(57)【要約】【課題】高い階調レベルにおいてレーザ光のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワーを超えてしまうことなく低い階調レベルを精度よく表示することができる光源駆動装置を提供する。【解決手段】光源駆動装置２５０は、画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号を画素単位で生成する信号生成部４０と、画素信号に応じた強度のレーザ光を出射する光源５１と、光源５１に入力される画素信号に高周波信号を重畳する信号重畳部６０と、を備える。高周波信号は、周波数が、信号生成部４０が画素信号を生成する生成周期の逆数以上であり、かつ電流振幅が、光源５１のＩ−Ｌ特性においてＬＥＤ発光とＬＤ発光とが混在する領域における画素信号の駆動電流値の幅である。画素信号の駆動電流値が少なくとも上記混在する領域にあるときに、信号重畳部６０が画素信号に高周波信号を重畳する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号を画素単位で生成する信号生成部と、
前記画素信号に応じた強度のレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザに入力される前記画素信号に高周波信号を重畳する信号重畳部と、を備え、
前記高周波信号は、周波数が、前記信号生成部が前記画素信号を生成する生成周期の逆数以上であり、かつ電流振幅が、前記半導体レーザのＩ−Ｌ特性においてＬＥＤ発光とＬＤ発光とが混在する領域における前記画素信号の駆動電流値の幅であり、
前記画素信号の駆動電流値が少なくとも前記混在する領域にあるときに前記信号重畳部が前記画素信号に前記高周波信号を重畳する光源駆動装置。
【請求項２】
前記信号重畳部は、全ての階調レベルにおいて前記画素信号に前記高周波信号を重畳する請求項１に記載の光源駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の光源駆動装置と、
前記半導体レーザ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向器と、を備える画像表示装置。
【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、光源駆動装置を用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像信号に応じて強度変調したレーザ光を半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）から出射し、このレーザ光を水平方向及び垂直方向に走査させて投射対象に画像を表示させる走査型の画像表示装置が知られている。半導体レーザにおいて、入力される画素信号の駆動電流値と出射されるレーザ光のレーザ出力パワー（強度）との間にＩ−Ｌ特性と称される関係がある。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線形的に増大する。半導体レーザの中には、駆動電流値が小さい領域において、そのＩ−Ｌ特性が急峻に変化して線形性が崩れるキンク領域を有するものがある。
【０００３】
キンク領域を有する半導体レーザでは、低い階調レベルを精度よく表示できない場合がある。特許文献１では、このような低い階調レベルを精度よく表示するため、画素信号に対し、周波数が画素信号の生成周期の逆数以上であり、かつ、振幅（電流振幅）がキンク領域の幅以上である高周波信号を重畳している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０７５９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
キンク領域を有する半導体レーザでは、Ｉ−Ｌ特性が線形であることを前提に階調レベルを割り当てた画素信号を半導体レーザに入力すると、低い階調レベルにおいて階調つぶれが発生する場合がある。特許文献１のようの画素信号にキンク領域の幅以上の振幅を有する高周波信号を重畳する場合、レーザ出力パワーは重畳する高周波信号の振幅の変化に応じて変動するが、ユーザに視認される各画素の明るさは変動するレーザ出力パワーを平均したレーザ出力パワーに対応する明るさとなる。画素信号の駆動電流値と平均したレーザ出力パワーとの関係を線形に近づけて、キンク領域におけるＩ−Ｌ特性を見かけ上線形に近づけることで、低い階調レベルにおける階調つぶれの発生を抑制することができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、高い階調レベルにおいて、画素信号にキンク領域の幅以上の振幅を有する高周波信号を重畳したときにレーザ光のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワーを超えてしまう場合がある。レーザ光のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワーを超えるとレーザの寿命は著しく短縮される。
