WO2015129816A1 - 光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

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WO2015129816A1
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昌士 岡本
貴紀 鮫島
小田 史彦
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ウシオ電機株式会社
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    • Y02B20/40Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the present invention relates to a light source device using light emitting elements such as semiconductor lasers of a plurality of different wavelength bands that can be used in an optical device such as a projector, and a projector including the light source device.
  • HID lamps high-intensity discharge lamps
  • TM DLP
  • TM liquid crystal projectors
  • photomask exposure apparatuses photomask exposure apparatuses.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining one form of a part of a conventional projector related to the projector of the present invention (reference: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-252112, etc.).
  • a light condensing means (not shown) composed of a concave reflecting mirror, a lens, or the like.
  • FmA is input to the incident end (PmiA) and output from the exit end (PmoA).
  • a light guide can be used as the light uniformizing means (FmA). This is also called a name such as a rod integrator or a light tunnel, and is constituted by a prism made of a light-transmitting material such as glass or resin.
  • a hollow square tube the inner surface of which is a reflecting mirror
  • the illumination lens (Ej1A) is arranged so that a square image of the emission end (PmoA) is formed on the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjA), and is output from the emission end (PmoA).
  • the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjA) is illuminated with light.
  • a mirror (MjA) is disposed between the illumination lens (Ej1A) and the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjA). Then, the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjA) modulates the light so as to be directed to the direction in which the light is incident on the projection lens (Ej2A) or not to be incident on each pixel according to the video signal. An image is displayed on the screen (Tj).
  • the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjA) as described above is sometimes called a light valve.
  • the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjA) is generally DMD (digital). ⁇ Micromirror devices (TM) are often used.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining one mode of a part of a conventional projector related to the projector of the present invention (reference: JP 2001-142141 A).
  • the light from the light source (SjB) composed of a high-intensity discharge lamp or the like is made into a uniform light beam by a fly-eye integrator with the help of collimator means (not shown) composed of a concave reflecting mirror or lens.
  • the light uniformizing means (FmB) is configured by a combination of an incident-side front stage fly-eye lens (F1B), an exit-side rear stage fly-eye lens (F2B), and an illumination lens (Ej1B).
  • Both the front fly-eye lens (F1B) and the rear fly-eye lens (F2B) are formed by arranging a large number of rectangular lenses having the same focal length and the same shape in the vertical and horizontal directions.
  • Each lens of the front-stage fly-eye lens (F1B) and the corresponding lens of the rear-stage fly-eye lens (F2B) in the subsequent stage constitute an optical system called Koehler illumination.
  • a large number of optical systems are arranged vertically and horizontally.
  • the Kohler illumination optical system is composed of two lenses.
  • the front lens collects light and illuminates the target surface, the front lens does not form a light source image on the target surface, but the center of the rear lens.
  • a light source image is formed on this surface, and the rear lens is arranged so as to form an image of the quadrangle of the outer shape of the front lens on the target surface (surface to be illuminated), thereby uniformly illuminating the target surface.
  • the light uniformizing means (FmB) is basically inputted with a substantially parallel light beam.
  • the distance from F2B) is set to be equal to the focal length thereof, and thus an image of the target surface of uniform illumination as the Kohler illumination optical system is generated at infinity.
  • the illumination lens (Ej1B) is disposed at the rear stage of the rear fly-eye lens (F2B), the target surface is drawn toward the focal plane of the illumination lens (Ej1B) from infinity.
  • a number of Kohler illumination optical systems arranged in the vertical and horizontal directions are parallel to the incident optical axis (ZiB), and light beams are input substantially symmetrically with respect to the respective central axes, so that the output light flux is also substantially axially symmetric. For this reason, the light rays incident on the lens surface at the same angle are refracted toward the same point on the focal plane regardless of the incident position on the lens surface, that is, due to the Fourier transform action of the lens.
  • the outputs of all the Kohler illumination optical systems are imaged on the same object plane on the focal plane of the illumination lens (Ej1B).
  • a polarizing beam splitter (MjB) is disposed between the illumination lens (Ej1B) and the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjB), so that the light is two-dimensional light amplitude modulation element (DmjB).
  • the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjB) rotates the polarization direction of light by 90 degrees for each pixel according to the video signal, or modulates and reflects the light so that only the rotated light is reflected. Then, the light passes through the polarizing beam splitter (MjB) and is incident on the projection lens (Ej3B) to display an image on the screen (Tj).
  • LCOS silicon liquid crystal device
  • DmjB two-dimensional light amplitude modulation element
  • a polarization alignment functional element PcB
  • F2B rear fly-eye lens
  • the polarization alignment functional element PcB
  • a field lens (Ej2B) is inserted immediately before the two-dimensional light amplitude modulation element (DmjB) so that substantially parallel light is incident thereon.
  • a transmissive liquid crystal device (LCD) is also used with an optical arrangement suitable for it (reference: No. 10-133303).
  • a dynamic color filter such as a color wheel is disposed after the light uniformizing means, and R, G, B (red and green, blue)
  • the two-dimensional light amplitude modulation element is illuminated as a color sequential light beam, and color display is realized by time division.
  • a dichroic mirror or a dichroic prism is arranged at the subsequent stage of the light uniformizing means to illuminate a two-dimensional light amplitude modulation element provided independently for each color with light separated into R, G, and B primary colors, and further dichroic.
  • An optical system for color synthesis of modulated light beams of the three primary colors R, G, and B is configured by arranging a mirror and a dichroic prism.
  • the optical member for displaying an image in color is omitted in order to avoid complexity.
  • the high-intensity discharge lamp described above has drawbacks such as low conversion efficiency from input power to optical power, that is, a large heat loss or a short life.
  • solid light sources such as LEDs and semiconductor lasers have attracted attention as alternative light sources that have overcome these drawbacks.
  • the LED has a smaller heat loss and a longer life than the discharge lamp, but the emitted light has no directivity like the discharge lamp.
  • the light use efficiency is low.
  • the semiconductor laser has a disadvantage that speckles are generated due to its high coherence, but it can be overcome by various technical improvements such as using a diffusion plate. Therefore, similar to the LED, since the heat loss is small, the lifetime is long, and the directivity is high, even in applications where only light in a specific direction can be used, such as the projectors and exposure apparatuses described above, There is an advantage that utilization efficiency is high.
  • the high directivity makes it possible to perform optical transmission with high efficiency, so it is possible to separate the installation location of the semiconductor laser from the location where the light is used, such as a projector. The degree of freedom can be increased.
  • the intensity of the luminous flux of the color emitted by the semiconductor laser is equal to the intensity of the luminous flux from the light source of the other color. Therefore, the intensity balance of the three primary colors must be created by active control and adjustment of the light source device, and the balance is lost due to changes in conditions such as the environmental temperature and cumulative energization time. It needs to be solved.
  • the emission wavelength may change due to environmental temperature changes or deterioration due to an increase in accumulated energization time, when applying a semiconductor laser to a high-fidelity projector, color, that is, white balance stabilization and brightness It is necessary to stabilize.
  • the intensity of the light beam of that color can be set independently of other colors.
  • the balance of the spectrum of the light source device is intentionally removed from white so that light of colors with low light use efficiency of the optical system of the projector is strong and light of colors with high light use efficiency is weak.
  • the light to be discarded can be eliminated, and the light utilization efficiency as a whole can be improved.
  • the angle of the dichroic mirror is changed based on the output from the LED light source and the detection result of the light detection sensor for detecting the color, and an inconvenient wavelength of the light emitted from the LED is disclosed.
  • a technique for correcting colors by discarding components is described. However, in such a technique, inefficient light is thrown away and the efficiency is low, and a method for realizing a light detection sensor for detecting a color has not been solved.
  • the problem to be solved by the present invention is that the output light flux can be achieved so that the desired color balance of the output light of the subsequent optical system can be achieved even when the light use efficiency for each wavelength band in the subsequent optical system such as a projector is not uniform. It is an object of the present invention to provide a light source device and a projector that can quantitatively measure the hue and set and maintain a target hue by feedback control.
  • the light source device includes a light emitting element (Y1a, Y1b,%) That emits light in a narrow wavelength band and a drive circuit (P1a, P1b,%) That drives the light emitting elements (Y1a, Y1b,. Is a single element light source (U1, U2,%), A plurality of the element light sources (U1, U2,%) And the drive circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b, etc. And an integrated control circuit (Mc) for controlling the output light flux (Fo, Fo1, Fo2,%) That collects the radiated light from the light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,).
  • a light source device that radiates to the outside,
  • the light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,...) Include elements whose emission wavelengths belong to a plurality of different wavelength bands, Further, the light source device receives an amount of light that correlates with the light amount of the total output light beam (Fo, Fo1, Fo2,%) Of the output light beam (Fo, Fo1, Fo2,.
  • Band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) for generating band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) for acquiring a light emission intensity instruction value that correlates to the light intensity for each, and data from the outside And an interface unit (If) for acquiring
  • the integrated control circuit (Mc) at least intermittently acquires the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) generated by the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB), and the emission intensity instruction value.
  • a hue indication value correlated with the overall light color of the output luminous flux (Fo, Fo1, Fo2,...), And the difference between the hue indication value and its target value is reduced.
  • the amount of change in the emission intensity instruction value for each of the wavelength bands is determined, and the drive circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Are feedback controlled, Further, the integrated control circuit (Mc) obtains hue correlation data (Se) correlated with the hue instruction value for the result of applying the output light beam (Fo, Fo1, Fo2, etc To an external device using a light source device.
  • the external data acquisition mode can be executed through the interface unit (If), and the integrated control circuit (Mc) can execute the hue correlation data (Se) after the external data acquisition mode ends. Is used to update the target value of the hue instruction value.
  • a light source device provides the output light flux (Fo, Fo1) to an external device using the light source device calculated from the hue correlation data (Se) obtained by executing the external data acquisition mode. , Fo2,...),
  • the balance of the light utilization efficiency of the external device using the light source device for each wavelength band is estimated based on the hue instruction value for the result of applying the output light flux to the external device using the light source device.
  • the target value of the hue instruction value of the light source device is set so that the hue instruction value related to the result of applying (Fo, Fo1, Fo2,...) Approaches the desired hue instruction value.
  • the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) is provided for each wavelength band described above in addition to the emission intensity instruction value correlated with the light intensity described above.
  • the band optical characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) for acquiring the wavelength deviation instruction value correlated with the deviation from the reference wavelength is generated, and the integrated control circuit (Mc) Optical characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) is acquired from the band optical characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB), in addition to the emission intensity instruction value, the wavelength deviation instruction value is generated, and further the integration
  • the control circuit (Mc) generates a function at the reference wavelength for each of the wavelength bands described above for each color matching function necessary for calculating the chromaticity when generating the hue instruction value.
  • the hue instruction value is calculated based on an amount correlated with chromaticity coordinates.
  • a light source device provides each of the above-described wavelength bands for acquiring a light emission intensity instruction value correlated with light intensity in the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • the sensitivity value at the reference wavelength defined in each of the above-mentioned wavelength bands and the rate of change of sensitivity with respect to the change in wavelength are the references for each of the three color matching functions of the XYZ color system. It is characterized in that it matches the sensitivity value at the wavelength and the rate of change in sensitivity with respect to the change in wavelength.
  • the light source device wherein each of the above-described wavelength bands for acquiring the emission intensity instruction value correlated with the light intensity in the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • the sensitivity value at the reference wavelength defined in each of the above-mentioned wavelength bands and the rate of change of sensitivity with respect to the change in wavelength are the references for each of the three color matching functions of the XYZ color system. It is characterized in that it matches the sensitivity value at the wavelength and the rate of change in sensitivity with respect to the change in wavelength.
  • a projector according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that an image is projected and displayed using the light source device according to the first to fourth aspects.
  • the hue of the output light beam is quantitatively measured and feedback so that the desired color balance of the output light of the rear stage optical system can be achieved. It is possible to provide a light source device and a projector that can set and maintain a target hue by control.
  • the block diagram which simplifies and shows the light source device of this invention is represented.
  • the block diagram which simplifies and shows the light source device of this invention is represented.
  • the schematic diagram which simplifies and shows a part of light source device of this invention is represented.
  • the schematic of the concept relevant to the technique of the light source device of this invention is represented.
  • the schematic of the concept relevant to the technique of the light source device of this invention is represented.
  • the block diagram which simplifies and shows a part of light source device of this invention is represented.
  • the block diagram which simplifies and shows a part of light source device of this invention is represented.
  • the schematic diagram which simplifies and shows one form of the one part of the Example of the light source device of this invention is represented.
  • the schematic diagram which simplifies and shows one form of the one part of the Example of the light source device of this invention is represented.
  • the figure explaining one form of one part of the kind of the conventional projector concerning the projector of this invention is represented.
  • the figure explaining one form of one part of the kind of the conventional projector concerning the projector of this invention is represented.
  • FIG. 1 is a block diagram which simplifies and shows the light source device of this invention.
  • At least one light emitting element (Y1a, Y1b,%) Provided in the element light source (U1) is driven by a drive circuit (P1a, P1b,%) To emit light.
  • a drive circuit P1a, P1b, etc.
  • a semiconductor laser or a radiated light of the semiconductor laser is utilized by utilizing a nonlinear optical phenomenon such as harmonic generation or an optical parametric effect.
  • a light source for wavelength conversion, etc. which can be driven by one drive circuit (P1a, P1b,...) By connecting a plurality of such light sources in series, in parallel, or in series-parallel connection. It is said.
  • the driving circuits (P1a, P1b,...) are DC / DC converters configured by a circuit of a system such as a step-down chopper or a step-up chopper, which is powered by a DC power supply (not shown) here.
  • the integrated control circuit (Mc) individually outputs data for each of the drive circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Via drive circuit control signals (J1a, J1b,..., J2a, J2b,). It is configured to be able to send and receive and to control and to supply prescribed power to each of the light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,).
  • the light source device of the present invention includes a plurality of element light sources (U2,%) Similar to the element light source (U1), and light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b, etc Included therein. ) Includes those whose emission wavelengths belong to a plurality of different narrow wavelength bands, and the included wavelength bands are here three primary colors of R, G, and B. Therefore, in order to measure the overall light characteristics of the respective output light beams (Fo1, Fo2,%) Of these element light sources (U1, U2,...), The output light beams (Fo1, Fo2,.
  • a measurement output light beam (Fo ′) made up of a quantity of light that correlates with the light amount of the output light beam (Fo1, Fo2,%) Collected by extracting the parts is generated and provided for each of the wavelength bands described above. Further, the light is incident on the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • the total light characteristic is assumed to be a state in which all the output light beams (Fo1, Fo2,%) Are mixed, and the light of each wavelength band in the entire output light beam (Fo1, Fo2,). It refers to the characteristics of the entire output light beam (Fo1, Fo2,%) Such as the content rate and the color of light for each wavelength band.
  • the entire output light beam (Fo1, Fo2,%) Is of course the case where the output light beam (Fo1, Fo2,. This is because the light in the wavelength bands of R, G, and B is finally mixed even if they are output separately.
  • the light in the R, G, B wavelength band is finally subjected to image information on the light by two-dimensional light amplitude modulation for each wavelength band.
  • Correlation with the light amount of the output light beam means that if the measurement output light beam (Fo ′) is measured, it is possible to estimate the light amount and the hue for each wavelength band of the output light beam (Fo1, Fo2,). In this case, even if the correlation magnification (correlation coefficient) is different for each wavelength band, it can be measured and corrected in advance.
  • This band light characteristic acquisition means is a band light characteristic acquisition data for acquiring a light emission intensity instruction value correlated with the light intensity and a wavelength deviation instruction value correlated with a deviation from the reference wavelength.
  • Any configuration can be used in the light source device of the present invention as long as it is a means for generating (ShR, ShG, ShB) and measuring and acquiring these quantities.
  • a part of each of the light fluxes extracted from the output light fluxes (Fo1, Fo2,...) Of each wavelength band is collectively used as a measurement output light flux (Fo ′), and the band light characteristic acquisition unit is collectively collected.
  • the single band light characteristic acquisition means set (Ax) is simply described for convenience, and the measurement light flux for each wavelength band is supplied to the band light characteristic acquisition means for each wavelength band.
  • (AiR, AiG, AiB) may be individually input.
  • the integrated control circuit (Mc) obtains band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) including information for acquiring a light emission intensity instruction value and a wavelength deviation instruction value from the band light characteristic acquisition means (AiR, Read from AiG, AiB).
  • the output luminous flux (Fo1, Fo2,%) Illuminates a two-dimensional light amplitude modulation element provided separately for each color of R, G, and B, and a dichroic mirror
  • a dichroic prism can be arranged to perform color synthesis of modulated light beams of the three primary colors R, G, and B.
  • all of the output luminous fluxes (Fo1, Fo2,%) Can be mixed and used as, for example, white light as an alternative to light from the light source (SjA) composed of the high-intensity discharge lamp or the like. .
  • FIG. 2 is a block diagram showing the light source device of the present invention in a simplified manner
  • the light emitted from the light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,...) Is collected from, for example, a lens.
  • the light is focused on the incident end (Ei1, Ei2,%) Of the optical fiber (Ef1, Ef2,%) By the optical optical system (Ec1, Ec2,%) And propagates through the core of the optical fiber (Ef1, Ef2,. It is also possible to radiate from the emission ends (Eo1, Eo2,).
  • the radiated light from the emission ends (Eo1, Eo2,%) Of the optical fibers (Ef1, Ef2,%) Of the element light sources (U1, U2,%) are combined into one output light beam (Fo).
  • Output from the light source device As a comprehensive method of radiated light from a plurality of emission ends (Eo1, Eo2,%), The simplest method is to align the emission ends (Eo1, Eo2,%) On the same plane. This can be realized by bundling the emission ends of the optical fibers (Ef1, Ef2,). A part of the emitted light from the emission end (Eo1, Eo2,%) So that the amount correlated with the amount of the output light beam (Fo) guided by each of the optical fibers (Ef1, Ef2,%) Can be measured.
  • a combined output light flux (Fo ′) for measurement is extracted and a band light characteristic acquisition means set (Ax) in which band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) are grouped together as in FIG. ).
  • band light characteristic acquisition means AiR, AiG, AiB
  • all the output ends of the optical fibers (Ef1, Ef2,...) are bundled to generate an output light beam (Fo) of white light.
  • the output ends (Eo1, Eo2,...) Are divided and bundled to generate output light fluxes for each wavelength band, which are individually input to the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB). You can also.
  • FIG. 3 which is a schematic diagram showing a part of the light source device of the present invention in a simplified manner, shows an example of configuring the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • This figure generates band light characteristic acquisition data (ShR) for acquiring a light emission intensity instruction value correlating with the light intensity in the R color wavelength band and a wavelength deviation instruction value correlating with a deviation from the reference wavelength.
  • band light characteristic acquisition means (AiR)
  • the same can be applied to wavelength bands of other colors.
  • the band light characteristic acquisition means (AiR) in the figure includes a wavelength dispersive optical element (Eg) that changes the traveling direction according to the wavelength of light contained in the received measurement output light beam (Fo ′), and the wavelength.
  • An image sensor (Ca) that detects a distribution pattern formed behind by the light whose traveling direction is changed by the dispersive optical element (Eg) is configured to generate the band light characteristic acquisition data (ShR). It is a thing.
  • the extracted light beam is converted by the collimator lens (Eb2) from the image of the pinhole (Ea) into a light beam forming an infinite image, and this light beam is used as the output light beam for measurement, and the wavelength of the light contained therein.
  • the light is reflected by a wavelength dispersive optical element (Eg) using a diffraction grating or the like, which has a function of changing the traveling direction according to the above.
  • an image of the pinhole (Ea) subjected to spectral decomposition is generated on the output image plane of the imaging lens (Eb3).
  • an image pickup surface of an image pickup device (Ca) using, for example, a one-dimensional image sensor or the like is arranged at the position of this image so that this image can be picked up.
  • the arrangement direction of the pixels of the imaging element (Ca) coincides with the direction in which the angle of the emitted light changes depending on the wavelength change of the incident light to the wavelength dispersive optical element (Eg) and is projected.
  • the signal processing circuit (H) reads the brightness distribution pattern in the above-described spectrally resolved pinhole image acquired by the imaging device (Ca), and the brightness of each pixel. Is calculated to obtain the distribution pattern intensity.
  • the center-of-gravity position of the pattern is calculated, the amount of deviation from the pixel position corresponding to the reference wavelength is obtained, and the band light characteristic acquisition data (ShR) composed of the distribution pattern intensity and the amount of deviation can be generated.
  • the signal processing circuit (H) can determine the distribution pattern intensity and the amount of deviation as described above, by combining the radiated light from all the optical fibers (Ef1,%) Related to the wavelength band.
  • the position in the z′-axis direction of the pinhole (Ea) needs to be set at a position where the radiated light from all of the optical fibers (Ef1,...) Is superimposed.
  • the central axis of the angular distribution of emitted light from each point of the core at the exit end of each of the optical fibers (Ef1,...) That is, the principal ray is the central axis of the core of the optical fiber (Ef1,. Since the entrance pupil of the condenser lens (Eb1) is at infinity, the pinhole (Ea) is placed at the center of the exit pupil of the condenser lens (Eb1). It is preferable to provide it.
  • the integrated control circuit (Mc) receives the band optical characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) from the band optical characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB), thereby allowing each wavelength band of R, G, B
  • the distribution pattern intensity and the amount of deviation described above can be acquired for each of the above. Therefore, the integrated control circuit (Mc) calculates the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb correlated with the light intensity from the distribution pattern intensity described above for each of the R, G, B wavelength bands.
  • the wavelength deviation instruction values ⁇ r, ⁇ g, ⁇ b that correlate with the deviation from the reference wavelength can be calculated from the deviation amount of the center of gravity position of the distribution pattern from the pixel position corresponding to the reference wavelength.
  • the color of light emitted from a light source or the like is represented by chromaticity coordinates based on the XYZ color system established by CIE (Reference: “Color Properties and Technology”, October 10, 1986, first edition, first edition) (Published by the Japan Society of Applied Physics / Optical Society, published by Asakura Shoten).
  • the tristimulus values X, Y, Z of the light beam to be measured represented by the spectrum S ( ⁇ ) with the wavelength ⁇ as a parameter are the color matching functions xe ( ⁇ ), ye ( ⁇ ), ze () defined by the CIE.
  • the following integral calculation is performed.
  • the integration is supposed to be performed in the region from 380 nm to 780 nm.
  • the integrated control circuit (Mc) calculates the function value and wavelength at the reference wavelength for each of the color matching functions xe ( ⁇ ), ye ( ⁇ ), and ze ( ⁇ ) for each of the R, G, and B wavelength bands. It holds local band color matching function information consisting of the rate of change of the function with respect to the change of. Therefore, the integrated control circuit (Mc), as will be described later, is based on the emission intensity instruction value and the wavelength deviation instruction value calculated for each of the R, G, and B wavelength bands. Using the function information, it is possible to approximately calculate the tristimulus values X, Y, Z or the chromaticity coordinates x, y as the hue instruction values.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing what is called a chromaticity diagram representing the relationship between chromaticity coordinates and colors. All colors that can be expressed by this color system are either on the dotted line in the diagram or inside it. The approximate positions of red (R), green (G), blue (B), and white (W) are described. Note that monochromatic light such as laser light is located on the dotted line in the drawing (except for a straight line portion extending from R to B, so-called pure purple locus). The pure white chromaticity coordinates are 1/3 and 1/3. In the figure, when viewed from the white position as a reference, R is generally located on the right side, G is located on the upper side, and B is located on the lower side. Increasing the value increases the y value, and increasing the B component decreases the y value.
  • the integrated control circuit (Mc) has the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb correlated with the light intensity and the wavelength deviation instruction value ⁇ r, correlated with the deviation from the reference wavelength.
  • ⁇ g and ⁇ b are acquired to calculate chromaticity coordinates, and the respective values x, y of the calculated chromaticity coordinates are compared with their respective target values. And, for example, if x is larger than the target value, the sum of the output power of the driving circuit (P1a, P1b,..., P2a, P2b,.
  • the total output power of those driving the light emitting elements in the G wavelength band and the total output power of those driving the light emitting elements in the B wavelength band are increased by [p / 2]%. If y is larger than the target value, the sum of the output powers of those driving the light emitting elements in the G wavelength band is reduced by q%, and the sum of the output powers of those driving the light emitting elements in the B wavelength band is reduced.
  • Control is performed via the drive circuit control signals (J1a, J1b,..., J2a, J2b,...) so as to increase q%.
  • a feedback control loop is constructed by returning the sequence to a place where the light quantity measurement data is acquired again after an appropriate time. By this feedback control loop, control is always performed so as to reduce the difference between the chromaticity coordinates and the target value without changing the light intensity so much, and the light color can be stabilized. .
  • the value x or y is smaller than the target value, the increase and decrease operations in the above description are reversed.
  • the values p and q are such that there is no sudden change in the color of the light, and the output is due to the decrease or increase of p% or [p / 2]% and the decrease or increase of q% as described above.
  • the difference between the chromaticity coordinates before the power change and the target value is reversed, and the sign of the difference between the chromaticity coordinates after the output power change and the target value is reversed and the absolute value does not increase.
  • the value should be small, the relationship between the magnitude of the value p relative to the magnitude of the difference between the value x and the target value, and the magnitude of the value q relative to the magnitude of the difference between the value y and the target value is It is good to decide experimentally.
