JP2008164900A

JP2008164900A - 光源装置、照明装置、モニタ装置、プロジェクタ、及び光源装置の制御方法

Info

Publication number: JP2008164900A
Application number: JP2006353826A
Authority: JP
Inventors: Shunji Uejima; 俊司上島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】波長変換素子による安定した波長変換を行い、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置、その光源装置を用いる照明装置、モニタ装置、プロジェクタ、及び光源装置の制御方法を提供すること。
【解決手段】光源駆動信号に応じてレーザ光を射出する光源部である半導体レーザアレイ２１と、光源部から射出されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子であるＳＨＧ素子２３と、波長変換素子の温度を調節する温度調節部であるヒータ３０と、光源駆動信号に応じて温度調節部を制御する制御部４０と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置、照明装置、モニタ装置、プロジェクタ、及び光源装置の制御方法、特に、波長変換素子を用いる光源装置の技術に関する。

近年、モニタ装置やプロジェクタの光源装置として、レーザ光を供給するレーザ光源を用いる技術が提案されている。モニタ装置やプロジェクタの光源装置として従来用いられているＵＨＰランプと比較すると、レーザ光源を用いる光源装置は、高い色再現性、瞬時点灯が可能、長寿命である等の利点がある。レーザ光源を用いる光源装置としては、レーザ光源からの基本波レーザを直接供給するものの他、基本波レーザの波長を変換して供給するものが知られている。基本波レーザの波長を変換する波長変換素子として、例えば第二高調波発生（Second−Harmonic Generation；ＳＨＧ）素子が用いられている。波長変換素子を用いることで、容易に入手可能な汎用のレーザ光源を用いて、所望の波長のレーザ光を供給することが可能となる。また、十分な光量のレーザ光を供給可能な構成とすることもできる。ＳＨＧ素子は、温度変化によって屈折率分布が変化する場合、位相整合条件が崩れ、波長を変換する効率が低下することが知られている。高い効率で安定した光量のレーザ光を供給するためには、波長変換素子の温度変化を低減させることが望まれる。そこで従来、サーミスタ等を用いて計測された温度に基づいて波長変換素子の温度調節を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００２−１１６５０９号公報特開平７−５８３９１号公報

特許文献１、特許文献２に提案されるいずれの技術も、光源装置或いは波長変換素子の温度の計測結果に基づいて温度調節を行うフィードバック制御が用いられている。この場合、実際の温度変化に追随して温度調節が行われるため、波長変換素子の温度を変化させる要因が生じてから温度調節が完了するまでにタイムラグが生じてしまう。そのため、従来の技術によると、波長変換素子の温度変化に対して安定した波長変換を行うことが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、波長変換素子による安定した波長変換を行い、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置、その光源装置を用いる照明装置、モニタ装置、プロジェクタ、及び光源装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光源駆動信号に応じてレーザ光を射出する光源部と、光源部から射出されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子と、波長変換素子の温度を調節する温度調節部と、光源駆動信号に応じて温度調節部を制御する制御部と、を有することを特徴とする光源装置を提供することができる。

