JP2008186888A - 光源装置、画像表示装置、プロジェクタ、モニタ装置及び光源装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したレーザ光の出力を得ることができ、波長変換素子の変換効率を向上させることが可能な光源装置、画像表示装置、プロジェクタ及びモニタ装置を提供する。
【解決手段】パルス発光開始より後、波長変換素子の温度が安定し始める時点より前（図３中Ｔ_１〜Ｔ_２）から温度検出を開始することで、波長変換素子及びサーミスタの熱容量の関係を考慮した上で、波長変換素子の位相整合温度と検出時の実際の温度との誤差を防ぎ、確実に波長変換素子の波長吸収分を加味した位相整合温度を検出することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置、画像表示装置、プロジェクタ、モニタ装置及び光源装置の駆動方法に関するものである。

近年、コヒーレント光源は、画像表示装置、光通信分野、医療分野や顕微鏡などの計測分野においても欠かせないものとなっている。そして、コヒーレント光の波長もその目的によって様々な波長が使用される。ところが、レーザ光源を用いる場合、例えば青色光のような波長の短い光を十分な光量で直接発光することができない。そこで、基本波を第２高調波に変換するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第２高調波発生）素子等の波長変換素子に透過させることで、赤外光を青色光に変換している。このように、波長変換により光の波長を変換することで、レーザ光源の使用波長の拡大を図ることができる。

ところで、波長変換素子は温度依存性が高く、効率的な波長変換を行うためには、一定の温度に制御する必要が生じる。そこで、例えば特許文献１に示すように、ＳＨＧ素子の高調波の出力を検出し、この高調波の出力が一定になるようにＳＨＧ素子に電圧印加または温度制御することによって、レーザ光源の位相整合条件を最適とし、出力強度や素子構造に依存することなく安定した第２高調波出力を取れるようにするものが提案されている。
特開平４−１０９２２６号公報

しかしながら、上記従来のレーザ光源にあっては、以下の課題が残されている。例えば、ＳＨＧ素子の温度制御は、高調波の出力に対応して行っているが、ＳＨＧ素子の熱容量の関係で、供給された熱量に応じた温度（想定温度）に到達するまでにある程度の時間を必要とする。つまり、位相整合条件の最適な想定温度と検出時における実際の温度との間に誤差が生じてしまうため、安定したレーザ光の出力を得ることができないという問題が生じる。また、温度制御を高速化、高精度化できず、波長変換素子の変換効率の向上を高く望めないという問題が生じる。

そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、安定したレーザ光の出力を得ることができ、波長変換素子の変換効率を向上させることが可能な光源装置、画像表示装置、プロジェクタ、モニタ装置及び光源装置の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意努力検討した結果、位相整合条件の最適な想定温度と検出時における実際の温度との間に誤差が生じる原因が、発光素子をパルス駆動する場合、波長変換素子は赤外光や可視光を吸収するため、発光素子の発光期間は光の吸収により波長変換素子の温度が上がり、発光素子の非発光期間は温度が下がる点にあることを見出した。
よって、本発明は以下の手段を提供する。

本発明の光源装置は、レーザ光を射出する発光素子と、該発光素子から射出されたレーザ光のうち、一部の波長の光を所定の波長の光に変換し、前記所定の波長に変換された光を射出する波長変換素子と、該波長変換素子の温度を検出する温度検出部と、前記波長変換素子の温度を調整する温度調整部と、前記発光素子をパルス駆動制御するとともに、前記温度検出部により検出された温度に応じて波長変換素子の温度が所定の温度になるように前記温度調整部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記発光素子に向けて出力するパルス駆動信号に同期した温度検出信号を前記温度検出部に出力し、この温度検出部により検出した温度に応じて前記温度調整部を制御することを特徴とする。

本発明に係る光源装置では、パルス駆動制御されたレーザ光が、波長変換素子を透過する際、波長変換素子の温度は、波長変換素子に入射するレーザ光の出力により変化する。そこで、発光素子から射出されるレーザ光の出力に同期して、波長変換素子の温度を検出することで、レーザ光が波長変換素子を透過する際、位相整合に最適な温度（以下、位相整合温度という。）を検出し、波長変換素子の温度が位相整合温度になるように波長変換素子の温度を一定に制御することができる。すなわち、波長変換素子の温度変化が激しい、パルス駆動制御されたレーザ光に対しても、波長変換素子の温度を、波長吸収分を加味した位相整合温度に精度良く制御することで、安定したレーザ光の出力を得ることができ、波長変換素子の変換効率を向上させることが可能となる。

また、本発明の光源装置は、前記温度検出部は、前記発光素子の発光期間から非発光期間へと切り替わる時点から所定期間だけ前に温度検出を開始することを特徴とする。

本発明に係る光源装置では、発光素子の発光期間から非発光期間へと切り替わる時点から所定期間だけ前に温度検出を開始することで、温度検出部の応答に必要な時間を確保しつつ、レーザ発光時に確実に温度検出を行うことができる。したがって、波長変換素子１２の位相整合温度と検出時の実際の温度との誤差を防ぎ、確実に波長変換素子の位相整合温度を検出することができる。