  • the increase / decrease in the output power based on the value p and the increase / decrease in the output power based on the value q may be performed alternately, or after both the values p and q are determined, both values are reflected.
  • the output power may be increased or decreased.
  • the target chromaticity coordinates are not necessarily those corresponding to pure white. This is because, for example, when the light source device is applied to a projector, the light use efficiency of the optical system of the projector body is not always the same for each of the R, G, and B colors. For example, if the use efficiency of B color is low in an optical system of a projector main body, the target chromaticity coordinates will be blue with a large B color component. Therefore, the target chromaticity coordinates may be determined according to the output of the apparatus using the light source device, not the color of the output light beam (Fo, Fo1, Fo2,...) Of the light source device.
  • a specific method for determining the target chromaticity coordinates that is, the target value of the hue instruction value described above will be described later.
  • the total output power of the drive circuit that drives the light emitting element in one wavelength band and the light intensity of the component in that wavelength band are approximately proportionally correlated (in this specification, the amount of power proportional to the amount of power). Is called a law). More specifically, among the driving circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...), The total output power Pr of the light emitting elements in the R wavelength band and the light emitting elements in the G wavelength band are driven. The sum of the output powers of the driving elements Pg and the sum of the output powers Pb of those driving the light emitting elements in the B wavelength band are approximately proportional to the light intensity of the components in the R, G and B wavelength bands, respectively. Utilizing correlated properties.
  • the light emitting efficiency may be different between the light emitting elements having different emission colors. It is assumed that all have the same luminous efficiency (more practically, the same type of product from the same manufacturer). Therefore, if the above-mentioned premise is not satisfied due to a mixture of a plurality of types having different luminous efficiency even with the same color, the drive circuit control signals (J1a, J1b,..., J2a, J2b,.
  • a power setting command from the integrated control circuit (Mc) is received via the driving circuit that drives a light emitting element of a type having low luminous efficiency
  • a power larger than the commanded set power is set.
  • a constitutional device such as. For example, when there is a type A light emitting element having a certain emission color and a high luminous efficiency, and a type B light emitting element having a luminous efficiency 10% lower than that, a drive for driving the type B light emitting element.
  • the circuit may set power that is 10% higher than the commanded set power.
  • the power setting for the drive circuit is limited in its fineness, for example, 256 gradations if the setting data length is 8 bits. Therefore, when the power is increased by a minimum unit, the power setting of all the drive circuits is not increased by 1 LSB at the same time. For example, the power setting of the first drive circuit is increased by 1 LSB, and then the second drive.
  • the power setting of the circuit is increased by 1 LSB, the number of drive circuits is increased separately, and the power setting of the last drive circuit is increased by 1 LSB, then the power setting of the first drive circuit is increased by 1 LSB again. ..,..., There is an advantage that the number of gradations for power setting can be increased by a factor of the number of drive circuits.
  • the XYZ color system which is the establishment of the CIE, is configured such that the value of Y in (Equation 1) represents the brightness of light combining all the included wavelength bands. Therefore, the integrated control circuit (Mc), in addition to the hue indication value correlated with the overall light color of the output light beam (Fo, Fo1, Fo2,...), The output light beam (Fo, Fo1, Fo2,. ) In which the lightness instruction value correlating with the overall light brightness is generated, and in addition to the difference between the hue instruction value and the target value, the difference between the lightness instruction value and the target value is reduced. It is preferable that the drive circuit (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Is feedback-controlled by determining the amount of change in the emission intensity instruction value for each of the above.
  • the integrated control circuit (Mc) Using the calculated value of Y as a brightness instruction value, the total output power for each of the R, G, and B wavelength bands is determined so that the difference from the target value of the brightness instruction value is reduced. (J1a, J1b,..., J2a, J2b,%) That is, the calculated value of Y is used as a lightness instruction value, and this is compared with the target value.
  • the driving circuit (P1a, P1b ,..., P2a, P2b,%), Driving the light emitting elements in the R wavelength band, the total output power Pr ⁇ ⁇ , and driving the light emitting elements in the G wavelength band, the total output power Pg, B
  • the total output power Pb is controlled via the drive circuit control signals (J1a, J1b,..., J2a, J2b,%) So as to reduce the total output power Pb.
  • the light brightness can be stabilized by performing feedback control in a direction in which the difference between the light brightness and the target value is reduced without changing the color of the light.
  • the value Q is such that there is no sudden change in the brightness of the light, and the difference between the light brightness before the output power change and its target value due to the decrease or increase in Q% as described above.
  • the sign of the difference between the brightness of the light after the output power change and the target value should be reversed, and the value Y should be small enough to prevent an event that the absolute value will increase.
  • the relationship between the magnitude of the difference Q and the value Q may be determined experimentally.
  • the increase / decrease in output power for stabilization of light brightness and the increase / decrease in output power for stabilization of light color described above may be performed alternately or as described above. After each of the values p, q, and Q is determined, the output power that reflects these three values may be increased or decreased.
  • the values x, y and Y are unified to be directed to the respective target values by the shortest path. Since the guideline for quantitatively determining the amount of change in the output power of the drive circuit corresponding to each of the wavelength bands of R, G, and B was not shown, the number of feedback control steps approaching the target value could not be shortened .
  • a guideline for realizing feedback control in which this point is improved is shown.
  • the integrated control circuit (Mc) uses the change amount of the hue instruction value when the emission intensity instruction value for each of the wavelength bands is slightly changed as the change amount of the emission intensity instruction value. Is used to determine a coefficient when represented by the linear calculation, and to determine the amount of change in the emission intensity instruction value for each of the wavelength bands described above via the coefficient and perform the feedback control described above It is a guideline to do.
  • the integrated control circuit (Mc) correlates with the light intensity based on the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) from the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • the emission intensity instruction value to be measured is measured.
  • the light intensity correlates with the optical power of all the light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,...) Belonging to one wavelength band, Is irrelevant.
  • the brightness of light is the brightness perceived by humans, even if the light power (density) is the same, the size changes under the influence of human visual sensitivity if the wavelength changes.
  • the integrated control circuit (Mc) calculates the amount of change that occurs in the tristimulus values or chromaticity coordinates that are the hue instruction values when the emission intensity instruction values of the R, G, and B wavelength bands are slightly changed. Using the amount of change in the emission intensity instruction value described above, the coefficient when expressed by the linear calculation is calculated using the emission intensity instruction value and the wavelength deviation instruction value in each of the R, G, and B wavelength bands. decide. Then, using the determined coefficient, a change amount for minutely changing the emission intensity instruction value of each of the R, G, and B wavelength bands is determined, and based on this, the integrated control circuit (Mc) is determined.
  • Tristimulus by setting the output power of the drive circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b,%) Via the drive circuit control signals (J1a, J1b,..., J2a, J2b,).
  • Feedback control can be performed so that the values X, Y, Z or the chromaticity coordinates x, y and the brightness Y of the light are maintained at their target values.
  • the emission intensity instruction values of the R, G, B wavelength bands are in the drive circuit (P1a, P1b,..., P2a, P2b,%) Sum of output powers Pr for driving light emitting elements in the R wavelength band, and sum of output powers Pg for driving light emitting elements in the G wavelength band, and sum of output powers for driving light emitting elements in the B wavelength band It may be considered that each Pb is proportional to each other independently. For example, when the emission intensity instruction values of the R, G, and B wavelength bands are all increased by 1%, if the total output power is 200 W, 300 W, and 100 W, respectively, 202 W, 303 W, 101W may be used.
  • the total output power Pr of the light emitting elements in the R wavelength band and the G wavelength The sum of the output powers of the light emitting elements driving the band Pg and the sum of the output powers of the light emitting elements driving the B wavelength band Pb are the respective emission intensity indication values of the R, G and B wavelength bands, respectively.
  • the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb calculated based on the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) acquired by the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) From the ratios of Pr, Pg, and Pb, the proportional coefficients kr, kg, and kb of (Equation 3) can be determined.
  • the proportional coefficients kr, kg, and kb may be corrected according to the following (Equation 4) using the ratios of the target values Srp, Sgp, and Sbp that are the origins.
  • the equal sign of each expression in (Expression 4) is expressed in accordance with the notation of a calculation instruction in a general programming language, for example, C in the sense that the calculation result on the right side is substituted into the variable on the left side.
  • the tristimulus values X, Y are obtained by using the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb ⁇ specifically obtained and the deviations ⁇ r, ⁇ g, ⁇ b from the reference wavelength as the wavelength deviation instruction values.
  • Z is maintained at its target value, or in order to perform feedback control so that the chromaticity coordinates x, y and light brightness Y ⁇ are maintained at the target values, the emission intensity instruction values Sr, Sg, A method for determining the amount of change r ⁇ Sr, ⁇ Sg, ⁇ Sb when Sb is slightly changed will be described.
  • ⁇ f (df / d ⁇ ) ⁇ ⁇
  • Hxb xe ( ⁇ bo) + Fxbo ⁇ ⁇ b
  • the coefficient at that time could be determined using the emission intensity instruction value and the wavelength deviation instruction value for each of the wavelength bands described above.
  • Equation 15 The following is a summary of the feedback control method through (Equation 15) in which the change amount of the hue instruction value is expressed by the linear calculation using the change amount of the light emission intensity instruction value.
  • the values of the coefficients Hxr, Hxg, Hxb, Hyr, Hyg, Hyb, Hzr, Hzg, and Hzb are prepared in advance according to (Expression 12), (Expression 13), and (Expression 14).
  • the integrated control circuit (Mc) determines appropriate initial target values Srp, Sgp, Sbp for Sr, Sg, Sb as the emission intensity instruction values of the R, G, B wavelength bands.
  • the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb calculated based on the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) acquired by the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) and the original target value Srp, Sgp, and Sbp are applied to (Equation 4) to update the proportional coefficients kr, kg, and kb.
  • the integrated control circuit (Mc) applies the ⁇ Sr, ⁇ Sg, ⁇ Sb thus obtained to the current values Sr, Sg, Sb of the light emission intensity instruction values to (Equation 5) and a new target of the light emission intensity instruction values.
  • the values Srp, Sgp, Sbp are calculated, and the electric power Pr, Pg, Pb of the drive circuit (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Is updated according to (Equation 3). Then, the operation returns to the operation of acquiring the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB), and thereafter, the feedback control loop is constructed by repeating the described sequence.
  • the target values Xp, Yp, Zp of the tristimulus values are determined. Cannot be satisfied, and it is necessary to give up giving up the brightness of the light and change the control mode so that the color of the light is kept at the target.
  • Sr is a predetermined value while maintaining the light color target.
  • chromaticity coordinates x, y that are hue instruction values correlated with the color of light and Y, which is a lightness instruction value correlated with the brightness of light are controlled, and x, y, Y are the target values xp. If it is possible to realize a control method that maintains, yp, Yp, for example, it is possible to perform feedback control that maintains only the chromaticity coordinates x, y at the target values while keeping the value of Sr unchanged. In the following, a case will be described in which control objects are x, y, and Y, and control is performed so that these are maintained at the target values xp, yp, and Yp.
  • the amount of change in the hue indication value when the emission intensity indication value for each of the wavelength bands described above is slightly changed is expressed by a linear calculation using the amount of change in the emission intensity indication value.
  • the coefficient at that time could be determined using the emission intensity instruction value and the wavelength deviation instruction value for each of the wavelength bands described above.
  • the integrated control circuit (Mc) determines appropriate initial target values Srp, Sgp, Sbp for Sr, Sg, Sb as the emission intensity instruction values of the R, G, B wavelength bands. Further, appropriate initial values of the proportional coefficients kr, kg, kb are determined, and the power Pr, Pg, Pb of the drive circuit (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Is set by (Equation 3) to emit light. The driving of the elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,...) Is started, and the device waits for a suitably determined warm-up period.
  • the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb calculated based on the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) acquired by the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) and the original target value Srp, Sgp, and Sbp are applied to (Equation 4) to update the proportional coefficients kr, kg, and kb. Then, the values of the emission intensity instruction values Sr, Sg, and Sb and the deviations ⁇ r, ⁇ g, and ⁇ b from the reference wavelength that are the wavelength deviation instruction values are expressed in (Expression 12), (Expression 13), and (Expression 17).
  • the tristimulus values X, Y and T are obtained through the auxiliary coefficients Hxr, Hxg, Hxb and Hyr, Hyg, Hyb and Hzr, Hzg, Hzb and Ir, Ig and Ib. These values can be applied to (Equation 18) described above to determine the values of the chromaticity coordinates x, y.
  • Equation 18 the values of the chromaticity coordinates x, y.
  • the integrated control circuit (Mc) applies the ⁇ Sr, ⁇ Sg, ⁇ Sb thus obtained to the current values Sr, Sg, Sb of the light emission intensity instruction values to (Equation 5) and a new target of the light emission intensity instruction values.
  • the values Srp, Sgp, Sbp are calculated, and the electric power Pr, Pg, Pb of the drive circuit (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Is updated according to (Equation 3). Then, the operation returns to the operation of acquiring the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB), and thereafter, the feedback control loop is constructed by repeating the described sequence.
  • the target values xp, yp, Yp of the feedback control As described above, various approximate calculations are performed on the assumption that the purpose of calculation of chromaticity coordinates and the like in this light source device is not to determine an accurate absolute value. For this reason, even if the target values xp, yp, Yp are given numerically, it is unclear whether or not the state achieved by the feedback control becomes a desired one, and such usage is not appropriate. For example, in the case of application to a projector, the light source device is actually mounted on a projector, and an image that should be white is projected onto a screen so that a desired white color can be obtained.
  • each light B It is preferable to adjust the intensity of each light B and store the measured values of x, y, Y by the light source device itself when the adjustment is completed as the target values xp, yp, Yp.
  • the actual value of the stored target value may be careless, and thereafter, a state in which a desired white color can be obtained is achieved by executing feedback control.
  • xp, yp, Yp here is the same for the target values Xp, Yp, Zp of the tristimulus values.
  • the values of ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ Z on these left sides are based on the target values Xp, Yp, Zp of the tristimulus values and the values of the tristimulus values X, Y, Z at that time (formula 16). It may be calculated by The values of the tristimulus values X, Y, and Z are determined based on the emission intensity indication based on the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) acquired by the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • the values Sr, Sg, and Sb and the deviations ⁇ r, ⁇ g, and ⁇ b from the reference wavelength, which are the wavelength deviation instruction values, are calculated and calculated according to the above (formula 12), (formula 13), and (formula 14). To decide.
  • the values of ⁇ x, ⁇ y, ⁇ Y on the left side are based on the chromaticity coordinates and the target values xp, yp, Yp of the lightness instruction value Y and the values of x, y, Y at that time (formula 22).
  • the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb are used. It is possible to remove one of the above from (Equation 28) and execute feedback control that maintains only the chromaticity coordinates x, y at the target value.
  • the light emitting element in the R wavelength band in the drive circuit (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Described above.
  • the sum of the output power Pr of the light emitting element driving the light emitting element in the G wavelength band and the sum of the output power Pg of the light emitting element driving the B wavelength band Pb The above-described (Formula 3), (Formula 4), and (Formula 5) can be used effectively.
  • the integrated control circuit (Mc) is calculated based on the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) acquired by the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • the proportional coefficients kr, kg, kb are updated by applying the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb and the original target values Srp, Sgp, Sbp to (Equation 4). If the change amounts ⁇ Sr, ⁇ Sg, ⁇ Sb are obtained by solving the above-described (Equation 25) or (Equation 28), the integrated control circuit (Mc) determines the current values Sr, Sg, Sb of the emission intensity instruction values.
  • the values of the tristimulus values X, Y, Z on the left side of the above are the band light characteristics acquired by the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • the emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb and deviations ⁇ r, ⁇ g, ⁇ b from the reference wavelength, which are the wavelength deviation instruction values are obtained as described above (
  • the emission intensity instruction values Sr, Sg, and Sb to be applied to the above (formula 4) and (formula 5) are described above. It is also possible to use a value obtained by solving equation 24) as an equation.
  • the tristimulus values X, Y, Z or the chromaticity coordinates x, y can be obtained, the above-described (formula 25) and (formula 28) which are linear equations for feedback control.
  • the coefficient may be determined by performing an approximation in which deviations ⁇ r, ⁇ g, and ⁇ b from the reference wavelength are all zero. If this is considered conversely, the deviation from the reference wavelength ⁇ r, ⁇ g, ⁇ b cannot be known, but the tristimulus values X, Y, Z or the chromaticity coordinates x, y can be obtained. If there is an acquisition means, it means that it can be used in the light source device of the present invention.
  • the light quantity detector for each of the wavelength bands described above has a spectral sensitivity characteristic at a reference wavelength determined in each of the wavelength bands described above.
  • (Equation 1) performs light quantity measurement using an optical sensor having spectral sensitivity characteristics equal to the color matching functions xe ( ⁇ ), ye ( ⁇ ), and ze ( ⁇ ). Therefore, the tristimulus values X, Y, and Z can be measured.
  • the spectral sensitivity characteristics of the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, and AiB) are expressed by the color matching functions xe ( ⁇ ),
  • the tristimulus values X, Y, and Z of the output light beam (Fo, Fo1, Fo2,%) can be directly measured. is there.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a part of the light source device of the present invention in a simplified manner
  • the measurement output light beam (Fo ′) is converted into a characteristic filter (EtX).
  • the measurement output light beam (FtX) transmitted therethrough is received by the optical sensor (CX).
  • the light detection signal (SgX) from the optical sensor (CX) is subjected to necessary processing such as amplification and AD conversion by a signal processing circuit (HsR) to generate band optical characteristic acquisition data (ShR).
  • HsR signal processing circuit
  • the spectral sensitivity characteristic of the optical sensor (CX) itself is reflected in the spectral sensitivity characteristic of the band light characteristic acquisition means (AiR) in addition to the attribute due to the characteristic filter (EtX).
  • band light characteristic acquisition means (AiG, AiB), and instead of the characteristic filter (EtX), characteristic filters (EtY, EtZ) having different spectral sensitivity characteristics are provided.
  • the same circuit portion as the optical sensor (CX) and the signal processing circuit (HsR) of the band light characteristic acquisition means (AiR) may be used. Even in such a configuration, band light characteristic acquisition data (ShG, ShB) can be generated.
  • the signal processing circuits (HsR, HsG, HsB) can be integrated into one signal processing circuit including one AD converter common to the multiplexer.
  • the spectral filter characteristic of the characteristic filter is the characteristic obtained by superimposing the spectral sensitivity characteristic of the optical sensor (CX, CY, CZ) itself on the color matching function xe ( ⁇ ), Ye ( ⁇ ), and ze ( ⁇ ) may be the same.
  • this light source device includes only light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,...) That emit light in a narrow wavelength band in the wavelength band described above, the band light characteristic acquisition means (AiR, It is sufficient that the spectral sensitivity characteristics of AiG and AiB) be the same as the color matching functions xe ( ⁇ ), ye ( ⁇ ), and ze ( ⁇ ) at least in the vicinity of the wavelength bands. . Therefore, the spectral transmittance characteristic of the characteristic filter (EtX, EtY, EtZ) is such that the characteristic obtained by superimposing the spectral sensitivity characteristic of the optical sensor (CX, CY, CZ) itself is at least in the vicinity of each of the wavelength bands described above.
  • the color matching functions xe ( ⁇ ), ye ( ⁇ ), and ze ( ⁇ ) may be the same as those described above.
  • a reference wavelength is determined in each of the wavelength bands described above, and the sensitivity at the reference wavelength is determined.
  • Value and the rate of change of sensitivity to wavelength change at the reference wavelength are sufficiently practical to be the same as the function value at the reference wavelength and the rate of change of the function at the reference wavelength for the color matching function described above. It is. Therefore, the spectral transmittance characteristics of the characteristic filter (EtX, EtY, EtZ) are the transmittance value at the reference wavelength and the reference wavelength in the characteristic in which the spectral sensitivity characteristic of the optical sensor (CX, CY, CZ) itself is superimposed on it.
  • the transmittance change rate with respect to the wavelength change at the wavelength may be the same as the function value at the reference wavelength with respect to the color matching function and the function change rate with respect to the wavelength change at the reference wavelength.
  • wavelength bands that is, the emission wavelength bands of the light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,...)
  • the light source device for example, 640 nm, 530 nm, and 465 nm Consider a design that is limited to a narrow range in the vicinity.
  • Equation 29 the function value at the reference wavelength of the color matching function and the rate of change of the function with respect to the wavelength change are defined as shown in the following (Equation 29), and the color matching functions xe ( ⁇ ), ye (
  • Equation 30 the following (Equation 30) is obtained for xe ( ⁇ ) corresponding to the band light characteristic acquisition means (AiR).
  • the characteristic filters (EtX, EtY, EtZ) may be manufactured so as to have spectral transmittances according to the above-described (Expression 30), (Expression 31), and (Expression 32), respectively.
  • This filter has a wavelength in the vicinity of the wavelength defined in (Equation 29), that is, the variation of the light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,...) Mounted on the light source device, and the assumed temperature range. What is necessary is just to determine the characteristics within the bandwidth defined by the upper limit and the lower limit of the wavelength change caused by the emission wavelength fluctuation in, and any spectral transmittance characteristics outside this bandwidth may be used. Therefore, compared with the filter used for the above-mentioned chromaticity meter etc., since it is remarkably easy to design and manufacture, there exists an advantage which can be implement
  • the light source device of the present invention includes an interface unit (If) for acquiring data (Sxy) from outside, and the output light beam (Fo, Fo1, Fo2,...) Is supplied to an external device using the light source device.
  • the hue correlation data (Se) correlated with the hue instruction value can be acquired via the interface unit (If) by executing the external data acquisition mode. That is, in the case where the external device using the light source device is a projector, the two-dimensional light amplitude modulation is performed based on the video signal that should be pure white by taking in the output light beam (Fo, Fo1, Fo2,...) Of the light source device.
  • the measurement value of the chromaticity coordinates is configured to be acquired via the interface unit (If) by executing the external data acquisition mode for the image projected on the screen by the projector performing the above.
  • the light source device performs feedback control so that the color of the output light beam is pure white (chromaticity coordinates are 1/3, 1/3), and the output light beam (Fo, Fo1, Fo2). ,...) Is supplied to the projector, it is assumed that the projector projects a white image based on a video signal that should also be pure white. If the chromaticity coordinate measurement value when the projected light of the white image is measured by the hue instruction value measuring means is x ′, y ′, if this coordinate is out of pure white, the cause is as described above. This is considered to be due to the difference in the light utilization efficiency of the optical system of the projector body with respect to the wavelength bands of R, G, and B colors, or the mismatch of color correction performed by the projector with respect to the difference.
  • the light intensity input value of the light input to the hue instruction value measuring means that is, the output light of the projector is It is assumed that ⁇ Sr, ⁇ Sg, and ⁇ Sb.
  • ⁇ , ⁇ , and ⁇ represent the light utilization efficiency in a broad sense of the projector optical system for each of the R, G, and B wavelength bands including the above-described color correction mismatch.
  • the tristimulus values X ′, Y ′, and Z ′ of the light input to the hue instruction value measuring means can be expressed as (Expression 33) below, following (Expression 12). it can.
  • Equation 37 is an elementary binary simultaneous linear equation with .alpha. Can be easily solved.
  • this light source device is in a state where feedback control is performed so that the color of the output light beam is pure white, Sr, Sg, Sb, Hxr, Hxg,..., Hzb, Ir, If the chromaticity coordinates x, y are calculated by the above-described (Expression 17) and (Expression 18) using the values of Ig and Ib, naturally, a value corresponding to pure white is obtained.
  • the light source device solves the above (formula 37) to obtain ⁇ and ⁇ , and the emission intensity instruction values Sr and Sg are obtained.
  • the chromaticity coordinates xp calculated by the above (Expression 17) and (Expression 18) are also substituted by Sr / ⁇ and Sg / ⁇ divided by the light utilization efficiency in the broad sense of the projector optical system for each wavelength band.
  • Yp are set as new target values to perform feedback control.
  • the output luminous flux (Fo, Fo1, Fo2,%)
  • the hue correlation data (Se) obtained by executing the external data acquisition mode.
  • the hue instruction value that is, the chromaticity coordinate measurement values x ′ and y ′
  • the balance of the light utilization efficiency of the external device using the light source device for each wavelength band that is, ⁇ , ⁇ , ⁇
  • the hue instruction value related to the result of applying the output light beam (Fo, Fo1, Fo2,...)
  • the desired hue instruction value that is, 1/3 and 1/3. It was possible to set the target value of the hue instruction value of the light source device, that is, the target chromaticity coordinates xp, yp so as to approach each other.
  • the target pure white will be gradually achieved by repeating the following sequence every time x ′ and y ′ are measured. Is preferred. For example, if x 'is greater than 1/3, xp is decreased, and conversely, if x' is greater than 1/3, xp is increased. If y 'is larger than 1/3, yp is decreased, and conversely, if y' is larger than 1/3, yp is increased.
  • the sequence described above is controlled from the beginning without using the method of obtaining ⁇ and ⁇ by solving the above (Equation 37). It doesn't matter.
  • the interface unit (If) is, for example, a keyboard of an operation panel, and the hue instruction value measuring means is a general chromaticity meter, and the chromaticity coordinate measured value x ′, displayed on the chromaticity meter.