波長変換素子の温度を変化させる主な要因として、光源部からのレーザ光によるエネルギーの吸収が挙げられる。光源部からのレーザ光の出力を変化させる場合、波長変換素子の温度は容易に変化することとなる。光源駆動信号により光源部からのレーザ光の出力の変化を検知すると同時に温度調節部を制御するフィードフォワード制御により、レーザ光の出力の変化に対する高精度な温度調節が可能となる。波長変換素子の高精度な温度調節により、波長変換素子による安定した波長変換を行うことができる。これにより、波長変換素子による安定した波長変換を行い、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、制御部は、光源駆動信号のレベルに対応させて予め設定された調節量に応じて温度調節部を制御することが望ましい。光源駆動信号のレベルに対応する調節量を参照することで、簡易な処理によって調節量を出力できる。これにより、簡易な構成により正確に温度調節部を制御することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、波長変換素子の温度を計測する波長変換素子用温度計測部を有し、制御部は、波長変換素子用温度計測部による計測結果に基づいて温度調節部を制御することが望ましい。波長変換素子用温度計測部による計測結果に基づくフィードバック制御を併用することで、波長変換素子の温度を設定値に収束させることが可能となる。これにより、波長変換素子による安定した波長変換を可能とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、波長変換素子の周辺の温度を計測する周辺温度計測部を有し、制御部は、周辺温度計測部による計測結果に基づいて温度調節部を制御することが望ましい。波長変換素子の温度を変化させる要因として、波長変換素子周辺の温度変化が挙げられる。周辺温度計測部により周辺温度の変化を検知すると同時に温度調節部を制御するフィードフォワード制御により、周辺温度の変化に対する高精度な温度調節が可能となる。これにより、さらに安定した波長変換を可能とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、制御部は、周辺温度計測部による計測結果に対応させて予め設定された調節量に応じて温度調節部を制御することが望ましい。周辺温度計測部による計測結果に対応する調節量を参照することで、簡易な処理によって調節量を出力できる。これにより、簡易な構成により正確に温度調節部を制御することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、温度調節部は、熱を供給する熱供給部を備えることが望ましい。熱供給部により供給する熱量の調節により、波長変換素子の温度を調節することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、制御部は、光源部から射出されるレーザ光の光量が増加するに従い熱供給部から供給させる熱量を減少させることが望ましい。これにより、波長変換素子の温度を設定値に収束させる制御を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、制御部は、光源部から射出されるレーザ光の光量が減少するに従い熱供給部から供給させる熱量を増加させることが望ましい。これにより、波長変換素子の温度を設定値に収束させる制御を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、制御部は、波長変換素子の周辺の温度が上昇するに従い熱供給部から供給させる熱量を減少させることが望ましい。これにより、波長変換素子の温度を設定値に収束させる制御を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、制御部は、波長変換素子の周辺の温度が低下するに従い熱供給部から供給させる熱量を増加させることが望ましい。これにより、波長変換素子の温度を設定値に収束させる制御を行うことができる。

さらに、本発明によれば、上記の光源装置を有し、光源装置からのレーザ光を用いて被照射物を照明することを特徴とする照明装置を提供することができる。上記の光源装置を用いることで、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給することができる。これにより、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な照明装置を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の照明装置と、照明装置により照明された被写体を撮像する撮像部と、を有することを特徴とするモニタ装置を提供することができる。上記の照明装置を用いることにより、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給することができる。これにより、明るい像をモニタすることが可能なモニタ装置を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の照明装置と、照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の照明装置を用いることにより、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給することができる。これにより、明るい画像を表示することが可能なプロジェクタを得られる。

さらに、本発明によれば、光源駆動信号に応じてレーザ光を射出するレーザ光射出工程と、波長変換素子においてレーザ光の波長を変換する波長変換工程と、温度調節部により波長変換素子の温度を調節する温度調節工程と、光源駆動信号に応じて温度調節部を制御する制御工程と、を含むことを特徴とする光源装置の制御方法を提供することができる。これにより、波長変換素子による安定した波長変換を行い、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の概略構成を示す。プロジェクタ１０は、スクリーン１８に光を射出し、スクリーン１８で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ１０は、赤色（Ｒ）光用照明装置１１Ｒ、緑色（Ｇ）光用照明装置１１Ｇ、青色（Ｂ）光用照明装置１１Ｂを有する。プロジェクタ１０は、各色光用照明装置１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂからの光を用いて画像を表示する。

Ｒ光用照明装置１１Ｒは、Ｒ光を供給する照明装置である。フィールドレンズ１２は、Ｒ光用照明装置１１ＲからのＲ光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置１３Ｒへ入射させる。Ｒ光用空間光変調装置１３Ｒは、Ｒ光用照明装置１１ＲからのＲ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High Temperature Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。Ｒ光用空間光変調装置１３Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１４へ入射する。

