JP2010054879A - 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】光源特性の変化に応じた光量補正を行うことが可能な技術を提供する。
【解決手段】測定光量ＰをＰ＝ａ×Ｄ＋ｂ（Ｄは階調値、ａ，ｂは係数）と表現するとともに、目標光量ＴをＴ＝Ｍ×Ｄ（Ｍは定数）と表現する。光量補正部は、異なる階調値Ｄを用いた複数回の光量測定時における目標光量Ｔと測定光量Ｐとの誤差δを順次求め、誤差δを最小化するように係数ａ，ｂを順次補正する。そして、補正された係数ａ，ｂに基づいて、画素値と駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、光源部の光量を補正する。
【選択図】図３

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。レーザスキャンディスプレイは、これらの特徴から、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。

また、従来は、特にレーザをＰＷＭ駆動する場合の光量補正については全く考慮されていなかった。なお、このような問題は、レーザ以外の光源素子を用いた場合にも共通する問題であった。

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に行うことが可能な技術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、
光源素子を含む光源部と、
画素値に応じてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号に応じて前記光源素子を駆動する駆動回路と、
前記光源部の光量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部で測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する光量補正部と、
を備え、
測定光量ＰをＰ＝ａ×Ｄ＋ｂ（Ｄは階調値、ａ，ｂは係数）と表現するとともに、目標光量ＴをＴ＝Ｍ×Ｄ（Ｍは定数）と表現したとき、
前記光量補正部は、
異なる階調値Ｄを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Ｔと前記測定光量Ｐとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数ａ，ｂを順次補正するとともに、
前記補正された係数ａ，ｂに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正する、光源装置。
この光源装置によれば、測定光量Ｐと目標光量Ｔとの間の誤差δを最小化するように係数ａ，ｂを順次補正し、補正された係数ａ，ｂに基づいて光量補正を行うので、光源特性の変化に応じた光量補正を行うことができる。

［適用例２］
請求項１記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記誤差δと前記階調値Ｄとの積の累算値ΣδＤを用いて前記係数ａを順次補正するとともに、前記誤差δの累算値Σδを用いて前記係数ｂを順次補正する、光源装置。

［適用例３］
請求項２記載の光源装置であって、
前記光量補正部は、
前記係数ａの今回値ａ_kを、前記係数ａの前回値ａ_k-1から、前記誤差δと前記階調値Ｄとの積の累算値ΣδＤに比例した値を減算することによって求めるとともに、
前記係数ｂの今回値ｂ_kを、前記係数ｂの前回値ｂ_k-1から、前記誤差δの累算値Σδに比例した値を減算することによって求める、光源装置。
この光源装置によれば、１回の光量測定毎に、係数ａ，ｂを順次算出してゆくことが可能である。

［適用例４］
請求項１ないし３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、
前記画素値を補正するための第１と第２の補正係数を前記係数ａ，ｂに応じて算出する補正係数算出部と、
前記画素値を前記階調値Ｄとして受信し、前記第１と第２の補正係数に応じて前記画素値を補正するとともに、補正後の画素値を前記ＰＷＭ信号生成部に供給する画素値補正部と、
を備える光源装置。
この光源装置によれば、画素値を補正することによって、目標光量を達成することが可能である。

［適用例５］
請求項１ないし３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、
前記駆動回路の電源電圧を調整するための第１の補正係数を前記係数ａに応じて算出するとともに、前記画素値を補正するための第２の補正係数を前記係数ｂに応じて算出する補正係数算出部と、
前記第１の補正係数に応じて前記駆動回路の電源電圧を調整する電源電圧調整部と、
前記画素値を前記階調値Ｄとして受信し、前記第２の補正係数に応じて前記画素値を補正するとともに、補正後の画素値を前記ＰＷＭ信号生成部に供給する画素値補正部と、
を備える光源装置。
この光源装置によれば、駆動回路の電源電圧の調整と、画素値の補正とを利用して、目標光量を達成することが可能である。

［適用例６］
請求項１ないし３のいずれかに記載の光源装置であって、
前記駆動回路は、
第１の電流を前記光源素子に常時流す第１の定電流回路と、
前記第１の電流に加えて、第２の電流を前記光源素子に流すための第２の定電流回路と、
前記ＰＷＭ信号に応じて、前記第２の電流の前記光源素子への流れをオン／オフ制御するスイッチング回路と、
を備え、
前記光量補正部は、
前記階調値として前記第２の電流の値を示す信号値を使用し、
前記係数ｂに応じて前記第１の定電流回路の前記第１の電流の値を調整するとともに、前記係数ａに応じて前記第２の定電流回路の前記第２の電流の値を調整する、光源装置。
この光源装置によれば、第１と第２の定電流回路の電流値を調整することによって、目標光量を達成することが可能である。

［適用例７］
請求項６記載の光源装置であって、
前記補正部は、前記第１の電流が前記光源素子の閾値電流に等しくなるように前記第１の電流の値の調整を実行する、光源装置。
この光源装置によれば、第２の電流のオン／オフ制御に応じて発光の開始と停止を素早く切り換えることが可能である。

［適用例８］
請求項１ないし７のいずれかに記載の光源装置であって、
前記光源部は、前記画素値と前記光量との関係が非線形である非線形特性を有しており、
前記光量測定部は、
前記光源部から射出された光の光量を測定する光センサと、
前記光センサによって計測された光量に対して前記非線形特性を線形特性に変換する非線形変換を実行することによって換算光量を求め、前記換算光量を前記測定光量Ｐとして算出する換算光量算出部と、
を備える光源装置。
この光源装置によれば、非線形特性を有する光源部を用いる場合にも、光源特性の変化に応じた光量補正を行うことが可能である。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、光源装置、光源装置の光量補正方法、光源装置を備える表示装置、そ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形態で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態（画素値の補正による光量補正）：
Ｂ．第２実施形態（画素値と駆動回路の電源電圧値の補正による光量補正）：
Ｃ．第３実施形態（駆動回路のバイアス電流値と信号電流値の補正による光量補正）：
Ｄ．第４実施形態（波長変換素子を有する光源を用いた場合の光量補正）：
Ｅ．変形例：

Ａ．第１実施形態（画素値の補正による光量補正）：
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成ブロック図である。この画像表示装置は、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である。この画像表示装置は、映像信号処理回路１０１０と、ＲＧＢ３色分の光源装置１１００Ｒ，１１００Ｇ，１１００Ｂと、光線合成光学系１０４０と、レーザ光走査部１０５０と、走査駆動部１０６０と、タイミング信号発生回路１０７０と、画素同期クロック発生回路１０８０とを備えている。赤色光の光源装置１１００Ｒは、ＰＷＭ信号発生回路１５００と、レーザドライバ１０２０と、赤色発光用のレーザ素子１０３０と、ハーフミラー１０３５と、光電変換素子１０９０と、Ｉ／Ｖ変換器１０９１と、Ａ／Ｄ変換器１０９２と、光量補正回路１２００とを有している。他の色光の光源装置１１００Ｇ，１１００Ｂの構成は、レーザ素子以外は赤色光の光源装置１１００Ｒの構成と同じである。

映像信号処理回路１０１０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（垂直同期信号及び水平同期信号）を入力とし、これらの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、この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。この際、映像信号処理回路１０１０は、画像表示装置のγ特性を考慮した逆γ補正を、元の映像信号の階調値に対して行うのが普通である。なお、以下では、映像信号処理回路１０１０から出力される階調データを、「画素値Ｄ」又は「画素データＤ」とも呼ぶ。

映像信号処理回路１０１０は、タイミング信号発生回路１０７０から供給されるフレームタイミング信号Ｆｔ及び走査タイミング信号Ｓｔと、画素同期クロック発生回路１０８０から供給される画素同期クロック信号ＣＬとに同期して、内部メモリに格納されている３色のデジタル画素データを読み出して、３つの光源装置１１００Ｒ，１１００Ｇ，１１００Ｂに供給する。光源装置１１００Ｒ，１１００Ｇ，１１００Ｂは、それぞれの画素データに応じてレーザ素子１０３０を駆動してレーザ光を発光する。各色用の光源装置１１００Ｒ，１１００Ｇ，１１００Ｂから射出された３色のレーザ光は、光線合成光学系１０４０で合成されて、レーザ光走査部１０５０によって走査される。光線合成光学系１０４０としては、ダイクロイックプリズムや、２枚のダイクロイックミラーを利用可能である。レーザ光走査部１０５０は、例えば、反射ミラーを有する共振型のＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)スキャナである。

