特許 6198174 単色光源装置及び表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6198174

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】単色光源装置及び表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20170911BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20170911BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20170911BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20170911BHJP

   F21Y 101/00 20160101ALN20170911BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 A

   G03B21/00 D

   F21S2/00 350

   F21S2/00 311

   H04N9/31 Z

   F21Y101:00

【請求項の数】6

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-131279(P2013-131279)

(22)【出願日】2013年6月24日

(65)【公開番号】特開2015-4902(P2015-4902A)

(43)【公開日】2015年1月8日

【審査請求日】2016年3月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109519

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 正樹

(72)【発明者】

【氏名】三浦 雄一

(72)【発明者】

【氏名】岡本 昌士

【審査官】 村川 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２５８２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３５３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７３１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８５９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６５７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１０７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５１９５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９３０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２６９０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５５２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９２４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４４１８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ ２１／００ − ２１／１０

Ｇ０３Ｂ ２１／１２ − ２１／１３

Ｇ０３Ｂ ２１／１３４− ２１／３０

Ｇ０３Ｂ ３３／００ − ３３／１６

Ｆ２１Ｋ ９／００ − ９／９０

Ｆ２１Ｓ ２／００ − １９／００

Ｈ０４Ｎ ９／３１

Ｈ０５Ｂ ３７／００ − ３９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１個の原色を現すための光を出力する単色光源装置であって
複数の単色固体光源と、各単色固体光源に供給する電力を制御する制御部と、各単色固体光源の出力波長を検知する波長検知手段とを備えており、
複数の単色固体光源は、現すべき１個の原色の波長範囲に属し且つ互いに異なる波長の光を出力するものであり、
制御部は、波長検知手段が検知した波長に従って各単色固体光源への供給電力の比を制御するものであることを特徴とする単色光源装置。

【請求項2】

１個の原色を現すための光を出力する単色光源装置であって
複数の単色固体光源と、各単色固体光源に供給する電力を制御する制御部と、単色固体光源の温度を検知する温度検知手段と、各単色固体光源から出力された光の強度を検知する光強度検知手段とを備えており、
複数の単色固体光源は、現すべき１個の原色の波長範囲に属し且つ互いに異なる波長の光を出力するものであり、
制御部は、各単色固体光源からの光の強度が目標値になるように各単色固体光源への供給電力を光強度検知手段からの信号に従ってフィードバック制御するものであって、温度検知手段が検知した光源温度に従って目標値を設定するものであることを特徴とする単色光源装置。

【請求項3】

１個の原色を現すための光を出力する単色光源装置であって
複数の単色固体光源と、各単色固体光源に供給する電力を制御する制御部と、各単色固体光源の出力波長を検知する波長検知手段と、各単色光源から出力された光の強度を検知する光強度検知手段とを備えており、
複数の単色固体光源は、現すべき１個の原色の波長範囲に属し且つ互いに異なる波長の光を出力するものであり、
制御部は、波長検知手段が検知した波長に従って各単色固体光源への供給電力の比を選択して当該比で電力が供給されるよう制御するとともに、当該比を維持しつつ、光強度検知手段の検知結果に従って各単色固体光源による全体の光の強度が所定の強度になるよう供給電力を制御するものであることを特徴とする単色光源装置。

【請求項4】

前記温度検知手段は、前記各単色固体光源に対して熱伝導性良く設けた１個の伝熱体の温度を検知するものであり、伝熱体の温度を各単色固体光源の共通した温度として検知するものであることを特徴とする請求項２に記載の単色光源装置。

【請求項5】

前記波長検知手段は、前記各単色固体光源の変化し得る出力波長の範囲において互いに分光特性が異なるフィルタと受光素子からなる光センサで構成されたものであることを特徴とする請求項１又は３記載の単色光源装置。

