JP6661388B2 - 光源装置およびこれを用いた投射型表示装置、及び、光源装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびこれを用いた投射型表示装置、及び、光源装置の制御方法に関する。

近年、ＬＤ（レーザーダイオード）からの青色光を励起光として、ＬＤからの青色光を黄色光（蛍光光）に変換する蛍光体を用いて、カラー画像を表示するプロジェクターが開発されている。

このようなＬＤと蛍光体を用いたプロジェクターは、従来の水銀ランプを光源とするプロジェクターと比較して、投射画像のカラーバランスが変化しやすい傾向にある。これは、蛍光体の温度が上昇することによって蛍光効率が低下する温度消光と呼ばれる現象が原因である。なお、蛍光効率とは、蛍光体がＬＤからの励起光である青色光を蛍光光である黄色光に変換する効率である。

例えば、プロジェクターを使用している最中に室内の暖房を起動したことで、蛍光体の温度が上昇すると、温度消光によって蛍光効率が低下し、投射画像のカラーバランスが変化してしまうおそれがある。

このような問題を解決可能な構成として、特許文献１及び特許文献２に記載された構成が知られている。

特許文献１では、蛍光体あるいは蛍光体が設けられている円形基板の温度を放射温度計で計測し、その計測結果に基づいて円形基板の回転速度を制御することで、蛍光体の温度を保つことができる技術が開示されている。

特許文献２では、ＬＤが蛍光体上を照射している領域の温度を直接計測せずに、蛍光体の温度を推定するとともに、推定した温度が所定の温度以上だった場合はＬＤを停止させることで、蛍光体を最適な状態に保つことができる技術が開示されている。

特開２０１０−２１７５６６号公報 特開２０１３−２５２４８号公報

前述の特許文献１及び特許文献２に開示されている技術を用いることで、蛍光体を最適な状態に保ち、プロジェクターを使用する環境が変化しても、カラーバランスの変化を抑制することができる。

ここで、前述の特許文献１及び特許文献２に開示されている構成においては、ＬＤが蛍光体を照射している領域の温度をなるべく精度良く計測するために、蛍光体付近に放射温度計を設けている。

しかしながら、前述の特許文献１及び特許文献２に開示されている構成で、より小型な光源装置を実現しようとすると、ＬＤからの光束を蛍光体へ導く集光光学系と放射温度計が干渉してしまい、光源装置の小型化が困難になるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、使用環境の変化による影響を抑制可能であって、より小型な光源装置およびこれを用いた投射型表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、光源からの光束の一部を前記光源からの光束と波長が異なる変換光に変換して射出するとともに、前記光源からの光束と波長が同じ非変換光を射出する波長変換素子と、前記波長変換素子から射出される前記非変換光の強度及び前記変換光の強度を取得する光強度取得手段と、前記光源装置内の環境温度を取得する温度取得手段と、前記光強度取得手段で取得される前記非変換光の強度及び前記変換光の強度とに基づいて、前記波長変換素子の温度を推定し、当該推定された温度と前記温度取得手段で取得された前記環境温度に応じて前記波長変換素子の冷却を制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、使用環境の変化による影響を抑制可能であって、より小型な光源装置およびこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す図 本発明の実施形態に係る光源装置の構成を示す図 本発明の実施形態に係る波長選択性ＰＢＳの特性を示す図 （ａ）本発明の実施形態に係る蛍光体ユニットの正面図、（ｂ）本発明の実施形態に係る蛍光体ユニットの斜視図 本発明の実施形態に係る蛍光体から得られる光のスペクトル分布を示す図 本発明の実施形態に係る蛍光体の温度と蛍光輝度比率の関係を示す図 （ａ）本発明の実施形態に係るＬＤの照射強度と蛍光輝度比率の関係を示す図、（ｂ）本発明の実施形態に係るＬＤの照射強度と蛍光光の強度の関係を示す図 第１実施例におけるＬＤの照射強度および蛍光体温度に対する蛍光輝度比率を示す図 第１実施例における各蛍光体温度（縦軸）から温度変化（横軸）したときに温度を補償して元の温度に戻すための蛍光体の回転速度を表す図 第１実施例における蛍光体温度の調整方法のフローチャートを示す図 第２実施例におけるＬＤの照射強度および蛍光体温度に対する蛍光輝度比率を示す図 第２実施例における各蛍光体温度（縦軸）から温度変化（横軸）したときに温度を補償して元の温度に戻すための蛍光体の回転速度を表す図 第３実施例におけるＬＤの照射強度および蛍光体温度に対する蛍光輝度比率を示す図 第３実施例における各蛍光体温度（縦軸）から温度変化（横軸）したときに温度を補償して元の温度に戻すための蛍光体の回転速度を表す図 第４実施例におけるＬＤの照射強度および蛍光体温度に対する蛍光輝度比率を示す図 第４実施例における各蛍光体温度（縦軸）から温度変化（横軸）したときに温度を補償して元の温度に戻すための蛍光体の回転速度を表す図 第５実施例におけるＬＤの放射強度と光源装置の出射輝度の関係を示す図

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状それらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の形状などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。