各色のレーザ光は、また、ハーフミラー１０３５を介して光電変換素子１０９０に入射する。光電変換素子１０９０は、レーザ素子１０３０の光量Ｗを示す受光センサ信号Ｉｐｄを生成する。この受光センサ信号Ｉｐｄは電流信号なので、Ｉ／Ｖ変換器１０９１によって電圧信号ＶＬに変換され、さらに、Ａ／Ｄ変換器１０９２でデジタル光量信号Ｐに変化されて光量補正回路１２００に供給される。この光量信号Ｐは、１画素当たりの測定光量又は１画素の平均光量を示している。光量補正回路１２００は、この光量信号Ｐに基づいて画素値を補正することによって、光量補正を実行する。この光量補正の内容については後述する。

タイミング信号発生回路１０７０は、所定の検出位置に設けられた光センサ１０７０ａを有しており、この光センサ１０７０ａでレーザ光を検出したタイミングに合わせて、フレームタイミング信号Ｆｔと、走査タイミング信号Ｓｔとを発生する。フレームタイミング信号Ｆｔは、１フレームの開始を規定するパルス状の信号である。走査タイミング信号Ｓｔは、１水平走査期間の開始及び終了を規定するパルス状の信号である。画素同期クロック発生回路１０８０は、走査タイミング信号Ｓｔに応じて、個々の画素位置に同期した画素同期クロックＣＬを発生する。

図２は、画像表示装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。時刻ｔ１では、レーザ光走査部１０５０の反射ミラーの回転角θ１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では、反射ミラーの回転角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する。このとき、時刻ｔ１において、タイミング信号発生回路１０７０からフレームタイミング信号Ｆｔが出力され、また、時刻ｔ２において１水平走査期間Ｈ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において、反射ミラーの回転角θ１が１水平走査期間Ｈの終了位置に対応する角度と一致する。このとき、時刻ｔ３において、タイミング信号発生回路１０７０から１水平走査期間Ｈの終了を規定する走査タイミング信号Ｓｔが出力される。時刻ｔ４以降も同様の動作が繰り返される。

画素同期クロック発生回路１０８０は、走査タイミング信号Ｓｔに応じて画素同期クロック信号ＣＬを生成する。画素同期クロック信号ＣＬのパルス間隔は、レーザ光の照射位置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の両端付近の時刻ｔ２，ｔ１０〜ｔ１２，ｔ１８〜ｔ２０，ｔ３ではパルス間隔は長くなる。これは、レーザ光走査部１０５０の反射ミラーの回転角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。

なお、レーザ光走査部１０５０として、ポリゴンミラーとｆθレンズを用いた走査光学系を用いてもよい。この場合には、１画素の区間は、すべての走査範囲で一定となる。

図３は、ＰＷＭ信号発生回路とレーザドライバと光量補正回路の内部構成を示す説明図である。光量補正回路１２００は、画素値補正回路１２１０と、補正係数算出回路１２２０とを有している。

画素値補正回路１２１０は、補正係数算出回路１２２０から供給される補正係数Ｄａ，Ｄｂに基づいて画素値Ｄを補正し、補正後の画素値ＤcrをＰＷＭ信号発生回路１５００に供給する。第１実施形態では、補正後の画素値Ｄcrは、以下の式に従って算出される。

ここで、Ｄｎは予め設定された規格化定数であり、例えばＤｎ＝２５５が利用される。

ＰＷＭ信号発生回路１５００は、タイミング信号生成回路１５１０と、三角波信号生成回路１５２０と、コンパレータ１５３０と、画素値電圧生成回路１５４０とを有している。三角波信号生成回路１５２０は、オペアンプ１５２１と積分容量１５２３を用いた積分回路を有している。また、積分容量１５２３と並列にスイッチングトランジスタ１５２２が設けられている。オペアンプ１５２１のマイナス入力端子には、タイミング信号生成回路１５１０から充電信号Ｖｉが入力される。スイッチングトランジスタ１５２２のゲート電極には、タイミング信号生成回路１５１０から容量リセット信号Ｃresetが入力される。この容量リセット信号Ｃresetは、三角波信号Ｔriの発生を１画素期間の終期で確実に停止させるための信号である。なお、三角波信号生成回路としては、図３に示した回路以外の種々の回路を採用可能である。コンパレータ１５３０は、三角波信号Ｔriと、画素値電圧信号Ｖdとを比較して、ＰＷＭ信号Ｓpwmを生成する。画素値電圧信号Ｖｄは、光量補正回路１２００から供給された補正後の画素値Ｄcrを、画素値電圧生成回路１５４０が所定の変換式（後述）に従って変換した信号である。こうして生成されたＰＷＭ信号Ｓpwmは、レーザドライバ１０２０に供給される。

レーザドライバ１０２０は、電流制限用の抵抗１０２２と、駆動トランジスタ１０２４との直列接続を有している。これらの抵抗１０２２と駆動トランジスタ１０２４は、電源電位Ｖlaserと接地電位との間において、レーザ素子１０３０と直列に接続されている。PWM信号発生回路１５００から出力されたＰＷＭ信号Ｓpwmは、駆動トランジスタ１０２４の制御端子に入力され、駆動トランジスタ１０２４をオン／オフ制御する。

図４は、ＰＷＭ信号を用いたレーザ駆動の様子を示すタイミングチャートである。画素値Ｄは、画素同期クロックＣＬに同期して画素値電圧生成回路１５４０に供給され、これに応じて画素値信号Ｖｄが生成される。但し、画素値信号Ｖｄは、画素値補正回路１２１０で補正された画素値Ｄcrに応じた電圧値を有する信号である。充電信号Ｖｉと容量リセット信号Ｃresetは、画素同期クロック信号ＣＬから所定時間だけそれぞれ遅延したタイミングでそれぞれ発生する。各画素期間の初めには、まず、充電信号ＶｉがＨレベルとなり、これに応じて三角波信号生成回路１５２０が充電されて、三角波信号Ｔriの電圧値が上昇する。その後、充電信号ＶｉがＬレベルになると、三角波信号生成回路１５２０が放電して三角波信号Ｔriの電圧値が下降する。容量リセット信号Ｃresetは、１画素期間の終期において積分容量１５２３を短絡させて放電することによって、三角波信号Ｔriを強制的にリセットする機能を有している。ＰＷＭ信号Ｓpwmは、三角波信号Ｔriが画素値信号Ｖｄより大きな期間でＨレベルとなり、三角波信号Ｔriが画素値信号Ｖｄより小さな期間でＬレベルとなる。このＰＷＭ信号Ｓpwmに応じてレーザ駆動電流Ｉが流れ、レーザ素子１０３０が発光する。

図５は、本実施形態のＰＷＭ変調において想定しているＰＷＭ信号ウィンドウと、実際のＰＷＭ信号との関係を示す説明図である。ＰＷＭ信号ウィンドウPwm_Windowは、画素同期クロック信号ＣＬの立上りエッジから所定の期間だけ遅延して開始される一定幅の期間である。図２で説明したように、１画素期間は、レーザ光の走査位置に応じて変化するが、ＰＷＭ信号ウィンドウPwm_Windowは画素位置に依らずに一定の値に保たれる。ＰＷＭ信号Ｓpwmは、このＰＷＭ信号ウィンドウ内においてのみＨレベルに立ち上がる。ＰＷＭ信号Ｓpwmのデューティは、補正後の画素値Ｄcr（図３）に応じて決定される。ここで、ＰＷＭ信号Ｓpwmのデューティとは、ＰＷＭ信号Ｓpwmのパルス幅Pwm_Widthを、ＰＷＭ信号ウィンドウPwm_Windowで除した値である。デューティが大きいほどレーザ駆動電流Ｉが流れる時間が長いので、レーザ光量Ｗdtがより増大する。なお、レーザ光量Ｗdtは、レーザ駆動電流Ｉが流れ初めてから多少の遅れ時間ｔｄの後に立ち上がる。この理由は、半導体レーザは、電流を流し始めると活性領域のキャリア密度が増加し始め、キャリア密度が閾値に達した後にレーザ発光が開始されるからである。従って、デューティがある程度以上大きくならないと、レーザ光量はゼロになる。