また、本発明の画像表示装置は、上記光源装置と、該光源装置から射出された光を走査し画像を形成する走査装置とを備えることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、光源装置より射出される光は、上述したように、波長変換素子の光の変換効率が高いため、この光源装置を画像表示装置に備えることにより、走査型の画像表示装置においても明るい画像を表示することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、上記光源装置と、該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置とを備えることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、光源装置より射出された光は光変調装置に入射される。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、波長変換素子の光の変換効率が高いため、この光源装置を画像表示装置に備えることにより、明るい画像を表示することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記制御部は、前記発光素子に向けて１フレーム間に複数のパルス駆動信号を出力するとともに、前記温度検出部に向けて前記複数のパルス駆動信号により発光されるレーザ光の最初の発光期間で温度検出を行う温度検出信号を出力することを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、１フレーム間の複数のパルス発光のうち、最初の発光期間で波長変換素子の温度を検出し、この検出した温度に基づいて、２つ目以降のパルス発光期間に、波長変換素子を速やかに位相整合温度に制御することができる。

また、本発明の画像表示装置は、前記制御部は、前記発光素子に向けて１フレーム間に複数のパルス駆動信号を出力するとともに、前記温度検出部に向けて前記複数のパルス駆動信号により発光されるレーザ光の最後の発光期間で温度検出を行う温度検出信号を出力することを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、１フレーム間の複数のパルス発光のうち、最後の発光期間で波長変換素子の温度を検出するため、波長変換素子のより安定した温度を検出することができる。

また、本発明の画像表示装置は、前記光源装置が異なる波長域の光を時間順次に射出可能であることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、光源装置が異なる波長域の光を時間順次（時分割）に射出する構成（いわゆる色順次方式、カラーシーケンシャル方式などと呼ばれる方式）であるため、１個の光変調装置を用いるだけでカラーフィルターを備えることなく、カラー表示が可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記温度検出部は、所定の波長域の光を発光する前記発光素子の照射期間と照射休止期間の双方で温度を検出することを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、発光素子の照射期間と照射休止期間の双方の温度を検出することで、発光時における波長変換素子の波長吸収による温度変化を検出することができるため、パルスの強度を変更した場合においても波長吸収分による温度変化を推測し、速やかに波長変換素子を位相整合温度に調整することができる。

また、本発明の画像表示装置は、前記温度検出部は、前記発光素子の照射休止期間に温度を検出することを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、発光素子の照射休止期間に波長変換素子の温度を検出することで、発光素子の照射休止期間における波長変換素子の実際の温度を検出することができる。そのため、この検出した温度に基づいて、発光時における波長変換素子の位相整合温度に制御することができる。

また、本発明のプロジェクタは、上記画像表示装置と、該画像表示装置により形成された画像を投射する投射装置を備えることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、光源装置より射出される光は、上述したように、波長変換素子の光の変換効率が高いため、明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像手段により被写体を鮮明に撮像することが可能となる。

また、本発明のモニタ装置は、上記の光源装置と、該光源装置から射出された光により被写体を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係るモニタ装置では、光源装置より射出された光は被写体を照射し、撮像手段により被写体を撮像する。このとき、光源装置より射出される光は、上述したように、波長変換素子の光の変換効率が高いため、明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像手段により被写体を鮮明に撮像することが可能となる。

また、本発明の光源装置の駆動方法は、レーザ光を射出する発光素子と、該発光素子から射出されたレーザ光のうち、一部の波長の光を所定の波長の光に変換し、前記所定の波長に変換された光を射出する波長変換素子と、該波長変換素子の温度を検出する温度検出部と、前記波長変換素子の温度を調整する温度調整部と、前記発光素子をパルス駆動制御するとともに、前記温度検出部により検出された温度に応じて波長変換素子の温度が所定の温度になるように前記加熱部を制御する制御部とを備えた光源装置を用い、前記制御部は、前記発光素子に向けて出力するパルス駆動信号に同期した温度検出信号を前記温度検出部に出力し、この温度検出部により検出した温度に応じて前記温度調整部を制御することを特徴とする。

本発明に係る光源装置の駆動方法では、発光素子から射出されるレーザ光の出力に同期して、波長変換素子の温度を検出することで、レーザ光が波長変換素子を透過する際の位相整合温度を検出し、波長変換素子の温度が位相整合温度になるように波長変換素子の温度を一定に制御することができる。すなわち、波長変換素子の温度変化が激しい、パルス駆動制御されたレーザ光に対しても、精度良く波長変換素子の温度を位相整合温度に制御することで、安定したレーザ光の出力を得ることができ、波長変換素子の変換効率を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る光源装置、画像表示装置、プロジェクタ及びモニタ装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
（光源装置）
本発明の第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、光源装置の概略構成図である。
図１に示すように、本発明に係る光源装置１０は、赤外光を射出する半導体レーザチップ（発光素子）１１と、半導体レーザチップ１１から射出された光の波長を変換する波長変換素子１２と、波長変換素子１２より変換された光を透過し、変換されなかった波長の光を選択して反射させる波長選択素子１３とを備えている。

