JP5018366B2 - レーザ光源装置の駆動方法、レーザ光源装置、画像表示装置、モニタ装置及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光源装置の駆動方法、レーザ光源装置、画像表示装置、モニタ装置及び照明装置に関する。

近年、投射型画像表示装置用の光源として、超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的である。しかし、このような放電ランプは、寿命が比較的短い、色再現性範囲が狭い、ランプから放射された紫外線が液晶ライトバルブを劣化させてしまうことがある等の課題がある。そこで近年、このような放電ランプの代わりに、単色光を照射するレーザ光源装置を用いた画像表示装置が提案されている。また、レーザ光源装置として、例えばレーザ光源と該レーザ光源からの出射光の１／２波長の光を得る波長変換素子（ＳＨＧ素子）とを組み合わせたものが提案されている。

このようなレーザ光源装置の駆動方式として、電源端子に抵抗とダイオードとを接続し、レーザ発光量が一定になるようにＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を用い、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＤと略する）の駆動回路を安定化させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に記載のレーザダイオード駆動回路は、ＬＤにパルス電流を供給するパルス電流供給源と、パルス電流供給源の電流を制御する制御電圧を発生するＡＰＣ制御部とを備えている。そして、ＡＰＣ制御部により、発光パワーを一定に保つように制御することで、レーザダイオードには発光パワーを一定にするパルス電流しか流れず、バイアス電流は流れないようにし、消光比が低下するのを抑えている。
特開平５−９５１４８号公報

一般に、レーザ光源は長時間に亘る駆動等により経時的な劣化が生じる。これにより、劣化が生じたレーザ光源には所定光量（目標光量）を得るために、より多くの電流、または電圧を投入しなければならなくなる。すなわち、ＡＰＣ制御部で制御されるレーザ光源に劣化が生じると、ＡＰＣ制御部により、所定光量を維持するためにより多くの電力がレーザ光源に投入されることで劣化が促進されてしまう。

また、レーザ光源装置から射出される光を調光する場合、レーザ光源に調光信号が入力される。そして、入力された調光信号がレーザ光源から射出される光の強度を高くする信号ほど、レーザ光源への投入電流または投入電圧を大きくする。このような方法により、レーザ光源装置から射出される光を調光する場合、レーザ光源の劣化を促進させるおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、所望の光量が得られ、かつ、レーザ光源の長寿命化を図ることが可能なレーザ光源装置の駆動方法、レーザ光源装置、画像表示装置、モニタ装置及び照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のレーザ光源装置の駆動方法は、レーザ光源と、該レーザ光源から射出された光を所定の波長の光に変換する波長変換素子とを備え、前記レーザ光源への投入電流または投入電圧を制御するレーザ光源装置の駆動方法であって、前記レーザ光源の第１タイミングにおける前記投入電流または前記投入電圧の間欠駆動信号のデューティーに比べて、前記第１タイミングから所定の時間が経過した第２タイミングの前記間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記第１タイミングにおける前記間欠駆動信号の最大値に比べて、前記所定の時間が経過した第２タイミングの前記間欠駆動信号の最大値が大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することを特徴とする。
なお、ここで言う「デューティー」とは、間欠駆動信号の１サイクルのオン信号の長さの割合、（オン時間／（オン時間＋オフ時間））×１００である。

本発明に係るレーザ光源装置の駆動方法では、第１タイミングにおける投入電流または投入電圧の間欠駆動信号のデューティーに比べて、第１タイミングから所定の時間が経過した第２タイミングの間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、第１タイミングにおける間欠駆動信号の最大値に比べて、所定の時間が経過した第２タイミングの間欠駆動信号の最大値が大きくなるようにレーザ光源への投入電流または投入電圧を制御する。
すなわち、ＡＰＣを用いた従来のレーザ光源装置では、レーザ光源に劣化が生じると、所定の光量を得るために、レーザ光源への投入電力を過剰に増やすので、レーザ光源の劣化を促進させてしまう。しかしながら、本発明では、間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、最大値を大きくする。したがって、投入電力を過剰に増やすことなく、波長変換素子における光の変換効率を向上させることが可能となる。これにより、レーザ光源が劣化してレーザ光源から射出される光量が減った場合、経過時間とともにレーザ光源から射出される光は少しは暗くなるが、デューティーを小さくすることにより、波長変換素子による変換効率が上がるため、レーザ光源への投入電力を過剰に増やさなくて済む。
したがって、従来に比べて、レーザ光源に投入される投入電力を過剰に増やさなくても光量を上げることができるため、過剰な電力投入によりレーザ光源の劣化が促進されるのを防止することができる。これにより、所望の光量が得られ、かつ、レーザ光源装置の長寿命化を図ることが可能となる。
なお、ここで言う第１タイミングとは、ユーザがレーザ光源を最初に点灯したときを示している。

また、本発明のレーザ光源装置の駆動方法は、前記レーザ光源に投入されている電流値または電圧値を測定し、測定された測定値と、前記第１タイミングの所定光量を満足する電流値または電圧値の基準値とを比較し、前記基準値より前記測定値の方が大きいときに、前記間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記間欠駆動信号の最大値が大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することが好ましい。

