JP7485890B2

JP7485890B2 - 表示装置におけるレーザの制御方法

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Publication number: JP7485890B2
Application number: JP2019220991A
Authority: JP
Inventors: 祐司木村
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2024-05-17
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Description

本発明は、表示装置におけるレーザの制御方法に関する。

レーザ光を２次元走査することにより、画像をスクリーンに投影する表示装置（所謂レーザプロジェクタ）が知られている。このような表示装置では、例えば、レーザ光を反射するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを駆動して、その反射方向を順次変化させることにより、レーザ光を２次元走査する。

このような表示装置には、明るさ補正や階調補正を行うものがある。補正機能は、表示装置により異なるが、明るさ補正、コントラスト補正を備えているものが多い。明るさ補正は、例えば、光源の光量を変えることにより実現し、コントラスト補正は、例えば、上下の階調をより強調するような階調補正を行う。

何れの補正の場合も、例えば、プリセットの何パターンかの階調テーブルか、何パターンかの階調変換式を表示装置内に保有している。中にはγ補正のように表示装置自身が持っている階調の特性を補償するような機能を持ったものもあるが、γ補正のカーブはやはり何通りかのプリセットである。

特開２００２－３６５５６８号公報

しかしながら、上記の補正機能では、レーザのＩ－Ｌ特性のばらつきを適切に補正することは困難である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、レーザのＩ－Ｌ特性のばらつきを補正可能な表示装置におけるレーザの制御方法を提供することを目的とする。

本表示装置におけるレーザの制御方法は、レーザ光により生成された映像を表示する表示装置におけるレーザの制御方法であって、レーザの電流－光出力特性を予め取得し、前記電流－光出力特性が所望の形に近づくように補正する変換テーブルを作成して記憶部（１６）に記憶させるステップと、制御部（１１、１２）が前記記憶部から前記変換テーブルを読み出し、前記変換テーブルを用いて変換したデータに基づいて前記レーザを発光させるステップと、を有し、前記変換テーブルは、予め取得した前記電流－光出力特性のデータにおいて電流に対応する入力階調に対して光出力に対応する出力階調が非線形である部分が存在する場合には、前記出力階調が線形に近づくように階調のデータを入れ替えられるように作成し、かつ予め取得したデータに所望の出力階調になる入力階調が存在しない場合には、前記所望の出力階調に近い出力階調となる入力階調を前記変換テーブルに設定する。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

開示の技術によれば、レーザのＩ－Ｌ特性のばらつきを補正可能な表示装置におけるレーザの制御方法を提供できる。

本実施形態に係る表示装置を例示するブロック図である。表示装置を構成する光走査部を例示する平面図である。本実施形態に係る表示装置を例示する外観図（その１）である。本実施形態に係る表示装置を例示する外観図（その２）である。レーザダイオードのＩ－Ｌ特性を例示する図である。階調のひずみについて説明する図である。レーザダイオードの温度特性を例示する図である。Ｉ－Ｌ特性（入力階調に対する出力階調）について示す図である。変換テーブルの一例を示す図である。スクリーンにおける光センサの配置を説明する図である。光センサの構成について説明する図である。

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１は、本実施形態に係る表示装置を例示するブロック図である。図２は、表示装置を構成する光走査部を例示する平面図である。図３及び図４は、本実施形態に係る表示装置を例示する外観図である。

（表示装置の概略構成）
まず、図１～図４を参照して、表示装置１の概略構成について説明する。表示装置１は、主要な構成要素として、回路部１０と、光源部２０と、光走査部３０と、光学部４０と、スクリーン５０と、光センサ６０とを有し、これらは筐体１００に格納されている。表示装置１は、レーザ光により生成された映像を表示する装置であり、例えば、レーザ走査型プロジェクタである。

回路部１０は、光源部２０や光走査部３０を制御する部分であり、例えば、システムコントローラ１１やＣＰＵ（Central Processing Unit）１２、バッファ回路１３、ミラー駆動回路１４、レーザ駆動回路１５、メモリ１６（例えば、フラッシュメモリ）等により構成できる。システムコントローラ１１には、表示装置１の外部からビデオ信号が入力される。

光源部２０は、ＬＤモジュール２１と、減光フィルタ２４とを有する。

ＬＤモジュール２１は、電流に応じて光出力が変化するレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂや、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の直近の光量をモニタする光量検出センサ２１５、夫々のレーザの直近の温度をモニタする温度センサ２１７等を備えている。