半導体レーザチップ１１には、当該半導体レーザチップ１１から射出されるレーザ光をパルス発光させるレーザ駆動部（ドライバー）１４が設けられている。レーザ光をパルス発光することにより、高い変換効率を得ることができる。波長変換素子１２の一方の面１２ａには、一面に接触した熱拡散板１５が設けられている。この熱拡散板１５の波長変換素子１２が接触する面１５ａの反対の面１５ｂには、ヒータ（温度調整部）１８が設けられている。熱拡散板１５は、ヒータ１８の熱を波長変換素子１２全体に広げ、波長変換素子１２のレーザ光が進行する方向の温度を均一にするものである。すなわち、ヒータ１８において発生した熱により、熱拡散板１５を介して波長変換素子１２全体を加熱することが可能となっている。なお、温度調整部としては、波長変換素子１２を加熱冷却可能なぺルチェ素子等から構成してもよい。

また、波長変換素子１２の他方の面１２ｂには、サーミスタ（温度検出部）Ｔｈが設けられている。このサーミスタＴｈは、波長変換素子１２の温度を検出するためのものであり、本実施形態では、温度検出部として温度に応じて抵抗値が変化する接触型のサーミスタを用いる。なお、波長変換素子１２に熱容量の異なるサーミスタを複数設ける構成としてもよい。

また、レーザ駆動部１４及びサーミスタＴｈ、ヒータ１８には、制御部２０が接続されている。この制御部２０は、レーザ駆動部１４の発光タイミング及びサーミスタＴｈの温度検出タイミング、ヒータ１８の加熱タイミングを各々同期させて制御するものである。

波長選択素子１３は、波長変換素子１２から射出された所定の選択波長のレーザ光（図１に示す破線）Ｗ１を選択して半導体レーザチップ１１に向かって反射させることによって半導体レーザチップ１１の外部共振器ミラーとして機能するとともに、変換されたレーザ光（図１に示す二点鎖線）Ｗ２を透過させるものである。波長選択素子１３としては、体積型ホログラムのような光学素子を用いることができる。

半導体レーザチップ１１から射出された基本波の光（図１に示す実線）Ｗ３は、半導体レーザチップ１１と波長選択素子１３との間で反射を繰り返し、増幅された後、レーザ光Ｗ２として、波長選択素子１３から射出されるようになっている。波長選択素子１３は様々な波長の光を透過させるが、そのうち、所定の波長の光だけが増幅されている。増幅された光の強度は、他の波長の光の強度と比較して著しく高い。よって、波長選択素子１３を透過した光Ｗ２は、ほぼ単一波長の光とみなすことができる。この光Ｗ２の波長は、波長選択素子１３の選択波長、つまり波長選択素子１３が反射する光Ｗ１の波長とほぼ同一である。波長選択素子１３は、所定の選択波長の光の一部（９８〜９９％程度）を反射するので、その残り（１〜２％程度）の光が出力光として利用されることになる。

また、波長選択素子１３は、波長変換素子１２によって所定の波長に変換されなかったレーザ光Ｗ１のみを選択して半導体レーザチップ１１に向かって反射させ、それ以外のレーザ光を透過させるものである。なお、図１に示す一点鎖線は半導体レーザチップ１１から射出されたレーザ光の中心軸Ｏである。

ここで、図２に半導体レーザチップ１１から射出させるレーザ光の光出力と波長変換素子１２の温度との関係を示す。なお、図２において、横軸に時間を示し、縦軸は、主軸に光出力（図２中実線）、第２軸に波長変換素子（図２中破線）の温度を示す。
図２に示すように、半導体レーザチップ１１からパルス発光されたレーザ光が、波長変換素子１２を透過する際、波長変換素子１２内におけるレーザ光の波長吸収により、波長変換素子１２の温度変化が生じる。

具体的には、図２のＡ状態のように、レーザ光が波長変換素子１２に入射するとレーザ光の波長を吸収することにより、波長変換素子１２の温度が上昇していく。そして、Ｂ状態のように、レーザ光入射後、暫くすると波長変換素子１２の温度は安定する。これは、波長変換素子１２の熱容量によって、レーザ光の入射と波長変換素子１２の温度変化との間に時間差が生まれるものである。そして、Ｃ状態のように、レーザ光の停止後、温度が低下していき、次のパルスによってレーザ光が再び波長変換素子１２に入射すると、温度が上昇していくことが分かる。つまり、波長変換素子１２の温度変化は、波長変換素子１２に入射するレーザ光のパルス発光に対応して温度変化のサイクルを繰り返すことが分かる。

次に、図３に基づいて、制御部２０の制御について説明する。図３は、半導体レーザチップ１１からパルス発光されるレーザ光と波長変換素子１２の温度検出とのタイミングチャートである。
まず、制御部２０がレーザ駆動部１４に出力信号を送る。具体的には、レーザ駆動部１４に矩形パルスの駆動信号を送る。そして、駆動信号を受けたレーザ駆動部１４は、駆動信号に基づくパルス状の電流を半導体レーザチップ１１に出力し、それに応じて、図３に示すように、Ｔ_１〜Ｔ_３（図２中Ａ〜Ｂに相当）間で半導体レーザチップ１１からレーザ光がパルス発光される。

