(57)【要約】【課題】低輝度の画像を表示する場合でも色ずれの発生を抑えることができる画像表示装置を提供する。【解決手段】半導体レーザよりなる光源５１は、レーザ光を射出する。駆動部４０は、光源５１を、所定のデューティ比を有し、駆動電流値を増減させるパルスよりなる駆動信号によって駆動する。制御部２００は、閾値を超える第１のレーザ出力パワーに対応した輝度を表現させる場合には、光源５１に第１のレーザ出力パワーに対応した第１の駆動電流値で第１のデューティ比を有するパルスを供給するよう駆動部４０を制御する。制御部２００は、閾値以下の第２のレーザ出力パワーに対応した輝度を表現させる場合には、光源５１に閾値を超える第３のレーザ出力パワーに対応した第２の駆動電流値で、第１のデューティ比より小さい第２のデューティ比のパルスを供給するよう前記駆動部を制御する。【選択図】図１
2016004195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する半導体レーザよりなる光源と、
前記光源を、所定のデューティ比を有し、駆動電流値を増減させるパルスよりなる駆動信号によって駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記光源が出力するレーザ光によって、所定のレーザ出力パワーである閾値を超える第１のレーザ出力パワーに対応した輝度を表現させる場合には、前記光源が前記第１のレーザ出力パワーを有するレーザ光を射出するよう、前記光源に第１のレーザ出力パワーに対応した第１の駆動電流値で第１のデューティ比を有するパルスよりなる駆動信号を供給するよう前記駆動部を制御し、
前記光源が出力するレーザ光によって、前記閾値以下の第２のレーザ出力パワーに対応した輝度を表現させる場合には、前記光源が前記第２のレーザ出力パワーに代えて前記閾値を超える第３のレーザ出力パワーを有するレーザ光を射出するよう、前記光源に前記第３のレーザ出力パワーに対応した第２の駆動電流値で、前記第１のデューティ比より小さい第２のデューティ比を有するパルスよりなる駆動信号を供給するよう前記駆動部を制御する
ことを特徴とする光源駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、
ｎは１を超える数として、前記第２のレーザ出力パワーをｎ倍して前記第３のレーザ出力パワーとし、
前記第１のデューティ比を１／ｎ倍して前記第２のデューティ比とする
ことを特徴とする請求項１記載の光源駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記半導体レーザが有するＩ−Ｌ特性におけるキンク領域内の最大のレーザ出力パワー以上のレーザ出力パワーを前記閾値として設定していることを特徴とする請求項１または２に記載の光源駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源駆動装置と、
前記光源より発せられたレーザ光を水平方向及び垂直方向に偏向して画像を表示させる光偏光器と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを駆動する光源駆動装置、及び、光偏向器を用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、MEMS（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた光偏向器が開発されている。光偏向器は、画像を表示させるための表示デバイスとして用いられる。光偏向器のミラーに半導体レーザより射出されたレーザ光を照射し、ミラーを２次元的に偏向させる。これによって、光偏向器は、レーザ光を水平方向及び垂直方向に走査させて、スクリーンに画像を表示させることができる。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、光偏向器は例えば車両用のヘッドアップディスプレイに使用されることがある。ヘッドアップディスプレイは、画像表示装置の一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３０８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体レーザを駆動する駆動電流値と半導体レーザより射出されるレーザ光のレーザ出力パワーとに間には、Ｉ−Ｌ特性と称される関係がある。駆動電流値が所定の閾値以上になると、半導体レーザはレーザ光を射出する。Ｉ−Ｌ特性によれば、駆動電流値を増大させるとレーザ出力パワーはほぼリニアに増大する。
