを走査する期間では、零よりも大きく、かつ、前記レーザ素子の発振が始まる閾値電流値よりも小さい第１の駆動電流値を前記電流値とし、
   表示装置が映像を表示させる表示エリアのうち輝度レベルが零の部分を走査する期間では、前記第１の駆動電流値以上で、かつ前記閾値電流値未満の第２の駆動電流値を前記電流値とし、
   前記表示エリアのうち輝度レベルが非零の部分を走査する期間では、前記第２の駆動電流値に、映像信号の明るさを表す階調電流値である第３の設定電流値を付加した第３の駆動電流値を前記電流値とし、
   前記電流源は、前記第１の駆動電流値を生成する第１の電流源と、前記第２の駆動電流値及び前記第３の駆動電流値を生成する第２の電流源とを有し、
   前記制御部は、前記第１の電流源が生成する電流を、「初期閾値電流値×１／ｎ（ｎは２よりも大きな数）」で表される第１の設定電流値とし、前記第２の電流源が生成する電流を、前記第１の設定電流値より大きく、「前記初期閾値電流値×（１－１／ｎ）」未満である第２の設定電流値とし、
   前記初期閾値電流値は、前記閾値電流値の初期値の温度特性データと、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決定される値であり、
   前記第１の駆動電流値は、前記第１の設定電流値であって、かつ、前記レーザ素子への駆動電流供給を開始する電流値であり、
   前記第２の駆動電流値は、前記第１の設定電流値と前記第２の設定電流値との和であり、
   前記第３の駆動電流値は、前記第２の駆動電流値と前記第３の設定電流値との和である、制御装置。
2. 請求項１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。
3. 請求項２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。
4. レーザ素子と、前記レーザ素子に流す電流を生成する電流源とを有するレーザ走査型の表示装置を制御する制御方法であって、
   表示装置が映像を表示させない非表示エリアを走査する期間では、零よりも大きく、かつ、前記レーザ素子の発振が始まる閾値電流値よりも小さい第１の駆動電流値を前記電流の電流値とし、
   表示装置が映像を表示させる表示エリアのうち輝度レベルが零の部分を走査する期間では、前記第１の駆動電流値以上で、かつ前記閾値電流値未満の第２の駆動電流値を前記電流値とし、
   前記表示エリアのうち輝度レベルが非零の部分を走査する期間では、前記第２の駆動電流値に、映像信号の明るさを表す階調電流値である第３の設定電流値を付加した第３の駆動電流値を前記電流値とし、
   前記電流源は、前記第１の駆動電流値を生成する第１の電流源と、前記第２の駆動電流値及び前記第３の駆動電流値を生成する第２の電流源とを有し、
   前記第１の電流源が生成する電流を、「初期閾値電流値×１／ｎ（ｎは２よりも大きな数）」で表される第１の設定電流値とし、前記第２の電流源が生成する電流を、前記第１の設定電流値より大きく、「前記初期閾値電流値×（１－１／ｎ）」未満である第２の設定電流値とし、
   前記初期閾値電流値は、前記閾値電流値の初期値の温度特性データと、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決定される値であり、
   前記第１の駆動電流値は、前記第１の設定電流値であって、かつ、前記レーザ素子への駆動電流供給を開始する電流値であり、
   前記第２の駆動電流値は、前記第１の設定電流値と前記第２の設定電流値との和であり、
   前記第３の駆動電流値は、前記第２の駆動電流値と前記第３の設定電流値との和である、制御方法。

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