JP5879792B2 - 蛍光体層の温度測定方法、光源装置及びプロジェクター - Google Patents
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本発明の蛍光体層の温度測定方法によれば、光照射位置とは異なる位置で被照射領域の温度を検出し、これに基づいて光照射位置での蛍光体層の温度を推定する。そのため、光照射位置での蛍光体層の温度を実測しなくとも、光照射位置での蛍光体層の温度を高い精度で把握することが可能となる。
dx=d0e−ktx
d0:前記光照射位置での前記蛍光体層の温度
dx:前記光照射位置とは異なる測定位置での前記蛍光体層の温度
tx:前記励起光で照射された前記蛍光体層の被照射領域が、前記光照射位置から前記測定位置に到るまでの移動時間
k :減衰係数
e :自然対数の底
本発明の蛍光体層の温度測定方法、光源装置及びプロジェクターの実施形態1について説明する。
まず、実施形態1の温度測定方法及び光源装置が適用されるプロジェクターの一例について説明する。
図1に示すように、プロジェクター1000は、光源装置100と、色分離導光光学系200と、光変調装置としての液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400G、液晶光変調装置400Bと、クロスダイクロイックプリズム500と、投写光学系600と、を具備しており、光源装置100が実施形態1の光源装置によって構成されている。
図2に示すように、励起光源10は、基台11上にレーザー光源12が5個×5個の正方形状に2次元配列(合計25個)で並べられているレーザー光源アレイである。
なお、励起光源10は、後述する蛍光物質を励起させることができる波長の光であれば、450nm以外のピーク波長を有する色光を射出する励起光源であっても構わない。
回転蛍光板30はいわゆる反射型の回転蛍光板である。回転蛍光板30は、図1及び図3に示すように、モーター(回転駆動機構)33により回転駆動される回転板31の上に、回転板31の回転軸Oの回りに蛍光体層32が形成されてなる。蛍光体層32は図示しない蛍光体粒子とバインダーを含む。
次に、実施形態1の蛍光体層の温度測定方法、及び、この蛍光体層の温度測定方法を適用した励起光源駆動系(実施形態1の光源装置が備える励起光源駆動系)について説明する。
図5は、実施形態1の蛍光体層の温度測定方法を説明するための模式図、図6は、実施形態1の光源装置において、温度検出装置の配置位置を示す模式図、図7は、被照射領域Tの経時的な温度変化を示すグラフ、図8は、実施形態1の光源装置が備える励起光源駆動系の作動の流れを示すフローチャートである。
すなわち、光照射位置Sにおいて蛍光体層32に励起光が照射されると、励起光の一部は、前述の波長帯域の蛍光に変換されて蛍光体層32から射出される。一方、蛍光に変換されなかった励起光のエネルギーの一部は、熱エネルギーとなって蛍光体層32を発熱させる。そして、図5に示すように、蛍光体層32の発熱部分(被照射領域T)は、回転蛍光板30の回転によって、回転軸Oの回りに円を描くように光照射位置Sに対して相対的に移動する。図5では、被照射領域Tと測定位置A1とを識別しやすいように、被照射領域Tが蛍光軌跡r上の光照射位置Sと測定位置A1との間に位置している状態を示している。
dx=d0e−ktx・・・(1)
d0:光照射位置Sでの蛍光体層32の温度
dx:測定位置A1で検出された蛍光体層32(被照射領域T)の温度
tx:被照射領域Tが光照射位置Sから測定位置A1に到るまでの移動時間
k :減衰係数
e :自然対数の底
図1に示すように、この励起光源駆動系80は、温度測定装置81と、制御部82と、LDドライバー(駆動電流供給部)83とを備えており、このうち温度測定装置81と制御部82とが、光照射位置Sでの蛍光体層32の推定温度d0に基づいて、励起光源10への電流供給のON/OFFを切り替える過昇温防止機構を構成する。
まず、LDドライバー83からの駆動電流の供給をONにする(ステップS1)。これにより、励起光源10から励起光が射出され、蛍光体層32の光照射位置Sに対応する部分(被照射領域T)に励起光が照射され、当該部分が発熱する。光照射位置Sで発熱した部分(被照射領域T)は、回転蛍光板30の回転によって、回転軸Oの回りに円を描くように光照射位置Sに対して相対的に移動する。そして、被照射領域Tは測定位置A1を通過して光照射位置Sに戻るというサイクルを繰り返す。
次に、本発明の蛍光体層の温度測定方法、光源装置及びプロジェクターの実施形態2について説明する。
なお、実施形態2においては、前記実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
すなわち、前述のように光照射位置Sで励起光が照射された被照射領域Tの経時的な温度変化は、前記一般式(1)で表される。したがって、図9に示すように、蛍光軌跡r上に、2箇所の測定位置(第1測定位置A1、第2測定位置A2)を設定し、第1測定位置A1における蛍光体層32の温度d1と第2測定位置A2における蛍光体層32の温度d2とを検出すれば、温度d1と温度d2と所要時間t1と所要時間t2を前記一般式(1)に代入することによって下記式(2)、式(3)を得ることができる。この2式の変数は減衰係数kと推定温度d0の2つであるため、この2式を解くことにより、これらの値k、d0を求めることができる(図11参照)。
