JP4692623B2 - 光源装置及び光源制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばデータプロジェクタ装置やリアプロジェクションテレビ等に好適な光源装置及び光源制御方法に関する。

従来、高圧水銀ランプ等の光源ランプから出射された白色光を選択的に透過または吸収させてＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各原色光を時分割に出射するカラーホイールを用いたプロジェクタ装置が種々提案されている。（例えば、特許文献１）
特開２００７−２６４５７５号公報

上記特許文献の技術を含んで、カラーホイールを用いる単板式のＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）タイプのプロジェクタでは、カラーブレーキング現象と呼称される色割れ現象が発生する。そして、このカラーブレーキング現象は、回転円盤状のカラーホイールを用いる限り、原理上、抑制することは困難である。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、カラーブレーキング現象をできる限り抑制することが可能な光源装置及び光源制御方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、光を出射する、半導体レーザである光源と、上記出射された光を偏向して励振する、音響光学素子である光学偏向素子と、上記光学偏向素子で偏向された光の照射により、その照射位置に応じて複数の色相の光源光を時分割で周期的に出力する、ＲＧＢの光源光を出力する蛍光板である光変換部材とを具備し、上記光変換部材は、複数の色相毎に明度の異なる複数の位置領域を設け、上記光学偏向素子が励振する偏向角度を上記各色相毎に任意の明度の位置領域に対応して選択させる光学偏向調整手段をさらに具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記光学偏向調整手段は、上記光学偏向素子が励振する偏向角度を、上記各色相毎に任意の明度の複数の位置領域を同一周期内で連続的に切換えて選択させることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記光学偏向調整手段は、上記光学偏向素子が励振する偏向角度を、上記各色相毎に任意の明度の複数の位置領域を同一周期内の任意の時間幅で連続的に切換えて選択させることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、複数の色相毎に明度の異なる複数の位置領域が設けられた、ＲＧＢの光源光を出力する蛍光板であって、照射される光の位置に応じて複数の色相の光源光を選択的に出力する光変換部材に対し、半導体レーザの光源からの光を偏向する音響光学素子の光学偏向素子を所定の周波数で駆動してその出射光を励振して上記光変換部材に照射させ、該光変換部材から複数の色相の光源光を時分割で周期的に出力させ、上記光学偏向素子が励振する偏向角度を上記各色相毎に任意の明度の位置領域に対応して選択させるように調整することを特徴とする。

本発明によれば、確実にカラーブレーキング現象の発生を抑制することが可能となる。

以下図面を参照して本発明の一実施形態に係る光源装置について説明する。
図１は、同実施形態に係る光源装置１０の概略構成を示すものである。同図で、半導体レーザ１１から発射されたレーザ光が音響光学素子１２に入射される。

この音響光学素子１２は、光偏向素子として機能し、後述する進行方向制御により入射光に適宜偏向を与えて、光変換部材である蛍光板１３に出射する。

この蛍光板１３は、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各周波数帯域の可視光を発する蛍光体が塗布された領域が予め区分配置されており、上記音響光学素子１２での偏向により上記いずれかの領域に選択的にレーザ光が照射される。

蛍光板１３では、レーザ光が照射された位置に塗布されている蛍光体からＲＧＢいずれか１つの周波数帯域の色相の光が励起して拡散し、ライトトンネル１４を介して、図示しない投光系の光学レンズに導出される。

このライトトンネル１４は、蛍光板１３で励起し、拡散する光の密度を均一化するべく、トンネル内部を伝播する光を乱反射させるように、内壁面全面が鏡面加工され、且つ出射される光量が減衰しないような微小な凹凸が形成されている。

次に図２により上記光偏向素子である音響光学素子１２の原理について説明しておく。
音響光学素子１２は、例えば二酸化テルル（ＴｅＯ2）やモリブデン酸塩（ＰｂＭｏＯ4）などの単結晶、またはガラスからなる音響光学媒体１２ａに圧電素子１２ｂを接着し、この圧電素子１２ｂに交流発振器１５からの電気信号を加えて超音波を発生させ、超音波を音響光学媒体１２ａ中に伝播させる。

音響光学媒体１２ａを挟んで圧電素子１２ｂと反対側の面には一様に吸音材１２ｃが貼着され、音響光学媒体１２ａの端面で超音波が反射するのを防止する。超音波が伝播している音響光学媒体１２ａにレーザ光を透過させると、レーザ光は音響光学効果により回析させられる。この回析には、等方ブラッグ回析と結晶の異方性を利用した異方ブラッグ回析とがあり、ここでは後者の異方ブラッグ回析を利用して、レーザ光の偏向を行なわせる。