〔投射型表示装置の構成の説明〕
まず、図１を用いて、本発明の実施例で示す光源装置１００を搭載可能な投射型表示装置であるプロジェクターαの構成について説明する。

プロジェクターαは、光源装置１００と、照明光学系２００と、色分離合成系３００と、投射レンズ４００とを備え、スクリーン５００に画像を投射することが可能である。

光源装置１００は、後述の本発明の実施例で示す光源装置である。

照明光学系２００は、光源装置１００からの光束を後述の色分離合成系３００に導く。

光源装置１００から出射した光束は、第１フライアイレンズ４１によって分割され、第２フライアイレンズ４２を介して、偏光変換素子４３へ導かれる。偏光変換素子４３は、偏光方向の揃っていない光源装置１００からの光束をＳ偏光光に揃える。ここでＳ偏光光とは、紙面垂直方向に直線偏光している光束である。

偏光変換素子４３から出射した光束は、コンデンサレンズユニット４４（４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ）によって、後述の液晶パネル５８（５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ）を重畳的に照明するように、色分離合成系３００へ導かれる。なお、本発明の実施例においてコンデンサレンズユニット４４は、４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの３枚のコンデンサレンズを備える構成である。

以上のように、照明光学系２００は、第１フライアイレンズ４１〜コンデンサレンズユニット４４を備える。

色分離合成系３００は、光源装置１００からの光束を波長の異なる複数の光束に分割し、後述の液晶パネル５８（光変調素子）に導き、液晶パネル５８からの光束を合成する。

ダイクロイックミラー５０は、赤色光（Ｒ光）と青色光（Ｂ光）を反射し、緑色光（Ｇ光）を透過する特性を備える。ダイクロイックミラー５０で反射されたＲ光とＢ光は波長選択性位相板５４に入射する。波長選択性位相板５４は、Ｂ光には半波長分の位相差を与え、Ｒ光には位相差を与えない特性を備える。したがって、波長選択性位相板５４に入射したＢ光はＰ偏光光となり、Ｒ光はＳ偏光光となって、後述のＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）５３に入射する。なお、Ｐ偏光光とは、紙面水平方向に直線偏光している光束である。

ＰＢＳ５３は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射する特性を備えるため、Ｂ光はＰＢＳ５３を透過して液晶パネル５８Ｂに入射し、Ｒ光はＰＢＳ５３で反射され、液晶パネル５８Ｒに入射する。

一方、ダイクロイックミラー５０を透過したＧ光は、光路長を補正するためのダミーガラス５６を通過し、ＰＢＳ５１に入射する。ＰＢＳ５１は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射する特性を備えるため、Ｇ光はＰＢＳ５１によって反射され、液晶パネル５８Ｇに入射する。

以上が、光源装置１００からの光束が、液晶パネル５８に入射するまでの説明である。次に、液晶パネル５８から画像光が出射され、スクリーン５００に画像が投射されるまでを説明する。ここで画像光とは、スクリーン５００に投射されるべき画像を表示するための光束である。なお、液晶パネル５８とスクリーン５の光拡散面は、投射レンズ４００によって光学的に共役関係になるため、ビデオ信号に則った画像がスクリーン５００に表示される。

液晶パネル５８に入射した光束は、液晶パネル５８に配列された画素の変調状態に応じて、所望の偏光方向の光束になるように、位相差を付与される。位相差が付与された光束のうち、照明光学系２００からの光束と同じ偏光方向の成分は、光源装置１００側に戻り、画像光から除外される。一方、照明光学系２００からの光束と９０度偏光方向が異なる成分は、合成プリズム５２に導かれる。

Ｒ光用の液晶パネル５８Ｒによって、照明光学系２００からのＲ光がＳ偏光光からＰ偏光光に変換された場合、Ｐ偏光光のＲ光はＰＢＳ５３を透過し、波長選択性位相板５５に入射する。なお、波長選択性位相板５５は、Ｂ光には位相差を与えず、Ｒ光に対しては半波長分の位相差を与える特性を備える。このため、波長選択性位相板５５を透過したＲ光はＳ偏光光として、合成プリズム５２に入射する。

Ｂ光用の液晶パネル５８Ｂによって、照明光学系２００からのＢ光がＰ偏光光からＳ偏光光に変換された場合、Ｓ偏光光はＰＢＳ５３によって反射され、波長選択性位相板５５を透過する。波長選択性位相板５５はＢ光に対しては位相差を与えないため、Ｓ偏光光のＢ光が合成プリズム５２に入射する。

Ｇ光用の液晶パネル５８Ｇによって、照明光学系２００からのＧ光がＳ偏光光からＰ偏光光に変換された場合、Ｐ偏光光はＰＢＳ５１を透過し、光路長を補正するためのダミーガラス５７に入射する。ダミーガラス５７を透過したＧ光は合成プリズム５２に入射する。

合成プリズム５２はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する特性を備えるため、上述の変調を行った場合、Ｇ光は合成プリズム５２を透過し、Ｂ光及びＲ光は合成プリズム５２によって反射され、投射レンズ４００に導かれる。その結果、投射レンズ４００を介して、スクリーン５００にカラー画像を投射することができる。

以上のように、色分離合成系３００は、ダイクロイックミラー５０〜ダミーガラス５７を備える。

なお、第２フォトセンサー（第３の強度取得手段）６０と、比率取得部（比率取得手段）６１の機能は、後述の通りである。

〔第１実施例〕
次に、光源装置１００の構成について図２を用いて説明する。

図２においては、１０はＬＤ（光源）、１１はコリメータレンズ、１２は波長選択性ＰＢＳ、２０はコンデンサレンズユニット、３０は蛍光体ユニット（波長変換素子）である。さらに、３１は冷却ファン（冷却手段）、３２は温度センサー（温度取得手段）、３３は第１フォトセンサー（第１の強度取得手段）である。そして、３４は制御部（制御手段）、３５はメモリ部（記憶手段）である。

