(57)【要約】【課題】第２高調波を発生する波長変換素子を、プロジェクタ装置の光源として用いる場合に、高い周波数帯域における第２高調波の出力を精度よく制御すること。【解決手段】第１の波長のレーザ光を出力するレーザ光源部３９ｇと、第２の波長のレーザ光を出力するレーザ励起部４０と、第２高調波を透過させる波長変換素子４１とを備えて、その第２高調波を表示用のレーザ光とする。そして、第２高調波を検出し、サーボ信号に変換する検出器４４ｇと、サーボ信号を電圧変換するＩ／Ｖアンプ４５ｇと、画像信号に基づいて生成された駆動信号に、反転したサーボ信号を加算して、所定の基準値内でレーザ光の駆動信号を生成する加算器３６ｇと、駆動信号の周波数の増加に伴い、振幅特性と位相特性を維持して、駆動信号をレーザ光源部３９ｇに供給する制御部３８ｇとを備えた。【選択図】図２
2008047829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示用の所定波長のレーザ光を生成させる光源装置において、
駆動信号の入力により、第１の波長のレーザ光を出力するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部が出力する第１の波長のレーザ光により励起されて、第２の波長のレーザ光を出力するレーザ励起部と、
前記レーザ励起部が出力する前記第２の波長のレーザ光の第２高調波を透過させ、透過された前記第２の波長のレーザ光の第２高調波を、前記画像表示用の所定波長のレーザ光とする波長変換素子と、
前記波長変換素子を透過した前記第２高調波を検出し、サーボ信号に変換する検出部と、
前記検出器が出力するサーボ信号を電圧変換する電圧変換部と、
前記レーザ光源駆動用の画像信号に、反転した前記サーボ信号を加算して、前記駆動信号を生成する加算部と、
前記駆動信号の振幅特性と位相特性を維持して、前記駆動信号を前記レーザ光源部に供給する制御部とを備えたことを特徴とする
光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の光源装置において、
前記制御部は、前記駆動信号の位相を、ほぼ９０度進めるフィルタを備えたことを特徴とする
光源装置。
【請求項３】
請求項２記載の光源装置において、
前記制御部は、前記駆動信号の緩和振動周波数付近における振幅の落ち込みを回復する増幅部を備えたことを特徴とする
光源装置。
【請求項４】
請求項３記載の光源装置において、
前記制御部は、前記駆動信号の周波数の増加に伴い、振幅を大きくする振幅特性と、前記第１の駆動信号の周波数の増加に伴い位相を戻す位相特性とを有するイコライザを備えたことを特徴とする
光源装置。
【請求項５】
請求項１記載の光源装置において、
前記画像信号は、所定のレベル以上の高域成分が減衰されていることを特徴とする
光源装置。
【請求項６】
請求項１記載の光源装置において、
前記レーザ光源部が出力する前記第１の波長のレーザ光のパワーは、前記第２の波長のレーザ光の最大パワーを励起するパワーより大きくすることを特徴とする
光源装置。
【請求項７】
請求項１記載の光源装置において、
前記検出部は、前記第２の波長のレーザ光を透過し、前記第２高調波を遮るフィルタを備えたことを特徴とする
光源装置。
【請求項８】
画像表示用の所定波長のレーザ光を生成させる光源制御方法において、
駆動信号の入力により、第１の波長のレーザ光を出力し、
前記第１の波長のレーザ光により励起されて、第２の波長のレーザ光を出力し、
前記第２の波長のレーザ光の第２高調波を透過させ、透過された前記第２の波長のレーザ光の第２高調波を、前記画像表示用の所定波長のレーザ光とし、
前記第２高調波を検出し、サーボ信号に変換し、
前記サーボ信号を電圧変換し、
レーザ光源駆動用の画像信号に、反転した前記サーボ信号を加算して、前記駆動信号を生成し、
前記第１の駆動信号の振幅特性と位相特性を維持して、レーザ光源に供給することを特徴とする
光源制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプロジェクタ装置を用いて画像を投影する場合に、緑色光を出力するＳＨＧレーザ光源を備えたプロジェクタ装置に適用して好適な光源装置及び光源制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ装置の光源としてレーザ光を用いることが研究され、実用化されつつある。レーザ光を出力するレーザ装置を光源として用いる場合、カラー画像を構成する３原色の内の、赤色光と青色光については、直接出力できる大出力の半導体レーザが実用化されている。ところが、緑色光を直接出力できる大出力の半導体レーザは未だ実用化されていない。このため、短波長の光（緑色光）を出力できる光源として、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation：第２高調波発生）レーザが用いられていた。ここで、短波長の光（緑色光）を出力するＳＨＧレーザ光源１０の内部構成例について、図８を参照して説明する。
【０００３】
従来のＳＨＧレーザ光源１０は、レーザ光の駆動信号の入力インタフェースである入力部１と、後述する電流／電圧変換アンプ（以下Ｉ／Ｖアンプと称する）９が電圧変換し、反転したサーボ信号と入力部１が出力する駆動信号とを加算する加算器２と、駆動信号を増幅するアンプ３と、ＧａＡｓ等で構成されるレーザ光源部４と、ＹＶＯ４、ＹＡＧ等の結晶で構成されるレーザ励起部５と、ＫＴＰ等で構成される波長変換素子６と、レーザ光線を分岐するビームスプリッタ７と、分岐したレーザ光線を検出し、サーボ信号を生成する検出器８と、サーボ信号の電流を電圧変換し増幅するＩ／Ｖアンプ９とを備えている。
【０００４】