Ｇ光用照明装置１１Ｇは、Ｇ光を供給する照明装置である。フィールドレンズ１２は、Ｇ光用照明装置１１ＧからのＧ光を平行化させ、Ｇ光用空間光変調装置１３Ｇへ入射させる。Ｇ光用空間光変調装置１３Ｇは、Ｇ光用照明装置１１ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置１３Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム１４へ入射する。

Ｂ光用照明装置１１Ｂは、Ｂ光を供給する照明装置である。フィールドレンズ１２は、Ｂ光用照明装置１１ＢからのＢ光を平行化させ、Ｂ光用空間光変調装置１３Ｂへ入射させる。Ｂ光用空間光変調装置１３Ｂは、Ｂ光用照明装置１１ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置１３Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム１４へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム１４は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜１５、１６を有する。第１ダイクロイック膜１５は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜１６は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム１４は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ１７の方向へ出射させる。投写レンズ１７は、クロスダイクロイックプリズム１４で合成された光をスクリーン１８の方向へ投写する。

プロジェクタ１０は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）等を用いても良い。プロジェクタ１０は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ１０は、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。

図２は、照明装置であるＧ光用照明装置１１Ｇの構成を示す。Ｇ光用照明装置１１Ｇは、光源装置２０からのレーザ光を用いて被照射物であるＧ光用空間光変調装置１３Ｇ（図１参照）を照明する。半導体レーザアレイ２１は、レーザセル２２に内蔵されている。半導体レーザアレイ２１は、レーザ光を射出する光源部であって、例えば１０６４ｎｍのレーザ光を射出する。ＳＨＧ素子２３は、ジャケット２４に内蔵されている。ジャケット２４は、高い熱伝導率を持つ部材、例えば銅を用いて形成できる。半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光は、ＳＨＧ素子２３に入射する。

ＳＨＧ素子２３は、半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子である。ＳＨＧ素子２３は、半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光を、２分の１の波長である５３２ｎｍのレーザ光に変換して射出させる。ＳＨＧ素子２３としては、非線形光学結晶、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）の分極反転結晶（Periodically Poled Lithium Niobate；ＰＰＬＮ）を用いることができる。ＳＨＧ素子２３から射出されるレーザ光は、共振ミラー２５へ入射する。

ＳＨＧ素子２３から射出されるレーザ光のうち、ＳＨＧ素子２３により所望の波長に変換されたレーザ光は、共振ミラー２５を通過し、拡散素子２６の方向へ進行する。ＳＨＧ素子２３から射出されるレーザ光のうち、所望の波長以外の波長のレーザ光は、共振ミラー２５で反射する。なお、本実施例では、ＳＨＧ素子２３において波長変換されたレーザ光の波長である５３２ｎｍが所望の波長に相当する。半導体レーザアレイ２１及び共振ミラー２５間において所望の波長に変換されたレーザ光は、共振ミラー２５を通過し、拡散素子２６の方向へ進行する。このようにして、所望の波長のレーザ光を効率良く射出させることができる。

拡散素子２６は、照明領域の整形、拡大、及びレーザ光の光量分布の均一化を行う。拡散素子２６としては、例えば回折光学素子である計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）を用いることができる。光源装置２０は、光源部として半導体レーザを用いる他、半導体レーザ励起固体（Diode Pumped Solid State；ＤＰＳＳ）レーザや、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いる構成としても良い。Ｒ光用照明装置１１Ｒ、Ｂ光用照明装置１１Ｂは、射出させるレーザ光の波長が異なる他は、Ｇ光用照明装置１１Ｇと同様の構成とすることができる。