本発明に係るレーザ光源装置の駆動方法では、レーザ光源に投入されている電流値または電圧値を測定し、測定された測定値と、第１タイミングの所定光量を満足する電流または電圧である基準値とを比較する。そして、基準値より測定値の方が大きいと、瞬時あるいは判断されたときに、デューティーを小さくし、かつ、間欠駆動信号の最大値が大きくなるようにレーザ光源への投入電流または投入電圧を制御する。したがって、基準値より測定値の方が大きい場合に、過剰な電力投入によるレーザ光源の劣化が促進されるのを抑えることができる。

また、本発明のレーザ光源装置の駆動方法は、前記所定の時間と、前記間欠駆動信号のデューティーと、前記間欠駆動信号の最大値との関係が記憶されたルックアップテーブルにより、前記投入電流または前記投入電圧を設定することが好ましい。

本発明に係るレーザ光源装置の駆動方法では、所定の時間と、間欠駆動信号のデューティーと、間欠駆動信号の最大値との関係が記憶されたルックアップテーブルにより、レーザ光源への投入電流または投入電圧を設定する。すなわち、あらかじめこれらの関係が決まっているので、経過した時間に応じて、レーザ光源への投入電流または投入電圧の制御が行われる。これにより、レーザ光源に投入されている電流値または電圧値を測定して基準値と比較する必要がないため、レーザ光源への投入電流または投入電圧の制御が簡易になる。

また、本発明のレーザ光源装置の駆動方法は、レーザ光源と、該レーザ光源から射出された光を所定の波長の光に変換する波長変換素子とを備え、前記レーザ光源への投入電流または投入電圧を制御するレーザ光源装置の駆動方法であって、前記レーザ光源に入力された調光信号が基準の明るさに比べて明るくする調光信号の場合、前記基準の明るさのときの前記投入電流または前記投入電圧の間欠駆動信号のデューティーに比べて小さくし、かつ、前記基準の明るさのときの前記間欠駆動信号の最大値に比べて大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することを特徴とする。

本発明に係るレーザ光源装置の駆動方法では、入力された調光信号が基準の明るさに比べて明るくする調光信号の場合、投入電流または投入電圧の間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、間欠駆動信号の最大値が大きくなるようにレーザ光源への投入電流または投入電圧を制御する。これにより、間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、最大値を大きくする。したがって、投入電力を過剰に増やすことなく、波長変換素子における光の変換効率を向上させることが可能となる。このように、波長変換素子の変換効率を高くすることにより、レーザ光源装置から射出される光量が増えることになる。
すなわち、本発明は、投入電力を上げることなくレーザ光源装置から射出される光の強度を高くすることができる。したがって、レーザ光源の劣化を抑えることが可能となり、レーザ光源の長寿命化を図ることが可能となる。

また、本発明のレーザ光源装置の駆動方法は、前記間欠駆動信号のデューティーを変える前と変えた後とで、前記レーザ光源への投入電力が一定となるように、前記間欠駆動信号のデューティーと前記間欠駆動信号の最大値とを制御することが好ましい。

本発明に係るレーザ光源装置の駆動方法では、レーザ光源を駆動させる間欠駆動信号のレーザ光源への投入電力が一定となるように、レーザ光源を駆動させる間欠駆動信号のデューティーと間欠駆動信号の最大値とを制御する。このように、レーザ光源への投入電力を第１タイミングと変えることがないので、投入電力を増やすことなく、レーザ光源から射出される光量を一定にしているため、レーザ光源装置の寿命をより長くすることが可能となる。

本発明のレーザ光源装置は、光を射出するレーザ光源と、該レーザ光源から射出された光を所定の波長に変換する波長変換素子と、前記レーザ光源の第１タイミングにおける前記レーザ光源を駆動させる投入電流または投入電圧の間欠駆動信号のデューティーに比べて、前記第１タイミングから所定の時間が経過した第２タイミングの前記間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記第１タイミングにおける前記間欠駆動信号の最大値に比べて、前記所定の時間が経過した第２タイミングの前記間欠駆動信号の最大値が大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るレーザ光源装置では、制御部により、レーザ光源を駆動させる間欠駆動信号の第１タイミングにおける間欠駆動信号のデューティーが、所定の時間が経過した第２タイミングの間欠駆動信号のデューティーより小さくし、かつ、第１タイミングにおける間欠駆動信号の最大値に比べて、所定の時間が経過した第２タイミングの間欠駆動信号の最大値が大きくなるようにレーザ光源への投入電流または投入電圧を制御する。これにより、レーザ光源に電圧または電流が過剰に投入されるのを抑制することができる。したがって、レーザ光源装置の長寿命化を図ることが可能となるため、信頼性の高いレーザ光源装置を提供することができる。

また、本発明のレーザ光源装置は、前記制御部が、前記レーザ光源に投入されている電流値または電圧値を測定し、測定された測定値と、前記第１タイミングの所定光量を満足する電流値または電圧値の基準値とを比較し、前記基準値より前記測定値の方が大きいときに、前記間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記間欠駆動信号の最大値が大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することが好ましい。

本発明に係るレーザ光源装置では、制御部により、レーザ光源に投入されている電流値または電圧値を測定し、測定された測定値と、第１タイミングの所定光量を満足する電流または電圧である基準値とを比較する。そして、制御部において、基準値より測定値の方が大きいと、瞬時あるいは判断されたときに、デューティーを小さくし、かつ、間欠駆動信号の最大値が大きくなるようにレーザ光源への投入電流または投入電圧を制御する。したがって、基準値より測定値の方が大きい場合に、過剰な電力投入によるレーザ光源の劣化が促進されるのを抑えることができる。

