JP6151051B2 - レーザ投射表示装置およびそのレーザ駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ等の光源光をMEMSミラー等の２次元走査ミラーで走査して映像表示をおこなうレーザ投射表示装置に係り、映像光を出射する半導体レーザの駆動制御に関する。

近年、MEMSと半導体レーザ光源を用いた小型投射プロジェクタが普及している。例えば、特許文献１、２には、2軸のMEMSミラーやスキャナを水平及び垂直方向にスキャンすると同時にレーザ光源を変調することで画像を投射するプロジェクタが開示されている。上記のような半導体レーザを使った小型投射プロジェクタでは、使用される半導体レーザはその光量・順方向電流特性が負荷変動および温度により変化するため、表示画面のホワイトバランスが変化するという問題が知られている。

特許文献２には、部分反射ミラーを用いてレーザ光を空間的に一部分離し、その分離した各色光を光強度検出器で検出することで、温度補償をおこない、ホワイトバランスを一定に保つ構成が記載されている。

特開２００６−３４３３９７号公報 特開２００３−５７１４号公報

しかし、特許文献２に記載の技術では、投射する画像情報によって半導体レーザの半導体レーザの負荷変動が生じることは考慮されておらず、動画像の投射をおこなった場合に、投射画像のホワイトバランスが変動して動画像の色調は変化する問題がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、急峻な負荷変動および温度変化によりホワイトバランスが変化しないレーザ投射プロジェクタを提供するものである。

上記課題を解決するために、本願発明の画像信号に応じて複数色のレーザ光源を駆動し、レーザ光源から出射されたレーザ光を走査して映像表示をおこなうレーザ投射表示装置は、前記複数のレーザ光源のそれぞれを画像信号に応じて駆動するレーザ光源駆動手段と、前記画像信号の映像特徴量を検出する特徴量検出手段と、を備えるようにし、前記レーザ光源駆動手段は、前記特徴量検出手段により検出した映像特徴量の変化が所定以上の時に、画像信号のフレーム単位の負荷量に応じて前記レーザ光源の光量出力特性を補正するようにした。

ここで、前記レーザ光源駆動手段は、電流ゲインと閾値電流とを調整制御して前記レーザ光源の光量出力特性を補正するようにした。

さらに、前記複数のレーザ光源の少なくともひとつの光源の出力光量を測定する光センサを有するようにし、前記レーザ光源駆動手段は、前記画像信号の垂直帰線期間の所定タイミングに第一基準信号レベルで前記レーザ光源を駆動し、前記光センサで検出した第一の光量に応じて前記レーザ光源の閾値電流を制御し、前記画像信号の垂直帰線期間の所定タイミングに第二基準信号レベルで前記レーザ光源を駆動し、前記光センサで検出した第二の光量と前記第一の光量に応じて前記レーザ光源の電流ゲインを制御するようにした。

また、前記複数のレーザ光源の温度を測定する温度センサを有するようにし、前記温度センサの測定温度に基づいて、前記レーザ光源の閾値電流と電流ゲインの光量出力特性を補正するようにした。

本発明によれば、RGBレーザ光のカラーバランスの変化を低減してホワイトバランスを一定に保つことができ、また、表示画像の低階調部の黒浮きを防止できるので、高画質の画像表示が可能となる。

本発明のレーザ投射表示装置の基本構成を示す図である。 半導体レーザの光量−順方向電流特性の一例を示す図である。 表示画像によるカラーバランスの変化を説明する図である。 半導体レーザの光量−画像信号特性の一例を示す図である。 本発明の実施例の構成を説明する図である。 本発明の実施例の全体処理を説明するフローチャートである。 実施例の閾値電流制御処理100の動作を示すフローチャートである。 実施例の閾値電流制御用発光処理400の動作を示すフローチャートである。 実施例の閾値電流制御用発光処理400の単色光源の光量−画像信号特性の一例を示す説明図である。 実施例のシーンチェンジ検出処理200の動作を示すフローチャートである。 実施例のＬＵＴの一例を示す説明図である。 実施例の電流ゲイン制御処理300の動作を示すフローチャートである。 実施例の温度センサ11による温度情報の一例を示す説明図である。 実施例の画像処理部140およびレーザドライバ4の内部構成を示す図である。 本発明の他の実施例の全体処理を説明するフローチャートである。 実施例の電流ゲイン制御処理500の動作を示すフローチャートである。 実施例の電流ゲイン制御用発光処理600の動作を示すフローチャートである。 実施例の電流ゲイン制御用発光処理600の単色光源の光量−画像信号特性の一例を示す説明図である。 実施例の画像処理部190およびレーザドライバ4の内部構成の詳細を示した図である。 累積ACLと推定温度の対応、および、推定温度と閾値電流調整値・電流ゲイン調整値の対応をまとめた参照表の一例である。 実施例の制御内容を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。まず、本発明に係るレーザ投射表示装置の全体構成と半導体レーザの出力特性を、図１〜図４を用いて説明する。
図１は、本発明に係るレーザ投射表示装置の全体構成を示す図である。レーザ投射表示装置1は、画像処理部2、フレームメモリ3、レーザドライバ4、レーザ5、反射ミラー6、MEMS走査ミラー7、MEMSドライバ8、不揮発メモリ9、光センサ10、温度センサ11、表示画像12で構成される。

画像処理部2は外部から入力される映像信号に各種補正を加えた画像信号を生成し、且つそれに同期した水平同期信号及び垂直同期信号を生成する。また、画像処理部2は外部から入力される映像情報に基づき、映像特徴量を検出し、いわゆるシーンチェンジを判定する機能を有する。また、光センサ10および温度センサ11より取得した情報に応じてレーザドライバ4を制御し、ホワイトバランスを一定にするようなレーザ出力調整をおこなう。その詳細は後述する。

ここで、各種補正とは、MEMS走査ミラー7の走査に起因する画像歪み補正や画像のガンマ調整などを行うことを意味する。詳しくは、画像歪みはプロジェクタユニット１と投射面との相対角で異なってくることや、レーザ5とMEMS走査ミラー7の光軸ずれなどのために発生する。

レーザドライバ4は、画像処理部2から出力される画像信号を受け、それに応じてレーザ光源5を変調する。レーザ光源5は、例えばＲＧＢ用に３個の半導体レーザ（5a、5b、5c）設けられ、画像信号のＲＧＢ毎に画像信号に対応したＲＧＢのレーザ光を出射する。

ＲＧＢの３つのレーザ光は、３つのミラーから成る反射ミラー6により合成され、MEMS走査ミラー7に照射される。反射ミラー6は特定の波長を反射しそれ以外の波長を透過するような特殊な光学素子が用いられる。この光学素子は一般的にはダイクロイックミラーと呼ばれている。

詳しくは、反射ミラー6は、半導体レーザ5aから出射されたレーザ光（例えば、R光）を反射し他の色光のレーザ光が透過するダイクロイックミラー6aと、半導体レーザ5bから出射されたレーザ光（例えば、G光）を反射し他の色光のレーザ光が透過するダイクロイックミラー6bと、半導体レーザ5cから出射されたレーザ光（例えば、B光）を反射し他の色光のレーザ光が透過するダイクロイックミラー6cと、から構成され、R光・G光・B光のレーザ光をひとつのレーザ光に合成する。

MEMS走査ミラー7は２軸の回転機構をもち、中央のミラー部を水平方向と垂直方向の２軸に振動させることができる。MEMS走査ミラー7の振動制御はMEMSドライバ8により行われる。MEMSドライバ8は画像処理部2からの水平同期信号に同期して正弦波を生成し、また、垂直同期信号に同期してノコギリ波を生成してMEMS走査ミラー7を駆動する。