図６（Ａ）は、デューティと光量Ｗ（１画素当たりの平均光量）の関係を示すグラフである。上述した発光の遅れ時間ｔｄのために、デューティが閾値Duty_th以下の範囲（オフセットの範囲）では、光量Ｗはゼロであり、その後、デューティが増加すると光量Ｗは直線的に増加する。光量Ｗが０を超えている範囲は、有効駆動範囲として利用可能である。図６（Ｂ）は、レーザ素子の特性の一例を示すグラフである。横軸はレーザ駆動電流を示し、縦軸はレーザ素子の電圧と、単位時間当たりの光量Ｗdtを示している。単位時間当たりの光量Ｗdtは、レーザ駆動電流Ｉが閾値電流Ｉthに達するまではほぼゼロであり、その後、駆動電流Ｉとともに直線的に増加する。駆動電流Ｉの傾きηは、「微分効率」とも呼ばれている。第１実施形態のＰＷＭ変調では、閾値電流Ｉthよりも十分に大きな駆動電流値Ｉｍでレーザ素子を発光させている。なお、図６（Ａ）のグラフの平均光量Ｗは、単位時間当たりの光量Ｗdtを１画素期間（すなわちウィンドウPwm_Window）で平均した値である。

図６（Ａ）に示すデューティと平均光量Ｗの関係は、以下の式で表現される。

ここで、ｆは図６（Ａ）のグラフの傾きである。

図４に示したPWM信号発生回路１５００の動作では、画素値電圧Ｖｄが小さいほどデューティが増加している。従って、画素値電圧Ｖｄは、画素値Ｄが大きいほど低下するように設定される。このような特性は、以下の式で表される。

ここで、Duty₀は、画素値電圧Ｖｄがゼロの場合のデューティ値であり、これは、デューティの上限値に相当する。Ｋ_dは定数である。また、ＧｐとＶｄ₀は画素値電圧生成回路１５４０（図３）の設定値であり、(1.5)式は画素値電圧生成回路１５４０における変換を表している。(1.4)，(1.5)式から、画素値Ｄが大きいほど画素値電圧Ｖｄが小さくなり、デューティ値が大きくなる（上限値Duty₀に近づく）ことが理解できる。

図１に示した受光センサ信号Ｉｐｄと、その電圧信号ＶＬと、測定光量Ｐは、それぞれ以下の式で表される。

ここで、Ｗは１画素当たりの平均光量であり、Ｋpd，Ｒ，Ｇadはそれぞれの回路１０９０，１０９１，１０９２における変換係数である。

上記(1.2)〜(1.8)式を用いると、測定光量Ｐは以下の式で表される。

上記(1.9)式において、測定光量Ｐは、画素値Ｄの１次関数の形式で書き表されている。この１次関数の第１の係数ａは傾きであり、第２の係数ｂは切片である。また、(1.12)，（1.13)式において、画素値用の２つの補正係数Ｄａ，Ｄｂは、これらの係数ａ，ｂのみを変数としていることが理解できる。

光量補正回路１２００における光量補正の原理は以下の通りである。まず、目標光量Ｔを、次式のように、画素値Ｄに比例するものと仮定する。

ここで、係数Ｍは、画素値Ｄがその最大値（例えば２５５）のときに、目標光量Ｔがその最大値となるように予め決定された値である。一方、測定光量Ｐは、上記（1.9)式に示したように、Ｐ＝ａ×Ｄ＋ｂと表される。

図７は、光量補正の原理を説明するための説明図である。図７（Ａ）に示すように、ある階調値Ｄｋに対応する目標光量をＴｋ、測定光量をＰｋとすると、ＰｋとＴｋとの差は光量誤差δｋで表される。この光量誤差δｋを最小化するように係数ａ，ｂを順次修正し、修正後の係数ａ，ｂに応じて画素値の補正係数Ｄａ，Ｄｂを補正することが、本実施形態における光量補正の基本的な考え方である。

理想的な状態では、測定光量Ｐと目標光量Ｔとが一致するように画素値の補正係数Ｄａ，Ｄｂが設定される。但し、図６（Ｂ）に示したレーザ特性（閾値電流Ｉth及び微分効率η）が変化すると、図７（Ｂ）〜（Ｅ）のように測定光量Ｐと目標光量Ｔに誤差が生じるので、この誤差を解消するように画素値の補正係数Ｄａ，Ｄｂが修正される。例えば、図７（Ｂ），（Ｃ）は、閾値電流Ｉthが変化して測定光量Ｐの係数ｂが変化した場合を示す。図７（Ｄ），（Ｅ）は、微分効率ηが変化して測定光量Ｐの係数ａが変化した場合を示す。上記(1.12),(1.13)式で与えられているように、係数ａは第１の補正係数Ｄａに対応する変数であり、係数ｂは第２の補正係数Ｄｂに対応する変数なので、図７（Ｄ），（Ｅ）の場合は第１の補正係数Ｄａを補正し、図７（Ｂ），（Ｃ）の場合は第２の補正係数Ｄｂを補正すれば良いことがわかる。

画素値の補正係数Ｄａ，Ｄｂの設定は、複数の画素値Ｄに対応する目標光量Ｔと測定光量Ｐとの誤差δ（＝Ｐ−Ｔ）を順次測定して、その誤差δを最小化する係数ａ，ｂを求め、これらの係数ａ，ｂに基づいて画素値の補正係数Ｄａ，Ｄｂを決定することによって実行される。誤差δの測定回数が少ないと測定誤差による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。誤差δを最小化するように係数ａ，ｂを逐次的に求める方法としては、最急降下法や共役勾配法などの各種の数値最適化法を利用することが可能である。本実施形態では、以下に説明するように、最急降下法を用いて、光量誤差δの２乗和を最小化する係数ａ，ｂを逐次的に探索する。

ここで、階調値Ｄを設定して測定光量Ｐを測定する手順を１番目からｋ番目まで繰り返した時、階調値｛Ｄ１、Ｄ２、・・、Ｄｉ、・・、Ｄｋ｝に対する測定光量を｛Ｐ１、Ｐ、・・、Ｐｉ、・・、Ｐｋ｝とし、目標光量を｛Ｔ１、Ｔ２、・・、Ｔｉ、・・、Ｔｋ｝とする。評価関数ε_kを下記式のように誤差δの２乗和として表し、この評価関数ε_kを最小化する係数ａ，ｂをｉ番目の測定に関して逐次的に求める。係数ａ、ｂの変化による傾斜を求めて、その方向に係数ａ、ｂを補正する最急降下法を用いると、ｋ番目の測定によって修正された係数ａｋ、ｂｋは、下記式で表すことができる。なお、μ_a及びμ_bは係数である。

上記(1.17)，(1.18)式の偏微分の項∂ε_k／∂ａ，∂ε_k／∂_bは次式で表される。

従って、(1.17)〜(1.20)式から次式が導かれる。

さらに、逐次的に計算できるように変形すると、次式が得られる。

こうして逐次的に係数ａ，ｂが算出されると、これらの係数ａ，ｂに応じて、上記(1.12),(1.13)式に従って、画素値の補正係数Ｄａ，Ｄｂを求めることができる。なお、係数ａ，ｂの初期値ａ₀，ｂ₀としては、任意の値を設定可能である。

このような逐次的な光量補正がうまく進めば、係数ａは目標光量Ｔの式Ｔ＝Ｍ×Ｄにおける係数（目標傾斜）Ｍに収束し、また、係数ｂはゼロに収束する。従って、測定光量Ｐは、画素値Ｄに比例するものとなる。

図８は、第１実施形態における光量補正回路の機能を示すブロック図である。制御対象１４００は、ＰＷＭ信号発生回路１５００と、レーザドライバ１０２０と、レーザ素子１０３０と、光検出回路１０９０〜１０９２の動作を代表している。補正係数算出回路１２２０（図３）の機能は、図８において、９つの演算ブロック１４０１〜１４０９によって表現されている。これらの演算ブロック１４０１〜１４０９の演算は、上記(1.15)式、(1.23)〜(1.27)式及び(1.12)〜(1.13)式に従ったものである。