【請求項6】

請求項１乃至５いずれかに記載の単色光源装置をいずれか１個の原色を表現するために備えていることを特徴とする表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表示装置におけるＲＧＢ３原色のような原色を現すために使用される単色光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プロジェクタのような表示装置では、光源からの光を２次元光変調素子を介してスクリーンに投影することで映像が表示される。このような表示装置に使用される光源としては、以前は、キセノンランプやメタルハライドランプといった放電ランプが使用されていたが、ＬＥＤのような固体光源が使用されることが多くなってきている。ＬＥＤのような固体光源は、一般的にランプに比べて小型で高効率、長寿命といった特長を有しており、プロジェクタのような表示装置に適しているためである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１５２３２６号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】http://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/Press/201003/10-029/

【非特許文献2】http://www.sony.co.jp/Products/SC-HP/cxpal/ vol79/pdf/sideview79.pdf

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

表示装置における光源は、ＲＧＢの３原色で２次元光変調素子を照明することが必要で、従来の放電ランプ光源の場合、１個の光源から出力された光から３原色をそれぞれフィルタで取り出して使用していた。しかしながら、無駄になる光量が多くて効率が悪いこと、フィルタの透過帯域の問題から色域の広い光が得られないことといった問題がある。このため、３原色にそれぞれについて単色光源を使用することが好適である。
ＬＥＤは出力波長帯域が狭く、表示装置用の単色光源として使用可能である。また、ＬＥＤと同様に固体光源の一種である半導体レーザーも、周知にように発振波長が狭い帯域に限定されており、単色光源として好適に使用可能である。

【0006】

このような単色固体光源により原色を現すようにすると、色域の広い光を高効率で２次元光変調素子を照明することができるので、明るく鮮明な映像がスクリーン上で得られる。特に最近では、非特許文献１に示すように大出力の固体レーザーが開発されており、表示装置用の単色光源として使用し、より大きなスクリーン上に明るく鮮明な映像を表示することが検討されている。

【0007】

しかしながら、このような単色固体光源を使用する場合の特有の問題も存在する。その１個は、温度特性であり、固体基材の温度に出力波長が依存するものが多い。このため、温度が変化すると出力波長がシフトし、それがスクリーン上での色合いの変化として視認され得る。例えば、ＲＧＢの３原色を混ぜて白色を表現した場合、ある温度では正しい白色がスクリーン上に現れていたものが、温度が異なる条件下では、僅かに赤みがかったり、又は僅かに青みがかったりした色になることがあり得る。
この問題は、より大きなスクリーン上に映像を表示するために、より大出力の光源を使用した場合に顕著で、波長シフトによる僅かな色合いの変化が視認され易い。

【0008】

一方、特開２０１０−１５２３２６号公報（特許文献１）には、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤ光源を色順次で発光させるプロジェクタにおいて、ＬＥＤへの供給電流が変化することに起因して、発光の色度も変化することに対応するため、例えばＲ色のフレームにおいても、Ｇ，Ｂ色の発光を混合し、色合成によってＲ色フレームのＲ色の色度を制御するものにおいて、今から生成しようとするＲ色フレームの色を、過去に生成したＲ色フレームの色度誤差が相殺補正されるような色度に設定することを毎回のフレーム生成の度毎に行うことにより、人間の視覚刺激における残像効果を利用して、常に正しい色再現ができるようにする技術が記載されている。しかし、この技術で相殺補正ができるためには、瞬間的には過剰補正を行う能力が必要になるため、各色の目標色度座標は、単色のものよりもかなり白側に設定する必要があり、色再現領域が狭くなってしまう欠点がある。さらに、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の照度センサを用いて、どのようにすれば色合成された光の色度を測定可能なのかが示されていない。なお、色順次方式でない、連続発光を必要とする場合に対し、この技術が応用可能であるか否かは記載されていない。

【0009】

本発明は、以上の点に鑑み、前記した課題、即ち単色固体光源の温度が変化すると出力波長がシフトして色合いの変化として視認される課題を解決するためになされたものであり、単色固体光源を使用した単色光源装置において、温度変化にかかわらず安定した色の光を出力できるようにすることを解決課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

また、上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、１個の原色を現すための光を出力する単色光源装置であって
複数の単色固体光源と、各単色固体光源に供給する電力を制御する制御部と、各単色固体光源の出力波長を検知する波長検知手段とを備えており、
複数の単色固体光源は、現すべき１個の原色の波長範囲に属し且つ互いに異なる波長の光を出力するものであり、
制御部は、波長検知手段が検知した波長に従って各単色固体光源への供給電力の比を制御するものであるという構成を有する。