また、本発明のレーザ光源装置は、前記所定の時間と、前記間欠駆動信号のデューティーと、前記間欠駆動信号の最大値との関係が記憶されたルックアップテーブルによりが格納された記憶部を備えることが好ましい。

本発明に係るレーザ光源装置では、所定の時間と、間欠駆動信号のデューティーと、間欠駆動信号の最大値との関係が記憶されたルックアップテーブルが格納された記憶部を備えているため、レーザ光源に投入されている電流値または電圧値を測定して基準値と比較する必要がないため、レーザ光源への投入電流または投入電圧の制御が簡易になる。

本発明のレーザ光源装置は、光を射出するレーザ光源と、該レーザ光源から射出された光を所定の波長に変換する波長変換素子と、入力された調光信号が基準の明るさに比べて明るくする調光信号の場合、前記レーザ光源を駆動させる間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記間欠駆動信号の最大値は大きくなるように前記レーザ光源への投入電流または投入電圧を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るレーザ光源装置では、制御部により、入力された調光信号が基準の明るさに比べて明るくする調光信号の場合、レーザ光源を駆動させる間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、間欠駆動信号の最大値は大きくなるようにレーザ光源への投入電流または投入電圧を制御する。これにより、入力された調光信号がレーザ光源から射出される光の強度を高くする調光信号のとき、投入電流または投入電圧を上げることなくレーザ光源装置から射出される光の強度を高くすることができる。すなわち、レーザ光源に電圧または電流が過剰に投入されるのを抑制することができる。したがって、レーザ光源装置の長寿命化を図ることが可能となるため、信頼性の高いレーザ光源装置を提供することができる。

本発明のレーザ光源装置は、前記制御部が、前記間欠駆動信号のデューティーを変える前と変えた後とで、前記レーザ光源への投入電力が一定となるように、前記間欠駆動信号のデューティーと前記間欠駆動信号の最大値とを制御することが好ましい。

本発明に係るレーザ光源装置では、制御部により、レーザ光源を駆動させる間欠駆動信号のレーザ光源への投入電力が一定となるように、レーザ光源を駆動させる間欠駆動信号のデューティーと間欠駆動信号の最大値とを制御する。
これにより、投入電力を増やすことなく、レーザ光源から射出される光量を一定にしているため、レーザ光源装置の寿命をより長くすることが可能となる。

また、本発明のレーザ光源装置は、前記レーザ光源から射出された光の少なくとも一部を検出する光検出部を備え、前記制御部により、前記光検出部において検出される光量が一定になるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することが好ましい。

本発明に係るレーザ光源装置では、レーザ光源から射出された光の一部は、反射部により反射され光検出部により検出される。そして、光検出部により検出される光量が一定になるように、制御部によりレーザ光源への投入電流または投入電圧を制御する。これにより、レーザ光源装置から射出される光量をより正確に所定の光量にすることが可能となる。

本発明の画像表示装置は、上記のレーザ光源装置と、該レーザ光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。
本発明の画像表示装置では、長寿命化が図られたレーザ光源装置を備えているので、画像表示装置自体も長寿命かつ信頼性の高いものとなる。

本発明の照明装置は、上記のレーザ光源装置と、該レーザ光源装置から射出されたレーザ光を拡散する拡散素子とを備えることを特徴とする。
本発明の照明装置では、長寿命化が図られたレーザ光源装置を備えているので、照明装置自体も長寿命化が図られた信頼性の高いものとなる。

本発明のモニタ装置は、上記のレーザ光源装置と、該レーザ光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係るモニタ装置では、光源装置より射出された光は被写体を照射し、撮像手段により被写体を撮像する。このとき、上述したように、レーザ光源装置は、長寿命化が図られているため、輝度むらのない明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像手段により被写体を鮮明に撮像することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係るレーザ光源装置の駆動方法、レーザ光源装置、画像表示装置、モニタ装置及び照明装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

本実施形態に係るレーザ光源装置１は、図１に示すように、レーザ光源ユニット１０と、レーザ駆動回路（駆動部）２０と、光検出機構３０とを備えている。
レーザ光源ユニット１０は、図２に示すように、基本波の光を射出するレーザ光源１１と、波長変換素子１２と、共振器ミラー１３とを備えている。
波長変換素子（第２高調波発生素子、ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）１２は、レーザ光源１１から射出された赤外光である基本波の光（図２に示す実線）Ｗ３を２次高調波の光に変換する素子であり、入射光をほぼ半分の波長に変換する非線形光学素子である。
共振器ミラー１３としては、例えばＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）素子を用いる。この共振器ミラー１３は、波長変換素子１２から射出された所定の波長の光Ｗ１を選択してレーザ光源１１に向かって反射させる（図２に示す一点鎖線）ことによってレーザ光源１１の共振器ミラーとして機能するとともに、変換された光Ｗ２を透過させるものである（所定の波長の光：図２に示す二点鎖線）。