図９は、図８における第２の補正係数Ｄｂを求める演算ブロック１４０７〜１４０９を具体的な回路で実現する場合の構成例を示している。図９（ａ）では、誤差積算要素１４０７と、補正要素１４０８と、変数変換要素１４０９が直列に接続されている。図９（Ｂ）は、これらを遅延要素１４１０、１４１１及び利得要素を使って表現したブロック図である。遅延要素１４１０は誤差の積算を行い、遅延要素１４１１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、上記(1.26)式を次の(1.28)式のように変形する。

(1.30)式をブロック図で表現すれば図９（ｃ）のようになり、遅延要素１４１０の出力を利得要素１４１３でμ_b／Ｋ倍して遅延要素１４１２へ送ることで、図９（ｂ）と等価な動作をすることが理解できる。

さて、遅延要素をフリップフロップで実現するためには、演算の桁落ちを防止することが好ましい。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１４１４，１４１５で置き換えると図９（ｄ）が得られる。図９（ｃ）と図９（ｄ）が等価な動作をするためには、各利得が次式の関係を満たせばよい。

図１０は、図８における第１の補正係数Ｄａを求める演算ブロック１４０４〜１４０６を具体的な回路で実現する場合の構成例を示している。図１０（ａ）では、誤差積算要素１４０４と、補正要素１４０５と、変数変換要素１４０６が直列に接続されている。図１０（ｂ）は、これらの演算を、遅延要素１４２３，１４２１及び利得要素１４２０，１４２２を使って表現したブロック図である。この図を見ると２つの利得要素１４２０、１４２２を、図１０（ｃ）の様に１つの利得要素１４２４にまとめて、その出力を遅延要素１４２５に送るようにしても、入出力間の動作は変わらないことがわかる。これは、上記(1.24)式を次のように変形することに対応する。

さて、図９（ｄ）と同様に、適宜に利得を挿入した上で遅延要素１４２４，１４２５をフリップフロップ１４２７，１４２８で置き換えると図１０（ｄ）が得られる。ここで利得要素１４２６は回路の共通化のための利得調整用に挿入したものである。各利得が次式を満たせば図１０（ｃ）と図１０（ｄ）は等価な動作となる。

以上のように、第１実施形態では、測定光量Ｐ（Ｐ＝ａ×Ｄ＋ｂ）と、目標光量Ｔ（Ｔ＝Ｍ×Ｄ）に関して、画素値Ｄに関する誤差δを最小化する係数ａ，ｂを逐次的に求め、これらの係数ａ，ｂに応じて画素値Ｄを補正することによって光量を補正している。この結果、発光素子の特性に変化が生じても、画素値Ｄに比例した目標光量Ｔが得られるような光量補正を実現することが可能である。

なお、第１実施形態における光量補正は、画像表示装置の動作中に定期的に行うことが好ましい。また、光量補正は、画像の表示中か否かに依らず、任意のタイミングで実行することが可能である。例えば、画像の表示中に光量補正を行っても良く、あるいは、帰線期間中に光量補正を行っても良い。画像の非表示中（例えば帰線期間中）に光量補正を行う場合には、ハーフミラー１０３５（図１）の角度を変更する機構を設けることが好ましい。そして、この機構を利用して、光量補正の実行中においてのみレーザ光を光電変換素子１０９０に向けて反射する角度に設定し、光量補正を行わないときにはレーザ光の光路を邪魔しない角度に設定することが好ましい。こうすれば、画像表示中の輝度を低下させることなく光量補正を行うことが可能である。なお、このようにミラーの角度を変更する機構を用いる場合には、ハーフミラーの代わりに全ミラーを用いてもよい。

Ｂ．第２実施形態（画素値と駆動回路の電源電圧値の補正による光量補正）：
図１１は、第２実施形態におけるＰＷＭ信号発生回路とレーザドライバと光量補正回路の内部構成を示す説明図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。第２実施形態では、光量補正回路１２００ａが、画素値Ｄを補正するとともに、レーザドライバ１０２０の電源電圧Ｖlaserを補正することによって、光量補正を実現している。補正係数算出回路１２２０ａは、画素値用の補正係数Ｄｂと、電源電圧用の補正係数Ｄvlaserとを算出する。なお、後者を「電源電圧指令値Ｄvlaser」とも呼ぶ。画素値補正回路１２１０ａは、画素値用の補正係数Ｄｂに応じて画素値Ｄを次式に従って補正する。

電源制御回路１１２０は、電源電圧用の補正係数Ｄvlaserに応じてレーザドライバ１０２０の電源電圧Ｖlaserを設定する。この補正係数Ｄvlaserは、例えば、電源電圧Ｖlaserの値を示すデジタル値である。なお、ＰＷＭ信号発生回路１５００とレーザドライバ１０２０の構成は、第１実施形態と同じである。

図１２は、電源電圧Ｖlaserを変化させた場合の発光光量の変化の一例を示すグラフである。電源電圧Ｖlaserが増大すると、１画素当たりの平均光量Ｗの傾きｆが増大し、デューティの閾値Duty_thは低下する。

第２実施形態におけるデューティと平均光量Ｗの関係は、以下の式で表現される。

平均光量Ｗの傾きｆ（図１２）は、以下で表される。

ここで、Ｋ_f，ｆ₀は定数である。

なお、レーザ素子のＩ−Ｖ特性は、前述した図６（Ｂ）に示したように非線形である。但し、ＰＷＭ変調で使用する駆動電流Ｉｍの近傍ではＩ−Ｖ特性はほぼ直線的なので、上記(2.4)のように平均光量Ｗの傾きｆを電源電圧用の補正係数Ｄvlaserの一次関数で表現しても、実用上の問題はない。

第１実施形態の(1.4)，(1.5)式と同様に、デューティと画素値電圧Ｖｄは以下の式で表現される。

また、第１実施形態の(1.6)〜(1.8)式と同様に、受光センサ信号Ｉｐｄと、その電圧信号ＶＬと、測定光量Ｐは、それぞれ以下の式で表される。

上記(2.2)〜(2.9)式を用いると、測定光量Ｐは以下の式で表される。

(2.10)式に示すように、第２実施形態においても、測定光量ＰはＰ＝ａ×Ｄ＋ｂの形式で書き表されている。なお、上記(2.10)〜(2.15)式と、第１実施形態の(1.9)〜(1.14)式とを比較すれば、電源電圧用の補正係数Ｄvlaserは、第１実施形態の第１の補正係数Ｄａに対応していることが理解できる。また、第２実施形態における第２の補正係数Ｄｂと、第１実施形態における第２の補正係数Ｄｂも対応関係にあるが、具体的な内容は若干異なっている。なお、仮に、第２実施形態において、第１実施形態と同様に上記(1.1)式に従った画素値の補正を行うと、画素値用の補正係数Ｄａ，Ｄｂと電源電圧用の補正係数Ｄvlaserの３つが変数になるので、これらの３つの変数Ｄａ，Ｄｂ，Ｄlaserを２つの係数ａ，ｂから決定することができない。そこで、第２実施形態では、画素値補正回路１２１０ａ（図１１）において１つの補正係数Ｄｂのみを用いた補正を実行し、この補正係数Ｄｂと電源電圧用の補正値Ｄvlaserとを、係数ａ，ｂから決定できるように工夫されている。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、複数の画素値Ｄに対応する目標光量Ｔ（Ｔ＝Ｍ×Ｄ）と、測定光量Ｐとの誤差δ（δ＝Ｐ−Ｔ）を測定し、それらの誤差δを最小化する係数ａ，ｂを求め、これらの係数ａ，ｂに基づいて補正係数Ｄvlaser，Ｄｂを決定する。なお、係数ａ，ｂを求めるための最急降下法では、第１実施形態で説明した(1.16)〜(1.27)式をそのまま利用できるので、ここでは記載を省略する。

図１３は、第２実施形態における光量補正回路の機能を示すブロック図である。補正係数算出回路１２２０ａ（図１１）の機能は、図１３において、９つの演算ブロック１４０１〜１４０９ａによって表現されている。なお、図８との差異は、補正係数算出回路１２２０ａの２つの演算ブロック１４０６ａ，１４０９ａと画素値補正回路１２１０ａの演算内容だけである。なお、演算ブロック１４０６ａ，１４０９ａの演算は、上記(2.13)，(2.14)式に対応している。

