JP2008118001A - 照明装置、照明装置の制御方法、プロジェクタおよびモニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換素子による光の波長の変換効率を精度よく調整することにある。
【解決手段】照明装置１００は、半導体レーザアレイ１０と、光波長変換素子２０と、反射ミラー３０と、赤外ビームスプリッタ３５と、ホログラム素子４５と、赤外光センサ４０と、可視光センサ７０と、制御ユニット９０を備えている。制御ユニット９０は、サーミスタ２２によって光波長変換素子２０の温度を測定し、その温度が目標温度となるように温度調整を行った後、更に、赤外光センサ４０によって測定した赤外レーザ光の光量と、可視光センサ７０とによって測定した可視レーザ光の光量とから波長の変換効率を求め、その効率が所定の効率を超えるように、光波長変換素子２０の温度を微調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源を用いた照明装置やこの制御方法、プロジェクタ、モニタ装置に関するものである。

従来、画像を拡大投写するプロジェクタには、一般的に、その光源として、超高圧水銀ランプ（ＵＨＰ）が用いられていた。しかし、ＵＨＰは、最高輝度に到達するまでに数分程度の時間を要することや、寿命が比較的短いこと等の種々の課題が存在していた。そこで、近年では、光源として半導体赤外レーザを用いる手法が開発されつつある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−９９１６０号公報 特開２００３−１６６９９号公報

赤外レーザ光（波長：１０００ｎｍ前後）から可視光を得るためには、ＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）等の波長変換素子を用いることができる。この波長変換素子を用いれば、比較的製造の容易な半導体赤外レーザ装置を用いて、青色（波長：４６０ｎｍ）や、緑色（波長：５３２ｎｍ）等の可視光を得ることができる。

しかし、波長変換素子による光の変換効率は、その温度によって大きく左右されることが知られている。図７は、波長変換素子による光の変換効率の一例を示すグラフである。図示するように、波長の変換効率が最も高くなる波長変換素子の温度は、所定の温度に対して、１℃程度の狭い範囲であり、その範囲を外れてしまうと、その変換効率は大きく変動してしまう。そのため、従来、波長変換素子による光の変換効率を精度良く調整することは、非常に困難であった。

レーザ光を光源として用いる装置に生じる上述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、波長変換素子による波長の変換効率を所望の効率に調整することにある。

上記課題を踏まえ、本発明を照明装置として次のように構成した。すなわち、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から発せられたレーザ光の光量を検出する第１光検出器と、
前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子と、
前記波長の変換されたレーザ光を、被照明物に対して照明するとともに、該被照明物以外の方向に照射する拡散素子と、
前記拡散素子から前記被照明物以外の方向に照射されたレーザ光を受けて、該レーザ光の光量を検出する第２光検出器と、
前記第１光検出器によって検出した光量と、前記第２光検出器によって検出した光量との比率に応じて、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する調整器と
を備えることを要旨とする。

また、本発明は、照明装置の制御方法としても構成することができる。すなわち、
レーザ光源を備える照明装置の制御方法であって、
前記レーザ光源から発せられたレーザ光の光量を第１光検出器によって検出し、
所定の波長変換素子によって、前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長を所定の波長に変換し、
所定の拡散素子によって、前記波長の変換されたレーザ光を、被照明物に対して照明するとともに、該被照明物以外の方向に照射し、
前記拡散素子から前記被照明物以外の方向に照射されたレーザ光を受けて、該レーザ光の光量を第２光検出器によって検出し、
前記第１光検出器によって検出した光量と、前記第２光検出器によって検出した光量との比率に応じて、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する
制御方法である。

本発明の照明装置または制御方法によれば、レーザ光源から発せられたレーザ光の光量と、波長変換後のレーザ光の光量との比率に応じて、波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整することができる。そのため、波長変換素子による波長の変換の効率を所望の効率に調整することが可能になる。

上記構成の照明装置において、
前記調整器は、前記比率に応じて前記波長変換素子の温度を制御することで、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整するものとしてもよい。

このような構成であれば、波長変換素子の温度を制御することでレーザ光の出力を調整することができるので、ヒータやペルチェ素子といった一般的な加熱手段や冷却手段を用いて、容易に、その調整を行うことが可能になる。

上記構成の照明装置において、
前記調整器は、前記比率に応じて前記レーザ光源に流す電力を制御することで、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整するものとしてもよい。このような構成によっても、容易に、レーザ光の出力を調整することが可能になる。

上記構成の照明装置において、
更に、前記調整器による前記レーザ光の出力の調整に先立ち、前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子による波長の変換効率特性に基づき予め設定された所定の目標温度に調整する温度設定部を備えるものとしてもよい。