ＬＤ１０は波長が４４８ｎｍのＢ光を発し、ＬＤ１０からの光束はコリメータレンズ１１によって平行光となり、波長選択性ＰＢＳ１２へ導かれる。なお、ＬＤ１０からの光束はＰ偏光光である。

波長選択性ＰＢＳ１２は、ＬＤ１０からの光束と同じ波長帯域の光に対しては、その偏光方向に応じて透過と反射を選択する。一方で、蛍光体ユニット３０からの光束と同じ波長帯域の光に対しては、その偏光方向に依らずに反射する。

具体的な波長選択性ＰＢＳ１２の特性を図３に示す。図３に示す通り、波長選択性ＰＢＳ１２は、ＬＤ１０からの光束の波長帯域においてはＰ偏光光を透過させてＳ偏光光を反射させる。一方で、波長が５００〜７００ｎｍ程度のＧ光やＲ光の波長帯域においては、偏光方向に依らずに反射する。

波長選択性ＰＢＳ１２からの光束は、コンデンサレンズユニット２０を介して、蛍光体ユニット３０へ入射する。また、後述のようにコンデンサレンズユニット２０は、蛍光体ユニット３０からの拡散光を取り込み、波長選択性ＰＢＳ１２へ導く機能も有する。

なお、本実施例において、コンデンサレンズユニット２０は、コンデンサレンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを備えている。しかし、コンデンサレンズユニット２０を構成するレンズ枚数は蛍光体ユニット３０への集光および蛍光体ユニット３０からの光の取り込み効率の設定によって変わる。そのため、レンズ枚数は１枚や２枚であってもよいし、４枚以上であってもよい。

蛍光体ユニット３０の構成を図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。図４（ａ）は入射光の光軸方向から見た正面の図で、図４（ｂ）は光軸方向に対して斜め横から見た図であり、蛍光体ユニット３０は、金属基板である基板１、蛍光体２、モーター４、台座５を備えている。

基板１は円形であり、連結部３を介してモーター４と接続しているため、モーター４によって基板１は回転可能である。蛍光体２に強い光が照射されると蛍光体２の温度が上昇するが、蛍光体２および基板１を回転することで、蛍光体２の温度上昇を抑制することができる。このとき、モーター４による基板１の回転速度を大きくすると蛍光体２の温度上昇を抑制でき、逆に、回転速度を小さくすると温度が上がる傾向がある。これにより、モーター４の回転速度で蛍光体２の温度を制御することも可能である。

蛍光体２は不図示のバインダーを介して基板１上に塗布されており、蛍光体２上の集光位置６に、ＬＤ１０からの光束が集光するようにコンデンサレンズユニット２０が構成されている。

蛍光体２に入射したＬＤ１０からの光束の多くは、ＬＤ１０からの光束とは波長が異なる蛍光光に変換され、残りは波長が変換されず、非変換光となる。蛍光光及び非変換光は、蛍光体２内の蛍光物質や基板１によって拡散反射されて偏光方向が乱れた状態で、蛍光体ユニット３０からコンデンサレンズユニット２０へ導かれる。

つまり、蛍光体ユニット３０は、ＬＤ１０からの光束の一部をＬＤ１０からの光束と波長が異なる蛍光光（変換光）に変換するとともに、蛍光光と、ＬＤ１０からの光束と波長が同じ非変換光と、を射出する。

蛍光体ユニット３０からコンデンサレンズユニット２０へ入射した蛍光光及び非変換光は、コンデンサレンズユニット２０によって平行光となり、波長選択性ＰＢＳ１２へ入射する。

波長選択性ＰＢＳ１２へ入射した光束のうち、非変換光はＬＤ１０からの光束と波長帯域が同じであるために、非変換光のうちＰ偏光光の成分は波長選択性ＰＢＳ１２を透過して、ＬＤ１０へ向かう。一方で、非変換光のうちＳ偏光光の成分は波長選択性ＰＢＳ１２で反射されて、照明光学系２００や色分離合成系３００を介して液晶パネル５８へ導かれる。また、波長選択性ＰＢＳ１２へ入射した光束のうち、蛍光光はＧ光とＲ光であるために、波長選択性ＰＢＳ１２で反射されて、照明光学系２００や色分離合成系３００を介して液晶パネル５８へ導かれる。このようにして、光源装置１００はＲＧＢのカラー画像の元となる各色光を出射することが可能である。

なお、光源装置１００から出射する光束のスペクトル分布は図６に示す通りである。図６において、光源装置１００から出射する光束のうち、ＬＤ１０からのＢ光と同じ波長帯域の光の強度を実線（Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｌｉｇｈｔ）で示しており、蛍光体２から蛍光発光するＧ光及びＲ光の強度を点線（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）で示している。

また、冷却ファン３１は光源装置１００内を冷却することで、蛍光体２の温度上昇を抑制し、温度センサー３２は光源装置１００内の環境温度を取得する。

第１フォトセンサー３３は、コンデンサレンズユニット２０を透過した後のＬＤ１０からの光束の強度である照射強度ＷＬを計測する。さらに、第１フォトセンサー３３は図２に示すように、ＬＤ１０からの光束の進行方向と直交する移動可能なように構成されている。具体的には、第１フォトセンサー３３が照射強度ＷＬの計測を行わない際には、コンデンサレンズユニット２０から蛍光体ユニット３０へ向かう光束を遮らないように、蛍光体ユニット３０から離れた位置に移動可能である。これは、仮に、第１フォトセンサー３３が常にＬＤ１０からの光束を遮る位置に位置していると、光の利用効率が低下してしまうためである。