図１４は、補正係数算出回路１２２０ａの演算ブロック１４０３〜１４０９ａの詳細を示す説明図であり、第１実施形態の図９，図１０に対応している。図１４（ａ）の演算ブロック１４０３〜１４０９ａは、図１３と同じものである。これを単位演算に分解して表現すると図１４（ｂ）が得られる。ここでｂ_k/ａ_kを求める演算回路は除算なので回路構成が煩雑である。そこで、以下のように回路を変更してもよい。制御ループがうまく動作すると、係数ａ_kは目標光量Ｔの式Ｔ＝Ｍ×Ｄにおける定数Ｍに近づく。そこで、図１４（ｂ）の係数ｂ_kを求める演算ブロックにおいて、係数ａ_kを定数Ｍで置き換えると図１４（ｃ），（ｄ）が得られる。この近似により、係数ａ_kを求める系列と係数ｂ_kを求める系列を分離できるので、図１４（ｄ）のように回路構成を簡単化できる。図１４（ｃ）、（ｄ）の回路構成では、上記(2.14)式が以下の(2.14a)式に置き換えられていることが理解できる。

ここでは、画素値用の補正係数Ｄｂが、係数ａに依存せず、係数ｂのみから算出されている。

以上のように、第２実施形態においては、測定光量Ｐ（Ｐ＝ａ×Ｄ＋ｂ）と、目標光量Ｔ（Ｔ＝Ｍ×Ｄ）に関して、画素値Ｄに関する誤差δを最小化する係数ａ，ｂを逐次的に求め、これに応じて画素値Ｄとレーザドライバの駆動電圧Ｖlaserとを補正することによって光量を補正している。この結果、発光素子の特性に変化が生じても、画素値Ｄに比例した目標光量Ｔが得られるような光量補正を実現することが可能である。なお、第２実施形態における光量補正も、画像の表示中か否かに依らず、任意のタイミングで実行することが可能である。

Ｃ．第３実施形態（駆動回路のバイアス電流値と信号電流値の補正による光量補正）：
図１５は、第３実施形態で使用するレーザドライバ１０２０ｂの回路構成を示す図である。レーザドライバ１０２０ｂは、２つの定電流回路１６１０、１６２０と、スイッチング回路１６３０とを有している。第１の定電流回路１６１０は、オペアンプ１６１２と、電流発生用のトランジスタ１６１４と、抵抗１６１６で構成されている。第２の定電流回路１６２０も、同様に、オペアンプ１６２２と、電流発生用のトランジスタ１６２４と、抵抗１６２６で構成されている。第１の定電流回路１６１０は、レーザ素子１０３０に一定のバイアス電流Ｉbiasを常時流すための回路である。第２の定電流回路１６２０は、ＰＷＭ信号ＳpwmがＨレベルの期間に、一定の信号電流Ｉsigを加えるための回路である。なお、信号電流Ｉsigを「発光電流Ｉsig」とも呼ぶ。

スイッチング回路１６３０は、ＰＷＭ信号Ｓpwmに応じて、信号電流Ｉsigをレーザ素子１０３０に流すか否かを切り換える回路である。スイッチング回路１６３０は、２つのスイッチングトランジスタ１６３２，１６３４と、インバータ１６３６と、抵抗１６３８とを有している。抵抗１６３８と第１のスイッチングトランジスタ１６３２は直列に接続されており、これらが電源Ｖlaserと第２の定電流回路１６２０との間に介挿されている。第２のスイッチングトランジスタ１６３４は、レーザ素子１０３０と第２の定電流回路１６２０との間に介挿されている。なお、ここでは、スイッチングトランジスタ１６３２，１６３４としてＰＭＯＳトランジスタが使用されている。ＰＷＭ信号Ｓpwmは、第１のスイッチングトランジスタ１６３２の制御端子に供給されており、また、インバータ１６３６を介して第２のスイッチングトランジスタ１６３４の制御端子にも供給されている。ＰＷＭ信号ＳpwmがＨレベルの期間では、第１のスイッチングトランジスタ１６３２がオフとなり、第２のスイッチングトランジスタ１６３４がオンとなる。従って、レーザ素子１０３０には、バイアス電流Ｉbiasと信号電流Ｉsigとを合計した電流が流れる。一方、ＰＷＭ信号ＳpwmがＬレベルの期間では、第１のスイッチングトランジスタ１６３２がオンとなり、第２のスイッチングトランジスタ１６３４がオフとなる。従って、レーザ素子１０３０には、バイアス電流Ｉbiasのみが流れる。なお、第１のスイッチングトランジスタ１６３２と抵抗１６３８を省略し、第２のスイッチングトランジスタ１６３４のみを用いて信号電流Ｉsigをオン／オフ制御してもよい。

図１６は、レーザドライバ１０２０ｂの動作を示すタイミングチャートである。レーザ素子１０３０には常にバイアス電流Ｉbiasが流れており、ＰＷＭ信号ＳpwmがＨレベルの期間において、バイアス電流Ｉbiasと信号電流Ｉsigを合計した電流が流れる。従って、ＰＷＭ信号Ｓpwmの立ち上がりに応じて直ちに発光が開始される。

バイアス電流Ｉbiasの値は、第１の定電流回路１６１０のオペアンプ１６１２に入力されるバイアス指令電圧Ｖapc1に応じて調整される。信号電流Ｉsigの値は、第２の定電流回路１６２０のオペアンプ１６２２に入力される信号電流指令電圧Ｖapc2に応じて調整される。なお、定電流回路１６１０，１６２０は、外部から与えられる指令値Ｖapc1，Ｖapc2に応じてそれぞれ電流値を変更可能な定電流回路であればよく、図１５に示したもの以外の種々の回路構成を採用可能である。

図１７は、第３実施形態における光源装置の内部構成を示すブロック図である。この光源装置１７００Ｒは、図１における赤色光用の光源装置１１００Ｒに相当する回路部分である。光源装置以外の部分は図１と同じである。光源装置１７００Ｒは、ＰＷＭ信号発生回路１５００と、レーザドライバ１０２０ｂと、赤色光用のレーザ素子１０３０と、光電変換素子１０９０と、Ｉ／Ｖ変換器１０９１と、Ａ／Ｄ変換器１０９２と、光量補正回路１２００ｂとを有している。光量補正回路１２００ｂは、補正係数算出回路１２２０ｂと、疑似画素値適用回路１２３０とを有している。疑似画素値適用回路１２３０は、疑似画素値発生回路１２３２と、定数乗算回路（利得要素）１２３４と、乗算回路１２３６と、選択回路１２３８とを含んでいる。光源装置１７００Ｒは、さらに、調整用固定画素値レジスタ１７１０と、選択回路１７２０と、２つのＤ／Ａ変換器１７７０，１７８０とを有している。この光源装置１７００Ｒでは、光量補正によって２つの補正係数Ｄapc1，Ｄapc2が調整され、これらがＤＡ変換されて、バイアス指令電圧Ｖapc1及び信号電流指令電圧Ｖapc2としてレーザドライバ１０２０ｂに供給される。これらの回路の動作の詳細については後述する。なお、補正係数Ｄapc1，Ｄapc2を「電圧指令値Ｄapc1，Ｄapc2」とも呼ぶ。

図１８は、図１５のレーザドライバ１０２０ｂを用いた場合のデューティと平均光量Ｗの関係を示すグラフである。第３実施形態では、ＰＷＭ信号のデューティに対する平均光量Ｗのグラフは、オフセットがほとんどない特性を示す。オフセットが零になる条件は、バイアス電流Ｉbiasが閾値電流Ｉth（図６（Ｂ））に一致することである。また、図１８のグラフの傾きｆは、信号電流Ｉsigに依存して変化する。後で詳述するように、第３実施形態では、バイアス電流Ｉbiasと信号電流Ｉsigとを調整するため、画面描画の帰線期間において、ＰＷＭ信号のデューティを一定に固定し、疑似画素値Ｄｑ（後述する）を利用して光量補正を実行する。

図１９は、ＰＷＭ信号のデューティを一定値（例えば５０％）に固定した時のレーザ駆動電流Ｉと平均光量Ｗの関係を示すグラフである。デューティとレーザ駆動電流Ｉは、それぞれ次式で表される。