レーザ駆動回路２０は、図１に示すように、ＡＣ／ＤＣ電源２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、コントロールＩＣ（制御部）２３と、レーザドライバ２４とを備えている。
コントロールＩＣ２３は、レーザ光源１１の駆動を制御するＩＣであり、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｅｒ）、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒｅｙ）等の演算処理回路により構成されている。本実施形態では、コントロールＩＣ２３として、ＤＳＰを用いる。また、コントロールＩＣ２３には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が接続されている。また、レーザ光源１１にはコントロールＩＣ２３を介して電流または電圧が投入されるようになっている。
また、レーザドライバ２４は、レーザ光源１１をパルス駆動させるためのドライバである。

次に、レーザ駆動回路２０の詳細について、図３を参照して説明する。
まず、図３に示すように、ＡＣ／ＤＣ電源２１から直流電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２２に供給される。具体的には、図４（ａ）に示すように、Ｖａｃｄｃ＝１２Ｖの直流電圧が供給される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２内の第１，第２スイッチング素子２２ａ，２２ｂのオン時間を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に接続された半導体レーザダイオード２５（レーザ光源１１）に電圧が印加される。具体的には、図４（ｂ）に示すように、Ｖｄｃｄｃ＝３Ｖの直流電圧が供給される。この電圧により、半導体レーザダイオード２５には電流が流れ、レーザ光が射出される。また、半導体レーザダイオード２５のカソード側には、レーザ用スイッチング素子（本実施形態では、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）２６が設けられている。このレーザ用スイッチング素子２６のオン時間とオフ時間とを制御することにより、半導体レーザダイオード２５のカソード側にパルス電圧が印加される。具体的には、半導体レーザダイオード２５に印加される電圧は、図４（ｃ）に示すように、所定の期間２．５Ｖの電圧が印加され、所定の期間０Ｖの電圧が印加されるパルス信号（間欠駆動信号）となる。このパルス信号の１サイクルにおけるオン信号の長さの割合（以下、ｄｕｔｙ（デューティー）と称する）は５０％となる。また、ｄｕｔｙは、言い換えると（（オン時間／（オン時間＋オフ時間））×１００である。
なお、レーザ用スイッチング素子２６において電圧降下が生じるため、３Ｖの電圧が約２．５Ｖになる。
このように、レーザ用スイッチング素子２６のオン時間とオフ時間とを制御することにより、半導体レーザダイオード２５から射出される光の強度を安定化させている。また、レーザ用スイッチング素子２６により制御されるパルス信号のｄｕｔｙについては後述する。なお、パルス信号とは、所定の期間内に、オン信号が繰り返し存在する信号である。例えば、パルス信号は、１フレーム（１つの画像を表現する期間）内に、略同一のデューティーを有するオン信号が複数存在する信号である。また、このようなパルス信号を用いず、一定信号（例えば、直流で制御）を用いると、オフ時間が存在しないため、レーザ用スイッチング素子２６の冷却時間を設けることが難しく、レーザ用スイッチング素子２６の温度制御がしにくい。これにより、レーザ用スイッチング素子２６から射出される光の発振波長が変化し易く、また、レーザ用スイッチング素子２６の寿命も短くなり易いという問題が生じる。

また、光検出機構３０は、図１に示すように、ビームスプリッタ（反射部）３１と、ＰＤ（フォトダイオード、光検出部）３２と、Ｉ／Ｖ変換回路３３とを備えている。
ビームスプリッタ３１は、共振器ミラー１３を透過した光の一部の光をレーザ光源ユニット１０の後段に配置された光学素子とは異なる方向に配置されたＰＤ３２に反射させる。
ＰＤ３２は、ビームスプリッタ３１において反射された光を検出する。そして、ＰＤ３２と電気的に接続されたＩ／Ｖ変換回路３３は、ＰＤ３２により検出された光量に応じて流れる電流値を電圧変換する。このＩ／Ｖ変換回路３３は、コントロールＩＣ２３と電気的に接続されており、Ｉ／Ｖ変換回路３３からの出力電圧値は、コントロールＩＣ２３に送られる。

次に、光検出機構３０によりレーザ光源ユニット１０から射出された光を検出する流れについて説明する。
共振器ミラー１３を透過したレーザ光は、図１に示すように、ビームスプリッタ３１によって出力用のレーザ光（例えば、３Ｗ）とモニタ用のレーザ光（例えば、０．１Ｗ）に分離され、モニタ用のレーザ光がＰＤ３２に入射し光量が検出される。この光量に対応した電流は、Ｉ／Ｖ変換回路３３を介して電圧に変換されて、コントロールＩＣ２３にフィードバックされ、出力用のレーザ光の強度が一定になるように、コントロールＩＣ２３からレーザ光源１１へ駆動電流（駆動電圧）が制御される。これにより、レーザ光源装置１は、常に一定の光量が得られるように、半導体レーザダイオード２５が駆動されるようになっている。このような駆動方式は、所謂ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれるものである。
本実施形態では、半導体レーザダイオード２５に供給される電流値（電圧値）は、ＰＤ３２により検出された光量に応じて目標の光量を満たすように、コントロールＩＣ２３内で演算を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２内の第１，第２スイッチング素子２２ａ，２２ｂのオン時間を制御することにより、レーザ光源１１から射出される光量が安定化される。