同図では、偏向角度を０°とした０次回析光と、周波数ｆ１，ｆ２の超音波により偏向させたｆ１回析光、及びｆ２回析光とにより、蛍光板１３のＲ，Ｇ，Ｂの各蛍光体位置にレーザ光を照射する。

具体的には、交流発振器１５で発振する周波数を約１１５．７［μｓｅｃ］毎に循環的に切り換えることにより、ＲＧＢの発光の繰返し周波数を２，８８０［Ｈｚ］とすることができる。この場合、
１[sec]÷115.7[μsec]÷3[色]＝2,880[Hz]＝60[Hz]×48[倍速]
となり、４８倍速で駆動可能な単板式のＤＬＰ（登録商標）タイプのプロジェクタ等を実現できることになる。

図３は、音響光学素子１２からのレーザ光によりＲＧＢの光源光を出力する蛍光板１３の構成を示す。蛍光板１３は、透明基板１３ａのレーザ光入射側である音響光学素子１２側全面にダイクロイックフィルタ１３ｂを一体に被覆する。

これとともに、透明基板１３ａのレーザ光出射側には、Ｒ蛍光領域１３ｃ１、Ｇ蛍光領域１３ｃ２、及びＢ蛍光領域１３ｃ３からなる蛍光体１３ｃを蛍光材の塗布により形成する。

上記ダイクロイックフィルタ１３ｂは、レーザ光を透過し、蛍光体１３ｃで生じたＲ，Ｇ，Ｂの各蛍光光を反射する特性のものが選定される。その結果、蛍光体１３ｃで生じた蛍光によるＲ，Ｇ，Ｂの各光源光は、拡散しながらすべてライトトンネル１４側へ出射される。

次に、上記光源装置１０を単板式ＤＬＰ（登録商標）タイプのデータプロジェクタ装置に適用した場合の構成例についても説明しておく。
図４は、同実施形態に係るデータプロジェクタ装置２０が備える電子回路の概略機能構成を示すブロック図である。
２１は入出力コネクタ部であり、この入出力コネクタ部２１より入力される各種規格の画像信号が、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）２２、システムバスＳＢを介し、スケーラとも称される画像変換部２３に入力される。画像変換部２３は、入力された画像信号を投影用のフォーマットの画像信号に統一し、バッファメモリであるビデオＲＡＭ２４に記憶した後に投影画像処理部２５へ送る。

投影画像処理部２５は、送られてきた画像信号を所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動により、空間的光変調素子（ＳＯＭ）であるマイクロミラー素子２６を表示駆動する。

このマイクロミラー素子２６は、アレイ状に配列された複数、例えばＸＧＡ（横１０２４×縦７６８ドット）分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン／オフ動作することでその反射光により光像を形成する。

一方で、上記半導体レーザ１１での発光が音響光学素子１２により偏向され、蛍光板１３の上記蛍光体１３ｃに照射される。その結果生じる蛍光光が光源光として、ライトトンネル１４で輝度分布が均一な光束とされた後に、光源系光学レンズ２７により平行光とされ、さらにミラー２８で全反射して上記マイクロミラー素子２６に照射される。

そして、マイクロミラー素子２６での反射光で光像が形成され、形成された光像が投影レンズユニット２９を介して、投影対象となるここでは図示しないスクリーンに投影表示される。

上記音響光学素子１２は、上述した如く交流発振器１５からの電気信号の周波数に応じた超音波で偏向角度が制御されるものである。上記半導体レーザ１１及び交流発振器１５の各発振駆動は投影光処理部３０が行なう。

さらに投影光処理部３０は、上記光源系光学レンズ２７を出射する光源光の輝度を検出する照度センサ３１からの検出信号を受信する。この照度センサ３１を用いることにより、投影動作中の光源光の明るさを検出してフィードバック制御をかけることで、光源光のの明るさを一定に保つことができる。

上記各回路の動作すべてをＣＰＵ３２が制御する。このＣＰＵ３２は、ＤＲＡＭで構成されたメインメモリ３３、及び動作プログラムや各種定型データ等を記憶した電気的書換可能な不揮発性メモリでなるプログラムメモリ３４を用いてこのデータプロジェクタ装置２０内の制御動作を実行する。

上記ＣＰＵ３２は、操作部３５からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。

上記ＣＰＵ３２はさらに、上記システムバスＳＢを介して音声処理部３６と接続される。音声処理部３６は、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部３７を駆動して拡声放音させ、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。

上記のような構成にあって、図５により交流発振器１５が音響光学素子１２の圧電素子１２ｂに供給する電気信号と、その電気信号により音響光学素子１２がレーザ光を励振して蛍光板１３に入射させる結果、蛍光板１３から出射される光源光とを例示する。