図３は、ＳＨＧ素子２３の温度調節を行うための構成を説明するものである。ヒータ３０は、ジャケット２４の内部に設けられている。ヒータ３０は、熱を供給する熱供給部であって、ＳＨＧ素子２３の温度を調節する温度調節部である。ジャケット２４内にヒータ３０を設けることで、ヒータ３０は、ＳＨＧ素子２３全体へ均一に熱を供給する。ＳＨＧ素子用サーミスタ３１は、ジャケット２４の内部に設けられている。ＳＨＧ素子用サーミスタ３１は、ＳＨＧ素子２３の温度を計測する波長変換素子用温度計測部である。ジャケット２４内にＳＨＧ素子用サーミスタ３１を設けることで、ＳＨＧ素子用サーミスタ３１は、ＳＨＧ素子２３の温度を正確に計測することができる。

光源装置２０は、半導体レーザアレイ２１から共振ミラー２５までの各構成を収納するパッケージ２８を有する。共振ミラー２５を透過したレーザ光は、出射部２７を透過することによりパッケージ２８の外部へ出射する。周辺温度用サーミスタ３２は、パッケージ２８上に設けられている。周辺温度用サーミスタ３２は、ＳＨＧ素子２３の周辺の温度を計測する周辺温度計測部である。周辺温度用サーミスタ３２は、ＳＨＧ素子２３の周辺の温度を計測可能であれば良く、パッケージ２８上に設ける場合に限られない。

マイクロコンピュータ等を備える制御部４０は、各照明装置１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの光源装置２０、及び各色光用空間光変調装置１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの駆動を制御する。コンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ＴＶチューナ等の外部機器からの画像信号は、制御部４０へ入力される。制御部４０へ入力された画像信号は、特性補正、増幅等の処理が施された後、Ｒ、Ｇ、Ｂの各映像データに分解される。空間光変調駆動部４４は、各映像データに基づいて、各色光用空間光変調装置１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを駆動する。

制御部４０は、画像信号に基づいて生成された光源駆動信号により、光源駆動部４２を制御する。光源駆動部４２は、制御部４０の制御に応じて半導体レーザアレイ２１を駆動する。半導体レーザアレイ２１は、光源駆動信号に応じてレーザ光を射出する。画像信号に基づいて生成された光源駆動信号を用いることで、各色光用空間光変調装置１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの制御に応じたダイナミックレンジよりも広いダイナミックレンジで画像を表示することができる。特に、全体が暗いような画像の場合において、高コントラストで見易い表示が可能となる。

制御部４０は、ＳＨＧ素子用サーミスタ３１による計測結果に基づいて、ヒータ駆動部４３を制御する。ヒータ駆動部４３は、制御部４０の制御に応じた電力供給によってヒータ３０を駆動する。ＳＨＧ素子用サーミスタ３１による計測結果に基づいたヒータ３０の制御により、ＳＨＧ素子２３の温度を設定値に収束させるフィードバック制御が可能となる。さらに制御部４０は、光源駆動信号、及び周辺温度用サーミスタ３２による計測結果に基づいてヒータ３０を制御する。記憶部４１は、光源駆動信号のレベルごと、及びＳＨＧ素子２３の周辺温度の変化量ごとに設定されたヒータ３０の出力の調節量を記憶する。

図４は、光源駆動信号に応じてヒータ３０を制御する手順を説明するフローチャートである。ヒータ３０の制御の前段階として、レーザ光射出工程において、光源駆動信号に応じたレーザ光の射出が行われる。また、波長変換工程において、ＳＨＧ素子２３を用いたレーザ光の波長の変換が行われる。また、温度調節工程において、ヒータ３０によるＳＨＧ素子２３の温度調節が行われる。

ヒータ３０の制御の手順として、ステップＳ１において、制御部４０は、光源駆動信号のレベルの変化の有無を判断する。例えば図５に示す光源駆動信号は、そのパルス振幅に応じて半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光の光量を変化させる。光源駆動信号のレベルとは、半導体レーザアレイ２１へ供給される電力のレベルであって、ここではパルス振幅を指すものとする。光源駆動信号のレベルの変化が無い限り光源駆動信号に応じたヒータ３０の制御はなされず、ステップＳ１において光源駆動信号のレベルの変化の監視が継続される。