【0012】

また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、１個の原色を現すための光を出力する単色光源装置であって
複数の単色固体光源と、各単色固体光源に供給する電力を制御する制御部と、単色固体光源の温度を検知する温度検知手段と、各単色固体光源から出力された光の強度を検知する光強度検知手段とを備えており、
複数の単色固体光源は、現すべき１個の原色の波長範囲に属し且つ互いに異なる波長の光を出力するものであり、
制御部は、各単色固体光源からの光の強度が目標値になるように各単色固体光源への供給電力を光強度検知手段からの信号に従ってフィードバック制御するものであって、温度検知手段が検知した光源温度に従って目標値を設定するものであるという構成を有する。

【0013】

また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、１個の原色を現すための光を出力する単色光源装置であって
複数の単色固体光源と、各単色固体光源に供給する電力を制御する制御部と、各単色固体光源の出力波長を検知する波長検知手段と、各単色光源から出力された光の強度を検知する光強度検知手段とを備えており、
複数の単色固体光源は、現すべき１個の原色の波長範囲に属し且つ互いに異なる波長の光を出力するものであり、
制御部は、波長検知手段が検知した波長に従って各単色固体光源への供給電力の比を選択して当該比で電力が供給されるよう制御するとともに、当該比を維持しつつ、光強度検知手段の検知結果に従って各単色固体光源による全体の光の強度が所定の強度になるよう供給電力を制御するものであるという構成を有する。

【0014】

また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記温度検知手段は、前記各単色固体光源に対して熱伝導性良く設けた１個の伝熱体の温度を検知するものであり、伝熱体の温度を各単色固体光源の共通した温度として検知するものであるという構成を有する。

【0015】

また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１又は３の構成において、前記波長検知手段は、前記各単色固体光源の変化し得る出力波長の範囲において互いに分光特性が異なるフィルタと受光素子からなる光センサで構成されたものであるという構成を有する。

【0016】

また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の単色光源装置をいずれか１個の原色を表現するために備えた表示装置である。

【発明の効果】

【0017】

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、１個の原色を現すのに波長が異なる複数の単色固体光源を使用し、光源温度の変化に応じて供給電力比を制御するので、温度変化に拘わらず一定の色度を有する合成単色光を出力することができる。このため、他の原色と混色した際に温度変化によって色合いが変化してしまうことがなく、常に安定した色合いで色を表現することができる。
また、請求項２記載の発明によれば、１個の原色を現すのに波長が異なる複数の単色固体光源を使用し、出力波長に応じて供給電力比を制御するので、出力波長の変化に拘わらず一定の色度を有する合成単色光を出力することができる。このため、他の原色と混色した際に出力波長の変化によって色合いが変化してしまうことがなく、常に安定した色合いで色を表現することができる。
また、請求項３記載の発明によれば、１個の原色を現すのに波長が異なる複数の単色固体光源を使用し、光源温度の変化に応じて供給電力比を制御するので、温度変化に拘わらず一定の色度を有する合成単色光を出力することができる。このため、他の原色と混色した際に温度変化によって色合いが変化してしまうことがなく、常に安定した色合いで色を表現することができる。その上、光出力光強度のフィードバック制御の中に光源温度に応じた供給電力比の制御を組み込んでいるので、光源の劣化のような外因によらず常に色度を一定に保つことができる。
また、請求項４記載の発明によれば、１個の原色を現すのに波長が異なる複数の単色固体光源を使用し、出力波長の変化に応じて供給電力比を制御するので、出力波長の変化に拘わらず一定の色度を有する合成単色光を出力することができる。このため、他の原色と混色した際に出力波長の変化によって色合いが変化してしまうことがなく、常に安定した色合いで色を表現することができる。その上、供給電力の比を維持しつつ、光強度検知手段の検知結果に従って各単色固体光源による全体の光の強度が所定の強度になるよう供給電力を全体に増加又は減少させる制御を行うので、光強度も安定化させることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、各単色固体光源を共通した伝熱体に対して設けて光源温度を共通にしているので、制御が簡略化される。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、各単色固体光源の変化し得る出力波長の範囲において互いに分光特性が異なるフィルタと受光素子からなる光センサで構成されたものであるので、構造が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施形態の単色光源装置の概略図である。