【０００７】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、高い階調レベルにおいてレーザ光のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワーを超えてしまうことなく低い階調レベルを精度よく表示す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】
【０００８】
本発明に係る光源駆動装置は、画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号を画素単位で生成する信号生成部と、前記画素信号に応じた強度のレーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザに入力される前記画素信号に高周波信号を重畳する信号重畳部と、を備え、前記高周波信号は、周波数が、前記信号生成部が前記画素信号を生成する生成周期の逆数以上であり、かつ電流振幅が、前記半導体レーザのＩ−Ｌ特性においてＬＥＤ発光とＬＤ発光とが混在する領域における前記画素信号の駆動電流値の幅であり、前記画素信号の駆動電流値が少なくとも前記混在する領域にあるときに前記信号重畳部が前記画素信号に前記高周波信号を重畳する。
【０００９】
さらに、本発明に係る画像表示装置は、上述の光源駆動装置と、前記半導体レーザ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向器と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い階調レベルにおいてレーザ光のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワーを超えてしまうことなく低い階調レベルを精度よく表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態にかかる画像表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態にかかる画像表示装置で用いる、Ｒ光源、Ｇ光源及びＢ光源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】画素信号の駆動電流値が閾値電流内にある場合において、画素信号に高周波信号を重畳した状態を模式的に示す図である。
【図４】目標のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワー付近である場合に、画素信号に高周波信号を重畳した状態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態にかかる画像表示装置は、車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）などに用いられる。図１は、本実施の形態にかかる画像表示装置５００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、画像表示装置５００は、光源駆動装置２５０と、光偏向器１００と、を備えている。
【００１３】
光源駆動装置２５０は、信号生成部４０と、レーザ光発生部５０と、制御部２００と、を有する。信号生成部４０は、三原色の各色の画素単位の信号である画素信号を生成するＲ光源信号生成部４０ｒ、Ｇ光源信号生成部４０ｇ、Ｂ光源信号生成部４０ｂ、を有する。Ｒ光源信号生成部４０ｒは、各画素の赤色成分の階調レベルに応じた駆動電流値の画素信号を画素単位で順次生成し、この画素信号をＲ光源５１ｒに入力する。同様に、Ｇ光源信号生成部４０ｇは、各画素の緑色成分の階調レベルに応じた駆動電流値の画素信号を画素単位で順次生成してＧ光源５１ｇに入力する。また、Ｂ光源信号生成部４０ｂは、各画素の青色成分の階調レベルに応じた駆動電流値の画素信号を画素単位で順次生成してＢ光源５１ｂに入力する。
【００１４】
レーザ光発生部５０は、半導体レーザとしての光源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、半導体レーザである、赤（Ｒ）のレーザ光を射出するＲ光源５１ｒと、緑（Ｇ）のレーザ光を射出するＧ光源５１ｇと、青（Ｂ）のレーザ光を射出するＢ光源５１ｂと、を有する。Ｒ光源５１ｒは、Ｒ光源信号生成部４０ｒから画素信号が入力されると、各画素の赤色成分の階調レベルに応じて強度変調された赤色のレーザ光を画素単位で順次出射する。同様に、Ｇ光源５１ｇは、Ｇ光源信号生成部４０ｇから画素信号が入力されると、各画素の緑色成分の階調レベルに応じて強度変調された緑色のレーザ光を画素単位で順次出射する。また、Ｂ光源５１ｂは、Ｂ光源信号生成部４０ｂから画素信号が入力されると、各画素の青色成分の階調レベルに応じて強度変調された青色のレーザ光を画素単位で順次出射する。