光源駆動信号のレベルの変化があった場合、ステップＳ２において、制御部４０は、光源駆動信号が高いレベルへ変化したか否かを判断する。光源駆動信号が高いレベルへ変化した場合、半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光の光量は増加する。ステップＳ３において、制御部４０は、記憶部４１に記憶されたテーブルを参照することにより、ヒータ駆動部４３に対してそれまでより低い電力値を出力する。このように制御部４０は、光源駆動信号のレベルに対応させて予め設定された調整量に応じてヒータ３０を制御する。光源駆動信号のレベルに対応する調節量を参照することで、簡易な処理によって調節量を出力できる。これにより、簡易な構成により正確にヒータ３０を制御することができる。

ヒータ駆動部４３からの電力値を低くすることで、ヒータ３０の出力は低下する。これにより、ステップＳ５において、ヒータ３０から供給させる熱量を減少させる。このようにして、制御部４０は、半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光の光量が増加するに従いヒータ３０から供給させる熱量を減少させる。ヒータ３０からの熱量を減少させることで、レーザ光の光量の増加によるＳＨＧ素子２３の温度の上昇が抑制される。

ステップＳ２において光源駆動信号が低いレベルへ変化した場合、半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光の光量は減少する。ステップＳ４において制御部４０は、記憶部４１に記憶されたテーブルを参照することにより、ヒータ駆動部４３に対してそれまでより高い電力値を出力する。ヒータ駆動部４３からの電力値を高くすることで、ヒータ３０の出力は増加する。これにより、ステップＳ６において、ヒータ３０から供給させる熱量を増加させる。

このようにして、制御部４０は、半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光の光量が減少するに従いヒータ３０から供給させる熱量を増加させる。ヒータ３０からの熱量を増加させることで、レーザ光の光量の減少によるＳＨＧ素子２３の温度の低下が抑制される。なお、制御部４０は、記憶部４１に予め記憶された調節量に応じてヒータ３０を制御するものに限られない。制御部４０は、光源駆動信号に基づく演算処理によりヒータ３０の調節量を出力する構成であっても良い。

図５に示すように、時間ｔ１における光源駆動信号のパルス振幅Ｐ１が時間ｔ２においてＰ２へ減少した場合、ヒータ３０を駆動するヒータ駆動電流をＩ１からＩ２へ増加させる。そして時間ｔ２における光源駆動信号のパルス振幅Ｐ２が時間ｔ３においてＰ３へ増加した場合、ヒータ駆動電流をＩ２からＩ３へ減少させる。このように、パルス振幅Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の変化に対して逆にヒータ駆動電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を増減させる。このように、制御工程において、制御部４０は、光源駆動信号に応じたヒータ３０の制御を行う。ヒータ３０をパルス信号に応じて駆動する場合は、図６に示すように、ヒータ駆動信号のパルス振幅Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を変化させることによりヒータ３０を制御することができる。

図７は、光源駆動信号のレベルの変化について説明するものである。図５に示す光源駆動信号による変調は、基本パルスに対してパルス振幅を変化させるパルス振幅変調である。これに対して、パルス幅変調は、基本パルスに対してパルス幅を変化させる。パルス幅変調の場合、光源駆動信号のレベルとはパルス幅を示す。さらに、パルス振幅及びパルス幅を変化させる光源駆動信号を用いる場合、光源駆動信号のレベルとはパルス振幅及びパルス幅を示す。

図８は、周辺温度用サーミスタ３２による計測結果に基づいてヒータ３０を制御する手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１１において、制御部４０は、周辺温度用サーミスタ３２の出力からＳＨＧ素子２３の周辺温度の変化の有無を判断する。ＳＨＧ素子２３の周辺温度の変化が無い限り周辺温度用サーミスタ３２による計測結果に基づくヒータ３０の制御はなされず、ステップＳ１１において温度変化の監視が継続される。

