JP2009212423A - 光源装置及び画像表示装置並びに光量補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子の光源特性の変化に応じた光量補正の精度を向上する技術を提供する。
【解決手段】光源装置１００は、入力値ＤＲに応じて赤外光ＬＲｉを射出する半導体レーザ素子３１Ｒと、赤外光ＬＲｉを非線形光学効果によって可視光であるレーザ光ＬＲに変換する波長変換素子３２と、レーザ光ＬＲの光量を測定する光量測定部として光電変換素子９０及びＩ／Ｖ変換器９１と、光量測定部が出力する電圧信号ＶＬＲｉを赤外光ＬＲｉの光量に相当する信号Ｄｐｄに変換するためのアナログ平方根回路９９と、入力値ＤＲと信号Ｄｐｄとを用いて半導体レーザ素子３１Ｒの発光量を補正する光量補正回路９３とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源装置及び画像表示装置並びに光量補正方法に関する。

近年、画像表示装置の一形態として、レーザ光などのビーム状の光を被投射面上でラスタースキャンして画像を表示するレーザスキャンディスプレイが注目されている。このようなレーザスキャンディスプレイは、レーザ光の供給を停止することで完全な黒を表現できるため、例えば液晶ライトバルブを用いたプロジェクタ等と比べてコントラストが非常に高く、また、レーザ光が単一波長であるために色純度が高く、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい（絞りやすい）等の特徴を有することから、高コントラスト、高色再現性及び高解像度を実現する高画質ディスプレイとして期待されている。

レーザスキャンディスプレイのレーザ光源としては、主にレーザダイオード等の半導体レーザ素子が用いられているが、このような半導体レーザ素子は、温度変化や経年劣化などにより、そのレーザ特性が変化するため、所望の画像輝度を得られるようにレーザ光量を補正する必要がある。

例えば、下記特許文献１には、半導体レーザ素子のバイアス電流値を２点以上変化させて、半導体レーザ素子の発光パワーを受光パワー検出手段によって検出し、半導体レーザ素子の閾値電流値と量子効率の変化等を検出することで、半導体レーザ素子の直流バイアス電流をバイアス電流制御手段に設定し、また、量子効率の変化等に対応したパルス電流をパルス電流制御手段に設定することでレーザ出力のレベルを一定に保持する技術が開示されている。また、下記特許文献２には、レーザ光源の検出光量と光出力の設定値との関係式を自動的に算出し、光記録媒体ドライブ装置にこの関係式のデータを設定して、レーザ光源の出力レベルを調整する技術が開示されている。

特開平７−１４７４４６号公報 特開２００３−９１８５３号公報

このように、温度変化や経年劣化に起因するレーザ特性の変化に応じてレーザ光量の補正を行う場合において、より補正精度を高めるためには、実際に装置を動作させながらリアルタイムにレーザ特性の変化に応じた光量補正を行うことが望ましいが、上記の従来技術ではその手段が提示されていなかった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光源特性の変化に応じた光量補正をリアルタイムに行うことで光量補正精度を高めることが可能な光源装置、及び当該光源装置を備える画像表示装置、並びに光量補正方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
光源装置であって、
入力値に応じて第１の波長の光を射出する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が射出した前記第１の波長の光を非線形光学効果によって第２の波長の光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子から射出された前記第２の波長の光の光量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部によって計測された測定光量に基づいて前記第１の波長の光の光量に相当する換算光量を算出する換算光量算出部と、
前記入力値と前記換算光量とを用いて前記半導体発光素子の発光量を補正する光量補正部と、
を備える、光源装置。
適用例１記載の光源装置によれば、第２の波長の光を検出することによって、リアルタイムに第２の波長の光の光量補正を実行することができ、その補正の精度を向上させることができる。

［適用例２］
適用例１記載の光源装置であって、さらに、
前記入力値と前記光量補正部が出力する指令値とに応じて前記半導体発光素子に駆動電流を供給する電流供給部を備え、
前記光量補正部は、前記換算光量と、前記入力値に対して前記半導体発光素子が射出すべき目標換算光量との差である換算光量誤差を算出し、
前記駆動電流の変化量に対する前記換算光量の変化量で定義される微分効率を、前記換算光量誤差と前記入力値との積の積算値により算出するとともに、
前記半導体発光素子の閾値電流値を、前記換算光量誤差の積算値により算出し、
前記微分効率と前記閾値電流値とに応じて前記指令値を補正する、光源装置。
適用例２記載の光源装置によれば、光源特性パラメータの１つである微分効率を補正するとともに、同じく光源特性パラメータの１つである駆動信号の閾値を補正し、補正後の微分効率及び閾値を有する駆動信号を生成させるような指令値を電流供給部に出力するので、動作中の温度変化等に起因する光源特性の変化に応じた光量補正をリアルタイムに行うことができるととともに、高い光量補正精度を得ることができる。

［適用例３］
適用例２記載の光源装置であって、
前記指令値は、前記微分効率に応じて補正される階調電流指令値と、前記閾値電流値に応じて補正される閾値電流指令値とを含み、
前記電流供給部は、
前記入力値と前記階調電流指令値とに応じた階調電流を生成する階調電流生成部と、
前記閾値電流指令値に応じた閾値電流を生成する閾値電流生成部と
を備え、
前記階調電流と前記閾値電流とを加算して、前記駆動電流として前記発光部に供給し、
前記光量補正部は、
前記階調電流指令値を表す第１の変数の今回値を、前記第１の変数の前回値から前記換算光量誤差と前記入力値との積の積算値に比例した数値を減算することで求め、
前記閾値電流指令値を表す第２の変数の今回値を、前記第２の変数の前回値から前記換算光量誤差の積算値に比例した数値を減算することで求める、光源装置。
適用例３記載の光源装置によれば、換算光量誤差を最小化するような第１の変数及び第２の変数を逐次的に求めて、その第１の変数及び第２の変数を基に微分効率と閾値とを補正することができる。従って、動作中の温度変化等に起因する光源特性の変化に応じた光量補正をリアルタイムに行うことができるととともに、高い光量補正精度を得ることができる。

［適用例４］
適用例２または適用例３記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記換算光量誤差と前記入力値との積の積算値を算出する際に使用する演算用入力値として、
前記入力値の平均値、または、
予め設定された初期設定入力値、または、
最小入力値から最大入力値までの中間値と前記入力値との差
を用いる、光源装置。
適用例４記載の光源装置によれば、換算光量誤差の積算値と、換算光量誤差と入力値との積の積算値が、ほぼ零となってしまうような、目標換算光量と換算光量とのズレが生じた場合であっても、換算光量誤差と入力値との積の積算値が零となることを防止することができ、光量補正部における補正動作の停止を防止することができる。

［適用例５］
適用例２ないし適用例４のいずれかに記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
より過去に発生した前記換算光量誤差と前記入力値との積の値ほどより小さくなる重み付け定数を乗算することにより、前記換算光量誤差と前記入力値との積の積算値を求める、光源装置。
適用例５記載の光源装置によれば、直近の測定データに重み付けがされた光量補正を行うことができ、光量補正精度の向上を図ることができる。

［適用例６］
適用例３ないし適用例５のいずれかに記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
電源投入時において、前記光量測定部が有する測定光量のオフセットを補正するための初期設定動作として、
前記半導体発光素子を完全に消灯するための、前記階調電流、前記閾値電流及び前記入力値を前記電流供給部に出力した際の前記換算光量を黒レベル光量として取得した後、
前記閾値電流を増加して前記換算光量から前記黒レベル光量を減算した値が所定の明るさを規定する第１の設定光量に到達した場合、前記閾値電流を減少させ、
前記換算光量から前記黒レベル光量を減算した値が黒レベルとみなされる第２の設定光量に到達した場合の前記閾値電流を前記閾値電流の初期値として設定する一方、
前記入力値の最大値を表す最大入力値を前記電流供給部に出力し、前記階調電流を増加させ、前記換算光量から前記黒レベル光量を減算した値が、最大目標発光量を規定する第３の設定光量に到達した場合の前記階調電流を前記階調電流の初期値として設定する、光源装置。
適用例６記載の光源装置によれば、光量測定部が有する測定光量のオフセットを補正した階調電流及び閾値電流の初期値を得ることができ、光量補正精度の向上を図ることができる。

［適用例７］
適用例６記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記初期設定動作によって求めた前記閾値電流の初期値を、初回の前記第２の変数の今回値を求める際の前記第２の変数の前回値として使用するとともに、
前記階調電流の初期値を、初回の前記第１の変数の今回値を求める際の前記第１の変数の前回値として使用する、光源装置。
適用例７記載の光源装置によれば、初回の第２の変数の今回値及び第１の変数の今回値を精度良く求めることができるため、さらに、光量補正精度の向上を図ることができる。

なお、この発明は、半導体発光素子を含む光源装置、半導体発光素子のための制御装置および方法、光源装置を備える画像表示装置、該画像表示装置のための制御装置および方法、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。

Ａ．実施例：
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像表示装置ＬＳＤの構成ブロック図である。なお、本画像表示装置ＬＳＤとして、スクリーン（被投射面）２００上にレーザ光を走査して画像を表示するレーザスキャンディスプレイを例示して説明する。

スクリーン２００は、後述するレーザ走査部５０によって走査されたレーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢを透過する透過型スクリーンである。つまり、本画像表示装置ＬＳＤは背面投射型プロジェクタであり、ユーザは、スクリーン２００におけるレーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢの照射面の反対側の面から表示画像を鑑賞することになる。また、図１では省略しているが、本画像表示装置ＬＳＤは、スクリーン２００の鑑賞側の面のみを露出させて、その他の構成要素は筐体内部に収納されており、外部の光の影響を排除するような構造となっている。

図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置ＬＳＤは、光源装置１００と、映像信号処理回路１０と、光軸合わせ用光学系４０と、レーザ走査部５０と、走査駆動部６０と、照射位置検出部７０と、画素同期クロック発生回路８０とを備えている。光源装置１００は、各表示光（赤、緑、青）ごとのレーザドライバ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂと、各色ごとのレーザ光源３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂと、光電変換素子９０と、Ｉ／Ｖ変換器９１と、アナログ平方根回路９９と、Ａ／Ｄ変換器９２と、光量補正回路９３と、２つのＤ／Ａ変換器９４，９５とを備える。なお、光電変換素子９０、Ｉ／Ｖ変換器９１、Ａ／Ｄ変換器９２、光量補正回路９３、Ｄ／Ａ変換器９４及び９５から成る補正系回路ブロックは、赤色レーザドライバ２０Ｒ、緑色レーザドライバ２０Ｇ、青色レーザドライバ２０Ｂの各ドライバに対応して（つまり各色に対応して）設けられているものであるが、図１では説明の便宜上、赤色レーザドライバ２０Ｒに対応する補正系回路ブロックのみを代表的に図示している。

映像信号処理回路１０は、例えばノート型パソコン等の外部の画像供給装置（図示せず）から送信される映像信号及び同期信号（垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ及び水平同期信号Ｈｓｙｎｃ）を入力とし、当該映像信号及び同期信号を基に表示すべき画像の各画素に対応する階調値を規定するデジタル階調データを生成し、当該デジタル階調データを１フレーム単位で内部メモリに格納する。本実施形態では、説明の便宜上、デジタル階調データのビット数Ｎを４とする。つまり、本画像表示装置ＬＳＤは、「０」〜「１５」までの１６階調（４０９６色）の画像表示が可能である。