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）の光を出射できる。光量検出センサ２１５としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。温度センサ２１７としては、例えば、サーミスタを用いることができる。

光走査部３０は、例えば、圧電素子によりミラー３１０を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）である。ミラー３１０は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された光（合成後の光）を反射させ、映像信号に応じて入射光を水平方向及び垂直方向の２次元に走査してスクリーン５０に結像させる走査手段として機能する。

具体的には、図２に示すように、ミラー３１０は、軸を構成する捻れ梁３３１及び３３２により両側から支持されている。捻れ梁３３１及び３３２と直交する方向に、ミラー３１０を挟むように、駆動梁３５１及び３５２が対をなして設けられている。駆動梁３５１及び３５２の夫々の表面に形成された圧電素子により、捻れ梁３３１及び３３２を軸として、ミラー３１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー３１０が捻れ梁３３１及び３３２の軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。駆動梁３５１及び３５２による水平駆動には、例えば共振振動が用いられ、高速にミラー３１０を駆動できる。水平変位センサ３９１は、ミラー３１０が水平方向に揺動している状態におけるミラー３１０の水平方向の傾き具合を検出するセンサである。

又、駆動梁３５１及び３５２の外側には、駆動梁３７１及び３７２が対をなして設けられている。駆動梁３７１及び３７２は、表面の圧電素子が形成されたカンチレバーを複数本ミアンダ形状に連結することで形成されており、駆動梁３７１及び３７２の夫々の表面に形成された圧電素子により、ミラー３１０を水平方向と直交する方向である垂直方向に揺動させることができる。垂直変位センサ３９５及び３９６は、ミラー３１０が垂直方向に揺動している状態におけるミラー３１０の垂直方向の傾き具合を検出するセンサである。なお、光走査部３０は、例えば、ユニット１５０（図３（ｂ）参照）において、駆動回路等と共にセラミックパッケージに搭載され、セラミックカバーに覆われている。

なお、捻れ梁３３１及び３３２の長手方向（軸方向）は、結晶方位＜１００＞面から約５°傾いている。又、駆動梁３７１及び３７２を形成するカンチレバーの長手方向は、捻れ梁３３１及び３３２の長手方向（軸方向）と平行に形成されており、同様に結晶方位＜１００＞面より約５°傾いている。

光学部４０は、光走査部３０にて走査された光をスクリーン５０に投射するための光学系であり、例えば、図３（ｂ）等に示すように、反射ミラー４１、反射ミラー４２、反射ミラー４３、凹面ミラー４４等を含んで構成できる。光走査部３０から光学部４０に入射した光は、凹面ミラー４４により略平行光とされてスクリーン５０に結像し、スクリーン５０に映像信号に応じた画像が描画される。スクリーン５０は、スペックルと呼ばれる粒状に見える画像のノイズを除去する機能（マイクロレンズアレイ等）を備えていることが好ましい。

光センサ６０は、スクリーン５０上に設けられており、レーザ光の水平走査の往路（第一の方向）及び復路（第二の方向）のそれぞれにおいて、光センサ６０に照射されたレーザ光を検出する。光センサ６０としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。

（表示装置の概略動作）
次に、表示装置１の概略動作について説明する。システムコントローラ１１は、例えば、ミラー３１０の振れ角制御を行うことができる。システムコントローラ１１は、例えば、水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６で得られるミラー３１０の水平方向及び垂直方向の傾きをバッファ回路１３を介してモニタし、ミラー駆動回路１４に角度制御信号を供給できる。そして、ミラー駆動回路１４は、システムコントローラ１１からの角度制御信号に基づいて、駆動梁３５１及び３５２、駆動梁３７１及び３７２に所定の駆動信号を供給し、ミラー３１０を所定角度に駆動（走査）できる。

又、システムコントローラ１１は、例えば、ディジタルの映像信号をレーザ駆動回路１５に供給できる。そして、レーザ駆動回路１５は、システムコントローラ１１からの映像信号に基づいて、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂに所定の電流を供給する。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カラーの画像を形成できる。

ＣＰＵ１２は、例えば、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの根元の出射光量を光量検出センサ２１５の出力によりモニタし、ＬＤモジュール２１に光量制御信号を供給できる。レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂは、ＣＰＵ１２からの光量制御信号に基づいて、所定の出力（光量）になるように電流制御される。