入力部１は、画像信号により生成された駆動信号を入力し、入力した駆動信号を、加算器２を介してアンプ３に供給する。アンプ３は、増幅した駆動信号をレーザ光源部４に供給する。レーザ光源部４は、駆動信号により、波長が８８０ｎｍのレーザ光（以下８８０ｎｍ光とも称する。）を出力する。レーザ光源部４は、出力した８８０ｎｍ光をレーザ励起部５に入力し、レーザ励起部５は、波長が１０６４ｎｍのレーザ光（以下１０６４ｎｍ光とも称する。）を出力する。レーザ励起部５は、出力した１０６４ｎｍ光を波長変換素子６に入力し、波長変換素子６は、１０６４ｎｍ光の第２高調波である５３２ｎｍの緑色光（以下５３２ｎｍ光とも称する。）を出力する。但し、波長変換素子６の出力には、５３２ｎｍ光だけでなく、１０６４ｎｍ光も含まれる。波長変換素子６が出力した５３２ｎｍ光は、図示しないＧＬＶ（Grating Light Valve（登録商標））、ＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator：音響光学素子）等の外部変調器を通して強度変調され、画像表示用の緑色光として出力される。
【０００５】
波長変換素子６の出力は、ビームスプリッタ７で分岐される。ビームスプリッタ７で分岐された５３２ｎｍ光と１０６４ｎｍ光は、フォトディテクタ等で構成される検出器８に入力する。検出器８は、入力した５３２ｎｍ光と１０６４ｎｍ光を電気信号（サーボ信号）に変換し、変換したサーボ信号をＩ／Ｖアンプ９に供給する。Ｉ／Ｖアンプ９は、サーボ信号の電流を電圧変換し、増幅する。そして、加算器２は、反転したサーボ信号の電圧と、入力部１より入力する駆動信号の電圧とを加算する。加算器２には、レーザ光線の出力を制限する基準値が設定してあり、系全体のフィードバック制御が行われる。
【０００６】
レーザ光源を用いたプロジェクタ装置で画像を表示する場合、光学系のレンズ性能を評価するＭＴＦ（Modulation Transfer Function）とは別に、画像信号のサンプリングに起因する帯域制限が存在する。このため、ピクセルクロックの半分以上の成分は存在できない。そして、画像を表示する際は、ピクセルクロックの半分までの帯域を一様に再現できるようにする。ここで、ＶＧＡ（Video Graphics Array）、ＳＶＧＡ（Super VGA）の帯域周波数を計算すると、
ＶＧＡ  ：６４０×４８０×６０＝１８（ＭＨｚ）
ＳＶＧＡ：８００×６００×６０＝２８（ＭＨｚ）
の値が得られる。したがって、ＶＧＡでは、９〜１２ＭＨｚ、ＳＶＧＡでは、１４〜１８ＭＨｚ程度の帯域を再生できればよい。
【０００７】
特許文献１には、半導体レーザを駆動する技術について記載されている。
【特許文献１】特開２０００−３４９３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図８で示したように、緑色光を得るために波長変換素子６を介して第２高調波を出力している。つまり、半導体レーザにキャリア等を注入して、直接緑色光を出力するわけではないため、応答速度が遅くなっていた。例えば、通常用いられる半導体レーザの応答速度は、ＧＨｚ単位であるが、ＳＨＧレーザ光源１０の応答速度は、ＭＨｚ単位であった。さらに、外部変調器を用いて出力する光の明るさを調整しなければならないため、ＳＨＧレーザ光源を小型化することが一層困難となっていた。
【０００９】
また、ＳＨＧレーザ光源１０を緑色光源として用いる場合、後述するピーキングの影響をとり除く必要がある。ここで、ＳＨＧレーザ光源１０の単体特性の例について、図９を参照して説明する。図９は、ＳＨＧレーザ光源１０に入力する駆動信号の周波数を変えて、波長変換素子６から第２高調波として出力される５３２ｎｍ光の特性について示した図である。図９（ａ）は、縦軸をデシベル、横軸を周波数として対数表示した第２高調波のゲインの例を示す。図９（ｂ）は、縦軸をデシベル、横軸を周波数として線形表示した第２高調波のゲインの例を示す。図９（ｃ）は、縦軸を位相、横軸を周波数として線形表示した第２高調波の位相の例を示す。図９（ｄ）は、縦軸を群遅延時間、横軸を周波数として線形表示した第２高調波の群遅延の例を示す。
【００１０】
図９（ａ）と図９（ｂ）より、ＳＨＧレーザ光源１０に入力する駆動信号の周波数が増加するにつれて、周波数が１．０ＭＨｚ付近になるまでレーザのゲインが上昇することが分かる。ただし、緩和振動周波数が１．０ＭＨｚ付近における、ゲインのピークは１０ｄＢ以上となるが、以降は、周波数を増加してもレーザのゲインは減少する。なお、周波数が１０．０ＭＨｚ以上の領域は、ノイズ成分によって波形が乱れているが、ほぼ一様にゲインが減少すると考えられる。
図９（ｃ）より、ＳＨＧレーザ光源１０に入力する駆動信号の周波数が増加するにつれて、位相が遅れることが分かる。ただし、周波数が１．５ＭＨｚ付近で位相が反転し（約−１８０度）、以降は、周波数を増加しても反転した位相をほぼ維持している。
図９（ｄ）より、ＳＨＧレーザ光源１０に入力する駆動信号の周波数が増加するにつれて、群遅延時間が増加することが分かる。ただし、周波数が１．５ＭＨｚ付近で瞬間的に群遅延時間のピーキングが８００ｎｓ以上となるが、以降は、周波数が増加しても、開始から１．５ＭＨｚ付近までの傾きをほぼ保った線を描く。図９に示されるように、緩和振動周波数（１．０ＭＨｚ付近）でゲインが急に上がったり、ピーキングが発生したりする理由については数式を用いて後述する。
【００１１】
通常、図８で説明したようにＳＨＧレーザ光源１０は、フィードバック制御されている。しかし、入力する駆動信号の周波数が１．０ＭＨｚを超過すると、ＳＨＧレーザ光源１０の出力位相が反転（約−１８０度）してしまう。入力した駆動信号の周波数に対して約半周期分の位相遅れが生じたサーボ信号が加算器２に供給される。そして、加算器２でサーボ信号が反転されて、入力される駆動信号と加算されることで強め合い、ＳＨＧレーザ光源１０が大きな振幅で発振してしまう。このため、レーザ光線の発光パワーを安定化して制御することが困難であった。