また、この映像信号処理回路１０は、照射位置検出部７０から入力される、１フレームの開始を規定するパルス状のフレームタイミング信号Ｆｔと、１水平走査期間の開始及び終了を規定するパルス状の走査タイミング信号Ｓｔとを基に、内部メモリに格納されているデジタル階調データの読み出しを行うと共に、画素同期クロック発生回路８０から入力される、１水平走査期間における各画素に対応するレーザ光の照射タイミングを規定するパルス状の画素同期クロック信号ＣＬに同期して、レーザ光の照射位置に対応する画素のデジタル階調データを光源装置１００に出力する。より具体的には、映像信号処理回路１０は、レーザ光の照射位置に対応する画素が赤色用画素の場合、当該赤色画素用の赤色階調データＤＲを赤色レーザドライバ２０Ｒに出力し、レーザ光の照射位置に対応する画素が緑色用画素の場合、当該緑色画素用の緑色階調データＤＧを緑色レーザドライバ２０Ｇに出力し、また、レーザ光の照射位置に対応する画素が青色用画素の場合、当該青色画素用の青色階調データＤＢを青色レーザドライバ２０Ｂに出力する。また、この映像信号処理回路１０は、上記赤色階調データＤＲを赤色用の補正系回路ブロックの光量補正回路９３に出力し、緑色階調データＤＧを緑色用の補正系回路ブロックの光量補正回路（図示せず）に出力し、青色階調データＤＢを青色用の補正系回路ブロックの光量補正回路（図示せず）に出力する。

光源装置１００は、映像信号処理回路１０から階調データＤＲ，ＤＧ，ＤＢを受信すると、それに応じたレーザ光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを光軸合わせ用光学系４０に向かって射出する。より具体的には、赤色レーザ光源３０Ｒは、赤色レーザドライバ２０Ｒから供給されるレーザ駆動電流ＩＲに応じて赤色単色のレーザ光ＬＲを発生し、当該レーザ光ＬＲを光軸ＬＡ上に設けられた光軸合わせ用光学系４０（詳細には第１のダイクロイックミラー４０ａ）に向けて照射する。本実施形態では、図１に示すように、水平面と略平行な方向をＸ軸水平面においてＸ軸に直交する方向をＹ軸、水平面（ＸＹ平面）に略垂直な方向をＺ軸と設定し、上記光軸ＬＡは、Ｘ軸と略平行に設定されているものとする。なお、レーザ光ＬＲの出射光軸は光軸ＬＡと一致している。

緑色レーザ光源３０Ｇは、緑色レーザドライバ２０Ｇから供給されるレーザ駆動電流ＩＧに応じて緑色単色のレーザ光ＬＧを発生し、当該レーザ光ＬＧを光軸合わせ用光学系４０（詳細には第１のダイクロイックミラー４０ａ）に向けてＹ軸に沿って照射する。青色レーザ光源３０Ｂは、青色レーザドライバ２０Ｂから供給されるレーザ駆動電流ＩＢに応じて緑色単色のレーザ光ＬＢを発生し、当該レーザ光ＬＢを光軸合わせ用光学系４０（詳細には第２のダイクロイックミラー４０ｂ）に向けてＹ軸に沿って照射する。なお、光源装置１００の詳細については後述する。

光軸合わせ用光学系４０は、レーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢの光軸合わせを行うための光学系であり、第１のダイクロイックミラー４０ａ及び第２のダイクロイックミラー４０ｂから構成されている。第１のダイクロイックミラー４０ａは、光軸ＬＡに対して４５°の傾斜を持って光軸ＬＡ上に設置されており、レーザ光ＬＲを光軸ＬＡに沿って第２のダイクロイックミラー４０ｂに向けて透過する一方、レーザ光ＬＧを光軸ＬＡに一致するように第２のダイクロイックミラー４０ｂに向けて反射する。第２のダイクロイックミラー４０ｂは、光軸ＬＡに対して４５°の傾斜を持って光軸ＬＡ上に設置されており、レーザ光ＬＲ及びレーザ光ＬＧを光軸ＬＡに沿ってレーザ走査部５０に向けて透過する一方、レーザ光ＬＢを光軸ＬＡに一致するようにレーザ走査部５０に向けて反射する。

レーザ走査部５０は、共振型のＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)スキャナであり、走査駆動部６０から入力される走査駆動信号に基づいて、光軸合わせ用光学系４０を介して入射されるレーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢをスクリーン２００上に走査する。以下、このレーザ走査部５０の詳細な構成について説明する。

図２は、ＭＥＭＳスキャナであるレーザ走査部５０の構成概略図である。この図２に示すように、レーザ走査部５０は、反射ミラー５０ａ、第１のトーションバネ５０ｂ、内枠部５０ｃ、第２のトーションバネ５０ｄ及び外枠部５０ｅから構成されている。なお、これら反射ミラー５０ａ、第１のトーションバネ５０ｂ、内枠部５０ｃ、第２のトーションバネ５０ｄ及び外枠部５０ｅは、単結晶シリコン等の半導体材料を微細加工することにより一体形成されたものである。

反射ミラー５０ａは、反射面側にレーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢをスクリーン２００に向けて反射するため反射膜が形成された板状物であり、反射面に沿った第１の軸ＡＸ１（ＸＹ面が水平面の場合は、水平面に略垂直）に沿って設けられた第１のトーションバネ（第１の回転支持部）５０ｂによって内枠部５０ｃと連結されている。つまり、この反射ミラー５０ａは、第１のトーションバネ５０ｂによって第１の軸ＡＸ１回りに回転可能に支持されている。反射ミラー５０ａの形状は、図２に示すような正方形でも良いし、または、円形や楕円形でも良い。

内枠部５０ｃは、額縁形の板状物であり、第１のトーションバネ５０ｂによって反射ミラー５０ａと連結されていると共に、反射面に沿い、かつ、前記第１の軸ＡＸ１に略直交する第２の軸ＡＸ２（ＸＹ面が水平面の場合は、水平面に略平行）に沿って設けられた第２のトーションバネ（第２の回転支持部）５０ｄによって外枠部５０ｅと連結されている。つまり、この内枠部５０ｃ（反射ミラー５０ａ）は、第２のトーションバネ５０ｄによって第２の軸ＡＸ２回りに回転可能に支持されている。外枠部５０ｅは、額縁形の板状物であり、第２のトーションバネ５０ｄによって内枠部５０ｃと連結されていると共に、図示しない固定部に連結されている。なお、本実施形態では、光軸ＬＡがＸ軸と平行になるように設定しているので、第２の軸ＡＸ２をＸ軸と平行に設定すると、レーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢが外枠部５０ｅによって遮光され、反射ミラー５０ａに入射しなくなる。これを防ぐため、本実施形態では、図２に示すように、第２の軸ＡＸ２が光軸ＬＡ（Ｘ軸）に対して傾きφを有するようにレーザ走査部５０を配置する。

このような構成のレーザ走査部５０は、反射ミラー５０ａを第１の軸ＡＸ１回りに回転させることにより、レーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢをスクリーン２００上のＸ軸方向に走査（つまり水平方向走査）し、また、反射ミラー５０ａ（内枠部５０ｃ）を第２の軸ＡＸ２回りに回転させることにより、レーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢをスクリーン２００上のＺ軸方向に走査（つまり垂直方向走査）する。なお、反射ミラー５０ａを回転させる駆動方式としては、特開２００７−４７３５４号公報に記載されているように、所定の位置に配置された電極に走査駆動信号として電圧信号を印加することにより発生する静電力を利用する方式を採用しても良いし、その他、永久磁石を設けて磁場を形成し、反射ミラー５０ａや内枠部５０ｃに設けたコイルに走査駆動信号として電流信号を流すことにより発生するローレンツ力を利用する方式を採用しても良い。このようなＭＥＭＳスキャナにおける反射ミラー５０ａの駆動方式については、公知の技術であるため詳細な説明は省略する。

図１に戻って説明を続けると、走査駆動部６０は、同期信号（垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ及び水平同期信号Ｈｓｙｎｃ）を入力とし、これら垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ及び水平同期信号Ｈｓｙｎｃに基づいて、レーザ走査部５０の反射ミラー５０ａを回転駆動するための走査駆動信号を生成してレーザ走査部５０に出力する。

照射位置検出部７０は、レーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢのスクリーン２００上における照射位置を検出するものであり、水平角度センサ７０ａ、垂直角度センサ７０ｂ及びタイミング信号発生回路７０ｃから構成されている。水平角度センサ７０ａは、反射ミラー５０ａの第１の軸ＡＸ１回りの回転角θ１を検出し、当該回転角θ１を示す水平角度検出信号をタイミング信号発生回路７０ｃに出力する。垂直角度センサ７０ｂは、反射ミラー５０ａの第２の軸ＡＸ２回りの回転角θ２を検出し、当該回転角θ２を示す垂直角度検出信号をタイミング信号発生回路７０ｃに出力する。これら水平角度センサ７０ａ及び垂直角度センサ７０ｂとしては、反射ミラー５０ａの裏面（レーザ光の反射面の反対側の面）に光を照射し、裏面によって反射された光を受光することで角度を検出する光方式の角度センサを用いる。

図３に示すように、水平角度センサ７０ａが検出する回転角θ１とは、ＸＹ平面におけるＹ軸に対する反射ミラー５０ａの角度である。また、図３に示すように、幅Ｗを有するスクリーン２００の中央点Ｃ０からＸ軸方向に距離Ｘだけ離れた位置をレーザ光の照射位置Ｑとすると、照射位置Ｑの水平走査方向の座標Ｑｘは、反射ミラー５０ａとスクリーン２００との間の距離ｄがわかっていれば、回転角θ１の関数で表される。一方、垂直角度センサ７０ｂが検出する回転角θ２とは、ＹＺ平面におけるＹ軸に対する反射ミラー５０ａの角度であり、照射位置Ｑの垂直走査方向の座標Ｑｙは回転角θ２の関数で表される。つまり、反射ミラー５０ａの回転角θ１及び回転角θ２を検出すれば、照射位置Ｑ（Ｑｘ、Ｑｙ）を一義的に求めることができる。

タイミング信号発生回路７０ｃ（図１）は、上記の回転角θ１を示す水平角度検出信号を基に、１水平走査期間の開始及び終了を規定するパルス状の走査タイミング信号Ｓｔを生成して映像信号処理回路１０及び画素同期クロック発生回路８０に出力する。また、このタイミング信号発生回路７０ｃは、上記の回転角θ２を示す垂直角度検出信号を基に、１フレームの開始を規定するパルス状のフレームタイミング信号Ｆｔを生成して映像信号処理回路１０に出力する。

具体的には、タイミング信号発生回路７０ｃには、上述した反射ミラー５０ａの回転角θ１及び回転角θ２と照射位置Ｑとの一義的な関係を基に、１水平走査期間の開始位置及び終了位置に相当する照射位置Ｑに応じた回転角θ１と、１フレームの開始位置に相当する照射位置Ｑに応じた回転角θ２とが予め設定されており、タイミング信号発生回路７０ｃは、水平角度検出信号が示す回転角θ１が予め設定された回転角θ１と一致した場合に走査タイミング信号Ｓｔを出力し、また、垂直角度検出信号が示す回転角θ２が予め設定された回転角θ２と一致した場合にフレームタイミング信号Ｆｔを出力する。

画素同期クロック発生回路８０は、走査タイミング信号Ｓｔを入力とし、当該走査タイミング信号Ｓｔを基に、１水平走査期間における各画素に対応するレーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢの照射タイミングを規定するパルス状の画素同期クロック信号ＣＬを生成して映像信号処理回路１０及び光量補正回路９３に出力する。なお、この画素同期クロック信号ＣＬは、各色に対応する補正系回路ブロックの光量補正回路に出力される。

以上の構成により、画像表示装置ＬＳＤは、光源装置１００からのレーザ光を用いて、スクリーン２００に画像を表示することが可能である。ところで、一般に、半導体発光素子は、温度変化や経年変化によってその入出力特性が変化することが知られている。そこで、本実施例の光源装置１００は、以下に説明する方法により、光源の特性変化に応じた光量補正をリアルタイムに行う。