次に、波長変換素子１２の変換効率について説明する。
波長変換素子１２の変換効率とは、入射させる赤外光の入射光量に対する変換される可視光の射出光量の割合である。ここで、波長変換素子１２において所定の波長に変換されて射出される光量Ｐ^２ωは、定数をＫで置き換えると、Ｐ^２ω＝Ｋ（定数）・（Ｐ^ω）^２ …数１となるため、波長変換素子１２の変換効率は、入射させる赤外光の入射光のピーク値の２乗に比例することが分かる。

次に、以上の構成からなる本実施形態のレーザ光源装置１の駆動方法について説明する。
まず、半導体レーザダイオード２５に印加される電圧は、図４（ｃ）に示すように、ｄｕｔｙ５０％のパルス信号であるため、半導体レーザダイオード２５に流れる電流も、図５（ａ）に示すように、１サイクルにおける流れる電流の時間（オン時間）が半分、すなわち、ｄｕｔｙ５０％であるパルス信号の電流が流れる。このときの最大電流値Ｓ１は２０Ａである。このように、半導体レーザダイオード２５に電流を流し、レーザ光源１１の駆動を開始する（第１タイミング）。
レーザ光源１１から射出された光は、レーザ光源１１と共振器ミラー１３との間で共振され、共振ミラー１３から射出される。そして、コントロールＩＣ２３は、ＰＤ３２により検出されたデータに基づいてレーザ光源１１の発光光量を算出する。レーザ光源１１への投入電流値は、コントロールＩＣ２３と半導体レーザダイオード２５との間に接続した抵抗間の電圧値を検出しコントロールＩＣ２３内で電流値へ変換することで測定できる。続いて、コントロールＩＣ２３は測定結果の電流値（測定値）と所定光量を満足する電流値（基準値）とを比較する。コントロールＩＣは判断部を備えており、判断部において基準値より測定値の方が大きいと判断されると、レーザ光源１１に劣化が生じたものとして判断される。

ここで、図７に、レーザ光源装置１のレーザ光源１１の経時的な劣化に伴う出力光量とレーザ光源１１への投入電力との特性を示す。図７は、横軸はレーザ光源１１への投入電力を示し、縦軸は投入電力に対応するレーザ光源装置から射出される光量を示し、二点鎖線で示されるのは所定光量（目標光量）である。すなわち、レーザ光源１１の第１タイミングにおいて目標光量Ｐ１を得る際の電力−光量の関係を示す直線をＡとする。また、目標光量Ｐ１を得る際に投入する投入電圧をＱ１とする。
また、所定の時間が経過した第２タイミングでは、レーザ光源１１には経時的な劣化が生じる。これにより、目標光量Ｐ１を得る際の電力−光量の関係は、経時的に直線Ｂへと変化し、目標光量Ｐ１を得るための投入電力はＱ２に増加する。また、レーザ光源１１の劣化後、レーザ光源１１が劣化する前の投入電力Ｑ１では、光量はＰ１より低いＰ２しか得ることができない。

次に、レーザ光源１１が劣化した場合に半導体レーザダイオード２５に投入する電流について説明する。
ここで、（レーザ光源ユニット１０から射出される光量）＝（レーザ光源１１から射出される赤外光の光量）×（波長変換素子１２において変換される光の変換効率）…数２である。
例えば、図５（ｂ）に示すように、レーザ光源１１を駆動させるパルス信号のレーザ光源１１への投入電力が一定となるように、パルス信号のｄｕｔｙ及びパルス信号の最大値（電流値）Ｓ２を制御する。すなわち、ｄｕｔｙＤ２％の電流を半導体レーザダイオード２５に流すとき、電流が最大電流値Ｓ２である時間ｔ２による積分値Ｎが、図５（ａ）に示すように、ｄｕｔｙＤ１％の電流を半導体レーザダイオード２５に流すとき、電流が最大電流値Ｓ１である時間ｔ１による積分値Ｍと略同じになるように、レーザ光源１１を駆動させるパルス信号を制御する。なお、図５（ｂ）に示す例では、ｄｕｔｙ２５％、最大電流値４０Ａの電流を半導体レーザダイオード２５に流すようにパルス信号を制御する。

すなわち、パルス信号のｄｕｔｙを狭くするにつれて電流の最大値が大きくなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２内の第１，第２スイッチング素子２２ａ，２２ｂ及びレーザ用スイッチング素子２６を制御する。このようにして、半導体レーザダイオード２５に流す投入平均電流が一定になるように、コントロールＩＣ２３で制御電圧、パルス信号のｄｕｔｙを計算し制御する。
したがって、半導体レーザダイオード２５に投入する電流のｄｕｔｙを狭くするにつれて、最大電流値が大きくなるように制御することにより、半導体レーザダイオード２５から射出される光量が大きくなる。そして、半導体レーザダイオード２５から射出される光量が増えることにより、波長変換素子１２に入射する入射光量が大きくなるため［数１］のＰ^ω（赤外光の入射光のピーク値）が大きくなる。すなわち、縦軸を波長変換素子の変換効率とし、横軸をパルス信号のｄｕｔｙとして図６に示すと、パルス信号のｄｕｔｙが小さくなる（Ｐ^ωが上がる）に伴い、波長変換素子１２の変換効率が上がることになる。
このように、波長変換素子１２に入射させる赤外光のピーク値を上げることで、数２の波長変換素子１２において変換される光の変換効率を上げることができる。