ここで、Ｈ１，Ｈ２は定数である。

平均光量Ｗは、以下の式で与えられる（式の導出は後述する）。

ここで、Ｆは定数であり、dlyはIsigとIbiasに依存する係数である。係数dlyについては後述する。

この(3.5)式は、以下のようにして得られる。まず、レーザ光量の瞬時値をｗ（ｔ）で表すと、１画素当たりの平均光量Ｗは次式で与えられる。

この(3.6)式は、バイアス電流Ｉbiasと閾値電流Ｉthの関係に応じて、以下のようにそれぞれ変形できる。

（１）Ｉbias＜Ｉthの場合
図２０は、Ｉbias＜Ｉthの場合の発光の様子を示すタイミングチャートである。このとき、レーザ発光は、信号電流Ｉsigの立ち上がりよりも少し遅れて立ち上がる。この遅れ時間をtdとする。この発光波形を矩形で近似すると、上記(3.6)式は以下のように変形できる。

(3.7)式は、上述した(3.5a)式と同じものである。なお、図２０から理解できるように、遅れ時間tdは信号電流Ｉsigとバイアス電流Ｉbiasに依存する。そこで、(3.9)式では、係数dlyがこれらのパラメータＩsig，Ｉbiasに依存することを示している。

ところで、遅れ時間tdは、レーザレート方程式から以下の式で表される。

ここで、τsはキャリア寿命（数ns）である。

図２１は、横軸にＩbias／Ithをとり、縦軸にtd/τsをとったグラフである。このグラフから理解できるように、バイアス電流Ｉbiasが閾値電流Ｉthに一致すると、遅れ時間tdがゼロになるので、上記(3.9)式の係数dlyもゼロになる。この結果、(3.7)式は次式で書き換えられる。

従って、バイアス電流Ｉbiasが閾値電流Ｉthに等しい場合には、１画素当たりの平均光量Ｗはデューティに比例して変化する（図１８参照）。

（２）Ｉbias＞Ｉthの場合
図２２は、Ｉbias＞Ｉthの場合の発光の様子を示すタイミングチャートである。この場合には、ＰＷＭ信号ＳpwmがＬレベルの期間においても、バイアス電流と閾値電流の差分（Ibias−Ith）に応じた光量でレーザが発光している。パルス幅Pwm_Widthでの発光波形を矩形で近似すると、上記(3.6)式は以下のように変形できる。

(3.12)式は、上述した(3.5b)式と同じものである。

図１７に示した回路において、受光センサ信号Ｉｐｄと、その電圧信号ＶＬと、測定光量Ｐと、レーザドライバ用の調整値Ｖapc1,Ｖapc2はそれぞれ以下の式で表される。

ここで、Ｋpd，Ｒ，Ｇad，Ｇdaは変換係数である。

上記(3.2)〜(3.5)式及び(3.14)〜(3.18)式を用いると、測定光量Ｐは以下の式で表される。

なお、係数Ｋは係数Ｆ１に依存しており、この係数Ｆ１は(3.8)式または(3.13)式に示すようにデューティに依存している。また、係数Ｆ２も、(3.13)式に示すようにデューティに依存している。

第１及び第２実施形態と同様に、光量補正時の測定光量Ｐは、画素値Ｄの１次関数の形式であるＰ＝ａ×Ｄ＋ｂで表すことが好ましい。但し、上記(3.19)式はＰ＝ａ×Ｄ＋ｂの形式になっていない。より詳しく言えば、(3,19)式に含まれる係数Ｋ及び係数Ｆ１，Ｆ２はデューティに依存しており、デューティは画素値Ｄに比例するので、(3.19)式で与えられる測定光量Ｐを、画素値Ｄの１次関数で表すことはできない。そこで、第３実施形態では、光量補正時において、画素値Ｄを固定してデューティを所定の一定値（例えば５０％）に固定し、この代わりに、以下で説明する疑似画素値Ｄｑを利用して、測定光量ＰをＰ＝ａ×Ｄｑ＋ｂの形式で表すように工夫している。

まず、(3.19)式に疑似画素値Ｄｑを導入するために、次式に示すように、第２の補正係数Ｄapc2を、疑似画素値Ｄｑに比例する補正係数Ｄapc2#（以下、「疑似補正係数Ｄapc2#」と呼ぶ）で置き換える。

ここで、Ｄｍは規格化定数であり、例えばＤｍ＝２５５である。

(3.19)式の補正係数Dapc2を(3.21)式の右辺で置き換え、また、固定のデューティ値に対する係数Ｋ，Ｆ１，Ｆ２をＫ_m，Ｆ１_m，Ｆ２_mと記載すると、次式が得られる。

上記(3,22)式では、測定光量Ｐが疑似画素値Ｄｑの１次関数で表されている。従って、複数の疑似画素値Ｄｑに対応する目標光量Ｔ（Ｔ＝Ｍ×Ｄｑ）と、測定光量Ｐ（Ｐ＝ａ×Ｄｑ＋ｂ）との誤差δ（δ＝Ｐ−Ｔ）を測定し、それらの誤差δを最小化する係数ａ，ｂを求めれば、これらの係数ａ，ｂに基づいて補正係数Ｄapc1，Ｄapc2を決定することが可能である。係数ａ，ｂを求めるための最急降下法では、第１実施形態で説明した(1.16)〜(1.27)式をそのまま利用できるので、ここでは記載を省略する。

図２３は、第３実施形態における光量補正回路の機能を示すブロック図である。補正係数算出回路１２２０ｂ（図１７）の機能は、図２３において、９つの演算ブロック１４０１〜１４０９ｂによって表現されている。なお、演算ブロック１４０６ａ，１４０９ａの演算は、上記(3.25)，(3.26)式に対応している。図２３には、さらに、図１７に示した定数乗算回路（利得要素）１２３４と、乗算回路１２３６も描かれている。これらの回路１２３４，１２３６における演算は、上記(3.21)式に対応している。なお、ブロック１４０１〜１４０４における画素値Ｄとしては、疑似画素値Ｄｑが使用されているが、ここでは図示の便宜上、符号Ｄが使用されている。

図１７に示した光源装置１７００Ｒにおいて、調整用固定画素値レジスタ１７１０は、光量補正時に用いられる固定画素値Ｄconstを格納している。選択回路１７２０は、この固定画素値Ｄconstと、映像信号に応じた画素値Ｄとの一方を、帰線期間信号に応じて選択してＰＷＭ信号発生回路１５００に供給する。すなわち、選択回路１７２０は、帰線期間中には固定画素値Ｄconstを選択し、画像描画期間では映像信号に応じた画素値Ｄを選択する。なお、固定画素値Ｄconstは、光量補正時に仮定した固定デューティ値（例えば５０％）に対応する値である。

疑似画素値発生回路１２３２は、光量補正時に、複数の異なる疑似画素値Ｄｑを順次発生する回路である。補正係数算出回路１２２０ｂは、図２３に示したように、この疑似画素値Ｄｑと、測定光量Ｐとに基づいて２つの補正係数Ｄapc1，Ｄapc2を逐次算出する。これらの補正係数Ｄapc1，Ｄapc2は、図１５のバイアス指令電圧Ｖapc1と信号電流指令電圧Ｖapc2の値をそれぞれ示すデジタル値（電圧指令値）である。図１７の乗算回路１２３４，１２３６は、疑似画素値Ｄｑと、定数Ｄｍと、第２の補正係数Ｄapc2とに基づいて、上記(3.21)式に従って疑似補正係数Ｄapc2#を算出する。選択回路１２３８は、帰線期間において、疑似補正係数Ｄapc2#を選択してＤ／Ａ変換器１７７０に供給する。２つのＤ／Ａ変換回路１７７０，１７８０は、補正係数Ｄapc1，Ｄapc2をバイアス指令電圧Ｖapc1と信号電流指令電圧Ｖapc2にそれぞれ変換してレーザドライバ１０２０ｂに供給する。

なお、上記(3,21)式の補正係数Ｄapc2#は、図１５の信号電流指令値Ｖapc2の値を示している。従って、疑似画素値Ｄｑの値を変更することは、信号電流Ｉsigの値を変更することを意味している。すなわち、第３実施形態では、信号電流Ｉsigを疑似画素値Ｄｑに応じて変化させながら、光量Ｐを測定していることになる。なお、信号電流Ｉsigは、画素値Ｄに応じてレーザ素子１０３０を発光させるための電流である。従って、疑似画素値Ｄｑは、画素値Ｄと同様に、レーザ素子１０３０の光量を示す階調値として機能していることが理解できる。