図４は、画像表示装置ＬＳＤのうち光源装置１００の詳細な構成を示すブロック図である。なお、図４は、赤色のレーザ光ＬＲを射出する系統の構成要素を図示しているが、他の色のレーザ光の射出系統も同様の構成である。但し、図４に示す構成は、全ての色光の光源装置に適用する必要はなく、少なくとも１つの色光の光源装置に適用すれば良い。

赤色レーザドライバ２０Ｒは、赤色階調データＤＲと、光量補正回路９３からＤ／Ａ変換器９４を介して出力される閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１と、光量補正回路９３からＤ／Ａ変換器９５を介して出力される階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２とを入力とし、これら閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１及び階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２を用いて赤色階調データＤＲに応じたレーザ駆動電流ＩＲを生成して、赤色レーザ光源３０Ｒに出力する。以下、この赤色レーザドライバ２０Ｒの詳細な構成について説明する。

図５は、赤色レーザドライバ２０Ｒの構成ブロック図である。この図５に示すように、赤色レーザドライバ２０Ｒは、階調電流生成部２００、閾値電流生成部２０１、電流加算部２０２から構成されている。

階調電流生成部２００は、赤色階調データＤＲの示す階調値Ｄと、階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２と係数Ｈ１との積である階調電流Ｉｄ（＝Ｈ１・Ｖａｐｃ２・Ｄ）を生成し、当該階調電流Ｉｄを電流加算部２０２に出力する。閾値電流生成部（閾値電流生成手段）２０１は、閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１と係数Ｈ２との積である閾値電流Ｉｔｈ（＝Ｈ２・Ｖａｐｃ１）を生成し、当該閾値電流Ｉｔｈを電流加算部２０２に出力する。電流加算部（電流加算手段）２０２は、上記の階調電流Ｉｄと閾値電流Ｉｔｈとを加算し、当該加算電流をレーザ駆動電流ＩＲ（＝Ｉｄ＋Ｉｔｈ）として赤色レーザ光源３０Ｒに出力する。

図６に、上記のような構成の赤色レーザドライバ２０Ｒの具体的な回路構成図を示す。この図６に示すように、赤色レーザドライバ２０Ｒは、第１の電流源ＣＳ１、第２の電流源ＣＳ２、第１の入力側トランジスタＴｉ１、第２の入力側トランジスタＴｉ２、第１の出力側トランジスタＴｏ１、第２の出力側トランジスタＴｏ２、第３の出力側トランジスタＴｏ３、第４の出力側トランジスタＴｏ４、第５の出力側トランジスタＴｏ５、第１のスイッチ素子ＳＷ１、第２のスイッチ素子ＳＷ２、第３のスイッチ素子ＳＷ３及び第４のスイッチ素子ＳＷ４から構成することができる。

第１の電流源ＣＳ１は、階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２を入力とし、階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２と係数Ｈ１との積である電流Ｉｓ（＝Ｈ１・Ｖａｐｃ２）を生成する可変利得型の定電流源であり、その入力端子は電源ラインＶｃｃに接続され、出力端子は第１の入力側トランジスタＴｉ１のドレイン端子及びゲート端子に接続されている。

第１の入力側トランジスタＴｉ１は、ｎチャネル型のＭＯＳ（Positive Metal Oxide Semiconductor）トランジスタであり、ドレイン端子は第１の電流源ＣＳ１の出力端子に接続され、ゲート端子は第１の電流源ＣＳ１の出力端子と第１の出力側トランジスタＴｏ１〜第４の出力側トランジスタＴｏ４のゲート端子に接続され、ソース端子はグランドラインと接続されている。

第１の出力側トランジスタＴｏ１は、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子は第１のスイッチ素子ＳＷ１の一方の端子に接続され、ゲート端子は第１の入力側トランジスタＴｉ１と第２の出力側トランジスタＴｏ２〜第４の出力側トランジスタＴｏ４のゲート端子に接続され、ソース端子はグランドラインと接続されている。

第２の出力側トランジスタＴｏ２は、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子は第２のスイッチ素子ＳＷ２の一方の端子に接続され、ゲート端子は第１の入力側トランジスタＴｉ１、第１の出力側トランジスタＴｏ１、第３の出力側トランジスタＴｏ３及び第４の出力側トランジスタＴｏ４のゲート端子に接続され、ソース端子はグランドラインと接続されている。

第３の出力側トランジスタＴｏ３は、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子は第３のスイッチ素子ＳＷ３の一方の端子に接続され、ゲート端子は第１の入力側トランジスタＴｉ１、第１の出力側トランジスタＴｏ１、第２の出力側トランジスタＴｏ２及び第４の出力側トランジスタＴｏ４のゲート端子に接続され、ソース端子はグランドラインと接続されている。

第４の出力側トランジスタＴｏ４は、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子は第４のスイッチ素子ＳＷ４の一方の端子に接続され、ゲート端子は第１の入力側トランジスタＴｉ１、第１の出力側トランジスタＴｏ１〜第３の出力側トランジスタＴｏ３のゲート端子に接続され、ソース端子はグランドラインと接続されている。

つまり、第１の電流源ＣＳ１、第１の入力側トランジスタＴｉ１、第１の出力側トランジスタＴｏ１〜第４の出力側トランジスタＴｏ４によって、第１の入力側トランジスタＴｉ１を入力側のトランジスタとし、第１の出力側トランジスタＴｏ１〜第４の出力側トランジスタＴｏ４を出力側のトランジスタとするカレントミラー回路が構成されている。ここで、本実施形態では、第１の出力側トランジスタＴｏ１〜第４の出力側トランジスタＴｏ４の電気的特性を、各々に対応するビットデータに応じた電流を生成するように設定する。

具体的には、第１の出力側トランジスタＴｏ１は、４ビットの赤色階調データＤＲの内、ＬＳＢである１ビット目のビットデータＢ１に対応しており、第１の電流源ＣＳ１によって生成される電流Ｉｓの１／１５の電流が生成されるように電気的特性が設定されている。また、第２の出力側トランジスタＴｏ２は、４ビットの赤色階調データＤＲの内、２ビット目のビットデータＢ２に対応しており、電流Ｉｓの２／１５の電流が生成されるように電気的特性が設定されている。また、第３の出力側トランジスタＴｏ３は、４ビットの赤色階調データＤＲの内、３ビット目のビットデータＢ３に対応しており、電流Ｉｓの４／１５の電流が生成されるように電気的特性が設定されている。また、第４の出力側トランジスタＴｏ４は、４ビットの赤色階調データＤＲの内、ＭＳＢである４ビット目のビットデータＢ４に対応しており、電流Ｉｓの８／１５の電流が生成されるように電気的特性が設定されている。

第１のスイッチ素子ＳＷ１は、４ビットの赤色階調データＤＲの内、ＬＳＢである１ビット目のビットデータＢ１に対応し、当該ビットデータＢ１の値に応じて２端子間の接続／非接続を切り替えるスイッチ素子であり、その一方の端子は第１の出力側トランジスタＴｏ１のドレイン端子に接続され、他方の端子は第２の電流源ＣＳ２の入力端子に接続されている。本実施形態では、ビットデータＢ１が「１」の場合に接続、「０」の場合に非接続とする。

第２のスイッチ素子ＳＷ２は、４ビットの赤色階調データＤＲの内、２ビット目のビットデータＢ２に対応し、当該ビットデータＢ２の値に応じて２端子間の接続／非接続を切り替えるスイッチ素子であり、その一方の端子は第２の出力側トランジスタＴｏ２のドレイン端子に接続され、他方の端子は第２の電流源ＣＳ２の入力端子に接続されている。本実施形態では、ビットデータＢ２が「１」の場合に接続、「０」の場合に非接続とする。

第３のスイッチ素子ＳＷ３は、４ビットの赤色階調データＤＲの内、３ビット目のビットデータＢ３に対応し、当該ビットデータＢ３の値に応じて２端子間の接続／非接続を切り替えるスイッチ素子であり、その一方の端子は第３の出力側トランジスタＴｏ３のドレイン端子に接続され、他方の端子は第２の電流源ＣＳ２の入力端子に接続されている。本実施形態では、ビットデータＢ３が「１」の場合に接続、「０」の場合に非接続とする。

第４のスイッチ素子ＳＷ４は、４ビットの赤色階調データＤＲの内、ＭＳＢである４ビット目のビットデータＢ４に対応し、当該ビットデータＢ４の値に応じて２端子間の接続／非接続を切り替えるスイッチ素子であり、その一方の端子は第４の出力側トランジスタＴｏ４のドレイン端子に接続され、他方の端子は第２の電流源ＣＳ２の入力端子に接続されている。本実施形態では、ビットデータＢ４が「１」の場合に接続、「０」の場合に非接続とする。

第２の電流源ＣＳ２は、閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１を入力とし、閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１と係数Ｈ２との積である閾値電流Ｉｔｈ（＝Ｈ２・Ｖａｐｃ１）を生成する可変利得型の定電流源であり、その入力端子は第１のスイッチ素子ＳＷ１〜第４のスイッチ素子ＳＷ４の他方の端子と第２の入力側トランジスタＴｉ２のドレイン端子及びゲート端子に接続され、出力端子はグランドラインに接続されている。

第２の入力側トランジスタＴｉ２は、ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、ソース端子は電源ラインＶｃｃに接続され、ゲート端子はドレイン端子と第５の出力側トランジスタＴｏ５のゲート端子に接続され、ドレイン端子は第２の電流源ＣＳ２の入力端子と第１のスイッチ素子ＳＷ１〜第４のスイッチ素子ＳＷ４の他方の端子に接続されている。

第５の出力側トランジスタＴｏ５は、ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、ソース端子は電源ラインＶｃｃに接続され、ゲート端子は第２の入力側トランジスタＴｉ２のゲート端子及びドレイン端子に接続され、ドレイン端子は赤色レーザ光源３０Ｒのアノード端子に接続されている。

つまり、第２の入力側トランジスタＴｉ２と第５の出力側トランジスタＴｏ５は、第２の入力側トランジスタＴｉ２を入力側、第５の出力側トランジスタＴｏ５を出力側とするカレントミラー回路を構成しており、第２の電流源ＣＳ２が生成する閾値電流Ｉｔｈと第１のスイッチ素子ＳＷ１〜第４のスイッチ素子ＳＷ４の他方の端子に流れる電流（階調電流Ｉｄ）との加算電流を入力とし、当該加算電流と略同一の電流値を有する電流をレーザ駆動電流ＩＲとして赤色レーザ光源３０Ｒに出力する。

なお、他の色のレーザドライバ２０Ｇ，２０Ｂについては以下の通りである。緑色レーザドライバ２０Ｇは、上記緑色階調データＤＧと、緑色用の補正系回路ブロック（図示せず）から出力される閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１及び階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２を入力とし、これら閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１及び階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２を用いて緑色階調データＤＧに応じたレーザ駆動電流ＩＧを生成して、緑色レーザ光源３０Ｇに出力する。青色レーザドライバ２０Ｂは、上記青色階調データＤＢと、青色用の補正系回路ブロック（図示せず）から出力される閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１及び階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２を入力とし、これら閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１及び階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２を用いて青色階調データＤＢに応じたレーザ駆動電流ＩＢを生成して、青色レーザ光源３０Ｂに出力する。これら緑色レーザドライバ２０Ｇ及び青色レーザドライバ２０Ｂの詳細な構成は、図５及び図６に示す赤色レーザドライバ２０Ｒと同様であるので説明を省略する。