このような構成であれば、波長変換素子の温度を、所定の温度まで大まかに調整した後に、波長変換前後のレーザ光の光量の比率に基づき、その出力の微調整を行うことが可能になる。

上記構成の照明装置において、
前記温度設定部は、前記調整器によるレーザ光の出力の調整を行った後の前記波長変換素子の温度を、前記目標温度として再設定する手段を備えるものとしてもよい。

このような構成であれば、出力の微調整後の波長変換素子の温度を、次回の温度調整の目標値にすることができるので、２回目以降のレーザ光の出力の調整を迅速に行うことが可能になる。

上記構成の照明装置において、
前記拡散素子は、該拡散素子に入射したレーザ光が、前記被照明物に対して照明するように予め干渉縞が形成されているホログラム素子であるものとしてもよい。

このような構成であれば、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）等の手法を用いてホログラム素子に予め干渉縞を形成することで、被照明物と第２光検出器とに対して、容易に光を照射することができる。

上記構成の照明装置において、
前記第２光検出器は、前記拡散素子を透過したゼロ次光の光量を検出するものとしてもよい。

このような構成であれば、ホログラム素子を用いることで必然的に生じるゼロ次光を利用することができるので、波長変換後のレーザ光の光量を効率的に検出することができる。

上記構成の照明装置において、
前記被照明物は、前記ゼロ次光が照射されることを避けて配置されているものとしてもよい。

このような構成であれば、ゼロ次光が被照明物に照射されないので、被照明物に対して均一の照明光を照射することが可能になる。

上記構成の照明装置において、
前記第１光検出器および第２光検出器は、それぞれ所定の波長の光を透過させるフィルタを備え、該フィルタを透過した光を受光するものとしてもよい。

このような構成によれば、第１光検出器や第２光検出器がそれぞれ必要とする波長の光のみを入力することができるので、精度良く光量を検出することが可能になる。このような構成では、例えば、第１光検出器は、前記レーザ光源から発せられたレーザ光の元波長を透過するフィルタを備えるものとしてもよく、第２光検出器は、前記波長変換素子によって変換された光の波長を透過するフィルタを備えるものとすることができる。

なお、上記構成の照明装置は、前記レーザ光源と前記波長変換素子とを含むパッケージを備え、前記第１光検出器は、前記パッケージ内に配置されているものとしてもよい。また、前記第２光検出器は、前記パッケージ外に配置されているものとしてもよい。

本発明は、次のようなプロジェクタとしても構成することができる。すなわち、本発明のプロジェクタは、
入力した画像信号に応じて画像を投写するプロジェクタであって、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から発せられたレーザ光の光量を検出する第１光検出器と、
前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子と、
前記波長の変換されたレーザ光を、被照明物に対して照明するとともに、該被照明物以外の方向に照射する拡散素子と、
前記拡散素子から前記被照明物以外の方向に照射されたレーザ光を受けて、該レーザ光の光量を検出する第２光検出器と、
前記第１光検出器によって検出した光量と、前記第２光検出器によって検出した光量との比率に応じて、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する調整器と、
前記波長変換素子から射出された光を前記画像信号に応じて変調する前記被照明物としての変調部と、
前記変調された光を拡大投写する投写部と
を備えることを要旨とする。このようなプロジェクタによれば、レーザを光源とした高輝度な画像を投写することが可能になる。

また、本発明は、次のようなモニタ装置としても構成することができる。すなわち、本発明のモニタ装置は、
照明された被写体を撮像するモニタ装置であって、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から発せられたレーザ光の光量を検出する第１光検出器と、
前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子と、
前記波長の変換されたレーザ光を、被照明物に対して照明するとともに、該被照明物以外の方向に照射する拡散素子と、
前記拡散素子から前記被照明物以外の方向に照射されたレーザ光を受けて、該レーザ光の光量を検出する第２光検出器と、
前記第１光検出器によって検出した光量と、前記第２光検出器によって検出した光量との比率に応じて、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する調整器と、
前記拡散素子によって照明された被照明物を撮像する撮像部と
を備えることを要旨とする。このようなモニタ装置であれば、レーザを光源とした照明によって、明瞭な画像を撮像することが可能になる。

以下、上述した本発明の作用・効果を一層明らかにするため、本発明の実施の形態を実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例（照明装置）：
（Ａ１）照明装置の構成：
（Ａ２）安定化処理：
（Ａ３）第１実施例の変形例：
Ｂ．第２実施例（モニタ装置）：
Ｃ．第３実施例（プロジェクタ）：