  • the numerical value of y ′ can be configured to be operated by operating the numeric keys of the keyboard.
  • the interface unit (If) is a communication interface for transmitting and receiving digital data, for example, and data (Sxy) of chromaticity coordinate measurement values x ′ and y ′ from a chromaticity meter is automatically linked to the measurement. Can be configured to be input.
  • an external device using a light source device such as a projector incorporates a hue indication value measuring means (Ae), and the light source device and chromaticity coordinate measurement values x ′ and y ′ data (via the interface unit (If)) ( Sxy), automatically measuring and acquiring the hue correlation data (Se) at an appropriate timing during system startup or operation, and updating the target value of the hue indication value Is preferably configured.
  • a hue indication value measuring means Ae
  • the light source device and chromaticity coordinate measurement values x ′ and y ′ data via the interface unit (If)) ( Sxy)
  • the control execution method for setting the target chromaticity coordinates xp, yp so that the state is correctly realized As an example, a state in which an image of another chromaticity coordinate is projected instead of pure white is defined as a basic state, and the target chromaticity coordinates xp, yp are set so that the state is correctly realized. It does not matter. In such a case, it is preferable that the light source device can be configured to acquire the chromaticity coordinates determined as the basic state via the interface unit (If).
  • the band light characteristic acquisition unit of the light source device As the band light characteristic acquisition unit of the light source device, the band light characteristic acquisition unit (AiR) for measuring the wavelength deviation instruction value using the wavelength dispersive optical element (Eg) illustrated in FIG.
  • the band light characteristic acquisition means applicable to the light source device of the present invention is not limited to this.
  • the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) of at least one of the wavelength bands described above includes the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB).
  • the first light intensity measurement data and the second light intensity measurement data as the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) are acquired, and the first light intensity measurement data and the The light emission intensity instruction value and the wavelength deviation instruction value described above can be generated and acquired from the second light quantity measurement data.
  • the band light characteristic acquisition unit (AiR, AiG, AiB) includes a first light quantity measurement unit (A1R, A1G, A1B) having a first spectral sensitivity characteristic for the spectral sensitivity characteristic of the wavelength band, and a second spectral unit. And second light quantity measuring means (A2R, A2G, A2B) having sensitivity characteristics.
  • the first spectral sensitivity characteristic and the second spectral sensitivity characteristic described above are different in the rate of change of sensitivity with respect to a change in wavelength, that is, the slope of the sensitivity change at the time of wavelength change.
  • the local band spectral sensitivity information includes the sensitivity value at the reference wavelength and the sensitivity to the change in the wavelength of each of the first spectral sensitivity characteristic and the second spectral sensitivity characteristic in the wavelength band. It is held by the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • FIG. 6 is a block diagram showing a part of the light source device of the present invention in a simplified manner.
  • the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) of at least one wavelength band out of the above-described wavelength bands has a first spectral sensitivity characteristic for the wavelength band.
  • the first light quantity measuring means having the spectral sensitivity characteristic and the second light quantity measuring means having the second spectral sensitivity characteristic are configured.
  • the band light characteristic obtaining means (AiR) for all wavelength bands is used.
  • AiG, AiB) are assumed to be configured as just described.
  • the measurement output light beam (Fo ′) is input to the first light quantity measurement means (A1R, A1G, A1B) provided for each of the wavelength bands described above, and the same
  • the measurement output light beam (Fo ') is drawn into the second light quantity measuring means (A2R, A2G, A2B) provided for each of the wavelength bands described above.
  • the first light quantity measuring means (A1R, A1G, A1B) in the R, G, B wavelength bands are collectively referred to as a first light quantity measuring means group (Ax1), and each of the R, G, B wavelengths.
  • the second light quantity measuring means (A2R, A2G, A2B) in the band are drawn together as a second light quantity measuring means group (Ax2) for convenience only.
  • Ax2 second light quantity measuring means group
  • R-color first light quantity measurement means and second light quantity measurement means are grouped together
  • G-color first light quantity measurement means and second light quantity measurement means are grouped together
  • B-color first light quantity measurement means is further collected.
  • the second light quantity measuring means may be combined.
  • the band light is divided from the output light beam (Fo ′) for measurement, which is a group of light beams extracted from each of the output light beams (Fo1, Fo2,...) In each wavelength band.
  • the output light flux for measurement for each wavelength band is not grouped, but the band light characteristic acquisition means (AiR) for each wavelength band. , AiG, AiB) may be directly input.
  • the measurement output light beam (Fo ′) is input to the characteristic filter (Et1), and the measurement output light beam (Ft1) that has passed therethrough is R, respectively.
  • the measurement output light beam (Ft1R, Ft1G, Ft1B) that has passed through the bandpass filters (Et1R, Et1G, Et1B) is received by the photosensors (C1R, C1G, C1B) for each color.
  • the light detection signals (Sg1R, Sg1G, Sg1B) from the photosensors (C1R, C1G, C1B) are subjected to necessary processing such as amplification and AD conversion by a signal processing circuit (H1R, H1G, H1B).
  • First light quantity measurement data (Sh1R, Sh1G, Sh1B) including information on the quantity of light in each wavelength band of G and B is generated.
  • the spectral sensitivity characteristics of the first light quantity measuring means (A1R, A1G, A1B) include the light caused by the characteristic filter (Et1) and the bandpass filters (Et1R, Et1G, Et1B).
  • the characteristic filter (Et1) is described as being configured to provide a common one for each of the first light quantity measurement means (A1R, A1G, A1B), the first light quantity measurement means ( A1R, A1G, and A1B) may be individually provided.
  • the signal processing circuits (H1R, H1G, H1B) are configured so as to be provided individually for each of the light detection signals (Sg1R, Sg1G, Sg1B), a selection signal is described.
  • an analog multiplexer for selecting one of the light detection signals (Sg1R, Sg1G, Sg1B) according to the above, and a common one for each of the light detection signals (Sg1R, Sg1G, Sg1B) May be.
  • the band filter (Et1R, Et1G, Et1B) of the first light quantity measuring means (A1R, A1G, A1B) and the optical sensor (C1R, C1G). , C1B) the same optical sensor circuit unit (Ah1) as the signal processing circuits (H1R, H1G, H1B) may be used. Even in such a configuration, the second light quantity measurement data (Sh2R, Sh2G, Sh2B) can be generated.
  • the integrated control circuit (Mc) can read the first light quantity measurement data (Sh1R, Sh1G, Sh1B) and the second light quantity measurement data (Sh2R, Sh2G, Sh2B).
  • the band filters (Et1R, Et1G, Et1B) are not divided into the characteristic filters (Et1) and the band filters (Et1R, Et1G, Et1B) of the first light quantity measuring means (A1R, A1G, A1B).
  • Each may also be configured to have the function of the characteristic filter (Et1).
  • This is the same for the band filters of the second light quantity measuring means (A2R, A2G, A2B).
  • any one of the characteristic filters of the first light quantity measurement means (A1R, A1G, A1B) or the second light quantity measurement means (A2R, A2G, A2B) may be transparent.
  • the optical sensor when the output luminous flux (Fo1, Fo2,%) Is divided into R, G, and B colors and used independently for each color, the optical sensor ( Each of C1R, C1G, and C1B) may be configured as a separate body instead of being mounted together in the single optical sensor circuit portion (Ah1).
  • the second spectral sensitivity characteristic of A2B) is only required to realize a state in which the rate of change in sensitivity with respect to a change in wavelength, that is, the slope of the change in sensitivity at the time of wavelength change is different in each wavelength band. More specifically, (Equation 41), (Equation 42), and (Equation 43) described later are viewed as binary simultaneous linear equations relating to Sr and Sr ⁇ ⁇ r, Sg and Sg ⁇ ⁇ g, and Sb and Sb ⁇ ⁇ b, respectively.
  • the spectral sensitivity characteristic means a set of a spectral sensitivity characteristic in the R color wavelength band, a spectral sensitivity characteristic in the G color wavelength band, and a spectral sensitivity characteristic in the B color wavelength band in this case.
  • the difference in sensitivity change rate with respect to wavelength change in one wavelength band is that one is positive and the other is negative, or one is substantially zero and the other is non-zero (finite value).
  • the aforementioned bandwidth is usually Is only a few nanometers to about 10 nanometers, but for each of the first spectral sensitivity characteristic and the second spectral sensitivity characteristic, the change in the rate of change of sensitivity with respect to the change in wavelength within this bandwidth. It is desirable that there are few.
  • the integrated control circuit (Mc) sets the sensitivity value at the reference wavelength for each of the R, G, and B wavelength bands for each of the first spectral sensitivity characteristic and the second spectral sensitivity characteristic. It possesses local band spectral sensitivity information composed of the rate of change of sensitivity with respect to the change in wavelength described above. Therefore, as described below, the integrated control circuit (Mc) reads the first light quantity measuring means (A1R, A1G, A1B) and the second light quantity measuring means (A2R, A2G, A2B).
  • the local band spectral sensitivity information is used for each of the R, G, B wavelength bands.
  • the emission intensity instruction value correlated with the light intensity and the wavelength deviation instruction value correlated with the deviation from the reference wavelength can be approximately calculated.
  • the first light quantity measuring means (A1R, A1G, A1B) and the second light quantity measuring means (A2R, A2G, A2B) are converted into a measured light beam represented by a spectrum S ( ⁇ ) having a wavelength ⁇ as a parameter.
  • a spectrum S having a wavelength ⁇ as a parameter.
  • the first light quantity measuring means (A1R, A1G, A1B) has spectral sensitivity characteristics rm ( ⁇ ), gm ( ⁇ ), bm ( ⁇ ) in the R, G, B wavelength bands, the first light quantity measurement.
  • the light quantity measurement data values Rm, Gm, Bm in the R, G, B wavelength bands included in the data (Sh1R, Sh1G, Sh1B) can be expressed as the following (Equation 38).
  • Rm ⁇ S ( ⁇ ) ⁇ rm ( ⁇ ) ⁇ d ⁇
  • Gm ⁇ S ( ⁇ ) ⁇ gm ( ⁇ ) ⁇ d ⁇
  • Bm ⁇ S ( ⁇ ) ⁇ bm ( ⁇ ) ⁇ d ⁇
  • the light quantity measurement data values Rn, Gn, Bn in the R, G, B wavelength bands included in the two light quantity measurement data (Sh2R, Sh2G, Sh2B) can be expressed as the following (formula 39).
  • S ( ⁇ ) Sr ⁇ ⁇ ( ⁇ ro ⁇ r) + Sg ⁇ ⁇ ( ⁇ - ⁇ go - ⁇ g) + Sb ⁇ ⁇ ( ⁇ - ⁇ bo - ⁇ b)
  • the reference wavelengths of R, G, and B are ⁇ ro, ⁇ go, and ⁇ bo
  • deviations from the reference wavelength that are the wavelength deviation instruction values are ⁇ r, ⁇ g, ⁇ b, and R, G, and B wavelength bands, respectively.
  • the emission intensity instruction values of Sr, Sg, and Sb were used.
  • Local band spectral sensitivity information on the first light quantity measuring means that is, spectral sensitivity characteristics rm ( ⁇ ), gm ( ⁇ ) at the reference wavelengths ⁇ ro, ⁇ go, ⁇ bo of the R, G, B wavelength bands.
  • the light quantity measurement data values Rm, Gm, Bm by the first light quantity measurement means (A1R, A1G, A1B) and the light quantity measurement data values Rn, Gn, Bn by the second light quantity measurement means (A2R, A2G, A2B) are obtained. If it is obtained, the light emission intensity instruction values Sr, Sg, Sb and the reference wavelength which is the wavelength deviation instruction value can be easily obtained by solving the equations (Equation 41), (Equation 42) and (Equation 43). Deviations ⁇ r, ⁇ g, and ⁇ b can be obtained.
  • the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) includes a light amount detector for detecting the light amount of the received measurement output light beam (Fo ′) and a temperature detector for detecting the temperature of the light emitting element. And generating the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB), and the integrated control circuit (Mc) estimates the wavelength deviation instruction value based on the detected temperature of the light emitting element. It is configured as follows.
  • This band light characteristic acquisition means detects the temperature of the light emitting element that supplies light in the wavelength band in addition to the light amount detector that detects the light amount of the measurement output light beam (Fo ') for one wavelength band.
  • the band light characteristic acquisition data is generated so as to include light amount data detected by the light amount detector and temperature data detected by the temperature detector.
  • the integrated control circuit (Mc) is configured to hold correlation data between the temperature of the light emitting element and a change in the emission wavelength.
  • the integrated control circuit (Mc) based on the band light characteristic acquisition data acquired from the band light characteristic acquisition means, the emission intensity instruction value correlated with the light intensity and the reference wavelength for the wavelength band.
  • the estimated wavelength deviation instruction value correlated with the deviation from can be acquired. Needless to say, it is not necessary to integrally form the light amount detector and the temperature detector that constitute the band light characteristic acquisition means just described.
  • the light emitting element is configured to be held in thermal contact with a heat sink provided with an electric cooling mechanism such as an air-cooled type, a water-cooled type, or a Peltier element for releasing a self-heating amount by energization. It is preferable that a groove is provided in a part on the light emitting element side or the heat sink side of the surface where the element and the heat sink contact, and the temperature detector is housed in the groove.
  • a thermistor, a thermocouple, a semiconductor temperature sensor, or the like can be used as the temperature detector.
  • the temperature is most simply described for the reason described for the variation in the emission wavelength.
  • An average value of the detection temperatures of the detectors can be calculated to estimate the total wavelength deviation instruction value.
  • the wavelength deviation instruction value estimated based on the detected temperature of each temperature detector is in charge. It is desirable to calculate the total wavelength deviation instruction value by a weighted average calculation weighted by an amount correlated with the light emitting element power, for example, a current value.
  • the main factor of the temperature change of the light emitting element is a temperature increase due to self-heating due to the input power from the drive circuit, and conversely, the temperature increase correlates with the power input to the light emitting element.
  • the band light characteristic acquisition unit (AiR, AiG, AiB) correlates with the light amount detector that measures the light amount of the received measurement output light beam (Fo ′) and the power input to the light emitting element.
  • generating the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB), and the integrated control circuit (Mc) is based on the detected power input to the light emitting element.
  • the above-described wavelength deviation instruction value is estimated.
  • This band light characteristic acquisition means detects the power of the light emitting element that supplies light in the wavelength band in addition to the light amount detector that detects the light amount of the measurement output light beam (Fo ') for one wavelength band.
  • the band light characteristic acquisition data is generated so as to include light amount data detected by the light amount detector and power data detected by the power detector.
  • the integrated control circuit (Mc) is configured to hold correlation data between the power of the light emitting element and a change in the emission wavelength. Thereby, the integrated control circuit (Mc), based on the band light characteristic acquisition data acquired from the band light characteristic acquisition means, the emission intensity instruction value correlated with the light intensity and the reference wavelength for the wavelength band. The estimated wavelength deviation instruction value correlated with the deviation from can be acquired.
  • each of the drive circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b,%) Can apply a prescribed power to the light emitting elements (Y1a, Y1b,..., Y2a, Y2b,). It has a function to control. Therefore, in the case where power detection means for detecting the input power to the light emitting element driven by itself is provided, it can also serve as a power detector for acquiring the above-described wavelength deviation instruction value. . Therefore, at this time, the drive circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Also serve as a part of the function of the band light characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB).
  • (Mc) is a part of the band light characteristic acquisition data (ShR, ShG, ShB) via the drive circuit control signals (J1a, J1b,..., J2a, J2b,...) And the drive circuits (P1a, P1b). ,..., P2a, P2b,.
  • the current value that flows through the light emitting element and the voltage value that is generated when the current flows are also correlated with the electric power that is input to the light emitting element, these current value and voltage value are represented by the wavelength deviation indication value. Can be substituted as the value of the detected power to obtain
  • the light emitting element further includes a temperature detector for detecting the environmental temperature, and the detected temperature is used to estimate the wavelength deviation instruction value based on the power. Correction can be added. If the detected power values of a plurality of the light emitting elements are different, if the correlation between the power value and the wavelength deviation instruction value is linear, the total wavelength deviation instruction value is determined by the average value of the detected power values. If the correlation is not linear, the total wavelength deviation instruction value is calculated by the weighted average calculation weighted by the detected power value with the wavelength deviation instruction value estimated based on each detected power value. It is desirable to do.
  • the temperature detector or power In addition to the detector, it is necessary to provide a light amount detector as described above.
  • the light amount detector not only a device that detects the amount of light but also an image sensor can be used.
  • the measurement output light beam (Fo ′) is white light in which R, G, B are mixed.
  • optical fiber is made of fragile glass such as quartz, there is a drawback that there is a risk of breakage.
  • the optical fiber breaks, the optical power leaks from the breakage point and is absorbed by the coating material provided to mechanically protect the optical fiber, and the coating material may burn out. If it happens, it will be necessary to take a safety measure to detect it and turn off the light emitting element.
  • dividing the light of the same color into a plurality of optical fibers is advantageous from the standpoint of safety and configuration of the optical system.
  • FIG. 7 and FIG. 8 are simplified schematic diagrams showing a form of a part of the embodiment of the light source device of the present invention
  • the light source device of the present invention is used as a mode for carrying out the present invention.
  • a specific configuration of the driving circuit and a specific configuration of the projector of the present invention using the light source device of the present invention, particularly after the optical fiber and its emission end will be described.
  • the drive circuit (P1a) shown in FIG. 7 has a specific configuration by exemplifying one of the drive circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b,...) Of the light source device of the present invention.
  • An example is shown.
  • the drive circuit (P1a) based on a step-down chopper circuit operates by receiving a voltage from a DC power supply (Uv) connected to the nodes (T10, T11), and supplies power to the light emitting element (Y1a). Make adjustments.
  • the light emitting element (Y1a) is assumed to be configured by connecting a plurality of semiconductor lasers in series.
  • a switching element (Qx) such as an FET is used to switch on and off the current from the DC power supply (Uv), and to the smoothing capacitor (Cx) via the choke coil (Lx). Charging is performed. This voltage is applied from the nodes (T20, T21) to the light emitting element (Y1a) so that a current can flow through the light emitting element (Y1a).
  • the smoothing capacitor (Cx) is directly charged by the current through the switch element (Qx) and the light emitting element (Y1a) as a load. Current is supplied, and energy is stored in the choke coil (Lx) in the form of magnetic flux.
  • current is supplied to the light emitting element (Y1a) by the energy stored in the form of magnetic flux in the choke coil (Lx) via the flywheel diode (Dx). And current supply to the light emitting element (Y1a) by discharging from the smoothing capacitor (Cx).
  • the light emitting element is obtained by the ratio of the period during which the switch element (Qx) is on to the operation cycle of the switch element (Qx), that is, the duty cycle ratio.
  • the amount of power supplied to (Y1a) can be adjusted.
  • a gate drive signal (Sg) having a certain duty cycle ratio is generated by the drive control circuit (Fx), and the gate terminal of the switch element (Qx) is controlled via the gate drive circuit (Gx).
  • the on / off of the current from the DC power source (Uv) is controlled.
  • the output current Io flowing through the light emitting element (Y1a) is configured to be detected by the output current detection means (Ix).
  • the output current detection means (Ix) can be easily realized by using a shunt resistor. it can.
  • the output voltage Vo applied to the light emitting element (Y1a) can be detected by the output voltage detecting means (Vx).
  • the output voltage detecting means (Vx) can be easily obtained by using a voltage dividing resistor. Can be realized.
  • the output current signal (Si) and the output voltage signal (Sv) respectively detected by the output current detection means (Ix) and the output voltage detection means (Vx) are read by the drive control circuit (Fx). .
  • the drive control circuit (Fx) transmits / receives data to / from the integrated control circuit (Mc) via a drive circuit control signal (J1a), and correlates with power to be input to the light emitting element (Y1a), or power.
  • the target value of the current passed through the light emitting element (Y1a) is held. Further, the power value of the light emitting element (Y1a) measured based on the output current signal (Si) and the output voltage signal (Sv) (the output current signal (Si) and the output voltage signal (Sv)). Or the current value is compared with the target value, and the duty cycle ratio is feedback-controlled so that the difference is reduced.
  • the integrated control circuit (Mc) reads the power or current value of the light emitting element (Y1a) through the drive circuit control signal (J1a) and obtains the wavelength deviation instruction value.
  • FIG. 8 shows the optical fiber of the projector of the present invention and the configuration after the emission end thereof.
  • the light source device corresponds to the R, G, B3 primary colors, and a plurality of optical fibers for each color, that is, R-color light source optical fibers (EfR1, EfR2,...), G-color light source optical fibers (EfG1, EfG2,. ),
  • the B-color light source optical fibers (EfB1, EfB2,...) Are each configured as a fiber bundle in which the emission ends are aligned and bundled.
  • Color composition is performed to generate an output light beam (Fo) of the light source device.
  • the output light beam (Fo) is input to the condenser lens (Eu), and the incident end (Pmi) of the light uniformizing means (Fm) by the rod integrator is passed through the diffusion element (Edm) for removing speckle. ).
  • the optical system after the exit end (Pmo) of the light uniformizing means (Fm) is the same as that described above with reference to FIG.
  • the light source device of the present invention can also be used in the projector described above with reference to FIG. 10 using light uniformizing means by a fly eye integrator.
  • the dichroic mirror (HuB) is formed so as to transmit as much R / G color light as possible and reflect as much B color light as possible. There is a considerable amount of transmitted light of B and B colors. Normally, these lights are discarded as stray light.
  • a measurement output light beam (Fo ′) is obtained by making effective use of this light.
  • the measurement output light beam (Fo ′) is incident on an imaging optical system (Eh) including a lens, and the R emission end (EoR1, EoR2,...) And the G emission end (EoG1, EoG2,...) Of the fiber bundle.
  • a real image conjugate with the B-color emitting end (EoB1, EoB2,...) Is formed on the imaging surface of the color image sensor (C).
  • the image signals (Sf) of these images taken by the color image sensor (C) generate the light quantity data (ShR ′, ShG ′, ShB ′) in the R, G, B wavelength bands. Therefore, it is sent to the signal processing circuit (H ′).
  • the integrated control circuit (Mc) acquires the light amount data (ShR ′, ShG ′, ShB ′) and also the light emitting elements (Y1a, Y1b) from the drive circuits (P1a, P1b,..., P2a, P2b, etc ,..., Y2a, Y2b,...)), And the emission intensity instruction value correlated with the light intensity and the estimated wavelength deviation instruction value correlated with the deviation from the reference wavelength as described above. And generate Further, a hue instruction value correlated with the overall light color of the output light beam (Fo, Fo1, Fo2,...) Is generated, and feedback control is performed so that the difference between the hue instruction value and its target value is reduced.
  • the R color emitting end (EoR1, EoR2,%), The G color emitting end (EoG1, EoG2,%), The B color emitting end (EoB1,. EoB2,%) are individually measured for each light amount, and whether or not an abnormality in the light amount decrease occurs in any of them is monitored to monitor the breakage of the optical fiber.
  • Band light characteristic acquisition means for measuring the emission intensity indicating value correlated with the light intensity and for measuring the wavelength deviation indicating value using the wavelength dispersive optical element (Eg),
  • First light quantity measuring means A1R, A1G, A1B having different sensitivity change rates with respect to changes in wavelength for measuring the emission intensity instruction value correlated with the light intensity and for measuring the wavelength deviation instruction value
  • Band light characteristic acquisition means comprising second light quantity measurement means (A2R, A2G, A2B), (3) Band light characteristic acquisition means for estimating the wavelength deviation instruction value according to the temperature of the light emitting element;
  • Band light characteristic acquisition means for estimating the wavelength deviation instruction value by the power of the light emitting element,
  • the spectral sensitivity characteristic for measuring the emission intensity indicating value correlating with the light intensity and for measuring the tristimulus value, the sensitivity value and the wavelength at the reference wavelength defined in each of the wavelength bands described above, Band light characteristic acquisition means using a light quantity detector in which the change rate of sensitivity to
  • the band light characteristic acquisition means is not limited to these methods and configurations, and as described above, any configuration can be used in the light source device of the present invention as long as the amount can be measured and acquired. But it can be used.
  • the band optical characteristic acquisition means (AiR, AiG, AiB) for each wavelength band of R, G, B, the same band optical characteristic acquisition means may be used, or different band depending on the wavelength band You may mix and use an optical characteristic acquisition means.
  • a band light characteristic acquisition unit for the wavelength band May be for obtaining only the emission intensity indication value correlated with the light intensity.
  • the value of the wavelength deviation instruction values ⁇ r, ⁇ g, ⁇ b in the above (Expression 8) to (Expression 14) corresponding to the wavelength band may be set to zero.
  • the wavelength band is G color
  • a light sensor having sensitivity in the wavelength band is provided, and the emission intensity instruction value Sg obtained by measuring the light amount of the measurement output light beam (Fo ′),
  • the values of the wavelength deviation instruction values ⁇ r, ⁇ g, ⁇ b are all set to 0. It can be calculated according to the formula.
  • hue correlation data (Se) acquired through the processing inside the light source device and the interface unit (If) chromaticity coordinates are used as hue indication values correlated with the color of light.
  • Yxy color system Yxy color system
  • tristimulus values XYZ color system
  • other color systems such as RGB color system, Even in the L * u * v * color system, the L * a * b * color system, and the like, any hue instruction value correlated with the chromaticity coordinates can be adopted.