赤色レーザ光源３０Ｒ（図４）は、半導体レーザ素子３１Ｒと波長変換素子３２とを備える。半導体レーザ素子３１Ｒは赤色レーザドライバ２０Ｇからのレーザ駆動電流ＩＲに応じて、第１の波長の光ＬＲｉとして、近赤外線の光を波長変換素子３２に向かって射出する。波長変換素子３２は、第２高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）の現象を引きおこす素子（ＳＨＧ素子）である。ここで、「第２高調波発生の現象」とは、２個の光子が２倍の振動数を持つ１つの光子に変換される２次の非線形光学現象をいう。即ち、この波長変換素子３２によって、第１の波長の光ＬＲｉは、その１／２の波長の光であるレーザ光ＬＲ（可視光）に変換される。レーザ光ＬＲは、上述した光軸合わせ用光学系４０（図示せず）を介して光軸ＬＡ（図１）に沿って射出される。

光電変換素子９０は、例えばフォトダイオードであり、受光面を光軸ＬＡに向けて配置され、レーザ光ＬＲの光量に応じた電流信号ＩＬＲをＩ／Ｖ変換器９１に出力する。Ｉ／Ｖ変換器９１は、上記光電変換素子９０から入力される電流信号ＩＬＲを電圧信号ＶＬＲに変換してアナログ平方根回路９９に出力する。アナログ平方根回路９９は、入力された電圧信号ＶＬＲの平方根に相当する平方根信号ＶＬＲｉをＡ／Ｄ変換器９２に出力する。Ａ／Ｄ変換器９２は平方根信号ＶＬＲｉをデジタルデータ（赤外光量測定データ）Ｄｐｄに変換して光量補正回路９３に出力する。即ち、この光源装置１００では、レーザ光源３０Ｒの光量補正を、光電変換素子９０によって検出された光量の平方根に相当する値を用いて行う。この理由を以下に説明する。

図７（Ａ）は、赤外光量Ｐと可視光量Ｌとの関係を示すグラフである（実線グラフＧ１）。ここで、「赤外光量Ｐ」とは、半導体レーザ素子３１Ｒが射出する近赤外線のレーザ光である赤外光ＬＲｉの光量を意味する。一方、「可視光量Ｌ」とは、波長変換素子３２によって変換されて射出されるレーザ光ＬＲの光量を意味する。図７（ａ）には、赤外光量Ｐと波長変換素子３２による赤外光から可視光への変換効率ｙ（＝Ｌ／Ｐ）との関係を示すグラフを重ねて示す（破線グラフＧ２）。

上述したように、波長変換素子３２による波長変換は、２次の非線形光学効果を利用するものである。従って、このグラフＧ１に示すように、赤外光量Ｐと可視光量Ｌとは非線形の関係となる。より具体的には、可視光量Ｌは赤外光量Ｐの２乗に比例する（Ｌ＝Ｊ１＊Ｐ＾２；Ｊ１は定数）。従って、赤外光量Ｐと変換効率ｙとはほぼ比例の関係となる（グラフＧ２）。

図７（Ｂ）は、半導体レーザ素子３１Ｒに供給されるレーザ駆動電流ＩＲと、それに応じて射出される赤外光量Ｐとの関係を示すグラフである。一般に、半導体レーザの射出する光の光量は、その閾値電流Ｉｔｈより大きい駆動電流が供給された場合には、駆動電流の電流量に比例して増大する。半導体レーザ素子３１Ｒの射出する赤外光量Ｐも同様に、閾値電流Ｉｔｈより大きいレーザ駆動電流Ｉに比例して増大する。

図７（Ｃ）は、半導体レーザ素子３１Ｒに供給されるレーザ駆動電流ＩＲと、それに応じて射出される可視光量Ｌとの関係を示すグラフである。このグラフは、図７（Ｂ）の赤外光量Ｐを２乗することによって得ることができる。逆に、レーザ光源３０Ｒの可視光量Ｌを測定してその平方根をとることによって、半導体レーザ素子３１Ｒの赤外光量Ｐを計測することができることが解る。

図４に示す光源装置１００は、アナログ平方根回路９９によって、可視光量Ｌに相当する電圧信号ＶＬＲを赤外光量Ｐに相当する電圧信号ＶＬＲｉに変換し、それを更にＡ／Ｄ変換した信号Ｄｐｄを光量補正回路９３に供給する。光量補正回路９３は、この信号Ｄｐｄ（すなわち赤外光量Ｐの測定値）を用いてレーザ光源３０Ｒの光量補正を実行することとなる。上述したように、赤外光量Ｐとレーザ駆動電流Ｉとは線形な関係であるため、後述する補正処理が容易となる。

図８は、レーザ光源装置３０Ｒの各動作温度ごとの赤外光量Ｐとレーザ駆動電流ＩＲとの関係を示すレーザ特性図である。この図８に示すように、レーザ駆動電流ＩＲが閾値電流Ｉｔｈ以下では赤外光量Ｐは比較的微小となるが、レーザ駆動電流ＩＲが閾値電流Ｉｔｈより大きくなると、レーザ駆動電流ＩＲから閾値電流Ｉｔｈを差し引いた電流値（階調電流Ｉｄ）に比例して赤外光量Ｐは増大する。

具体的に説明すると、例えば、赤色階調データＤＲが階調値「０」、つまりビットデータＢ１〜Ｂ４が全て「０」である場合、第１のスイッチ素子ＳＷ１〜第４のスイッチ素子ＳＷ４は全て非接続状態になるため、階調電流Ｉｄ＝０となり、レーザ駆動電流ＩＲ＝Ｉｔｈとなる。この場合、図８に示すように、半導体レーザ素子３１Ｒにおいて赤外光ＬＲｉは発生しない（つまり黒表示）。また、赤色階調データＤＲが階調値「１」、つまりビットデータＢ１が「１」でＢ２〜Ｂ４が「０」である場合、第１のスイッチ素子ＳＷ１だけ接続状態になるため、階調電流Ｉｄ＝Ｉｓ／１５となり、レーザ駆動電流ＩＲ＝Ｉｔｈ＋Ｉｓ／１５となる。この場合、半導体レーザ素子３１Ｒにおいてレーザ駆動電流ＩＲから閾値電流Ｉｔｈを差し引いた階調電流Ｉｄ＝Ｉｓ／１５に応じた赤外光量Ｐを有する赤外光ＬＲｉが発生する。

また、赤色階調データＤＲが階調値「２」、つまりビットデータＢ２が「１」でＢ１、Ｂ３、Ｂ４が「０」である場合、第２のスイッチ素子ＳＷ２だけ接続状態になるため、階調電流Ｉｄ＝２・Ｉｓ／１５となり、レーザ駆動電流ＩＲ＝Ｉｔｈ＋２・Ｉｓ／１５となる。この場合、半導体レーザ素子３１Ｒにおいてレーザ駆動電流ＩＲから閾値電流Ｉｔｈを差し引いた階調電流Ｉｄ＝２・Ｉｓ／１５に応じた赤外光量Ｐを有する赤外光ＬＲｉが発生する。

このように、階調値が「１」増す毎に、レーザ駆動電流ＩＲはＩｓ／１５ずつ増大し、最大階調値「１５」の場合、つまりビットデータＢ１〜Ｂ４が全て「１」である場合、第１のスイッチ素子ＳＷ１〜第４のスイッチ素子ＳＷ４は全て接続状態になるため、階調電流Ｉｄ＝Ｉｓとなり、レーザ駆動電流ＩＲ＝Ｉｔｈ＋Ｉｓとなる。この場合、図８に示すように、半導体レーザ素子３１Ｒにおいてレーザ駆動電流ＩＲから閾値電流Ｉｔｈを差し引いた階調電流Ｉｄ＝Ｉｓに応じた赤外光量Ｐ（最大階調値に対応する赤外光量）の赤外光ＬＲｉが発生することになる。
すなわち、階調電流Ｉｄは、階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２だけでなく、赤色階調データＤＲが示す階調値Ｄにも依存するため、Ｉｄ＝Ｈ１・Ｖａｐｃ２・Ｄと表すことができる。

ところで、図８からわかるように、レーザ特性には温度依存性があり、温度変化によって閾値電流Ｉｔｈは変化する。また、レーザ特性の傾き（電流変化量ΔＩに対する光量変化量ΔＰ）も温度変化によって変化する。なお、以下では、このレーザ特性の傾きを微分効率η（＝ΔＰ／ΔＩ）と表現する。すなわち、詳細は後述するが、レーザ特性の変化に応じて光量補正を行うためには、閾値電流Ｉｔｈと微分効率ηを補正すれば良いことになる。

ここで、光量補正回路９３の詳細な構成を説明するに当たって、その前提となる本実施形態における光量補正の原理について説明する。
今、目標赤外光量ＴをＴ＝Ｍ・Ｄと表し、実際の赤外光量ＰをＰ＝ａ・Ｄ＋ｂと表すものとする。ここで、Ｄは各色の階調データが示す階調値、Ｍは係数、ａ及びｂは変数（ａは第１の変数、ｂは第２の変数）である。

図９（Ａ）に示すように、ある階調値Ｄｋに対応する目標赤外光量をＴｋ、赤外光量をＰｋとすると、ＰｋとＴｋとの差は赤外光量誤差δｋで表される。この赤外光量誤差δｋを最小化するように閾値電流指令値Ｄａｐｃ１及び階調電流指令値Ｄａｐｃ２を設定することが、本実施形態における光量補正の基本的な考え方である。

図９（Ｂ）は、レーザ特性が変化して赤外光量Ｐの変数ｂが大きくなった場合、図９（Ｃ）は、レーザ特性が変化して赤外光量Ｐの変数ｂが小さくなった場合、図９（Ｄ）は、レーザ特性が変化して赤外光量Ｐの変数ａが大きくなった場合、図９（Ｅ）は、レーザ特性が変化して赤外光量Ｐの変数ａが小さくなった場合を示したものである。変数ｂは閾値電流Ｉｔｈに対応する変数であり、変数ａは微分効率ηに対応する変数であるので、図９（Ｂ）及び（Ｃ）の場合は閾値電流Ｉｔｈを補正し、図９（Ｄ）及び（Ｅ）の場合は微分効率ηを補正すれば良いことがわかる。つまり、閾値電流指令値Ｄａｐｃ１によって閾値電流Ｉｔｈを補正し、階調電流指令値Ｄａｐｃ２によって微分効率ηを補正する。

上記のように、閾値電流指令値Ｄａｐｃ１及び階調電流指令値Ｄａｐｃ２を設定するためには、ある階調値Ｄに対応する目標赤外光量Ｔと、実測値である赤外光量Ｐとの赤外光量誤差δ（＝Ｐ−Ｔ）を測定する必要があるが、この測定回数が少ないと測定誤差による設定値の不正確さが生じるため、測定回数を増やして逐次的に測定精度を改善することが望ましい。本実施形態では、赤外光量誤差δの２乗和の最小値を逐次的に最速に探索可能な最急降下法を用いた最小２乗法を利用する。

ここで、階調値Ｄを設定して、赤外光量Ｐを測定する手順をｋ番目まで繰り返した時、階調値｛Ｄ１、Ｄ２、・・、Ｄｉ、・・、Ｄｋ｝に対する、赤外光量を｛Ｐ１、Ｐ、・・、Ｐｉ、・・、Ｐｋ｝、目標赤外光量を｛Ｔ１、Ｔ２、・・、Ｔｉ、・・、Ｔｋ｝とする。評価関数εｋを下記（１）式のように赤外光量誤差の２乗和として表し、この評価関数εｋを最小化する変数ａ、ｂを各ｉについて逐次的に求める。変数ａ、ｂの変化による傾斜を求めて、その方向にａ、ｂを補正する最急降下法を用いると、ａｋ、ｂｋは下記（２）式、（３）式で表すことができる。なお、下記（２）式、（３）式において、μａ及びμｂは係数である。