【０００６】
例えば夜間においては、画像表示装置によって表示する画像の輝度を低くすることが求められることがある。低輝度の画像を表示するには、駆動電流値を小さくしてレーザ出力パワーを小さくすればよい。
【０００７】
ところが、閾値付近の駆動電流値が小さい領域には、レーザ出力パワーがリニアに増大しないキンク領域が存在する。従って、レーザ出力パワーを小さくするために、駆動電流値を小さくすると、キンク領域内の駆動電流値に基づくレーザ出力パワーでレーザ光が発せられることになる。
【０００８】
赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青（Ｂ）光を射出するそれぞれの半導体レーザが有するＩ−Ｌ特性は互いに異なる。従って、キンク領域内の駆動電流値に基づくレーザ出力パワーで、Ｒ，Ｇ，Ｂ光それぞれのレーザ光を発生させると、本来得ようとした色とは異なる色ずれが発生してしまう。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑み、低輝度の画像を表示する場合でも色ずれの発生を抑えることができる光源駆動装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、レーザ光を射出する半導体レーザよりなる光源と、前記光源を、所定のデューティ比を有し、駆動電流値を増減させるパルスよりなる駆動信号によって駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記光源が出力するレーザ光によって、所定のレーザ出力パワーである閾値を超える第１のレーザ出力パワーに対応した輝度を表現させる場合には、前記光源が前記第１のレーザ出力パワーを有するレーザ光を射出するよう、前記光源に第１のレーザ出力パワーに対応した第１の駆動電流値で第１のデューティ比を有するパルスよりなる駆動信号を供給するよう前記駆動部を制御し、前記光源が出力するレーザ光によって、前記閾値以下の第２のレーザ出力パワーに対応した輝度を表現させる場合には、前記光源が前記第２のレーザ出力パワーに代えて前記閾値を超える第３のレーザ出力パワーを有するレーザ光を射出するよう、前記光源に前記第３のレーザ出力パワーに対応した第２の駆動電流値で、前記第１のデューティ比より小さい第２のデューティ比を有するパルスよりなる駆動信号を供給するよう前記駆動部を制御することを特徴とする光源駆動装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、上記の光源駆動装置と、前記光源より発せられたレーザ光を水平方向及び垂直方向に偏向して画像を表示させる光偏光器とを備えることを特徴とする画像表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光源駆動装置及び画像表示装置によれば、低輝度の画像を表示する場合でも色ずれの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の光源駆動装置及び画像表示装置を示すブロック図である。
【図２】レーザ光源及び光偏向器を用いた画像表示装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図３】半導体レーザが有するＩ−Ｌ特性の一例を示す図である。
【図４】通常の半導体レーザの駆動方法と一実施形態の画像表示装置における半導体レーザの駆動方法とを比較して示す図である。
【図５】一実施形態の光源駆動装置による半導体レーザの駆動方法によって画像を表示するときの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、一実施形態の光源駆動装置及び画像表示装置について、添付図面を参照して説明する。図２に示すように、一実施形態の画像表示装置は、概略的には、レーザ光を射出するレーザ光発生部５０と、レーザ光を水平方向及び垂直方向に偏向させて、スクリーン６０に画像を表示させる光偏向器１００とを備える。
【００１５】