  • the present invention can be used in an industry for designing and manufacturing a light source device using light emitting elements such as semiconductor lasers of a plurality of different wavelength bands that can be used in an optical device such as a projector.
  • A1B 1st light quantity measuring means A1G 1st light quantity measuring means A1R 1st light quantity measuring means A2B 2nd light quantity measuring means A2G 2nd light quantity measuring means A2R 2nd light quantity measuring means Ae Hue indication value measuring means Ah1 Optical sensor circuit part Ah2 Optical sensor Circuit unit AiB Band light characteristic acquisition unit AiG Band light characteristic acquisition unit AiR Band light characteristic acquisition unit Ax Band light characteristic acquisition unit set Ax1 First light amount measurement unit group Ax2 Second light amount measurement unit group B Blue C Color image pickup device C1B Optical sensor C1G Optical sensor C1R Optical sensor Ca Imaging element Cx Smoothing capacitor CX Optical sensor CY Optical sensor CZ Optical sensor DmjA Two-dimensional optical amplitude modulation element DmjB Two-dimensional optical amplitude modulation element Dx Flywheel diode Ea Pinhole Eap Aperture plate Eb1 Condensing Lens E b2 Collimator lens Eb3 Imaging lens Ec1

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Abstract

 出力光束の色相を定量的に測定し、フードバック制御によって目標とする色相を設定、維持できる光源装置およびプロジェクタを提供する。 光源装置は、発光波長が複数種類の異なる波長帯域に属するものを含む複数の発光素子(Y1a,Y1b,…)と、波長帯域毎に帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を生成する帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)と、色相指示値を生成し、色相指示値とその目標値の差異が小さくなるよう、発光素子の駆動回路(P1a,P1b,…)をフィードバック制御する統合制御回路(Mc)とを備えており、統合制御回路(Mc)は、光源装置を利用する外部装置に出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に対する、色相指示値に相関する色相相関データ(Se)を、インターフェイス部(If)を介して取得し、色相相関データ(Se)を用いて、色相指示値の目標値を更新する。

Description

光源装置およびプロジェクタ
 本発明は、例えば、プロジェクタなどの光学装置において使用可能な、複数種類の異なる波長帯域の、半導体レーザなどの発光素子を用いた光源装置、および当該光源装置を備えたプロジェクタに関する。
 例えば、DLP(TM)プロジェクタや液晶プロジェクタのような画像表示用のプロジェクタや、フォトマスク露光装置においては、これまで、キセノンランプや超高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプ(HIDランプ)が使用されてきた。
 一例として、本発明のプロジェクタに係わる従来のプロジェクタの一種の一部の一形態を説明する図である、図9を用いてプロジェクタの原理について述べる(参考:特開2004-252112号公報など)。
 前記したように、高輝度放電ランプ等からなる光源(SjA)からの光は、凹面反射鏡やレンズ等からなる集光手段(図示を省略)の助けを借りるなどして、光均一化手段(FmA)の入射端(PmiA)に入力され、射出端(PmoA)から出力される。
 ここで、前記光均一化手段(FmA)として、例えば、光ガイドを使うことができる。これは、ロッドインテグレータ、ライトトンネルなどの名称でも呼ばれており、ガラスや樹脂などの光透過性の材料からなる角柱によって構成される。このような光ガイドにおいては、前記入射端(PmiA)に入力された光は、光ファイバと同じ原理に従って、前記光均一化手段(FmA)の側面で全反射を繰り返しながら、前記光均一化手段(FmA)の中を伝播する。これにより、仮に前記入射端(PmiA)に入力された光の分布にムラがあったとしても、前記射出端(PmoA)上の照度が十分に均一化されるように機能する。
 なお、いま述べた光ガイドに関しては、前記した、ガラスや樹脂などの光透過性の材料からなる角柱によって構成されるものの他に、中空の角筒で、その内面が反射鏡になっており、同様に内面で反射を繰り返しながら光を伝播させ、同様の機能を果たすものもある。
 前記射出端(PmoA)の四角形の像が、2次元光振幅変調素子(DmjA)上に結像されるよう、照明レンズ(Ej1A)を配置することにより、前記射出端(PmoA)から出力された光によって前記2次元光振幅変調素子(DmjA)が照明される。ただし、図9においては、前記照明レンズ(Ej1A)と前記2次元光振幅変調素子(DmjA)との間にミラー(MjA)を配置してある。
 そして前記2次元光振幅変調素子(DmjA)は、映像信号に従って、画素毎に光を投影レンズ(Ej2A)に入射される方向に向かわせる、あるいは入射されない方向に向かわせるように変調することにより、スクリーン(Tj)上に画像を表示する。
 なお、前記したような2次元光振幅変調素子(DmjA)は、ライトバルブと呼ばれることもあり、図9の光学系の場合は、前記2次元光振幅変調素子(DmjA)として、一般にDMD(ディジタル・マイクロミラー・デバイス)(TM)が使われることが多い。
 光均一化手段に関しては、前記した光ガイドの他に、フライアイインテグレータという名称で呼ばれるものもある。この光均一化手段を使ったプロジェクタについて、一例として、本発明のプロジェクタに係わる従来のプロジェクタの一種の一部の一形態を説明する図である、図10を用いてその原理を述べる(参考:特開2001-142141号公報など)。
 高輝度放電ランプ等からなる光源(SjB)からの光は、凹面反射鏡やレンズ等からなるコリメータ手段(図示を省略)の助けを借りるなどして、略平行光束として、フライアイインテグレータによる光均一化手段(FmB)の入射端(PmiB)に入力され、射出端(PmoB)から出力される。ここで、前記光均一化手段(FmB)は、入射側の前段フライアイレンズ(F1B)と射出側の後段フライアイレンズ(F2B)と照明レンズ(Ej1B)の組合せで構成される。
 前記前段フライアイレンズ(F1B)、前記後段フライアイレンズ(F2B)ともに、同一焦点距離、同一形状の四角形のレンズを、縦横それぞれに多数並べたものとして形成されている。
 前記前段フライアイレンズ(F1B)の各レンズと、それぞれの後段にある、前記後段フライアイレンズ(F2B)の対応するレンズとは、ケーラー照明と呼ばれる光学系を構成しており、したがって、ケーラー照明光学系が縦横に多数並んでいることになる。
 一般にケーラー照明光学系とは、2枚のレンズから構成され、前段レンズが光を集めて対象面を照明するに際し、前段レンズは、対象面に光源像を結像するのではなく、後段レンズ中央の面上に光源像を結像し、後段レンズが前段レンズの外形の四角形を対象面(照明したい面)に結像するよう配置することにより、対象面を均一に照明するものである。
 後段レンズが無い場合は、光源が完全な点光源でなく有限の大きさを持つとき、その大きさに依存して対象面の四角形の周囲部の照度が落ちる現象が生ずるが、後段レンズによって、光源の大きさに依存せずに、対象面の四角形の周囲部まで均一な照度にすることができる。
 ここで、図10の光学系の場合、前記光均一化手段(FmB)には略平行光束が入力されることを基本としているため、前記前段フライアイレンズ(F1B)と前記後段フライアイレンズ(F2B)との間隔は、それらの焦点距離に等しくなるように配置され、よってケーラー照明光学系としての均一照明の対象面の像は無限遠に生成される。ただし、前記後段フライアイレンズ(F2B)の後段には、前記照明レンズ(Ej1B)を配置してあるため、対象面は、無限遠から前記照明レンズ(Ej1B)の焦点面上に引き寄せられる。
 縦横に多数並んでいるケーラー照明光学系は、入射光軸(ZiB)に平行であり、それぞれの中心軸に対して略軸対称に光束が入力されるため、出力光束も略軸対称となる。このため、レンズ面に同じ角度で入射した光線は、レンズ面上の入射位置によらず、焦点面上の同じ点に向かうよう屈折される、というレンズの性質により、即ちレンズのフーリエ変換作用により、全てのケーラー照明光学系の出力は、前記照明レンズ(Ej1B)の焦点面上の同じ対象面に結像される。
 その結果、前記前段フライアイレンズ(F1B)の各レンズ面での照度分布が全て重ね合わされ、よって、ケーラー照明光学系が1個の場合よりも照度分布がより均一となった、1個の合成四角形の像が、前記入射光軸(ZiB)上に形成されることになる。
 前記合成四角形の像の位置に2次元光振幅変調素子(DmjB)を配置することにより、前記射出端(PmoB)から出力された光によって、照明対象である前記2次元光振幅変調素子(DmjB)が照明される。ただし、照明に際しては、前記照明レンズ(Ej1B)と前記2次元光振幅変調素子(DmjB)との間に偏光ビームスプリッタ(MjB)を配置して、これにより光が2次元光振幅変調素子(DmjB)に向けて反射されるようにしてある。
 そして前記2次元光振幅変調素子(DmjB)は、映像信号に従って、画素毎に光の偏光方向を90度回転させる、あるいは回転させないように変調して反射することにより、回転させられた光のみが、前記偏光ビームスプリッタ(MjB)を透過して投影レンズ(Ej3B)に入射され、スクリーン(Tj)上に画像を表示する。
 なお、図10の光学系の場合、前記2次元光振幅変調素子(DmjB)として、一般にLCOS(TM)(シリコン液晶デバイス)が使われることが多い。
 このような液晶デバイスの場合、規定の偏光方向の光の成分しか有効に変調できないため、普通は、偏光整列機能素子(PcB)が、例えば前記後段フライアイレンズ(F2B)の後段に挿入される。ここに、偏光整列機能素子(PcB)は、規定の偏光方向に平行な成分はそのまま透過させるが、規定の偏光方向に垂直な成分のみ偏光方向を90度回転させ、結果として全ての光を有効利用できるようにするためのものである。
 また、前記2次元光振幅変調素子(DmjB)には略平行光が入射されるよう、例えばその直前に、フィールドレンズ(Ej2B)が挿入される。
 なお、2次元光振幅変調素子に関しては、図10に記載したような反射型のものの他に、透過型の液晶デバイス(LCD)も、それに適合する光学配置にして使用される(参考:特開平10-133303号公報など)。
 ところで、通常のプロジェクタでは、画像をカラー表示するために、例えば、前記光均一化手段の後段にカラーホイールなどの動的色フィルタを配置して、R,G,B(赤および緑、青)の色順次光束として前記2次元光振幅変調素子を照明し、時分割によってカラー表示を実現している。あるいは、前記光均一化手段の後段にダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置してR,G,Bの3原色に色分解した光で各色独立に設けた2次元光振幅変調素子を照明し、さらにダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置してR,G,Bの3原色の変調光束の色合成を行うための光学系を構成している。しかし、図9、図10においては、複雑になることを避けるため、画像をカラー表示するための光学部材は、省略してある。
 しかしながら、前記した高輝度放電ランプは、投入電力から光パワーへの変換効率が低い、すなわち発熱損が大きい、あるいは寿命が短い、などの欠点を有していた。
 これらの欠点を克服した代替光源として、近年、LEDや半導体レーザ等の固体光源が注目されている。
 このうち、LEDについては、放電ランプと比較して発熱損が小さく、また長寿命であるが、放射される光に関しては、放電ランプと同様に指向性が無いため、前記したプロジェクタや露光装置等の、特定の方向の光のみが利用可能な用途においては、光の利用効率が低いという問題があった。
 一方、半導体レーザについては、その高い可干渉性に起因してスペックルが発生するという欠点があるが、例えば拡散板を用いるなどの種々の技術的改良により克服が可能である。したがって、LEDと同様に、発熱損が小さく、長寿命である上に、指向性が高いため、前記したプロジェクタや露光装置等の、特定の方向の光のみが利用可能な用途においても、光の利用効率が高いという利点がある。
 また、高い指向性を活かして、光ファイバによる光伝送を高効率で行えるため、半導体レーザの設置場所と、プロジェクタなど、その光を利用する場所とを分離することが可能であり、装置設計の自由度を高めることができる。
 前記した高輝度放電ランプの場合は、1本のランプからR,G,B3原色の光束を取出すため、また放電ランプのプラズマ温度は非常な高温であることにより環境温度が多少変化しても発光現象には影響しないため、規定の電力を投入して点灯しさえすれば、常に安定した発光スペクトルの光束が得られる利点があった。
 しかし、半導体レーザの場合は、室温に近い低温で動作させなければならないため、環境温度の変化や累積通電時間の増加に伴う劣化によって発光強度が変化する。したがって、プロジェクタの光源として、R,G,B3原色の一部または全部に半導体レーザを用いた場合、その半導体レーザが発する色の光束の強さは、他の色の光源からの光束の強さとは無関係であるため、光源装置の能動的な制御や調整によって3原色の強度バランスを作り込まなければならない上に、前記した環境温度や累積通電時間などの条件変化により、そのバランスが崩れる問題を解決する必要がある。
 しかも、環境温度の変化や累積通電時間の増加に伴う劣化によって発光波長が変化する場合もあるため、高忠実なプロジェクタに半導体レーザを応用する場合は、色、すなわち白バランスの安定化および明るさの安定化を行う必要がある。
 しかしながら、R,G,B3原色の一部または全部に半導体レーザを用いる場合に、前記した光源装置の能動的な制御や調整によって3原色の強度バランスを作り込まなければならない点を、むしろ利点と考えることも可能である。
 例えば高輝度放電ランプのなかのキセノンランプは、太陽光のような白色の発光スペクトルを有するため、シネマ用プロジェクタの光源として多用されて来た。しかし、キセノンランプを光源とするプロジェクタでは、もし、プロジェクタの光学系の光利用効率が、特定の色、例えばB色で低かった場合は、他の色の光利用効率を意図的に下げること、すなわち光の一部を捨てることによって所望のR,G,Bのバランスを取らなければならなかった。
 これに対し、半導体レーザを用いる場合は、その色の光束の強度を、他の色とは独立に設定することができる。このため、プロジェクタの光学系の光利用効率が低い色の光は強く、逆に光利用効率が高い色の光は弱くなるように、光源装置のスペクトルのバランスを意図的に白色から外したものとして発光生成することにより、捨てる光を無くすことができ、全体としての光利用効率を向上させることが可能となる特長を有する。
 ところが、これまでは、特にシネマ用プロジェクタについては、前記したキセノンランプを光源として使用することを前提として設計されたものに対し、キセノンランプを取り外してその代わりに半導体レーザを用いた光源装置からの光を入力して映像を表示する、実験用もしくはデモンストレーション用のものが製作される程度に止まっており、前記した特長を有効に利用するに至っていない。
 また、記載した実験やデモンストレーションに際しても、プロジェクタの投影映像の色が所望の色になるよう、試行錯誤によって光源装置のR,G,Bの色バランスを調整していた。
 光源として半導体レーザあるいはLEDを応用する場合の、使用条件によって色バランスが崩れたり、発光波長が変化してしまう現象に対し、従来より問題を回避するための技術が開発されて来た。
 例えば特開2007-156211号公報には、R,G,B各色の光源を色順次で発光させるものにおいて、R,G,B各色の光センサの分光感度分布を、CIE(国際照明委員会)の制定になるXYZ表色系における等色関数と同じものとして、それぞれの光センサ出力について目標値からの誤差が小さくなるように制御することにより白バランスを補正する技術が記載されている。
 しかし、白バランスのフィードバック制御を行うに際して、3色それぞれの光源の投入電力を如何に変化させれば目標値に集束するかについて未解決のままであった。
 また、例えば特開2008-134378号公報には、LED光源からの出力と色を検出する光検出センサの検出結果とに基づきダイクロイックミラーの角度を変化させ、LEDからの発光のうちの不都合な波長成分を捨てて色を補正する技術が記載されている。しかしながら、このような技術では、不都合な光を捨てるため低効率であり、色を検出する光検出センサの実現方法については未解決であった。
特開2007-156211号公報 特開2008-134378号公報
 本発明が解決しようとする課題は、プロジェクタ等の後段の光学系における波長帯域毎の光利用効率が均等でない場合でも、後段の光学系の出力光の所望の色バランスが達成できるよう、出力光束の色相を定量的に測定し、フィードバック制御によって目標とする色相を設定、維持できるようにした光源装置およびプロジェクタを提供することにある。
 本発明における第1の発明の光源装置は、狭い波長帯域で発光する発光素子(Y1a,Y1b,…)と前記発光素子(Y1a,Y1b,…)を駆動する駆動回路(P1a,P1b,…)を具備するユニットを1個の要素光源(U1,U2,…)として、該要素光源(U1,U2,…)の複数個と、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)を制御する統合制御回路(Mc)と、を有し、前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)からの放射光を集めた出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を外部に放射する光源装置であって、
 前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)は、発光波長が複数種類の異なる波長帯域に属するものを含んでおり、
 さらに前記光源装置は、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の総合的な出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の光量に相関する量の光を受光して前記した波長帯域のそれぞれ毎に光の強度に相関する発光強度指示値を取得するための帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を生成する帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)と、外部よりデータを取得するためのインターフェイス部(If)とを有しており、
 前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が生成する帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を少なくとも間欠的に取得して前記発光強度指示値を生成するとともに、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の総合的な光の色に相関する色相指示値を生成し、前記色相指示値とその目標値の差異が小さくなるよう、前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値の変化量を決定して前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)をフィードバック制御するものであって、
 さらに前記統合制御回路(Mc)は、光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に対する、前記色相指示値に相関する色相相関データ(Se)を、前記インターフェイス部(If)を介して取得する、外部データ取得モードを実行することができ、前記統合制御回路(Mc)は、前記した外部データ取得モードの終了後に、前記色相相関データ(Se)を用いて、前記色相指示値の目標値を更新することを特徴とするものである。
 本発明における第2の発明の光源装置は、前記した外部データ取得モードを実行して得た前記色相相関データ(Se)から算出した、光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に対する前記色相指示値によって、各波長帯域に対する光源装置を利用する外部装置の光利用効率のバランスを推定した上で、光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に関する前記色相指示値が所望の前記色相指示値に近づくよう、光源装置の色相指示値の目標値を設定することを特徴とするものである。
 本発明における第3の発明の光源装置は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)は、前記した光の強度に相関する発光強度指示値に加え、前記した波長帯域のそれぞれ毎に基準波長からの偏差に相関する波長偏差指示値を取得するための前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を生成するよう構成されており、前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)から取得して、前記発光強度指示値に加え、前記波長偏差指示値を生成し、さらに前記統合制御回路(Mc)は、前記色相指示値の生成に際しては、色度の計算に必要な等色関数それぞれについて、前記した波長帯域のそれぞれ毎に、基準波長における関数値と波長の変化に対する関数の変化率、すなわち波長変化時の関数値変化の傾きとからなる局所帯域等色関数情報を保有しており、前記した波長帯域のそれぞれについての前記波長偏差指示値と前記局所帯域等色関数情報とを用いて、色度座標に相関する量によって前記色相指示値を算出することを特徴とするものである。
 本発明における第4の発明の光源装置は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)における、光の強度に相関する発光強度指示値を取得するための、前記した波長帯域のそれぞれ毎の光量検出器の分光感度特性に関して、前記した波長帯域のそれぞれで定めた基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率が、XYZ表色系の3個の等色関数それぞれの基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率と一致していることを特徴とするものである。
 本発明における第5の発明の光源装置は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)における、光の強度に相関する発光強度指示値を取得するための、前記した波長帯域のそれぞれ毎の光量検出器の分光感度特性に関して、前記した波長帯域のそれぞれで定めた基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率が、XYZ表色系の3個の等色関数それぞれの基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率と一致していることを特徴とするものである。
 本発明における第6の発明のプロジェクタは、第1から第4の発明に記載の光源装置を利用して画像を投影表示することを特徴とするものである。
 プロジェクタ等の後段の光学系における波長帯域毎の光利用効率が均等でない場合でも、後段の光学系の出力光の所望の色バランスが達成できるよう、出力光束の色相を定量的に測定し、フィードバック制御によって目標とする色相を設定、維持できるようにした光源装置およびプロジェクタを提供することができる。
本発明の光源装置を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源装置を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。 本発明の光源装置の技術に関連する概念の概略図を表す。 本発明の光源装置の技術に関連する概念の概略図を表す。 本発明の光源装置の一部を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源装置の一部を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す模式図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す模式図を表す。 本発明のプロジェクタに係わる従来のプロジェクタの一種の一部の一形態を説明する図を表す。 本発明のプロジェクタに係わる従来のプロジェクタの一種の一部の一形態を説明する図を表す。
 先ず、本発明の光源装置を簡略化して示すブロック図である図1を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。
 要素光源(U1)に設けられている、少なくとも1個の発光素子(Y1a,Y1b,…)は、駆動回路(P1a,P1b,…)によって駆動されて発光する。
 なお、前記発光素子(Y1a,Y1b,…)の個々については、ここでは、例えば半導体レーザや、半導体レーザの放射光を、高調波発生・光パラメトリック効果などのような非線形光学現象を利用して波長変換する光源などであり、そのような光源の複数個を直列接続、あるいは並列接続、さらには直並列接続するなどして、1個の前記駆動回路(P1a,P1b,…)によって駆動できるものとしている。
 また、前記駆動回路(P1a,P1b,…)については、ここでは、直流電源(図示を省略)によって給電される、例えば降圧チョッパや昇圧チョッパなど方式の回路によって構成された、DC/DCコンバータであり、前記発光素子(Y1a,Y1b,…)に規定の電力を投入できるものとしている。
 統合制御回路(Mc)は、駆動回路制御信号(J1a,J1b,…,J2a,J2b,…)を介して前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)毎に個別にデータを送受して制御し、それぞれの前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)に規定の電力を投入することができるように構成されている。
 本発明の光源装置は、前記要素光源(U1)と同様の要素光源(U2,…)の複数個を有しており、それらに含まれる発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)には、発光波長が複数種類の異なる狭い波長帯域に属するものを含んでおり、含まれる波長帯域を、ここではR,G,Bの3原色としている。
 したがって、これら要素光源(U1,U2,…)のそれぞれの出力光束(Fo1,Fo2,…)の総合的な光の特性を測定するために、出力光束(Fo1,Fo2,…)から、それぞれ一部づつを抽出して集めた、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)の光量に相関する量の光からなる測定用出力光束(Fo’)を生成し、前記した波長帯域のそれぞれ毎に設けた、帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)に入射させる。
 ここで、総合的な光の特性とは、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)全てを混合した状態を想定して、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)全体における波長帯域別の光の含有率と各波長帯域毎の光の色合いなどの、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)の全体に対する特性を指す。出力光束(Fo1,Fo2,…)全体としたのは、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)が、R,G,Bの波長帯域の光を混合して出力するものである場合はもちろん、別々に出力するものである場合であっても、R,G,Bの波長帯域の光は最終的に混合されるためである。例えば本発明の光源装置をプロジェクタに応用するならば、R,G,Bの波長帯域の光は、波長帯域毎に、2次元光振幅変調によって光に画像情報が乗せられた上で、最終的に混合される。
 また、出力光束の光量に相関するとは、前記測定用出力光束(Fo’)を測定すれば、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)の、各波長帯域毎の光量と色合いを推定可能であることを指すが、その際、相関の倍率(相関の係数)は、各波長帯域別に相違していても、予めそれを測定して補正できるから構わない。
 この帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)は、光の強度に相関する発光強度指示値と基準波長からの偏差に相関する波長偏差指示値とを取得するための帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を生成するものであり、それらの量が測定・取得できる手段であれば、本発明の光源装置においては、どのような構成のものでも使用することができる。
 ここで、各波長帯域の前記出力光束(Fo1,Fo2,…)から、それぞれ一部づつを抽出した光束をひとまとめにして測定用出力光束(Fo’)とし、また前記帯域光特性取得手段をひとまとめにして1個の帯域光特性取得手段セット(Ax)として記載してあるのは、単に便宜上の都合によるもので、各波長帯域毎の測定用出力光束を、それぞれ毎に前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)に個別に入力するように構成してもよい。
 前記統合制御回路(Mc)は、発光強度指示値と波長偏差指示値とを取得するための情報を含む帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)より読み取る。
 なお、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)は、例えば前記したプロジェクタの場合、R,G,Bの各色毎に分けて各色独立に設けた2次元光振幅変調素子を照明し、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置してR,G,Bの3原色の変調光束の色合成を行う使い方をすることができる。あるいは、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)の全部を混合して、例えば白色光として、前記した高輝度放電ランプ等からなる光源(SjA)からの光の代替としての使い方をすることができる。