【００１２】
そして、従来、有効に活用できる駆動信号の周波数は、例えば２００ｋＨｚ以下でしかなかった。また、レーザ光線の発光パワーを安定化できないと、例えば投影した画像の輝度とは無関係に濃淡が表れる、レーザ光源の最大定格を超えた出力が発生して、素子が劣化してしまう等の問題があり、発光パワーを安定化することが望まれていた。
【００１３】
また、低い周波数帯域で出力を安定化した場合、プロジェクタ装置で、ＶＧＡで１０個以上、ＳＶＧＡで２０個以上の半導体レーザを並列に用いなければ画像を表示できなかった。しかし、多数の半導体レーザを並列に用いて光源を構成すると、光学系が大きくなったり、膨大な電力を消費したりしてしまうため、実用的ではなかった。
【００１４】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、第２高調波を発生する波長変換素子を、プロジェクタ装置の光源として用いる場合に、高い周波数帯域における第２高調波の出力を精度よく制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、画像表示用の所定波長のレーザ光を生成させる場合において、駆動信号の入力により、第１の波長のレーザ光を出力し、第１の波長のレーザ光により励起されて、第２の波長のレーザ光を出力し、第２の波長のレーザ光の第２高調波を透過させて、その第２高調波を表示用のレーザ光とする。そして、第２高調波を検出し、サーボ信号に変換し、サーボ信号を電圧変換し、画像信号に、反転したサーボ信号を加算して、駆動信号を生成する。そして、生成した駆動信号の振幅特性と位相特性を維持して、レーザ光を生成させることを特徴とする。
【００１６】
このようにしたことで、画像信号を含む第１の駆動信号の振幅特性と位相特性を維持して、第１の駆動信号を供給して、第１の波長のレーザ光を出力し、第１の波長のレーザ光により第２の波長のレーザ光が励起され、第２の波長のレーザ光より第２高調波を緑色光として用いる場合に、検出した第２高調波をサーボ信号に変換してフィードバック制御することが可能となった。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、画像信号を含む第１の駆動信号の振幅特性と位相特性を維持して、第１の駆動信号を供給して、第１の波長のレーザ光を出力し、第１の波長のレーザ光により第２の波長のレーザ光が励起され、第２の波長のレーザ光より第２高調波を緑色光として用いる場合に、検出した第２高調波をサーボ信号に変換してフィードバック制御するようにしたため、従来出力が不安定となっていた高い周波数帯域における第２高調波の出力を精度よく制御できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図７を参照して説明する。本実施の形態では、レーザ装置が出力したレーザ光線をスクリーン上に走査して、画像を表示するプロジェクタ装置のレーザ光源に適用した例としてある。
【００１９】
まず、プロジェクタ装置１００の外部構成例について、図１を参照して説明する。プロジェクタ装置１００は、画像信号に変換処理を施す画像信号供給装置１１を備える。画像信号供給装置１１で変換された画像信号は、レーザ光線を出力するレーザ光源３０に供給され、レーザ光線の変調処理が施される。レーザ光源３０が出力するレーザ光線は、主軸と、主軸に直交する副軸の２軸で操作する構成の２軸ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナ２０によって反射される。２軸ＭＥＭＳスキャナ２０で反射されたレーザ光線は、レンズ、ミラー等で構成される投影光学系１３を介して、平面状のスクリーン１４上に投影され、画像を映し出す。２軸ＭＥＭＳスキャナ２０は、主軸上にスキャンミラーを備えてあり、水平走査と垂直走査を行う。主軸の走査方向１７は、スクリーン１４の水平方向であり、正弦波１５の水平共振振動が行われる。この水平共振振動は、画像信号の水平周波数に同期して行われる。副軸の走査方向１８は、スクリーン１４の垂直方向であり、鋸波１６の垂直共振振動が行われる。この垂直共振振動は、画像信号の垂直周波数に同期して行われる。
【００２０】
次に、レーザ光源３０の内部構成例について、図２を参照して説明する。本例のレーザ光源３０は、レーザの出力レベルが一定となるようにフィードバック制御されており、緑色光、赤色光、青色光の３波長のレーザ光線を出力することができる。まず、レーザ光源３０の前段部を構成するブロック群の構成例について説明する。レーザ光源３０は、画像信号供給装置１１が入力する画像信号の入力インタフェースである入力部３１を備える。入力部３１は、アナログ信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換部（以下Ａ／Ｄ変換部と称する）３２に、アナログ信号の画像信号を供給する。Ａ／Ｄ変換部３２は、画像信号をデジタルデータに変換し、様々な処理を画像信号に施すＤＳＰ（Digital Signal Processor）３３に、デジタルデータに変換した画像信号を供給する。ＤＳＰ３３は、画像信号に対してフーリエ変換等による解析処理や高域成分を制限する処理等を施す。そして、ＤＳＰ３３は、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換部（以下Ｄ／Ａ変換部と称する）３４に、処理を施した画像信号を供給する。Ｄ／Ａ変換部３４は、画像信号をアナログ信号に変換し、各色のレーザ光源部３９ｇ，３９ｒ，３９ｂを駆動する駆動信号とする。Ｄ／Ａ変換部３４で変換した画像信号は、緑色、赤色、青色ごとに出力するブロック群を切り換える切換部３５に供給する。切換部３５は、Ｄ／Ａ変換部３４から供給された画像信号に対応して、レーザ光源３０の後段部のブロック群への画像信号（駆動信号）の供給を切り換える。