なお、光量検出センサ２１５は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量を独立に検出する３つのセンサを含む構成にできる。或いは、光量検出センサ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の出射光量の制御が可能となる。

又、ＣＰＵ１２は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの温度を温度センサ２１７の出力によりモニタしている。そして、ＣＰＵ１２は、温度センサ２１７の出力に基づいて、温度に応じた適切な光量制御信号をＬＤモジュール２１に供給できる。

レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された各波長の光は、ダイクロイックミラー等により合成され、減光フィルタ２４により所定の光量に減光されてミラー３１０に入射する。ミラー３１０は、入射光を２次元に走査し、走査光は光学部４０を介してスクリーン５０に照射され、スクリーン５０に２次元像が形成される。なお、光センサ６０の機能については、後述する。

（レーザの階調制御）
レーザダイオードは入力する電流量に応じて、ＬＥＤ発光するＬＥＤ発光領域と、レーザ発光するＬＤ発光領域の２つに分けられる。通常、レーザダイオードとして用いる領域は後者である。ＬＤ発光領域における電流－光出力特性（所謂Ｉ－Ｌ特性）は線形ではない。

図５は、レーザダイオードのＩ－Ｌ特性を例示する図である。図５の例では、Ａ部、Ｂ部、及びＣ部においてＩ－Ｌ特性の傾きが線形ではない。Ａ部は、電流量が小さい閾値電流付近である。Ｂ部では、光出力が折れ曲がり、傾きの正負が逆転するキンクがみられている。Ｃ部は、電流量が大きい高階調領域であり、Ｉ－Ｌ特性の傾きが小さくなり飽和するようになる。

加えて、レーザダイオード毎に、特性がばらつくことも多い。これに対し、低階調から高階調までを等間隔のステップで電流を増やしたときの光出力は、図５と同様に線形ではなくなるために、カラーチャートを表示すると図６のように正しいグラデーションが描けなくなる。図６の上側が期待される階調であるが、図５のＡ部、Ｂ部、及びＣ部に対する階調では、正しいグラデーションが描けず、図６の下側のようなひずんだ階調となる。

表示装置１を用いる環境は、アプリケーションにより様々で、周囲環境が明るい場合もあれば、暗い場合もある。周囲の環境が暗い場合には、表示装置１の光量も絞られる。しかし、正しいグラデーションが描けないと、このような環境では色を正しく再現できないとことになる。

更に、Ｉ－Ｌ特性は温度によっても異なる。図７は、レーザダイオードの温度特性を例示する図である。レーザダイオードは図７に示すような温度特性を持っており、温度により傾きに加えて線形性も異なる。図７の例では、２５℃では略線形であるが、６０℃では高階調領域のＩ－Ｌ特性が徐々に飽和している。つまり、低温では比較的線形であるが高温では非線形となり、高階調領域のＩ－Ｌ特性の傾きが寝てくる。

従って、高温時には、たとえ最大光量を光量制御により一定にしていたとしても、中間階調の持ち上がった、階調を正しく再現できない投影画像となってしまう。このため、表示装置１へ入力されるビデオ信号に対する出力映像の階調が期待したものにならない場合がある。

表示装置１では、上記のようなレーザダイオードのＩ－Ｌ特性の非線形性に起因する問題を解決するため、レーザの階調制御を行っている。

具体的には、表示装置１では、Ｉ－Ｌ特性補整用の複数の変換テーブルを予め作成し、記憶部であるメモリ１６に記憶しておく。そして、ＣＰＵ１２は、状況に応じた適切な変換テーブルを選択し、メモリ１６から変換テーブルを読み出し、システムコントローラ１１に受け渡す。そして、システムコントローラ１１は、表示装置１に入力されるビデオ信号に対して選択された変換テーブルを適用し、変換したデータをレーザ駆動回路１５に供給する。

変換テーブルは、例えば、ビデオ信号の最低階調０～最大階調２５５の２５６階調に対して、１対１の出力階調を持つ。変換テーブルを作成するには、まず、使用する各レーザ（レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂ）の補正前のＩ－Ｌ特性を取得する。このとき、最低階調０と最大階調２５５の光量は制御済みで期待値になっているものとする。