 また、本発明の光源装置を簡略化して示すブロック図である図2のように、前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)から発せられた光は、例えばレンズから成る集光光学系(Ec1,Ec2,…)によって光ファイバ(Ef1,Ef2,…)の入射端(Ei1,Ei2,…)に集光され、前記光ファイバ(Ef1,Ef2,…)のコアを伝播して出射端(Eo1,Eo2,…)から放射されるようにすることもできる。
 要素光源(U1,U2,…)の光ファイバ(Ef1,Ef2,…)の出射端(Eo1,Eo2,…)からの放射光は、総合されて1個の出力光束(Fo)として本発明の光源装置から出力される。
 なお、複数個の前記出射端(Eo1,Eo2,…)からの放射光の総合方法としては、最も簡単には、前記出射端(Eo1,Eo2,…)が同一平面上に位置するように揃えて、前記光ファイバ(Ef1,Ef2,…)の出射端部を束ねる事により実現することができる。
 前記光ファイバ(Ef1,Ef2,…)のそれぞれが導光する前記出力光束(Fo)の光量に相関する量を測定できるよう、前記出射端(Eo1,Eo2,…)からの放射光の一部を抽出して総合した測定用出力光束(Fo’)を生成し、図1のものと同様に、帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)をひとまとめにした帯域光特性取得手段セット(Ax)に入力する構成とすることができる。
 なお、ここでは、前記光ファイバ(Ef1,Ef2,…)の全ての出射端部を束ね、白色光の出力光束(Fo)を生成するものを記載したが、R,G,B各波長帯域毎に前記出射端(Eo1,Eo2,…)を分けて束ね、波長帯域別の出力光束を生成し、それぞれを前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)に個別に入力するように構成することもできる。
 前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)を構成する際の一例を、本発明の光源装置の一部を簡略化して示す模式図である図3に示す。
 本図は、R色の波長帯域に関する光の強度に相関する発光強度指示値と基準波長からの偏差に相関する波長偏差指示値とを取得するための帯域光特性取得データ(ShR)を生成する帯域光特性取得手段(AiR)として描いてあるが、他の色の波長帯域に関するものも同様で構わない。
 本図の前記帯域光特性取得手段(AiR)は、受光した前記測定用出力光束(Fo’)に含まれる光の波長に応じて進行方向を変える波長分散性光学素子(Eg)と、該波長分散性光学素子(Eg)によって進行方向を変えられた光が後方で形成する分布パターンを検出する撮像素子(Ca)とを具備して前記帯域光特性取得データ(ShR)を生成するように構成したものである。
 光ファイバ(Ef1,…)の出射端からの放射光は、コリメータレンズ(EsR)を介して無限遠像のR色の出力光束(FoR)に変換され、ミラー(HuR)で反射されて、z軸の方向に導かれる。
 一方、z’軸の方向には、僅かに存在する、前記ミラー(HuR)から透過光(FoR’)が漏れ出るため、これを集光レンズ(Eb1)で開口板(Eap)のピンホール(Ea)に集め、その通過光を後方に取出す。
 取出した光束は、コリメータレンズ(Eb2)によって前記ピンホール(Ea)の像を無限遠像を形成する光束に変換した上で、この光束を前記測定用出力光束として、これに含まれる光の波長に応じて進行方向を変える機能を有する、回折格子等を用いた波長分散性光学素子(Eg)で反射させる。その後、結像レンズ(Eb3)を通過させることにより、該結像レンズ(Eb3)の出力像面には、スペクトル分解された前記ピンホール(Ea)の像が生成される。
 そして、この像の位置に、例えば1次元イメージセンサ等を用いた撮像素子(Ca)の撮像面を配置することにより、この像を撮像することができるようにする。
 このとき、前記撮像素子(Ca)の画素の並び方向は、前記波長分散性光学素子(Eg)への入射光の波長変化に依存して出射光の角度が変化して投影される方向に一致させる。
 以上のように構成したことにより、信号処理回路(H)は、前記撮像素子(Ca)が取得した、前記したスペクトル分解されたピンホール像における明るさの分布パターンを読出し、各画素の明るさの総和を算出して分布パターン強度を求める。さらにそのパターンの重心位置を算出して基準波長に対応する画素位置からのズレ量を求め、これらの分布パターン強度とズレ量からなる前記帯域光特性取得データ(ShR)を生成することができる。
 なお、前記信号処理回路(H)が、当該波長帯域に係わる前記光ファイバ(Ef1,…)の全てからの放射光を総合した、前記した分布パターン強度とズレ量を求めることができるよう、前記ピンホール(Ea)のz’軸方向の位置は、前記光ファイバ(Ef1,…)の全てからの放射光が重畳される位置に設定する必要がある。
 そのためには、前記光ファイバ(Ef1,…)それぞれの出射端におけるコアの各点からの放射光の角度分布の中心軸、すなわち主光線は、前記光ファイバ(Ef1,…)のコアの中心軸に平行、すなわちz’軸に平行であるから、前記集光レンズ(Eb1)の入射瞳は無限遠にあるとして、該集光レンズ(Eb1)の射出瞳の中心に前記ピンホール(Ea)を設けることが好適である。
 前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)から前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を入力することにより、R,G,B各波長帯域のそれぞれ毎に、前記した分布パターン強度とズレ量を取得することができる。
 したがって、前記統合制御回路(Mc)は、R,G,B各波長帯域のそれぞれ毎に、前記した分布パターン強度から光の強度に相関する発光強度指示値 Sr,Sg,Sb を算出し、また、前記した基準波長に対応する画素位置からの分布パターンの重心位置のズレ量から、基準波長からの偏差に相関する波長偏差指示値 Δλr,Δλg,Δλb を算出することができる。
 一般に、光源等から発せられる光の色は、CIEの制定になるXYZ表色系に基づく色度座標によって表される(参考文献:「色の性質と技術」1986年10月10日初版第1刷,応用物理学会・光学懇話会編,朝倉書店発行)。
 波長 λ をパラメータとするスペクトル S(λ) で表される被測定光束の三刺激値 X,Y,Z は、CIEにより定められている等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) を用いて、以下の(式1)の積分計算で求める。
 ただし、積分は380nmから780nmの領域で行うとされている。
(式1)
  X = ∫S(λ)・xe(λ)・dλ
  Y = ∫S(λ)・ye(λ)・dλ
  Z = ∫S(λ)・ze(λ)・dλ
 これらを用いて、被測定光束 S(λ) の色度座標 x,y は、以下の(式2)のように求められる。
(式2)
  x = X/[X+Y+Z]
  y = Y/[X+Y+Z]
 なお、等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) の特性は、本発明の光源装置の技術に関連する概念の概略図である図4Aに示すようである。因みに、一般文献では、等色関数は、 x,y,z 各文字の上に横棒を付した記号が使用されるが、本明細書では都合により前記したように表記する。
 前記統合制御回路(Mc)は、R,G,B各波長帯域のそれぞれ毎に、前記等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) それぞれについて、基準波長における関数値と波長の変化に対する関数の変化率とからなる局所帯域等色関数情報を保有している。
 したがって前記統合制御回路(Mc)は、後述するように、R,G,B各波長帯域のそれぞれ毎に算出された前記発光強度指示値と前記波長偏差指示値とに基づき、前記局所帯域等色関数情報を利用して、前記色相指示値たる三刺激値 X,Y,Z または色度座標 x,y を近似的に算出することができる。
 図4Bは、色度座標と色の関係を表した色度図と呼ばれるものを概略図で示したもので、この表色系で表現可能な全ての色は、図の点線上もしくはその内部に位置し、赤色(R),緑色(G),青色(B),白色(W)の概略位置を記載してある。
 なお、レーザ光のような単色光は図の点線上に位置する(ただし、RからBに至る直線部、いわゆる純紫軌跡を除く。)。
 また、純白の色度座標は、1/3,1/3である。
 図において、白色の位置を基準に見ると、概ねRは右側、Gは上側、Bは下側に位置するから、白色光の色度座標は、R成分を増すと x 値が増加、G成分を増すと y 値が増加、B成分を増すと y 値が減少することになる。
 この色度図の性質を利用するため、前記統合制御回路(Mc)は、光の強度に相関する発光強度指示値 Sr,Sg,Sb および基準波長からの偏差に相関する波長偏差指示値 Δλr,Δλg,Δλb を取得して色度座標を算出し、算出された色度座標のそれぞれの値 x,y と、それらそれぞれの目標値とを比較する。
 そして例えば、もし x が目標値より大きい場合は、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)のなかのRの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和を p %減少させ、かつGの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和、およびBの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和それぞれを [p/2] %づつ増加させる。また、もし y が目標値より大きい場合は、Gの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和を q %減少させ、かつBの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和を q %増加させるよう、前記駆動回路制御信号(J1a,J1b,…,J2a,J2b,…)を介して制御する。
 そして適当な時間をおいて、再度、前記した光量測定データを取得する箇所にシーケンスを戻すようにすることにより、フィードバック制御ループが構築される。
 このフィードバック制御ループにより、光の強度をあまり変化させずに、色度座標とその目標値との差異が小さくなるよう常に制御が行われることになり、光の色の安定化を図ることができる。
 ただし、値 x または y が目標値より小さい場合は、前記の記述における増加と減少の操作を逆にする。
 また、値 p および q は、光の色の急激な変化が起きない程度に、そして、前記した、p %あるいは [p/2] %の減少や増加、および q %の減少や増加による、出力電力変化前における色度座標とその目標値との差異に対し、出力電力変化後における色度座標とその目標値との差異の符号が逆転し、かつ絶対値が大きくなるような事象が起きない程度に小さい値とすべきであるが、値 x と目標値との差異の大きさに対する値 p の大きさ、および値 y と目標値との差異の大きさに対する値 q の大きさの関係は、実験的に決めるとよい。
 なお、前記した値 p に基づく出力電力の増減と、値 q に基づく出力電力の増減とは交互に行ってもよく、あるいは、値 p と q とをそれぞれ決定後、これら両方の値を反映させた出力電力の増減を行うようにしてもよい。
 色度座標 x,y の目標値との差異を検出したときの、R,G,Bそれぞれの波長帯域の発光素子を駆動する駆動回路の出力電力の総和に対する増減のさせ方について、ここで述べた、値 p,q に基づく方法は、必ずしも、最短経路で目標値に向かう仕方ではない。しかしながら、フィードバック制御により、徐々に目標値に向けて系の状態を変化させて行けるため、前記した方法でも十分実用的である。
 なお、最短経路で目標値に向かう仕方については後述する。
 因みに、目標とする色度座標は、必ずしも純白に対応するものが良いとは限らない。この理由は、例えば、本光源装置をプロジェクタに応用する場合、プロジェクタ本体の光学系の光の利用効率が、R,G,B各色で同じであるとは限らないからである。
 例えば、あるプロジェクタ本体の光学系ではB色の利用効率が低いとすると、目標とする色度座標は、B色成分が多めの、青色がかったものとするであろう。
 したがって、目標とする色度座標は、本光源装置の出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の色ではなく、本光源装置を利用する装置の出力に合わせて決めればよい。
 ここで、いま述べた目標とする色度座標、すなわち前記色相指示値の目標値の決定の具体的な方法については後述する。
 なお、ここでは、一つの波長帯域の発光素子を駆動する駆動回路の出力電力の総和とその波長帯域の成分の光の強さとは、概ね比例的に相関する性質(本明細書では電力光量比例則と呼ぶ)を利用している。詳しく言えば、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)のなかの、Rの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pr 、およびGの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pg 、Bの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pb それぞれが、R,G,B各波長帯域の成分の光の強さに対し、概ね比例的に相関する性質を利用している。その前提として、前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)それぞれについて、発光色の異なる発光素子の間では発光効率は異なっても構わないが、発光色の同じ発光素子は、全て同じ発光効率(より実際的に言えば同一メーカの同種製品)であることを仮定している。
 したがって、もし、同じ色であっても発光効率の異なる複数種類が混在する等により、前記した前提が成り立たない場合は、前記駆動回路制御信号(J1a,J1b,…,J2a,J2b,…)を介して前記統合制御回路(Mc)からの電力設定指令を受信したとき、発光効率が低い種類の発光素子を駆動する駆動回路は、内部的には、指令された設定電力より大きい電力を設定する、などとする構成上の工夫により、容易に解決することができる。例えば、ある発光色のもので、発光効率が高い種類Aの発光素子と、それより発光効率が10%低い種類Bの発光素子とがあった場合には、種類Bの発光素子を駆動する駆動回路は、内部的には、指令された設定電力に対し10%増しの電力を設定すればよい。
 なお、前記した電力光量比例則における比例の精度、すなわち直線性があまり良くなくても、問題にならない。
 その理由は、電力の増加と光量の増加とが相関している限り、それが直線的な関係になくても、少しづつ電力を変化させることにより、フィードバック制御により、徐々に目標値に向けて系の状態を変化させて行けるからである。
 また、前記した一つの波長帯域の発光素子を駆動する駆動回路の出力電力の総和を変化させるとき、対象駆動回路が複数存在する場合は、全ての駆動回路を同じ割合で変化させたり、異なる割合で変化させたり、特定のもののみを変化させたりなど、様々な形態が考えられるが、何れであっても構わない。
 駆動回路に対する電力設定は、例えば設定データ長が8ビットであれば256階調であるなど、その細やかさが有限である。
 したがって、電力を最小単位づつ増して行く場合、全ての駆動回路の電力設定を一斉に1LSBだけ増すのではなく、例えば、1番目の駆動回路の電力設定を1LSBだけ増し、次は2番目の駆動回路の電力設定を1LSBだけ増し、…、というように、駆動回路を分けて増し、最後の駆動回路の電力設定を1LSBだけ増したら、次はまた1番目の駆動回路の電力設定を1LSBだけ増し、…、という仕方で増すようにすれば、電力設定の階調数を、駆動回路の個数倍に増すことができる利点がある。
 前記したCIEの制定になるXYZ表色系は、前記した(式1)の Y の値が、含まれる波長帯域の全てを総合した光の明るさを表すように構成されている。
 したがって前記統合制御回路(Mc)は、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の総合的な光の色に相関する色相指示値に加えて、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の総合的な光の明るさに相関する明度指示値を生成し、前記色相指示値とその目標値の差異に加えて前記明度指示値とその目標値の差異が小さくなる、前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値の変化量を決定して前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)をフィードバック制御するように構成することが好適である。
 すなわち、光の色に相関する色相指示値に加えて、R,G,B各波長帯域の全てを総合した光の明るさをも安定化制御する場合には、前記統合制御回路(Mc)は、算出された Y の値を明度指示値として、明度指示値の目標値との差異が小さくなるよう、R,G,B各波長帯域のそれぞれについての出力電力の総和を、前記駆動回路制御信号(J1a,J1b,…,J2a,J2b,…)を介して制御する。すなわち、算出された Y の値を明度指示値として、これと目標値とを比較し、もし Y が目標値より大きい場合は、前記した電力光量比例則を前提として、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)のなかの、Rの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pr 、およびGの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pg 、Bの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pb それぞれを Q %減少させるよう、前記駆動回路制御信号(J1a,J1b,…,J2a,J2b,…)を介して制御する。このように、光の色を変化させないで、光の明るさとその目標値との差異が小さくなる方向へフィードバック制御することにより、光の明るさの安定化を図ることができる。
 ただし、Y が目標値より小さい場合は、前記の記述における増加と減少の操作を逆にする。
 また、値 Q は、光の明るさの急激な変化が起きない程度に、そして、前記した、Q %の減少や増加による、出力電力変化前における光の明るさとその目標値との差異に対し、出力電力変化後における光の明るさとその目標値との差異の符号が逆転し、かつ絶対値が大きくなるような事象が起きない程度に小さい値とすべきであるが、値 Y と目標値との差異の大きさに対する値 Q の大きさの関係は、実験的に決めるとよい。
 なお、ここで述べた光の明るさの安定化のための出力電力の増減と、前記した光の色の安定化のための出力電力の増減とは交互に行ってもよく、あるいは、前記した値 p,q,Q をそれぞれ決定後、これら3個の値を反映させた出力電力の増減を行うようにしてもよい。
 色度座標 x,y と明るさ Y の目標値との差異を検出したときの、R,G,Bそれぞれの波長帯域の発光素子を駆動する駆動回路の出力電力の総和に対する増減のさせ方について、ここで述べた、値 p,q,Q に基づく方法は、必ずしも、最短経路で目標値に向かう仕方ではない。しかしながら、フィードバック制御により、徐々に目標値に向けて系の状態を変化させて行けるため、前記した方法でも十分実用的である。
 なお、最短経路で目標値に向かう仕方については後述する。
 前記した光の色の安定化、および光の明るさの安定化のためのフィードバック制御の仕方に関しては、値 x,y および Y を、統一的にそれぞれの目標値に最短経路で向かわせるための、R,G,Bそれぞれの波長帯域に対応する前記駆動回路の出力電力の変化量を定量的に決める指針が示されていなかったため、目標値に漸近するフィードバック制御のステップ数を短縮できなかった。
 ここでは、この点が改善されたフィードバック制御を実現する指針を示す。
 すなわち、前記統合制御回路(Mc)は、前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値を微小変化させたときの前記色相指示値の変化量を、前記した前記発光強度指示値の変化量を用いて、その線形演算で表すときの係数を決定し、前記係数を介して前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値の変化量を決定して前記したフィードバック制御を行うように構成することを指針とする。
 前記したように、前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)からの前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づき、光の強度に相関する発光強度指示値を測定している。
 ここで、光の強度とは、前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)のなかの一つの波長帯域に属するもの全ての光パワーに相関するもので、人間の視感度とは無関係である。
 一方、光の明るさは、人間が感じる明るさであるから、同じ光パワー(密度)であっても、波長が変われば、人間の視感度の影響をうけて大きさが変化する。
 前記統合制御回路(Mc)は、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値を微小変化させたときに、前記色相指示値たる三刺激値または色度座標に生じる変化量を、前記した前記発光強度指示値の変化量を用いて、その線形演算で表すときの係数を、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値および前記波長偏差指示値を用いて決定する。
 そして、決定した前記係数を使用して、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値を微小変化させるための変化量を決定し、これに基づいて前記統合制御回路(Mc)は、前記駆動回路制御信号(J1a,J1b,…,J2a,J2b,…)を介して前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)の出力電力を設定することにより、三刺激値 X,Y,Z 、または色度座標 x,y および光の明るさ Y が、その目標値に維持されるようフィードバック制御を行うことができる。
 なお、前記した電力光量比例則を前提として、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値は、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)のなかの、Rの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pr 、およびGの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pg 、Bの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pb それぞれと、独立に比例関係にあると考えてよい。
 例えば、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値を全て1%増す場合、前記した出力電力の総和それぞれが、200W,300W,100Wであったならば、それぞれ202W,303W,101Wとすればよい。
 前記した電力光量比例則に関して述べた前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)のなかの、Rの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pr 、およびGの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pg 、Bの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pb それぞれは、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値たる Sr,Sg,Sb の目標値 Srp,Sgp,Sbp に対し、それぞれ独立な比例係数 kr,kg,kb で結んだ以下の(式3)のように表すことができる。
(式3)
  Pr = kr・Srp
  Pg = kg・Sgp
  Pb = kb・Sbp
 前記した前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が取得した前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づいて算出した前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb それぞれの値と、前記した Pr,Pg,Pb との比から、前記した(式3)の比例係数 kr,kg,kb を決定することができる。
 最初、比例係数 kr,kg,kb には、未確定ではあるが適当に定めた安全な初期値が設定されているとして、未確定な kr,kg,kb に基づいて、発光強度指示値 Sr,Sg,Sb に対する適当に定めた安全な初期目標値 Srp,Sgp,Sbp を生ずるであろう Pr,Pg,Pb を、前記した(式3)によって仮決定する。
 その Pr,Pg,Pb の値にて実際に発光素子を駆動したときの前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)から得た前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb それぞれの値と、その元となった目標値 Srp,Sgp,Sbp との比を用いて、比例係数 kr,kg,kb を、以下の(式4)に従って補正すればよい。(式4)の各式の等号は、その右辺の計算結果を左辺の変数に代入する、という意味で、一般的プログラミング言語、例えばCにおける計算命令の記法に従って表記している。
(式4)
  kr = kr・Srp/Sr
  kg = kg・Sgp/Sg
  kb = kb・Sbp/Sb
 この補正は、フィードバック制御ループにおける繰り返しのなかで、後述するように、Sr,Sg,Sb の微小変化量 ΔSr,ΔSg,ΔSb を決め、以下の(式5)に従って目標値 Srp,Sgp,Sbp を更新し、前記した(式3)に従って電力を再設定して、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)による測定の度に行うことにすればよい。
(式5)
  Srp = Sr + ΔSr
  Sgp = Sg + ΔSg
  Sbp = Sb + ΔSb
 このようにすることにより、前記したように、前記比例係数 kr,kg,kb が真の比例定数ではなく、例えば飽和傾向を示すような、非直線的なものであっても、前記した(式3)で規定される、単なる比として補正が繰り返し行われるため、R,G,B各駆動回路の電力 Pr,Pg,Pb と、発光強度指示値 Sr,Sg,Sb (やその目標値 Srp,Sgp,Sbp )との正しい対応が維持される。
 以降においては、具体的に求められた前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb の値を用いて、三刺激値 X,Y,Z がその目標値に維持されるよう、あるいは色度座標 x,y および光の明るさ Y がその目標値に維持されるようフィードバック制御を行うために、前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb を微小変化させるときの変化量 ΔSr,ΔSg,ΔSb の決定方法について説明する。
 前記したように、光の色に相関する色相指示値として色度座標 x,y に注目し、また光の明るさに相関する明度指示値として Y に注目し、それらを安定化制御することについて述べた。
 しかし x,y,Y の系と X,Y,Z の系とは、前記した(式2)と以下の(式6)によって互いに変換が可能であるため、三刺激値は色度座標に相関する量であり、したがって、光の色に相関する色相指示値として、色度座標または三刺激値の何れをも採用することができる。
(式6)
  X = Y・x/y
  Z = Y・(1 - x - y)/y
 そこで先ず、制御対象を三刺激値 X,Y,Z とし、これがその目標値 Xp,Yp,Zp に維持されるように制御する場合について説明する。
 一般に、関数 f = f(λ) の変数 λ が Δλ だけ微小変化したときの関数の変化 Δf は、関数 f の微分係数 df/dλ を用いて以下の(式7)で近似できる。
(式7)
  Δf = (df/dλ)・Δλ
 前記した等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) についてこの式を適用して、波長 λ が λro の近傍では、λ=λro +Δλr と書いて、以下の(式8)を得る。
(式8)
  xe(λ) = xe(λro +Δλr) = xe(λro) + Fxro・Δλr
  ye(λ) = ye(λro +Δλr) = ye(λro) + Fyro・Δλr
  ze(λ) = ze(λro +Δλr) = ze(λro) + Fzro・Δλr
  ただし、
  Fxro = dxe/dλ(λ=λro)
  Fyro = dye/dλ(λ=λro)
  Fzro = dze/dλ(λ=λro)
 同様に λ が λgo の近傍では、λ=λgo +Δλg と書いて、以下の(式9)を得る。
(式9)
  xe(λ) = xe(λgo +Δλg) = xe(λgo) + Fxgo・Δλg
  ye(λ) = ye(λgo +Δλg) = ye(λgo) + Fygo・Δλg
  ze(λ) = ze(λgo +Δλg) = ze(λgo) + Fzgo・Δλg
  ただし、
  Fxgo = dxe/dλ(λ=λgo)
  Fygo = dye/dλ(λ=λgo)
  Fzgo = dze/dλ(λ=λgo)
 さらに λ が λbo の近傍では、λ=λbo +Δλb と書いて、以下の(式10)を得る。
(式10)
  xe(λ) = xe(λbo +Δλb) = xe(λbo) + Fxbo・Δλb
  ye(λ) = ye(λbo +Δλb) = ye(λbo) + Fybo・Δλb
  ze(λ) = ze(λbo +Δλb) = ze(λbo) + Fzbo・Δλb
  ただし、
  Fxbo = dxe/dλ(λ=λbo)
  Fybo = dye/dλ(λ=λbo)
  Fzbo = dze/dλ(λ=λbo)
 ここで、被測定光束 S(λ) が、R,G,Bそれぞれ単色の3原色から成っていると近似すると、デルタ関数 δ(λ) を用いて以下の(式11)のように表せる。
(式11)
  S(λ) = Sr・δ(λ-λro -Δλr )
       + Sg・δ(λ-λgo -Δλg )
       + Sb・δ(λ-λbo -Δλb )
 従って、この(式11)と、前記した(式8),(式9),(式10)を、前記した(式1)の積分に適用することにより、三刺激値の X に関する以下の(式12)および Y に関する以下の(式13)並びにZ に関する以下の(式14)を得る。
(式12)
  X = Sr・[ xe(λro) + Fxro・Δλr ]
     + Sg・[ xe(λgo) + Fxgo・Δλg ]
     + Sb・[ xe(λbo) + Fxbo・Δλb ]
    = Hxr・Sr + Hxg・Sg + Hxb・Sb
  ただし、
  Hxr = xe(λro) + Fxro・Δλr
  Hxg = xe(λgo) + Fxgo・Δλg
  Hxb = xe(λbo) + Fxbo・Δλb 
(式13)
  Y = Sr・[ ye(λro) + Fyro・Δλr ]