MEMS走査ミラー7は、MEMSドライバ8からの正弦波の駆動信号を受けて水平方向に正弦波共振運動を行う。これと同時に、MEMSドライバ8からのノコギリ波を受けて垂直方向の一方向に等速運動を行う。これにより、図１の表示画像12のような軌跡でレーザ光は走査され、その走査がレーザドライバ4による変調動作と同期することで、入力画像が投射されることになる。
そして、光センサ10を設けて、投射されるレーザー光の光量を測定し、画像処理部2へ出力する。図１では、光センサ10は反射ミラー6により合成されるＲＧＢのレーザ光の漏れ光を検出するよう配置されている。即ち、光センサ10をレーザ5cの反射ミラー6cに対する対向側に配置する。反射ミラー6cはレーザ5a及び5bのレーザ光を透過し、レーザ5cのレーザ光を反射する特性であるが、100 ％透過もしくは反射する特性には出来ず、一般的には数％は反射(レーザ5a及び5b)もしくは透過(レーザ5c)する。従って図１の位置に光センサ10を配置することで、数％のレーザ5cのレーザ光が透過、また数％のレーザ5a及び5bのレーザ光が反射して光センサ10に入射させることができる。

また、レーザ光源の温度情報を取得するために、温度センサ11はレーザ光源付近に配置する。温度センサは半導体レーザ5a、5bならびに5cに一つずつ配置しても良いが、レーザ光源付近に一つ配置するだけでも良い。温度センサ11はレーザ光源近傍の温度を測定し、画像処理部2へ出力する。

次に、図２〜４を用いて、投射するレーザ光量の出力状況について説明する。図２は半導体レーザの光量−順方向電流特性を示す図である。半導体レーザは、図２に示すように、一般的に、温度特性を持つ。温度が高くなると発光が始まる閾値電流が大きくなり（Ｉth2→Ｉth1）、光量の駆動電流に対する傾きが小さくなる（S2→S1）特性を有する。

このため、図１に示すようにR光・G光・B光の３つの半導体レーザで構成する場合には、ＲＧＢのそれぞれで閾値電流と光量の電流に対する傾きの変化量が異なると、画像信号の大きさによりホワイトバランスが変わってしまう可能性がある。

半導体レーザの温度特性の影響は、該半導体レーザの駆動量の蓄積が大きい場合に顕著となる。つまり、半導体レーザの出力光量が大きい状態が継続する場合には温度特性の影響が顕著となる。本実施例では、半導体レーザの出力光量の駆動量を負荷と称し、半導体レーザの駆動量の累積が大きい場合を高負荷状態、半導体レーザの駆動量の累積が小さい場合を低負荷状態とする。

つぎに、図４に示す画像信号と光量の関係について説明する。ここでは、上述のＲ１状態を基準状態として説明する。図３の画像形成に用いる有効電流領域20は、閾値電流Ｉth1から最大電流Ｉmまでの範囲であることが望ましい。つまり、画像信号を８ｂｉｔ（最大２５５）としたとき、画像信号が０もしくは１の場合は順方向電流をＩth1に、画像信号が２５５の場合の最大順方向電流をＩmとし、その間の信号値に対しては、Ｉth1からＩmまでの順方向電流を均等間隔で割り当てることで、画像の階調を隈なく表現することが可能となる。

尚、画像信号が０の場合は、順方向電流を０にすることでレーザを消灯し、コントラストを得るよう制御しても良い。図３の電流軸を画信号のレベルに変換すると、図４となる。

図３は、本発明のレーザ投射表示装置の投射画像の状況を説明する図である。図３(a)は、全白（画像信号２５５）画像がレーザ投射表示装置に入力されているときの投射画像を示したものである。この状態のレーザ出力をＲ１状態とする。

図３(a)の画像から、図３(b)で示す全黒背景に１％の全白領域を含む画像に急峻に切り替えた場合、白表示領域が低下するためレーザの負荷が小さくなる。レーザの出力特性は、低負荷状態であるＲ２状態へ遷移する。この時、図３(b)中の全白領域における光量は、図４で示した通りＬ１からＬ２へ変化する。

この負荷変動に対する光量の変化が、ＲＧＢで異なった場合には、図３(a)の画像から図３(b)の画像へ切り替わる際に、全白領域のホワイトバランスも変化してしまうことになる。

また、図３(a)の画像から、図３(c)で示す低階調背景（例えば１０）に明るい物体を含む画像に急峻に切り替えた場合、白表示領域が低下するためにレーザの負荷が小さくなる。レーザの出力特性は、低負荷状態であるＲ２状態へ遷移する。この時、図３(c)中の低階調背景における光量は、図４で示すＬ１’からＬ２’へ変化し、低階調背景が必要以上に明るく表示されてしまう。低階調における人間の目の感度は高階調における目の感度に比べ高いため、ユーザに違和感を与えてしまうことになる。

このように、画像が切り替わる際のレーザの急峻な負荷変動は、画像のホワイトバランスの変化や、低階調部が必要以上に明るくなる等のユーザに違和感を与えてしまう弊害を有している。本発明は、画信号の映像特徴を検出し、特徴量に応じてレーザ光源の光量出力特性や出力変化を制御することで、画質低下を防止するものである。以下に、実施形態をより詳細に説明する。

上述のとおり、現象は半導体レーザのレーザ出力の温度特性に伴うものであり、出力特性に影響するレベル・検出速度で温度検出をおこなえば、同様のレーザ光源の光量出力特性を制御することができる。

図５〜図１３により、本発明の実施例１を説明する。
図５は、図１の画像処理部2およびレーザドライバ4の内部構成の詳細を示した図である。画像処理部2の外部から入力される映像信号は、画像補正部50に入力される。画像補正部50では、MEMS走査ミラー7の走査に起因する画像歪み補正や画像のガンマ調整などの一般的な画質補正処理を行い、特徴検出部51へ画像信号を送出する。

特徴検出部51は、APL（Average Picture Level）、ヒストグラム、色相、画像を複数の領域毎に分割した際の各領域におけるヒストグラム、色相等の画像特徴量を検出する。本実施例では、特に、色毎のフレームの平均画像輝度を示すAPLが上述の半導体レーザの負荷に対応するため、有用となる。また、これにより各色のフレーム単位の負荷量を示す、後述するACL（Average Current Level）を算出する。特徴検出部51は、画像信号をタイミング調整部52に送出すると共に、得られた画像特徴量を不揮発メモリ9に書込む。

また、特徴検出部51では、詳細を後述するが、前記画像特徴量に基づいて画像内容が大きく切り替わる瞬間、いわゆるシーンチェンジ等を検出することができる。

尚、図５では画質補正部50の後段に特徴検出部51を設ける例を説明したが、特徴検出部51の後段に画質補正部50となる順序を入れ替えた構成でも良い。

タイミング調整部52は、特徴検出部51から入力される画像信号から水平（以降Ｈとも記載）・垂直（以降Ｖとも記載）同期信号を生成し、MEMSドライバ8および発光制御部53に送出する。また、画像信号は、発光制御部53に送出されると共に、フレームメモリ3に一旦格納される。フレームメモリ3に書き込まれた画像信号は、タイミング調整部52で生成される、水平・垂直同期信号に同期した読み出し信号で読み出される。またフレームメモリ3内の画像信号は入力された映像信号に対して１フレーム分遅延させて読み出される。
発光制御部53の詳細動作は、図６〜８により後述する。

読み出された画像信号はラインメモリ54に入力される。ラインメモリ54は１水平期間の画像信号を取り込み、次の水平期間で順次画像信号を読出す。ラインメモリ54で一旦中継する理由は一般的にフレームメモリ3の読出しクロック周波数と、レーザドライバ4側へ画像信号を伝送する時のクロック周波数が異なる場合があるため、一旦ラインメモリ54で１水平期間の画像信号をフレームメモリ3の読出しクロック周波数で取り込んだ後に、画像信号の伝送クロック周波数でラインメモリ54から読み出す処理を行う。フレームメモリ3の読出しクロック周波数と画像信号の伝送クロック周波数が一致していればラインメモリ54は不要になる。ラインメモリ54から読み出された画像信号はレーザドライバ4へ供給される。

次に、レーザドライバ4内の電流ゲイン回路55と閾値電流調整回路56について説明する。閾値電流調整回路56は、発光制御部53から設定される閾値電流値に応じて、レーザ５が発光するまでの閾値電流を制御する。また、電流ゲイン回路55は、ラインメモリ54もしくは発光制御部53から入力される画像信号に、発光制御部53から設定される画像信号値を電流値に換算する電流ゲインを乗算することで、レーザ５に流れる電流値を制御する。つまり、電流ゲインを増減することは、画像信号に対応する電流値が増減することになり、図４に示すグラフの傾きを制御することを意味する。よって、実際に流れる電流値５７は、閾値電流調整回路56で設定された閾値電流と、電流ゲイン回路55で設定された電流ゲインおよび画像信号に応じた電流値との合計値となる。

