JP5674322B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタなどに使用する光源の光量を検出する光検出装置及びこれを備えた光源装置に関する。

自発光しない映像デバイスを用いた表示装置（例えばプロジェクタ）では、光源装置が不可欠であり、光源装置からもたらされる光を映像デバイスに透過又は反射させ、その過程で映像デバイスによって光の変調を行っている。

映像の色や明暗は、主として映像デバイスが作り出すが、光源装置からの光が一定の色や光量を保持しない場合は、その影響が映像にも及ぶ。それを防ぐため、光源装置は出力を一定に保つＡＰＣ（Automatic Power Control）を備えることが多い。ＡＰＣは、光センサで光源装置からの光量を検出し、目標値に一致するよう光量を制御する機能である。

精度の高いＡＰＣ動作を実現するためには、映像デバイスの照射に用いる照射光と制御に用いる検出光とを一定の比率で分離し、照射光の色や光量の変動を検出光によって正確に光センサへ伝えることが必要となる。

ＡＰＣを用いた光源制御の一例として光ディスク用のレーザ光源が挙げられる。特許文献１に開示された発明では、光源からの投射光の中心部をレンズに入射させて光ディスク照射に用い、レンズに入射しない周辺部の投射光を光センサへ導くことによって投射光に比例した検出値を得ている。

また、特許文献２に開示される発明は、ビームスプリッタを用いて投射光を２方向に分離して片方を光センサへ導き、投射光に比例した検出値を得ている。

特開２００３−２２８８６８号公報（段落００２９〜００３３、図１） 特開２００３−２９６９５８号公報（段落０００２、図１１）

上記従来の光検出装置は、光源が点光源であって均一に光が放射される場合には、投射光に比例した検出光を得ることができる。しかし、光源の光出力の増大を図るために複数の発光点を持つマルチエミッタ型の発光デバイスを用いた場合や、複数の発光デバイスの光を収束して一つの光源として制御する場合には次のような問題が発生する。

複数の発光点や発光デバイスを有する光源においてＡＰＣによって光量を制御する場合、全ての発光源からの光の変動が照射光に与える影響を、検出光を光センサへ導くことによって検出する必要があるが、複数の発光点や発光デバイスから発せられる各レーザ光は必ずしも均等な光出力とは限らないことに加え、複数のレーザ光は光センサの受光面で一点に収束しない。そのため、特許文献１に記載の発明のように、照射光の一部の空間領域を分離して検出光とする場合には、照射光全体では一定の光出力であっても検出光を導く光学系の微小なばらつきにより、光センサに導かれる検出光が個体ごとに異なる。すなわち、照射光の一部分を検出光とした場合には、照射光の変化は検出光には正確に反映されない。

さらに、経時劣化によりレーザの出力が低下する場合、各発光点や発光デバイスでの出力は必ずしも均一に低下しないため、照射光と検出光との強度の比率が劣化前の初期状態とは異なってくる。

また、特許文献２に記載の発明のように、発光デバイスから放射された光線を照射光と検出光とに分離するためにビームスプリッタや分光レンズなどの分光デバイスを用いると、これらの分光デバイスを通過することによって照射光に損失が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、照射光に損失を生じさせることなく、照射光の変化を光センサにおける検出光に正確に反映できる光検出装置及び光源装置を得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、本発明は、複数の発光デバイスを有する光源と、光源から発せられた複数の光を合成して合成光を生成する合成光学系と、合成光の一部を透過させて集光点に収束させ、該一部よりも合成光に占める割合が小さい他の一部を合成光の進行方向とは異なる方向に反射する投射レンズと、投射レンズにおいて反射された合成光の一部が入射する光センサと、光センサの検出結果に基づいて、合成光の光量が目標値に一致するよう光源を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、投射光学系の一部として合成光を透過させる光学素子において反射された合成光を検出光とするため、照射光に損失を生じさせることなく、照射光全体から均等な割合で反射光を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる光検出装置の実施の形態１を組み込んだレーザ光源装置の光検出部分を示す断面図である。 図２は、本発明にかかる光検出装置の実施の形態２を組み込んだレーザ光源装置の光検出部分を示す断面図である。

以下に、本発明にかかる光検出装置及び光源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光検出装置の実施の形態１を組み込んだレーザ光源装置の光検出部分を示す断面図である。青色レーザモジュール１ａは、平面上に配置した複数の青色レーザダイオード２ａからなり、そこから放射された青色のレーザ光は、各レーザダイオード２ａの前に配置された集光レンズ３ａによって平行光とされる。集光レンズ３ａによって平行光とされた青色のレーザ光は、集光レンズ３ｂ及び凹レンズ３ｃによって束ねられ、出射光の収束位置でほぼ１点に集まるように光軸が定められる。