     + Sg・[ ye(λgo) + Fygo・Δλg ]
     + Sb・[ ye(λbo) + Fybo・Δλb ]
    = Hyr・Sr + Hyg・Sg + Hyb・Sb
  ただし、
  Hyr = ye(λro) + Fyro・Δλr
  Hyg = ye(λgo) + Fygo・Δλg
  Hyb = ye(λbo) + Fybo・Δλb 
(式14)
  Z = Sr・[ ze(λro) + Fzro・Δλr ]
     + Sg・[ ze(λgo) + Fzgo・Δλg ]
     + Sb・[ ze(λbo) + Fzbo・Δλb ]
    = Hzr・Sr + Hzg・Sg + Hzb・Sb
  ただし、
  Hzr = ze(λro) + Fzro・Δλr
  Hzg = ze(λgo) + Fzgo・Δλg
  Hzb = ze(λbo) + Fzbo・Δλb
 前記した(式12),(式13),(式14)より、発光強度指示値 Sr,Sg,Sb を微小変化させたときの三刺激値 X,Y,Z の変化 ΔX,ΔY,ΔZ は、以下の(式15)のように表すことができる。
(式15)
  ΔX = Hxr・ΔSr + Hxg・ΔSg + Hxb・ΔSb
  ΔY = Hyr・ΔSr + Hyg・ΔSg + Hyb・ΔSb
  ΔZ = Hzr・ΔSr + Hzg・ΔSg + Hzb・ΔSb
 かくして前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値を微小変化させたときの前記色相指示値の変化量を、前記した前記発光強度指示値の変化量を用いて、その線形演算で表すことができ、また、そのときの係数を、前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値および前記波長偏差指示値を用いて決定することができた。
 フィードバック制御において、現在の三刺激値 X,Y,Z の値に対し、これらをその目標値 Xp,Yp,Zp に近づけるために、発光強度指示値 Sr,Sg,Sb に微小変化 ΔSr,ΔSg,ΔSb を与えると考えると、ダンピング係数 D = 0~1 として、以下の(式16)によって ΔX,ΔY,ΔZ の値を決めれば、前記した(式15)は ΔSr,ΔSg,ΔSb に関する初等的な3元連立1次方程式と見ることができる。従って、全ての係数が決まっているため、容易に解くことができて、前記発光強度指示値の微小変化量 ΔSr,ΔSg,ΔSb の値を求めることができる。
(式16)
  ΔX = D・[Xp -X]
  ΔY = D・[Yp -Y]
  ΔZ = D・[Zp -Z]
 前記した(式5)に従って求めた ΔSr,ΔSg,ΔSb を、元の Sr,Sg,Sb に加えて発光強度指示値の新しい目標値 Srp,Sgp,Sbp を算出し、前記した(式3)を介して、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)の電力 Pr,Pg,Pb を更新することができる。
 以上、色相指示値の変化量を、発光強度指示値の変化量を用いて、その線形演算で表した(式15)を介したフィードバック制御の仕方についてまとめると以下のようである。
 先ず、係数 Hxr,Hxg,Hxb,Hyr,Hyg,Hyb,Hzr,Hzg,Hzb の値を、(式12),(式13),(式14)に従い事前に準備しておく。
 前記統合制御回路(Mc)は、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値たる Sr,Sg,Sb に対し、適当な初期目標値 Srp,Sgp,Sbp を定める。また、比例係数 kr,kg,kb の適当な初期値を定め、(式3)によって前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)の電力 Pr,Pg,Pb を設定して発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)の駆動を開始し、適当に定めた暖機運転期間だけ待機する。
 前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が取得した前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づいて算出した前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、元の目標値 Srp,Sgp,Sbp を(式4)に適用して比例係数 kr,kg,kb を更新する。
 得られた発光強度指示値 Sr,Sg,Sb に基づき(式12),(式13),(式14)を介して算出した三刺激値 X,Y,Z と、その目標値 Xp,Yp,Zp とを(式16)に適用すると(式15)の左辺が決定されるから、これを3元連立1次方程式と見て解き、前記発光強度指示値の微小変化量 ΔSr,ΔSg,ΔSb の値を求める。
 前記統合制御回路(Mc)は、前記発光強度指示値の現在の値 Sr,Sg,Sb に対し、いま求めた ΔSr,ΔSg,ΔSb を(式5)に適用して発光強度指示値の新しい目標値 Srp,Sgp,Sbp を算出し、(式3)に従って前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)の電力 Pr,Pg,Pb を更新する。
 そして前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を取得する動作に戻り、以降、記載したシーケンスを繰り返すようにすることにより、フィードバック制御ループが構築される。
 なお、前記したダンピング係数Dは、これを小さくするほど ΔSr,ΔSg,ΔSb が全体的に小さく抑えられ、フィードバック制御の変化速度を低くして、行き過ぎや発振などの不安定現象を防止する効果がある。
 ただし、あまり小さくすると補正の完了までに過剰な時間が掛かるなどの不都合が生ずる可能性があるため、実験的に好適な値を決めるとよい。
 ところで、前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb のうちの一つ、例えば Sr を、何らかの事情により別途決める場合(例えば定格に達した場合など)は、三刺激値の目標値 Xp,Yp,Zp を満足させることはできず、光の明るさを維持することを断念して、光の色を、目標とするものに維持するよう、制御の様式を変更する必要がある。
 上において述べた三刺激値 X,Y,Z が、その目標値 Xp,Yp,Zp に維持されるように制御する方法の場合、光の色の目標を維持したまま、例えば Sr が所定の値となるよう、光の明るさを小さくしたい場合は、三刺激値の目標値 Xp,Yp,Zp それぞれを、適当に決めた、ある同じ比率で縮小することを試行し、フィードバックループを実際に回してみて、Sr が所定の値になるような適当な比率が見つかるまで、試行錯誤する必要がある。
 これに対し、光の色に相関する色相指示値たる色度座標 x,y と、光の明るさに相関する明度指示値たる Y とを制御対象とし、x,y,Y をその目標値 xp,yp,Yp に維持する制御方式を実現できれば、例えば Sr の値を不変にしたまま、色度座標 x,y のみを目標値に維持するフィードバック制御を行うことが可能となる。
 以下において、制御対象を x,y,Y とし、これがその目標値 xp,yp,Yp に維持されるように制御する場合について説明する。
 色度座標 x,y を計算するために、三刺激値 X,Y,Z に関する前記した(式12),(式13),(式14)を適用すれば、さらに X,Y,Z の和に関する以下の(式17)を得る。
(式17)
  T = X+Y+Z
    = [ Hxr + Hyr + Hzr ]・Sr
     + [ Hxg + Hyg + Hzg ]・Sg
     + [ Hxb + Hyb + Hzb ]・Sb
    = Ir・Sr +Ig・Sg +Ib・Sb
  ただし、
  Ir = Hxr + Hyr + Hzr
  Ig = Hxg + Hyg + Hzg
  Ib = Hxb + Hyb + Hzb
 したがって、被測定光束 S(λ) に関する前記した(式2)の色度座標 x,y は、前記した(式12),(式13),(式17)を用いた以下の(式18)の計算で求められる。
(式18)
  x = X/T
  y = Y/T
 一般に、関数 f = f(u,v,w) の変数 u,v,w が微小変化したときの関数の変化は、f の偏微分係数 δf/δu,δf/δv,δf/δw を用いて、以下の(式19)のように近似できる。
(式19)
  Δf = (δf/δu)・Δu + (δf/δv)・Δv + (δf/δw)・Δw
 色度座標 x,y および光の明るさ Y が、前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb を変数とする関数であると見て、以下の(式20)のように偏微分係数の値を具体的に決めれば、Sr,Sg,Sb を微小変化させたときの x,y,Y の変化量Δx,Δy,ΔYは、以下の(式21)のように表すことができる。
(式20)
  Jxr = δx/δSr = [ δX/δSr・T - X・δT/δSr ]/[T・T]
     = [ Hxr・T - Ir・X ]/[T・T]
     = [ Hxr - Ir・x ]/T
  Jxg = δx/δSg = [ Hxg - Ig・x ]/T
  Jxb = δx/δSb = [ Hxb - Ib・x ]/T
  Jyr = δy/δSr = [ Hyr - Ir・y ]/T
  Jyg = δy/δSg = [ Hyg - Ig・y ]/T
  Jyb = δy/δSb = [ Hyb - Ib・y ]/T
(式21)
  Δx = Jxr・ΔSr +Jxg・ΔSg +Jxb・ΔSb
  Δy = Jyr・ΔSr +Jyg・ΔSg +Jyb・ΔSb
  ΔY = Hyr・ΔSr +Hyg・ΔSg +Hyb・ΔSb
 かくして前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値を微小変化させたときの前記色相指示値の変化量を、前記した前記発光強度指示値の変化量を用いて、その線形演算で表すことができ、また、そのときの係数を、前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値および前記波長偏差指示値を用いて決定することができた。
 ただし、(式21)の3番目の ΔY に関する式は、(式13)から得られる次の関係に基づく。
  δY/δSr = Hyr
  δY/δSg = Hyg
  δY/δSb = Hyb
 前記した(式16)に関して述べたものと同様に、フィードバック制御において、現在の x,y,Y の値に対し、これらをその目標値 xp,yp,Yp に近づけるために、Sr,Sg,Sb を微小変化させると考えると、ダンピング係数 D = 0~1 として、以下の(式22)によって Δx,Δy,ΔY の値を決めれば、前記した(式21)は ΔSr,ΔSg,ΔSb に関する初等的な3元連立1次方程式と見ることができる。従って、全ての係数が決まっているため、容易に解くことができて、前記発光強度指示値の微小変化量 ΔSr,ΔSg,ΔSb の値を求めることができる。
(式22)
  Δx = D・[xp -x]
  Δy = D・[yp -y]
  ΔY = D・[Yp -Y]
 以上、色相指示値の変化量を、発光強度指示値の変化量を用いて、その線形演算で表した(式21)を介したフィードバック制御の仕方についてまとめると以下のようである。
 等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) に関する局所帯域等色関数情報を事前に準備しておく。すなわちR,G,B各波長帯域の基準波長 λro,λgo,λbo における関数値 xe(λro),ye(λro),ze(λro) と xe(λgo),ye(λgo),ze(λgo) と xe(λbo),ye(λbo),ze(λbo) の値、さらに波長の変化に対する関数の変化率 Fxro,Fyro,Fzro と Fxgo,Fygo,Fzgo と Fxbo,Fybo,Fzbo の値を事前に準備しておく。
 前記統合制御回路(Mc)は、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値たる Sr,Sg,Sb に対し、適当な初期目標値 Srp,Sgp,Sbp を定める。また、比例係数 kr,kg,kb の適当な初期値を定め、(式3)によって前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)の電力 Pr,Pg,Pb を設定して発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)の駆動を開始し、適当に定めた暖機運転期間だけ待機する。
 前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が取得した前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づいて算出した前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、元の目標値 Srp,Sgp,Sbp を(式4)に適用して比例係数 kr,kg,kb を更新する。
 そして前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb の値を、前記した(式12),(式13),(式17)に適用すれば、補助係数 Hxr,Hxg,Hxb と Hyr,Hyg,Hyb と Hzr,Hzg,Hzb と Ir,Ig,Ib を介して、三刺激値の X と Y そして T が求められる。そしてこれらを前記した(式18)に適用して色度座標 x,y の値を求めることができる。
 値を求めた x,y,Y と、その目標値 xp,yp,Yp とを前記した(式22)に適用すると、前記した(式21)の左辺が決定される。また前記した(式20)の Jxr,Jxg,Jxb と Jyr,Jyg,Jyb によって前記した(式21)の右辺の係数が決定されるから、これを3元連立1次方程式と見て解き、前記発光強度指示値の微小変化量 ΔSr,ΔSg,ΔSb の値を求める。
 前記統合制御回路(Mc)は、前記発光強度指示値の現在の値 Sr,Sg,Sb に対し、いま求めた ΔSr,ΔSg,ΔSb を(式5)に適用して発光強度指示値の新しい目標値 Srp,Sgp,Sbp を算出し、(式3)に従って前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)の電力 Pr,Pg,Pb を更新する。
 そして前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を取得する動作に戻り、以降、記載したシーケンスを繰り返すようにすることにより、フィードバック制御ループが構築される。
 なお、前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb のうちの一つ、例えば ΔSr を、何らかの事情により別途決める場合(例えば定格に達した場合など)は、これを前記した(式21)の方程式の未知数から定数に変更して、以下の(式23)のように組み換えた方程式を適用すればよく、これは初等的な2元連立1次方程式であるから容易に解くことができて、ΔSg,ΔSb を求めることができる。ただし、このようにした場合は、光の明るさ Y を目標値に維持することはできなくなるが、色度座標 x,y を目標値に維持するフィードバック制御は実行することができる。
(式23)
  Δx-Jxr・ΔSr = Jxg・ΔSg +Jxb・ΔSb
  Δy-Jyr・ΔSr = Jyg・ΔSg +Jyb・ΔSb
 ここで、前記した(式11)に記載した、被測定光束 S(λ) をデルタ関数で近似することの妥当性について補足しておく。
 同じ色であっても複数個の発光素子を集めた場合、発光波長のバラツキがあるため、それらを総合した光のスペクトル S(λ) は、正確には前記した(式11)のようなデルタ関数にはならない。
 しかし、発光波長のバラツキがあっても、同じ波長帯域に属する全ての発光素子を総合し、その波長の平均値に等しい波長を有する、仮想的な単色光源に置き換えると考えれば、前記した議論が成立する。
 ただし、同じ波長帯域に属する全ての発光素子を総合した場合は、波長のバラツキに起因したスペクトル幅の拡がりが存在することになり、その結果、色度座標が少しだけ白色方向に移動する。
 しかし、この移動量は僅かである上、本光源装置における色度座標等の計算の目的は、正確な絶対値を確定することではなく、発光素子の温度上昇などに起因して発光波長が変化し、白バランスが崩れるものを、フィードバック制御で補正することであり、波長のバラツキに起因したスペクトル幅の拡がりは、そのような発光波長の変化が生じる前から存在していたものであるから、前記した計算の目的に照らして、実用上の問題は無い。
 また、フィードバック制御の目標値 xp,yp,Yp についても補足しておく。
 前記したように本光源装置における色度座標等の計算の目的が正確な絶対値を確定することではないことを前提として、種々の近似計算を行っている。
 そのため、目標値 xp,yp,Yp を数値で与えても、フィードバック制御によって達成される状態が所望のものになるかどうかは不明であり、このような使い方は適当ではない。
 例えばプロジェクタに応用する場合で言えば、本光源装置をプロジェクタの実機に実際に搭載し、白色となるべき画像をスクリーンに投影させ、所望の白色が得られるよう、本光源装置のR,G,Bそれぞれの光の強度を調整し、調整が完了したときの本光源装置自身による x,y,Y の測定値を、その目標値 xp,yp,Yp として記憶することが好適である。
 ただし、いま述べた、所望の白色の色度座標と測定した色度座標との比較や光の強度の調整を、人間が手動で行うのではなく、本光源装置自身に遂行させる方法、言い換えれば、目標とする色度座標、すなわち前記色相指示値の目標値の決定の具体的な方法については後述する。
 ここで、記憶された目標値の実際の値については無頓着でも構わず、それ以降は、フィードバック制御を実行すれば、所望の白色が得られる状態が達成される。
 なお、ここで xp,yp,Yp について述べたことは、三刺激値の目標値 Xp,Yp,Zp に対しても同様である。
 ここまで、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が取得した前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づいて基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb を求め、その値を使ってその時点での三刺激値 X,Y,Z や色度座標 x,y を計算することについて述べた。
 また、フィードバック制御のための線形方程式である前記した(式15)や(式21)の係数 Hxr,Hxg,Hxb,Hyr,Hyg,Hyb,Hzr,Hzg,Hzb および Jxr,Jxg,Jxb,Jyr,Jyg,Jyb の決定の際にも、求めた基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb の値を使用する計算方法を提示した。
 しかし、これら係数に関しては、基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb を全て零とおく近似を行って値を決定することが可能である。
 この理由は、次に示すとおりである。すなわち、このように近似することにより、計算の精度は悪化するものの、この悪化の影響は、前記した(式15)や(式21)を解いて得るベクトル ΔX,ΔY,ΔZ および Δx,Δy,ΔY の方向が、近似しない場合のそれに対し、幾らかのズレを生ずるという形で現れる。然るに、この計算は、フィードバック制御ループのなかで繰返し行われるため、ズレがあったとしても結局は、三刺激値 X,Y,Z や色度座標 x,y は、その目標値 Xp,Yp,Zp や xp,yp に漸近して行くことになるからである。
 ただし、このような近似を行う場合は、目標への漸近の速さが劣る可能性があるが、係数の計算が簡略化される利点がある。
 以下において、このように近似する場合の計算方法について説明する。
 前記した基準波長からの偏差を零とおく近似の下での前記発光強度指示値を、近似しない場合のものと同じ記号で Sr,Sg,Sb と書けば、三刺激値 X,Y,Z に関する前記した(式12),(式13),(式14)に対応するものは、以下の(式24)のように表すことができる。
(式24)
  X = Hxro・Sr + Hxgo・Sg + Hxbo・Sb
  Y = Hyro・Sr + Hygo・Sg + Hybo・Sb
  Z = Hzro・Sr + Hzgo・Sg + Hzbo・Sb
  ただし、
  Hxro = xe(λro)
  Hxgo = xe(λgo)
  Hxbo = xe(λbo)
  Hyro = ye(λro)
  Hygo = ye(λgo)
  Hybo = ye(λbo)
  Hzro = ze(λro)
  Hzgo = ze(λgo)
  Hzbo = ze(λbo)
 これより、前記した(式15)の代わりに、フィードバック制御ループのなかで解くべき方程式として、以下の(式25)を得る。
(式25)
  ΔX = Hxro・ΔSr + Hxgo・ΔSg + Hxbo・ΔSb
  ΔY = Hyro・ΔSr + Hygo・ΔSg + Hybo・ΔSb
  ΔZ = Hzro・ΔSr + Hzgo・ΔSg + Hzbo・ΔSb
 かくして前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値を微小変化させたときの前記色相指示値の変化量を、前記した前記発光強度指示値の変化量を用いて、その線形演算で表すことができ、また、そのときの係数を決定することができた。
 これらの左辺の ΔX,ΔY,ΔZ の値は、三刺激値の目標値 Xp,Yp,Zp と、その時点での三刺激値 X,Y,Z の値とに基づき、前記した(式16)により計算すればよい。
 なお、三刺激値 X,Y,Z の値は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が取得した前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づいて前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb とを求めた上で、前記した(式12),(式13),(式14)によって計算して決定すればよい。
 また同じく、基準波長からの偏差を零とおく近似の下で、色度座標 x,y に関する前記した(式17)の Ir,Ig,Ib 、および(式20)に対応するものは、基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb を零とおいて、以下の(式26)および以下の(式27)のように表すことができる。
(式26)
  Iro = Hxro + Hyro + Hzro
  Igo = Hxgo + Hygo + Hzgo
  Ibo = Hxbo + Hybo + Hzbo
(式27)
  Jxro = [ Hxro - Iro・x ]/T
  Jxgo = [ Hxgo - Igo・x ]/T
  Jxbo = [ Hxbo - Ibo・x ]/T
  Jyro = [ Hyro - Iro・y ]/T
  Jygo = [ Hygo - Igo・y ]/T
  Jybo = [ Hybo - Ibo・y ]/T
 ただし、x,y および T は、前記したように、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が取得した前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づいて前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb とを求めた上で、前記した(式12),(式13),(式14)によって計算された三刺激値 X,Y,Z の値を、前記した(式17)の最上段の表現、すなわち以下の式および(式18)に適用して計算する。
 式  T = X+Y+Z  (再録)
 そして、前記した(式21)の代わりに、フィードバック制御ループのなかで解くべき方程式として、以下の(式28)を得る。
(式28)
  Δx = Jxro・ΔSr +Jxgo・ΔSg +Jxbo・ΔSb
  Δy = Jyro・ΔSr +Jygo・ΔSg +Jybo・ΔSb
  ΔY = Hyro・ΔSr +Hygo・ΔSg +Hybo・ΔSb
 かくして前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値を微小変化させたときの前記色相指示値の変化量を、前記した前記発光強度指示値の変化量を用いて、その線形演算で表すことができ、また、そのときの係数を決定することができた。
 これらの左辺の Δx,Δy,ΔY の値は、色度座標と明度指示値 Y の目標値 xp,yp,Yp と、その時点での x,y,Y の値とに基づき、前記した(式22)により計算すればよい。
 当然、このように基準波長からの偏差を零とおく近似を行う場合でも、前記した(式23)を挙げて説明したものと同じ手法を用いることによって、前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb のうちの一つを(式28)から除外し、色度座標 x,y のみを目標値に維持するフィードバック制御を実行することが可能である。
 なお、ここで述べた基準波長からの偏差を零とおく近似を行う場合でも、前記した前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)のなかの、Rの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pr 、およびGの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pg 、Bの波長帯域の発光素子を駆動するものの出力電力の総和 Pb それぞれの決定に関しては、前記した(式3),(式4),(式5)を有効に使用することができる。
 つまり、前記したように、前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が取得した前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づいて算出した前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、元の目標値 Srp,Sgp,Sbp を(式4)に適用して比例係数 kr,kg,kb を更新する。
 前記した(式25)または(式28)を解いて変化量 ΔSr,ΔSg,ΔSb を求めたならば、前記統合制御回路(Mc)は、前記発光強度指示値の現在の値 Sr,Sg,Sb に対し、いま求めた ΔSr,ΔSg,ΔSb を(式5)に適用して発光強度指示値の新しい目標値 Srp,Sgp,Sbp を算出し、(式3)に従って前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)の電力 Pr,Pg,Pb を更新する。
 そして前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を取得する動作に戻り、以降、記載したシーケンスを繰り返すようにすることにより、フィードバック制御ループが構築される。
 因みに、前記した(式24)のそれぞれの左辺の三刺激値 X,Y,Z の値は、前記したように、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が取得した前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)に基づいて前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb とを求めた上で、前記した(式12),(式13),(式14)によって計算するものとして、前記した(式4),(式5)に適用するための発光強度指示値 Sr,Sg,Sb については、前記した(式24)を方程式と見て、それを解いて求めた値を使うこともできる。
 以上において述べたように、三刺激値 X,Y,Z または色度座標 x,y を求めることができるならば、フィードバック制御のための線形方程式である前記した(式25)や(式28)の係数については、基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb を全て零とおく近似を行って決定してもよい。
 このことは、逆に考えれば、基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb を知ることはできないが、三刺激値 X,Y,Z または色度座標 x,y を求めることが可能な帯域光特性取得手段があれば、本発明の光源装置において使用可能であることを意味している。
 そのような帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)として、前記した波長帯域のそれぞれ毎の光量検出器は、その分光感度特性が、前記した波長帯域のそれぞれで定めた基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率が、XYZ表色系の3個の等色関数それぞれの基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率と一致するように構成したものを採用することができる。
 何故ならば、前記した(式1)は、前記した等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) それぞれと等しい分光感度特性を有する光センサを用いて光量測定を行うを行うことによって、三刺激値 X,Y,Z が測定できることを教えており、したがって前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)それぞれの分光感度特性を、前記した等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) それぞれと同じにすることにより、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の前記した三刺激値 X,Y,Z を直接に測定することができるからである。
 本発明の光源装置の一部を簡略化して示すブロック図である図5に示すように、前記帯域光特性取得手段(AiR)では、前記測定用出力光束(Fo’)は、特性フィルタ(EtX)に入力され、それを透過した測定用出力光束(FtX)は、光センサ(CX)で受光される。
 前記光センサ(CX)からの光検出信号(SgX)は、信号処理回路(HsR)によって増幅やAD変換等の必要な処理を行い、帯域光特性取得データ(ShR)を生成する。
 当然ながら、前記帯域光特性取得手段(AiR)の分光感度特性には、前記特性フィルタ(EtX)に起因するものに加え、前記光センサ(CX)自身の分光感度特性が反映される。
 前記帯域光特性取得手段(AiG,AiB)についても同様であり、前記特性フィルタ(EtX)に代えて、分光感度特性が異なる特性フィルタ(EtY,EtZ)を備えた構成とされている。特性フィルタ(EtY,EtZ)より後段の、測定用出力光束(FtY,FtZ)を受光する光センサ(CY,CZ)および光検出信号(SgY,SgZ)を処理する信号処理回路(HsG,HsB)については、前記帯域光特性取得手段(AiR)の前記光センサ(CX)および前記信号処理回路(HsR)からなる回路部分と同じものを使って構成してもよい。このような構成のものにおいても、帯域光特性取得データ(ShG,ShB)を生成することができる。
 なお、前記信号処理回路(HsR,HsG,HsB)は、マルチプレクサと共通の1個のAD変換器を備えた、1個の信号処理回路に統合することもできる。