続いて、制御部２０がレーザ駆動部１４の駆動信号に同期した温度検出信号をサーミスタＴｈに出力し、この温度検出信号に従ってサーミスタＴｈが波長変換素子１２の温度を検出する。温度検出のタイミングは、半導体レーザチップ１１の発光期間から非発光期間へと切り替わる時点（図３中Ｔ_３）からサーミスタＴｈの応答に必要な時間（所定期間）だけ前から温度検出を開始する。具体的には、前述したように、レーザ光の入射と波長変換素子１２の温度変化との間には時間差があるため、サーミスタＴｈの熱容量による応答性を考慮して、パルス発光開始（図３中Ｔ_１）より後、波長変換素子１２の温度が安定し始める時点（図３中Ｔ_２）より前でサーミスタＴｈに温度検出開始の信号を送る。

そして、レーザ光の発光停止までにサーミスタＴｈが安定するように余裕を持って検出を開始し、レーザ光の発光停止と同時に終了する（図３中Ｔ_３間）。このように、波長変換素子１２及びサーミスタＴｈの熱容量の条件を充分に満たし、レーザ光の発光期間で温度検出を行う。この時の波長変換素子１２の温度が、波長変換素子１２の位相整合温度、つまり波長変換素子１２の変換効率が良好な温度である。

そして、サーミスタＴｈにより検出された温度に応じてヒータ１８を制御する。具体的には、制御部２０は、サーミスタＴｈの温度検出により得られた位相整合温度に基づいて、次のパルス発光期間にフィードバックを行い、レーザ光が波長変換素子１２に入射する際の温度が、波長変換素子１２における波長吸収を加味した位相整合温度領域内で安定するようにヒータ１８を制御する。そして、パルス発光期間毎にこのサイクルを繰り返す。これにより、レーザ光の変換効率を向上させることができる。なお、本実施形態においては、レーザ光を全てパルスとして発光しているが、全てをパルスとして発光する必要はなく、また、パルス発光期間毎に温度検出を行っているが、位相整合温度が確定すれば、パルス発光期間毎に検出する必要はない。

本実施形態に係る光源装置１０は、レーザ駆動部１４及びサーミスタＴｈ、ヒータ１８に接続されるとともに、レーザ駆動部１４及びサーミスタＴｈ、ヒータ１８を各々同期させて制御する制御部２０を備える構成とした。この構成によれば、パルス発光されたレーザ光が、波長変換素子１２を透過する際、波長変換素子１２の温度は、波長変換素子１２に入射するレーザ光の出力により変化する。そこで、半導体レーザチップ１１から射出されるレーザ光の出力に同期して、波長変換素子１２の温度を検出することで、波長変換素子１２の位相整合温度を確実に検出し、波長変換素子１２の温度が位相整合温度になるように波長変換素子１２の温度を制御することができる。すなわち、波長変換素子１２の温度変化が激しいパルス発光されるレーザ光に対しても、波長変換素子１２の温度を、波長吸収分を加味した位相整合温度に精度良く制御することで、安定したレーザ光の出力を得ることができ、波長変換素子１２の変換効率を向上させることが可能となる。

また、温度検出タイミングをサーミスタＴｈの熱容量の関係を考慮した上で、パルス発光開始より後、波長変換素子１２の温度が安定し始める時点より前（図３中Ｔ_１〜Ｔ_２）から温度検出を開始することで、波長変換素子１２の応答に必要な時間を確保しつつレーザ発光時に確実に温度検出を行うことができる。したがって、波長変換素子１２の位相整合温度と検出時の実際の温度との誤差を防ぎ、確実に波長変換素子１２の位相整合温度を検出することができる。

さらに、図４に示すように、温度検出のタイミングは、サーミスタＴｈの応答に必要な時間だけ前として、波長変換素子１２の温度が最も安定し始めた時点（図４中Ｔ_２）から開始し、波長変換素子１２の温度が最も安定している期間（図４中Ｔ_２〜Ｔ_３及び図２中Ｂに相当）で検出することも可能である。これにより、上述の効果を奏することに加え、波長変換素子１２及びサーミスタＴｈの熱容量の関係を考慮した上で、温度検出時間を短縮することができるため、温度検出以外の時間で制御部２０を有効に利用することができる。

（プロジェクタ）
次に、図５に基づいて、光源装置１０を備える液晶プロジェクタについて説明する。図４は、本実施形態のプロジェクタ（画像表示装置）の概略構成図である。なお、図４中においては、簡略化のためプロジェクタ１００を構成する筐体は省略している。

プロジェクタ１００において、赤色光、緑色光、青色光を射出する赤色レーザ光源（光源装置）１０Ｒ，緑色レーザ光源（光源装置）１０Ｇ、青色レーザ光源（光源装置）１０Ｂとしては、上述した光源装置１０を用いる。

また、プロジェクタ１００は、レーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出されたレーザ光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブ（光変調装置）１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂと、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂから射出された光を合成して投写レンズ１０７に導くクロスダイクロイックプリズム１０６と、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン１１０に投射する投射レンズ（投射装置）１０７とを備えている。