d1=d0e−kt1・・・(2)
d2=d0e−kt2・・・(3)
d0:光照射位置Sでの蛍光体層32の温度
d1:第1測定位置A1での蛍光体層32の温度
d2:第2測定位置A2での蛍光体層32の温度
t1:被照射領域Tが光照射位置Sから第1測定位置A1に到るまでの移動時間
t2:被照射領域Tが光照射位置Sから第2測定位置A2に到るまでの移動時間
k :減衰係数
e :自然対数の底
この励起光源駆動系80は、温度測定装置81と、制御部82と、LDドライバー83とを備えており、このうち温度測定装置81と制御部82とが、光照射位置Sでの蛍光体層32の推定温度d0に基づいて、励起光源10への電流供給のON/OFFを切り替える過昇温防止機構を構成する。以下、各部の構成について説明する。
各温度検出部813、814としては、それぞれ、前記実施形態1と同様の理由から放射温度計を用いるのが好ましい。
すなわち、制御部82は、演算部812から推定温度d0が入力されると、これが設定温度dmax以上であるか否かを判断し、推定温度d0が設定温度dmax以上である場合にはLDドライバー83にシャットダウン信号を出力する。LDドライバー83は、制御部82からシャットダウン信号が入力されると、駆動電流の供給をOFFに切り替える。これにより、励起光源10からの励起光の射出が停止する。
また、実施形態2の励起光源駆動系80では、特に、光照射位置Sでの蛍光体層32の実際の温度により近似もしくは一致した推定温度d0を得ることができるため、光照射位置Sでの蛍光体層32の温度が設定温度dmax以上となるのを、より確実に抑止することが可能である。
実施形態2では、第1測定位置A1における蛍光体層32の温度d1を検出すると同時に第2測定位置A2における蛍光体層32の温度d2を検出していたが、実施形態3では、被照射領域Tが光照射位置Sから第1測定位置A1へ移動したときに、第1測定位置A1において被照射領域Tの温度d1を検出し、被照射領域Tがさらに第2測定位置A2へ移動したときに、第2測定位置A2において被照射領域Tの温度d2を検出してもよい。この場合も実施形態2と同様、被照射領域Tが光照射位置Sから第1測定位置A1まで移動するために要する時間を所要時間t1とし、被照射領域Tが光照射位置Sから第2測定位置A2まで移動するために要する時間を所要時間t2とする。その他の構成は実施形態2と同様であるため、説明を省略する。
前記実施形態2および実施形態3の光源装置100では、温度測定装置81が、蛍光軌跡rの2箇所の領域について温度を検出し、これに基づいて光照射位置Sでの蛍光体層32の温度を推定するように構成されているが、温度を検出する領域は2箇所に限るものではなく、3箇所以上であっても構わない。例えば、3箇所以上の測定位置のうち、任意の2箇所の検出温度に基づいて光照射位置Sでの蛍光体層32の温度を算出し、他の2箇所の検出温度に基づいて算出された光照射位置Sでの蛍光体層32の温度との平均値をとれば、光照射位置Sでの実際の温度にさらに近似した推定温度d0を得ることができる。この推定温度d0に基づいて励起光源への電流供給のON/OFFを切り替えることにより、光照射位置Sでの過剰な温度上昇をより確実に抑えることが可能となる。
前記指数関数は、理想的な状態での関係式であるため、実際の温度変化とは異なる場合がある。特に、ピックアップ光学系40の各レンズ41、42が風の流れを阻害したりすると、前記指数関数から求められた計算値と光照射位置Sでの実測値との差が比較的大きいこともあり得る。そのような場合には、上記の各実施例や変形例において、求められた計算値に適宜補正を加えたり、式を変形したりして光照射位置Sでの蛍光体層の温度d0を求めるようにしても構わない。
前記各実施形態あるいは前記各変形例では、制御部82は、光照射位置Sでの推定温度d0が設定温度dmax以上となったときに、駆動電流の供給がOFFとなるようにLDドライバー83を制御している。しかし、前記各実施形態あるいは前記各変形例において、駆動電流の供給量が低減(セーブ運転モード)するようにLDドライバー83を制御するものであっても良い。これにより、励起光源10への電流供給を連続して行いつつ、光照射位置Sでの過剰な温度上昇を抑えることが可能となる。
前記各実施形態あるいは前記各変形例において、制御部82は、光照射位置Sでの推定温度d0が設定温度dmax以上となったときに、回転板31の回転数が上がるようにモーターを制御するものであっても良い。回転板31の回転数が上がると周囲の風量が増大するため、励起光が照射された部分が効率良く冷却され、光照射位置Sでの蛍光体層32の温度上昇を抑えることが可能となる。
前記各実施形態あるいは前記各変形例の光源装置100は、回転蛍光板30の回転板31として反射型基板を用い、蛍光体層32に対して、蛍光の出射側と同じ側から励起光を入射する反射型であった。しかし、前記各実施形態あるいは前記各変形例において、回転板31として励起光を透過させる透過型基板を用いてもよい。この場合、蛍光体層に対して、蛍光の出射側と反対側(回転板31側)から励起光を入射させる構成であり、励起光を集光させる集光手段を省略しても構わない。透過型の場合にも、反射型の場合と同様の作用・効果を得ることが可能である。