 前記したように、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)それぞれの分光感度特性を、前記した等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) それぞれと同じにするためには、前記特性フィルタ(EtX,EtY,EtZ)の分光透過率特性は、それに前記光センサ(CX,CY,CZ)自身の分光感度特性が重畳した特性が、前記した等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) それぞれと同じになるようにすればよい。
 ただし、本光源装置においては、前記した波長帯域における狭い波長帯域で発光する発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)しか含まれていないため、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)それぞれの分光感度特性を、少なくとも前記した波長帯域のそれぞれの近傍において、前記した等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) それぞれと同じにすれば十分である。
 したがって、前記特性フィルタ(EtX,EtY,EtZ)の分光透過率特性は、それに前記光センサ(CX,CY,CZ)自身の分光感度特性が重畳した特性が、少なくとも前記した波長帯域のそれぞれの近傍において、前記した等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) それぞれと同じになるようにすればよい。
 さらに、分光感度特性が前記した波長帯域の近傍において等色関数と同じになることを実現する上で、さらに近似して、前記した波長帯域のそれぞれで基準波長を定め、その基準波長での感度値および基準波長における波長の変化に対する感度の変化率が、前記した等色関数についての基準波長における関数値および基準波長における波長の変化に対する関数の変化率と同じになるようにしても十分実用的である。
 したがって、前記特性フィルタ(EtX,EtY,EtZ)の分光透過率特性は、それに前記光センサ(CX,CY,CZ)自身の分光感度特性が重畳した特性において、基準波長での透過率値および基準波長における波長の変化に対する透過率の変化率が、前記した等色関数についての基準波長における関数値および基準波長における波長の変化に対する関数の変化率と同じになるようにすればよい。
 前記した波長帯域、すなわち本光源装置のR,G,Bの前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)の発光波長の帯域が、例えば、640nm,530nm,465nmを基準波長として、その近傍の狭い範囲に限定される場合の設計について考える。このとき、等色関数の基準波長における関数値および波長の変化に対する関数の変化率は、以下の(式29)のように定義して、定められている等色関数 xe(λ),ye(λ),ze(λ) の数表を参照することにより、前記帯域光特性取得手段(AiR)に対応する xe(λ) については、以下の(式30)を得る。
(式29)
  λro = 640
  λgo = 530
  λbo = 460
(式30)
  xe(λro) = 0.4479
  xe(λgo) = 0.1655
  xe(λbo) = 0.2511
  dxe/dλ(λ=λro) = -0.01742
  dxe/dλ(λ=λgo) = 0.01204
  dxe/dλ(λ=λbo) = -0.01114
 また、前記帯域光特性取得手段(AiG)に対応する ye(λ) については、以下の(式31)、また、前記帯域光特性取得手段(AiB)に対応する ze(λ) については、以下の(式32)を得る。
(式31)
  ye(λro) = 0.1750
  ye(λgo) = 0.8620
  ye(λbo) = 0.0739
  dye/dλ(λ=λro) = -0.00736
  dye/dλ(λ=λgo) = 0.01058
  dye/dλ(λ=λbo) = 0.00342
(式32)
  ze(λro) = 0.0
  ze(λgo) = 0.0422
  ze(λbo) = 1.5281
  dze/dλ(λ=λro) = 0.0
  dze/dλ(λ=λgo) = -0.00248
  dze/dλ(λ=λbo) = -0.04810
 したがって、前記特性フィルタ(EtX,EtY,EtZ)は、それぞれ前記した(式30),(式31),(式32)に従う分光透過率を有するように製作すればよい。
 このフィルタは、前記した(式29)に定めた波長の近傍、すなわち、本光源装置に実装される前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)が有するバラツキ、および想定温度範囲における発光波長変動に起因する、波長変化の上限と下限で規定される帯域幅内での特性を確定すればよく、この帯域幅の外における分光透過率特性はどのようであっても構わない。
 したがって、前記した色度計等に使われるフィルタに比べて格段に設計・製作が容易であるため、低コストで実現できる利点がある。
 ここで、前記したように、目標とする色度座標、すなわち前記色相指示値の目標値の決定方法について述べる。
 本発明の光源装置は、外部よりデータ(Sxy)を取得するためのインターフェイス部(If)を具備しており、本光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に対し、前記色相指示値に相関する色相相関データ(Se)を、外部データ取得モードを実行して、前記インターフェイス部(If)を介して取得できるように構成してある。すなわち、光源装置を利用する外部装置がプロジェクタである場合で言えば、本光源装置の出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を取り入れて純白となるべき映像信号に基づいて2次元光振幅変調を行っているプロジェクタがスクリーン上に投影した画像に対し、色度座標の測定値を、外部データ取得モードを実行して、前記インターフェイス部(If)を介して取得できるように構成してある。
 例えば、最初、本光源装置は、出力光束の色が純白(色度座標が1/3,1/3)となるようにフィードバック制御を行っている状態で、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)をプロジェクタに供給しているときに、同じく純白となるべき映像信号に基づいてプロジェクタが白色画像を投影しているとする。
 この白色画像の投影光を色相指示値測定手段によって測定したときの色度座標測定値が x',y' であったとして、この座標が純白から外れているならば、その原因は、前記したR,G,B各色の波長帯域に対するプロジェクタ本体の光学系の光利用効率の相違、もしくは、その相違に対してプロジェクタが行う色補正の不整合によると考えられる。
 いま述べた純白出力状態における本光源装置の前記発光強度指示値の設定 Sr,Sg,Sb に対し、前記色相指示値測定手段に入力された光、すなわちプロジェクタの出力光の前記発光強度指示値が αSr,βSg,γSb であったとする。
 ここで α,β,γ は、前記した色補正の不整合分を含めた、R,G,B各波長帯域に対するプロジェクタ光学系の広義の光利用効率を表す。
 このとき、前記色相指示値測定手段に入力された光の三刺激値 X',Y',Z' は、前記した(式12)にならって、以下の(式33)のように表すことができる。
(式33)
  X' = Hxr・α・Sr + Hxg・β・Sg + Hxb・γ・Sb
  Y' = Hyr・α・Sr + Hyg・β・Sg + Hyb・γ・Sb
  Z' = Hzr・α・Sr + Hzg・β・Sg + Hzb・γ・Sb
 したがって前記した(式17)にならって、以下の(式34)のように書けるから、前記した(式18)に対応する以下の(式35)に、前記した(式33),(式34)を適用して整理すれば、以下の(式36)を得る。
(式34)
  T' = X' + Y' + Z'
    = Ir・α・Sr +Ig・β・Sg +Ib・γ・Sb
(式35)
  x'・T' = X'
  y'・T' = Y'
(式36)
  Ωxr・α・Sr + Ωxg・β・Sg + Ωxb・γ・Sb = 0
  Ωyr・α・Sr + Ωyg・β・Sg + Ωyb・γ・Sb = 0
  ただし、
  Ωxr = x'・Ir - Hxr
  Ωxg = x'・Ig - Hxg
  Ωxb = x'・Ib - Hxb
  Ωyr = y'・Ir - Hyr
  Ωyg = y'・Ig - Hyg
  Ωyb = y'・Ib - Hyb
 ここで α,β,γ については、それらの絶対値には意味が無く、相互の比率のみに意味があるため、一般性を失うことなく、何れかを1におくことができるから、ここでは γ = 1 とおけば、前記した(式36)は、以下の(式37)と書くことができる。
(式37)
  Ωxr・Sr・α + Ωxg・Sg・β = - Ωxb・Sb
  Ωyr・Sr・α + Ωyg・Sg・β = - Ωyb・Sb
 前記したように、x',y' は測定値であり、Sr,Sg,Sb は本光源装置内部の設定値であり、また Hxr,Hxg,…,Hzb や Ir,Ig,Ib も Δλr,Δλg,Δλb を通じて確定しているから、Ωxr,Ωxg,…,Ωyb は値として確定できるため、前記した(式37)は、α,β を未知数とした、初等的な2元連立1次方程式であるから容易に解くことができる。
 前記したように、本光源装置は、出力光束の色が純白となるようにフィードバック制御を行っている状態にあるため、その時点の Sr,Sg,Sb や Hxr,Hxg,…,Hzb 、Ir,Ig,Ib の値を用いて前記した(式17),(式18)によって色度座標 x,y を計算すれば、当然、純白に対応する値を得る。
 色度座標測定値 x',y' を取得して外部データ取得モードを終了すると、本光源装置は前記した(式37)を解いて α,β を求め、前記発光強度指示値 Sr,Sg を、それぞれ前記した各波長帯域に対するプロジェクタ光学系の広義の光利用効率で除した Sr/α,Sg/β に置き換えて、同じく前記した(式17),(式18)によって計算した色度座標 xp,yp を、新たな目標値として設定してフィードバック制御する。これにより、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を生成するようにしたならば、前記した純白となるべき映像信号に基づいてプロジェクタによって投影される白色画像の投影光の色度座標測定値 x',y' は、純白に対応する値に近い値となる。
 かくして、前記した外部データ取得モードを実行して得た前記色相相関データ(Se)から算出した、光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に対する前記色相指示値、すなわち色度座標測定値 x',y' によって、各波長帯域に対する光源装置を利用する外部装置の光利用効率のバランス、すなわち α,β,γ )を推定する。その上で、光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に関する前記色相指示値が所望の前記色相指示値、すなわち1/3,1/3に近づくよう、光源装置の色相指示値の目標値、すなわち目標色度座標 xp,yp を設定することが実現できた。
 ただし、以上のようにして目標色度座標 xp,yp を求めたとしても、諸々の誤差の影響により、プロジェクタの投影画像の色度座標測定値 x',y' は、正確には純白に対応する値に一致しないであろうから、これ以降は、x',y' の測定の度毎に、次のようなシーケンスを繰り返すことにより、徐々に目標とする純白が達成されるようにすることが好適である。例えば、もし、x' が1/3より大きいならば xp を減じ、逆に、x' が1/3より大きいならば xp を増すシーケンスを繰り返す。また、もし、y' が1/3より大きいならば yp を減じ、逆に、y' が1/3より大きいならば yp を増すシーケンスを繰り返す。
 当然ながら、目標達成に要する時間が長くなることを厭わなければ、前記した(式37)を解いて α,β を求める方法を用いずに、いま述べたシーケンスを最初から実行するように制御しても構わない。
 前記インターフェイス部(If)は、例えば操作パネルのキーボードであり、また、前記色相指示値測定手段が一般用の色度計であって、色度計に表示された色度座標測定値 x',y' の数値を前記キーボードの数字キーを操作して入力するように構成することができる。あるいは、前記インターフェイス部(If)は、例えばディジタルデータを送受信する通信インターフェイスであり、色度計から色度座標測定値 x',y' のデータ(Sxy)が、測定に連動して自動的に入力されるように構成することができる。
 さらに、プロジェクタなど、光源装置を利用する外部装置が色相指示値測定手段(Ae)を内蔵し、前記インターフェイス部(If)を介して光源装置と色度座標測定値 x',y' のデータ(Sxy)の通信を行って、システムの立上げ時や稼動中の適当なタイミングで前記色相相関データ(Se)の測定・取得を自動的に行い、前記色相指示値の目標値を更新するようシステムを構成することが好適である。
 なお、以上においては、純白となるべき映像信号に基づいてプロジェクタが白色画像を投影する状態を基本として、その状態が正しく実現されるように目標色度座標 xp,yp を設定する制御の実行方法を例に挙げて説明したが、純白の代わりに他の色度座標の画像を投影する状態を基本状態として定め、その状態が正しく実現されるように目標色度座標 xp,yp を設定する制御としても構わない。
 そのようにする場合は、基本状態として定める色度座標についても、前記インターフェイス部(If)を介して本光源装置が取得できるように構成することが好適である。
 本光源装置の帯域光特性取得手段として、先に、図3に記載の、波長分散性光学素子(Eg)を用いて波長偏差指示値を測定するための帯域光特性取得手段(AiR)について説明したが、本発明の光源装置に適用可能な帯域光特性取得手段はこれに限定されない。
 本発明の光源装置は、例えば、前記した波長帯域のうちの少なくとも一つの波長帯域の前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)は、前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)たる第1光量測定データと、前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)たる第2光量測定データとを取得して、局所帯域分光感度情報を用いて、前記第1光量測定データと前記第2光量測定データとから前記した発光強度指示値と前記した波長偏差指示値とを生成して取得するように構成することも可能である。前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)は、当該波長帯域の分光感度特性についての第1の分光感度特性を有する第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)と、第2の分光感度特性を有する第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)と、によって構成される。ここに、前記した第1の分光感度特性と前記した第2の分光感度特性とは、波長の変化に対する感度の変化率、すなわち波長変化時の感度変化の傾きが相違している。また、局所帯域分光感度情報は、前記した当該波長帯域における前記した第1の分光感度特性、および前記した第2の分光感度特性それぞれの、基準波長での感度値と前記した波長の変化に対する感度の変化率とからなり、帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)によって保有されている。
 前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)の構成例を、本発明の光源装置の一部を簡略化して示すブロック図である図6を用いて説明する。
 なお、本発明の光源装置においては、前記した波長帯域のうちの少なくとも一つの波長帯域の前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)は、当該波長帯域の分光感度特性についての第1の分光感度特性を有する第1光量測定手段と、第2の分光感度特性を有する第2光量測定手段と、によって構成されているが、ここでは、全ての波長帯域の前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)がいま述べたように構成されているものを想定して図示してある。
 したがって、本図の光源装置においては、前記測定用出力光束(Fo’)を、前記した波長帯域のそれぞれ毎に設けた第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)に入力し、また同じ前記測定用出力光束(Fo’)を、前記した波長帯域のそれぞれ毎に設けた第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)に入力するものを描いてある。
 なお、本図において、R,G,B各波長帯域の前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)をひとまとめにして第1光量測定手段グループ(Ax1)とし、R,G,B各波長帯域の前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)をひとまとめにして第2光量測定手段グループ(Ax2)として描いたのは、単に便宜上の都合によるものである。例えば、R色の第1光量測定手段と第2光量測定手段とをひとまとめにし、またG色の第1光量測定手段と第2光量測定手段とをひとまとめにし、さらにB色の第1光量測定手段と第2光量測定手段とをひとまとめにするようにしてもよい。
 さらに、図においては、各波長帯域の前記出力光束(Fo1,Fo2,…)から、それぞれ一部づつを抽出した光束をひとまとめにした前記測定用出力光束(Fo’)から分割して前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)に入力するものを描いてあるが、ひとまとめにせずに、各波長帯域毎の測定用出力光束を、それぞれの波長帯域用の前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)に直接入力するように構成してもよい。
 前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)では、前記測定用出力光束(Fo’)は、特性フィルタ(Et1)に入力され、それを通過した測定用出力光束(Ft1)は、それぞれR,G,B3色の帯域フィルタ(Et1R,Et1G,Et1B)に入力される。帯域フィルタ(Et1R,Et1G,Et1B)を通過した測定用出力光束(Ft1R,Ft1G,Ft1B)は、各色毎の光センサ(C1R,C1G,C1B)で受光される。
 前記光センサ(C1R,C1G,C1B)からの光検出信号(Sg1R,Sg1G,Sg1B)は、信号処理回路(H1R,H1G,H1B)によって増幅やAD変換等の必要な処理が行われ、R,G,Bそれぞれの波長帯域での光量の情報からなる第1光量測定データ(Sh1R,Sh1G,Sh1B)が生成される。
 当然ながら、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)の分光感度特性には、前記特性フィルタ(Et1)および前記帯域フィルタ(Et1R,Et1G,Et1B)に起因するものに加えて、前記光センサ(C1R,C1G,C1B)自身の分光感度特性が反映される。
 なお、前記特性フィルタ(Et1)は、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)のそれぞれに共通のものを設けるように構成するものを記載してあるが、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)のそれぞれに対して個別のものを設けるように構成してもよい。
 また、前記信号処理回路(H1R,H1G,H1B)は、前記光検出信号(Sg1R,Sg1G,Sg1B)のそれぞれに対して個別のものを設けるように構成するものを記載してあるが、選択信号に従って前記光検出信号(Sg1R,Sg1G,Sg1B)のうちから1個を選択するアナログマルチプレクサを設けた上で、前記光検出信号(Sg1R,Sg1G,Sg1B)のそれぞれに共通のものを設けるように構成してもよい。
 前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)についても同様であり、前記特性フィルタ(Et1)に代えて、分光感度特性が異なる特性フィルタ(Et2)を備えた構成とされている。特性フィルタ(Et2)より後段の光センサ回路部(Ah2)については、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)の前記帯域フィルタ(Et1R,Et1G,Et1B)および前記光センサ(C1R,C1G,C1B)、前記信号処理回路(H1R,H1G,H1B)からなる光センサ回路部(Ah1)と同じものを使って構成してもよい。このような構成のものにおいても、第2光量測定データ(Sh2R,Sh2G,Sh2B)を生成することができる。
 そして前記統合制御回路(Mc)は、前記第1光量測定データ(Sh1R,Sh1G,Sh1B)と前記第2光量測定データ(Sh2R,Sh2G,Sh2B)を読み取ることができる。
 当然ながら、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)の前記特性フィルタ(Et1)と前記帯域フィルタ(Et1R,Et1G,Et1B)とを分けずに、前記帯域フィルタ(Et1R,Et1G,Et1B)それぞれが前記特性フィルタ(Et1)の機能をも併せ持つように構成してもよく、これは前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)の帯域フィルタについても同様である。
 また、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)または前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)の何れか一方の前記特性フィルタが素通しであるようにしてもよい。
 また当然ながら、例えば先に図1のものについて説明したように、前記出力光束(Fo1,Fo2,…)をR,G,B各色毎に分けて各色独立に使用する場合は、前記光センサ(C1R,C1G,C1B)のそれぞれは、前記した1個の光センサ回路部(Ah1)にまとめて実装するのではなく、別体として構成すればよい。
 なお、R,G,Bそれぞれの波長帯域の組についての、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)が有する第1の分光感度特性と、前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)が有する第2の分光感度特性とは、それぞれの波長帯域において、波長の変化に対する感度の変化率、すなわち波長変化時の感度変化の傾きが相違している状態が実現できればよい。詳細に言うと、後述する(式41),(式42),(式43)をそれぞれ Sr と Sr・Δλr , Sg と Sg・Δλg , Sb と Sb・Δλb に関する2元連立1次方程式と見たとき、各方程式の行列式が零でない状態が実現できればよい。
 ここで、分光感度特性とは、いまの場合、R色波長帯域の分光感度特性とG色波長帯域の分光感度特性とB色波長帯域の分光感度特性とからなる組を指す。
 ただし、一つの波長帯域における波長の変化に対する感度の変化率の相違の仕方として、一方が正で他方が負、あるいは一方が実質的に零で他方が非零(有限の値)、さらに両方とも同じ符号であるが絶対値が相違する、などの形態があり得るが、その何れでもよい。
 なお、このような波長の変化に対する感度の変化率の制約を課すことは、本光源装置に実装される前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)が有するバラツキ、および想定温度範囲における発光波長変動に起因する、波長変化の上限と下限で規定される帯域幅内に限定すればよく、この帯域幅の外における分光感度特性はどのようであっても構わない。
 前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)のうち一つの波長帯域のために使用するものを、同じメーカの同じ型式の製品に統一するならば、前記した帯域幅は、通常は数ナノメートルから十ナノメートル程度に過ぎないが、前記した第1の分光感度特性、および前記した第2の分光感度特性それぞれについて、この帯域幅内における波長の変化に対する感度の変化率の変化は少ないことが望ましい。
 前記統合制御回路(Mc)は、前記した第1の分光感度特性、および前記した第2の分光感度特性それぞれについて、R,G,B各波長帯域のそれぞれ毎に、基準波長での感度値と前記した波長の変化に対する感度の変化率とからなる局所帯域分光感度情報を保有している。
 したがって、前記統合制御回路(Mc)は、以下で述べるように、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)および前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)から読み取った前記第1光量測定データ(Sh1R,Sh1G,Sh1B)と前記第2光量測定データ(Sh2R,Sh2G,Sh2B)に基づき、前記局所帯域分光感度情報を用して、R,G,B各波長帯域のそれぞれ毎に、光の強度に相関する発光強度指示値と基準波長からの偏差に相関する波長偏差指示値とを近似的に算出することができる。
 以下において、波長 λ をパラメータとするスペクトル S(λ) で表される被測定光束を前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)および前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)を用いて測定した前記第1光量測定データ(Sh1R,Sh1G,Sh1B)および前記第2光量測定データ(Sh2R,Sh2G,Sh2B)から、前記発光強度指示値と、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差とを求める計算方法について説明する。
 前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)がR,G,B各波長帯域における分光感度特性 rm(λ),gm(λ),bm(λ) を有するとすると、前記第1光量測定データ(Sh1R,Sh1G,Sh1B)に含まれるR,G,B各波長帯域における光量測定データ値 Rm,Gm,Bm は、以下の(式38)のように表せる。
(式38)
  Rm = ∫S(λ)・rm(λ)・dλ
  Gm = ∫S(λ)・gm(λ)・dλ
  Bm = ∫S(λ)・bm(λ)・dλ
 同様に、前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)がR,G,B各波長帯域における分光感度特性 rn(λ),gn(λ),bn(λ) を有するとすると、前記第2光量測定データ(Sh2R,Sh2G,Sh2B)に含まれるR,G,B各波長帯域における光量測定データ値 Rn,Gn,Bn は、以下の(式39)のように表せる。
(式39)
  Rn = ∫S(λ)・rn(λ)・dλ
  Gn = ∫S(λ)・gn(λ)・dλ
  Bn = ∫S(λ)・bn(λ)・dλ
 なお、これらの積分領域は、少なくとも被測定光束 S(λ) のスペクトルが存在する波長帯域を覆う領域とする。
 ここで、被測定光束 S(λ) が、R,G,Bそれぞれ単色の3原色から成っていると近似すると、デルタ関数 δ(λ) を用いて前記した(式11)、すなわち以下の式(再録)のように表せる。
(式11)
  S(λ) =  Sr・δ(λ-λro -Δλr )
       + Sg・δ(λ-λgo -Δλg )
       + Sb・δ(λ-λbo -Δλb )
 ここで、R,G,Bそれぞれの基準波長を λro,λgo,λbo とし、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差を Δλr,Δλg,Δλb 、また、R,G,B各波長帯域のそれぞれの前記発光強度指示値を Sr,Sg,Sb とした。
 一般に、関数 f = f(λ) の変数 λ が Δλ だけ微小変化したときの関数の変化 Δf は、関数 f の微分係数 df/dλ を用いて前記した(式7)、すなわち以下の式(再録)で近似できる。
(式7)
  Δf = (df/dλ)・Δλ
 よって λ が λro の近傍では、λ=λro +Δλr と書けば、前記した分光感度特性は、以下の(式40)のように書ける。
(式40)
  rm(λ) = rm(λro+Δλr) = rm(λro) + Ermo・Δλr
  rn(λ) = rn(λro+Δλr) = rn(λro) + Erno・Δλr
 ただし Ermo および Erno は、rm(λ) および rn(λ) の微分係数の、λ が λro であるときの値である。
 前記した(式11),(式40)を前記した(式38),(式39)それぞれの第1式に適用すると、以下の(式41)を得る。
(式41)
  Rm = Sr・∫δ(λ-λro -Δλr)・rm(λ)・dλ
    = Sr・rm(λro +Δλr)
    = Sr・[ rm(λro) + Ermo・Δλr ]
  Rn = Sr・[ rn(λro) + Erno・Δλr ]
  ただし、
  Ermo = drm/dλ(λ=λro)
  Erno = drn/dλ(λ=λro)
 これらは、以下のように書き改めれば判るように、Sr と Sr・Δλr に関する2元連立1次方程式であるから、それは初等計算によって解けて Sr と Sr・Δλr の値を、したがって Sr と Δλr の値を求めることができる。
  Rm = rm(λro)・Sr + Ermo・Sr・Δλr
  Rn = rn(λro)・Sr + Erno・Sr・Δλr
 同様に λ が Δλg の近傍では、λ=λgo +Δλg と書いて、以下の(式42)を得る。
(式42)
  Gm = Sg・[ gm(λgo) + Egmo・Δλg ]
  Gn = Sg・[ gn(λgo) + Egno・Δλg ]
  ただし、
  Egmo = dgm/dλ(λ=λgo)
  Egno = dgn/dλ(λ=λgo)
 さらに λ が λbo の近傍では、λ=λbo +Δλb と書いて、以下の(式43)を得るから、これらによって Sg と Δλg 、および Sb と Δλb の値を求めることができる。
(式43)
  Bm = Sb・[ bm(λbo) + Ebmo・Δλb ]
  Bn = Sb・[ bn(λbo) + Ebno・Δλb ]
  ただし、
  Ebmo = dbm/dλ(λ=λbo)
  Ebno = dbn/dλ(λ=λbo)
 以上、前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)を用いて測定した光量測定データ値 Rm,Gm,Bm 、および前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)を用いて測定した光量測定データ値 Rn,Gn,Bn から、前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb を求めるまでをまとめると、以下のようである。
 前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)に関する局所帯域分光感度情報、すなわちR,G,B各波長帯域の基準波長 λro,λgo,λbo における分光感度特性 rm(λ),gm(λ),bm(λ) の値 rm(λro),gm(λgn),bm(λbn) と分光感度特性の波長の変化に対する感度の変化率の値 Ermo,Egmo,Ebmo 、および前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)に関する局所帯域分光感度情報、すなわちR,G,B各波長帯域の基準波長 λro,λgo,λbo における分光感度特性 rn(λ),gn(λ),bn(λ) の値 rn(λro),gn(λgn),bn(λbn) と分光感度特性の波長の変化に対する感度の変化率の値 Erno,Egno,Ebno を事前に準備しておく。