図１を用いて、一実施形態の光源駆動装置及び画像表示装置の詳細な構成及び動作を説明する。図１において、光偏向器１００は、レーザ光を水平方向に偏向するための水平偏向素子（図示せず）とレーザ光を垂直方向に偏向するための垂直偏向素子（図示せず）とが一体化された構成を有する。
【００１６】
光偏向器１００は、ミラー１２，水平駆動部１１Ｈ，垂直駆動部１１Ｖ，駆動検出部１３を有する。
【００１７】
制御部２００には、画像表示装置で表示する画像を示す画像信号が入力される。制御部２００は、入力された画像信号の水平同期信号に基づいて、光偏向器１００を水平方向に揺動させるための水平駆動信号を生成して水平駆動部１１Ｈに供給する。
【００１８】
制御部２００は、入力された画像信号の垂直同期信号に基づいて、光偏向器１００を垂直方向に揺動させるための垂直駆動信号を生成して垂直駆動部１１Ｖに供給する。駆動検出部１３によって水平偏向素子の揺動を検出することによって生成された駆動検出信号は、制御部２００に入力される。
【００１９】
駆動部４０は、Ｒ光源駆動部４０ｒ，Ｇ光源駆動部４０ｇ，Ｂ光源駆動部４０ｂを有する。Ｒ光源駆動部４０ｒ，Ｇ光源駆動部４０ｇ，Ｂ光源駆動部４０ｂは、制御部２００による制御に基づいて、レーザ光発生部５０を駆動する。
【００２０】
レーザ光発生部５０は、光源５１と、プリズム５２〜５４と、ミラー５５と、レンズ５６とを有する。光源５１は、それぞれ半導体レーザよりなる、Ｒのレーザ光を射出するＲ光源５１ｒと、Ｇのレーザ光を射出するＧ光源５１ｇと、Ｂのレーザ光を射出するＢ光源５１ｂとよりなる。
【００２１】
Ｒ光源駆動部４０ｒはＲ光源５１ｒを駆動し、Ｇ光源駆動部４０ｇはＧ光源５１ｇを駆動し、Ｂ光源駆動部４０ｂはＢ光源５１ｂを駆動する。駆動部４０は、光源５１に、後述する低輝度の画像を表示する場合を除き、パルス幅が一定で、表示する画像の輝度値（それぞれの画素値）に応じて駆動電流値が増減する駆動信号を供給して、Ｒ光源５１ｒ，Ｇ光源５１ｇ，Ｂ光源５１ｂそれぞれを駆動する。
【００２２】
制御部２００は、光源５１にそれぞれの画素値に応じた駆動電流値を有する駆動信号を供給するよう、駆動部４０を制御する。
【００２３】
プリズム５２は、Ｒ光源５１ｒより発せられたＲのレーザ光の光路を９０度折り曲げる。プリズム５３はＲのレーザ光とＧのレーザ光とを合成する。プリズム５４は、Ｒのレーザ光とＧのレーザ光との合成光とＢのレーザ光とを合成する。
【００２４】
制御部２００は、入力された画像信号に応じた合成光がプリズム５４より出力されるよう、駆動部４０を制御する。ミラー５５は、プリズム５４より出力されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光の合成光を反射する。レンズ５６は、ミラー５５からの合成光を集光してミラー１２へと入射させる。
【００２５】
図１における駆動部４０とレーザ光発生部５０と制御部２００とは、本実施形態の光源駆動装置２５０を構成する。
【００２６】
ミラー１２は、水平偏向素子によってレーザ光をスクリーン６０の水平方向に走査させるよう揺動され、垂直偏向素子によってレーザ光をスクリーン６０の垂直方向に走査させるよう揺動される。
【００２７】
光偏向器１００によるレーザ光の水平方向及び垂直方向の走査によって、スクリーン６０には画像信号に基づく画像が表示される。
【００２８】
図１における光偏向器１００と光源駆動装置２５０とは、本実施形態の画像表示装置を構成する。
【００２９】
図３は、Ｒ光源５１ｒ，Ｇ光源５１ｇ，Ｂ光源５１ｂのうちのいずれかである半導体レーザが有するＩ−Ｌ特性を示している。図３に示すように、駆動電流値が閾値Ｉｔｈ以上になると、半導体レーザはレーザ光を射出する。駆動電流値とレーザ出力パワーとは全体的にはほぼリニアな関係を有する。
【００３０】
図３において、ポイントｐ１はレーザ出力パワーが１ｍＷのポイントであり、ポイントｐ２はレーザ出力パワーが２ｍＷのポイントである。
【００３１】
まず、仮にＩ−Ｌ特性が全体としてリニアな特性であるとする。図４の（ａ）に示すように、一点鎖線にて示す画像信号の輝度値が大きくなるに従って、レーザ出力パワーを増大させればよい。ここでは、説明を容易にするため、レーザ出力パワーとして、離散的な１，２，３，４，５，６，７，８（ｍＷ）のみを示している。
【００３２】