【００１５】
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、Ｇ光源５１ｇより発せられたＧのレーザ光の光路を９０度折り曲げるとともに、Ｇのレーザ光にＲのレーザ光を合成する。プリズム５４は、Ｂ光源５１ｂより発せられたＢのレーザ光の光路を９０度折り曲げるとともに、Ｂのレーザ光にＲのレーザ光及びＧのレーザ光を合成する。ミラー５５は、プリズム５４より出力されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光が合成された合成光を反射する。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。
【００１６】
信号重畳部６０は、信号生成部４０が生成した画素信号に高周波信号を重畳する。具体的には、Ｒ光源信号重畳部６０ｒ、Ｇ光源信号重畳部６０ｇ及びＢ光源信号重畳部６０ｂが、Ｒ光源信号生成部４０ｒ、Ｇ光源信号生成部４０ｇ及びＢ光源信号生成部４０ｂの生成した画素信号に、それぞれ高周波信号を重畳する。なお、高周波信号の詳細については後述する。
【００１７】
光偏向器１００は、ミラー１２と、水平駆動部１１Ｈと、垂直駆動部１１Ｖと、を有する。ミラー１２は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーであり、駆動信号に応じて角度が変わる。ミラー１２は、水平駆動部１１Ｈによってレーザ光をスクリーン７０の水平方向に走査させるよう揺動され、垂直駆動部１１Ｖによってレーザ光をスクリーン７０の垂直方向に走査させるよう揺動される。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７０には画像信号に基づく画像が表示される。
【００１８】
制御部２００は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路を有し、所望のレーザ出力パワー（強度）のレーザ光が出射されるように、半導体レーザに入力する画素信号の駆動電流値を制御する（ＡＰＣ制御）。具体的には、制御部２００は、入力された画像信号におけるそれぞれの画素値に応じてＲ光源５１ｒ、Ｇ光源５１ｇ及びＢ光源５１ｂにそれぞれ所望のレーザ出力パワーに対応する画素信号の駆動電流値が入力されるよう、Ｒ光源信号生成部４０ｒ、Ｇ光源信号生成部４０ｇ及びＢ光源信号生成部４０ｂを制御する。なお、ＡＰＣ制御では、線形性を前提として階調レベルを割り当てた画素信号を半導体レーザに入力するのではなく、使用する半導体レーザのＩ−Ｌ特性に基づいて所望のレーザ出力パワーに対応する画素信号を発生させ半導体レーザに入力するので、特許文献１に記載された技術と異なり、Ｉ−Ｌ特性が線形である必要はない。
【００１９】
制御部２００は、入力された水平同期信号に基づいて水平駆動信号を生成し水平駆動部１１Ｈに供給する。水平駆動部１１Ｈは、この水平駆動信号に基づいて光偏向器１００を水平方向に揺動させる。また、制御部２００は、入力された垂直同期信号に基づいて垂直駆動信号を生成し垂直駆動部１１Ｖに供給する。垂直駆動部１１Ｖは、この垂直駆動信号に基づいて光偏向器１００を垂直方向に揺動させる。
【００２０】
図２は、Ｒ光源５１ｒ、Ｇ光源５１ｇ及び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特性の一例を示している。図２に示すように、画素信号の駆動電流値が小さい領域には、Ｉ−Ｌ特性が急峻に変化して線形性が崩れる（画素信号の駆動電流値に対してレーザ出力パワーがリニアに増大しない）領域であるキンク領域が存在する。キンク領域にはさらに、ＬＤ発光（レーザ発光）とＬＥＤ発光（自然発光）が混在する遷移領域が存在する（レーザ出力パワーが１ｍＷ付近）。この遷移領域における画素信号の駆動電流値が閾値電流Ｉｔｈである。閾値電流Ｉｔｈは一定の幅（閾値電流の幅ΔＩ）を持つ。なお、図２に例として示した半導体レーザにおいて、閾値電流Ｉｔｈの最小値は８４．４ｍＡ、最大値は８４．８４ｍＡである。よって、閾値電流の幅ΔＩは０．４４ｍＡである。また、定格レーザ出力パワーは５ｍＷ付近である。
【００２１】
画素信号の駆動電流値が閾値電流Ｉｔｈ内にある場合、半導体レーザはＬＥＤ発光域とＬＤ発光域との間を行き来するため、レーザ出力パワーが不安定になる。閾値電流の幅ΔＩは、Ｉ−Ｌ特性が急峻に変化して非線形となる領域（キンク領域）の駆動電流の幅Ｉｃと比べて非常に微小である。この閾値電流の幅ΔＩは、温度などの諸条件が変化してもほぼ一定であり、レーザの種類によって一意に定まる。
【００２２】
ここで、画素信号に重畳する高周波信号について以下で説明する。