ところで、測定光量Ｐ（Ｐ＝ａ×Ｄｑ＋ｂ）を目標光量Ｔ（Ｔ＝Ｍ×Ｄｑ）に一致するように補正がうまく進行すると、係数ａが定数Ｍに等しくなり、係数ｂがゼロに収束する。このとき、上記(3.24)式から以下が導かれる。

このように、補正がうまく収束すれば、第１の定電流回路１６１０（図１５）のバイアス電流Ｉbiasが、レーザ素子１０３０の閾値電流Ｉthに等しくなる。従って、図１８に示したように、オフセットがなく、平均光量Ｗがデューティに比例する望ましい特性が得られる。デューティは画素値Ｄに比例するので、平均光量Ｗが画素値Ｄに比例することになる。

図２４は、第３実施形態における光量補正の様子を示すタイミングチャートである。ここでは、バイアス電流Ｉbiasと、信号電流Isigの変化のみを示している。「画像表示中」と記載されている期間（信号電流Ｉsigが一定の期間）は、実際の画像を表示している期間を意味している。また、「調整中」と記載されている期間（信号電流Ｉsigが変化している期間）は、光量補正を実行している期間を意味している。この図からも理解できるように、光量補正が進むと、バイアス電流Ｉbiasの値が閾値電流Ｉthの値に一致するように収束する。また、光量補正は、極く短時間（０．０３秒程度）で収束していることが理解できる。

このように、第３実施形態では、疑似画素値Ｄｑを導入して、測定光量Ｐを疑似画素値Ｄｑの１次関数の形式Ｐ＝ａ×Ｄｑ＋ｂで表現している。そして、この測定光量Ｐと、目標光量Ｔ（Ｔ＝Ｍ×Ｄｑ）との誤差δを最小化する係数ａ，ｂを逐次的に求め、これらの係数ａ，ｂに応じて補正係数Ｄapc1，Ｄapc2を補正することによって光量を補正している。この結果、発光素子の特性に変化が生じても、画素値Ｄに比例した目標光量Ｔが得られるような光量補正を実現することが可能である。

なお、第１，第２実施形態では、目標光量Ｐを画素値Ｄの１次関数として表現していたのに対して、第３実施形態では、画素値Ｄとは異なる疑似画素値Ｄｑの１次関数として表現した点で相違している。しかしながら、画素値Ｄも、疑似画素値Ｄｑも、光量を示す階調値であるという点で共通している。本明細書において、「階調値」とは、このような画素値Ｄと疑似画素値Ｄｑの両方を包含する用語として使用されている。

ところで、第１実施形態では画素値のみを補正し、第２実施形態では画素値と駆動回路（レーザドライバ）の設定値（電源電圧）を補正し、また、第３実施形態では駆動回路の設定値（バイアス電流と信号電流）を補正していた。これらの実施形態から理解できるように、光量補正は、画素値と駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって実現することが可能である。

Ｄ．第４実施形態（波長変換素子を有する光源を用いた場合の光量補正）：
図２５は、本発明の第４実施形態としての画像表示装置の構成ブロック図である。この画像表示装置は、光源装置１１００Ｒ，１１００Ｇ．１１００Ｂの内部構成が図１の装置と以下の点で異なるだけであり、他の構成は第１実施形態と同じである。すなわち、図２５の装置では、Ｉ／Ｖ変換器１０９１とＡ／Ｄ変換器１０９２の間に特性補正回路１０９９が追加されている。以下に説明するように、第４実施形態の回路構成は、レーザドライバ１０２０とレーザ素子１０３０とで構成される光源部が非線形特性を有する場合に採用しうる構成である。

図２６（Ａ）は、第４実施形態における光源部の特性を示している。ここでは、デューティに対して、レーザ素子１０３０から出射される平均光量Ｗが、非線形となる特性Ｇ１を示している。このような非線形特性Ｇ１は、例えば、ＰＷＭパルスの立ち上がりに対して、レーザ素子１０３０の駆動電流の過渡応答がかなり遅い場合に生じうる特性である。すなわち、この場合には、特にディーティが小さい範囲において、デューティの増加に対する平均光量Ｗの増加の関係が直線から外れて、非線形な特性を示す現象が生じうる。図２５の特性補正回路１０９９は、図２６（Ａ）の非線形特性Ｇ１を、図２６（Ｂ）の線形特性Ｇ２に変換するための非線形変換を行う回路である。すなわち、この非線形変換によって得られる換算光量Ｗｃは、デューティに対して線形な関係を有する。なお、図２５の回路においては、特性補正回路１０９９は、入力された電圧信号ＶＬに非線形変換を行って、その変換信号ＶＬｉをＡ／Ｄ変換器１０９２に出力する。この変換信号ＶＬｉが、図２６（Ｂ）の換算光量Ｗｃを示す信号である。

第４実施形態では、こうして得られた換算光量Ｗｃを測定光量Ｐとして用いて、この測定光量Ｐを、目標光量Ｔに一致させるように光量補正を実行する。この光量補正は、第１実施形態で説明したものと同じ方法を適用可能である。すなわち、第１実施形態で説明した(1.1)〜(1.35)式は、第４実施形態においてもそのまま適用することができる。但し、第４実施形態では、光量補正回路１２００（図３）に入力される画素値Ｄとして、元の画素値Ｄorgに図２６の非線形変換の逆変換（非線形特性Ｇ２から線形特性Ｇ１への変換）を行った値を使用することが好ましい。ここで、「元の画素値Ｄorg」は、映像信号を逆ガンマ補正して得られる値であり、第１実施形態における画素値Ｄに相当するものである。この逆変換の演算は、例えば、映像信号処理回路１０１０（図１）によって実行される。このとき、換算光量Ｗｃに関する目標光量Ｔが、光量補正回路１２００に入力される画素値Ｄに比例するように光量補正を実行すれば、実測される平均光量Ｗが元の画素値Ｄorgに比例する線形特性を得ることができる。

以上のように、第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、測定光量Ｐ（Ｐ＝ａ×Ｄ＋ｂ）と、目標光量Ｔの誤差δを最小化する係数ａ，ｂを逐次的に求め、これに応じて光量を補正することができる。この結果、発光素子の特性に変化が生じても、画素値Ｄに比例した目標光量Ｔが得られるような光量補正を実現することが可能である。

なお、第４実施形態の回路構成と非線形変換の演算は、第２，第３実施形態にも同様に適用可能である。

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態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。

Ｅ１．変形例１：
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、本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの他の光源部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にも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（レーザ光走査部１０５０）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、各色ごとにスキャナを設ける構成にしても良い。

Ｅ２．変形例２：
上記実施形態では、光量測定部（ハーフミラー１０３５、光電変換素子１０９０、Ｉ／Ｖ変換器１０９１、及び、Ａ／Ｄ変換器１０９２）と、光量補正部（光量補正回路１２００）とを各色光毎に設けていたが、この代わりに、光量測定部と光量補正部の組を光線合成部１０４０の後方側に１組だけ設けるようにしてもよい。この場合には、光量測定部と光量補正部を時分割で動作させて、各色光に関する補正を実行することが可能である。