次に、制御部３４とメモリ部３５について説明する。

まず、メモリ部３５が記憶している情報について説明する。メモリ部３５が記憶している情報は、図６及び図７に示す特性から求まる図８に示す特性と、図９に示す特性である。

図６に示す特性は、蛍光体２の温度ＴＰと蛍光輝度比率（変換光比率）ＷＰ／ＷＥとの関係である。なお、ＷＰとは光源装置１００からの光束に含まれる蛍光光の強度であり、ＷＥは非変換光の強度であり、蛍光輝度比率は非変換光と蛍光光とのバランスを示す比率である。

なお、ＷＰはＧ光及びＲ光の強度であるが、例えばＷＰをＧ光単独あるいはＲ光単独の強度としても良い。また、図６では比率ＷＰ／ＷＥを温度ＴＰが２５℃のときの値を１として規格化してある。

図６に示すように、比率ＷＰ／ＷＥは温度ＴＰに対して非線形な特性を示しており、高温になるにつれて比率ＷＰ／ＷＥが低下し、かつ低下量が大きくなる（グラフの傾きが大きくなる）傾向を示す。すなわち、図６に示す特性は温度消光現象を示すグラフである。

図７（ａ）に、照射強度ＷＬと比率ＷＰ／ＷＥとの関係を示す。図７（ａ）で比率ＷＰ／ＷＥは強度ＷＬが０．５Ｗ／ｍｍ^２のときの値を１として規格化してある。

図７（ａ）からわかるように、照射強度ＷＬに対する比率ＷＰ／ＷＥは線形な特性を示しており、強い光強度になるにつれて比率ＷＰ／ＷＥが低下する傾向を示す。

さらに、図７（ｂ）から求まる照射強度ＷＬと強度ＷＰとの関係を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すように、照射強度ＷＬが０〜８０Ｗ／ｍｍ^２程度の領域のおいては、照射強度ＷＬが増加するにつれて強度ＷＰも増加していることがわかる。しかし、照射強度ＷＬが９０Ｗ／ｍｍ^２程度を超えると、照射強度ＷＬが増加しても強度ＷＰが増加しないことがわかる。一般的に、この現象を輝度飽和という。

図８は、図６および図７（ａ）を元にした特性であり、蛍光体２の温度ＴＰの変化および照射強度ＷＬの変化に対する比率ＷＰ／ＷＥの変化を同時に表わした特性である。つまり、図８はＬＤ１０からの光束の強度である照射強度ＷＬ及び比率ＷＰ／ＷＥと蛍光体２の温度ＴＰとの関係（第１の関係）を示している。

図８に示すグラフは、照射強度ＷＬを横軸、温度ＴＰを縦軸とし、照射強度ＷＬが０．５Ｗ／ｍｍ^２かつ温度ＴＰが５０℃のときの比率ＷＰ／ＷＥの値を１として規格化している。

図９は、環境温度ＴＥが変化したことで蛍光体２の温度ＴＰが変化した場合に、温度ＴＰを変化前の温度に戻すためのモーター４の回転速度を示す特性である。つまり、図９は光源装置１００内の環境温度ＴＥの変化量及び蛍光体２の温度ＴＰとモーター４の回転速度との関係（第２の関係）を示している。図９に示すグラフにおいて、縦軸は変化前の温度ＴＰ、横軸は環境温度ＴＥの変化量である。

本実施例では、メモリ部３５が上述の図８及び図９に示す特性を記憶しており、第１フォトセンサー３３が照射強度ＷＬを計測し、後述の第２フォトセンサー６０を用いて比率ＷＰ／ＷＥを計測している。これは、ＬＤ１０の製造誤差や光学系部品の透過率などのばらつきがあることで、個々の光源装置において照射強度ＷＬがばらつくためである。

照射強度ＷＬと比率ＷＰ／ＷＥの計測結果（取得結果）と、メモリ部３５が記憶している図８に示す特性から、蛍光体２の温度ＴＰを推定することが可能となる。すなわち、蛍光体２の付近に放射温度計を設ける必要が無い。また、環境温度ＴＥが変化した場合には、その変化量を温度センサー３２が計測する。そして、推定した蛍光体２の温度ＴＰと、環境温度ＴＥの変化量の計測結果と、図９に示す特性から蛍光体２の温度ＴＰを一定に保つためのモーター４の回転速度を特定し、制御部３４がモーター４の回転速度を調整することが可能となる。

したがって、本発明の実施例によれば、使用環境の変化による影響を抑制することが可能で、より小型な光源装置及びこれを用いた投射型表示装置を提供することが可能となる。

さらに、光源装置１００を量産する場合に各個体の量産調整時に図８及び図９に示す特性を取得し、メモリ部３５が記憶しておくことで、より精度良く蛍光体２の温度ＴＰを一定に保つことが可能となる。

なお、光源装置１００は必ずしも第１フォトセンサー３３を備えている必要はない。例えば、量産調整時に第１フォトセンサー３３と同様のセンサーを用いてコンデンサレンズユニット２０を透過した後のＬＤ１０からの光束の強度を計測する。そして、この計測結果をメモリ部３５が記憶しておき、必要に応じてメモリ部３５からＬＤ１０からの光束の強度を読みだす構成であっても良い。

ただし、ＬＤは温度が上昇すると発光効率が低下する特性がある。このため、光源装置１００は第１フォトセンサー３３を備え、後述のモーター４あるいは冷却ファン３１の回転速度の制御を行う際に、第１フォトセンサー３３を用いることが好ましい。