同図では、上述した如く４８倍速を実現するべく、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィールド期間が約１１５．７［μｓｅｃ］、ＲＧＢ１周期がその３倍の約３４７．２［μｓｅｃ］となるように同周期で交流発振器１５の発振周波数をｆ２，ｆ１，ｆ０(＝０(発振せず))を切り換えるようにしている。

このように本実施形態によれば、音響光学素子１２での偏向により蛍光板１３での照射位置を正確に切り換えることで、蛍光板１３からＲＧＢの各色相の光源光を時分割で出力させるものとしたので、カラーホイールを使用する光源のようなカラーブレーキング現象の発生を確実に抑止することが可能となる。

また、上記実施形態では、蛍光板１３を構成する蛍光体１３ｃのＲ蛍光領域１３ｃ１、Ｇ蛍光領域１３ｃ２、及びＢ蛍光領域１３ｃ３の個体差、具体的には蛍光特性や位置のばらつきの調整を、投影光処理部３０が音響光学素子１２の圧電素子１２ｂに供給する信号の周波数を調整することにより擬似的に行なうことができる。

図６は、上記蛍光板１３に代わる蛍光板４１の構成を示す。蛍光板４１は、透明基板４１ａのレーザ光入射側である音響光学素子１２側全面にダイクロイックフィルタ４１ｂを一体に被覆する。

これとともに、透明基板４１ａのレーザ光出射側には、Ｒ１蛍光領域４１ｃ１、Ｒ２蛍光領域４１ｃ２、Ｒ３蛍光領域４１ｃ３、Ｇ１蛍光領域４１ｃ４、Ｇ２蛍光領域４１ｃ５、Ｇ３蛍光領域４１ｃ６、Ｂ１蛍光領域４１ｃ７、Ｂ２蛍光領域４１ｃ８、及びＢ３蛍光領域４１ｃ９からなる蛍光体４１ｃを蛍光材の塗布により形成する。

ここでＲ１蛍光領域４１ｃ１、Ｒ２蛍光領域４１ｃ２、Ｒ３蛍光領域４１ｃ３は、同じ色相（Ｒ：赤色）だが明度が異なる蛍光体を隣接して塗布したものであり、例えばその明るさの順序は「Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３」となるものとする。

同様に、Ｇ１蛍光領域４１ｃ４、Ｇ２蛍光領域４１ｃ５、Ｇ３蛍光領域４１ｃ６も同じ色相（Ｇ：緑色）で明度が異なる蛍光体を隣接して塗布したもので、その明るさの順序が「Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３」となるものとする。

同じく、Ｂ１蛍光領域４１ｃ７、Ｂ２蛍光領域４１ｃ８、Ｂ３蛍光領域４１ｃ９も同じ色相（Ｂ：緑色）で明度が異なる蛍光体を隣接して塗布したもので、その明るさの順序が「Ｂ１＞Ｂ２＞Ｂ３」となるものとする。

このような構成の蛍光板４１を用いるに当たっては、交流発振器１５が偏向角度を０°とした０次回析光と、周波数ｆ１〜ｆ８の超音波により偏向させたｆ１回析光〜ｆ８回析光とにより、蛍光板４１のＲ１〜Ｒ３，Ｇ１〜Ｇ３，Ｂ１〜Ｂ３の各蛍光体位置に任意にレーザ光を照射可能とする。

図７（Ａ）は、蛍光板４１の構成に対して、交流発振器１５が音響光学素子１２の圧電素子１２ｂに供給する電気信号と、その電気信号により音響光学素子１２がレーザ光を励振して蛍光板４１に入射させる結果、蛍光板４１から出射される光源光とを例示する。

同図では、Ｒ１〜Ｒ３の蛍光体位置中からＲ２を選択するために交流発振器１５で周波数ｆ７を、Ｇ１〜Ｇ３の蛍光体位置中からＧ３を選択するために周波数ｆ３を、Ｂ１〜Ｂ３の蛍光体位置中からＢ１を選択するために周波数ｆ２をそれぞれ選択的に音響光学素子１２の圧電素子１２ｂに与えるものとしている。

これにより、機械的な調整を省きながら、交流発振器１５が音響光学素子１２の圧電素子１２ｂに供給する電気信号の周波数を選択するという、電気的な調整のみによって蛍光板４１の個体差を調整し、理想的な発光特性を実現することができる。

また、上記図７（Ａ）の説明では、画像１フレームを投影するためのＲ，Ｇ，Ｂの各フィールド中、１つの蛍光体位置を選択するものとして説明したが、１フィールド中に同一の色相を有する複数の蛍光体を切り換えることで、その中間の明度の光源を実現することもできる。