以上は画像処理部2の基本的な動作であり、これを用いた温度および急峻な負荷の変化によるホワイトバランスの変動を抑えるための具体的な例を、発光制御部53の動作を中心に説明する。

図６は、本発明の全体フローチャートを説明する図である。発光制御部53は、電源投入後、閾値電流制御用カウンタをリセットする（St10）。次に、閾値電流制御用カウンタをインクリメント（St11）した後、St12にて閾値１と比較する。ここで、閾値電流制御用カウンタは、フレーム毎に後述する閾値電流制御処理100の有無を決定するカウンタであり、有限bit数で構成される。つまり、閾値電流制御用カウンタが８bitである場合、上限値である２５５の次のフレームでは０にリセットされる。

従って、閾値１の値に応じて、閾値電流制御処理100をするフレームの割合を設定することが可能となる。St12にて閾値電流制御用カウンタが閾値１以下の場合は、閾値電流制御処理100が行われ、それ以外は１フレーム期間の待機（St13）が行われる。閾値電流制御処理100もしくはSt13の処理後、シーンチェンジ検出処理200および電流ゲイン制御処理300を行った後、St11へ戻る。St11から次のSt11までは１フレーム期間であり、電源が落ちるまで本フローチャートを実行する。

次に、閾値電流制御処理100の動作を図７〜図９を用いて説明する。
図７は、図６における閾値電流制御処理100のフローチャートを示す図である。閾値電流制御処理100は、帰線期間中処理70から始まり、まず閾値電流制御用発光を行うＨ方向検出位置を決定する（St100）。これは、閾値電流制御用発光を行う表示位置をフレーム毎にランダムにすることで、ユーザに閾値電流制御用発光を視認されないようにするためである。

次にSt101にて帰線期間が終了したかを判断し、帰線期間中は後述する閾値電流制御用発光処理400を行う。閾値電流制御用発光処理400を行った後、St102にてＶおよびＨ位置を図示しない記憶領域（ＲＡＭ等）に一時格納する。ここで、St102におけるＨ位置は、St100で決定したＨ方向検出位置を意味する。このようにＶおよびＨ位置を記憶することで、MEMSが走査する位置情報を保持することが可能となる。この一連の処理を、St101にて帰線期間が終了したと判断されるまで繰り返す。

ここで、このようにMEMSの走査位置情報を取得する目的を説明する。前記は、一般的に表示期間と帰線期間におけるMEMSの駆動波形が異なるため、表示期間中と帰線期間中に走査する軌跡が異なる為である。尚、ＶおよびＨ位置の検出方法としては、タイミング調整部52からの水平・垂直同期信号から、図示しないＬＵＴ（Look Up Table）により導出する、一般的に備わっているMEMSから位置センサ情報により取得するなど、いずれでも良い。

St101にて帰線期間が終了と判断された場合、表示期間中処理71に処理が移行する。表示期間中処理71では、まず次帰線期間中の発光色（ＲＧＢもしくはＷ）の決定を行う（St103）。発光色がＷの場合は、光センサ10はＲＧＢの光量を同時に取得可能なタイプのセンサを用いる必要がある。光センサがＲＧＢの光量を同時に取得出来ないタイプである場合は、単色発光としてフレーム毎に色を変えるのが望ましい。また、前帰線期間中に後述する閾値電流制御用発光フラグがセットされていない場合は、発光色を変えないなどの処理を加えても良い。

次に閾値電流制御用発光可否を示す閾値電流制御用発光フラグをリセット（St104）した後、Ｖ方向検出開始位置を決定する（St105）。Ｖ方向検出開始位置もＨ方向検出位置と同様、ユーザに閾値電流制御用発光を視認されないようにするためのものであり、フレーム毎にランダムに設定することが望ましい。

Ｖ方向検出開始位置を決定した後、水平同期信号（HSYNC）を検出（St106）し、HSYNCカウンタをインクリメントする。次にSt107にて表示期間が終了したかを判断し、表示期間中はSt108へ移行する。St108では、St105で決定したＶ方向検出開始位置とSt106のHSYNCカウンタの値を比較し、大小関係に応じてSt109もしくはSt106へ移行する。

St109では、１水平期間中に、St102で得た帰線期間中のMEMSの走査位置情報と現在の表示期間中であるMEMSの走査位置情報が一致するかの検出を行い、一致した場合はSt110へ、一致しない場合はSt106へ移行する。St110では閾値電流制御用発光が可能かの判断を行う。

ここで、閾値電流制御用発光が可能かの判断について説明する。閾値電流制御用発光とは、図９中のＤ１で示すような、低階調の信号（以降、第一基準信号レベルと記載）を発光させ、低光量値（以降、第一光量値と記載）を取得するものである。図９のＲ１状態であればＬＬ１を取得する。そのため、表示期間中に表示する画像信号に比べて、第一基準信号レベルＤ１が十分小さな値であれば、ユーザに閾値電流制御用発光自体を視認されることがない。また、閾値電流制御用発光位置を、ランダムに設定することで、更にユーザに閾値電流制御用発光自体を視認される可能性を低減することが可能となる。

そこで、閾値電流制御用発光が可能かの判断は、帰線期間中のMEMSの走査位置情報と現在の表示期間中であるMEMSの走査位置情報が一致する画像位置における、画像信号値を取得することで行う。画像信号値としては、St103で決定した発光色と対応する色の信号値を取得し、数画素単位（８以下が望ましい）で平均化した後、該画像位置における最小値が、第一基準信号レベルＤ１に対して２倍以上あることが望ましい。

また、ＲとＧが輝度として認識される割合が大きいため、St103で決定した発光色と対応する色の信号値ではなく、数画素単位（８以下が望ましい）でＲとＧの合計値を平均化した後、該画像位置における最小値が、第一基準信号レベルＤ１に対して２倍以上としても良い。

上記の条件を満たした場合、St110において閾値電流制御用発光が可能と判断する。このように制御することで、例えば図３(b)の画像を表示した場合において、全黒背景部に対応する帰線期間中に閾値電流制御用発光がされることが無くなり、ユーザに閾値電流制御用発光を視認されることがなくなる。

また、第一基準信号レベルＤ１の値としては、最大光量が得られる画像信号に対して１／２０程度の光量が得られる画像信号が望ましい。つまり、図９におけるＲ１状態を例にとると、最大光量Ｌ１（画像信号２５５）に対し、ＬＬ１がＬ１／２０となるような画像信号（画像信号２もしくは３）とすることで、ユーザに閾値電流制御用発光を視認される可能性を低減することが可能となる。

St110において閾値電流制御用発光が可能と判断された場合は、St111へ進み、閾値電流制御用発光が可能と判断されたＶおよびＨ位置を発光用レジスタへ格納した後（St111）、閾値電流制御用発光フラグをセット（St112）する。このＶおよびＨ位置が格納された発光用レジスタ値と閾値電流制御用発光フラグを用いて、次帰線期間中の閾値電流制御用発光処理400が行われる。尚、表示期間中に閾値電流制御用発光が可能な領域が含まれない場合は、St107の判断部において図７のフローチャートが終了する。

次に、閾値電流制御用発光処理400の動作について、図８を用いて詳細に説明する。閾値電流制御用発光処理400では、まずSt400において前表示期間中に閾値電流制御用発光フラグがセットされたかを判断し、セットされている場合はSt401へ、セットされていない場合はSt102へ移行する。

St401では帰線期間中のＶおよびＨ位置が、St111で格納された発光用レジスタ値と一致するかを判断し、一致する場合はSt103で決定した発光色と対応する色の第一基準信号レベルＤ１を電流ゲイン回路55へ送出し、閾値電流制御用発光を行う（St402）。また、一致しない場合はSt102へ移行する。閾値電流制御用発光（St402）の後、光センサ１１からの光センサ出力である第一光量値を取得し（St403）、平均化処理（St404）を行う。