以上より、本実施形態に係るレーザ光源装置１の駆動方法では、半導体レーザダイオード２５に投入する電流のｄｕｔｙを狭くし、最大電流値を上げることにより、数２の波長変換素子１２において変換される光の変換効率を上げることができる。したがって、図８に示すように、半導体レーザダイオード２５が経時的に劣化し、レーザ光源１１から射出される赤外光の光量が減り、レーザ光源１１から射出される光量が減っても（図８に示す二点鎖線）、レーザ光源ユニット１０から射出される光量の低下を補正することができる。すなわち、図８の実線に示すように、レーザ光源ユニット１０から射出される光量を一定に保つことが可能となる。

また、本実施形態では、第１タイミングのパルス信号の積分値Ｍと劣化後のパルス信号の積分値Ｎとが略同じであるため、図７に示すように、投入電力をＱ１のままで光量Ｐ１を得ることが可能となる。これにより、投入電力を増やすことなく、レーザ光源１１から射出される光量を一定にしているため、所望の光量が得られ、かつ、レーザ光源装置のより長い寿命を得ることができる。

さらに、コントロールＩＣ２３により基準値より測定値の方が大きいと判断されたとき、１サイクルのオン信号の長さの割合を小さくし、かつ、間欠駆動信号の最大値が大きくなるようにレーザ光源１１への投入電流または投入電圧を制御する。このように、基準値より測定値の方が大きい場合、すなわち、レーザ光源１１が劣化している場合に、過剰な電力投入によるレーザ光源１１の劣化が促進されるのを抑えることができる。
つまり、本実施形態のレーザ光源装置１は、レーザ光源１１の長寿命化を図ることが可能である。

なお、光検出機構３０としては、ビームスプリッタ３１によりモニタ光を得る構成のものを採用したが、ビームスプリッタ３１は必ずしも用いなくても良く、例えば、出力用のレーザ光の一部を直接的にＰＤ３２が検出するような構成であっても良い。
また、ビームスプリッタ３１をレーザ光源ユニット１０から射出された光の光路上に配置したが、常にビームスプリッタ３１によりモニタ光を得る構成でなくても良い。例えば、ビームスプリッタ３１を可動式にし、断続的にモニタ光を得ても良い。
また、劣化前の積分値Ｍ及び劣化後の積分値Ｎは必ずしも同じでなくても良い。すなわち、例えば、積分値Ｎの値が積分値Ｍより若干大きかったとしても、投入電力がＰ１とＰ２との間であれば、レーザ光源１１の長寿命化を図ることが可能となる。

また、上述実施形態では、コントロールＩＣ２３においてレーザ光源１１の劣化の判断を行ったが、コントロールＩＣ２３において劣化の判断を行わなくても良い。すなわち、所定の時間と、パルス信号の１サイクルのオン信号の長さの割合と、パルス信号の最大値との関係が記憶されたルックアップテーブルにより、レーザ光源１１への投入電流または投入電圧を制御しても良い。
すなわち、制御パラメータである所定の時間と、パルス信号の１サイクルのオン信号の長さの割合と、パルス信号の最大値との関係があらかじめ格納されたルックアップテーブルを用いてレーザ光源１１への投入電流または投入電圧を制御する。ルックアップテーブルには、例えば、図９に示すように、縦軸をパルス信号のｄｕｔｙ、横軸をレーザ光源１１の駆動時間とすると、駆動時間の経過とともにパルス信号のｄｕｔｙが徐々に減るような２次曲線を描く、パルス信号のｄｕｔｙと、経過時間との関係が格納されている。そして、ルックアップテーブルに格納された関係に基づいて、パルス信号が半導体レーザダイオード２５に投入される。
このレーザ光源装置１の駆動方法では、レーザ光源１１への投入電流値または投入電圧値を測定する必要がないため、レーザ光源１１への投入電流または投入電圧の制御が簡易になる。なお、この駆動方法の場合、制御パラメータ同士の関係をコントロールＩＣ２３に記憶させるか、あるいは、制御パラメータ同士の関係を記憶させたメモリ（記憶部）をコントロールＩＣ２３の外部に備える。そして、コントロールＩＣ２３あるいはメモリに格納されたテーブルを参照しながら、レーザ光源１１への投入電流または投入電流を制御しても良い。

［第１実施形態の変形例］
図１に示す第１実施形態では、所定の時間経過後の第２タイミングにパルス信号のｄｕｔｙを小さくしたが、これに代えてコントロールＩＣ２３に入射された調光信号に応じてパルス信号のｄｕｔｙを変えても良い。このような変形例について図１０を参照して説明する。