１，２，３，４，５，６，７，８（ｍＷ）のレーザ出力パワーを得るための駆動電流値をＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５，Ｉ６，Ｉ７，Ｉ８とする。図３によれば、例えば、駆動電流値Ｉ１は８５（ｍＡ）程度、駆動電流値Ｉ２は８７（ｍＡ）程度である。
【００３３】
図３に示すように、閾値Ｉｔｈ付近の駆動電流値が小さい領域には、一点鎖線で囲んでいるように、キンク領域３０が存在する。キンク領域３０では、駆動電流値とレーザ出力パワーとの関係はリニアではない。Ｒ光源５１ｒ，Ｇ光源５１ｇ，Ｂ光源５１ｂそれぞれが有するＩ−Ｌ特性は同じではないため、キンク領域３０における特性は異なる。
【００３４】
図３のキンク領域３０内に示す破線は、駆動電流値とレーザ出力パワーとの望ましいリニアな特性を示している。
【００３５】
図３において、低輝度の画像（画素）を表示するために必要なレーザ出力パワーが例えば１ｍＷであったとする。キンク領域３０内が破線で示すようにリニアな特性であり、Ｒ光源５１ｒ，Ｇ光源５１ｇ，Ｂ光源５１ｂそれぞれが有するＩ−Ｌ特性におけるキンク領域３０内の特性が同じであれば、色ずれはほぼ発生しない。
【００３６】
ところが実際には、キンク領域３０内の特性はリニアではなく、キンク領域３０内の特性はＲ光源５１ｒ，Ｇ光源５１ｇ，Ｂ光源５１ｂそれぞれで異なる。よって、色ずれが発生してしまう。
【００３７】
そこで、本実施形態においては、駆動部４０は光源５１を次のように駆動する。駆動部４０は、所定の低輝度の画像を表示するためのレーザ出力パワーがキンク領域３０内のレーザ出力パワーであるときには、キンク領域３０内の駆動電流値ではなく、キンク領域３０外のより大きい駆動電流値で光源５１を駆動する。
【００３８】
このとき、駆動部４０は、駆動電流値を増大させたことによってレーザ出力パワーが増大し、表示させようとする所定の低輝度よりも輝度値が大きくならないよう、パルスのデューティ比を小さくする。
【００３９】
所定の低輝度の画像を表示するためのレーザ出力パワーがキンク領域３０内の１ｍＷである場合を例とする。図３に示すように、駆動部４０は、レーザ出力パワー１ｍＷを発生させる駆動電流値Ｉ１の代わりに、駆動電流値Ｉ１よりも大きく、キンク領域３０外の例えばポイントｐ２のレーザ出力パワー２ｍＷを発生させる駆動電流値Ｉ２を用いる。
【００４０】
図４の（ｂ）に示すように、駆動部４０は、レーザ出力パワーを２倍にすることに伴ってレーザ光によって表現される輝度が高くならないよう、パルス幅を、キンク領域３０外の駆動電流値で光源５１を駆動するときの通常のパルス幅に対して１／２にする。
【００４１】
駆動部４０は、デューティ比５０％を通常のパルスとすると、デューティ比２５％のパルスで光源５１を駆動する。
【００４２】
駆動電流値Ｉ２（レーザ出力パワー２ｍＷ）でデューティ比２５％のパルスよりなる駆動信号を光源５１に供給したときにレーザ光によって表現される輝度を第１の輝度とする。駆動電流値Ｉ１（レーザ出力パワー１ｍＷ）でデューティ比５０％のパルスよりなる駆動信号を光源５１に供給したときにレーザ光によって表現される輝度を第２の輝度とする。第１の輝度と第２の輝度とはほぼ同じとなる。
【００４３】
よって、本実施形態によれば、駆動部４０がレーザ出力パワーを増大させても輝度は高くならず、レーザ光によって表現しようとした所望の輝度で画像を表示させることができる。
【００４４】
本実施形態によれば、キンク領域３０内のレーザ出力パワーを用いず、キンク領域３０外のレーザ出力パワーを用いることにより、色ずれの発生を抑えることができる。
【００４５】
図５を用いて、複数の画素で構成される画像のうち、画素Ｐｘ１〜Ｐｘ３を表示する場合を説明する。光偏光器１００によって水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査してそれぞれの画素を表示させるとき、光源駆動装置２５０は、それぞれの画素の輝度を、画像信号を構成する画素信号の輝度値に応じて制御する。
【００４６】
画素Ｐｘ１，Ｐｘ２は、本来であれば光源５１に駆動電流値Ｉ１を供給してレーザ出力パワー１ｍＷによって表現される低輝度の画素であるとする。画素Ｐｘ３は、光源５１に駆動電流値Ｉ２を供給してレーザ出力パワー２ｍＷによって表現される輝度の画素であるとする。
【００４７】