この平均化処理（St404）は、St403で取得した第一光量値を図示しない記憶領域に保持することで、過去フレームの第一光量値との平均値を算出するものである。第一光量値が安定的に取得可能な場合は省略しても良いが、光センサによる出力値のバラつきに対応するため、設けた方が望ましい。平均化処理が行われた第一光量値は、St405もしくはSt407において閾値電流閾値１および２と比較される。

ここで、閾値電流閾値１および２は、図９に示すような、第一光量値に対する上限下限値を示す値である。つまり、平均化処理が行われた第一光量値が閾値電流閾値１よりも大きい場合、閾値電流を小さくすることで第一光量値をＬＬ１に近づけることが出来る。逆に、平均化処理が行われた第一光量値が閾値電流閾値２よりも小さい場合においても、閾値電流を大きくすることで第一光量値をＬＬ１に近づけることが出来る。また、平均化処理が行われた第一光量値が閾値電流閾値１および閾値電流閾値２の間にある場合は、閾値電流を変化させない。

このようにすることで、平均化処理が行われた第一光量値を一定範囲に留めることが可能となり、基準状態であるＲ１の特性に近付けることが出来る。尚、ＬＬ１、閾値電流閾値１および２の値は基準状態および第一基準信号レベルＤ１の値により決定するもので、不揮発メモリ9等に格納しておくものとする。

しかしながら、閾値電流の大幅な増加・減少は、画面全体の輝度が同時に変化するため、ユーザにフリッカと言われる画面のちらつきを視認させてしまう。特に、画像信号の変化がフレーム間で小さい場合は、視認される割合が高くなる。そのため、閾値電流はユーザにフリッカが視認されない最小ステップ幅である第一ステップ幅にて増加・減少させる（St406およびSt408）必要がある。従って、St406およびSt408では、閾値電流を前記第一ステップ幅にて変更する様に、閾値電流調整回路56に与える閾値電流値を送出する。

尚、表示期間中処理は図５中の発光制御部53で行われる処理であるため、画像信号はフレームメモリ3に書込む画像信号に対して行われることに注意されたい。つまり、フレームメモリ3に書込む画像信号は、表示されるラインメモリ54中の画像信号に対して１フレーム分遅延しているため、閾値電流制御用発光処理400が行われた次の表示期間において、該閾値電流制御用発光処理の可否判断をした表示画像が表示される。

この際、閾値電流制御用発光処理400を、情報を保持したまま１フレーム遅延させることで、該閾値電流制御用発光処理の可否判断をした表示画像の表示期間の次の帰線期間において、閾値電流制御用発光処理400をしても良い。つまり、閾値電流制御処理100のフローチャートは帰線期間開始位置からスタートしたが、帰線期間中処理70と表示期間中処理71を入れ替え、表示期間開始位置からスタートしても良い。

また、本実施例では閾値電流制御用発光を、１フレーム中に１回を含む構成として記載したが、閾値電流制御用発光可否判断を行うSt110以降を複数回行うことで、１フレーム中に異なる画像位置で複数回行っても良いことは言うまでもない。

次に、シーンチェンジ検出処理200について図１０および図１１を用いて説明する。
シーンチェンジ検出処理St200では、不揮発メモリ9に格納されている特徴検出部51において取得した各種画像特徴量を、少なくとも２フレーム分読み込むことで、特徴量の変化量を算出し、変化量の大小により、シーンチェンジを検出する。また、色毎のAPLを読み込み、各色のフレーム単位の負荷量を示す、ACLを算出する。

ACLは以下の関係で求める。
ACL＝（APL×（Ｉm−Ｉth）＋Ｉth）／Ｉmax …（数１）
ここで、ＩthおよびＩmは当該フレームに対応する閾値電流値および最大電流値であり、Ｉmaxは発光制御部53で設定し得る上限電流値である。また、Ｉmaxはレーザ５の定格電流や、レーザドライバ4で設定可能な最大電流値から決定されるか、もしくは任意に設定される実使用上の最大電流値などの定数値である。また、ＩthおよびＩmは、閾値電流調整回路56および電流ゲイン回路55へ送出する閾値電流値と電流ゲイン設定値から、発光制御部53において計算することが可能である。尚、以下の実施例においては色毎のACLを例に挙げて説明するが、（数１）式の演算を省略し、APLを用いて同様の処理を行っても良い。

St200においてシーンチェンジを検出した場合は、ACL変化量を算出（St202）し、検出しない場合は電流ゲイン制御処理300へ移行する。St202において算出されたACL変化量は、St203にてACL閾値と比較される。

ここで、ACL閾値とは、各色のフレーム単位の負荷量が急峻に変化したかの判断を行うために設けている。例えば、シーンチェンジ検出処理（St200）において、画像を複数の領域毎に分割した際の各領域におけるヒストグラム変化量をシーンチェンジ判断基準とした場合、ACLが変化しない場合においてもシーンチェンジを検出する場合があるため、St203にて実際の負荷量が変化しているかを判断する必要がある。

ACL変化量がACL閾値を超えた場合、St204にて第二ステップ幅を算出する。第二ステップ幅の算出方法としては、光量と順方向電流の関係が基準状態となるACLと閾値電流および電流ゲインの関係を、図１１に示すようなＬＵＴとして不揮発メモリ9等にあらかじめ格納しておき、St200で算出したACLから閾値電流および電流ゲインの値を読み出すことで、現在の設定値との差分値を算出する。

尚、図１１のＬＵＴはあらかじめ格納してある静的なものでも良いが、例えば、前述した閾値電流制御処理100の動作結果から得られた閾値電流値を、通常動作中に随時更新する動的なものとすることが望ましい。また、図１１ではACLに対する閾値電流、電流ゲイン、温度情報を格納しておくのが望ましい。

St205では、St204で決定した閾値電流および電流ゲインを、前記第二ステップ幅にて変更する様に、閾値電流調整回路56に与える閾値電流値を、電流ゲイン回路55に電流ゲインを送出する。

St206では、シーンチェンジによる閾値電流および電流ゲインを変更したことを示す、シーンチェンジフラグをセットする。該シーンチェンジフラグの役割については、電流ゲイン制御処理300の動作説明の際に説明する。

以上が、シーンチェンジ検出処理200の説明である。シーンチェンジ検出時は、閾値電流および電流ゲインを大幅に変化させても、画面全体が切り替わるため、ユーザはフリッカと言われる画面のちらつきを視認することが出来ない。つまり、前記第二ステップ幅は、前記第一ステップ幅よりも大きい値とすることができる。

また、前記第二ステップ幅による閾値電流および電流ゲインの変更は、シーンチェンジ検出時のみ有効となる。このようにすることで、画像が切り替わる際のレーザの急峻な負荷変動による、画像のホワイトバランスの変化や、低階調部が必要以上に明るくなる等のユーザに違和感を与えてしまう弊害を抑制することが可能となる。

次に、電流ゲイン制御処理300の動作について、図１２〜図１３を用いて説明する。
電流ゲイン制御処理300では、まず温度情報を温度センサ11から取得する（St300）。次に、該フレームにおいてシーンチェンジフラグがセットされているかの判断を行う（St301）。ここで、シーンチェンジフラグの役割について、図１３を用いて説明する。

図１３は横軸に時間、縦軸に温度センサの出力を描いた模式図である。また、図１３は、時間ｔ１のタイミングでシーンチェンジが発生し、ACLの高い画像からACLの低い画像へ急峻に変化したことを示す。今、時間ｔ１以降の画像による温度状態がＴαになるとすると、温度センサの出力は急峻に変化する点線131の特性とはならず、ゆっくりとした時定数を持って、時間ｔ２で温度Ｔαとなる実線130の特性となる。

言い換えると、急峻な負荷変動の直後は、温度センサからの温度情報はシーンチェンジ前の温度状態に強く影響を受ける。そのため、温度情報に基づき電流ゲインを調整する場合は、シーンチェンジ直後は温度情報ではなく、ACLに基づいて制御する必要がある。このACLに基づいて電流ゲインを調整する期間をシーンチェンジフラグで示している。

シーンチェンジフラグがセットされているとSt301で判断された場合、St302もしくはSt304においてACL値がゲイン閾値１および２と比較される。ここで、ゲイン閾値１および２は、当該フレームにおける電流ゲイン回路55に設定した電流ゲイン設定値から、図１１に示すＬＵＴにより推定ACL値を呼び出し、定数を減算もしくは加算して求める値である。