すなわち、図１０に示すように、レーザ駆動回路２０には映像回路２７が設けられている。この映像回路２７は、接続されたコントロールＩＣ２３に表示させる映像の調光信号を送る。なお、調光とは、映像信号に応じてレーザ光源１１から射出された光の明るさ（あるいは、光源１１から射出される光の遮光度合い）を変化させることにより、映像表現を豊かにするものである。例えば、液晶ライトバルブで表現できるコントラストには限界があるため、例えば、暗い映像だと、暗部の階調表現がしきれず、画面はほぼ真っ暗というような現象が生じる。その際には、レーザ光源１１の明るさを落とすことにより、暗部の階調表現が充分にできる。このように、レーザ光源１１から射出される光の明るさを制御することを調光と呼ぶ。
そして、コントロールＩＣ２３は、入力された調光信号に応じて、半導体レーザダイオード２５に投入する電流のパルス信号のｄｕｔｙを変化させる。具体的には、コントロールＩＣ２３において、例えば、最も暗い調光信号を基準とし、この基準の調光信号と、入力された調光信号とを比較する。そして、入力された調光信号が基準の調光信号より高いほど、図５（ｂ）に示すように、パルス信号のｄｕｔｙを小さくし、かつ、パルス信号の最大値が大きくなるように、コントロールＩＣ２３によりレーザ光源１１に投入される電流値を制御する。

この構成では、第１実施形態と同様に、波長変換素子１２に入射させる光量が増えるため、波長変換素子１２の変換効率が高くなり、レーザ光源装置１から射出される光量が増える。すなわち、半導体レーザダイオード２５に投入する電力を上げることなくレーザ光源装置１から射出される光の輝度を上げることができる。したがって、レーザ光源１１の劣化を抑えることが可能となり、レーザ光源１１の長寿命化を図ることが可能となる。
なお、本変形例では、第１実施形態と同様に光検出機構３０を設けて、コントロールＩＣ２３により半導体レーザダイオード２５の劣化の判断を行ったが、この構成は必ずしも設けていなくても良い。

［第２実施形態：画像表示装置］
次に、本発明の第２実施形態による画像表示装置について説明する。図１１は、本発明の第２実施形態による画像表示装置（プロジェクタ）の構成を模式的に示す図である。尚、図１１中においては、簡略化のため画像表示装置１００を構成する筐体は省略している。図１１に示す通り、本実施形態の画像表示装置１００は、レーザ光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、均一化光学系１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ、液晶ライトバルブ（光変調装置）１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂ、クロスダイクロイックプリズム１３０、及び投射レンズ１４０（投射装置）を備える。

レーザ光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、図２に示す本発明の第１実施形態に係るレーザ光源装置１と同様の構成であり、赤色の波長領域のレーザ光、緑色の波長領域のレーザ光、青色の波長領域のレーザ光をそれぞれ射出する。但し、レーザ光源装置１Ｒは、波長変換素子１０１が省略されている。均一化光学系１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂは、レーザ光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから射出されたレーザ光の照度分布をそれぞれ均一化する。この均一化光学系１１０Ｒ，１１０Ｇ、１１０Ｂは、例えば、ホログラム１１１及びフィールドレンズ１１２によって構成される。

液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂは、レーザ光源装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから射出されて均一化光学系１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂを介したレーザ光をそれぞれ変調する。クロスダイクロイックプリズム１３０は、液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂから射出された光を合成して投射レンズ１４０に導く。具体的に、クロスダイクロイックプリズム１３０は、４つの直角プリズムを貼り合わせて形成されており、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。投射レンズ３４０は、液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン１５０に投射する。

本発明の画像表示装置１００では、長寿命化が図られたレーザ光源装置１を備えているので、画像表示装置自体も長寿命かつ信頼性の高いものとなる。

［第３実施形態：モニタ装置］
次に、本発明に係るモニタ装置の第３実施形態として、上記第１実施形態のレーザ光源装置１を応用したモニタ装置２００の構成例について説明する。図１２は、モニタ装置の概略を示す模式図である。モニタ装置２００は、装置本体２１０と、光伝送部２２０とを備える。装置本体２１０は、上記のレーザ光源装置１を備える。

光伝送部２２０は、光を送る側と受ける側の２本のライトガイド２２１，２２２を備える。各ライトガイド２２１，２２２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２２１の入射側にはレーザ光源装置１が配設され、その出射側には拡散板２２３が配設されている。レーザ光源装置１から出射したレーザ光は、ライトガイド２２１を伝って光伝送部２２０の先端に設けられた拡散板２２３に送られ、拡散板２２３により拡散されて被写体を照射する。

光伝送部２２０の先端には、結像レンズ２２４も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ２２４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２２２を伝って、装置本体２１０内に設けられた撮像手段としてのカメラ２１１に送られる。この結果、レーザ光源装置１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２１１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２００によれば、被写体を長寿命化が図られたレーザ光で照射（モニタリング）することができ、カメラ２１１により得られる撮像画像の信頼性を高めることができる。

［第４実施形態：照明装置］
次に、本発明に係る照明装置の第４実施形態として、第１実施形態に係るレーザ光源装置１を応用した照明装置３００の構成例について説明する。図１３は、照明装置３００の概略を示す模式図である。
照明装置３００は、図１３に示すように、前述した第１実施形態のレーザ光源装置１と、該レーザ光源装置１から発したレーザ光を拡散する拡散素子１４とを備える。以上のように構成された照明装置３００によれば、上記レーザ光源装置１を備えているので、照明装置３００自体も長寿命化が図られた信頼性の高いものとなる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ光源装置の全体構成を示すブロック図である。 図１のレーザ光源ユニットの構成を示す平面図である。 図１のレーザ光源装置の回路図である。 図１のレーザ光源装置に印加する電圧を示す図である。 図１のレーザ光源に投入される電流の信号を示す図である。 図１のレーザ光源装置のパルス信号のｄｕｔｙと波長変換素子の変換効率との関係を示す図である。 図１のレーザ光源装置の投入電力と、光量との関係を示す図である。 図１のレーザ光源装置の駆動時間と光量との関係を示す図である。 図１のレーザ光源装置の駆動時間とパルス信号のｄｕｔｙとの関係を示す図である。 図１のレーザ光源装置の駆動方法の変形例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の全体構成を示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係るモニタ装置を示す概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る照明装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１・・・レーザ光源装置、１１・・・レーザ光源、１４・・・拡散素子、２３・・・コントロールＩＣ（制御部）、３１・・・ビームスプリッタ（反射部）、３２・・・ＰＤ（フォトダイオード、光検出部）、１００・・・画像表示装置、１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂ・・・液晶ライトバルブ（光変調装置）、２００・・・モニタ装置、２１１・・・カメラ（撮像手段）、３００・・・照明装置