ここでは、計算を容易化するため、一例として、最低階調０から最大階調２５５を、最大階調２５５で正規化する。例えば、最大階調２５５時の光出力がＬｍａｘ［ｍＷ］であったとすると、階調ｎにおける正規化光量Ｉｎ（ｎ）は、Ｉｎ（ｎ）＝Ｉ（ｎ）×２５５／Ｌｍａｘとなる。ここで、Ｉ（ｎ）は階調ｎにおける光出力［ｍＷ］である。例えば、図８のＩ－Ｌ特性が得られる。図８では、入力階調がＩに、出力階調がＬに対応する。

次に、図８の入力階調及び出力階調に基づいて変換テーブルを作成する。図８より、例えば、出力階調３を得るための入力階調は５であり、出力階調４を得るための入力階調は３である。そこで、図９に示すように、出力階調３に対応する変換テーブルの値を５とし、出力階調４に対応する変換テーブルの値を３とする。適切な入力階調がないときには、出力階調が近い値を設定する。これにより、例えば、図９の変換テーブルが得られる。

変換前のＩ－Ｌ特性（図８の出力階調）と、変換後のＩ－Ｌ特性（図９の出力階調）とを比較すると、変換後のＩ－Ｌ特性（図９の出力階調）の方が線形に近づいていることがわかる。なお、変換テーブルは、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂ毎に作成する。

温度によりＩ－Ｌ特性が異なる場合には、上記と同様の方法で、複数の温度について変換テーブルを予め取得しておき、制御部（システムコントローラ１１及びＣＰＵ１２）が温度センサ２１７で検出した周囲の温度変化に合わせて変換テーブルの切替えを実施することが好ましい。変換テーブルを作成する温度は、表示装置の仕様により異なるが、例えば、－５℃、１０℃、２５℃、４０℃、６５℃等の温度を選択できる。

このように、表示装置１は、レーザの電流－光出力特性が所望の形に近づくように補正する変換テーブルを記憶した記憶部と、記憶部から変換テーブルを読み出し、変換テーブルを用いて変換したデータに基づいてレーザを発光させる制御部（システムコントローラ１１及びＣＰＵ１２）とを有している。

変換テーブルは、入力階調に対する出力階調の１対１のテーブルを設定することができ、設定可能な階調の上下限以外の制限はない。変換テーブルは、予めレーザの電流に対する光出力を複数階調のデジタルデータとして取得し、複数階調のデジタルデータが線形に近づくように所定の階調のデータが入れ替えられるように作成する。

このような変換テーブルを用いることで、高次の関数近似が必要なＩ－Ｌ特性や関数近似が困難なＩ－Ｌ特性も容易に補正可能となる。例えば、キンクがあるような複雑な（関数近似のしづらい）Ｉ－Ｌ特性でも線形に近づけるような補正ができる。

又、変換テーブルは、周囲温度に対応して複数作成され、メモリ１６に記憶されていることが好ましい。これにより、周囲温度に合わせてＩ－Ｌ特性を補正できる。又、求められる最大光量に合わせて、Ｉ－Ｌ特性を補正できる。すなわち、周囲温度によらず、常に一定の階調の投影画像を提供できる。又、低光量、高光量によらず、常に一定の階調の投影画像を提供できる。

又、表示装置に搭載される個々のレーザにＩ－Ｌ特性のばらつきがあったとしても、それぞれにマッチした変換テーブルを作成できるため、表示装置の個体による階調のばらつきを抑制できる。

又、変換テーブルを用いる補正は、テーブル補正であり計算を行わないため、映像処理を行う回路やソフトウェアに対して、面積や負荷の面で有利である。

又、ソフトウェアや補正回路の限界により補正ができなくなることが発生しない。例えば、表示装置の階調補正が一次関数補正までしか対応していなかった場合には、Ｉ－Ｌ特性のひずみを補正することは不可能である。この場合、ソフトウェア又は補正回路をアップデートするのは非現実的であるが、変換テーブルを用いる補正の場合は変換テーブルの設定値を置き換えるだけでよい。

なお、変換テーブルはレーザ毎に作成されメモリ１６に記憶されていることが好ましいが、少なくともＩ－Ｌ特性の非線形性が比較的大きい赤色レーザについての変換テーブルを記憶していることが好ましい。