例えば、電流ゲインが０．８２であり、定数が３％の場合、図１１から推定ACL値は１０％が呼び出され、ゲイン閾値１は７％（＝１０−３）、ゲイン閾値２は１３％（＝１０＋３）である。よって、ゲイン閾値１および２は、ACLに対する上限下限値を示す値である。

当該フレームにおけるACLがゲイン閾値１よりも小さい場合、負荷が小さくなるよう変化していることから、電流ゲインを小さくすることで基準状態へ近づけることが出来る。逆に、当該フレームにおけるACLがゲイン閾値２よりも大きい場合においても、電流ゲインを大きくすることで基準特性に近づけることが出来る。また、当該フレームにおけるACLがゲイン閾値１およびゲイン閾値２の間にある場合は、電流ゲインを変化させない。このようにすることで、基準状態の特性に近付けることが出来る。

しかしながら、前記閾値電流の大幅な増加・減少と同様に、電流ゲインの大幅な増加・減少は、画面全体の輝度が同時に変化するため、ユーザにフリッカと言われる画面のちらつきを視認させてしまう。特に、画像信号の変化がフレーム間で小さい場合は、視認される割合が高くなる。そのため、電流ゲインはユーザにフリッカが視認されない最小ステップ幅である第一ステップ幅にて増加・減少させる（St303およびSt305）必要がある。従って、St303およびSt305では、電流ゲインを前記第一ステップ幅にて変更する様に、電流ゲイン回路55に与える電流ゲインを送出する。

図１２に戻り、次に、温度情報がACLから得られる温度と一致するかを判断する（St306）。これは、前述した通り、図１３において時間ｔ２になった場合、制御の対象をACLから温度情報に切り替えるかの判断をする処理である。

つまり、St306では、図１１のＬＵＴからACLに対する温度情報を取得し、当該フレームにおける温度情報と一致するかの判断をする。一致した場合は、シーンチェンジフラグをリセットする（St307）。これにより、電流ゲインをACLではなく、温度情報に基づいて制御するように変更する。尚、St306は完全一致である必要はなく、当該フレームにおける温度情報が図１１のＬＵＴから得られるACLに対する温度情報近傍であることを条件としても良い。

シーンチェンジフラグがセットされていないとSt301で判断された場合、St308もしくはSt310において温度情報がゲイン閾値３および４と比較される。ここで、ゲイン閾値３および４は、当該フレームにおける電流ゲイン回路55に設定した電流ゲイン設定値から、図１１に示すＬＵＴにより推定温度情報値を呼び出し、定数を減算もしくは加算して求める値である。

つまり、電流ゲインが０．８２であり、定数がＴβの場合、図１１から推定温度情報値はＴ３が呼び出され、ゲイン閾値１はＴ３−Ｔβ、ゲイン閾値２はＴ３＋Ｔβである。よって、ゲイン閾値３および４は、温度情報に対する上限下限値を示す値である。当該フレームにおける温度情報がゲイン閾値３よりも小さい場合、負荷が小さくなるよう変化していることから、電流ゲインを小さくすることで基準状態へ近づけることが出来る。

逆に、当該フレームにおける温度情報がゲイン閾値４よりも大きい場合においても、電流ゲインを大きくすることで基準特性に近づけることが出来る。また、当該フレームにおける温度情報がゲイン閾値３およびゲイン閾値４の間にある場合は、電流ゲインを変化させない。このようにすることで、基準状態の特性に近付けることが出来る。

この時、ACLによる電流ゲインを制御する時同様、電流ゲインはユーザにフリッカが視認されない最小ステップ幅である第一ステップ幅にて増加・減少させる（St309およびSt311）必要がある。従って、St309およびSt311では、電流ゲインを前記第一ステップ幅にて変更する様に、電流ゲイン回路55に与える電流ゲインを送出する。

以上が、本発明の実施例１におけるフローチャートの説明である。本実施例によれば、温度および急峻な負荷の変化に対して、閾値電流と光量の画像信号に対する傾きを一定状態に保つことが可能となり、画像のホワイトバランスの変化や、低階調部が必要以上に明るくなる等のユーザに違和感を与えてしまう弊害を抑制することが可能となる。

例えば、先に説明した通り、図３(a)の全白画像から、図３(b)で示す全黒背景に１％の全白領域を含む画像に急峻に切り替えた場合において、レーザの特性がＲ１状態からＲ２状態へ遷移するとする。この時、本発明における第二ステップ幅を導入しない場合では、第一ステップ幅でレーザの特性が時間とともに徐々に変化するため、ユーザにホワイトバランスの変化が視認される恐れがあるが、本発明における第二ステップ幅を導入することで、急峻にＲ１状態に近付けることが可能となり、全白領域のホワイトバランスの変化を抑制できる。

また、図３(a)の画像から、図３(c)で示す低階調背景（例えば１０）に明るい物体を含む画像に急峻に切り替えた場合においても、本発明における第二ステップ幅を導入することで、低階調背景が必要以上に明るく表示されてしまう弊害を抑制することが可能となる。

上記の実施例１では、電流ゲイン制御を、温度センサ11の温度情報ならびに該フレームにおけるACL値によるおこなう例を説明した。この制御方法以外にも、閾値電流制御用処理とは異なる発光強度の電流ゲイン制御用発光を追加することで、電流ゲインを制御しても良い。この場合でも、温度および急峻な負荷の変化に対して、閾値電流と光量の画像信号に対する傾きを一定状態に保つことが可能となり、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、この制御方法では、温度センサ11が不要となるため、コスト低減が可能となる。

以下、この電流ゲイン制御用発光を追加したときの構成を、本発明の実施例２として図１４〜図１８を参照しながら説明する。尚、実施例１と同一の構成や機能を有するものには同一の符号を付してその詳細な説明を省略するものとする。

図１４は本発明の実施例２の画像処理部140およびレーザドライバ4の内部構成を示した図である。実施例２の画像処理部140は、実施例１の画像処理部2に対し、信号ゲイン回路58を追加し、温度センサ11を削除したものであり、発光制御部141の動作が実施例１の発光制御部53と異なる。信号ゲイン回路58は、ラインメモリ54から入力される画像信号に、発光制御部141から設定される信号ゲインを乗算し、演算結果を電流ゲイン回路55に送出する。
以下、上記画像処理部140を用いた温度および急峻な負荷の変化によるホワイトバランスの変動を抑えるための具体的な例を、発光制御部141の動作を中心に説明する。

図１５は、実施例２の全体動作を説明するフローチャート図である。発光制御部141は、電源投入後、閾値電流制御用カウンタをリセットした後（St10）、電流ゲイン制御用カウンタをリセットする（St20）。次に、St21にて電流ゲイン制御用カウンタと閾値２が一致するかを判断する。ここで、電流ゲイン制御用カウンタは、任意のフレーム数毎に電流ゲイン制御処理500を行うためのカウンタである。つまり、閾値２の値に応じて、電流ゲイン制御処理500をするフレームの間隔を設定することが可能となる。

St21にて電流ゲイン制御用カウンタが閾値２と一致しないと判断された場合、閾値電流制御用カウンタおよび電流ゲイン制御用カウンタをインクリメント（St11およびSt22）した後、St12にて閾値１と比較する。ここで、閾値電流制御用カウンタは、フレーム毎に閾値電流制御用発光の有無を決定するカウンタであり、有限ｂｉｔ数で構成される。つまり、閾値電流制御用カウンタが８ｂｉｔである場合、上限値である２５５の次のフレームでは０にリセットされる。これにより、閾値１の値に応じて、閾値電流制御用発光をするフレームの割合を設定することが可能となる。

St12にて閾値電流制御用カウンタが閾値１以下の場合は、実施例１における閾値電流制御処理100が行われ、それ以外は１フレーム期間の待機（St13）が行われる。閾値電流制御処理100もしくはSt13の処理後、シーンチェンジ検出処理201行った後、St21へ戻る。シーンチェンジ検出処理201は、実施例１におけるシーンチェンジ検出処理200のシーンチェンジフラグをセットする行程（St206）を除いたものである。