ＳＨＧ素子２３の周辺温度の変化があった場合、ステップＳ１２において、制御部４０は、周辺温度が上昇したか否かを判断する。周辺温度が上昇した場合、ＳＨＧ素子２３の温度も上昇することとなる。ステップＳ１３において、制御部４０は、記憶部４１に記憶されたテーブルを参照することにより、ヒータ駆動部４３に対してそれまでより低い電力値を出力する。このように制御部４０は、周辺温度用サーミスタ３２による計測結果に対応させて予め設定された調節量に応じてヒータ３０を制御する。

周辺温度用サーミスタ３２による計測結果に対応する調節量を参照することで、簡易な処理によって調節量を出力できる。これにより、簡易な構成により正確にヒータ３０を制御することができる。ヒータ駆動部４３からの電力値を低くすることで、ヒータ３０は出力を低下させる。これにより、ステップＳ１５において、ヒータ３０から供給させる熱量を減少させる。このようにして、制御部４０は、ＳＨＧ素子２３の周辺温度が上昇するに従いヒータ３０から供給させる熱量を減少させる。ヒータ３０から供給させる熱量を減少させることで、周辺温度の上昇によるＳＨＧ素子２３の温度の上昇が抑制される。

ステップＳ１２において周辺温度が低下した場合、ＳＨＧ素子２３の温度も低下することとなる。ステップＳ１４において、制御部４０は、記憶部４１に記憶されたテーブルを参照することにより、ヒータ駆動部４３に対してそれまでより高い電力値を出力する。ヒータ駆動部４３からの電力値を高くすることで、ヒータ３０は出力を増加させる。これにより、ステップＳ１６において、ヒータ３０から供給させる熱量を増加させる。

このようにして、制御部４０は、ＳＨＧ素子２３の周辺温度が低下するに従いヒータ３０から供給させる熱量を増加させる。ヒータ３０から供給させる熱量を増加させることで、周辺温度の低下によるＳＨＧ素子２３の温度の低下が抑制される。なお、制御部４０は、記憶部４１に予め記憶された調節量に応じてヒータ３０を制御するものに限られない。制御部４０は、周辺温度用サーミスタ３２による計測結果に基づく演算処理によりヒータ３０の調節量を出力する構成であっても良い。

図９は、ＳＨＧ素子２３の周辺温度の変化とヒータ駆動電流の変化との関係を説明するものである。時間ｔＡにおいてＳＨＧ素子２３の周辺温度がＴＡで略一定であるとき、ヒータ駆動電流を一定値ＩＡとする。その後時間ｔＢにおいて周辺温度がＴＢ１からＴＢ２へ略一定の変化量で変化したとき、ヒータ駆動電流をＩＢ１からＩＢ２へ一定の変化量で減少させる。そして時間ｔＣにおいて周辺温度がＴＣで略一定となったとき、ヒータ駆動電流を一定値ＩＣとする。以下時間ｔＤ、ｔＥ、ｔＦ、ｔＧにおいても同様に、周辺温度ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＥ、ＴＦ１、ＴＦ２、ＴＧの変化に対して逆にヒータ駆動電流ＩＤ１、ＩＤ２、ＩＥ、ＩＦ１、ＩＦ２、ＩＧを増減させる。このように、制御工程において、制御部４０は、周辺温度用サーミスタ３２による計測結果に基づくヒータ３０の制御を行う。

ＳＨＧ素子２３は、温度変化によって屈折率分布が変化する場合、位相整合条件が崩れ、波長を変換する効率が低下することが知られている。例えば、ＰＰＬＮにおいて高い波長変換効率を維持するためには、温度変化の範囲を１度程度以内に制御することが望まれる。また、半導体レーザアレイ２１からのレーザ光は赤外光であって、ＳＨＧ素子２３へ入射するレーザ光のエネルギーのうち１０^-4〜１０^-2倍相当がＳＨＧ素子２３へ吸収されることが確認されている。