以上の説明では、変換テーブルを用いてＩ－Ｌ特性を線形に近づくように補正する手法について説明したが、これには限定されず、変換テーブルを用いてＩ－Ｌ特性が所望の形に近づくようにトーンカーブ補正をすることができる。例えば、変換テーブルを用いてγ補正のような好みの階調カーブを設定できる。又、変換テーブルを用いて任意のコントラスト設定ができる。

（光センサ６０によるレーザ光の検出）
表示装置１では、光センサ６０がスクリーン５０上に設けられており、レーザ光の水平走査の往路（第一の方向）及び復路（第二の方向）のそれぞれにおいて、光センサ６０に照射されたレーザ光を検出する。

図１０は、スクリーンにおける光センサの配置を説明する図である。図１０に示すように、光センサ６０は、スクリーン５０における画像の描画領域５１の外側（ブランキングエリア）のうち、例えば、描画領域５１の左下側に配置される。なお、スクリーン５０は、レーザ光による走査領域であり、描画領域５１は、表示装置１に入力された画像が投影される領域である。

なお、図１０の例では、光センサ６０は、描画領域５１の下側に配置されるものとしているが、これに限定されない。光センサ６０は、描画領域５１の下側のブランキングエリアにおいて、描画領域５１の水平走査方向の中心部分に配置されても良い。又、光センサ６０は、描画領域５１の上側のブランキングエリアに配置されても良い。又、光センサ６０は、描画領域５１の左側又は右側のブランキングエリアに配置されても良い。

光センサ６０は、ブランキングエリアを走査するレーザ光を基準光線Ｌとして、水平走査方向の振れ角及び位相ずれの補正と、垂直走査方向の振れ角の補正とを行う。又、光センサ６０は、垂直走査方向においてそれぞれが異なる位置に照射される複数の基準光線Ｌを検出するものとする。

なお、本実施形態では、例えば、１フレーム毎に１本の基準光線Ｌが照射され、スクリーン５０を水平方向に走査する。本実施形態では、例えば、ブランキングエリアに照射される基準光線Ｌの本数は、２０フレーム程度を使用して約２０本程度としても良い。

図１１は、光センサの構成について説明する図である。図１１に示すように、光センサ６０は、第一の受光領域を形成するＰＤ（Photodiode）６１と、第二の受光領域を形成するＰＤ６２とを有する。本実施形態では、複数のフォトダイオードＰＤ６１及び６２によるレーザ光の検出結果に基づき、ミラー３１０の水平走査方向の振れ角と位相ずれの補正と、垂直走査方向の振れ角の補正を行う。

光センサ６０では、ＰＤ６１とＰＤ６２とが、ミラー３１０の垂直走査方向において、重なるように配置されている。つまり、光センサ６０は、垂直走査方向に異なる位置に配置された第一の受光領域と第二の受光領域とを含む光検出部である。

なお、図１１では、矢印Ｖが示す方向がミラー３１０による垂直走査方向であり、矢印Ｈが示す方向が、ミラー３１０による水平走査方向である。

ＰＤ６１とＰＤ６２は、ミラー３１０の垂直走査方向の振れ角の補正に用いられ、ＰＤ６２は、ミラー３１０の水平走査方向の振れ角の補正及び位相ずれの補正に用いられる。

光センサ６０では、ＰＤ６１とＰＤ６２は、垂直走査方向において、幅Ｏｖが重なり合うように配置されている。以下の説明では、ＰＤ６１における幅Ｏｖと対応する領域を重なり領域６１１と呼び、ＰＤ６２における幅Ｏｖと対応する領域を重なり領域６２１と呼ぶ。

重なり領域６１１と重なり領域６２１は、垂直走査方向において異なる位置に照射される複数の基準光線により走査される受光領域である。重なり領域６１１、６２１は、ある基準光線が重なり領域６１１、６２１を走査した場合、重なり領域６１１、６２１のそれぞれが、この基準光線を検出する。

又、ＰＤ６１において、重なり領域６１１以外の領域６１２を基準光線が走査した場合には、ＰＤ６２は、この基準光線を検出しない。同様に、ＰＤ６２において、重なり領域６２１以外の領域６２２を基準光線が走査した場合には、ＰＤ６１は、この基準光線を検出しない。

従って、ミラー３１０の垂直走査方向の振れ角が変動すると、ＰＤ６１の領域６１２による基準光線の検出回数、重なり領域６１１、６２１による基準光線の検出回数、領域６２２による基準光線の検出回数のうち、何れかが変化する。そこで、本実施形態では、これらの検出回数の変化に応じて、ミラー３１０の垂直走査方向の振れ角を補正する。