St21にて電流ゲイン制御用カウンタが閾値２と一致すると判断された場合、後述する電流ゲイン制御処理500へ移行する。電流ゲイン制御処理500では複数フレームに渡り処理が行われた後、電流ゲイン制御用カウンタをリセットし（St23）、St21へ戻る。

図１５の処理によれば、電流ゲイン制御処理500、閾値電流制御処理100、待機St13を行うフレーム数の割合を、閾値１および閾値２の設定により変更することが可能である。尚、電流ゲイン制御処理500を行うフレーム数の割合を、閾値電流制御処理100を行うフレーム数の割合より小さくすることが望ましい。これは、電流ゲイン制御処理500では、閾値電流制御用処理とは異なる発光強度の少し大きい電流ゲイン制御用発光をする必要があり、電流ゲイン制御用発光を行うフレーム数を少なくする必要があるからである。

次に、電流ゲイン制御処理500の動作を図１６〜図１８を用いて説明する。
図１６は、図１５における電流ゲイン制御処理500のフローチャートを示す図である。電流ゲイン制御処理500は、帰線期間中処理160から始まり、まずタイムアウトカウンタをリセットする（St500）。次に、タイムアウトカウンタをインクリメントした後（St501）、タイムアウト処理が必要かの判断を行う（St502）。ここで、タイムアウトカウンタは所定期間内に電流ゲイン制御用発光処理が完了しない場合に、フローチャートを抜けることで、閾値電流制御処理100の実施が滞ることを防ぐ目的で有している。

St502でタイムアウトした場合は電流ゲイン制御用発光フラグをリセットした後、シーンチェンジ検出処理201を経てSt23に移行する。St502でタイムアウトしない場合は、電流ゲイン制御用発光を行うＨ方向検出位置を決定する（St100）。これは、閾値電流制御処理100と同様、電流ゲイン制御用発光を行う表示位置をフレーム毎にランダムにすることで、ユーザに電流ゲイン制御用発光を視認されないようにするためである。

次にSt503にて帰線期間が終了したかを判断し、帰線期間中は後述する電流ゲイン制御用発光処理600を行う。電流ゲイン制御用発光処理600を行った後、St504にてＶおよびＨ位置を図示しない記憶領域（ＲＡＭ等）に一時格納する。ここで、St504におけるＨ位置は、St100で決定したＨ方向検出位置を意味する。

このようにＶおよびＨ位置を記憶することで、MEMSが走査する位置情報を保持することが可能となる。ＶおよびＨ位置を記憶した後、St505において電流ゲイン制御用発光処理600が全色終了したかの判断を行い、全色終了した場合は前記タイムアウト処理と同様にしてフローチャートを抜ける。St505において全色終了していないと判断された場合はSt503へ戻り、帰線期間が終了するもしくは全色終了したと判断されるまで、この一連の処理を繰り返す。

ここで、このようにMEMSの走査位置情報を取得する目的は、一般的に表示期間と帰線期間におけるMEMSの駆動波形が異なるため、表示期間中と帰線期間中に走査する軌跡が異なる為である。尚、ＶおよびＨ位置の検出方法としては、タイミング調整部52からの水平・垂直同期信号から、図示しないＬＵＴ（Look Up Table）により導出する、一般的に備わっているMEMSから位置センサ情報により取得するなど、いずれでも良い。

St503にて帰線期間が終了と判断された場合、表示期間中処理161に処理が移行する。表示期間中処理161では、まず次帰線期間中の発光色（ＲＧＢもしくはＷ）の決定を行う（St506）。発光色がＷの場合は、光センサ10はＲＧＢの光量を同時に取得可能なタイプのセンサを用いる必要がある。光センサがＲＧＢの光量を同時に取得出来ないタイプである場合は、単色光とすることが望ましく、前帰線期間中に後述する電流ゲイン制御用発光フラグがセットされていない場合は、発光色を変えないなどの処理を加えても良い。

次に電流ゲイン制御用発光可否を示す電流ゲイン制御用発光フラグをリセット（Ｓｔ５０７）した後、Ｖ方向検出開始位置を決定する（St105）。Ｖ方向検出開始位置もＨ方向検出位置と同様、ユーザに電流ゲイン制御用発光を視認されないようにするためのものであり、フレーム毎にランダムに設定することが望ましい。

Ｖ方向検出開始位置を決定した後、水平同期信号（HSYNC）を検出（St106）し、HSYNCカウンタをインクリメントする。次にSt107にて表示期間が終了したかを判断し、表示期間中はSt108へ移行する。

St108では、St105で決定したＶ方向検出開始位置とSt106のHSYNCカウンタの値を比較し、大小関係に応じてSt109もしくはSt106へ移行する。St109では、１水平期間中に、St102で得た帰線期間中のMEMSの走査位置情報と現在の表示期間中であるMEMSの走査位置情報が一致するかの検出を行い、一致した場合はSt508へ、一致しない場合はSt106へ移行する。St508では電流ゲイン制御用発光が可能かの判断を行う。

ここで、St508の判断について説明する。電流ゲイン制御用発光とは、図１８中のＤ２で示すような、閾値電流制御用発光に用いる第一基準信号レベルＤ１に比べ、高階調側の信号（以降、第二基準信号レベルと記載）を発光させ、中光量値（以降、第二光量値と記載）を取得するものである。

図１８中のＲ１状態であればＬＨ１を取得する。そのため、表示期間中に表示する画像信号に比べて、第二基準信号レベルＤ２が十分小さな値であれば、ユーザに電流ゲイン制御用発光自体を視認されることがない。また、電流ゲイン制御用発光位置を、ランダムに設定することで、更にユーザに電流ゲイン制御用発光自体を視認される可能性を低減することが可能となる。

そこで、電流ゲイン制御用発光が可能かの判断は、帰線期間中のMEMSの走査位置情報と現在の表示期間中であるMEMSの走査位置情報が一致する画像位置における、画像信号値を取得することで行う。

画像信号値としては、St506で決定した発光色と対応する色の信号値を取得し、数画素単位（８以下が望ましい）で平均化した後、該画像位置における最小値が、第二基準信号レベルＤ２に対して２倍以上あることが望ましい。また、ＲとＧが輝度として認識される割合が大きいため、St103で決定した発光色と対応する色の信号値ではなく、数画素単位（８以下が望ましい）でＲとＧの合計値を平均化した後、該画像位置における最小値が、第二基準信号レベルＤ２に対して２倍以上としても良い。

上記の条件を満たした場合、St508において電流ゲイン制御用発光が可能と判断する。このように制御することで、例えば図３(b)の画像を表示した場合において、全黒背景部に対応する帰線期間中に電流ゲイン制御用発光がされることが無くなり、ユーザに電流ゲイン制御用発光を視認されることがなくなる。

St508では電流ゲイン制御用発光が可能と判断された場合は、St111へ進み、電流ゲイン制御用発光が可能と判断されたＶおよびＨ位置を発光用レジスタへ格納した後（St111）、電流ゲイン制御用発光フラグをセット（St509）する。

このＶおよびＨ位置が格納された発光用レジスタ値と電流ゲイン制御用発光フラグを用いて、次帰線期間中の電流ゲイン制御用発光処理600が行われる。尚、表示期間中に電流ゲイン制御用発光が可能な領域が含まれない場合は、St107の判断部においてシーンチェンジ検出処理201へ移行する。

次に、図１７の電流ゲイン制御用発光処理600の動作について説明する。電流ゲイン制御用発光処理600では、まずSt600において前表示期間中に電流ゲイン制御用発光フラグがセットされたかを判断し、セットされている場合はSt401へ、セットされていない場合はSt504へ移行する。

St401では帰線期間中のＶおよびＨ位置が、St111で格納された発光用レジスタ値と一致するかを判断し、一致する場合はSt103で決定した発光色と対応する色の第二基準信号レベルＤ２を電流ゲイン回路55へ送出し、電流ゲイン制御用発光を行う（St601）。また、一致しない場合はSt504へ移行する。

電流ゲイン制御用発光（St601）の後、光センサ１１からの光センサ出力を取得し（St602）、傾きを算出する（St603）。この傾き算出（St603）は、St602で取得した第二光量値と、閾値電流制御処理100における第一基準信号レベルＤ１で取得した第一光量値を用いて算出する。