Ａ．第１実施例（照明装置）：
（Ａ１）照明装置の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての照明装置１００の概略構成を示す説明図である。照明装置１００は、光源装置２００と、この光源装置２００から射出された光を拡散するホログラム素子４５と、ホログラム素子４５から射出されたゼロ次光の光量を検出する可視光センサ７０とを備えている。本実施例では、ホログラム素子４５によって拡散された光は、入力した画像信号に応じて光を変調する液晶ライトバルブ５０に照射されるものとする。この液晶ライトバルブ５０は、画像を拡大投写するプロジェクタに用いられるものである。なお、照明装置１００によって照明される対象は、液晶ライトバルブ５０に限られることはない。

光源装置２００は、半導体レーザアレイ１０と、遮光板１５と、光波長変換素子２０と、反射ミラー３０と、赤外ビームスプリッタ３５と、赤外光センサ４０と、制御ユニット９０とを備えている。制御ユニット９０は、内部にＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭを内蔵したマイクロコンピュータとして構成されている。

半導体レーザアレイ１０は、赤外レーザ光が基板面１０ａに対して垂直に出射するＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）と呼ばれるもので、複数の発光層（活性層）１０ｂが１列に並ぶ１次元のアレイ構造を有する。この発光層１０ｂが本発明の「レーザ光源」に相当する。発光層１０ｂの数は、図の例では４つとなっているが、４つに限る必要はない。

本実施例では、このように、半導体レーザアレイ１０としてＶＣＳＥＬ型のものを用いたが、これに換えて、光の共振する方向が基板面に対して平行になる端面発光型のレーザアレイを用いる構成としてもよい。さらには、レーザ光源は、半導体レーザに換えて、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、自由電子レーザ等、他の種類のレーザとすることもできる。

光波長変換素子２０は、第２高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）の現象を引き起こす素子、すなわち、２個の光子が２倍の振動数をもつ１個の光子に変換される２次の非線形光学現象を引き起こす素子である。この素子は、強誘電体材料に分極反転構造が形成されたものである。光波長変換素子２０は、半導体レーザアレイ１０から発せられた赤外レーザ光を内部に導入し、これを、青色や緑色などの可視レーザ光に波長変換する。

光波長変換素子２０内の分極反転構造は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを用いた素子において電界印加法により形成されている。なお、分極反転構造の形成方法は、この方法に限る必要もなく、イオン交換による分極反転法、電子ビームによるマイクロドメイン反転法等の他の方法によるものであってもよい。材料についても、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムに限る必要はなく、それぞれの方法における適正な材料を用いる構成とすればよい。

光波長変換素子２０には、温度センサとしてのサーミスタ２２と、光波長変換素子２０の温度を昇温させるヒータ２６と、光波長変換素子２０を冷却するペルチェ素子２４とが取り付けられている。サーミスタ２２とヒータ２６とペルチェ素子２４とは、制御ユニット９０に接続されている。制御ユニット９０は、サーミスタ２２によって光波長変換素子２０の温度を測定し、その温度が、光波長変換素子２０の波長変換効率が最も高まる温度（例えば、９０℃）になるようにヒータ２６やペルチェ素子２４を制御して光波長変換素子２０の温度を調整する。なお、制御ユニット９０は、半導体レーザアレイ１０に流す電流量やパルス幅を調整させることで、半導体レーザアレイ１０から射出されるレーザ光の出力を制御することもできる。

反射ミラー３０は、光波長変換素子２０側の面３０ａに特殊コーティングが施されたものである。この特殊コーティングは、半導体レーザアレイ１０から発せられた励起光に対しては高反射、光波長変換素子２０から発した第２高調波に対しては高透過となるものである。一方、半導体レーザアレイ１０の出射側の基板面１０ａには、前記励起光に対しては高透過、前記第２高調波に対しては高反射となる特殊コーティングが施されている。かかる構成により、半導体レーザアレイ１０の基板面１０ａと反射ミラー３０の面３０ａとの間で光共振器が構成される。半導体レーザアレイ１０から出射した赤外レーザ光は、この光共振器内に閉じこめられる形になって、光波長変換素子２０内を何回も透過する。光波長変換素子２０は、前述したように制御ユニット９０により温度制御されていることから、ノイズの少ない第２高調波を得ることができる。この第２高調波は、反射ミラー３０を透過し、可視光に波長変換されたレーザ光としてホログラム素子４５に照射される。

赤外ビームスプリッタ３５は、反射ミラー３０を透過した光に含まれる赤外レーザ光を反射し、可視レーザ光を透過するものである。反射された赤外レーザ光は、赤外光センサ４０に照射される。赤外光センサ４０は、フォトダイオードによって構成されており、その表面には赤外光のみを透過する赤外光バンドパスフィルタ４２が取り付けられている。