赤色レーザモジュール１ｂから放射された赤色のレーザ光は、集光レンズ３ｄによって平行光とされ、波長選択性を有するダイクロイックミラー４ａ、４ｂによって青色のレーザ光と同じ光軸に合成される。

緑色レーザモジュール１ｃから放射された緑色のレーザ光は、集光レンズ３ｅによって平行光とされ、ミラー４ｃと波長選択性を有するダイクロイックミラー４ａ、４ｂとによって青色のレーザ光と同じ光軸に合成される。

なお、ここでは、青色レーザモジュール１ａが複数の青色レーザダイオード２ａで構成される構造を例としたが、赤色レーザダイオード１ｂや緑色レーザダイオード１ｃが複数の赤色レーザダイオードや緑色レーザダイオードで構成されてもよい。逆に、青色レーザモジュール１ａを一つのレーザダイオード２ａで構成してもよい。さらに、青色レーザモジュール１ａ、赤色レーザモジュール１ｂ、緑色レーザモジュール１ｃの少なくとも一つを、複数の発光点を有するマルチエミッタ型のレーザダイオードで構成してもよい。

青、赤、緑の三色が合成されたレーザ光（合成光）は、反射ミラー５で方向が変えられ、投射レンズ６によって集光点に向けて収束される。

投射レンズ６は、合成光の光軸に対して垂直な配置となっておらず僅かな傾きを有するが、合成光の入射角は臨界角よりもはるかに小さいため全反射は発生せず、投射レンズ６の材料の物性から決まる安定した比率で合成光を反射する。投射レンズ６は、青色レーザモジュール１ａ、赤色レーザモジュール１ｂ、緑色レーザモジュール１ｃ（以下、これらをまとめて「光源１」とも言う。）からの光が全て入射するように構成されており、光源１のいずれで光量の低下が発生した場合でも（青色レーザモジュール１ａに関しては、青色レーザダイオード２ａのいずれで光量の低下が発生した場合でも）照射光として使用される光量に比例した光を反射する分光デバイスとしての機能を有する。すなわち、本実施の形態では、照射光として用いる全ての光が入射する投射レンズ６と空気との境界面での反射を利用して分光することにより、照射光全体から均等な割合で反射光を得る。一例を挙げると、無反射コーティングを施していない場合には、投射レンズ６に入射した合成光は出射側のガラス面で約４％が反射光となる。

反射光は光路が照射光とは逆向きとなるように分離されるため、この光を検出光として用いる。照射光から分離された検出光は、視感度フィルタ７を透過するが、この際に人間の目の感度に準じた波長透過量率（標準比視感度曲線）にしたがって透過光量が減少する。視感度フィルタ７を設けない場合には、光源１の温度や周辺温度の変動によって光線の波長が変動すると、光センサ１０の検出値は視感度特性によって人間の目に感じる明るさには比例しない値となるが、視感度フィルタ７を透過させることにより、光センサ１０での検出値を光源１の出力に比例した値とすることができる。換言すると、光源１の光出力が一定で波長に変化が生じた場合、光センサ１０に入射する検出光の光出力を波長の変動に応じ増減した光量とすることができる。

視感度フィルタ７を透過した検出光は拡散板８を透過し、基板９上に実装された光センサ１０に集光する。拡散板８は光を散乱させるため、複数の青色レーザダイオード２ａから放射された各青色レーザの集光点が拡散板８の面積内で光軸からずれていても、光センサ１０の受光面に均一な検出光を伝えることができる。また、光センサ１０の受光面積が狭く、青色、赤色、緑色の各レーザの集光点が光センサ１０の受光面積内に収まらない場合でも、拡散板８を透過した後で光センサ１０に集光することにより、光センサ１０の受光面に均一な光を伝えることができる。これにより、光源１からの放射光の変化を光センサ１０において比例した値として検出することができる。

上記光伝達経路は光の空間密度が高く、微小なゴミであっても光路内に存在すると光の伝達を妨げ出力に損失が発生する恐れがあるため、全体を筐体１１の中に収めて防塵構造としている。

本実施の形態においては、投射レンズ６を防塵構造の一部として構成しているため、防塵ガラスを別に設ける場合と比較して照射光の損失が軽減される。また、投射レンズ６での反射光を検出光として利用するため、分光用の反射ガラスを別に挿入する場合と比較して照射光の損失が低減される。

このように、本実施の形態においては、光源１から放射されたレーザ光を光センサ１０に導くために分光専用の光学素子を挿入するのではなく、照射光の射出部の投射レンズ６を、入射光線（合成光）が法線軸から傾くように配置することで分光を行う。これにより、照射光の光路上に分光専用の光学素子を追加する必要が無くなるため、照射光のロスを低減できる。なお、防塵ガラスにおいて照射光と検出光とを分光する場合も同様に、照射光のロスを低減できる。