なお、本実施形態では、重なり領域６１１と重なり領域６２１は、複数の基準光線により走査されるものとしたが、これに限定されない。重なり領域６１１と重なり領域６２１を走査する基準光線は、複数でなくても良く、単数であっても良い。

又、ＰＤ６１とＰＤ６２は、それぞれが形成する受光領域が、垂直走査方向において連続していることが好ましいが、連続していなくても良い。つまり、ＰＤ６１とＰＤ６２とは、垂直走査方向において異なる位置に配置されていれば良く、ＰＤ６１とＰＤ６２のそれぞれにおいて、重なり領域６１１と重なり領域６２１が存在していなくても良い。

ＰＤ６１とＰＤ６２とが形成する受光領域が、垂直走査方向において連続していない場合には、ＰＤ６１が形成する第一の受光領域における基準光線の検出回数と、ＰＤ６２が形成する第二の受光領域における基準光線の検出回数と、の変化によって、ミラー３１０の垂直走査方向の振れ角を補正しても良い。

ＰＤ６２により、水平走査方向の振れ角及び位相ずれを検出できる。具体的には、ＣＰＵ１２は、レーザ光の水平走査の往路においてＰＤ６２によって検出されたピクセル（以下、「第１のピクセル」と示す）を特定できる。又、ＣＰＵ１２は、レーザ光の水平走査の復路においてＰＤ６２によって検出されたピクセル（以下、「第２のピクセル」と示す）を特定できる。更に、ＣＰＵ１２は、第１のピクセルの所望値からのずれと第２のピクセルの所望値からのずれに基づいて、レーザ光の水平走査方向の位相ずれと、ミラー３１０の振れ角変動とをそれぞれ検出及び補償できる。

ＣＰＵ１２は、例えば、何番目のピクセルのレーザ光がスクリーン５０に照射されたときにＰＤ６２による検出がなされたかにより、第１のピクセルのカウント値と、第２のピクセルのカウント値を特定できる。又、ＰＤ６２が水平方向に連続する複数のピクセルを検出し得る場合、ＣＰＵ１２は、例えば、光センサ６０が最初に検出したピクセルを、第１のピクセル又は第２のピクセルとして特定するようにしてもよい。

ＣＰＵ１２は、第１のピクセルのカウント値と、第２のピクセルのカウント値を繰り返し（所定件数）取得してもよい。例えば、ＰＤ６２が設けられている描画領域外の領域においては、１フレーム毎に、基準光線による水平走査が行われる。このため、ＰＤ６２は、１フレーム毎に、第１のピクセル及び第２のピクセルを検出し、１フレーム毎に、第１のピクセルカウント値と第２のピクセルカウント値を取得できる。

このようにして、レーザ光が水平走査の往路に水平走査されているときにＰＤ６２によって検出された第一のピクセルの所定値からのずれと、レーザ光が水平走査の復路に水平走査されているときにＰＤ６２によって検出された第二のピクセルの所定値からのずれに応じて、レーザ光の水平走査方向の位相ずれと、光走査部の水平走査方向の振れ角の変動とを検出及び補償できる。

ＰＤ６２は、例えば、水平走査方向に並べられた複数のＰＤ６２３及び６２４を有していても良い。水平走査方向に複数のＰＤ６２３及び６２４を配置することで、水平走査方向における基準光線の照射位置の検出精度を向上させることができる。例えば、本実施形態では、基準光線がＰＤ６２３を走査している間は、ＰＤ６２３から基準光線の光量に応じた信号が出力され、基準光線がＰＤ６２４を走査している間は、ＰＤ６２４から基準光線の光量に応じた信号が出力される。

従って、ＰＤ６２は、ＰＤ６２３からの信号が出力されなくなり、ＰＤ６２４から信号が出力された始めたときに、この基準光線を検出したこととして、ＰＤ６２から、基準光線を検出したことを示す信号を出力しても良い。

ＰＤ６２は、レーザ光がＰＤ６２１とＰＤ６２２との境界を走査したとき、第一のピクセル及び第二のピクセルを検出したことを示す信号を出力できる。すなわち、基準光線が、ＰＤ６２における、ＰＤ６２３とＰＤ６２４の境界を照射したことを検出でき、基準光線の水平走査方向の照射位置の検出精度を向上させることができる。