以下に、蛍光体２の温度ＴＰを一定に保つための調整方法について説明する。なお、以下に説明する制御は、例えば３０分毎などの一定時間おきに行ってもよい。あるいは、温度センサー３２が常に環境温度ＴＥを計測し続け、環境温度ＴＥの変化量が所定値以上になった場合に、以下に説明する制御を行ってもよい。

図１０は、本実施例における蛍光体温度の調整方法のフローチャートを示す図である。

ステップＳ１では、温度センサー３２が、図１０で示す制御を開始した時点での環境温度ＴＥ_０を計測する。

ステップＳ２では、第１フォトセンサー３３がＬＤ１０の照射強度ＷＬの計測を行う。第１フォトセンサー３３の構成については、上述の通りである。

次に、ステップＳ３〜Ｓ８で比率ＷＰ／ＷＥを取得する方法について説明する。

まず、ステップＳ３で、液晶パネル５８Ｂが１００％表示、液晶パネル５８Ｇが０％表示、液晶パネル５８Ｒが０％表示を行うようにする。ここで、液晶パネル５８Ｂが１００％表示を行うとは、液晶パネル５８Ｂに入射したＢ光のほとんどを投射レンズ４００へ導くように、液晶パネル５８ＢがＢ光を変調することを示す。逆に、液晶パネル５８Ｇ及び５８Ｒが０％表示を行うとは、Ｇ光とＲ光が投射レンズ４００へ導かれないように、液晶パネル５８ＧがＧ光を変調し、液晶パネル５８ＲがＲ光を変調することを示す。すなわち、ステップＳ３では、光源装置１００からの光束のうち、非変換光と同じ波長帯域の光のみが投射レンズ４００へ導かれる。

次にステップＳ４で、第２フォトセンサー６０を用いてＢ光の強度ＷＥを計測する。第２フォトセンサー６０は、本来であれば合成プリズム５２を透過して投射レンズ４００へ導かれるはずが、合成プリズム５２に反射されてしまった漏れ光の強度を計測する。これは、仮に合成プリズム５２と投射レンズ４００との間に第２フォトセンサー６０を固定して設けると、第２フォトセンサー６０で遮られ、投射レンズ４００へ導かれない光が増えてしまうためである。なお、第２フォトセンサー６０を、第１フォトセンサー３３と同様に移動可能なように構成し、合成プリズム５２と投射レンズ４００との間に設けても良い。

ステップ５では、液晶パネル５８Ｂが０％表示、液晶パネル５８Ｇが１００％表示、液晶パネル５８Ｒが１００％表示を行うようにする。すなわち、ステップ５では、光源装置１００からの光束のうち、蛍光光と同じ波長帯域の光のみが投射レンズ４００へ導かれる。

ステップＳ６では、第２フォトセンサー６０を用いて蛍光光の強度ＷＰを計測し、ステップＳ７では、ステップＳ４及びステップＳ６での計測結果から比率ＷＰ／ＷＥを取得する。なお、本実施例においては、比率取得部６１が第２フォトセンサー６０の計測結果を受けて、比率ＷＰ／ＷＥを計算する。

以上が、比率ＷＰ／ＷＥを取得する方法である。

次に、ステップＳ８で蛍光体２の温度ＴＰを取得するために、ステップＳ２での照射強度ＷＬの計測結果と、ステップＳ７での比率ＷＰ／ＷＥの計算結果と、メモリ部３５が記憶している図８に示す特性を利用する。

図８において、例えば温度センサー３２で読みとった環境温度ＴＥ_０が２３℃で、モーター４の回転速度が６０００ｒｐｍとする。さらに、照射強度ＷＬが４０Ｗ／ｍｍ^２であり、かつ比率ＷＰ／ＷＥが０．７５の場合、蛍光体２の温度ＴＰは図８中の☆１に示すように、１５０℃と特定することができる。

ステップＳ８の実行から例えば３０分経過後にステップＳ９では、温度センサー３２がステップ９実行時の環境温度ＴＥ_１を計測する。

例えば、会議室等の室内でプロジェクターαを使用中に暖房を起動した結果、環境温度ＴＥ_１が４０℃となった場合、蛍光体２の温度ＴＰは環境温度変化分の１７℃（＝４０℃−２３℃）増加して１６７℃（＝１５０℃＋１７℃）になる。すなわち、使用環境が変化した場合であっても、温度センサー３２を用いることで蛍光体２の温度ＴＰを特定することが出来る。

なお、本実施例では、ステップ１０で制御部３４が上述の環境温度の変化量を取得する。

蛍光体２の温度ＴＰが１５０℃から１６７℃に上昇すると、図８から比率ＷＰ／ＷＥが０．７５から、図８中の☆１´に示すように０．７２に変化してしまう。比率ＷＰ／ＷＥが変化するということは、光源装置１００からの光束のうち、ＲＧＢの各色光のカラーバランスが変化してしまうことを意味する。

すなわち、使用環境の変化によってスクリーン５００に表示されている投射画像の色味が変化してしまうが、本実施例では、モーター４の回転速度を制御することで、投射画像の色味の変化を抑制している。