上述したように、画素信号の駆動電流値が閾値電流Ｉｔｈ内にあるとき、半導体レーザはＬＥＤ発光域とＬＤ発光域との間を行き来するため、レーザ出力パワーが不安定になり目標のレーザ出力パワーが得られない。Ｒ光源５１ｒ、Ｇ光源５１ｇ及びＢ光源５１ｂの中の少なくとも１つにおいて駆動電流が閾値電流Ｉｔｈ内にある場合、駆動電流が閾値電流Ｉｔｈ内にある光源では目標のレーザ出力パワーが得られないので、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。
【００２３】
図３は、画素信号の駆動電流値が閾値電流Ｉｔｈ内にある場合において、画素信号に高周波信号を重畳した状態を模式的に示す図である。図中において画素信号を一点鎖線で示し、高周波信号を実線で示す。図３に示すように、画素信号はパルス波であり、生成周期をＴとする。また、目標のレーザ出力パワーに対応する画素信号の駆動電流値は、閾値電流Ｉｔｈ内の駆動電流値Ｉｐであるとする。
【００２４】
画素信号に重畳する高周波信号の周波数は、画素信号の生成周期Ｔの逆数（１／Ｔ）以上である。また、高周波信号の電流振幅は、閾値電流の幅ΔＩである。なお、図中の高周波信号はサイン波であるが、これに限るものではなく、例えばパルス波や三角波であってもよい。画素信号に上述した周波数及び電流振幅を有する高周波信号を重畳した信号を半導体レーザに入力すると、周期的に変動するレーザ出力パワーを平均したレーザ出力パワーが得られる。これにより、画素信号の駆動電流値が閾値電流Ｉｔｈ内にあるときにもレーザ光の出力パワーを安定させることができるので、低い階調レベルを精度よく表示することができる。
【００２５】
半導体レーザは、定格レーザ出力パワーを超えて使用すると寿命が著しく短くなる。このため、画素信号に高周波信号を重畳したときのレーザ出力パワーのピークが定格レーザ出力パワーを超えないようにする必要がある。画像表示装置５００において、最も高い階調の高輝度化と半導体レーザの長寿命化との両立を図るため、最も高い階調のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワーをやや下回るようにする。
【００２６】
図４は、目標のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワー付近である場合に、画素信号に高周波信号を重畳した状態を模式的に示す図である。図中において画素信号を一点鎖線で示し、高周波信号を実線で示す。図４に示すように、画素信号の駆動電流値に対して、画素信号に重畳する高周波信号の電流振幅は微小であるため、高周波信号を重畳した後の信号における駆動電流値のピークに対応するレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワーを超えることはない。このため、高周波信号を重畳しない場合と比べて半導体レーザの寿命が著しく短くなることはない。
【００２７】
上述したように、目標のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワー付近である場合にも、半導体レーザの寿命が著しく短くなることなく画素信号に高周波信号を重畳することができる。つまり、全ての階調レベルのレーザ出力パワーに対応する画素信号において、一定の電流振幅の高周波信号を重畳することができる。このように、全ての階調レベルのレーザ出力パワーに対応する画素信号において一定の電流振幅の高周波信号を重畳する場合、階調レベルを変更する際に、階調レベルの大小により、高周波信号を重畳するかしないかを判断する、重畳する高周波信号の電流振幅を変更する、といった複雑な処理を行う必要がなくなる。
【００２８】
以上より、本発明では、少なくとも、画素信号の駆動電流値が半導体レーザのＩ−Ｌ特性においてＬＥＤ発光とＬＤ発光とが混在する領域にあるときに画素信号に上述した高周波信号を重畳すれば、低い階調レベルにおいてレーザ出力パワーが不安定になるのを抑え、低い階調レベルを精度よく表示することができる。また、高い階調レベルにおいて画素信号に上述した高周波信号を重畳してもレーザ光のレーザ出力パワーが定格レーザ出力パワーを超えてしまうこともない。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
４０  信号生成部
４０ｒ  Ｒ光源信号生成部
４０ｇ  Ｇ光源信号生成部
４０ｂ  Ｂ光源信号生成部
５０  レーザ光発生部
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）
６０  信号重畳部
６０ｒ  Ｒ光源信号重畳部
６０ｇ  Ｇ光源信号重畳部
６０ｂ  Ｂ光源信号重畳部
７０  スクリーン
１００  光偏向器
２００  制御部
２５０  光源駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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