遮光板１５は、半導体レーザアレイ１０と光波長変換素子２０との間に配置されており、半導体レーザアレイ１０の発光層１０ｂに対応する位置に貫通口１５ａが設けられている。遮光板１５の外周は、光源装置２００のパッケージに接触している。つまり、この遮光板１５によって、光源装置２００の内部は、半導体レーザアレイ１０が存在する空間と、その他の部材が存在する空間とが分離されていることになる。

半導体レーザアレイ１０から垂直方向に射出された光は、遮光板１５の貫通口１５ａを通ることで、光波長変換素子２０に導入されることになるが、何らかの原因で垂直以外の方向にレーザ光が射出された場合には、そのレーザ光（以下、「不要レーザ光」という）は、遮光板１５によって遮光されることになる。つまり、遮光板１５によって、不要レーザ光がサーミスタ２２に直接的あるいは間接的に到達することを抑制することが可能になる。この結果、サーミスタ２２が光波長変換素子２０の温度を誤認することが防止され、精度良く、光波長変換素子２０の温度を調整することが可能になる。

ホログラム素子４５は、赤外ビームスプリッタ３５を透過した可視レーザ光を入力し、これを液晶ライトバルブ５０に対して拡散照明する。液晶ライトバルブ５０は、ホログラム素子４５を透過した非回折成分のゼロ次光が入射しないように、ホログラム素子４５に対して所定の角度θだけ平行にずらした位置に配置されている。このように液晶ライトバルブ５０を配置すれば、ホログラム素子４５を透過したゼロ次光が液晶ライトバルブ５０に入射することを抑制することができるため、均一な照明を行うことが可能になる。

ホログラム素子４５には、角度θだけずれて配置された液晶ライトバルブ５０に対して可視レーザ光を拡散照明するため、予め、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）の手法によって、その角度に光が拡散するように干渉縞が形成されている。このように、ＣＧＨの手法を用いれば、任意の方向および範囲に可視レーザ光を拡散することができる。

可視光センサ７０は、ホログラム素子４５を透過したゼロ次光が入射する位置に配置されている。ホログラム素子４５を用いれば必然的にゼロ次光が発生するため、このような位置に可視光センサ７０を配置すれば、別途、光を分岐させて可視光センサ７０に入射させる必要がないので、照明量を低下させずに、効率的に可視レーザ光の光量を測定することができる。可視光センサ７０は、フォトダイオードによって構成されており、その表面には可視光のみを透過する可視光バンドパスフィルタ７２が取り付けられている。

図２は、赤外光センサ４０や可視光センサ７０を構成するフォトダイオードの感度特性を示す説明図である。図示するように、本実施例のフォトダイオードは、波長が８５０ｎｍ付近でその感度がピークに達しており、可視光の波長（５００ｎｍ）付近では、その３０％程度の感度である。また、赤外光の波長（１０００ｎｍ）付近では、５０％程度の感度である。そのため、本実施例では、赤外光バンドパスフィルタ４２や可視光バンドパスフィルタ７２によって、光量を検出する対象の波長を取り出し、その波長に対応する相対感度を考慮して、制御ユニット９０によって光量の測定を行う。例えば、赤外光センサ４０によって光量を測定した場合において、赤外光センサ４０からは、感度が３０％程度の信号が入力されたとしても、その信号が最大の光量であるものと換算して、制御ユニット９０は、赤外レーザ光の光量を測定する。このようにすることで、赤外光センサ４０や可視光センサ７０として同一のフォトダイオードを採用することが可能になる。なお、赤外光または可視光の波長に対してそれぞれ感度がピークになる異なるフォトダイオードを用いれば、上記のような換算を行う必要はない。

（Ａ２）安定化処理：
図３は、ホログラム素子４５から射出される照明光の出力を安定させる安定化処理のフローチャートである。この処理は、照明装置１００の起動と同時に制御ユニット９０が実行する処理である。

この処理が開始されると、まず、制御ユニット９０は、サーミスタ２２を用いて光波長変換素子２０の温度を測定する（ステップＳ１００）。そして、その温度が、所定の目標温度の範囲内（例えば、９０℃±２℃）であるかを判断する。この目標温度は、光波長変換素子２０による波長の変換効率特性に基づき、予めＲＡＭに設定された値である。上記判断の結果、光波長変換素子２０の温度が、目標温度に達していないと判断した場合には（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、制御ユニット９０は、目標温度に達するまで、ヒータ２６もしくはペルチェ素子２４を制御して、光波長変換素子２０の温度を調整する（ステップＳ１２０）。多くの場合、室温環境から照明装置１００の電源を投入するので、ステップＳ１２０では、ヒータ２６を制御して光波長変換素子２０を加熱することになる。