前記各実施形態あるいは前記各変形例の光源装置100は、蛍光体層32の被照射領域Tが回転軸Oの回りに円を描くように光照射位置Sに対して相対的に移動するように構成されているが、被照射領域Tの移動方法はこれに限るものではない。例えば被照射領域Tが光照射位置Sに対して往復移動するように構成されていても構わない。この場合にも、被照射領域Tを、光照射位置Sに対して相対的に移動させ、光照射位置Sとは異なる位置で、前記被照射領域Tの温度を検出する(第1工程)。その後、第1工程で検出された前記被照射領域Tの温度に基づいて、光照射位置Sでの蛍光体層の温度を推定する(第2工程)。そして、推定した光照射位置Sでの蛍光体層の温度に応じて、励起光の強度を制御すればよい。あるいは、推定した光照射位置Sでの蛍光体層の温度に応じて、被照射領域Tの光照射位置Sに対する移動速度を制御してもよい。
本実施形態のプロジェクター1000では、液晶光変調装置として3つの液晶光変調装置を用いたが、これに限らない。1つ、2つ又は4つの液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。
Claims (10)
- 励起光で照射された蛍光体層の被照射領域を、該励起光が照射される該蛍光体層の光照射位置に対して相対的に移動させ、該光照射位置とは異なる第1の測定位置で、前記被照射領域の温度を検出する第1工程と、
前記第1工程で検出された前記被照射領域の温度に基づいて、前記光照射位置での蛍光体層の温度を推定する第2工程と、を有することを特徴とする蛍光体層の温度測定方法。 - 前記第1工程において、前記被照射領域の移動経路上であって、前記光照射位置と異なり、かつ前記測定位置とも異なる第2の測定位置において、前記蛍光体層の温度を検出し、
前記第2工程において、前記第1の測定位置で検出された温度と前記第2の測定位置で検出された温度とに基づいて、前記光照射位置での蛍光体層の温度を推定することを特徴とする請求項1に記載の蛍光体層の温度測定方法。 - 前記蛍光体層は、回転駆動される回転基板上に設けられ、前記被照射領域が前記回転基板の回転軸の回りに円を描くように移動することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蛍光体層の温度測定方法。
- 下記式を用いて、前記光照射位置での蛍光体層の温度を推定することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の蛍光体層の温度測定方法。
dx=d0e−ktx
d0:前記光照射位置での前記蛍光体層の温度
dx:前記光照射位置とは異なる測定位置での前記蛍光体層の温度
tx:前記励起光で照射された前記蛍光体層の被照射領域が、前記光照射位置から前記測定位置に到るまでの移動時間
k :減衰係数
e :自然対数の底 - 励起光を射出する励起光源と、
前記励起光を受けて蛍光を放射するとともに、前記励起光が照射された被照射領域が、
前記励起光が照射される光照射位置に対して相対的に移動可能な蛍光体層と、
前記被照射領域の移動経路上であって、前記光照射位置とは異なる第1の測定位置に設けられた温度検出部と、
前記温度検出部で検出された前記被照射領域の温度に基づいて前記励起光の強度を制御する制御部と、
前記温度検出部で検出された前記被照射領域の温度に基づいて、前記光照射位置での蛍光体層の推定温度を演算する演算部と、を有し、
前記制御部は、前記推定温度に基づいて前記励起光の強度を制御することを特徴とする光源装置。 - 前記制御部は、予め記憶された設定温度と、前記推定温度とを比較し、前記推定温度が前記設定温度以上である場合に、前記励起光源への駆動電流の供給を遮断することを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記制御部は、予め記憶された設定温度と、前記推定温度とを比較し、前記推定温度が前記設定温度以上である場合に、前記励起光源への駆動電流の供給量を低減することを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 励起光を射出する励起光源と、
前記励起光を受けて蛍光を放射するとともに、前記励起光が照射された被照射領域が、前記励起光が照射される光照射位置に対して相対的に移動可能な蛍光体層と、
前記被照射領域の移動経路上であって、前記光照射位置とは異なる第1の測定位置に設けられた温度検出部と、
前記温度検出部で検出された前記被照射領域の温度に基づいて、前記被照射領域の前記光照射位置に対する移動速度を制御する制御部と、
前記温度検出部で検出された前記被照射領域の温度に基づいて、前記光照射位置での蛍光体層の推定温度を演算する演算部と、を有し、
前記制御部は、前記推定温度に基づいて、前記被照射領域の前記光照射位置に対する移動速度を制御することを特徴とする光源装置。 - 前記温度検出部として、放射温度計を用い、前記温度検出部を、前記被照射領域の移動経路の直上に配置することを特徴とする請求項5〜請求項8のいずれかに記載の光源装置。
- 請求項5〜請求項9のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
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