以下に、ステップＳ１１〜１２でモーター４の回転速度の調整する方法を説明する。

ステップＳ１１では、目標回転速度Ｒ_１を取得する。目標回転速度Ｒ_１とは、環境温度ＴＥを１５０℃から１６７℃に戻すために必要なモーター４の回転速度である。

目標回転速度Ｒ_１を取得するために、図９に示す特性と、ステップ８で推定した蛍光体２の温度ＴＰと、ステップＳ１０で取得した環境温度の変化量を利用する。

蛍光体２の温度ＴＰが１５０℃で環境温度の変化量が１７℃であった場合、図９中の☆１に示すように、モーター４の回転速度を８５００ｒｐｍに上昇させれば、蛍光体２の温度ＴＰを１６７℃から１５０℃に戻すことができる。すなわち、蛍光体２の温度ＴＰを調整し、比率ＷＰ／ＷＥを０．７２から０．７５に戻すことができる。

つまり、制御部３４は、比率取得部６１が取得した比率ＷＰ／ＷＥに基づいて推定される蛍光体２の温度ＴＰが所定の範囲内に収まるように、蛍光体２の温度ＴＰを制御する。

以上のように、上述の蛍光体温度の調整方法によれば、光源装置１００内の環境温度ＴＥが変化しても、蛍光体２の温度を一定に保つことで、投射画像の色味を補正することが可能となる。

さらに、本実施例によれば、蛍光体２の付近に放射温度計を設ける必要が無いために、使用環境の変化による影響を抑制することが可能で、より小型な光源装置及びこれを用いた投射型表示装置を提供することが可能となる。

なお、本実施例では、モーター４の回転速度を制御する構成を例示したが、モーター４の代わりに冷却ファン３１の回転速度（冷却能力）を制御することで、蛍光体２の温度ＴＰを一定に保つようにしてもよい。さらに、モーター４と冷却ファン３１の回転速度の両方を制御しても良い。このとき、メモリ部３５は、光源装置１００内の環境温度ＴＥの変化量及び蛍光体２の温度と冷却ファン３１の回転速度との関係（第３の関係）をさらに記憶している。

また、図１０に示す制御を行ってから例えば３０分経過後に、再び比率ＷＰ／ＷＥを取得してその結果に応じて、ステップ１１で調整したモーター４の回転速度も元に戻しても良い。

〔第２実施例〕
図１１及び図１２を用いて、本実施例における蛍光体温度の調整方法について説明する。

前述の第１実施例と本実施例との違いは、蛍光体温度がより低い点である。

本実施例では、環境温度ＴＥ_０が２３℃、照射強度ＷＬが４０Ｗ／ｍｍ２、比率ＷＰ／ＷＥが０．７８、モーター４の回転速度が６０００ｒｐｍである。この場合、図１１中の☆２に示すように、蛍光体２の温度ＴＰは１１０℃であることがわかる。

例えば、会議室等の室内でプロジェクターαを使用中に暖房を起動した結果、環境温度ＴＥ_１が４０℃となった場合、蛍光体２の温度ＴＰは環境温度変化分の１７℃（＝４０℃−２３℃）増加して１２７℃（＝１１０℃＋１７℃）になる。蛍光体温度が１２７℃に上昇すると、図１１中の☆２´に示すように、比率ＷＰ／ＷＥが０．７５となり、投射画像の色味が変化してしまう。

環境温度ＴＥの変化量が１７℃、蛍光体２の温度ＴＰが１１０℃の場合には、図１２中の☆２に示すように、蛍光体温度を１２７℃から１１０℃に戻すために必要なモーター４の回転速度は１０２００ｒｐｍであることがわかる。

このように、本実施例においても、蛍光体２の付近に放射温度計を設ける必要が無いために、使用環境の変化による影響を抑制することが可能で、より小型な光源装置及びこれを用いた投射型表示装置を提供することが可能となる。

さらに、本実施例においては、環境温度の変化量は前述の第１実施例と同様であるが、蛍光体２の温度ＴＰが異なるために、目標回転速度Ｒ_１も異なることがわかる。

〔第３実施例〕
図１３及び図１４を用いて、本実施例における蛍光体温度の調整方法について説明する。

前述の第１〜第２実施例と本実施例との違いは、照射強度ＷＬがより大きい点と、環境温度が低下した場合での蛍光体温度の調整方法を示している点である。

本実施例では、環境温度ＴＥ_０が２３℃、照射強度ＷＬが６０Ｗ／ｍｍ２、比率ＷＰ／ＷＥが０．６０、モーター４の回転速度が６０００ｒｐｍである。この場合、図１３中の☆３に示すように、蛍光体２の温度ＴＰは１８０℃であることがわかる。

例えば、会議室等の室内でプロジェクターαを使用中に冷房を起動した結果、環境温度ＴＥ_１が５℃となった場合、蛍光体２の温度ＴＰは環境温度変化分の１８℃（＝２３℃−５℃）低下して１６２℃（＝１８０℃−１８℃）になる。蛍光体温度が１６２℃に低下すると、図１３中の☆３´に示すように、比率ＷＰ／ＷＥが０．６３となり、投射画像の色味が変化してしまう。

環境温度ＴＥの変化量が−１８℃、蛍光体２の温度ＴＰが１８０℃の場合には、図１４中の☆３に示すように、蛍光体温度を１６２℃から１８０℃に戻すために必要なモーター４の回転速度は５２００ｒｐｍであることがわかる。

このように、本実施例においても、蛍光体２の付近に放射温度計を設ける必要が無いために、使用環境の変化による影響を抑制することが可能で、より小型な光源装置及びこれを用いた投射型表示装置を提供することが可能となる。