例えば、図１８中のＲ１状態であれば、得られる傾きは（ＬＨ１−ＬＬ１）／（Ｄ２−Ｄ１）である。St603で得られた傾き値を用いて、St604にて基準状態である目標傾き値との差分を算出する。尚、目標傾き値は不揮発メモリ9等の記憶領域にあらかじめ格納しておくものとする。この目標傾き値の差分値を用いて、目標設定値を決定（St605）し、電流ゲイン制御を行う。

ここで、St605における目標設定値の決定方法および電流ゲイン設定方法について説明する。実施例１と同様、電流ゲインの大幅な増加・減少は、画面全体の輝度が同時に変化するため、ユーザにフリッカと言われる画面のちらつきを視認させてしまう。特に、画像信号の変化がフレーム間で小さい場合は、視認される割合が高くなる。そのため、電流ゲインはユーザにフリッカが視認されない最小ステップ幅である第一ステップ幅にて増加・減少させる必要がある。

そこで、目標設定値の決定方法としては、第一ステップ幅分電流ゲイン設定が変化する際の傾きの変化量ΔＳを用いて、St604で得た目標傾き値との差分値ＳＳから、以下の式により整数値ｎを求める（小数点以下は切り捨てすることが望ましい）ことで決定する。
ｎ ＝ ＳＳ／ΔＳ …（数２）
従って、ｎは第一ステップ幅で電流ゲイン設定を変更する回数を示す。この整数値ｎの回数分だけ、任意間隔毎に電流ゲイン回路55に第一ステップ幅にて増加もしくは減少する様に電流ゲイン設定を行うことで、ユーザにフリッカを視認されることなく、レーザの特性を基準状態の特性に近付けることが出来る。前記任意間隔はあまり短くするとユーザにフリッカを視認される恐れがあることから、１０秒以上の間隔とすると尚良い。

尚、図１７のフローチャート中には上記ｎの値を求める処理である目標設定値の決定（St605）のみ記載し、図１７におけるフローチャートとは独立に動作する、整数値ｎの回数分だけ任意間隔毎に電流ゲイン回路55に第一ステップ幅にて増加もしくは減少する様に電流ゲイン設定を行う処理の記載は省略した。St605にて目標設定値の決定をした後、St606にて全色終了したかの判断を行い、全色終了した場合はSt607へ、終了していない場合はSt504へ移行する。

St607では全色上限制約値以内かの判断を行う。上限制約値とは、レーザの定格電流値、レーザドライバの最大出力条件値等を超えないように制限をかけるための、最大電流ゲイン値である。この上限制約値を設けることで、レーザが経時劣化を起こし基準状態に変化しなくなった場合においても、定格電流以上の電流をレーザに流してしまうことを防止することが可能になる。

St607において、いずれかの色が上限制約値を超えた場合、つまり、いずれかの色が基準状態まで変化しなくなった場合に行われる信号ゲインの設定（St608）について説明する。St608では、まずSt603で得られた各色の傾きを各色の目標傾き値で割った値である、傾き変化量を算出する。

次に、得られた結果から、最も傾き変化量が小さい（St603で得られた傾きと目標傾き値との差が大きい）色を決定する。この最も傾き変化量が小さい色を基準色とし、この色に対する信号ゲインを１に設定する。他の色の信号ゲインは、基準色の傾き変化量をその色の傾き変化量で割ることで決定する。このようにすることで、いずれかの色が基準状態まで変化しなくなった場合においてもホワイトバランスを維持することが可能となる。

具体例を示すと、傾き変化量がＲ＝０．８、Ｇ＝０．９、Ｂ＝１．０の場合、Ｒが基準色となり、Ｒに対する信号ゲインを１に設定する。Ｇに対する信号ゲインは０．８８（＝０．８／０．９）、Ｂに対する信号ゲインは０．８０（＝０．８／１．０）となる。

St608において得られた信号ゲインは、信号ゲイン回路58に送出され、信号ゲイン回路58においてラインメモリ54から入力される画像信号と乗算され、その演算結果は電流ゲイン回路55に送出される。尚、信号ゲインの変化が急峻な場合は、St608で得た信号ゲインを目標信号ゲインとし、任意の時定数を有して急峻に変化しないように制御することが望ましい。

尚、表示期間中処理は図５中の発光制御部53で行われる処理であるため、画像信号はフレームメモリ3に書込む画像信号に対して行われることに注意されたい。つまり、フレームメモリ3に書込む画像信号は、表示されるラインメモリ54中の画像信号に対して１フレーム分遅延している。このため、電流ゲイン制御用発光処理600が行われた次の表示期間において、該電流ゲイン制御用発光処理の可否判断をした表示画像が表示される。

この際、電流ゲイン制御用発光処理600を、情報を保持したまま１フレーム遅延させることで、該電流ゲイン制御用発光処理の可否判断をした表示画像の表示期間の次の帰線期間において、電流ゲイン制御用発光処理600をしても良い。つまり、電流ゲイン制御処理500のフローチャートは帰線期間開始位置からスタートしたが、帰線期間中処理160と表示期間中処理161を入れ替え、表示期間開始位置からスタートしても良い。

また、電流ゲイン制御用発光は、１フレーム中に１回を含む構成として記載したが、電流ゲイン制御用発光可否判断を行うSt508以降を複数回行うことで、１フレーム中に異なる画像位置で複数回行っても良いことは言うまでもない。

以上が、本発明の実施例２におけるフローチャートの説明である。本実施例によれば、温度および急峻な負荷の変化に対して、閾値電流と光量の画像信号に対する傾きを一定状態に保つことが可能となり、画像のホワイトバランスの変化や、低階調部が必要以上に明るくなる等のユーザに違和感を与えてしまう弊害を抑制することが可能となる。

つぎに、光センサや温度センサなしに、画像の特徴量から閾値電流調整値と電流ゲイン値を制御する実施例について説明する。
上記の実施例１、２では、光センサ10や温度センサ11によりレーザ光源5の状態を検出し、閾値電流と電流ゲインを制御する例を説明した。また、閾値電流と電流ゲインの調整を表示画像のシーンチェンジのタイミングでおこなうことを開示した。

上述のとおり、これらの閾値電流と電流ゲインの調整の必要性は、半導体レーザの光変換ロスの蓄積による温度上昇が半導体レーザ出力の温度特性の影響する程度生じることを主原因としている。実施例３では、半導体レーザの温度推定を、画像信号の表示画素累積制御からおこなう例を説明する。

図１９は、実施例３の画像処理部190およびレーザドライバ4の内部構成の詳細を示した図である。本実施例の特徴検出部51では、実施例１，２の特徴検出部51の機能に加えて、画像信号の画素の累積処理をおこない半導体レーザの温度推定をおこなっている。実施例３では、この画素の累積値を基に、閾値電流と電流ゲインの調整をおこない、光センサと温度センサを不要にするものである。

詳しくは、色毎にレーザ出力する映像フレームより以前の複数のフレームのACLを次式により累積し、推定テーブルを参照して累積ACLに対応する温度推定値を取得する。そして、この温度推定値から、閾値電流調整値と電流ゲイン調整値を取得する。
累積ACL ＝ Σ αi×ACLi …（数３）
ここで、iは以前の映像フレームの相対的なフレーム番号、αiは以前のフレームの影響係数をしめす。αiは、以前のフレームの影響割合をしめす係数値で、古いフレームほど影響は小さくなるため、小さな値となる数列となっている。実際の係数列は、半導体レーザの熱容量やレーザ素子の設置状態に依存し、実機に合わせてチューニングする必要がある。

図２０は、累積ACLと推定温度の対応、および、推定温度と閾値電流調整値・電流ゲイン調整値の対応をまとめた参照表の一例である。累積ACLに対して、推定温度の補正値が対応づけられ、温度補正値に対して、閾値電流調整値と電流ゲイン調整値が対応づけられている。

図２０の値は、一例を示すものであり、使用する半導体レーザやレーザ光源によって異なることはいうまでもない。また、図２０の補正値は、累積ACLが１０のときを基準に増減する値となっているが、これに限ったものではない。また、累積ACLに一意に推定温度が対応しているが、以前に求めた推定温度と累積ACLに補正値を対応づけて校正するようにしてもよい。