図７（Ｂ）では、Ｒフィールド中の前半でＲ２の蛍光体を選択するために周波数ｆ７を、同後半でＲ３の蛍光体を選択するために周波数ｆ６を、Ｇフィールド中の前半でＧ１の蛍光体を選択するために周波数ｆ５を、同後半でＧ３の蛍光体を選択するために周波数ｆ３を、Ｂフィールド中の前半でＢ１の蛍光体を選択するために周波数ｆ２を、同後半でＢ２の蛍光体を選択するために周波数ｆ１を、それぞれ選択的に交流発振器１５から音響光学素子１２の圧電素子１２ｂに与えるものとしている。

これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィールドでは、蛍光体４１ｃとして設けられている個々の明度の中間値の光源光を実効値として得ることが可能となり、蛍光板４１の個体差の影響を排除して、より理想的な発光特性を実現することができる。

さらに、上記図７（Ｂ）では、同一フィールド中の前半と後半に分けて蛍光体を切り換えることで中間値の明度の光源光を得るものとしたが、フィールド中で蛍光体を切り換えるタイミングを調整し、始めに選択する蛍光体と次に選択する蛍光体の時間幅を可変設定するものとすれば、２つの蛍光体の明度の間で任意の値を選択することができる。したがって、同一の色相で明度の大きく異なる複数の蛍光体を蛍光体４１ｃに設けるものとすれば、事実上、必要とする任意の発光特性を持つ光源を実現できる。

なお、本発明はＤＬＰタイプのデータプロジェクタ装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、リアプロジェクション方式のテレビ受像機、カラースキャナ装置等の光源装置であっても同様に適用可能となる。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図。 同実施形態に係る音響光学素子の原理構成を示す図。 同実施形態に係る蛍光板の構成を示す図。 同実施形態に係るデータプロジェクタ装置が備える電子回路の概略機能構成を示すブロック図。 同実施形態に係る発振器の発振信号と蛍光板から出射される光源光とを例示する図。 同実施形態に係る蛍光板の他の構成を例示する図。 同実施形態に係る発振器の発振信号と蛍光板から出射される光源光の他の例を示す図。

符号の説明

１０…光源装置、１１…半導体レーザ、１２…音響光学素子、１２ａ…音響光学媒体、１２ｂ…圧電素子、１２ｃ…吸音材、１３…蛍光板、１３ａ…透明基板、１３ｂ…ダイクロイックフィルタ、１３ｃ…蛍光体、１４…ライトトンネル、１５…交流発振器、２０…データプロジェクタ装置、２１…入出力コネクタ部、２２…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、２３…画像変換部、２４…ビデオＲＡＭ、２５…投影画像処理部、２６…マイクロミラー素子（ＳＯＭ）、２７…光源系光学レンズ、２８…ミラー、２９…投影レンズユニット、３０…投影光処理部、３１…照度センサ、３２…ＣＰＵ、３３…メインメモリ、３４…プログラムメモリ、３５…操作部、３６…音声処理部、３７…スピーカ部、４１…蛍光板、４１ａ…透明基板、４１ｂ…ダイクロイックフィルタ、４１ｃ…蛍光体、ＳＢ…システムバス。

Claims (4)

1. 光を出射する、半導体レーザである光源と、
   上記出射された光を偏向して励振する、音響光学素子である光学偏向素子と、
   上記光学偏向素子で偏向された光の照射により、その照射位置に応じて複数の色相の光源光を時分割で周期的に出力する、ＲＧＢの光源光を出力する蛍光板である光変換部材と
   を具備し、
   上記光変換部材は、複数の色相毎に明度の異なる複数の位置領域を設け、
   上記光学偏向素子が励振する偏向角度を上記各色相毎に任意の明度の位置領域に対応して選択させる光学偏向調整手段をさらに具備したことを特徴とする光源装置。
2. 上記光学偏向調整手段は、上記光学偏向素子が励振する偏向角度を、上記各色相毎に任意の明度の複数の位置領域を同一周期内で連続的に切換えて選択させることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 上記光学偏向調整手段は、上記光学偏向素子が励振する偏向角度を、上記各色相毎に任意の明度の複数の位置領域を同一周期内の任意の時間幅で連続的に切換えて選択させることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
4. 複数の色相毎に明度の異なる複数の位置領域が設けられた、ＲＧＢの光源光を出力する蛍光板であって、照射される光の位置に応じて複数の色相の光源光を選択的に出力する光変換部材に対し、
   半導体レーザの光源からの光を偏向する音響光学素子の光学偏向素子を所定の周波数で駆動してその出射光を励振して上記光変換部材に照射させ、該光変換部材から複数の色相の光源光を時分割で周期的に出力させ、上記光学偏向素子が励振する偏向角度を上記各色相毎に任意の明度の位置領域に対応して選択させるように調整することを特徴とする光源制御方法。

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