上記ステップＳ１１０において、光波長変換素子２０の温度が目標温度に達したと判断した場合には（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御ユニット９０は、可視光センサ７０を用いて可視レーザ光の光量ＶＬを測定し、更に、赤外光センサ４０を用いて赤外レーザ光の光量ＩＲを測定する（ステップＳ１３０）。そして、これらの測定値に基づき、光波長変換素子２０による赤外光から可視光への変換効率（ＶＬ／ＩＲ）を算出する（ステップＳ１４０）。

効率を算出すると、制御ユニット９０は、その効率が、所定効率未満（例えば、１０％未満）であるかを判断する（ステップＳ１５０）。この結果、算出した効率が、所定効率以上と判断すれば（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、効率が十分確保されていると判断し、当該安定化処理を終了する。なお、以下に記載する「所定効率」とは、上記ステップＳ１５０における「所定効率」と同一の効率を表すものとする。

上記ステップＳ１５０において、算出した効率が、所定効率未満であると判断すれば（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、制御ユニット９０は、以下で説明する処理を実行することで、光波長変換素子２０による波長変換の効率の向上を図る。すなわち、制御ユニット９０は、まず、ヒータ２６を制御して光波長変換素子２０を加熱し（ステップＳ１６０）、再度、可視レーザ光の光量ＶＬと赤外レーザ光の光量ＩＲとを測定して効率を求める（ステップＳ１７０）。そして、加熱の結果、効率が向上したか否かを判断し（ステップＳ１８０）、効率が向上すれば（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）、その効率が所定効率以上であるかを判断する（ステップＳ１９０）。この判断の結果、効率が所定効率以上となれば、その加熱した温度を上記ステップＳ１１０において使用する目標温度として再設定し、これをＲＡＭに記憶する（ステップＳ２００）。こうすることで、次回の安定化処理の際に、この温度を目標として、光波長変換素子２０の温度が調整されることになる。

上記ステップＳ１９０において、効率は向上したにもかかわらず所定効率にまでは達していないと判断されれば（ステップＳ１９０：Ｎｏ）、制御ユニット９０は、処理を上記ステップＳ１６０に戻し、再び、光波長変換素子２０の加熱を行う。こうすることで、効率が所定効率に達するまで、光波長変換素子２０の加熱が行われることになる。

上記ステップＳ１８０において、光波長変換素子２０の加熱の結果、効率が向上せず、逆に、低下したと判断されれば（ステップＳ１８０：Ｎｏ）、制御ユニット９０は、ヒータ２６による加熱を停止し、ペルチェ素子２４を制御して、光波長変換素子２０の冷却を行う（ステップＳ２１０）。

冷却後、制御ユニット９０は、再度、可視レーザ光の光量ＶＬと赤外レーザ光の光量ＩＲとを測定し、効率を求める（ステップＳ２２０）。そして、冷却の結果、効率が向上したか否かを判断し（ステップＳ２３０）、効率が向上すれば（ステップＳ２３０：Ｎｏ）、再度、処理をステップＳ２１０まで戻すことで、効率の向上がストップするまで冷却を行う。

ステップＳ２３０によって、効率が向上しなくなった、あるいは、冷却によっても効率が向上しなかったと判断されれば（ステップＳ２３０：Ｙｅｓ）、制御ユニット９０は、その効率が所定効率以上であるかを判断する（ステップＳ２４０）。この判断の結果、効率が所定効率以上になったと判断すれば、制御ユニット９０は、冷却された温度を、上記ステップＳ１１０において使用する目標温度として設定し、これをＲＡＭに記憶する（ステップＳ２００）。こうすることで、次回の安定化処理の際に、この温度を目標として、光波長変換素子２０の温度が調整されることになる。

これに対して、上記ステップＳ２４０において、効率が所定効率に達していないと判断されれば（ステップＳ２４０）、制御ユニット９０は、現在の光波長変換素子２０の状態が、加熱や冷却によっても効率が向上しない不測の状態であると判断し、処理を再度、ステップＳ１００に戻す。こうすることで、再び、当該安定化処理を最初から実行することができるので、再度、効率の向上を試みることができる。

以上で説明した安定化処理によれば、光波長変換素子２０の温度を、その波長変換効率が最も高いと見込まれる温度に大まかに調整した後に、赤外レーザ光の光量に対する可視レーザ光の光量の効率（比率）が所定の効率（比率）以上となるように、その温度の微調整を行うことができる。従って、精度良く光波長変換素子２０の温度を調整することができ、これにより、高効率で安定した照明を行うことが可能になる。