かかるエネルギーの吸収は、ＳＨＧ素子２３の温度を変化させる主な要因となり得る。半導体レーザアレイ２１からのレーザ光の出力を変化させる場合、ＳＨＧ素子２３の温度は容易に変化することとなる。さらに、プロジェクタ１０を設置する環境に応じて、ＳＨＧ素子２３の周辺温度は変化する。ＳＨＧ素子２３の周辺温度の変化は、ＳＨＧ素子２３の温度を変化させる要因となり得る。

本発明の構成によると、光源駆動信号により半導体レーザアレイ２１から射出されるレーザ光の出力の変化を検知すると同時に、ヒータ３０を制御するフィードフォワード制御が可能となる。ＳＨＧ素子用サーミスタ３１による計測結果に基づくフィードバック制御とともに光源駆動信号に基づくフィードフォワード制御を行うことで、レーザ光の出力の変化に対する高精度な温度調節が可能となる。

また、周辺温度用サーミスタ３２によりＳＨＧ素子２３の周辺温度の変化を検知すると同時に、ヒータ３０を制御するフィードフォワード制御により、ＳＨＧ素子２３の周辺温度の変化に対する高精度な温度調節が可能となる。これにより、波長変換素子による安定した波長変換を行い、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給できるという効果を奏する。高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能とすることで、プロジェクタ１０により明るい画像を表示することができる。

光源装置２０は、光源駆動信号に応じたヒータ３０の制御、及び周辺温度用サーミスタ３２の計測結果に基づくヒータ３０の制御の双方を行う構成に限られない。光源装置２０は、少なくとも、光源駆動信号に応じたヒータ３０の制御を行う構成であれば良く、周辺温度用サーミスタ３２を用いた制御を省略しても良い。光源装置２０は、温度調節部として熱供給部であるヒータ３０を用いる構成に限られない。例えば、温度調節部としてペルチェ素子を用いることとしても良い。

図１０は、本発明の実施例２に係るモニタ装置５０の概略構成を示す。モニタ装置５０は、装置本体５１と、光伝送部５２とを有する。装置本体５１は、上記実施例１に係る光源装置２０を備える。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

光伝送部５２は、２つのライトガイド５４、５５を有する。光伝送部５２のうち被写体（不図示）側の端部には、拡散板５６及び結像レンズ５７が設けられている。第１ライトガイド５４は、光源装置２０からの光を被写体へ伝送する。拡散板５６は、第１ライトガイド５４の出射側に設けられている。第１ライトガイド５４内を伝播した光は、拡散板５６を透過することにより、被写体側にて拡散される。光源装置２０から拡散板５６までの光路中の各部は、被写体を照明する照明装置を構成する。

第２ライトガイド５５は、被写体からの光をカメラ５３へ伝送する。結像レンズ５７は、第２ライトガイド５５の入射側に設けられている。結像レンズ５７は、被写体からの光を第２ライトガイド５５の入射面へ集光させる。被写体からの光は、結像レンズ５７により第２ライトガイド５５へ入射した後、第２ライトガイド５５内を伝播してカメラ５３へ入射する。

第１ライトガイド５４、第２ライトガイド５５としては、多数の光ファイバを束ねたものを用いることができる。光ファイバを用いることで、レーザ光を遠方へ伝送させることができる。カメラ５３は、装置本体５１内に設けられている。カメラ５３は、光源装置２０から拡散板５６までの光路中の各部により照明された被写体を撮像する撮像部である。第２ライトガイド５５から入射した光をカメラ５３へ入射させることで、カメラ５３による被写体の撮像ができる。

上記実施例１の場合と同様に、光源装置２０を備える照明装置を適用することにより、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給することができる。これにより、明るい像をモニタすることができるという効果を奏する。なお、本発明の光源装置は、プロジェクタ及びモニタ装置に適用する場合に限られない。例えば、レーザ光を用いて露光を行う露光装置等に用いることとしても良い。