【図2】ＣＩＥ１９３１による色度図と、色度ｘ，ｙによる色の表現について示した図である。

【図3】第１の実施形態の単色光源装置における各単色固体光源の色度補正の概念を示した図である。

【図4】第１の実施形態において予め実験的に求めた結果に従って供給電力比を制御する例について示した図である。

【図5】第２の実施形態の単色光源装置の概略図である。

【図6】図５に示す第１、第２の光センサ６３，６４の分光感度特性を示した図である。

【図7】第２の実施形態の装置における制御例で使用されるデータの一例について示したものである。

【図8】第３の実施形態の単色光源装置の概略図である。

【図9】第３の実施形態における制御で使用される制御用データの一例を示した図である。

【図10】第４の実施形態において波長検知手段の検知結果を利用して波長シフトと光強度とを求める点を示した図である。

【図11】実施形態に係る表示装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

次に、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の単色光源装置の概略図である。図１に示す単色光源装置は、１個の原色を現すための光を出力する単色光源装置である。この装置の大きな特徴点の一つは、１個の原色を現すのに複数種類（この実施形態では２種類）の光源１１，１２を用いている点である。

【0020】

２個の単色固体光源１１，１２は、現すべき１個の原色の波長範囲に属し且つ互いに異なる波長の光を放出するものである。例えば、装置が原色として赤色を現すものである場合、６３５〜６６０ｎｍ程度の範囲において互いに異なる波長の光を出力する２個の光源が使用される。緑であれば５１５〜５３５ｎｍ、青であれば４４０〜４６０ｎｍ程度である。例えば赤色であれば、発振波長６３５ｎｍの半導体レーザーと、６６０ｎｍの半導体レーザーとを使用することができる。各単色固体光源の出力は、偏光ビームスプリッタのような光束合成光学系２により重ね合わされ（即ち、加法混色し）、装置から出力される。但し、照射面上で直接重ね合わせる光束合成を行う場合もある。例えば、実施形態の装置がプロジェクタのような表示装置に使用される場合、被照明面である２次元光変調素子上で直接重ね合わせる場合がある。また、ロッドインテグレータやフライアイインテグレータ等のインテグレータの光入射面に重ねて入射させる構造が採用されることもあり得る。

【0021】

第１の実施形態の単色光源装置は、各単色固体光源１１，１２への供給電力を制御する制御部３を備えている。図１に示すように、各単色固体光源１１，１２には電源回路４１，４２が設けられている。各電源回路４１，４２は、ＤＣ電源によって給電される。制御部３は、各電源回路４１，４２に制御信号を送って各単色固体光源１１，１２への供給電力を変更することが可能なものである。

【0022】

第１の実施形態の装置は、各単色固体光源１１，１２の温度を検知する温度検知手段５を備えている。この実施形態では、２個の単色固体光源１１，１２は共通した伝熱体５１に設けられており、温度検知手段５は伝熱体５１の温度を検知するものである。各単色固体光源１１，１２は伝熱体５１に対して熱伝導性良く取り付けられており、伝熱体５１の温度と各単色固体光源１１，１２の温度は高い相関性で対応するようになっている。このため、伝熱体５１の温度は各単色固体光源１１，１２の温度であるとして良い。以下、この温度を光源温度と呼ぶ。

【0023】

温度検知手段５は、伝熱体５１の温度を検知して光源温度として出力する。伝熱体５１の具体的な例としては、各単色固体光源１１，１２の空冷用に設けられる放熱板が考えられる。温度検知手段５としては、サーミスタのような接触式の温度センサを使用してもよく、赤外線温度計のような非接触の温度センサを使用しても良い。