図２１は、本実施例の制御内容を説明するフローチャートである。特徴検出部51は、APLからACLを計算し、ACL累積処理をおこなう（St1000）。つぎに、ACL累積値から温度補償値を取得し、閾値電流と電流ゲインの補償値を取得する（St1010）。そして、前述のシーンチェンジ検出処理200と閾値電流制御処理100と電流ゲイン制御処理300とを順におこなう。この処理をフレーム毎におこなう。

上述では、温度センサ11を不要としているが、数３に基づいて推定した半導体レーザの温度を補償するために、温度センサ11を設けることが望ましい。例えば、映像表示のブランク中あるいは、定期的に、図２０の推定温度を校正するとよい。

尚、上記各実施例では、画像表示装置を、MEMSを用いた投射型プロジェクタに適用した例を説明したが、これに限られるものではない。本実施形態に係る画像表示装置は、光源にレーザを用いているものであれば適用することが可能である。

１…プロジェクタユニット、２…画像処理部、３…フレームメモリ、４…レーザドライバ、５…レーザ光源、６…反射ミラー、７…MEMS走査ミラー、８…MEMSドライバ、９…不揮発メモリ、１０…光センサ、１１…温度センサ、１２…表示画像、２０…画像形成に用いる有効電流領域、３０…全白画像、３１…全黒背景に１％の全白領域を含む画像、３２…低階調背景に明るい物体を含む画像、５０…画質補正部、５１…特徴検出部、５２…タイミング調整部、５３…発光制御部、５４…ラインメモリ、５５…電流ゲイン回路、５６…閾値電流調整回路、５７…実際に流れる電流値、１００…閾値電流制御処理、２００…シーンチェンジ検出処理、３００…電流ゲイン制御処理、４００…閾値電流制御用発光処理、１３０…温度情報の一例、１３１…１３０とは異なる温度情報の一例、５８…信号ゲイン回路、１４０…画像処理部、１４１発光制御部、５００…電流ゲイン制御回路、２０１…シーンチェンジ検出処理、６００…電流ゲイン制御用発光処理、Ｒ1…基準状態

Claims (12)

1. 複数の光源と、
   前記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、
   前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、
   前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、
   入力映像信号から、画像信号の特徴量を検出する特徴量検出手段と、
   前記特徴量検出手段で得られた画像信号の特徴量から、画像の切り替わりを検出するシーンチェンジ検出手段と、
   前記複数の光源の光量を測定する光センサと、
   前記複数の光源近傍の温度を測定する温度センサと、
   前記入力映像信号の垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳し、その光量を前記光センサで測定した第一光量値に応じて第一ステップ幅にて前記複数の光源の光量−順方向電流特性の閾値電流を制御する閾値電流制御手段と、
   前記温度センサの出力または前記画像信号の特徴量に応じて第一ステップ幅にて前記複数の光源の光量−画像信号特性の傾きを制御する電流ゲイン制御手段と、
   を備え、出射光を前記反射ミラーで走査することで画像を投射表示させる画像表示装置であって、
   前記シーンチェンジ検出手段において画像の切り替わりを検出した際、前記第一ステップ幅よりも大きい第二ステップ幅にて、前記複数の光源の閾値電流および光量−画像信号特性の傾きを制御することを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記閾値電流制御手段は、垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳する表示位置を映像フレーム毎でランダムな表示位置となるよう制御することを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１乃至２に記載の画像表示装置において、
   前記閾値電流制御手段は、表示期間中の８画素以下の単位での平均信号レベルの最小値が、第一基準信号レベルの２倍以上となる表示位置と一致するように、垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳することを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１乃至２に記載の画像表示装置において、
   前記閾値電流制御手段は、表示期間中の８画素以下の単位でのＲとＧの合計値の平均信号レベルの最小値が、第一基準信号レベルの２倍以上となる表示位置と一致するように、垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳することを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１乃至４に記載の画像表示装置において、
   前記画像信号の特徴量は、少なくとも前記複数の光源毎のＡＰＬ（Average Picture Level）を含むことを特徴とする画像表示装置。
6. 複数の光源と、
   前記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、
   前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、
   前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、
   入力映像信号から、画像信号の特徴量を検出する特徴量検出手段と、
   前記特徴量検出手段で得られた画像信号の特徴量から、画像の切り替わりを検出するシーンチェンジ検出手段と、
   前記複数の光源の光量を測定する光センサと、
   前記入力映像信号の垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳し、その光量を前記光センサで測定した第一光量値に応じて第一ステップ幅にて前記複数の光源の光量−順方向電流特性の閾値電流を制御する閾値電流制御手段と、
   前記入力映像信号の垂直帰線期間に第二基準信号レベルの映像を重畳し、その光量を前記光センサで測定した第二光量値および前記第一光量値に応じて第一ステップ幅にて前記複数の光源の光量−画像信号特性の傾きを制御する電流ゲイン制御手段と、
   を備え、出射光を前記反射ミラーで走査することで画像を投射表示させる画像表示装置であって、
   前記シーンチェンジ検出手段において画像の切り替わりを検出した際、前記第一ステップ幅よりも大きい第二ステップ幅にて、前記複数の光源の閾値電流および光量−画像信号特性の傾きを制御することを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項６に記載の画像表示装置において、
   前記閾値電流制御手段は、垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳する表示位置を映像フレーム毎でランダムな表示位置となるよう制御し、
   前記電流ゲイン制御手段は、垂直帰線期間に第二基準信号レベルの映像を重畳する表示位置を映像フレーム毎でランダムな表示位置となるよう制御することを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項６乃至７に記載の画像表示装置において、
   前記閾値電流制御手段は、表示期間中の８画素以下の単位での平均信号レベルの最小値が、第一基準信号レベルの２倍以上となる表示位置と一致するように、垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳し、
   前記電流ゲイン制御手段は、表示期間中の８画素以下の単位での平均信号レベルの最小値が、第二基準信号レベルの２倍以上となる表示位置と一致するように、垂直帰線期間に第二基準信号レベルの映像を重畳することを特徴とする画像表示装置。
9. 請求項６乃至８に記載の画像表示装置において、
   前記画像信号の特徴量は、少なくとも前記複数の光源毎のＡＰＬ（Average Picture Level）を含むことを特徴とする画像表示装置。
10. 複数の光源と、
    前記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、
    前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、
    前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、
    入力映像信号から、画像信号の特徴量を検出する特徴量検出手段と、
    前記特徴量検出手段で得られた画像信号の特徴量から、画像の切り替わりを検出するシーンチェンジ検出手段と、
    前記複数の光源の光量を測定する光センサと、
    前記複数の光源近傍の温度を測定する温度センサと、
    前記入力映像信号の垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳し、その光量を前記光センサで測定した第一光量値に応じて第一ステップ幅にて前記複数の光源の光量−順方向電流特性の閾値電流を制御する閾値電流制御手段と、
    前記温度センサの出力または前記画像信号の特徴量に応じて第一ステップ幅にて前記複数の光源の光量−画像信号特性の傾きを制御する電流ゲイン制御手段と、
    を備え、出射光を前記反射ミラーで走査することで画像を投射表示させる画像表示装置であって、
    前記複数の光源の閾値電流および光量−画像信号特性の傾きを制御することを特徴とする画像表示装置。
11. 請求項１０に記載の画像表示装置において、
    前記閾値電流制御手段は、垂直帰線期間に第一基準信号レベルの映像を重畳する表示位置を映像フレーム毎でランダムな表示位置となるよう制御することを特徴とする画像表示装置。
12. 複数の光源と、
    前記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、
    前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、
    前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、
    前記複数の光源の光量を測定する光センサと、
    を備え、出射光を前記反射ミラーで走査することで画像を投射表示させる画像表示装置であって、
    入力映像信号の８画素以下の単位での平均信号レベルの最小値が第一基準信号レベルの２倍以上となる重畳可能位置をフレーム毎に検出し、
    該重畳可能位置の内、いずれかをフレーム毎にランダムに選択し、
    前記入力映像信号の垂直帰線期間に前記第一基準信号レベルの映像を選択した重畳可能位置に重畳する映像重畳手段を含むことを特徴とする画像表示装置。

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