 そして前記第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)による光量測定データ値 Rm,Gm,Bm と前記第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)による光量測定データ値 Rn,Gn,Bn とが得られれば、前記した(式41),(式42),(式43)からなる方程式の解により、簡単に前記発光強度指示値 Sr,Sg,Sb と、前記波長偏差指示値たる基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb を求めることができる。
 これまで、図5や図6に記載したように、撮像素子や光センサを用いて基準波長からの偏差 Δλr,Δλg,Δλb を求めるものについて説明したが、背景技術に関して述べたように、半導体レーザ等からなる発光素子は、環境温度変化または自己発熱による温度上昇によって発光波長が変化する性質を利用して、簡単な構成の、すなわち低コストな帯域光特性取得手段を実現することができる。
 すなわち、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)は、受光した前記測定用出力光束(Fo’)の光量を検出する光量検出器と、前記発光素子の温度を検出する温度検出器を具備して前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を生成し、前記統合制御回路(Mc)は、検出された前記発光素子の温度に基づいて前記した波長偏差指示値を推定するように構成するのである。
 この帯域光特性取得手段は、一つの波長帯域について、前記測定用出力光束(Fo’)の光量を検出する光量検出器の他に、当該波長帯域の光を供給する前記発光素子の温度を検出する温度検出器を具備し、前記光量検出器によって検出された光量データと、前記温度検出器によって検出された温度データとを含むように前記帯域光特性取得データを生成する。一方、前記統合制御回路(Mc)は、前記発光素子の温度と発光波長の変化との相関データを保持するように構成する。これにより、前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得手段から取得した前記帯域光特性取得データに基づいて、当該波長帯域についての、光の強度に相関する発光強度指示値と基準波長からの偏差に相関する推定の波長偏差指示値とを取得することができる。
 当然ながら、いま述べた前記帯域光特性取得手段を構成する前記光量検出器と前記温度検出器とを一体に構成する必要はない。
 前記発光素子は、通電による自己発熱量を逃がすための、空冷式または水冷式、ペルチェ素子等による電気式の冷却機構を備えたヒートシンクに対し、熱的に接触させて保持する構造とし、前記発光素子と前記ヒートシンクとが接触する面の前記発光素子側または前記ヒートシンク側の一部に溝を設け、この溝に前記温度検出器を収納するように構成することが好適である。
 また前記温度検出器としては、サーミスタや熱電対、半導体温度センサ等を使用することができる。
 なお、一つの波長帯域に属する前記発光素子が1個または複数個あって、複数個の前記温度検出器を設ける場合、最も簡単には、前記した発光波長のバラツキに関して説明した理由により、前記温度検出器それぞれの検出温度の平均値を算出して総合の波長偏差指示値を推定することができる。
 ただし、前記温度検出器それぞれが温度検出を担当する発光素子の電力に、温度検出器毎に相違がある場合は、それぞれの温度検出器の検出温度に基づいて推定した波長偏差指示値を、担当発光素子電力に相関する量、例えば電流値によって重み付けした加重平均計算によって、総合の波長偏差指示値を算出することが望ましい。
 前記したように、発光素子の温度変化の主要因は、前記駆動回路からの投入電力に起因した自己発熱による温度上昇であるため、逆に温度上昇が前記発光素子に投入される電力に相関することに着目して、さらに簡単な構成の、すなわちさらに低コストな帯域光特性取得手段を実現することもできる。
 すなわち、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)は、受光した前記測定用出力光束(Fo’)の光量を測定する光量検出器と、前記発光素子に投入される電力に相関する量を検出する電力検出器を具備して前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を生成し、前記統合制御回路(Mc)は、検出された前記発光素子に投入される電力に基づいて前記した波長偏差指示値を推定するように構成するのである。
 この帯域光特性取得手段は、一つの波長帯域について、前記測定用出力光束(Fo’)の光量を検出する光量検出器の他に、当該波長帯域の光を供給する前記発光素子の電力を検出する電力検出器を具備し、前記光量検出器によって検出された光量データと、前記電力検出器によって検出された電力データとを含むように前記帯域光特性取得データを生成する。一方、前記統合制御回路(Mc)は、前記発光素子の電力と発光波長の変化との相関データを保持するように構成する。これにより、前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得手段から取得した前記帯域光特性取得データに基づいて、当該波長帯域についての、光の強度に相関する発光強度指示値と基準波長からの偏差に相関する推定の波長偏差指示値とを取得することができる。
 当然ながら、いま述べた前記帯域光特性取得手段を構成する前記光量検出器と前記電力検出器とを一体に構成する必要はない。
 なお、前記したように、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)のそれぞれは、前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)に規定の電力を投入できるように制御する機能を有している。そのために、自身が駆動する発光素子への投入電力を検出するための電力検出手段を備えている場合は、これによって、前記した波長偏差指示値を取得するための電力検出器を兼ねることができる。
 したがってこのときは、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)の機能の一部を兼ねており、前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)の一部を前記駆動回路制御信号(J1a,J1b,…,J2a,J2b,…)を介して前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)から受け取る。
 当然ながら、前記発光素子に流される電流値や、電流を流した際に発生する電圧値も前記発光素子に投入される電力に相関するため、これらの電流値や電圧値を、波長偏差指示値を取得するために検出する電力の値として代替することができる。
 また、発光素子の発光波長は、自己発熱量に加えて環境温度によっても変化するため、環境温度を検出する温度検出器をさらに備え、この検出温度によって電力に基づく波長偏差指示値の推定値に補正を加えるようにすることができる。
 なお、複数ある前記発光素子の検出電力の値が相違する場合、電力値と波長偏差指示値との相関関係が直線的であるならば、検出電力値の平均値によって総合の波長偏差指示値を推定すればよいが、相関関係が直線的でないならば、それぞれの検出電力値に基づいて推定した波長偏差指示値を、検出電力値によって重み付けした加重平均計算によって、総合の波長偏差指示値を算出することが望ましい。
 前記した発光素子の温度によって波長偏差指示値を推定するための帯域光特性取得手段、または発光素子の電力によって波長偏差指示値を推定するための帯域光特性取得手段においては、温度検出器または電力検出器の他に、前記したように光量検出器を備える必要がある。
 この光量検出器としては、光量の大小を検出するものだけでなく、撮像素子が使用可能である。
 特にカラー撮影用の撮像素子には、R,G,Bのカラーフィルタが画素に設けられているため、前記測定用出力光束(Fo’)がR,G,Bが混合された白色光であっても、分光フィルタを追加することなく、1個の撮像素子によって、R,G,B各波長帯域の光量データを生成することができる利点がある。
 図2に関連して光ファイバを用いて光を伝送する構成について説明したが、光ファイバは石英などの脆弱なガラスを素材としているため、破断の危険性があるという欠点がある。
 光ファイバが破断すると、破断箇所から光パワーが漏洩して光ファイバを機械的に保護するために設けた被覆材に吸収され、被覆材が焼損に至る可能性があるため、光ファイバの破断が起きれば、それを検知して発光素子を消灯する安全対策が必要となる。
 全体として大きなパワーを伝送する場合は、同じ色の光に対しても複数本の光ファイバに分割することが、光学系の構成上も、安全性の面からも有利であるが、その場合は、全光ファイバからの総合光量を監視するだけではなく、光ファイバ1本づつの光量を監視し、個別に破断を検知できることが望ましい。
 前記したように、前記出射端(Eo1,Eo2,…)が同一平面上に位置するように揃えて、前記光ファイバ(Ef1,Ef2,…)の出射端部を束ねたものの場合、前記出射端(Eo1,Eo2,…)が位置する平面の像を、レンズ等を用いて撮像素子に投影することにより、光ファイバ1本づつを識別して光量を監視し、個別に破断を検知することが可能となる。
 次に、本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す模式図である図7および図8を用いて、本発明を実施するための形態として、本発明の光源装置の駆動回路の具体的な構成、および本発明の光源装置を利用した本発明のプロジェクタの、特に光ファイバおよびその出射端以降の具体的な構成について述べる。
 図7に記載の駆動回路(P1a)は、本発明の光源装置の前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)のうちの1個を例示して、具体化された構成の一例を示すものである。
 降圧チョッパ回路を基本とした前記駆動回路(P1a)は、ノード(T10,T11)に接続されたDC電源(Uv)より電圧の供給を受けて動作し、前記発光素子(Y1a)への給電量調整を行う。
 なお、前記発光素子(Y1a)は、ここでは複数個の半導体レーザを直列接続して構成する場合を想定した。
 前記駆動回路(P1a)においては、FET等のスイッチ素子(Qx)によって前記DC電源(Uv)よりの電流のオン・オフの切換えを行い、チョークコイル(Lx)を介して平滑コンデンサ(Cx)に充電が行われる。この電圧がノード(T20,T21)から前記発光素子(Y1a)に印加され、前記発光素子(Y1a)に電流を流すことができるように構成されている。
 なお、前記スイッチ素子(Qx)がオン状態の期間は、前記スイッチ素子(Qx)を通じた電流により、直接的に前記平滑コンデンサ(Cx)への充電と、負荷である前記発光素子(Y1a)への電流供給が行われるとともに、前記チョークコイル(Lx)に磁束の形でエネルギーを蓄える。一方、前記スイッチ素子(Qx)がオフ状態の期間は、フライホイールダイオード(Dx)を介した前記チョークコイル(Lx)に磁束の形で蓄えられたエネルギーによる前記発光素子(Y1a)への電流供給、および前記平滑コンデンサ(Cx)からの放電による前記発光素子(Y1a)への電流供給が行われる。
 このような降圧チョッパ型の前記駆動回路(P1a)においては、前記スイッチ素子(Qx)の動作周期に対する、前記スイッチ素子(Qx)がオン状態の期間の比、すなわちデューティサイクル比により、前記発光素子(Y1a)への給電量を調整することができる。
 ここでは、あるデューティサイクル比を有するゲート駆動信号(Sg)が駆動制御回路(Fx)によって生成され、ゲート駆動回路(Gx)を介して、前記スイッチ素子(Qx)のゲート端子を制御することにより、前記DC電源(Uv)よりの電流のオン・オフが制御される。
 前記発光素子(Y1a)に流れる出力電流Ioは、出力電流検出手段(Ix)によって検出できるように構成するが、出力電流検出手段(Ix)についてはシャント抵抗を用いて、簡単に実現することができる。また、前記発光素子(Y1a)に印加される出力電圧Voは、出力電圧検出手段(Vx)によって検出できるように構成するが、出力電圧検出手段(Vx)については分圧抵抗を用いて、簡単に実現することができる。
 前記出力電流検出手段(Ix)と、前記出力電圧検出手段(Vx)とによってそれぞれ検出された出力電流信号(Si)と出力電圧信号(Sv)とは、前記駆動制御回路(Fx)によって読み取られる。
 前記駆動制御回路(Fx)は、駆動回路制御信号(J1a)を介して前記統合制御回路(Mc)とデータを送受して、前記発光素子(Y1a)に投入する電力、あるいは電力に相関する、前記発光素子(Y1a)に流す電流の目標値を保持する。また、前記出力電流信号(Si)と前記出力電圧信号(Sv)とに基づき測定された前記発光素子(Y1a)の電力の値(前記出力電流信号(Si)と前記出力電圧信号(Sv)の積に基づき算出)あるいは電流の値と、前記した目標値とを比較して、その差異が小さくなるように前記したデューティサイクル比をフィードバック制御する。
 前記統合制御回路(Mc)は、前記した前記発光素子(Y1a)の電力あるいは電流の値を、前記駆動回路制御信号(J1a)を介して読み取り、前記した波長偏差指示値を取得するための量として利用する。
 一方、図8には、本発明のプロジェクタの光ファイバおよびその出射端以降の構成を描いてある。
 本光源装置は、R,G,B3原色に対応して、各色複数本の光ファイバ、すなわちR色光源用光ファイバ(EfR1,EfR2,…)、G色光源用光ファイバ(EfG1,EfG2,…)、B色光源用光ファイバ(EfB1,EfB2,…)は、それぞれ出射端を揃えて束ねられた、ファイババンドルとして構成されている。これら3本のファイババンドルの出射端から出射される、それぞれコリメータレンズ(EsR,EsG,EsB)で無限遠の像に変換した光束を、ミラー(HuR)およびダイクロイックミラー(HuG,HuB)を用いて色合成して、本光源装置の出力光束(Fo)を生成するように構成してある。
 そして、前記出力光束(Fo)は集光レンズ(Eu)に入力され、スペックルを除去するための拡散素子(Edm)を介して、ロッドインテグレータによる光均一化手段(Fm)の入射端(Pmi)に入射される。
 前記光均一化手段(Fm)の射出端(Pmo)以降の光学系については、先に図9に関して述べたものと同様である。
 当然ながら、本発明の光源装置は、フライアイインテグレータによる光均一化手段を用いた、先に図10に関して述べたプロジェクタにおいても利用できる。
 前記ダイクロイックミラー(HuB)は、R・G色の光を可能な限り多く透過し、かつB色の光を可能な限り多く反射するように作成されているが、R・G色の反射光、およびB色の透過光が少なからず存在する。普通これらの光は迷光として捨てられるが、図8の本光源装置においては、これを有効利用して測定用出力光束(Fo’)を得るようにしてある。
 前記測定用出力光束(Fo’)はレンズからなる結像光学系(Eh)に入射され、前記ファイババンドルのR色出射端(EoR1,EoR2,…)およびG色出射端(EoG1,EoG2,…)、B色出射端(EoB1,EoB2,…)と共役な実像がカラー映像用撮像素子(C)の撮像面上に結像される。
 前記カラー映像用撮像素子(C)によって撮影されたこれらの像の映像信号(Sf)は、前記したR,G,B各波長帯域の光量データ(ShR’,ShG’,ShB’)を生成するために、信号処理回路(H’)に送られる。
 統合制御回路(Mc)は、前記光量データ(ShR’,ShG’,ShB’)を取得するとともに、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)から前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)の電力値または電流値を取得して、前記したようにして光の強度に相関する発光強度指示値と基準波長からの偏差に相関する推定の波長偏差指示値とを生成する。また、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の総合的な光の色に相関する色相指示値を生成し、前記色相指示値とその目標値の差異が小さくなるようフィードバック制御する。
 また、前記カラー映像用撮像素子(C)の映像に基づき、前記R色出射端(EoR1,EoR2,…),前記G色出射端(EoG1,EoG2,…),前記B色出射端(EoB1,EoB2,…)それぞれの光量を別々に測定し、何れかに光量低下の異常が発生しないかどうかを調べて光ファイバの破断を監視する。
 以上においては、
(1)それぞれ光の強度に相関する発光強度指示値を測定するためと波長分散性光学素子(Eg)を用いて波長偏差指示値を測定するための帯域光特性取得手段(AiR)、(2)それぞれ光の強度に相関する発光強度指示値を測定するためと波長偏差指示値を測定するための波長の変化に対する感度の変化率が相違する第1光量測定手段(A1R,A1G,A1B)および第2光量測定手段(A2R,A2G,A2B)から成る帯域光特性取得手段、
(3)発光素子の温度によって波長偏差指示値を推定するための帯域光特性取得手段、
(4)発光素子の電力によって波長偏差指示値を推定するための帯域光特性取得手段、
(5)それぞれ光の強度に相関する発光強度指示値を測定するためと三刺激値を測定するための、分光感度特性が前記した波長帯域のそれぞれで定めた基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率が、XYZ表色系の3個の等色関数それぞれの基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率と一致する光量検出器を用いた帯域光特性取得手段について説明した。しかし、帯域光特性取得手段は、これらの方式・構成に限らず、前記したように、それらの量が測定・取得できる手段であれば、本発明の光源装置においては、どのような構成のものでも使用することができる。
 また、R,G,B各波長帯域の前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)として、全て同じ方式の帯域光特性取得手段を使用してもよいし、波長帯域によって異なる方式の帯域光特性取得手段を混合して使用してもよい。
 さらに、本発明においては、前記した波長帯域のうちの何れかに、実質的に波長の変化が生じない、あるいは無視できる前記発光素子が含まれる場合、その波長帯域については、帯域光特性取得手段は光の強度に相関する発光強度指示値のみの取得のためのものでよい。このような場合には、前記した(式8)~(式14)における前記波長偏差指示値 Δλr,Δλg,Δλb のうちの当該波長帯域に対応するものの値を0とおいて計算すればよい。
 実際、発振波長が安定化された半導体レーザや、体積ブラッグ回折格子で構成された共振用反射器を有する半導体レーザや非線形光学高調波発振器などにおいて、このような取扱いが可能な発光素子が存在する。
 例えばその波長帯域がG色であるならば、その波長帯域で感度を有する光センサを設け、前記測定用出力光束(Fo’)の光量を測定して取得した前記発光強度指示値 Sg と、前記波長偏差指示値 Δλg =0とを前記した(式8)~(式14)に適用すればよい。
 当然ながら、全ての波長帯域において実質的に波長の変化が生じないと見なせる場合、あるいは波長の変化が生じるがそれを無視する場合は、前記波長偏差指示値 Δλr,Δλg,Δλb の値を全て0とおいた式によって計算すればよい。
 なお、本明細書においては、本光源装置内部における処理や前記インターフェイス部(If)を介して取得する前記色相相関データ(Se)に関しては、光の色に相関する色相指示値として、色度座標(Yxy表色系)および三刺激値(XYZ表色系)とする場合に言及し、具体的に説明して来たが、当然、これら以外の他の表色系、例えばRGB表色系やL*u*v*表色系、L*a*b*表色系などであっても、色度座標に相関する色相指示値であれば任意のものを採用することができる。
 本発明は、プロジェクタなどの光学装置において使用可能な、複数種類の異なる波長帯域の、半導体レーザなどの発光素子を用いた光源装置を設計・製造する産業において利用可能である。
A1B  第1光量測定手段
A1G  第1光量測定手段
A1R  第1光量測定手段
A2B  第2光量測定手段
A2G  第2光量測定手段
A2R  第2光量測定手段
Ae   色相指示値測定手段
Ah1  光センサ回路部
Ah2  光センサ回路部
AiB  帯域光特性取得手段
AiG  帯域光特性取得手段
AiR  帯域光特性取得手段
Ax   帯域光特性取得手段セット
Ax1  第1光量測定手段グループ
Ax2  第2光量測定手段グループ
B    青色
C    カラー映像用撮像素子
C1B  光センサ
C1G  光センサ
C1R  光センサ
Ca   撮像素子
Cx   平滑コンデンサ
CX   光センサ
CY   光センサ
CZ   光センサ
DmjA 2次元光振幅変調素子
DmjB 2次元光振幅変調素子
Dx   フライホイールダイオード
Ea   ピンホール
Eap  開口板
Eb1  集光レンズ
Eb2  コリメータレンズ
Eb3  結像レンズ
Ec1  集光光学系
Ec2  集光光学系
Edm  拡散素子
Ef1  光ファイバ
Ef2  光ファイバ
EfB1 B色光源用光ファイバ
EfB2 B色光源用光ファイバ
EfG1 G色光源用光ファイバ
EfG2 G色光源用光ファイバ
EfR1 R色光源用光ファイバ
EfR2 R色光源用光ファイバ
Eg   波長分散性光学素子
Eh   結像光学系
Ei1  入射端
Ei2  入射端
Ej1A 照明レンズ
Ej1B 照明レンズ
Ej2A 投影レンズ
Ej2B フィールドレンズ
Ej3B 投影レンズ
Eo1  出射端
Eo2  出射端
EoB1 B色出射端
EoB2 B色出射端
EoG1 G色出射端
EoG2 G色出射端
EoR1 R色出射端
EoR2 R色出射端
EsB  コリメータレンズ
EsG  コリメータレンズ
EsR  コリメータレンズ
Et1  特性フィルタ
Et1B 帯域フィルタ
Et1G 帯域フィルタ
Et1R 帯域フィルタ
Et2  特性フィルタ
EtX  特性フィルタ
EtY  特性フィルタ
EtZ  特性フィルタ
Eu   集光レンズ
F1B  前段フライアイレンズ
F2B  後段フライアイレンズ
Fm   光均一化手段
FmA  光均一化手段
FmB  光均一化手段
Fo   出力光束
Fo’  測定用出力光束
Fo1  出力光束
Fo2  出力光束
FoR  出力光束
FoR’ 透過光
Ft1  測定用出力光束
Ft1R 測定用出力光束
Ft1G 測定用出力光束
Ft1B 測定用出力光束
FtX  測定用出力光束
FtY  測定用出力光束
FtZ  測定用出力光束
Fx   駆動制御回路
G    緑色
Gx   ゲート駆動回路
H    信号処理回路
H’   信号処理回路
H1B  信号処理回路
H1G  信号処理回路
H1R  信号処理回路
HsB  信号処理回路
HsG  信号処理回路
HsR  信号処理回路
HuB  ダイクロイックミラー
HuG  ダイクロイックミラー
HuR  ミラー
If   インターフェイス部
Io   出力電流
Ix   出力電流検出手段
J1a  駆動回路制御信号
J1b  駆動回路制御信号
J2a  駆動回路制御信号
J2b  駆動回路制御信号
Lx   チョークコイル
Mc   統合制御回路
MjA  ミラー
MjB  偏光ビームスプリッタ
P1a  駆動回路
P1b  駆動回路
P2a  駆動回路
P2b  駆動回路
PcB  偏光整列機能素子
Pmi  入射端
PmiA 入射端
PmiB 入射端
Pmo  射出端
PmoA 射出端
PmoB 射出端
Qx   スイッチ素子
R    赤色
Se   色相相関データ
Sf   映像信号
Sg   ゲート駆動信号
Sg1B 光検出信号
Sg1G 光検出信号
Sg1R 光検出信号
SgX  光検出信号
SgY  光検出信号
SgZ  光検出信号
Sh1B 第1光量測定データ
Sh1G 第1光量測定データ
Sh1R 第1光量測定データ
Sh2B 第2光量測定データ
Sh2G 第2光量測定データ
Sh2R 第2光量測定データ
ShB  帯域光特性取得データ
ShB’ 光量データ
ShG  帯域光特性取得データ
ShG’ 光量データ
ShR  帯域光特性取得データ
ShR’ 光量データ
Si   出力電流信号
SjA  光源
SjB  光源
Sv   出力電圧信号
Sxy  データ
T10  ノード
T11  ノード
T20  ノード
T21  ノード
Tj   スクリーン
U1   要素光源
U2   要素光源
Uv   DC電源
Vo   出力電圧
Vx   出力電圧検出手段
W    白色
Y1a  発光素子
Y1b  発光素子
Y2a  発光素子
Y2b  発光素子
ZiB  入射光軸
                                                                                

Claims (6)

  1.  狭い波長帯域で発光する発光素子(Y1a,Y1b,…)と前記発光素子(Y1a,Y1b,…)を駆動する駆動回路(P1a,P1b,…)を具備するユニットを1個の要素光源(U1,U2,…)として、該要素光源(U1,U2,…)の複数個と、前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)を制御する統合制御回路(Mc)と、を有し、前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)からの放射光を集めた出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を外部に放射する光源装置であって、
     前記発光素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,Y2b,…)は、発光波長が複数種類の異なる波長帯域に属するものを含んでおり、
     さらに前記光源装置は、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の総合的な出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の光量に相関する量の光を受光して前記した波長帯域のそれぞれ毎に光の強度に相関する発光強度指示値を取得するための帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を生成する帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)と、外部よりデータを取得するためのインターフェイス部(If)とを有しており、
     前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)が生成する帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を少なくとも間欠的に取得して前記発光強度指示値を生成するとともに、前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)の総合的な光の色に相関する色相指示値を生成し、前記色相指示値とその目標値の差異が小さくなるよう、前記した波長帯域のそれぞれについての前記発光強度指示値の変化量を決定して前記駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,P2b,…)をフィードバック制御するものであって、
     さらに前記統合制御回路(Mc)は、光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に対する、前記色相指示値に相関する色相相関データ(Se)を、前記インターフェイス部(If)を介して取得する、外部データ取得モードを実行することができ、前記統合制御回路(Mc)は、前記した外部データ取得モードの終了後に、前記色相相関データ(Se)を用いて、前記色相指示値の目標値を更新することを特徴とする光源装置。
  2.  前記した外部データ取得モードを実行して得た前記色相相関データ(Se)から算出した、光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に対する前記色相指示値によって、各波長帯域に対する光源装置を利用する外部装置の光利用効率のバランスを推定した上で、光源装置を利用する外部装置に前記出力光束(Fo,Fo1,Fo2,…)を適用した結果に関する前記色相指示値が所望の前記色相指示値に近づくよう、光源装置の色相指示値の目標値を設定することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
  3.  前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)は、前記した光の強度に相関する発光強度指示値に加え、前記した波長帯域のそれぞれ毎に基準波長からの偏差に相関する波長偏差指示値を取得するための前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を生成するよう構成されており、前記統合制御回路(Mc)は、前記帯域光特性取得データ(ShR,ShG,ShB)を前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)から取得して、前記発光強度指示値に加え、前記波長偏差指示値を生成し、さらに前記統合制御回路(Mc)は、前記色相指示値の生成に際しては、色度の計算に必要な等色関数それぞれについて、前記した波長帯域のそれぞれ毎に、基準波長における関数値と波長の変化に対する関数の変化率とからなる局所帯域等色関数情報を保有しており、前記した波長帯域のそれぞれについての前記波長偏差指示値と前記局所帯域等色関数情報とを用いて、色度座標に相関する量によって前記色相指示値を算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源装置。
  4.  前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)における、光の強度に相関する発光強度指示値を取得するための、前記した波長帯域のそれぞれ毎の光量検出器の分光感度特性に関して、前記した波長帯域のそれぞれで定めた基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率が、XYZ表色系の3個の等色関数それぞれの基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率と一致していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源装置。
  5.  前記帯域光特性取得手段(AiR,AiG,AiB)における、光の強度に相関する発光強度指示値を取得するための、前記した波長帯域のそれぞれ毎の光量検出器の分光感度特性に関して、前記した波長帯域のそれぞれで定めた基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率が、XYZ表色系の3個の等色関数それぞれの基準波長での感度値および波長の変化に対する感度の変化率と一致していることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。
  6.  請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光源装置を利用して画像を投影表示することを特徴とするプロジェクタ。
                                                                                    
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