上記（２）式において、∂εｋ／∂ａは下記（４）式で表され、上記（３）式において、∂εｋ／∂ｂは、下記（５）式で表される。従って、（２）式及び（４）式から下記（６）式が導かれ、（３）式及び（５）式から下記（７）式が導かれる。さらに、逐次的に計算できるように変形すると、下記（８）式〜（１２）式が得られる。

変数ｂは閾値電流Ｉｔｈに対応する変数であり、変数ａは微分効率ηに対応する変数であるので、上記（１０）式に示すように、微分効率ηは赤外光量誤差と階調値との積の積算値によって補正し、上記（１２）式に示すように、閾値電流Ｉｔｈは赤外光量誤差の積算値によって補正すれば良いことがわかる。

図１０は、比較例として、可視光量Ｌを用いて上記の補正方法による補正処理を行う場合を説明するための説明図である。即ち、図４のアナログ平方根回路９９が省略された光源装置において上記補正方法と同様な補正処理が実行されることを想定する。図１０は、補正処理後の階調値Ｄに対する可視光量Ｌを示している。上記補正方法は、階調値Ｄと可視光量の目標値とが破線グラフＧＬａのような線形な関係となるように制御するものであるため、図のように可視光量Ｌが破線グラフＧＬａに近似するように補正されたとしても、補正後の黒レベルはオフセットを有する結果となる（実線グラフＧＬの最小値Ｌ０）。画像表示装置では一般に表示画像の高いコントラストの実現が要求されているため、このように黒レベルが目標値より高く設定されることは好ましくない。従って、本実施例のように、赤外光量Ｐを用いて光量補正を実行すれば、黒レベルをより目標値に近くすることができ、表示画像のコントラストが低下することを抑制できる。

さて、以上説明した補正の原理を回路に変換する方法を以下に説明する。
まず、以上の方法を図で示すと図１１のようになる。Ｄ／Ａ変換器９４、９５からＡ／Ｄ変換器９２までのレーザドライバ、レーザ光源、光電変換素子９０などを制御対象４００として、赤外光量Ｐと諧調値Ｄから閾値電流指令値Ｄａｐｃ１と階調電流指令値Ｄａｐｃ２を計算することになる。

ここで、制御対象４００について説明する。レーザ駆動電流Ｉ、レーザ光量Ｗ、光電変換素子９０の出力電流Ｉｐｄ、Ｉ／Ｖ変換器９１及びアナログ平方根回路９９の出力電圧ＶＬ、Ａ／Ｄ変換器９２の出力値Ｐ、閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１、階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２を下記（１３）式〜（１９）式のように表す。なお、下記（１３）式〜（１９）式において、Ｈ１、Ｈ２、Ｆ、Ｋｐｄ、Ｒ、Ｇａｄ、Ｇｄａは係数である。

上記（１７）式に、他の式を順次代入すると、下記（２０）式が得られる。一方、上述したように、Ｐ＝ａ・Ｄ＋ｂと定義しているため、（２０）式から変数ａは下記（２１）式で表され、変数ｂは下記（２２）式で表される。つまり、（２１）式を変形することで、変換要素４０６において、補正後のａｋを階調電流指令値Ｄａｐｃ２に変換するための変換式である（２３）式が得られる。また、（２２）式を変形することで、変数変換要素４０９において、補正後のｂｋを閾値電流指令値Ｄａｐｃ１に変換するための変換式である（２４）式が得られる。

閾値電流指令値Ｄａｐｃ１を計算する部分に注目すると、図１２（ａ）のように、誤差積算要素４０７、補正要素４０８と変数変換要素４０９が直列に接続されている。これをそのまま遅延要素４１０、４１１を使ってブロック図で表すと図１２（ｂ）のようになる。遅延要素４１０は誤差の積算を行い、遅延要素４１１はパラメータｂの逐次補正を行う。このブロック図を簡略化するため、式（１１）を変形して式（２５）にする。式（２５）のｂを式（２６）で変数変換すると式（２７）になる。式（２７）をブロック図で表現すれば図１２（ｃ）のようになり、遅延要素４１０の出力を利得要素４１３でμｂ／Ｋ倍して遅延要素４１２へ送ることで図１２（ｂ）と等価な動作をする。

さて、遅延要素をフリップフロップで実現するため、演算の桁落ちを防止する必要がある。そのために各所に利得調整のための演算器を挿入した上で遅延要素をフリップフロップで置き換えると図１２（ｄ）のようになる。図１２（ｃ）と（ｄ）が等価な動作をするためには、各利得が式（２８）の関係を満たせばよい。尚、フリップフロップ４１４の出力はＳａｋ、をスケーリングした変数であり、フリップフロップ４１５の出力はｂｋを変数変換した変数であるが、煩雑になるので、以後Ｓｂｋやｂｋと表現して説明する場合がある。

続いて、図１１の階調電流指令値Ｄａｐｃ２を計算する部分に注目する。この部分を取り出すと図１３（ａ）のように誤差積算要素４０４、補正要素４０５と変数変換要素４０６が直列に接続されている。遅延要素を使ってブロック図で表現すれば図１３（ｂ）の様になる。この図を見ると利得要素４２０を移動し、図１３（ｃ）の様にしても入出力間の動作は変わらないことがわかる。これは、式（９）を式（２９）に変形し、式（３０）で変数を置き換え式（３１）にすることで対応する。

さて、前と同様に各所に利得を挿入した上で遅延要素をフリップフロップで置き換えると図１３（ｄ）が得られる。ここで利得要素４２６は回路の共通化のための利得調整用に挿入した。各利得が式（３２）を満たせば図１３（ｃ）と（ｄ）は等価な動作となる。尚、フリップフロップ４２７の出力はＳａｋ、をスケーリングした変数であり、フリップフロップ４２８の出力はａｋをスケーリングした変数であるが、煩雑になるので、以後Ｓａｋやｂｋと表現して説明する場合がある。

以上のような本実施形態における光量補正の原理を前提とし、以下では、図１４を参照して光量補正回路９３の詳細な構成について説明する。図１４に示すように、光量補正回路９３は、初期設定回路３００、Ｍ乗算器３０１、減算器３０２、乗算器３０３、Ｇ７除算器３０４、Ｇ３除算器３０５、加算器３０６、フリップフロップ３０７、Ｇ２除算器３０８、減算器３１０、フリップフロップ３１１、Ｇ１除算器３１２、Ｇ６除算器３１４、加算器３１５、フリップフロップ３１６、Ｇ５除算器３１７、減算器３１９、フリップフロップ３２０、Ｇ４減算器３２１、Ｇ１乗算器３２３、Ｇ４乗算器３２４から構成されている。

初期設定回路３００は、本画像表示装置ＬＳＤの電源投入時またはリセット時において、光量測定データＤｐｄが示す赤外光量測定値Ｐｉに基づいて、閾値電流指令値Ｄａｐｃ１及び階調電流指令値Ｄａｐｃ２を調整することで所定の初期設定動作を行う。また、この初期設定回路３００は、初期設定動作中に使用する各色の階調データＤＲ、ＤＧ、ＤＢを各色のレーザドライバ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂに出力する機能を備えている。なお、この初期設定動作の詳細については後述する。

Ｍ乗算器３０１は、各色の階調データＤＲ、ＤＧ、ＤＢが示す階調値Ｄｉと係数Ｍとの積を、目標赤外光量Ｔｉ（＝Ｍ・Ｄｉ）として減算器３０２に出力する。減算器３０２は、赤外光量測定値Ｐｉから目標赤外光量Ｔｉを差し引いた値を、赤外光量誤差δｉ（＝Ｐｉ−Ｔｉ）として乗算器３０３及びＧ６除算器３１４に出力する。

乗算器３０３は、階調値Ｄｉと赤外光量誤差δｉとの積（以下、モーメントＭＴｉと称す）をＧ７除算器３０４に出力する。Ｇ７除算器３０４は、モーメントＭＴｉを係数Ｇ７で除算した値をＧ３除算器３０５に出力する。Ｇ３除算器３０５は、Ｇ７除算器３０４の出力値（ＭＴｉ／Ｇ７）を係数Ｇ３で除算した値を加算器３０６に出力する。

加算器３０６は、Ｇ３除算器３０５の出力値（ＭＴｉ／（Ｇ７・Ｇ３））とフリップフロップ３０７の出力値との加算値をフリップフロップ３０７のＤ入力端子に出力する。フリップフロップ３０７は、Ｄ型フリップフロップであり、画素同期クロック信号ＣＬに同期してＤ入力端子の入力値を出力値として反映する。つまり、加算器３０６及びフリップフロップ３０７によって、モーメントＭＴｉ（＝δｉ・Ｄｉ）の積算回路が構成されており、フリップフロップ３０７の出力値は、モーメントＭＴｉの積算値となる。以下、このモーメントＭＴｉの積算値をＳａｋとする。なお、Ｓａｋ＝δ１・Ｄ１＋・・＋δｉ・Ｄｉ＋・・＋δｋ・Ｄｋである。

Ｇ２除算器３０８は、モーメントＭＴｉの積算値Ｓａｋを係数Ｇ２で除算した値を減算器３１０に出力する。減算器３１０は、フリップフロップ３１１の出力値からＧ２除算器３０８の出力値（＝Ｓａｋ／Ｇ２）を差し引いた値をフリップフロップ３１１のＤ入力端子に出力する。フリップフロップ３１１は、Ｄ型フリップフロップであり、画素同期クロック信号ＣＬに同期してＤ入力端子の入力値を出力値として反映する。ここで、フリップフロップ３１１の初期の出力値ａｋ−１として、初期設定回路３００によって初期設定された階調電流指令値Ｄａｐｃ２に、Ｇ１乗算器３２３によって係数Ｇ１が乗算された値がロードされている。つまり、減算器３１０及びフリップフロップ３１１によって、上記（９）式で表されるａｋ＝ａｋ−１−μａ・Ｓａｋを計算する補正回路が構成されており、フリップフロップ３１１の出力値はａｋとなる。

Ｇ１除算器３１２は、フリップフロップ３１１の出力値ａｋを係数Ｇ１で除算した値を階調電流指令値Ｄａｐｃ２としてＤ／Ａ変換器９５に出力する。

Ｇ６除算器３１４は、赤外光量誤差δｉを係数Ｇ６で除算した値を加算器３１５に出力する。加算器３１５は、Ｇ６除算器３１４の出力値（＝δｉ／Ｇ６）とフリップフロップ３１６の出力値との加算値をフリップフロップ３１６のＤ入力端子に出力する。フリップフロップ３１６は、Ｄ型フリップフロップであり、画素同期クロック信号ＣＬに同期してＤ入力端子の入力値を出力値として反映する。つまり、加算器３１５及びフリップフロップ３１６によって、赤外光量誤差δｉの積算回路が構成されており、フリップフロップ３１６の出力値は、赤外光量誤差δｉの積算値となる。以下、この赤外光量誤差δｉの積算値をＳｂｋとする。なお、Ｓｂｋ＝δ１＋・・＋δｉ＋・・＋δｋである。

Ｇ５除算器３１７は、赤外光量誤差δｉの積算値をＳｂｋを係数Ｇ５で除算した値を減算器３１９に出力する。減算器３１９は、フリップフロップ３２０の出力値からＧ５除算器３１７の出力値（＝Ｓｂｋ／Ｇ５）を差し引いた値をフリップフロップ３２０のＤ入力端子に出力する。フリップフロップ３２０は、Ｄ型フリップフロップであり、画素同期クロック信号ＣＬに同期してＤ入力端子の入力値を出力値として反映する。ここで、フリップフロップ３２０の初期の出力値ｂｋ−１として、初期設定回路３００によって初期設定された閾値電流指令値Ｄａｐｃ１に、Ｇ４乗算器３２４によって係数Ｇ４が乗算された値がロードされている。つまり、減算器３１９及びフリップフロップ３２０によって、上記（１１）式で表されるｂｋ＝ｂｋ−１−μｂ・Ｓｂｋを計算する補正回路が構成されており、フリップフロップ３２０の出力値はｂｋとなる。