【００２１】
次に、レーザ光源３０の後段部のうち、緑色光を出力するブロック群の構成について説明する。緑色の画像を投影するタイミングでは、切換部３５は、緑色光を出力するブロックに切り換え、その切り換えられた駆動信号を加算器３６ｇに供給する。加算器３６ｇは、後述するＩ／Ｖアンプ４５ｇが供給するサーボ信号の電圧と切換部３５が供給する画像信号の電圧とを加算して駆動信号とし、駆動信号を制御部３８ｇに供給する。制御部３８ｇは、ハイパスフィルタ５１ｇと、アンプ５２ｇと、イコライザ５３ｇとを備える。ハイパスフィルタ５１ｇは、画像信号に含まれる高周波成分を通過し、位相を９０°進める。アンプ５２ｇは、制御帯域の上限周波数で一巡伝達関数が１となるように、加算した駆動信号に対して所定のゲインをかける。イコライザ５３ｇは、出力を維持する１次持ち上げを行い、サーボループの位相余裕を確保する。
【００２２】
制御部３８ｇは、レーザ光源部３９ｇに、駆動信号を供給する。レーザ光源部３９ｇは、駆動信号により、波長が８８０ｎｍの励起光（８８０ｎｍ光とも称する。）を出力する。レーザ光源部３９ｇは、出力した８８０ｎｍ光を、光学結晶のレーザ励起部４０に入力し、レーザ励起部４０は、１０６４ｎｍ光（１０６４ｎｍ光とも称する。）を出力する。レーザ励起部４０は、出力した１０６４ｎｍ光を、第２高調波を発生する波長変換素子４１に入力し、波長変換素子４１は、第２高調波である波長が５３２ｎｍの緑色光（５３２ｎｍ光とも称する。）を出力する。波長変換素子４１の出力には、１０６４ｎｍ光も含まれる。波長変換素子４１が出力した１０６４ｎｍ光と５３２ｎｍ光は、レーザ光線を分岐するビームスプリッタ４２ｇを介して、画像表示用の緑色光として用いられる。
【００２３】
ビームスプリッタ４２ｇで分岐したレーザ光線は、１０６４ｎｍ光のみを透過するフィルタ４３を介して、フォトディテクタ等で構成される検出器４４ｇに供給する。検出器４４ｇは、検出した１０６４ｎｍ光より、電気信号を生成する。ここでは、１０６４ｎｍ光を検出した信号をサーボ信号と称する。検出器４４ｇは、サーボ信号をＩ／Ｖアンプ４５ｇに供給する。Ｉ／Ｖアンプ４５ｇは、サーボ信号を電圧変換し、増幅して加算器３６ｇに供給する。加算器３６ｇは、サーボ信号の電圧を反転し、切換部３５より入力する画像信号の電圧と加算する。加算器３６ｇには、レーザ光線の出力を一定とするための基準値が設定されており、系全体のフィードバック制御が行われる。
【００２４】
次に、レーザ光源３０の後段部のうち、赤色光を出力するブロック群の構成について説明する。赤色の画像を投影するタイミングでは、切換部３５は、赤色光を出力するブロックに切り換える。赤色光は、半導体レーザの直接変調によって帯域を確保する。加算器３６ｒは、後述するＩ／Ｖアンプ４５ｒが供給するサーボ信号の電圧と切換部３５が出力する画像信号の電圧とを加算して駆動信号とし、駆動信号を制御部３８ｒに供給する。制御部３８ｒは、ローパスフィルタ５１ｒと、アンプ５２ｒと、イコライザ５３ｒとを備える。ローパスフィルタ５１ｒは、画像信号に含まれる低周波成分だけを通過させる。アンプ５２ｒは、加算した駆動信号を増幅する。イコライザ５３ｒは、サーボループの位相余裕を確保する。そして、制御部３８ｒは、ＡｌＧａＩｎＰ等で構成される半導体レーザ３９ｒに、駆動信号を供給する。半導体レーザ３９ｒは、駆動信号により、波長が６３０ｎｍの励起光（６３０ｎｍ光とも称する。）を出力する。半導体レーザ３９ｒが出力した６３０ｎｍ光は、レーザ光線を分岐するビームスプリッタ４２ｒを介して、赤色光として用いられる。
【００２５】
ビームスプリッタ４２ｒで分岐したレーザ光線は、フォトディテクタ等で構成される検出器４４ｒに供給する。検出器４４ｒは、検出した６３０ｎｍ光より、サーボ信号を生成する。検出器４４ｒは、サーボ信号をＩ／Ｖアンプ４５ｒに供給する。Ｉ／Ｖアンプ４５ｒは、サーボ信号を電圧変換し、増幅して加算器３６ｒに供給する。加算器３６ｒは、サーボ信号の電圧を反転し、切換部３５より入力する画像信号の電圧と加算する。加算器３６ｒには、レーザ光線の出力を一定とするための基準値が設定されており、系全体のフィードバック制御が行われる。
【００２６】
次に、レーザ光源３０の後段部のうち、青色光を出力するブロック群の構成について説明する。青色の画像を投影するタイミングでは、切換部３５は、青色光を出力するブロックに切り換える。青色光は、半導体レーザの直接変調によって帯域を確保する。加算器３６ｂは、後述するＩ／Ｖアンプ４５ｂが供給するサーボ信号の電圧と切換部３５が供給する画像信号の電圧とを加算して駆動信号とし、駆動信号を制御部３８ｂに供給する。制御部３８ｂは、ローパスフィルタ５１ｂと、アンプ５２ｂと、イコライザ５３ｂとを備える。ローパスフィルタ５１ｂは、画像信号に含まれる低周波成分だけを通過させる。アンプ５２ｂは、加算した駆動信号を増幅する。イコライザ５３ｂは、サーボループの位相余裕を確保する。そして、制御部３８ｂは、ＧａＮ等で構成される半導体レーザ３９ｂに、駆動信号を供給する。半導体レーザ３９ｂは、駆動信号により、波長が４４０ｎｍの励起光（４４０ｎｍ光とも称する。）を出力する。半導体レーザ３９ｂが出力した４４０ｎｍ光は、レーザ光線を分岐するビームスプリッタ４２ｂを介して、青色光として用いられる。
【００２７】