図５に示すように、駆動部４０は、画素Ｐｘ１，Ｐｘ２においては破線にて示す駆動電流値Ｉ１でデューティ比５０％のパルスよりなる駆動信号ではなく、駆動電流値Ｉ２でデューティ比２５％のパルスよりなる駆動信号で光源５１を駆動する。
【００４８】
駆動部４０は、画素Ｐｘ３においては、通常どおり、駆動電流値Ｉ２でデューティ比５０％のパルスよりなる駆動信号で光源５１を駆動する。
【００４９】
以上の説明においては、低輝度の画素として、キンク領域３０内のポイントｐ１のレーザ出力パワーによって表現される輝度を例としている。キンク領域３０内のポイントｐ１以外のレーザ出力パワーによって輝度を表現する場合も同様である。
【００５０】
制御部２００は、駆動部４０を次のように制御すればよい。図３に示すポイントｐｔｈを、所定のレーザ出力パワーである閾値とする。
【００５１】
制御部２００は、光源５１が出力するレーザ光によって、閾値ｐｔｈを超える第１のレーザ出力パワーに対応した輝度を表現させる場合には、駆動部４０を次のように制御する。
【００５２】
制御部２００は、光源５１が第１のレーザ出力パワーを有するレーザ光を射出するよう、光源５１に第１のレーザ出力パワーに対応した第１の駆動電流値で第１のデューティ比を有するパルスよりなる駆動信号を供給するよう駆動部４０を制御する。
【００５３】
ここでの第１のレーザ出力パワーとは、閾値ｐｔｈより大きい任意のレーザ出力パワーである。第１のデューティ比は例えば５０％である。
【００５４】
制御部２００は、光源５１が出力するレーザ光によって、閾値ｐｔｈ以下の第２のレーザ出力パワーに対応した輝度を表現させる場合には、駆動部４０を次のように制御する。
【００５５】
制御部２００は、光源５１が第３のレーザ出力パワーを有するレーザ光を射出するよう、光源５１に第３のレーザ出力パワーに対応した第２の駆動電流値で、第２のデューティ比を有するパルスよりなる駆動信号を供給するよう駆動部４０を制御する。第３のレーザ出力パワーは、閾値ｐｔｈを超えるレーザ出力パワーである。
【００５６】
このように、制御部２００は、光源５１が第２のレーザ出力パワーに代えて第３のレーザ出力パワーを射出するよう駆動部４０を制御する。第２のデューティ比は、第１のデューティ比より小さいデューティ比である。
【００５７】
制御部２００は、第２のレーザ出力パワーをｎ倍して第３のレーザ出力パワーとするのがよい。制御部２００は、第１のデューティ比を１／ｎ倍して第２のデューティ比とするのがよい。ｎは１を超える数であり、整数とするのがよいが、整数でなくてもよい。
【００５８】
制御部２００は、半導体レーザが有するＩ−Ｌ特性におけるキンク領域３０内の最大のレーザ出力パワー以上のレーザ出力パワーを閾値ｐｔｈとして設定すればよい。
【００５９】
光源駆動装置２５０は、画像表示装置以外に用いられてもよい。光源駆動装置２５０が、光源５１が射出するレーザ光によって画像を表示させる画像表示装置に用いられる場合には、制御部２００は、駆動部４０を次のように制御すればよい。
【００６０】
制御部２００は、画像を表示させるための画像信号の輝度値が大きくなるほど駆動部４０が光源５１に供給する駆動信号の駆動電流値を増大させるよう、駆動部４０を制御する。
【００６１】
以上のようにして、源５１より発せられたレーザ光を水平方向及び垂直方向に偏向して画像を表示させる光偏光器１００と、光源駆動装置２５０とを備える本実施形態の画像表示装置は、低輝度の画像を表示する場合でも色ずれの発生を抑えることができる。
【００６２】
本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。光偏光器１００はMEMS技術を用いて構成されることが好ましいが、それに限定されるものではない。光偏光器１００はレーザ光を水平方向及び垂直方向に偏向する機能を有すればよく、具体的な構成は特に限定されない。
【符号の説明】
【００６３】
４０  駆動部
５１  光源
５１ｒ  Ｒ光源（半導体レーザ）
５１ｇ  Ｇ光源（半導体レーザ）
５１ｂ  Ｂ光源（半導体レーザ）
１００  光偏向器
２００  制御部
２５０  光源駆動装置
【図１】
2016004195.tif 000003
【図２】
2016004195.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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