さらに、プロジェクタ１００は、レーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出されたレーザ光の照度分布を均一化させるため、各レーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂよりも光路下流側に、均一化光学系１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを照明している。例えば、均一化光学系１０２Ｒ，１０２Ｇ、１０２Ｂは、例えば、ホログラム１０２ａ及びフィールドレンズ１０２ｂによって構成される。

各液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ１０７によりスクリーン１１０上に投写され、拡大された画像が表示される。

上述のプロジェクタ１００によれば、レーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂより射出されたレーザ光は、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂに入射される。そして、液晶ライトバルブ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂにより形成された画像が、投射レンズ１０７によって投射される。このとき、レーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂより射出されるレーザ光は、上述したように、波長変換素子１２の光の変換効率が高いため、このレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをプロジェクタ１００に備えることにより、明るい画像を表示することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、図６に基づいて、本発明に係る第２実施形態について、主として図１，２を援用して説明する。
本実施形態では、本発明に係る光源装置１０を備える色順次方式のプロジェクタの構成例について説明する。
本実施形態のプロジェクタ１は、光変調装置にＤＭＤ（反射型光変調装置）を用いたディジタル・ライト・プロセッシング（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，以下、ＤＬＰと略記する、テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）方式のプロジェクタである。また、プロジェクタ１において、赤色光、緑色光、青色光を射出する赤色レーザ光源（光源装置）１０Ｒ，緑色レーザ光源（光源装置）１０Ｇ、青色レーザ光源（光源装置）１０Ｂとしては、上記第１実施形態の光源装置１０を用いる。

図６は本実施形態のプロジェクタの概略構成図である。図７はレーザ光源のパルス波形を示すタイミングチャートである。なお、図６中においては、簡略化のためプロジェクタ１を構成する筐体は省略している。
図６に示すように、本実施形態のプロジェクタ１は、照明装置２と、ＤＭＤ３と、投写レンズ４とを備えている。照明装置２は、ＤＭＤ３を照明する光を射出するものである。ＤＭＤ３は、照明装置２から入射される光を反射する際に入射光の光路を偏向することで入射光の変調を行うものである。投写レンズ４は、ＤＭＤ３によって変調されたレーザ光をスクリーン４０上に投写するためのレンズである。

照明装置２は、光源部８と、光ファイバ３９と、ロッドインテグレータ３０と、拡大レンズ３１とを備えている。光源部８は、各々が異なる波長域の光、すなわち異なる色の光を射出する複数のレーザ光源（光源装置）１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを有している。本実施形態の場合、複数のレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）をそれぞれ射出するものである。上記の各色光の波長域は、例えばＲ光が５８０〜７８０ｎｍ、Ｇ光が４８０〜５８０ｎｍ、Ｂ光が３８０〜４８０ｎｍである。ただし、この波長域の区分はほんの一例であり、これに限定されるものではない。

光源部８において、複数のレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂはまとめて配置されており、これら複数のレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを冷却するための冷却装置３３が複数のレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに近接して配置されている。冷却装置３３は、例えば水冷型、空冷型等、冷却の方式を問わず、各種のものを用いることができる。

複数のレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出される色光を合成する光合波器３４が設けられ、光合波器３４により複数の色光が合成される。光合波器３４にはスペックルキャンセラー（図示せず）が内蔵されており、スペックルキャンセラーによって可干渉性の高いレーザ光同士を合成する際のスペックルの発生が抑えられる。

光合波器３４の出力端には光ファイバ３９の一端が接続されており、光ファイバ３９の他端にはロッドインテグレータ３０が接続されている。ロッドインテグレータ３０の光射出側には拡大レンズ３１が配置されている。以上の構成により、複数のレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出される色光が光合波器３４で合成された後、１本の光ファイバ３９によってロッドインテグレータ３０に入射される。そして、各色光は、ロッドインテグレータ３０によって照度が均一化されると同時に、ＤＭＤ３の光入射面の形状に合致するように矩形変換された後、拡大レンズ３１によってＤＭＤ３の光入射面に伝達される。

ＤＭＤ３は、各画素に対応する位置にマイクロミラー３６を備えた反射型光変調素子であり、静電力等によりマイクロミラー３６を駆動して反射角度を変更することによって射出光（反射光）の輝度を変調する。ＤＭＤ３では、マイクロミラー３６の下方に信号線、駆動トランジスタ等の遮光部位が作り込まれるので、開口率（単位画素領域において光利用が可能な領域の割合）が大きく、モアレも目立ちにくいという特徴を有している。

ＤＭＤ３は、画素を構成するマイクロミラー３６が変調信号に応じて個別に変位して光の反射方向を制御する。言い換えると、ＤＭＤ３は、投写レンズ４へ光が入射される状態（以下、ＯＮ状態という）と入射されない状態（以下、ＯＦＦ状態という）とをスイッチングして各状態の時間を制御することによって入射光の輝度変調を行う。したがって、ＤＭＤ３はＯＮ状態、ＯＦＦ状態の２値の制御を行っており、装置外部から投写レンズ４を経て入射する光から見ると、全てのマイクロミラー３６がＯＮ状態にあるときの反射光の光路上に照明装置２が配置されている。