ビームスプリッタ４２ｂで分岐したレーザ光線は、フォトディテクタ等で構成される検出器４４ｂに供給する。検出器４４ｂは、検出した４４０ｎｍ光より、サーボ信号を生成する。検出器４４ｂは、サーボ信号をＩ／Ｖアンプ４５ｂに供給する。Ｉ／Ｖアンプ４５ｂは、サーボ信号を電圧変換し、増幅して加算器３６ｒに供給する。加算器３６ｂは、サーボ信号の電圧を反転し、切換部３５より入力する画像信号の電圧と加算する。加算器３６ｂには、レーザ光線の出力を一定とするための基準値が設定されており、系全体のフィードバック制御が行われる。
【００２８】
次に、レーザ光源３０の動作例について説明する。実際に用いられる画像信号は、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）等の画像圧縮技術によって、情報量が削られている。一般的に、画像の高域成分は、低域成分に対して情報量が非常に少ない。そして、高域成分の振幅は低域成分の振幅より小さくても、表示する画像にはほとんど影響がない。しかしながら、画像によっては高域側に大きく振幅する成分が含まれている場合がある。このため、プロジェクタ装置１００で投影する画像が不自然にならないように、ＤＳＰ３３で高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）等の処理を行い、入力信号の高域成分を確認する。そして、所定のレベル以上の高域成分を減衰する。このように、画像信号の高域成分を減衰させたとしても、視聴者にとっては、違和感のない画像を投影することができる。
【００２９】
ここで、ＳＨＧレーザ光源（図２で説明した緑色光を出力するブロックに相当する）の出力応答特性について、次式を参照して説明する。ＳＨＧレーザ光源から出力するレーザ光線について、図示しない共振器内の励起光のパワー（共振器ゲイン）と、１０６４ｎｍ光のパワーに注目して定式化すると、次の［数１］で示される２つのレート方程式で与えられる。
【００３０】
【数１】
2008047829.tif 000003
【００３１】
ここで、
τｃ：２ｌ／ｃ（ｌは共振器長、ｃは光速）
τｆ：レーザ媒質の蛍光寿命
ε：１０６４ｎｍから５３２ｎｍへの変換効率パラメータ（／ｗ）
β：飽和パラメータ（／ｗ）
Ｇ０：小信号共振器ゲイン
Ｇ：ゲイン（励起光パワー）
Ｉ：１０６４ｎｍ光の発振パワー（／ｗ）
α：共振器往復時損失
である。定常状態では、ゲインが一定値になるので、方程式（２）より、
【００３２】
【数２】
2008047829.tif 000004
【００３３】
と表せる。また、方程式（１）より、
０＝（Ｇ−α−εＩ）Ｉ
であるから、
【００３４】
【数３】
2008047829.tif 000005
【００３５】
と変形できる。これより、
【００３６】
【数４】
2008047829.tif 000006
【００３７】
として、Ｉ：１０６４ｎｍ光の発振パワーが与えられる。
よって、定常解ＧＳＳ（ゲイン）、ＩＳＳ（１０６４ｎｍ光の発振パワー）は、以下のようになる。
【００３８】
【数５】
2008047829.tif 000007
【００３９】
また、最初の定義より、第二高調波の発生効率が、１０６４ｎｍ光の発振パワーＩ２に比例するので、
【００４０】
【数６】
2008047829.tif 000008
【００４１】
が得られる。また、励起光Ｇ０が次式のように微妙に変化したときには、定常解に対する微小変動
【００４２】
【数７】
2008047829.tif 000009
【００４３】
を導入する。そして、これらの値を、最初のレート方程式（１）、（２）に代入してｇ（ｔ）を消去すると、
【００４４】
【数８】
2008047829.tif 000010
【００４５】
が得られる。ここで、
【００４６】
【数９】
2008047829.tif 000011
【００４７】
とおき、方程式（３）をラプラス変換すると、
【００４８】
【数１０】
2008047829.tif 000012
【００４９】
と表される。
したがって、第２次高調波に対しては、
【００５０】
【数１１】
2008047829.tif 000013
【００５１】
と表すことができ、出力応答特性は２次の応答特性を示すことが分かる。
【００５２】
ここで、実際の半導体レーザの特性を見ると、モデル解析では現れなかった零点がある。このとき、［数１２］のような式のモデルで表される。
【００５３】
【数１２】
2008047829.tif 000014
【００５４】
［数１２］のモデルをグラフ化すると図３が得られる。図３は、駆動信号の周波数に対する振幅特性と位相特性について、左の縦軸に振幅、右の縦軸に位相、横軸に周波数をとり、対数表示した一巡伝達特性の例について示した図である。振幅特性は実線で表し、位相特性は破線で表す。なお、振幅特性は、入力に対する出力の比を表す。
【００５５】
このグラフで特徴的な点は、振幅が落ち込む点からピーク点まで位相が大きく戻っているところにある。実測結果でも同様の現象が確認できている。図３に示すように、レーザ光源３０を一巡する駆動信号の周波数が増加して、ある周波数に達すると振幅にピーキングが生じる。つまり、周波数が８００ｋＨｚ付近で振幅が２次の落ち込みとなり、周波数が１．５ＭＨｚ付近で振幅が２次のピークとなることが分かる。また、振幅が落ち込む付近では、位相が大きく進み（約６０度）、振幅のピークの部分で位相が大きく遅れる（約−１８０度）。このような特性を示す理由としては、周波数が１．０ＭＨｚ付近で反共振となるためと考えられる。なお、振幅０．３で引いた二点鎖線と、振幅０．０３で引いた一点鎖線については、後述する図４を参照して説明する。
【００５６】