Claims (14)

1. レーザ光源と、該レーザ光源から射出された光を所定の波長の光に変換する波長変換素子とを備え、前記レーザ光源への投入電流または投入電圧を制御するレーザ光源装置の駆動方法であって、
   前記レーザ光源の第１タイミングにおける前記投入電流または前記投入電圧の間欠駆動信号のデューティーに比べて、前記第１タイミングから所定の時間が経過した第２タイミングの前記間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記第１タイミングにおける前記間欠駆動信号の最大値に比べて、前記第２タイミングの前記間欠駆動信号の最大値が大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することを特徴とするレーザ光源装置の駆動方法。
2. 前記レーザ光源に投入されている電流値または電圧値を測定し、測定された測定値と、前記第１タイミングの所定光量を満足する電流値または電圧値の基準値とを比較し、
   前記基準値より前記測定値の方が大きいときに、前記間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記間欠駆動信号の最大値が大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の駆動方法。
3. 前記所定の時間と、前記間欠駆動信号のデューティーと、前記間欠駆動信号の最大値との関係が記憶されたルックアップテーブルにより、前記投入電流または前記投入電圧を設定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置の駆動方法。
4. レーザ光源と、該レーザ光源から射出された光を所定の波長の光に変換する波長変換素子とを備え、前記レーザ光源への投入電流または投入電圧を制御するレーザ光源装置の駆動方法であって、
   前記レーザ光源に入力された調光信号が基準の明るさに比べて明るくする調光信号の場合、前記基準の明るさのときの前記投入電流または前記投入電圧の間欠駆動信号のデューティーに比べて小さくし、かつ、前記基準の明るさのときの前記間欠駆動信号の最大値に比べて大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することを特徴とするレーザ光源装置の駆動方法。
5. 前記間欠駆動信号のデューティーを変える前と変えた後とで、前記レーザ光源への投入電力が一定となるように、前記間欠駆動信号のデューティーと前記間欠駆動信号の最大値とを制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置の駆動方法。
6. 光を射出するレーザ光源と、
   該レーザ光源から射出された光を所定の波長に変換する波長変換素子と、
   前記レーザ光源の第１タイミングにおける前記レーザ光源を駆動させる投入電流または投入電圧の間欠駆動信号のデューティーに比べて、前記第１タイミングから所定の時間が経過した第２タイミングの前記間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記第１タイミングにおける前記間欠駆動信号の最大値に比べて、前記第２タイミングの前記間欠駆動信号の最大値が大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御する制御部とを備えることを特徴とするレーザ光源装置。
7. 前記制御部が、前記レーザ光源に投入されている電流値または電圧値を測定し、測定された測定値と、前記第１タイミングの所定光量を満足する電流値または電圧値の基準値とを比較し、前記基準値より前記測定値の方が大きいときに、前記間欠駆動信号のデューティーを小さくし、かつ、前記間欠駆動信号の最大値が大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置。
8. 前記所定の時間と、前記間欠駆動信号のデューティーと、前記間欠駆動信号の最大値との関係が記憶されたルックアップテーブルが格納された記憶部を備えることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光源装置。
9. 前記レーザ光源から射出された光の少なくとも一部を検出する光検出部を備え、
   前記制御部により、前記光検出部において検出される光量が一定になるように前記投入電流または前記投入電圧を制御することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
10. 光を射出するレーザ光源と、
    該レーザ光源から射出された光を所定の波長に変換する波長変換素子と、
    前記レーザ光源に入力された調光信号が基準の明るさに比べて明るくする調光信号の場合、前記基準の明るさのときの前記投入電流または前記投入電圧の間欠駆動信号のデューティーに比べて小さくし、かつ、前記基準の明るさのときの前記間欠駆動信号の最大値に比べて大きくなるように前記投入電流または前記投入電圧を制御する制御部とを備えることを特徴とするレーザ光源装置。
11. 前記制御部が、前記間欠駆動信号のデューティーを変える前と変えた後とで、前記レーザ光源への投入電力が一定となるように、前記間欠駆動信号のデューティーと前記間欠駆動信号の最大値とを制御することを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項にレーザ光源装置。
12. 請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
    該レーザ光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
    該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とする画像表示装置。
13. 請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
    該レーザ光源装置から射出されたレーザ光を拡散する拡散素子とを備えることを特徴とする照明装置。
14. 請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載のレーザ光源装置と、
    該レーザ光源装置により照射された被写体を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とするモニタ装置。

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