Ｇ４除算器３２１は、フリップフロップ３２０の出力値ｂｋを係数Ｇ４で除算した値を閾値電流指令値Ｄａｐｃ１としてＤ／Ａ変換器９４に出力する。尚、Ｇ７除算器３０４を設けることで、Ｇ３＝Ｇ６，Ｇ２＝Ｇ５，Ｇ１＝Ｇ４とすることが可能となり、回路の共用化が可能となり回路規模の削減をすることができる。

以上が光量補正回路９３の説明であり、以下、図４に再び戻って説明する。
Ｄ／Ａ変換器９４は、上述した光量補正回路９３から入力される閾値電流指令値Ｄａｐｃ１を閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１（＝Ｇｄａ・Ｄａｐｃ１）に変換して、赤色レーザドライバ２０Ｒに出力する。Ｄ／Ａ変換器９５は、上述した光量補正回路９３から入力される階調電流指令値Ｄａｐｃ２を階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２（＝Ｇｄａ・Ｄａｐｃ２）に変換して、赤色レーザドライバ２０Ｒに出力する。なお、上記では、赤色用の補正系回路ブロックを代表的に用いて説明したが、緑色用及び青色用の補正系回路ブロックについても同様である。

次に、上記のように構成された本実施形態における画像表示装置ＬＳＤの動作について説明する。なお、以下では、赤色用の補正系回路ブロックを代表的に用いて説明するが、緑色用及び青色用の補正系回路ブロックについても同様である。

（電源投入時の初期設定動作）
まず、電源投入時における光量補正回路９３の初期設定回路３００による初期設定動作について説明する。図１５は、Ａ／Ｄ変換器９２の出力であるＤｐｄ（つまり赤色のレーザ装置３０Ｒの赤外光量実測値Ｐ）と、レーザ駆動電流との対応関係を示す特性図である。図１５に示すように、特性曲線自体は図８と同じ形となるが、Ｉ／Ｖ変換器９１のオフセットにより、Ｄｐｄにはオフセットが発生していることがわかる。電源投入時における初期設定回路３００の初期設定動作とは、このＤｐｄに重畳しているオフセットを補正するために行われるものである。

図１６は、光量補正回路９３の初期設定回路３００による初期設定動作を示すフローチャートである。まず、初期設定回路３００は、赤色レーザ光源３０Ｒを完全に消灯させるために、閾値電流指令値Ｄａｐｃ１＝０、階調電流指令値Ｄａｐｃ２＝０に設定し、階調値Ｄ＝０を示す赤色階調データＤＲを赤色レーザドライバ２０Ｒに出力する（ステップＳ１）。これにより、赤色レーザドライバ２０Ｒから赤色レーザ光源３０Ｒに供給されるレーザ駆動電流ＩＲは完全に零となり、赤色レーザ光源３０Ｒは完全に消灯する。初期設定回路３００は、この時、Ａ／Ｄ変換器９２から入力されるＤｐｄを黒レベルの実測値Ｄｐｄ０として取得する（ステップＳ２）。

続いて、初期設定回路３００は、閾値電流指令値Ｄａｐｃ１を第１単位量増加させ（ステップＳ３）、この時のＤｐｄを取得する（ステップＳ４）。そして、初期設定回路３００は、Ｄｐｄ−Ｄｐｄ０の値が、図１５に示すような明らかな発光状態に設定された設定光量１より大きいか否かを判定し（ステップＳ５）、「NO」の場合、ステップＳ３に戻ってステップＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ５において、「YES」、つまりＤｐｄ−Ｄｐｄ０＞設定光量１の場合、初期設定回路３００は、閾値電流指令値Ｄａｐｃ１を第２単位量減少させ（ステップＳ６）、この時のＤｐｄを取得する（ステップＳ７）。そして、初期設定回路３００は、Ｄｐｄ−Ｄｐｄ０＞設定光量２−許容誤差、且つＤｐｄ−Ｄｐｄ０＜設定光量２＋許容誤差という条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ８）、「NO」の場合、ステップＳ６に戻ってステップＳ６〜Ｓ８の処理を繰り返す。ここで、設定光量２は、図１５に示すように黒レベルと看做される値に設定されている。

一方、ステップＳ８において、「YES」の場合、初期設定回路３００は、その時のＤａｐｃ１の値を閾値電流指令値Ｄａｐｃ１の初期値として設定する（ステップＳ９）。それと同時に、初期設定回路３００は、この閾値電流指令値Ｄａｐｃ１の初期値をＧ４乗算器３２４に出力し、Ｇ４乗算器３２４によって閾値電流指令値Ｄａｐｃ１の初期値に係数Ｇ４が乗算された値がフリップフロップ３２０の初期の出力値ｂｋ−１としてフリップフロップ３２０にロードされる。

続いて、初期設定回路３００は、階調値Ｄ＝１５（つまり最大階調値）を示す赤色階調データＤＲを赤色レーザドライバ２０Ｒに出力し（ステップＳ１０）、階調電流指令値Ｄａｐｃ２を第３単位量増加させ（ステップＳ１１）、この時のＤｐｄを取得する（ステップＳ１２）。そして、初期設定回路３００は、Ｄｐｄ−Ｄｐｄ０＞設定光量３−許容誤差、且つＤｐｄ−Ｄｐｄ０＜設定光量３＋許容誤差という条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ１３）、「NO」の場合、ステップＳ１０に戻ってステップＳ１０〜Ｓ１３の処理を繰り返す。ここで、設定光量３は、図１５に示すように最大発光量の目標値に設定されている。

一方、ステップＳ１３において、「YES」の場合、初期設定回路３００は、その時のＤａｐｃ２の値を階調電流指令値Ｄａｐｃ２の初期値として設定する（ステップＳ１４）。それと同時に、初期設定回路３００は、この階調電流指令値Ｄａｐｃ２の初期値をＧ１乗算器３２３に出力し、Ｇ１乗算器３２３によって閾値電流指令値Ｄａｐｃ２の初期値に係数Ｇ１が乗算された値がフリップフロップ３１１の初期の出力値ａｋ−１としてフリップフロップ３１１にロードされる。以上のような初期設定動作により、Ｄｐｄに重畳しているオフセットが補正された閾値電流指令値Ｄａｐｃ１の初期値と階調電流指令値Ｄａｐｃ２の初期値とが設定される。
なお、上述した初期設定動作は、緑色用及び青色用の補正系回路ブロックにおいても同様に行われる。

（定常動作）
次に、本画像表示装置ＬＳＤの定常時における動作について、図１７のタイミングチャートを参照して説明する。
ここで、既に外部の画像供給装置から映像信号及び同期信号（垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ及び水平同期信号Ｈｓｙｎｃ）が入力されており、映像信号処理回路１０（図１）は、映像信号及び同期信号を基に表示すべき画像の各画素に対応する階調値を規定するデジタル階調データを生成し、当該デジタル階調データを１フレーム単位で内部メモリに格納しているものとする。

また、同期信号の入力に伴って走査駆動部６０から出力される走査駆動信号によってレーザ走査部５０の反射ミラー５０ａは回転を始め、時刻ｔ１に、反射ミラー５０ａの垂直走査方向に対する回転角θ２がスクリーン２００上における１フレームの開始位置に対応する角度と一致し、また、時刻ｔ２には、反射ミラー５０ａの水平走査方向に対する回転角θ１がスクリーン２００上における１水平走査期間の開始位置に対応する角度と一致したものと想定する。つまり、時刻ｔ１にタイミング信号発生回路７０ｃから１フレームの開始を規定するフレームタイミング信号Ｆｔが出力され、また、時刻ｔ２に１水平走査期間の開始を規定する走査タイミング信号Ｓｔが出力される。さらに、時刻ｔ３に、反射ミラー５０ａの水平走査方向に対する回転角θ１がスクリーン２００上における１水平走査期間の終了位置に対応する角度と一致したものと想定する。つまり、時刻ｔ３にタイミング信号発生回路７０ｃから１水平走査期間の終了を規定する走査タイミング信号Ｓｔが出力される。

このような時刻ｔ２において、画素同期クロック発生回路８０は、１水平走査期間の開始を規定する走査タイミング信号Ｓｔが入力されると、１水平走査期間における各画素に対応するレーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢの照射タイミングを規定する画素同期クロック信号ＣＬを生成して映像信号処理回路１０及び光量補正回路９３に出力する。上述したように、１水平走査期間における回転角θ１、つまり照射位置Ｑｘは、１水平走査期間の開始から経過した時間と一義的な関係にあるため、当然、１水平走査期間における各画素に対応する照射位置Ｑｘと経過時間とは一義的な関係にある。従って、本実施形態では、図１７に示すように、１水平走査期間における各画素に対応する照射位置Ｑｘと経過時間との一義的な関係を基に、１水平走査期間の開始を規定する走査タイミング信号Ｓｔが入力された後、経過時間に応じて各画素に対応するレーザ光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢの照射タイミングを規定するパルス状の画素同期クロック信号ＣＬを生成する。

図１７からわかるように、画素同期クロック信号ＣＬのパルス間隔は、照射位置Ｑｘ、つまり経過時間に応じて変化する。例えば、スクリーン２００の中央付近となる時刻ｔ１３〜ｔ１７付近ではパルス間隔は短くなり、スクリーン２００の両端付近ではパルス間隔は長くなる。これは、ＭＥＭＳスキャナであるレーザ走査部５０の特性上、反射ミラー５０ａの回転角θ１の変化速度（走査速度）が経過時間に応じて正弦波状に変化するためである。

一方、映像信号処理回路１０は、１フレームの開始を規定するフレームタイミング信号Ｆｔと、１水平走査期間の開始を規定する走査タイミング信号Ｓｔとが入力されると、内部メモリにおける１番目のフレームのデジタル階調データを格納している記憶領域から１行目の水平走査期間に対応する各画素のデジタル階調データ（赤色階調データＤＲ、緑色階調データＤＧ、青色階調データＤＢ）を読み出し、画素同期クロック信号ＣＬに同期して、赤色階調データＤＲ、緑色階調データＤＧ、青色階調データＤＢを順次出力する。具体的には、図１７に示すように、映像信号処理回路１０は、時刻ｔ２に最初の画素同期クロック信号ＣＬが入力されると、１水平走査期間の開始位置（１列目）に対応する赤色画素用の赤色階調データＤＲを赤色レーザドライバ２０Ｒ及び光量補正回路９３に出力する。なお、以下では、説明の便宜上、赤色階調データＤＲに着目して説明する。

ここで、光量補正回路９３に入力される赤色階調データＤＲが示す階調値をＤ１とし、Ａ／Ｄ変換器９２から光量補正回路９３に出力される赤外光量測定データＤｐｄが示す赤外光量実測値をＰ１とする。この場合、図１４に示す光量補正回路９３において、Ｍ乗算器３０１の出力値はＴ１＝Ｍ・Ｄ１となり、減算器３０２の出力値はδ１＝Ｐ１−Ｍ・Ｄ１となり、乗算器３０３の出力値はＤ１・δ１となり、フリップフロップ３０７の出力値はＳａ１＝Ｄ１・δ１となり、フリップフロップ３１１の出力値はａ１＝ａ０（階調電流指令値Ｄａｐｃ２の初期値）−μａ・Ｓａ１となる。このようなａ１は階調電流指令値Ｄａｐｃ２としてＤ／Ａ変換器９５に出力され、Ｄ／Ａ変換器９５によって階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２に変換されて、赤色レーザドライバ２０Ｒの第１の電流源ＣＳ１に出力される。