本実施形態における照明装置２は、３つのレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０ＢがそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光を時間順次に射出する構成となっている。すなわち、図７に示すように、１フレーム期間が３分割され、その各１／３フレーム（１サブフレーム）期間がＲ光、Ｇ光、Ｂ光の照射期間として順次射出される。さらに、その各照射期間内にＲ光、Ｇ光、Ｂ光が矩形パルス（例えば、４つずつの矩形パルス）で射出されている。この各色光が、光合波器３４、光ファイバ３９、ロッドインテグレータ３０、拡大レンズ３１を経てＤＭＤ３に照射される。よって、ＤＭＤ３側も１／３フレーム期間毎に各色光に対応する画像を生成すべく、駆動信号に基づいて各マイクロミラー１６が駆動される。このように、本実施形態のプロジェクタ１は、いわゆる色順次（カラーシーケンシャル）方式のプロジェクタである。

照明装置２からの光がＤＭＤ３上に照射される際には、ＤＭＤ３の各画素に対応するマイクロミラー３６が、画素毎にＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態となるように異なる方向を向く。ＯＮ状態にあるマイクロミラー３６ａで反射した光は投写レンズ４へ入射され、ＯＦＦ状態にあるマイクロミラー３６ｂで反射した光は投写レンズ４へ入射されないようになっている。すなわち、ＯＮ状態の画素が明状態、ＯＦＦ状態の画素が暗状態とすると、ＤＭＤ３は駆動信号に応じて画素毎に明状態、暗状態を制御することで１／３フレーム期間に各色光に対応した画像を生成する。そして、ＤＭＤ３上に生成された画像が投写レンズ４によってスクリーン４０上に投写される。ユーザは、網膜上での各色光毎の画像の積分効果によってフルカラーの画像を見ることができる。

次に、第２実施形態における、制御部２０の制御について説明する。図８は、発光パルスと温度検出のタイミングチャートを示す図である。なお、図８の発光パルスは、図７に示す各色のパルス発光のうち、任意の１色における１／３フレームの発光パルスを示している。
図８に示すように、照射期間内における１つ目のパルス発光時（図８中Ｔ_１〜Ｔ_３)に波長変換素子１２の温度を検出する。この検出方法は、上記第１実施形態の検出方法と同様に、波長変換素子１２及びサーミスタＴｈの熱容量による応答性を考慮して、半導体レーザチップ１１の発光期間から非発光期間へと切り替わる時点からサーミスタＴｈの応答に必要な時間だけ前に温度検出を行う（図８中Ｔ_２〜Ｔ_３）。

そして、この時検出した温度が波長変換素子１２の位相整合温度となりこの位相整合温度に基づいて、２つ目以降のパルス発光時にフィードバックを行い、波長変換素子１２の温度が位相整合温度領域内で安定するようにヒータ１８を制御する。これにより、波長吸収分を加味した波長変換素子１２の位相整合温度に、速やかに制御することができる。なお、温度検出のタイミングは、各照射期間の最後に発信されるパルス発光期間に行ってもよい。つまり、照射期間毎の最後に発信されるパルス発光期間には、波長変換素子１２の温度が安定しているため、この時に検出した温度に基づいて、次のフレームの照射期間で波長変換素子１２がこの温度となるようにフィードバックを行う。これにより、波長変換素子１２のより安定した温度に制御することができる。

本実施形態によれば、レーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが異なる波長域の光を時間順次に射出する色順次方式であるため、１個の光変調装置を用いるだけでカラーフィルターを備えることなく、カラー表示が可能となる。このとき、第１実施形態の光源装置１０と同様の効果を奏するとともに、波長変換素子１２の光の変換効率が高いため、このレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをプロジェクタ１に備えることにより、明るい画像を表示することが可能となる。なお、色順次方式としては、ＤＭＤ方式を用いたプロジェクタに限らず、反射型の液晶ライトバルブ、透過型の液晶ライトバルブ等のライトバルブを用いたプロジェクタでも色順次方式は可能である。

（第３実施形態）
次に、図９に基づいて、本発明の第３実施形態について、主として図１，２を援用して説明する。図９は、第３実施形態における、発光パルスと温度検出のタイミングチャートを示す図である。なお、図９の発光パルスは、図７に示す各色のパルス発光のうち、任意の１色における２フレーム期間を示している。
本実施形態は、第２実施形態と同様の色順次方式のプロジェクタであって、レーザ光源（光源装置）１０の制御部２０における温度制御を、波長変換素子１２の温度変化量に基づいて制御する点で相違している。なお、以下の説明においては、３つのレーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを区別する必要のない場合は、まとめてレーザ光源１０とするとともに、レーザ光源１０の構成については、上記第１，２実施形態と同様であるため説明を省略する。