以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクタやモニタ装置に用いられる照明装置に適用する場合に適している。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。照明装置であるＧ光用照明装置の構成を示す図。ＳＨＧ素子の温度調節を行うための構成を説明する図。光源駆動信号に応じてヒータを制御する手順を説明するフローチャート。光源駆動信号及びヒータ駆動電流について説明する図。ヒータ駆動信号について説明する図。光源駆動信号のレベルの変化について説明する図。周辺温度に基づいてヒータを制御する手順を示すフローチャート。ＳＨＧ素子の周辺温度変化とヒータ駆動電流の変化との関係を説明する図。本発明の実施例２に係るモニタ装置の概略構成を示す図。

符号の説明

１０プロジェクタ、１１ＲＲ光用照明装置、１１ＧＧ光用照明装置、１１ＢＢ光用照明装置、１２フィールドレンズ、１３ＲＲ光用空間光変調装置、１３ＧＧ光用空間光変調装置、１３ＢＢ光用空間光変調装置、１４クロスダイクロイックプリズム、１５第１ダイクロイック膜、１６第２ダイクロイック膜、１７投写レンズ、１８スクリーン、２０光源装置、２１半導体レーザアレイ、２２レーザセル、２３ＳＨＧ素子、２４ジャケット、２５共振ミラー、２６拡散素子、２７出射部、２８パッケージ、３０ヒータ、３１ＳＨＧ素子用サーミスタ、３２周辺温度用サーミスタ、４０制御部、４１記憶部、４２光源駆動部、４３ヒータ駆動部、４４空間光変調駆動部、５０モニタ装置、５１装置本体、５２光伝送部、５３カメラ、５４第１ライトガイド、５５第２ライトガイド、５６拡散板、５７結像レンズ

Claims

光源駆動信号に応じてレーザ光を射出する光源部と、
前記光源部から射出される前記レーザ光の波長を変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子の温度を調節する温度調節部と、
前記光源駆動信号に応じて前記温度調節部を制御する制御部と、を有することを特徴とする光源装置。
前記制御部は、前記光源駆動信号のレベルに対応させて予め設定された調節量に応じて前記温度調節部を制御することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記波長変換素子の温度を計測する波長変換素子用温度計測部を有し、
前記制御部は、前記波長変換素子用温度計測部による計測結果に基づいて前記温度調節部を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
前記波長変換素子の周辺の温度を計測する周辺温度計測部を有し、
前記制御部は、前記周辺温度計測部による計測結果に基づいて前記温度調節部を制御することを特徴とする１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
前記制御部は、前記周辺温度計測部による計測結果に対応させて予め設定された調節量に応じて前記温度調節部を制御することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
前記温度調節部は、熱を供給する熱供給部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
前記制御部は、前記光源部から射出される前記レーザ光の光量が増加するに従い前記熱供給部から供給させる熱量を減少させることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
前記制御部は、前記光源部から射出される前記レーザ光の光量が減少するに従い前記熱供給部から供給させる熱量を増加させることを特徴とする請求項６又は７に記載の光源装置。
前記制御部は、前記波長変換素子の周辺の温度が上昇するに従い前記熱供給部から供給させる熱量を減少させることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
前記制御部は、前記波長変換素子の周辺の温度が低下するに従い前記熱供給部から供給させる熱量を増加させることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の光源装置。
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光源装置を有し、前記光源装置からのレーザ光を用いて被照射物を照明することを特徴とする照明装置。
請求項１１に記載の照明装置と、
前記照明装置により照明された被写体を撮像する撮像部と、を有することを特徴とするモニタ装置。
請求項１１に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
光源駆動信号に応じてレーザ光を射出するレーザ光射出工程と、
波長変換素子において前記レーザ光の波長を変換する波長変換工程と、
温度調節部により前記波長変換素子の温度を調節する温度調節工程と、
前記光源駆動信号に応じて前記温度調節部を制御する制御工程と、を含むことを特徴とする光源装置の制御方法。