一方、フリップフロップ３１６の出力値はＳｂ１＝δ１となり、フリップフロップ３２０の出力値はｂ１＝ｂ０（閾値電流指令値Ｄａｐｃ１の初期値）−μｂ・Ｓｂ１となる。このようなｂ１は閾値電流指令値Ｄａｐｃ１としてＤ／Ａ変換器９４に出力され、Ｄ／Ａ変換器９４によって閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１に変換されて、赤色レーザドライバ２０Ｒの第２の電流源ＣＳ２に出力される。

これにより、赤色レーザドライバ２０Ｒには、１水平走査期間の開始位置（１列目）に対応する赤色画素用の赤色階調データＤＲと、階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２と、閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１とが入力されるので、ＩＲ＝Ｈ２・Ｖａｐｃ２・Ｄ１＋Ｈ１・Ｖａｐｃ１で表されるレーザ駆動電流が生成され、赤色レーザ光源３０Ｒに供給される。これにより、赤色レーザ光源３０Ｒは、１列目の赤色画素の階調値に応じたレーザ光ＬＲを発生し、このレーザ光ＬＲは反射ミラー５０ａによって、１水平走査期間の１列目の赤色画素に対応する照射位置Ｑｘに照射される。

続いて、図１７に示すように、時刻ｔ１０に、１水平走査期間の２列目に対応する画素同期クロック信号が発生すると、映像信号処理回路１０は、１水平走査期間の２列目に対応する赤色画素用の赤色階調データＤＲを赤色レーザドライバ２０Ｒ及び光量補正回路９３に出力する。

ここで、光量補正回路９３に入力される赤色階調データＤＲが示す階調値をＤ２とし、Ａ／Ｄ変換器９２から光量補正回路９３に出力される赤外光量測定データＤｐｄが示す赤外光量実測値をＰ２とする。この場合、図１４に示す光量補正回路９３において、Ｍ乗算器３０１の出力値はＴ２＝Ｍ・Ｄ２となり、減算器３０２の出力値はδ２＝Ｐ２−Ｍ・Ｄ２となり、乗算器３０３の出力値はＤ２・δ２となり、フリップフロップ３０７の出力値はＳａ２＝Ｄ１・δ１＋Ｄ２・δ２となり、フリップフロップ３１１の出力値はａ２＝ａ１−μａ・Ｓａ２となる。このようなａ２は階調電流指令値Ｄａｐｃ２としてＤ／Ａ変換器９５に出力され、Ｄ／Ａ変換器９５によって階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２に変換されて、赤色レーザドライバ２０Ｒの第１の電流源ＣＳ１に出力される。

一方、フリップフロップ３１６の出力値はＳｂ２＝δ１＋δ２となり、フリップフロップ３２０の出力値はｂ２＝ｂ１−μｂ・Ｓｂ２となる。このようなｂ２は閾値電流指令値Ｄａｐｃ１としてＤ／Ａ変換器９４に出力され、Ｄ／Ａ変換器９４によって閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１に変換されて、赤色レーザドライバ２０Ｒの第２の電流源ＣＳ２に出力される。

これにより、赤色レーザドライバ２０Ｒには、１水平走査期間の２列目に対応する赤色画素用の赤色階調データＤＲと、階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２と、閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１とが入力されるので、ＩＲ＝Ｈ２・Ｖａｐｃ２・Ｄ２＋Ｈ１・Ｖａｐｃ１で表されるレーザ駆動電流が生成され、赤色レーザ光源３０Ｒに供給される。これにより、赤色レーザ光源３０Ｒは、２列目の赤色画素の階調値に応じたレーザ光ＬＲを発生し、このレーザ光ＬＲは反射ミラー５０ａによって、１水平走査期間の２列目の赤色画素に対応する照射位置Ｑｘに照射される。

続いて、図１７に示すように、時刻ｔ１１に、１水平走査期間の３列目に対応する画素同期クロック信号が発生すると、映像信号処理回路１０は、１水平走査期間の３列目に対応する赤色画素用の赤色階調データＤＲを赤色レーザドライバ２０Ｒ及び光量補正回路９３に出力する。

ここで、光量補正回路９３に入力される赤色階調データＤＲが示す階調値をＤ３とし、Ａ／Ｄ変換器９２から光量補正回路９３に出力される赤外光量測定データＤｐｄが示す赤外光量実測値をＰ３とする。この場合、図１４に示す光量補正回路９３において、Ｍ乗算器３０１の出力値はＴ３＝Ｍ・Ｄ３となり、減算器３０２の出力値はδ３＝Ｐ３−Ｍ・Ｄ３となり、乗算器３０３の出力値はＤ３・δ３となり、フリップフロップ３０７の出力値はＳａ３＝Ｄ１・δ１＋Ｄ２・δ２＋Ｄ３・δ３となり、フリップフロップ３１１の出力値はａ３＝ａ２−μａ・Ｓａ３となる。このようなａ３は階調電流指令値Ｄａｐｃ２としてＤ／Ａ変換器９５に出力され、Ｄ／Ａ変換器９５によって階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２に変換されて、赤色レーザドライバ２０Ｒの第１の電流源ＣＳ１に出力される。

一方、フリップフロップ３１６の出力値はＳｂ３＝δ１＋δ２＋δ３となり、フリップフロップ３２０の出力値はｂ３＝ｂ２−μｂ・Ｓｂ３となる。このようなｂ３は閾値電流指令値Ｄａｐｃ１としてＤ／Ａ変換器９４に出力され、Ｄ／Ａ変換器９４によって閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１に変換されて、赤色レーザドライバ２０Ｒの第２の電流源ＣＳ２に出力される。

これにより、赤色レーザドライバ２０Ｒには、１水平走査期間の３列目に対応する赤色画素用の赤色階調データＤＲと、階調電流指令電圧Ｖａｐｃ２と、閾値電流指令電圧Ｖａｐｃ１とが入力されるので、ＩＲ＝Ｈ２・Ｖａｐｃ２・Ｄ３＋Ｈ１・Ｖａｐｃ１で表されるレーザ駆動電流が生成され、レーザ光源３０Ｒに供給される。これにより、赤色レーザ光源３０Ｒは、３列目の赤色画素の階調値に応じたレーザ光ＬＲを発生し、このレーザ光ＬＲは反射ミラー５０ａによって、１水平走査期間の３列目の赤色画素に対応する照射位置Ｑｘに照射される。
以下同様な動作が、１水平走査期間の最終列目（図１７の時刻ｔ２０に相当）まで繰り返され、時刻ｔ２からｔ３までの１水平走査期間における画像がスクリーン２００に表示されることになる。

また、図１７において、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は次の（２行目の）１水平走査期間を示し、時刻ｔ６〜ｔ７の期間は３行目の１水平走査期間を示し、時刻ｔ８〜ｔ９の期間は４行目の１水平走査期間を示しており、それぞれの１水平走査期間内において上記と同様な動作が行われ、最終行目の１水平走査期間が終了することにより、１フレーム分の画像がスクリーン２００に表示されることになる。なお、１水平走査期間が終了する毎に、反射ミラー５０ａの垂直走査方向の回転角θ２が次の水平走査期間に対応する角度に変化することは勿論である。
なお、上記の説明では、赤色階調データＤＲに着目して説明したが、緑色階調データＤＧ及び青色階調データＤＢについても、それらに対応する補正系回路ブロックにより、同様な光量補正が行われる。

以上のように、本実施形態に係る画像表示装置ＬＳＤによれば、表示動作を行いながら、目標赤外光量と赤外光量実測値との差である赤外光量誤差を最小化するような変数ａ及びｂを逐次的に求めて、その変数ａ及びｂを基に、閾値電流Ｉｔｈを補正することのできる閾値電流指令値Ｄａｐｃ１と、微分効率ηを補正することのできる階調電流指令値Ｄａｐｃ２を設定することにより、動作中の温度変化等に起因するレーザ特性の変化に応じた光量補正をリアルタイムに行うことができると共に、高い光量補正精度を得られるため、表示品質の向上を図ることができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。

Ｂ２．変形例２：
上記実施例では、目標赤外光量Ｔに対する赤外光量実測値Ｐのズレが、図１８（Ａ）に示すような状態になった場合、赤外光量誤差の積算値Ｓｂｋと、赤外光量誤差と階調値との積（モーメント）の積算値Ｓａｋが、ほぼ零となってしまい、光量補正回路９３における補正動作が停止するという現象が発生する可能性がある。このような現象を防止するためには、図１８（Ｂ）に示すように、モーメントを求める際に使用する階調値を、最小階調値から最大階調値までの中間値とすることにより、赤外光量誤差と階調値との積（モーメント）の積算値Ｓａｋがほぼ零となることを防止することができ、光量補正回路９３における補正動作の停止を防止することができる。

また、階調値の平均値を逐次的に計算して、この平均値をモーメントを求める際に使用する階調値として使用することにより、上記と同様に、赤外光量誤差と階調値との積（モーメント）の積算値Ｓａｋがほぼ零となることを防止することができる。これを式で説明すれば、式（１０）に代えて式（３３）のように階調値Ｄｋと階調平均値Ｄａｖｅの差と赤外光量誤差の積の積算値を計算することになる。この場合、図１９に示すように、乗算器３０３の前段に階調値Ｄｉの平均値を逐次的に計算する平均化回路３３０と、階調値からこの平均化回路３３０の出力値（階調平均値）を減算する減算器３３１とを設ければ良い。また、平均値だけでなく、予め設定された値、例えば８ビットの階調表現が可能であれば、階調値「１２８」をモーメントを求める際に使用しても良い。

Ｂ３．変形例３：
上記実施例では、光源装置１００はアナログ平方根回路９９を備えていたが（図４）、アナログ平方根回路９９に換えてデジタル平方根回路を備えているものとしても良い（図２０）。この場合には、図２０に示すように、デジタル平方根回路９９Ａは、Ａ／Ｄ変換器９２と光量補正回路９３との間に設けられる。従って、Ｉ／Ｖ変換器９１が出力するレーザ光ＬＲの測定光量に相当する電圧信号ＶＬＲは、Ａ／Ｄ変換器９２によってデジタルデータＤｐｄ＾２に変換される。また、デジタル平方根回路９９Ａは、当該デジタルデータＤｐｄ＾２の平方根であるデジタルデータＤｐｄを光量補正回路９３に出力する。このような構成としても上記実施例と同様な効果を得ることができる。

Ｂ４．変形例４：
上記実施形態では、表示動作中に光量補正を行っていたが、階調値に偏り、例えば非常に暗い画像があると正常に光量補正を行えない可能性がある。この対策として、図１７に示す時刻ｔ３〜ｔ４の期間や、時刻ｔ５〜ｔ６の期間のように、画像表示を行わない期間（スクリーン２００上にレーザ光を走査しない期間）に、映像信号処理回路１０によって所定の階調値（階調データ）や擬似的な画素同期クロック信号を発生することでレーザ光源を発光させ、光量補正回路９３にて光量補正動作を行うようにしても良い。