図９に示すように、まず、照射期間内における１つ目のパルス発光期間（図８中Ｔ_１〜Ｔ_３)に、第１，２実施形態と同様の方法で半導体レーザチップ１１のパルス発光期間中で、波長変換素子１２の温度が安定した時の温度を検出する。この時検出した温度は波長変換素子１２の位相整合温度であり、レーザ光が波長変換素子１２に吸収された際の最大値とする。

ここで、色順次方式のプロジェクタは、１フレームが１／３フレーム毎の照射期間に分割され、各色が順次発光されるため、発光しているレーザ光源（例えば、レーザ光源１０Ｒ）以外の他の２色のレーザ光源（例えば、レーザ光源１０Ｇ，１０Ｂ）は照射休止状態にある。したがって、第１実施形態のプロジェクタ１００に比べ、各レーザ光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの非発光の期間が長く、波長変換素子１２の温度変化がより激しくなる。

そこで、レーザ光の照射休止期間にも波長変換素子１２の温度を検出する。具体的には、照射期間内の最後のパルス発光停止後、波長変換素子１２の温度が低下して安定した状態、つまり、パルス発光が停止してから、次の照射期間における１つ目のパルス（図１０中Ｔ_６）が射出される直前で温度を検出する（図１０中Ｔ_４〜Ｔ_５）。この時検出する波長変換素子１２の温度は、半導体レーザチップ１１の照射休止期間における波長変換素子１２の実際の温度であり、波長変換素子１２の温度の最小値とする。つまり、レーザ光の照射期間の最大値と照射休止期間の最小値とを検出することで、波長変換素子１２の温度の変化量を検出することができる。なお、照射休止期間における温度検出は、照射休止期間の温度検出を終了すると同時に、次の照射期間のパルスを発光するようにしてもよい（つまり、Ｔ_５＝Ｔ_６）。

そして、この変化量に基づいて、制御部２０からヒータ１８に信号を送り、レーザ光の入射時に確実に位相整合温度領域内になるように波長変換素子１２の温度制御を行う。これにより、照射休止期間が存在する色順次方式のプロジェクタにおいても、波長変換素子１２を安定して制御することができる。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、レーザ光の照射期間と照射休止期間との双方で波長変換素子１２の温度を検出することにより、波長変換素子１２におけるレーザ光の波長吸収による温度変化の変化量を検出することができる。そのため、照射休止期間が存在することで、温度変化が激しい色順次方式のプロジェクタ１においても、レーザ光が波長変換素子１２に入射する際、確実に位相整合温度領域内に制御することができる。さらに、パルス出力の強度を変更した場合や、様々な発光パターンの組み合わせ等においても、波長変換素子１２における波長吸収分による温度変化を推測し、速やかに波長変換素子１２を位相整合温度に調整して対応することができるため、レーザ光の変換効率を向上することができる。

（第４実施形態）
次に、図１０に基づいて、本発明の第４実施形態について、主として図１，２を援用して説明する。図１０は、第４実施形態における、発光パルスと温度検出のタイミングチャートを示す図である。なお、図１０の発光パルスは、図７に示す各色のパルス発光のうち、任意の１色における２フレーム間を示している。
本実施形態では、照射休止期間の温度検出のみを用いて波長変換素子１２の温度制御を行う点で第２、３実施形態と相違している。まず、第４実施形態と同様の方法により照射休止期間の波長変換素子１２の温度を検出する（図１０中Ｔ_４〜Ｔ_５）。そして、予め波長変換素子１２の吸収量に対応したＬＵＴ（ｌｏｏｋ ｕｐ ｔａｂｌｅ）を用い、照射休止期間に検出した温度とＬＵＴを対応させて、レーザ光の照射期間に最適な位相整合温度となるようにヒータ１８を制御する。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、波長変換素子１２の実際の温度にＬＵＴを対応させることで、レーザ光の照射期間の最適な位相整合温度に調整することができるため、波長変換素子１２におけるレーザ光の変換効率を向上させることができる。

また、第１〜第４実施形態の光源装置１０は、走査型の画像表示装置にも適用される。このような画像表示装置の例を図１１に示す。図１１に示した画像表示装置２００は、第１実施形態の光源装置１０と、光源装置１０から射出された光をスクリーン２１０に向かって走査するＭＥＭＳミラー（走査装置）２０２と、光源装置１０から射出された光をＭＥＭＳミラー２０２に集光させる集光レンズ２０３とを備えている。光源装置１０から射出された光は、ＭＥＭＳミラー２０２を動かすことによって、スクリーン２１０上を横方向、縦方向に走査するように導かれる。カラーの画像を表示する場合は、半導体レーザチップ１１を構成する複数のエミッタを、赤、緑、青のピーク波長を持つエミッタの組み合わせによって構成すれば良い。

（第５実施形態）
次に、図１２に基づいて本発明に係る第５実施形態について説明する。
本実施形態では、上記第１実施形態の光源装置１０を備えるモニタ装置３００の構成例について説明する。図１２は、モニタ装置の概略構成を示す図である。モニタ装置３００は、装置本体３１０と、光伝送部３２０とを備える。装置本体３１０は、上記第１実施形態の光源装置１０を備える。