光源１から入射する互いに近接してはいるが同軸上には無いレーザ光（合成光）が拡散板８によって拡散されることによって、光センサ１０の近傍では比較的広い面積において均一な光を得ることができる。そのため、光源１からのレーザ光が光センサ１０上で受光面積内に完全に収まらない場合や、光源１から光センサ１０までの導光経路において部品寸法や組立公差、振動、熱変形、外力によるズレなどによって光路に変動が発生した場合でも、それらに影響されることなく照射光の出力に比例した光が検出光として光センサ１０の受光面に入射する。また、光センサ１０の周辺の光量が均一になるため、光センサ１０の受光面積が小さい場合でも、設置位置を厳密に位置決めしなくてもある程度の範囲に収まるように光センサ１０を設置するだけで、照射光の出力に比例した安定した光を光センサ１０の受光面に入射させることができる。したがって、複数の光センサ１０に対して均等に検出光を入射させることも可能である。

また、照射光の周辺部など一部の空間領域を分離した光や、照射光として用いない方向へ放射された光を検出光として用いるのではなく、照射光全領域の光から検出光を作り出すため、光源１の一部のみで出力変動が発生した場合でも、その変動を確実に検出光にも反映できる。

また、人間の視感度特性に近似した視感度フィルタ７を透過した光線を光センサ１０へ入射させるため、光源１の光出力が一定で波長に変化が生じた場合、光センサ１０に入射する光出力を波長の変動に応じて増減させることができる。そのため、光源１の温度変化や環境温度の変化によって光出力が一定であっても光の波長が安定しない場合でも、人間の目が感じる明るさの変化に近似した光量検出値を光センサ１０で得ることができる。

さらに、防塵ガラスを用いることなく投射レンズ６を防塵構造の一部としているため、専用の防塵ガラスを用いる場合と比較して照射光の損失を小さくできる。また、本来照射光の射出に必要な投射レンズ６を分光にも使用することにより、分光用の光学素子を追加することによる照射光のロスが発生しなくなるため、より少ない発光パワーで必要な照射光を得ることができる。

実施の形態２．
図２は、本発明にかかる光検出装置の実施の形態２を組み込んだレーザ光源装置の光検出部分を示す断面図である。実施の形態１とほぼ同様の構成であるが、赤、青、緑の各色に対応して光センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを個別に備えている点で相違する。

拡散板８を透過した検出光は十分に広い範囲に拡散され、光センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃに均等に照射される。

実施の形態１のように一つの光センサ１０で赤、青、緑の３色の光量を個別に検出することは可能であるが、本実施の形態のように色ごとに専用の光センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを設けることも可能である。色ごとに専用の光センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを設ける場合は、光センサの設置面積は大きくなるが、赤色、青色、緑色それぞれのレーザモジュールの光出力に差異があっても光センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの各々からの検出出力のゲインを独立して設定できるため、光センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃに入射する光量が各色で大きく異なる場合でも均等な検出出力を得ることができ、ＡＰＣ制御回路の構成が容易となる。

この他については実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。

以上のように、本発明にかかる光検出装置及び光源装置は、自発光しない映像デバイスを用いた表示装置の光源装置に搭載するのに適している。

１ 光源
１ａ 青色レーザモジュール
１ｂ 赤色レーザモジュール
１ｃ 緑色レーザモジュール
２ａ 青色レーザダイオード
３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ 集光レンズ
３ｃ 凹レンズ
４ａ、４ｂ ダイクロイックミラー
４ｃ ミラー
５ 反射ミラー
６ 投射レンズ
７ 視感度フィルタ
８ 拡散板
９ 基板
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 光センサ
１１ 筐体

Claims (5)

1. 複数の発光デバイスを有する光源と、
   前記光源から発せられた複数の光を合成して合成光を生成する合成光学系と、
   前記合成光を透過させて集光点に収束させるとともに、透過よりも小さい割合で前記合成光を進行方向とは異なる方向に反射させる投射レンズと、
   前記投射レンズによって反射された前記合成光が入射するように設置された光センサと、
   前記光センサの検出結果に基づいて、前記合成光の光量が目標値に一致するよう前記光源を制御する制御手段とを有する光源装置。
2. 前記投射レンズと前記光センサとの間に、前記投射レンズによって反射された合成光を拡散させる拡散手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記投射レンズと前記光センサとの間に、標準比視感度曲線に準じて透過光量を減少させる視感度フィルタが配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の光源装置。
4. 前記投射レンズは、防塵構造の一部を構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光源装置。
5. 複数の色に対応して個別に前記発光デバイス及び前記光センサを備え、
   前記制御手段は、各色に対応する前記光センサの検出結果に基づいて、対応する色の光を発する前記発光デバイスを制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光源装置。

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