Ｂ５．変形例５：
上記実施形態において、赤外光量誤差の積算値Ｓｂｋと、赤外光量誤差と階調値との積（モーメント）の積算値Ｓａｋを計算する際、直近のデータ（赤外光量誤差と階調値との積の値）を重視することが望ましいため、過去のデータの重みを低くするようにしても良い。具体的には、図１４に示すフリップフロップ３０７の出力端子から加算器３０６に至るフィードバック経路と、フリップフロップ３１６の出力端子から加算器３１５に至るフィードバック経路に、重み付け定数乗算器を設ければ良い。この重み付け定数は、例えば７／８のように１より小さい値に設定する。これにより、赤外光量誤差の積算値Ｓｂｋと、赤外光量誤差と階調値との積（モーメント）の積算値Ｓａｋを計算する際に、過去のデータから順次忘却されるため、直近のデータに重きを置くことができる。
また、上記実施形態において、赤外光量誤差の積算値Ｓｂｋと、赤外光量誤差と階調値との積（モーメント）の積算値Ｓａｋに比例した値で、変数ａ及びｂを逐次的に補正していたが、積算値Ｓｂｋと、積算値Ｓａｋの符号のより一定値の補正を変数ａ及びｂに施してもよい。

Ｂ６．変形例６：
上記実施形態では、スクリーン２００上にレーザ光を走査して画像を表示するレーザスキャンディスプレイを例示して説明したが、これに限定されず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やその他の光源から発生する光を走査することで画像を表示する画像表示装置であっても本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、３色のレーザ光源に対し一つのスキャナを用いるレーザスキャンディスプレイを例示して説明したが、これに限定されず、各色ごとにスキャナを設けるような構成にしても良い。

Ｂ７．変形例７：
上記実施形態において図６を参照して説明した赤色レーザドライバ２０Ｒ（緑色レーザドライバ２０Ｇ、青色レーザドライバ２０Ｂ）の回路構成は、最大階調数に応じて適宜変更しても良い。つまり、上記実施形態では、最大階調数を「１６（４ビット）」と想定したため、図６におけるカレントミラー回路の出力側トランジスタを４つ（第１の出力側トランジスタＴｏ１〜第４の出力側トランジスタＴｏ４）としたが、例えば最大階調数を「２５６（８ビット）」とした場合には、カレントミラー回路の出力側トランジスタを８つ設ければ良い（スイッチ素子も８つ設ける）。

この場合、１ビット目のビットデータに対応する出力側トランジスタの電気的特性は、電流Ｉｓの１／２５５の電流が生成されるように設定し、２ビット目のビットデータに対応する出力側トランジスタの電気的特性は、電流Ｉｓの２／２５５の電流が生成されるように設定し、３ビット目のビットデータに対応する出力側トランジスタの電気的特性は、電流Ｉｓの４／２５５の電流が生成されるように設定し、４ビット目のビットデータに対応する出力側トランジスタの電気的特性は、電流Ｉｓの８／２５５の電流が生成されるように設定し、５ビット目のビットデータに対応する出力側トランジスタの電気的特性は、電流Ｉｓの１６／２５５の電流が生成されるように設定し、６ビット目のビットデータに対応する出力側トランジスタの電気的特性は、電流Ｉｓの３２／２５５の電流が生成されるように設定し、７ビット目のビットデータに対応する出力側トランジスタの電気的特性は、電流Ｉｓの６４／２５５の電流が生成されるように設定し、８ビット目のビットデータに対応する出力側トランジスタの電気的特性は、電流Ｉｓの１２８／２５５の電流が生成されるように設定すれば良い。

Ｂ８．変形例８：
上記実施例において、半導体レーザ素子３１Ｒは近赤外線の光である赤外光ＬＲｉを射出していたが、他の波長を有する光を射出するものとしても良い。この場合には、波長変換素子３２は、半導体レーザ素子３１Ｒが射出する第１の波長の光を、２次の非線形光学効果によって第２の波長の光に変換して射出するものであればよい。

画像表示装置の概略構成を示すブロック図。 レーザ走査部の構成を示す概略図。 反射ミラーの回転角を説明するための模式図。 光源装置の構成を示すブロック図。 赤色レーザドライバの概略構成を示すブロック図。 赤色レーザドライバの回路構成図を示す説明図。 レーザ光源の発光量と射出する赤外光との関係を説明するための説明図。 赤色レーザ光源のレーザ特性図。 光量補正回路にて行われる光量補正の原理を説明するための説明図。 比較例として可視光量によって光量補正をする場合を説明するための説明図。 光量補正回路の内部構成を示すブロック図。 光量補正回路の一部の内部構成を示すブロック図。 光量補正回路の一部の内部構成を示すブロック図。 光量補正回路の詳細な構成を示す概略図。 光量補正回路が実行する初期設定動作を説明するための説明図。 光量補正回路が実行する初期設定動作を示すフローチャート。 画像表示装置の定常動作を示すタイミングチャート。 画像表示装置の変形例を説明するための説明図。 画像表示装置の変形例を説明するための説明図。 画像表示装置の変形例を説明するための説明図。

符号の説明

１０…映像信号処理回路
２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ…レーザドライバ
３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ…レーザ光源
３１Ｒ…半導体レーザ素子
３２…波長変換素子
４０…位置合わせ用光学系
４０ａ，４０ｂ…ダイクロイックミラー
５０…レーザ走査部
５０ａ…反射ミラー
５０ｂ，ｄ…トーションバネ
５０ｃ…内枠部
５０ｅ…外枠部
６０…走査駆動部
７０…照射位置検出部
７０ａ…水平角度センサ
７０ｂ…垂直角度センサ
７０ｃ…タイミング信号発生回路
８０…画素同期クロック発生回路
９０…光電変換素子
９１…Ｉ／Ｖ変換器
９２…Ａ／Ｄ変換器
９３…光量補正回路
９４，９５…Ｄ／Ａ変換器
９９…アナログ平方根回路
９９Ａ…デジタル平方根回路
１００…光源装置
２００…スクリーン
２００…階調電流生成部
２０１…電流生成部
２０２…電流加算部
３００…初期設定回路
３０１…Ｍ乗算器
３０２…減算器
３０３…乗算器
３０６…加算器
３０７…フリップフロップ
３１０…減算器
３１１…フリップフロップ
３１５…加算器
３１６…フリップフロップ
３１９…減算器
３２０…フリップフロップ
３３０…平均化回路
３３１…減算器
４００…制御対象
４０４…誤差積算要素
４０５…補正要素
４０６…変換要素
４０６…変数変換要素
４０７…誤差積算要素
４０８…補正要素
４０９…変数変換要素
４１０，４１１，４１２…遅延要素
４１３…利得要素
４１４，４１５…フリップフロップ
４２０，４２６…利得要素
４２７，４２８…フリップフロップ
ＡＸ１，ＡＸ２…軸
Ｂ１〜Ｂ４…ビットデータ
Ｃ０…中央点
ＣＳ１，ＣＳ２…電流源
Ｇ１，Ｇ２，ＧＬ，ＧＬａ…グラフ
Ｉ，ＩＲ，ＩＧ，ＩＢ…レーザ駆動電流
ＬＡ…光軸
ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ…レーザ光
ＬＲｉ…赤外光
ＬＳＤ…画像表示装置
Ｑ…照射位置
ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチ素子
Ｔｉ１，Ｔｉ２…第１の入力側トランジスタ
Ｔｏ１〜Ｔｏ５…第１の出力側トランジスタ
Ｖｃｃ…電源ライン

Claims (9)

1. 光源装置であって、
   入力値に応じて第１の波長の光を射出する半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子が射出した前記第１の波長の光を非線形光学効果によって第２の波長の光に変換する波長変換素子と、
   前記波長変換素子から射出された前記第２の波長の光の光量を測定する光量測定部と、
   前記光量測定部によって計測された測定光量に基づいて前記第１の波長の光の光量に相当する換算光量を算出する換算光量算出部と、
   前記入力値と前記換算光量とを用いて前記半導体発光素子の発光量を補正する光量補正部と、
   を備える、光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置であって、さらに、
   前記入力値と前記光量補正部が出力する指令値とに応じて前記半導体発光素子に駆動電流を供給する電流供給部を備え、
   前記光量補正部は、前記換算光量と、前記入力値に対して前記半導体発光素子が射出すべき目標換算光量との差である換算光量誤差を算出し、
   前記駆動電流の変化量に対する前記換算光量の変化量で定義される微分効率を、前記換算光量誤差と前記入力値との積の積算値により算出するとともに、
   前記半導体発光素子の閾値電流値を、前記換算光量誤差の積算値により算出し、
   前記微分効率と前記閾値電流値とに応じて前記指令値を補正する、光源装置。
3. 請求項２記載の光源装置であって、
   前記指令値は、前記微分効率に応じて補正される階調電流指令値と、前記閾値電流値に応じて補正される閾値電流指令値とを含み、
   前記電流供給部は、
   前記入力値と前記階調電流指令値とに応じた階調電流を生成する階調電流生成部と、
   前記閾値電流指令値に応じた閾値電流を生成する閾値電流生成部と、
   前記階調電流と前記閾値電流とを加算して前記駆動電流として前記発光部に供給する電流加算部と、
   を備え、
   前記光量補正部は、
   前記階調電流指令値を表す第１の変数の今回値を、前記第１の変数の前回値から前記換算光量誤差と前記入力値との積の積算値に比例した数値を減算することで求め、
   前記閾値電流指令値を表す第２の変数の今回値を、前記第２の変数の前回値から前記換算光量誤差の積算値に比例した数値を減算することで求める、光源装置。
4. 請求項２または請求項３記載の光源装置であって、
   前記光量補正部は、
   前記換算光量誤差と前記入力値との積の積算値を算出する際に使用する演算用入力値として、
   前記入力値の平均値、または、
   予め設定された初期設定入力値、または、
   最小入力値から最大入力値までの中間値と前記入力値との差
   を用いる、光源装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の光源装置であって、
   前記光量補正部は、
   より過去に発生した前記換算光量誤差と前記入力値との積の値ほどより小さくなる重み付け定数を乗算することにより、前記換算光量誤差と前記入力値との積の積算値を求める、光源装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の光源装置であって、
   前記光量補正部は、
   電源投入時において、前記光量測定部が有する測定光量のオフセットを補正するための初期設定動作として、
   前記半導体発光素子を完全に消灯するための、前記階調電流、前記閾値電流及び前記入力値を前記電流供給部に出力した際の前記換算光量を黒レベル光量として取得した後、
   前記閾値電流を増加して前記換算光量から前記黒レベル光量を減算した値が所定の明るさを規定する第１の設定光量に到達した場合、前記閾値電流を減少させ、
   前記換算光量から前記黒レベル光量を減算した値が黒レベルとみなされる第２の設定光量に到達した場合の前記閾値電流を前記閾値電流の初期値として設定する一方、
   前記入力値の最大値を表す最大入力値を前記電流供給部に出力し、前記階調電流を増加させ、前記換算光量から前記黒レベル光量を減算した値が、最大目標発光量を規定する第３の設定光量に到達した場合の前記階調電流を前記階調電流の初期値として設定する、光源装置。
7. 請求項６記載の光源装置であって、
   前記光量補正部は、
   前記初期設定動作によって求めた前記閾値電流の初期値を、初回の前記第２の変数の今回値を求める際の前記第２の変数の前回値として使用するとともに、
   前記階調電流の初期値を、初回の前記第１の変数の今回値を求める際の前記第１の変数の前回値として使用する、光源装置。
8. 画像表示装置であって、
   請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光源装置を備え、
   前記入力値は、画像データに含まれる各画素データである、画像表示装置。
9. 半導体発光素子を制御する方法であって、
   （ａ）入力値に応じて前記半導体発光素子に第１の波長の光を射出させる工程と、
   （ｂ）前記第１の波長の光を第２の波長の光に変換する工程と、
   （ｃ）前記第２の波長の光の光量の測定値である光量測定値を検出する工程と、
   （ｄ）前記光量測定値に基づいて前記第１の波長の光の光量に相当する換算光量を算出する工程と、
   （ｅ）前記入力値と前記換算光量とを用いて前記半導体発光素子の発光量を補正する工程と、
   を備える、方法。

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