そして、図３より、ピークが生じる周波数以上の帯域では、得られるゲインが減少してしまうことが分かる。このため、緑色光の出力ブロックが出力する５３２ｎｍ光の出力を一定に維持しようとすると、周波数が高域になるほど大きな駆動信号を入力しなければならない。この結果、出力のダイナミックレンジが小さくなってしまうとともに、ＤＣオフセットが乗ってしまう。このため、２次の落ち込みによるゲイン減少の影響を少なくするように、出力を維持する必要がある。
【００５７】
ここで、イコライザ５３ｇを用いて、帯域を１次持ち上げする場合における、駆動信号の周波数に対する振幅特性の例について、図４を参照して説明する。イコライザ５３ｇは、駆動信号にゲインをかけることで、一巡伝達関数が１となるように制御している。
図４（ａ）は、縦軸を振幅、横軸を駆動信号の周波数として対数表示したイコライザ５３ｇの振幅特性の例を示す。図４（ｂ）は、縦軸を振幅、横軸を駆動信号の周波数として対数表示したゲイン３の場合の閉ループ特性の例を示す。図４（ｃ）は、縦軸を振幅、横軸を駆動信号の周波数として対数表示したゲイン３０の場合の閉ループ特性の例を示す。
【００５８】
図４（ａ）で示すように、イコライザ５３ｇは、駆動信号の周波数が８００ｋＨｚ付近から帯域を１次持ち上げしている。
図４（ｂ）で示すように、イコライザ５３ｇに入力する前の駆動信号に対して、アンプ３７ｇはゲイン３をかけている。ゲイン３をかけることで、図３の二点鎖線に示した振幅は、振幅１まで持ち上がる。しかし、周波数が８００ｋＨｚ付近で、持ち上げきれない振幅の落ち込みが生じており、うまく制御できていないことが分かる。
図４（ｃ）で示すように、イコライザ５３ｇに入力する前の駆動信号に対して、アンプ３７ｇはゲイン３０をかけている。ゲイン３０をかけることで、図３の一点鎖線に示した振幅は、振幅１まで持ち上がる。この結果、図３の一点鎖線に示したように、周波数が８００ｋＨｚ付近に生じていた振幅の落ち込みがほぼ解消され、うまく制御できていることが分かる。
【００５９】
次に、レーザ光源部３９ｇが出力する８８０ｎｍ光のパワーＰと、レーザ励起部４０が出力する１０６４ｎｍ光とのパワーＱの関係例について、図５を参照して説明する。図５は、縦軸を１０６４ｎｍ光のパワーＰ、横軸を８８０ｎｍ光のパワーＱとして表示した、８８０ｎｍ光と１０６４ｎｍ光とのパワーの関係の例を示す。
【００６０】
図５に示すように、レーザ光源部３９ｇが出力する８８０ｎｍ光のパワーＰが、閾値パワーＰｔｈ以上になると、レーザ励起部４０は１０６４ｎｍ光を出力し始める。レーザ励起部４０が出力する１０６４ｎｍ光のパワーＱの範囲は、０〜Ｑｏｐとする。Ｑｏｐが、１０６４ｎｍ光のパワーＱの最大値である。そして、レーザ光源部３９ｇのパワーＰｏｐを、パワーＱｏｐに対応する入力値とする。ところで、レーザ励起部４０が出力する１０６４ｎｍ光のパワーをＱｏｐとするとき、単にレーザ光源部３９ｇのパワーＰをＰｏｐとしても、１０６４ｎｍ光の振幅が不足してしまい、充分な振幅が得られない。１０６４ｎｍ光の出力を高く維持するためには、レーザ光源部３９ｇが発光する８８０ｎｍ光のパワーをＰｏｐより大きくする必要がある。このため、レーザ光源部３９ｇの最大パワーＰｏｄを、
Ｐｏｄ≧Ｐｔｈ＋２×（Ｐｏｐ−Ｐｔｈ）
とする。このとき、Ｐｏｄ≧Ｐｏｐとする。
【００６１】
このように、レーザ光源部３９ｇの最大パワーＰｏｄを、パワーＰｏｐより大きくする。そして、レーザ励起部４０の出力パワーＱｏｐの２倍以上のパワーＱｏｄに相当するパワーＰｏｄで、レーザ光源部３９ｇは８８０ｎｍ光を出力する。こうして、レーザ光源部３９ｇのパワーＰを、通常使用する出力値より高く設定することで、レーザ励起部４０が出力する１０６４ｎｍ光の振幅を高く維持することができる。また、系全体のゲインが変動しても、１０６４ｎｍ光のパワーＱをある程度一定に維持できる。このように、定格出力を通常使用する出力値より高く設定することで、系全体のゲインの変動に依存することなく、一定の出力を維持してレーザ励起部４０より１０６４ｎｍ光を出力できる。ただし、改善幅は半導体レーザの単体特性に依存する。
【００６２】
次に、制御部３８ｇに備えたイコライザ５３ｇの振幅特性と位相特性について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、縦軸を振幅、横軸を周波数として対数表示した、イコライザ５３ｇに入力する駆動信号の周波数に対する振幅特性の例を示す。図６（ｂ）は、縦軸を位相、横軸を周波数として対数表示した、イコライザ５３ｇに入力する駆動信号の周波数に対する位相特性の例を示す。
【００６３】
従来は、固体半導体レーザで高速に変調することは不可能とされていた。しかしながら、本実施の形態においては、制御部３８ｇに備えた、サーボ系のイコライザ５３ｇで１次持ち上げを行うことで、位相余裕を確保するようにした。
【００６４】
図６（ａ）より、イコライザ５３ｇに入力される駆動信号の周波数が１．０ＭＨｚより小さい場合、ほとんど振幅が振れないことが分かる。しかし、周波数が１．０ＭＨｚから１０ＭＨｚに増加するにつれて、振幅が１０ｄＢ以上に増加することが分かる。周波数が１０ＭＨｚ以上になると、振幅の増加は止まり、１０ｄＢ以上の値を維持する。
【００６５】
図６（ｂ）より、イコライザ５３ｇに入力する駆動信号の周波数が１００ｋＨｚから１．０ＭＨｚに増加するにつれて、位相が約５度から４０度付近まで進むことが分かる。そして、１．５ＭＨｚから３．０ＭＨｚ付近にかけて位相が最大の値をとるが、以降は周波数が増加するにつれて位相の進みが減少する。
【００６６】