さらに、本実施例によれば、モーター４の回転速度を遅くすることで、蛍光体温度を上昇させることができる。

〔第４実施例〕
図１５及び図１６を用いて、本実施例における蛍光体温度の調整方法について説明する。

前述の第３実施例と本実施例との違いは、蛍光体温度がより低い点である。

本実施例では、環境温度ＴＥ_０が２３℃、照射強度ＷＬが６０Ｗ／ｍｍ２、比率ＷＰ／ＷＥが０．６８、モーター４の回転速度が６０００ｒｐｍである。この場合、図１５中の☆４に示すように、蛍光体２の温度ＴＰは１１０℃であることがわかる。

例えば、会議室等の室内でプロジェクターαを使用中に冷房を起動した結果、環境温度ＴＥ_１が５℃となった場合、蛍光体２の温度ＴＰは環境温度変化分の１８℃（＝２３℃−５℃）低下して９２℃（＝１１０℃−１８℃）になる。蛍光体温度が９２℃に低下すると、図１３中の☆４´に示すように、比率ＷＰ／ＷＥが０．６９となり、投射画像の色味が変化してしまう。

環境温度ＴＥの変化量が−１８℃、蛍光体２の温度ＴＰが１１０℃の場合には、図１６中の☆４に示すように、蛍光体温度を９２℃から１１０℃に戻すために必要なモーター４の回転速度は３７００ｒｐｍであることがわかる。

このように、本実施例においても、蛍光体２の付近に放射温度計を設ける必要が無いために、使用環境の変化による影響を抑制することが可能で、より小型な光源装置及びこれを用いた投射型表示装置を提供することが可能となる。

さらに、本実施例においては、環境温度の変化量は前述の第３実施例と同様であるが、蛍光体２の温度ＴＰが異なるために、目標回転速度Ｒ_１も異なることがわかる。

〔第５実施例〕
図１７を用いて、本実施例における蛍光体温度の調整方法について説明する。

前述の第１〜第４実施例においては、光源装置１００が第１フォトセンサー３３を備える構成を例示した。しかし、本実施例で示す光源装置１００は、第１フォトセンサー３３を備えていない。第１フォトセンサー３３を備えていない代わりに、図１７に示す特性を利用して、蛍光体温度の調整を行う。なお、本実施例において、メモリ部３５は、光源装置１００からの光束の輝度と照射強度ＷＬとの関係（第４の関係）を記憶している。

図１７は、照射強度ＷＬと光源装置１００からの光束の輝度との関係を示すグラフである。光源装置１００の量産時に、個体ごとに図１７に示す特性を測定し、メモリ部３４が記憶しておき、光源装置１００からの光束の輝度を計測する。これにより、第１フォトセンサー３３を備えていなくても、照射強度ＷＬを特性することが可能となる。

なお、照射強度ＷＬを取得したあとの制御は、前述の第１〜第４実施例と同様である。

また、光源装置１００からの光束の輝度は、投射レンズ４００からの光束の輝度であっても、合成プリズム５２から投射レンズ４００へ向かう光束の輝度であっても良い。また、これらの光束の輝度の計測のために、合成プリズム５２と投射レンズ４００との間や、投射レンズ４００の出射側に第３のフォトセンサー（第２の強度取得手段）を設けていてもよい。

さらに、スクリーン５００に表示されている投射画像の明るさと、照射強度ＷＬとの関係を光源装置１００の量産時に、個体ごとに測定してメモリ部３５が記憶していてもよい。この場合、投射画像の明るさを測定するためのカメラを、プロジェクターαが備えていても良い。

〔他の実施形態〕
前述した実施例では、励起光であるＬＤ１０からの青色光と、蛍光体２から発光した黄色光を測定しているが、蛍光体２からの黄色光を測定する代わりに、Ｇ光またはＲ光を測定して代用しても構わないものである。

また、前述した実施例では、合成プリズム３２の近傍にフォトセンサー６を配置した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。フォトセンサー６の代わりに、例えば、第１フライアイレンズ４１と第２フライアイレンズ４２との間にカラーセンサーを備える構成等であっても良い。さらに、第１フライアイレンズ４１と第２フライアイレンズ４２との間にカラーセンサーを配置する。そして、プロジェクターαの起動から所定の時間経過後に、カラーセンサーを第１フライアイレンズ４１と第２フライアイレンズ４２との間から移動させる構成等であっても良い。

また、前述した実施例では、金属基板上に蛍光体を塗布した構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、樹脂製の透明基板上に蛍光体を塗布した構成等であっても良い。

また、前述した実施例では、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な投射型表示装置の構成として、投射レンズを備える構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。投射型表示装置であれば、例えば、着脱可能な投射レンズを用いる構成などでも良い。

また、前述した実施例では、青色光を発するＬＤを用いた光源装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。青色の波長帯域の光を発するような光源であれば、例えば、青色ＬＥＤなどであっても良い。

また、前述した実施例では、ＬＤ以外に青色光を発する光源がない光源装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＬＤ以外に青色ＬＥＤを追加した構成などでも良い。

また、前述した実施例では、環境温度が変化した場合に、蛍光輝度比率が一定になるように冷却性能を制御する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、環境温度を計測せずに、蛍光輝度比率の計測と、その計測結果から得られる蛍光体の温度の推定を所定の周期で行い、推定した蛍光体の温度が変化した場合に冷却性能を制御する構成であってもよい。

すなわち、制御部３４は、比率取得部６１が取得した結果に基づいて、蛍光体ユニット３０の温度を制御すれば良い。

なお、図８、図９、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６に示す破線及び実線は☆および☆´の位置におけるレーザー光源照度強度および温度を示すための補助線であって必ずしも厳密に正確な線とは限らない。