第１実施形態としての画像表示装置の構成ブロック図である。 画像表示装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 第１実施形態におけるＰＷＭ信号発生回路とレーザドライバと光量補正回路の内部構成を示す説明図である。 ＰＷＭ信号を用いたレーザ駆動の様子を示すタイミングチャートである。 実施形態のＰＷＭ変調において想定しているＰＷＭ信号ウィンドウと、実際のＰＷＭ信号との関係を示す説明図である。 デューティと１画素当たりの平均光量の関係及びレーザ素子の特性の一例を示すグラフである。 第１実施形態の光量補正の原理を説明する説明図である。 第１実施形態における光量補正回路の機能を示すブロック図である。 第２の補正係数Ｄｂを求める演算ブロックの詳細を示すブロック図である。 第１の補正係数Ｄａを求める演算ブロックの詳細を示す説明図である。 第２実施形態におけるＰＷＭ信号発生回路とレーザドライバと光量補正回路の内部構成を示す説明図である。 電源電圧Ｖlaserを変化させた場合の発光光量の変化の一例を示すグラフである。 第２実施形態における光量補正回路の機能を示すブロック図である。 第２実施形態における補正係数算出回路の演算ブロックの詳細を示す説明図である。 第３実施形態で使用するレーザドライバの回路構成を示す図である。 第３実施形態におけるレーザドライバの動作を示すタイミングチャートである。 第３実施形態における光源装置の内部構成を示すブロック図である。 第３実施形態におけるデューティと平均光量Ｗの関係を示すグラフである。 ＰＷＭ信号のデューティを一定値に固定した時のレーザ駆動電流Ｉと平均光量Ｗの関係を示すグラフである。 バイアス電流Ｉbiasが閾値電流Ｉthより小さいの場合の発光の様子を示すタイミングチャートである。 Ibias／Ithとtd/τsの関係を示すグラフである。 Ｉbias＞Ｉthの場合の発光の様子を示すタイミングチャートである。 第３実施形態における光量補正回路の機能を示すブロック図である。 第３実施形態における光量補正の様子を示すタイミングチャートである。 第４実施形態としての画像表示装置の構成ブロック図である。 第４実施形態における平均光量と換算光量との関係を示す説明図である。

符号の説明

２００…スクリーン
１０１０…映像信号処理回路
１０２０…レーザドライバ
１０２２…抵抗
１０２４…駆動トランジスタ
１０３０…レーザ素子
１０３５…ハーフミラー
１０４０…光線合成光学系
１０５０…レーザ光走査部
１０６０…走査駆動部
１０７０…タイミング信号発生回路
１０７０ａ…光センサ
１０８０…画素同期クロック発生回路
１０９０…光電変換素子
１０９１…Ｉ／Ｖ変換器
１０９２…Ａ／Ｄ変換器
１０９９…特性補正回路（非線形変換回路）
１１００Ｒ，１１００Ｇ，１１００Ｂ…光源装置
１１２０…電源制御回路
１２００…光量補正回路
１２１０…画素値補正回路
１２２０…補正係数算出回路
１２３０…疑似画素値適用回路
１２３２…疑似画素値発生回路
１２３４…乗算回路
１２３６…乗算回路
１２３８…選択回路
１４００…制御対象
１４０１〜１４０９…演算ブロック
１４２７，１４２８…フリップフロップ
１５００…ＰＷＭ信号発生回路
１５１０…タイミング信号生成回路
１５２０…三角波信号生成回路
１５２１…オペアンプ
１５２２…スイッチングトランジスタ
１５２３…積分容量
１５３０…コンパレータ
１５４０…電圧生成回路
１６１０…第１の定電流回路
１６１２…オペアンプ
１６１４…トランジスタ
１６１６…抵抗
１６２０…第２の定電流回路
１６２２…オペアンプ
１６２４…トランジスタ
１６２６…抵抗
１６３０…スイッチング回路
１６３２，１６３４…スイッチングトランジスタ
１６３６…インバータ
１６３８…抵抗
１７００Ｒ…光源装置
１７１０…調整用固定画素値レジスタ
１７２０…選択回路
１７７０，１７８０…Ｄ／Ａ変換回路

Claims (10)

1. 光源装置であって、
   光源素子を含む光源部と、
   画素値に応じてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
   前記ＰＷＭ信号に応じて前記光源素子を駆動する駆動回路と、
   前記光源部の光量を測定する光量測定部と、
   前記光量測定部で測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する光量補正部と、
   を備え、
   測定光量ＰをＰ＝ａ×Ｄ＋ｂ（Ｄは階調値、ａ，ｂは係数）と表現するとともに、目標光量ＴをＴ＝Ｍ×Ｄ（Ｍは定数）と表現したとき、
   前記光量補正部は、
   異なる階調値Ｄを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Ｔと前記測定光量Ｐとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数ａ，ｂを順次補正するとともに、
   前記補正された係数ａ，ｂに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正する、光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置であって、
   前記光量補正部は、
   前記誤差δと前記階調値Ｄとの積の累算値ΣδＤを用いて前記係数ａを順次補正するとともに、前記誤差δの累算値Σδを用いて前記係数ｂを順次補正する、光源装置。
3. 請求項２記載の光源装置であって、
   前記光量補正部は、
   前記係数ａの今回値ａ_kを、前記係数ａの前回値ａ_k-1から、前記誤差δと前記階調値Ｄとの積の累算値ΣδＤに比例した値を減算することによって求めるとともに、
   前記係数ｂの今回値ｂ_kを、前記係数ｂの前回値ｂ_k-1から、前記誤差δの累算値Σδに比例した値を減算することによって求める、光源装置。
4. 請求項１ないし３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、
   前記画素値を補正するための第１と第２の補正係数を前記係数ａ，ｂに応じて算出する補正係数算出部と、
   前記画素値を前記階調値Ｄとして受信し、前記第１と第２の補正係数に応じて前記画素値を補正するとともに、補正後の画素値を前記ＰＷＭ信号生成部に供給する画素値補正部と、
   を備える光源装置。
5. 請求項１ないし３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、
   前記駆動回路の電源電圧を調整するための第１の補正係数を前記係数ａに応じて算出するとともに、前記画素値を補正するための第２の補正係数を前記係数ｂに応じて算出する補正係数算出部と、
   前記第１の補正係数に応じて前記駆動回路の電源電圧を調整する電源電圧調整部と、
   前記画素値を前記階調値Ｄとして受信し、前記第２の補正係数に応じて前記画素値を補正するとともに、補正後の画素値を前記ＰＷＭ信号生成部に供給する画素値補正部と、
   を備える光源装置。
6. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光源装置であって、
   前記駆動回路は、
   第１の電流を前記光源素子に常時流す第１の定電流回路と、
   前記第１の電流に加えて、第２の電流を前記光源素子に流すための第２の定電流回路と、
   前記ＰＷＭ信号に応じて、前記第２の電流の前記光源素子への流れをオン／オフ制御するスイッチング回路と、
   を備え、
   前記光量補正部は、
   前記階調値として前記第２の電流の値を示す信号値を使用し、
   前記係数ｂに応じて前記第１の定電流回路の前記第１の電流の値を調整するとともに、前記係数ａに応じて前記第２の定電流回路の前記第２の電流の値を調整する、光源装置。
7. 請求項６記載の光源装置であって、
   前記補正部は、前記第１の電流が前記光源素子の閾値電流に等しくなるように前記第１の電流の値の調整を実行する、光源装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の光源装置であって、
   前記光源部は、前記画素値と前記光量との関係が非線形である非線形特性を有しており、
   前記光量測定部は、
   前記光源部から射出された光の光量を測定する光センサと、
   前記光センサによって計測された光量に対して前記非線形特性を線形特性に変換する非線形変換を実行することによって換算光量を求め、前記換算光量を前記測定光量Ｐとして算出する換算光量算出部と、
   を備える光源装置。
9. 被投射面上に光を走査して画像を表示する画像表示装置であって、
   請求項１〜８のいずれかに記載の光源装置と、
   前記光源装置から発生する光を前記被投射面上に走査する走査部と、
   外部から供給される映像信号を基に、前記画素値を生成すると共に、前記被投射面上における前記光の照射位置に応じた前記画素値を前記ＰＷＭ信号生成部に出力する映像信号処理部と、
   を備える画像表示装置。
10. 画素値に応じて生成されるＰＷＭ信号に基づいて光源素子を駆動する光源装置に用いられる光量補正方法であって、
    （ａ）前記光源素子を含む光源部の光量を測定する工程と、
    （ｂ）測定された光量に基づいて前記光源部の光量を補正する工程と、
    を備え、
    測定光量ＰをＰ＝ａ×Ｄ＋ｂ（Ｄは階調値、ａ，ｂは係数）と表現するとともに、目標光量ＴをＴ＝Ｍ×Ｄ（Ｍは定数）と表現したとき、
    前記工程（ｂ）は、
    異なる階調値Ｄを用いた複数回の光量測定時における前記目標光量Ｔと前記測定光量Ｐとの誤差δを順次求め、前記誤差δを最小化するように前記係数ａ，ｂを順次補正する工程と、
    前記補正された係数ａ，ｂに基づいて、前記画素値と前記駆動回路の設定値とのうちの少なくとも一方を調整することによって、前記光源部の光量を補正する工程と、
    を含む、光量補正方法。

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