（Ａ３）第１実施例の変形例：
（１）上述した第１実施例における安定化処理のステップＳ１６０では、ヒータ２６を用いて光波長変換素子２０を加熱し、ステップＳ２１０では、ペルチェ素子２４を用いて光波長変換素子２０を冷却することで、光波長変換素子２０による波長変換効率を向上させるものとした。これに対して、ステップＳ１６０では、半導体レーザアレイ１０に供給する電流量やパルス幅を増加させることで半導体レーザアレイ１０の出力を高め、ステップＳ２１０では、半導体レーザアレイ１０に供給する電流量やパルス幅を減少させることで半導体レーザアレイ１０の出力を低下させることとしてもよい。このようにしても、光波長変換素子２０による波長の変換効率を向上させることが可能になる。

（２）図４は、変形例としての照明装置１００ｂの構成を示す説明図である。図１に示した第１実施例の照明装置１００では、赤外光センサ４０は、赤外ビームスプリッタ３５によって反射された赤外レーザ光を入射するものとした。これに対して、図４に示した照明装置１００ｂでは、半導体レーザアレイ１０から射出された不要レーザ光を、直接、赤外光センサ４０に入射する。このようにすれば、赤外ビームスプリッタ３５が不要になるため、構成を簡略化することができる。

また、この変形例では、ホログラム素子４５からのゼロ次光ではなく、高次の光を可視光センサ７０に入射するものとした。つまり、本変形例では、高次の光が可視光センサ７０に対して射出するようにホログラム素子の干渉縞を形成するのである。このようにしても、可視レーザ光の光量を測定することができる。

なお、本変形例の照明装置１００ｂでは、赤外光センサ４０と可視光センサ７０の両者の位置を、第１実施例から変更するものとしたが、いずれか一方の位置のみを変更するものとしてもよい。また、図４では、遮光板１５を省略しているが、半導体レーザアレイ１０と光波長変換素子２０との間の、不要レーザ光の赤外光センサ４０への照射を妨げない位置に、遮光板１５を設けるものとしてもよい。

（３）図１に示した第１実施例の照明装置１００では、反射ミラー３０は、光波長変換素子２０とホログラム素子４５との間に配置するものとした。これに対して、反射ミラー３０は、半導体レーザアレイ１０と遮光板１５の間や、遮光板１５と光波長変換素子２０との間に配置するものとしてもよい。このような構成によれば、半導体レーザアレイ１０と反射ミラー３０との間で共振された赤外レーザ光が、光波長変換素子２０に導入されることになる。

なお、反射ミラー３０を、半導体レーザアレイ１０と遮光板１５の間、もしくは、遮光板１５と光波長変換素子２０との間に設けた場合には、赤外ビームスプリッタ３５は、反射ミラー３０と光波長変換素子２０との間に配置することが可能である。つまり、赤外ビームスプリッタ３５は、反射ミラー３０とホログラム素子４５との間の任意の位置に配置することができる。

Ｂ．第２実施例（モニタ装置）：
図５は、本発明の第２実施例としてのモニタ装置の概略構成を示す説明図である。モニタ装置４００は、装置本体４１０と、光伝送部４２０とを備えている。装置本体４１０は、前述した第１実施例の光源装置２００を備えている。詳細な図示は省略しているが、光源装置２００は、第１実施例で説明したように、半導体レーザアレイ１０、遮光板１５、光波長変換素子２０、反射ミラー３０、赤外ビームスプリッタ３５、赤外光センサ４０、制御ユニット９０を備えている。

光伝送部４２０は、光を送る側と受ける側の２本のライトガイド４２１，４２２を備える。各ライトガイド４２１，４２２は、多数本の光ファイバを束ねたもので、レーザ光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド４２１の入射側には光源装置２００が配設され、その出射側にはホログラム素子４５、可視光センサ７０、拡散板４２３が配設されている。光源装置２００から出射したレーザ光は、ライトガイド４２１を伝って光伝送部４２０の先端に設けられたホログラム素子４５に到達し、このホログラム素子４５によって拡散板４２３が照明され、最終的に、この拡散板４２３によって被写体が照明される。ホログラム素子４５から射出されたゼロ次光は、可視光センサ７０に入射する。

光伝送部４２０の先端には、結像レンズ４２４も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ４２４で受けることができる。その受けた反射光は、受け側のライトガイド４２２を伝って、装置本体４１０内に設けられた撮像手段としてのカメラ４１１に送られる。この結果、光源装置２００により出射したレーザ光により被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ４１１で撮像することができる。