次に、ＳＨＧレーザ光源単体の振幅特性と位相特性の例と、本実施の形態における制御を行ったときの一巡伝達特性（振幅特性、位相特性）の例について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、縦軸に振幅特性、横軸に周波数として対数表示した、ＳＨＧレーザ光源単体の振幅特性の例を示す。図７（ｂ）は、縦軸に振幅特性、横軸に周波数として対数表示した、閉ループ制御後の振幅特性の例を示す。図７（ｃ）は、縦軸に位相特性、横軸に周波数として対数表示した、ＳＨＧレーザ光源単体の位相特性の例を示す。図７（ｄ）は、縦軸に位相特性、横軸に周波数として対数表示した、閉ループ制御後の位相特性の例を示す。
【００６７】
図７（ａ）より、１．０ＭＨｚ付近で振幅特性にピーキングが生じ、以降周波数が増すにつれて振幅が減少することが分かる。しかし、図７（ｂ）より、制御部３８ｇに設けたイコライザ５３ｇによって、１０ＭＨｚ付近まで振幅を維持することが分かる。
図７（ｃ）より、１．０ＭＨｚ付近で位相が急激に遅れ（約−１５０度付近）、以降周波数が増加するにつれて緩やかに約−１８０度付近まで位相が遅れることが分かる。そして、図７（ｄ）より、制御部３８ｇに設けたイコライザ５３ｇによって、３．０ＭＨｚ付近から緩やかに位相が遅れることが分かる。
【００６８】
このように、図６で示したような振幅特性と位相特性を有するイコライザ５３ｇを、制御部３８ｇに備えたことで、サーボループの位相余裕を確保できるようになった。この結果、従来、振幅のピーキングが発生する緩和振動周波数が１．０ＭＨｚ付近であった半導体レーザの帯域を、４．０ＭＨｚ以上に拡張できるようになった。
【００６９】
ここまでの説明では、緑色光（５３２ｎｍ光）の出射光量がある量の場合に、その近傍で微小に変化した場合における、緑色光の出力ブロックの出力応答特性について説明した。ところで、既に説明したように、第二高調波（５３２ｎｍ光）のパワーは、［数６］で与えられる。［数６］より、５３２ｎｍ光の生成効率は、１０６４ｎｍ光のパワーの二乗に比例することが分かる。そして、波長変換素子４１が出力する光は、５３２ｎｍ光と１０６４ｎｍ光を含んでいる。
【００７０】
レーザ光源３０のレーザ出力を制御するために、検出器４４ｇは、１０６４ｎｍ光のパワーを監視しているが、１０６４ｎｍ光に含まれる５３２ｎｍ光についても検出してしまう。検出器４４ｇが５３２ｎｍ光を検出すると、サーボループのゲインが５３２ｎｍ光のパワーによって変動する可能性がある。
【００７１】
１０６４ｎｍ光に含まれる５３２ｎｍ光の割合は小さいため、１０６４ｎｍ光を検出してサーボをかけると、サーボゲインが変動することはない。しかし、検出器４４ｇを構成するＳｉのバンドギャップの性質により、検出器４４ｇの波長感度特性が、５３２ｎｍ光に比べて１０６４ｎｍ光はかなり小さい。このため、１０６４ｎｍ光のパワーだけを検出することができない。そこで、検出器４４ｇの手前に１０６４ｎｍ光だけを透過し、５３２ｎｍ光を遮るフィルタ４３を用意する。こうして、１０６４ｎｍ光のパワーだけを精度よく検出できる。この結果、レーザ光源３０のパワー制御を高精度に行えるようになった。
【００７２】
また、閉ループ制御を行う際には振幅特性にピーキングが生じないよう、必要な量の位相余裕を確保しなければならない。しかし、回路を一巡したときのプロパゲーションディレイ（伝播遅延時間）が位相余裕を圧迫することによって、振幅特性にピーキングが生じてしまうことがあり、このため、制御回路のプロパゲーションディレイを非常に小さくする必要がある。例えば、駆動信号の周波数が１．０ＭＨｚである場合、位相変動を１０度以下とするためには、制御ループを一巡する回路のプロパゲーションディレイを２．８ｎｓ以下としなければならない。回路を構成する部品間の配線遅延、ＩＣの出力容量等を駆動する遅延時間等があるとこの数値は達成できない。このため、制御部３８ｇ、検出器４４ｇ、ＩＶアンプ４５ｇ等のサーボループを構成する回路全てを単一のＩＣチップもしくはパッケージ内に構成する。こうして、プロパゲーションディレイを、２．８ｎｓ以下とすることができる。
【００７３】
ところで、赤色光と青色光については、半導体レーザを直接変調することで十分な帯域を確保できる。ただし、赤色光と青色光を出力する場合、イコライザ（イコライザ５３ｒ，５３ｂ）で位相補償を行ってフィードバックする点は同じであるが、緩和振動周波数が信号帯域に対して非常に高くなってしまう。このため、１次の高域通過特性でなく、１次の低域通過特性を持つイコライザが必要となる。本例では、制御部３８ｒ、３８ｂにそれぞれ、ローパスフィルタ５１ｒ、５１ｂを備えるようにした。
【００７４】
また、レーザ光源３０を小型化するために、３波長（赤色光、青色光、緑色光）の出力ブロックを一つのパッケージ中に構成している。その際、レーザ光源３０のメカ設計等の制約によって、パッケージ内のどの場所にどの波長の出力ブロックを配置するかが変わる可能性がある。このような場合に対応できるよう、制御部３８ｒ，３８ｇ，３８ｂに対して図示しないシリアル／パラレルインタフェースを接続する。そして、このシリアル／パラレルインタフェースを介して、外部の制御装置で出力する光の色を変更できるようにする。同様に、サーボゲイン、イコライザのカットオフ周波数も変更できるようにする。こうして、３波長の出力ブロックがどのような配置条件であっても、１種類のチップで対応できる。
【００７５】
以上説明した本実施の形態によれば、第２高調波を発生する波長変換素子を、プロジェクタ装置の緑色光源として用いる場合に、制御部３８ｇによって駆動信号の振幅特性と位相特性を維持するようにした。また、サーボ信号の位相は約１８０°遅れていたが、ハイパスフィルタ５１ｇによって位相を約９０度進めるようにした。また、アンプ５２ｇによって所定の周波数での一巡伝達ゲインが１となるように、加算した駆動信号に対してゲインをかけるようにした。そして、イコライザ５３ｇによって、駆動信号にゲインをかけて１次持ち上げを行うことで、１．０ＭＨｚ付近で発生していた振幅の落ち込みを回復し、サーボループの位相余裕を確保するようにした。このため、レーザ光が発振することなく、より高い周波数で高出力の緑色光を直接変調することができるという効果がある。また、レーザ光の出力を高い周波数帯域であっても安定化することができるため、レーザ光の出力を精度よく制御することができるという効果がある。