ところで、ＰＤ６２による水平走査方向の振れ角及び位相ずれの検出は、低階調の光出力は、レーザドライバの電流設定１ステップに対して光量が変化する割合が大きく、レーザスポットの径が大きく変わってしまうため、中間階調から高階調の範囲の光出力において行うのがよい。但し、ＰＤ６２に入力する光量が大きい場合には、ＰＤ６２に入力可能な所望の光量となるように、ＰＤ６２の前段に減光フィルタ等を配して減光するようにしてもよい。

前述のように、レーザのＩ－Ｌ特性はばらつきを有しているため、何らの補正も行わないと、中間階調の光出力がばらつき、それに伴ってＰＤ６２に照射されるレーザスポットの径もばらつく。例えば、中間階調の光出力が高い方にずれるとレーザスポットの径が大きくなるため、ＰＤ６２から本来よりも速いタイミングで所定の信号が出力される。一方、中間階調の光出力が低い方にずれるとレーザスポットの径が小さくなるため、ＰＤ６２から本来よりも遅いタイミングで所定の信号が出力される。その結果、基準光線の検出精度が低下する。

しかしながら、表示装置１では、変換テーブルを用いてＩ－Ｌ特性を線形に近づくように補正するため、中間階調の光出力のばらつきを抑制でき、それに伴ってＰＤ６２に照射されるレーザスポットの径のばらつきも抑制できる。その結果、基準光線の検出精度を向上できる。すなわち、ＰＤ６２による水平走査方向の振れ角及び位相ずれの検出精度を向上できる。

以上、好ましい実施形態について詳説したが、上述した実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施形態では、本発明に係る表示装置をレーザ走査型プロジェクタに適用する例を示した。しかし、これは一例であり、本発明に係る表示装置は、レーザを光源とする様々な機器に適用可能である。このような機器としては、例えば、ＤＬＰ（デジタルミラーデバイスを用いた表示装置）、車載用のヘッドアップディスプレイ、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、レーザーレーダ等が挙げられる。

又、上記の実施形態では、３つのレーザを有する例を示したが、レーザは最低１つ有していればよい。この場合、単色の表示装置を実現できる。

１表示装置、１０回路部、１１システムコントローラ、１２ＣＰＵ、１３バッファ回路、１４ミラー駆動回路、１５レーザ駆動回路、１６メモリ、２０光源部、２１ＬＤモジュール、２４減光フィルタ、３０光走査部、４０光学部、４１、４２、４３反射ミラー、４４凹面ミラー、５０スクリーン、６０光センサ、１００筐体、１５０ユニット、２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂレーザ、２１５光量検出センサ、２１７温度センサ、３１０ミラー、３５１、３５２、３７１、３７２駆動梁、３９１水平変位センサ、３９５、３９６垂直変位センサ

Claims

レーザ光により生成された映像を表示する表示装置におけるレーザの制御方法であって、
レーザの電流－光出力特性を予め取得し、前記電流－光出力特性が所望の形に近づくように補正する変換テーブルを作成して記憶部に記憶させるステップと、
制御部が前記記憶部から前記変換テーブルを読み出し、前記変換テーブルを用いて変換したデータに基づいて前記レーザを発光させるステップと、を有し、
前記変換テーブルは、予め取得した前記電流－光出力特性のデータにおいて電流に対応する入力階調に対して光出力に対応する出力階調が非線形である部分が存在する場合には、前記出力階調が線形に近づくように階調のデータを入れ替えられるように作成し、かつ予め取得したデータに所望の出力階調になる入力階調が存在しない場合には、前記所望の出力階調に近い出力階調となる入力階調を前記変換テーブルに設定する表示装置におけるレーザの制御方法。
前記レーザを発光させるステップにおいて、前記制御部は、前記電流－光出力特性のひずみを補正する計算を行わない請求項１に記載の表示装置におけるレーザの制御方法。
前記変換テーブルは、周囲温度に対応して複数作成され、前記記憶部に記憶されている請求項１又は２に記載の表示装置におけるレーザの制御方法。
前記レーザを複数有し、
前記変換テーブルは、前記レーザ毎に作成され、前記記憶部に記憶されている請求項１乃至３の何れか一項に記載の表示装置におけるレーザの制御方法。