以上のように構成されたモニタ装置４００によれば、高出力の光源装置２００により被写体を照射することができることから、カメラ４１１によって明るい画像を撮影することができる。カメラ４１１は、例えば、ＣＲＴや液晶ディスプレイ、プロジェクタ等の各種表示装置に接続することができる。

なお、上述した第２実施例のモニタ装置４００においても、第１実施例で説明した種々の変形例を適用できることはいうまでもない。

Ｃ．第３実施例（プロジェクタ）：
図６は、本発明の第３実施例としてのプロジェクタ５００の概略構成図である。プロジェクタ５００は、赤色光を射出する赤色照明装置５０１Ｒと、緑色光を射出する緑色照明装置５０１Ｇと、青色光を射出する青色照明装置５０１Ｂとを備えている。

赤色照明装置５０１Ｒ、緑色照明装置５０１Ｇ、青色照明装置５０２Ｂは、前述した第１実施例の照明装置１００とそれぞれ同一の構成であり、半導体レーザアレイ１０、遮光板１５、光波長変換素子２０、反射ミラー３０、赤外ビームスプリッタ３５、ホログラム素子４５、赤外光センサ４０、可視光センサ７０、制御ユニット９０を備えている。赤色照明装置５０１Ｒが備える光波長変換素子２０では、赤外レーザ光から赤色への波長変換が行われ、緑色照明装置５０１Ｇが備える光波長変換素子２０では、赤外レーザ光から緑色への波長変換が行われる。また、青色照明装置５０１Ｂが備える光波長変換素子２０では、赤外レーザ光から青色への波長変換が行われる。

プロジェクタ５００は、各色の照明装置５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂから射出された照明光を、パソコン等から送られてきた画像信号に応じてそれぞれ変調する液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂと、液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂから射出された光を合成して投写レンズ５０７に導くクロスダイクロイックプリズム５０６と、液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン５１０に投写する投写レンズ５０７とを備えている。

各液晶ライトバルブ５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投写レンズ５０７によりスクリーン５１０上に投写され、拡大された画像が表示される。

以上のように構成されたプロジェクタ５００によれば、レーザを光源とした、高輝度の画像を表示することが可能になる。

なお、上述した第３実施例のプロジェクタ５００においても、第１実施例で説明した種々の変形例を適用できることはいうまでもない。また、本実施例のプロジェクタ５００は、いわゆる３板式の液晶プロジェクタであったが、これに換えて、色毎に時分割でレーザ光源を点灯することにより１つのライトバルブのみでカラー表示を可能とした構成の単板式の液晶プロジェクタとしてもよい。

以上、本発明の種々の実施例および変形例について説明したが、本発明はこのような実施例あるいは変形例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。

第１実施例としての照明装置１００の概略構成を示す説明図である。 フォトダイオードの感度特性を示す説明図である。 安定化処理のフローチャートである。 変形例としての照明装置１００ｂの構成を示す説明図である。 第２実施例としてのモニタ装置の概略構成を示す説明図である。 第３実施例としてのプロジェクタ５００の概略構成図である。 波長変換素子による光の変換効率の一例を示すグラフである。

符号の説明

１０…半導体レーザアレイ
１５…遮光板
２０…光波長変換素子
２２…サーミスタ
２４…ペルチェ素子
２６…ヒータ
３０…反射ミラー
３５…赤外ビームスプリッタ
４０…赤外光センサ
４２…赤外光バンドパスフィルタ
４５…ホログラム素子
５０…液晶ライトバルブ
７０…可視光センサ
７２…可視光バンドパスフィルタ
９０…制御ユニット
１００…照明装置
２００…光源装置
４００…モニタ装置
４１０…装置本体
４１１…カメラ
４２０…光伝送部
４２１，４２２…ライトガイド
４２３…拡散板
４２４…結像レンズ
５００…プロジェクタ
５０１Ｒ…赤色照明装置
５０１Ｇ…緑色照明装置
５０１Ｂ…青色照明装置
５０４Ｒ，５０４Ｇ，５０４Ｂ…液晶ライトバルブ
５０６…クロスダイクロイックプリズム
５０７…投写レンズ
５１０…スクリーン

Claims (18)