光伝送部３２０は、光を送る側と受ける側の２本のライトガイド３２１，３２２を備える。各ライトガイド３２１，３２２は、多数本の光ファイバを束ねたもので、レーザ光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド３２１の入射側には光源装置１０が配設され、その出射側には拡散板３２３が配設されている。光源装置１０から出射したレーザ光は、ライトガイド３２１を伝って光伝送部３２０の先端に設けられた拡散板３２３に送られ、拡散板３２３により拡散されて被写体を照射する。

光伝送部３２０の先端には、結像レンズ３２４も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ３２４で受けることができる。その受けた反射光は、受け側のライトガイド３２２を伝って、装置本体３１０内に設けられた撮像手段としてのカメラ３１１に送られる。この結果、光源装置１０により出射したレーザ光により被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ３１１で撮像することができる。

以上のように構成されたモニタ装置３００によれば、高出力の光源装置１０により被写体を照射することができることから、カメラ３１１により得られる撮像画像の明るさを高めることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、パルス発光期間の温度検出のタイミングは、適宜変更してもよい。

本発明の実施形態に係る光源装置を示す正面図である。 図１の光源装置のレーザ光のパルス出力と波長変換素子の温度との関係を示すグラフである。 図１の光源装置のパルス発光と温度検出のタイミングチャートを示す図である。 図３の他の実施形態のタイミングチャートを示す図である。 本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。 プロジェクタのパルス発光の駆動波形を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態の光源装置の発光パルスと温度検出のタイミングチャートを示す図である。 本発明の第３実施形態の光源装置の発光パルスと温度検出のタイミングチャートを示す図である。 本発明の第４実施形態の光源装置の発光パルスと温度検出のタイミングチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係る画像表示装置を示す平面図である。 本発明の第５実施形態に係るモニタ装置を示す平面図である。

符号の説明

Ｔｈ…サーミスタ、１０…光源装置、１２…波長変換素子、１８…ヒータ（温度調整部）、２０…制御部、１，１００…プロジェクタ、１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調装置） １０７…投射レンズ（投射装置） ２０２…ＭＥＭＳミラー（走査装置） ３００…モニタ装置 ３１１…カメラ

Claims (12)

1. レーザ光を射出する発光素子と、
   該発光素子から射出されたレーザ光のうち、一部の波長の光を所定の波長の光に変換し、前記所定の波長に変換された光を射出する波長変換素子と、
   該波長変換素子の温度を検出する温度検出部と、
   前記波長変換素子の温度を調整する温度調整部と、
   前記発光素子をパルス駆動制御するとともに、前記温度検出部により検出された温度に応じて波長変換素子の温度が所定の温度になるように前記温度調整部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記発光素子に向けて出力するパルス駆動信号に同期した温度検出信号を前記温度検出部に出力し、この温度検出部により検出した温度に応じて前記温度調整部を制御することを特徴とする光源装置。
2. 前記温度検出部は、前記発光素子の発光期間から非発光期間へと切り替わる時点から所定期間だけ前に温度検出を開始することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 請求項１または請求項２記載の光源装置と、
   該光源装置から射出された光を走査し画像を形成する走査装置とを備えることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１または請求項２記載の光源装置と、
   該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置とを備えることを特徴とする画像表示装置。
5. 前記制御部は、前記発光素子に向けて１フレーム間に複数のパルス駆動信号を出力するとともに、前記温度検出部に向けて前記複数のパルス駆動信号により発光されるレーザ光の最初の発光期間で温度検出を行う温度検出信号を出力することを特徴とする請求項３または請求項４記載の画像表示装置。
6. 前記制御部は、前記発光素子に向けて１フレーム間に複数のパルス駆動信号を出力するとともに、前記温度検出部に向けて前記複数のパルス駆動信号により発光されるレーザ光の最後の発光期間で温度検出を行う温度検出信号を出力することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の画像表示装置。
7. 前記光源装置が異なる波長域の光を時間順次に射出可能であることを特徴とする請求項３ないし請求項６の何れか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記温度検出部は、所定の波長域の光を発光する前記発光素子の照射期間と照射休止期間の双方で温度を検出することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記温度検出部は、前記発光素子の照射休止期間に温度を検出することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
10. 請求項３ないし請求項９の何れか１項に記載の画像表示装置と、
    該画像表示装置により形成された画像を投射する投射装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。
11. 請求項１または請求項２記載の光源装置と、
    該光源装置から射出された光により被写体を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とするモニタ装置。
12. レーザ光を射出する発光素子と、
    該発光素子から射出されたレーザ光のうち、一部の波長の光を所定の波長の光に変換し、前記所定の波長に変換された光を射出する波長変換素子と、
    該波長変換素子の温度を検出する温度検出部と、
    前記波長変換素子の温度を調整する温度調整部と、
    前記発光素子をパルス駆動制御するとともに、前記温度検出部により検出された温度に応じて波長変換素子の温度が所定の温度になるように前記温度調整部を制御する制御部とを備えた光源装置を用い、
    前記制御部は、前記発光素子に向けて出力するパルス駆動信号に同期した温度検出信号を前記温度検出部に出力し、この温度検出部により検出した温度に応じて前記温度調整部を制御することを特徴とする光源装置の駆動方法。

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