３０ 蛍光体ユニット（波長変換素子）
３４ 制御部（制御手段）
６１ 比率取得部（比率取得手段）

Claims (10)

1. 光源からの光束の一部を前記光源からの光束と波長が異なる変換光に変換して射出するとともに、前記光源からの光束と波長が同じ非変換光を射出する波長変換素子と、
   前記波長変換素子から射出される前記非変換光の強度及び前記変換光の強度を取得する光強度取得手段と、
   前記光源装置内の環境温度を取得する温度取得手段と、
   前記光強度取得手段で取得される前記非変換光の強度及び前記変換光の強度とに基づいて、前記波長変換素子の温度を推定し、当該推定された温度と前記温度取得手段で取得された前記環境温度に応じて前記波長変換素子の冷却を制御する制御手段と、を備える、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記光源の光束の照射強度及び前記非変換光の強度と前記変換光の強度との比率である変換光比率と前記波長変換素子の温度との関係を示す第１の関係を記憶する記憶手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記波長変換素子の温度を、前記光源の光束の照射強度と前記非変換光の強度及び前記変換光の変換比率と、前記記憶手段から取得される前記第１の関係とに基づいて推定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光源の光束の照射強度を取得する第１の強度取得手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１の強度取得手段で取得された前記照射強度を用いて前記波長変換素子の温度を推定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 光源からの光束の一部を前記光源からの光束と波長が異なる変換光に変換して射出するとともに、前記光源からの光束と波長が同じ非変換光を射出する波長変換素子と、
   前記波長変換素子から射出される前記非変換光の強度及び前記変換光の強度を取得する光強度取得手段と、
   前記光源の光束の照射強度を取得する第１の強度取得手段と、
   前記光源の光束の照射強度及び前記非変換光の強度と前記変換光の強度との比率である変換光比率と前記波長変換素子の温度との関係を示す第１の関係を記憶する記憶手段と、
   前記第１の強度取得手段で取得された前記照射強度と前記非変換光の強度及び前記変換光の変換比率と、前記記憶手段から取得される前記第１の関係とに基づいて、前記波長変換素子の温度を推定し、当該推定された温度に応じて前記波長変換素子の冷却を制御する制御手段と、を備える、
   ことを特徴とする光源装置。
5. 前記制御手段は、推定される前記波長変換素子の温度が所定の範囲内に収まるように、前記波長変換素子の冷却を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記波長変換素子は、基板と前記基板上に設けられた蛍光体とを備える蛍光体ユニットであり、
   前記基板を回転させるモーターと、
   前記光源装置内を冷却する冷却手段と、をさらに備え、
   前記光源装置内の環境温度の変化量及び前記蛍光体の温度と前記モーターの回転速度との関係を第２の関係とし、前記光源装置内の環境温度の変化量及び前記蛍光体の温度と前記冷却手段の冷却能力との関係を第３の関係とするとき、
   前記制御手段は、少なくとも前記第２の関係及び前記第３の関係のうち一方と、前記光源装置内の環境温度の変化量と、推定された前記蛍光体の温度とに基づいて、少なくとも前記モーターの回転速度及び前記冷却手段の冷却能力のうち一方を制御することで、前記蛍光体の冷却を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光束を変調する光変調素子と、
   前記光源装置からの光束を波長の異なる複数の光束に分割し、前記光変調素子に導き、
   前記光変調素子からの光束を合成する色分離合成系と、
   前記光源装置からの光束を前記色分離合成系に導く照明光学系と、を備える、
   ことを特徴とする投射型表示装置。
8. 前記光変調素子からの光束のうち、前記非変換光の強度と、前記変換光の強度と、を計測する第３の強度取得手段をさらに備え、
   前記比率取得手段は、前記第３の強度取得手段に基づいて前記変換光比率を取得する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の投射型表示装置。
9. 光源からの光束の一部を前記光源からの光束と波長が異なる変換光に変換して射出するとともに、前記光源からの光束と波長が同じ非変換光を射出する波長変換素子を備える光源装置の制御方法であって、
   前記波長変換素子から射出される前記非変換光の強度及び前記変換光の強度を取得する光強度取得工程と、
   前記光源装置内の環境温度を取得する温度取得工程と、
   前記光強度取得工程で取得される前記非変換光の強度及び前記変換光の強度とに基づいて、前記波長変換素子の温度を推定し、当該推定された温度と前記温度取得工程で取得された前記環境温度に応じて前記波長変換素子の冷却を制御する制御工程と、を備える、
   ことを特徴とする制御方法。
10. 光源からの光束の一部を前記光源からの光束と波長が異なる変換光に変換して射出するとともに、前記光源からの光束と波長が同じ非変換光を射出する波長変換素子と、前記光源の光束の照射強度及び前記非変換光の強度と前記変換光の強度との比率である変換光比率と前記波長変換素子の温度との関係を示す第１の関係を記憶する記憶手段と、を備える光源装置の制御方法であって、
    前記波長変換素子から射出される前記非変換光の強度及び前記変換光の強度を取得する光強度取得工程と、
    前記光源の光束の照射強度を取得する第１の強度取得工程と、
    前記第１の強度取得手段で取得された前記照射強度と前記非変換光の強度及び前記変換光の変換比率と、前記記憶手段から取得される前記第１の関係とに基づいて、前記波長変換素子の温度を推定し、当該推定された温度に応じて前記波長変換素子の冷却を制御する制御工程と、を備える、
    ことを特徴とする制御方法。