1. 照明装置であって、
   レーザ光源と、
   前記レーザ光源から発せられたレーザ光の光量を検出する第１光検出器と、
   前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子と、
   前記波長の変換されたレーザ光を、被照明物に対して照明するとともに、該被照明物以外の方向に照射する拡散素子と、
   前記拡散素子から前記被照明物以外の方向に照射されたレーザ光を受けて、該レーザ光の光量を検出する第２光検出器と、
   前記第１光検出器によって検出した光量と、前記第２光検出器によって検出した光量との比率に応じて、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する調整器と
   を備える照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記調整器は、前記比率に応じて前記波長変換素子の温度を制御することで、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する
   照明装置。
3. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記調整器は、前記比率に応じて前記レーザ光源に流す電力を制御することで、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する
   照明装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の照明装置であって、
   更に、前記調整器による前記レーザ光の出力の調整に先立ち、前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子による波長の変換効率特性に基づき予め設定された所定の目標温度に調整する温度設定部を備える
   照明装置。
5. 請求項４に記載の照明装置であって、
   前記温度設定部は、前記調整器によるレーザ光の出力の調整を行った後の前記波長変換素子の温度を、前記目標温度として再設定する手段を備える
   照明装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の照明装置であって、
   前記拡散素子は、該拡散素子に入射したレーザ光が、前記被照明物に対して照明するように予め干渉縞が形成されているホログラム素子である
   照明装置。
7. 請求項６に記載の照明装置であって、
   前記第２光検出器は、前記拡散素子を透過したゼロ次光の光量を検出する
   照明装置。
8. 請求項７に記載の照明装置であって、
   前記被照明物は、前記ゼロ次光が照射されることを避けて配置されている
   照明装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の照明装置であって、
   前記第１光検出器および第２光検出器は、それぞれ所定の波長の光を透過させるフィルタを備え、該フィルタを透過した光を受光する
   照明装置。
10. 請求項９に記載の照明装置であって、
    前記第１光検出器は、前記レーザ光源から発せられたレーザ光の元波長を透過するフィルタを備える
    照明装置。
11. 請求項９または請求項１０に記載の照明装置であって、
    前記第２光検出器は、前記波長変換素子によって変換された光の波長を透過するフィルタを備える
    照明装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記レーザ光源と、前記波長変換素子とを含むパッケージを備え、
    前記第１光検出器は、前記パッケージ内に配置されている
    照明装置。
13. 請求項１２に記載の照明装置であって、
    前記第２光検出器は、前記パッケージ外に配置されている
    照明装置。
14. レーザ光源を備える照明装置の制御方法であって、
    前記レーザ光源から発せられたレーザ光の光量を第１光検出器によって検出し、
    所定の波長変換素子によって、前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長を所定の波長に変換し、
    所定の拡散素子によって、前記波長の変換されたレーザ光を、被照明物に対して照明するとともに、該被照明物以外の方向に照射し、
    前記拡散素子から前記被照明物以外の方向に照射されたレーザ光を受けて、該レーザ光の光量を第２光検出器によって検出し、
    前記第１光検出器によって検出した光量と、前記第２光検出器によって検出した光量との比率に応じて、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する
    制御方法。
15. 請求項１４に記載の制御方法であって、
    前記比率に応じたレーザ光の出力の調整に先立ち、前記波長変換素子の温度を、該波長変換素子による波長の変換効率特性に基づき予め設定された所定の目標温度に調整する
    制御方法。
16. 請求項１５に記載の制御方法であって、
    前記比率に応じたレーザ光の出力の調整を行った後の前記波長変換素子の温度を、前記目標温度として再設定する
    制御方法。
17. 入力した画像信号に応じて画像を投写するプロジェクタであって、
    レーザ光源と、
    前記レーザ光源から発せられたレーザ光の光量を検出する第１光検出器と、
    前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子と、
    前記波長の変換されたレーザ光を、被照明物に対して照明するとともに、該被照明物以外の方向に照射する拡散素子と、
    前記拡散素子から前記被照明物以外の方向に照射されたレーザ光を受けて、該レーザ光の光量を検出する第２光検出器と、
    前記第１光検出器によって検出した光量と、前記第２光検出器によって検出した光量との比率に応じて、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する調整器と、
    前記波長変換素子から射出された光を前記画像信号に応じて変調する前記被照明物としての変調部と、
    前記変調された光を拡大投写する投写部と
    を備えるプロジェクタ。
18. 照明された被写体を撮像するモニタ装置であって、
    レーザ光源と、
    前記レーザ光源から発せられたレーザ光の光量を検出する第１光検出器と、
    前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長を所定の波長に変換する波長変換素子と、
    前記波長の変換されたレーザ光を、被照明物に対して照明するとともに、該被照明物以外の方向に照射する拡散素子と、
    前記拡散素子から前記被照明物以外の方向に照射されたレーザ光を受けて、該レーザ光の光量を検出する第２光検出器と、
    前記第１光検出器によって検出した光量と、前記第２光検出器によって検出した光量との比率に応じて、前記波長変換素子から発せられるレーザ光の出力を調整する調整器と、
    前記拡散素子によって照明された被照明物を撮像する撮像部と
    を備えるモニタ装置。

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