【００７６】
また、ＶＧＡでは、９〜１２ＭＨｚ、ＳＶＧＡでは、１４〜１８ＭＨｚ程度の帯域をレーザが出力できれば、画像を表示できる。ある程度の帯域の拡大や平坦化は回路設計で対応することができる。本実施の形態では、使用可能な帯域を広げたことにより、ＶＧＡやＳＶＧＡであっても、赤色光、緑色光、青色光を同じ輝度で出力することができ、ムラのない鮮明な画像を表示できるという効果がある。
【００７７】
また、検出器４４ｇに１０６４ｎｍ光のみが透過するフィルタ４３を介して、第２高調波（５３２ｎｍ光）を遮るようにした。このため、１０６４ｎｍ光のパワーだけを精度よく検出できる。この結果、レーザ光の出力を精度よく制御することができるという効果がある。
【００７８】
また、制御部、レーザ、検出器、Ｉ／Ｖアンプ等を１つのチップ上に構成することで、信号が回路を一巡したときのプロパゲーションディレイを抑えることができるという効果がある。また、小型のレーザパワー制御ＩＣを作ることが可能である。また、レーザ光を出力するブロック群を１つのＩＣチップ又はパッケージ上に構成することで、直接変調された光源を用いた超小型の画像表示装置を作成することができるという効果がある。
【００７９】
また、レーザ光源部３９ｇの最大パワーＰｏｄを、パワーＰｏｐより大きくした。そして、レーザ励起部４０の出力パワーＱｏｐの２倍以上のパワーＱｏｄに相当するパワーＰｏｄで、レーザ光源部３９ｇは８８０ｎｍ光を出力するようにした。このため、系全体のゲインが減少した場合であっても、一定のパワーを維持しながらレーザ励起部４０はレーザ光を出力することができる。この結果、系全体のゲインの増減にレーザ光のパワーが影響を受けにくくなるという効果がある。また、切換部３５によって、赤色光、緑色光、青色光の出力を切り換えるようにしたため、色の再現性が高まり、より輝度が高い映像を投影することができるという効果がある。
【００８０】
また、ＤＳＰ３３で画像信号の高域成分を制限するため、レーザ光源３０で投影可能な範囲に納まるように、画像を表示できる。このため、画像信号に含まれる高域成分の多寡により発生する表示ムラを防ぐことができるという効果がある。
【００８１】
なお、ＤＳＰ３３で行った制限処理や、制御部３８ｇで行った変調処理は、プログラムを用いて行ってもよい。図示しないＲＯＭやＲＡＭにプログラムを格納し、随時読み出して実行することにより、高速に演算できるという効果がある。
【００８２】
また、上述した実施の形態では、赤色光、緑色光、青色光を出力するように構成したが、緑色光のみを出力するように構成してもよい。レーザ光源を小型化して、その他の形態の表示装置に適用しても上述した実施の形態と同様の機能、効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施の形態におけるプロジェクタ装置の外部構成例を示した構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるレーザ光源の内部構成例を示したブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態における駆動信号の周波数に対する振幅特性と位相特性の例を示した説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態における駆動信号の周波数に対する振幅特性の閉ループ特性の例を示した説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態における８８０ｎｍ光のパワーに対する１０６４ｎｍ光のパワーの例を示した説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態におけるイコライザの振幅特性と位相特性の例を示した説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態における駆動信号に対する振幅特性と位相特性の例を示した説明図である。
【図８】従来のＳＨＧレーザ光源の内部構成例を示したブロック図である。
【図９】従来のＳＨＧレーザ光源の単体特性の例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…入力部、２…加算器、３…アンプ、４…レーザ光源部、５…レーザ励起部、６…波長変換素子、７…ビームスプリッタ、８…検出器、９…Ｉ／Ｖアンプ、１１…画像信号供給装置、１３…投影光学系、１４…スクリーン、１５…正弦波、１６…鋸波、１７…主軸走査方向、１８…副軸走査方向、２０…２軸ＭＥＭＳスキャナ、３０…レーザ光源、３１…入力部、３２…Ａ／Ｄ変換部、３３…ＤＳＰ、３４…Ｄ／Ａ変換部、３５…切換部、３６ｒ，３６ｇ，３６ｂ…加算器、３８ｒ，３８ｇ，３８ｂ…制御部、３９ｇ…レーザ光源部、３９ｒ，３９ｂ…半導体レーザ、４０…レーザ励起部、４１…波長変換素子、４２ｒ，４２ｇ，４２ｂ…ビームスプリッタ、４３…フィルタ、４４ｒ，４４ｇ，４４ｂ…検出器、４５ｒ，４５ｇ，４５ｂ…Ｉ／Ｖアンプ、１００…プロジェクタ装置
【図１】
2008047829.tif 000015
【図２】
2008047829.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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