【0024】

第１の実施形態の装置の別の大きな特徴点は、温度検知手段５が検知した光源温度に従い、装置から出力されるトータルの光の色合いが一定になるように各単色固体光源１１，１２への供給電力を制御する点である。以下、この点について図２を参照しながら説明する。
「トータルの光の色合いが一定になるように」とは、重ね合わされて装置から出力される光が色度図上で一定の座標（色度）になるように制御するということである。制御の具体的な説明の前に、色度図と、単色光源による色の表現について説明する。

【0025】

図２には、ＣＩＥ１９３１による色度図と、色度ｘ，ｙによる色の表現が示されている。人間が認識し得る色の表現には幾つかのものが周知であり、そのうちの代表的なものが図２に示すＣＩＥ１９３１（ＣＩＥｘｙ色度図）である。ＣＩＥ１９３１では、波長毎に人間がどの程度感じるかの実験を通じて決めた曲線（等色関数ｘ(λ)，ｙ(λ)，ｚ(λ)）に基づいて色を表しており、色度座標ｘｙは、以下の式１で与えられる。

【0026】

【数1】

【0027】

図２に示す色度図において、周知のように、境界線上の点は純色を意味し、境界線で囲まれた領域内の各座標が、人間が認識し得るすべての色である。従来のプロジェクタのような放電ランプを用いた表示装置の場合、フィルタを使ってＲＧＢの原色を抽出している。フィルタは、ある幅の透過波長域を有しているから純色という訳にはいかず、ＲＧＢの各単色光源（各フィルタの透過光）は、境界線よりも少し内側に位置する。しかして、図２に示すＲＧＢの各単色光源の色度座標が成す三角形で囲まれた領域が、当該三つの単色光源によって表示し得る色となる。この図２から解るように、より広範囲の色を表現したり、より原色に近い鮮明な色を現したりするには、色度図において境界線により近い座標（色度）の単色光源を使用する必要がある。

【0028】

図３は、第１の実施形態の単色光源装置における各単色固体光源の色補正の概念を示した図である。図３中の（１）は、２個の単色固体光源１１，１２の発光スペクトル分布を示した概略図、（２）は、温度変化により波長シフトが生じた際の発光スペクトル分布を示した概略図、（３）は、（２）の波長シフトが生じた際の合成単色光の色度制御について示した概略図である。

【0029】

図３では、一例として、単色光源装置が赤色を現すのに使用される場合を想定している。図３において、例えば、第１の単色固体光源１１は波長６４０ｎｍの半導体レーザー光源であり、第２の単色固体光源１２は波長６６０ｎｍの半導体レーザー光源である。６４０ｎｍ程度の発振波長の半導体レーザーは、例えばソニー株式会社から発表されている（非特許文献２）。また、６６０ｎｍの固体光源は、ＤＶＤの記録、再生用のレーザーとして実用化されているものを使用することができる。

【0030】

このような２個の単色固体光源１１，１２を使用する場合、これら光の混合（重ね合わされた光）が出力光（以下、合成単色光と呼ぶ）になり、それがＲＧＢ３原色のうちのＲの原色ということになる。
このような２個の単色固体光源１１，１２を使用する場合、これら光の混合（重ね合わされた光）が出力光（以下、合成単色光と呼ぶ）になり、それがＲＧＢ３原色のうちのＲの原色ということになる。
例えば、図３（１）、（３）に示すように、第１の単色固体光源１１のスペクトルＳ_１の色度座標がＣ_１であり、第２の単色固体光源１２のスペクトルＳ_２の色度座標がＣ_２であるとする。この場合、合成単色光の色度座標はＣ_０のようになる。このとき、図３（３）に示すように、Ｃ_０、Ｃ_１、Ｃ_２は、通常、色度座標上で同一直線上に位置する。

【0031】

上記単色光源装置を使用したプロジェクタのような表示装置の動作において、前述したように光源温度が変化すると、出力波長が変化する。この様子を図３（２）に示す。図３（２）に示すように、第１の単色固体光源のピーク波長がλ１’にシフトし、第２の単色固体光源のピーク波長がλ２’にシフトしたとする。
この場合、各単色光の色度座標も、図３（２）に示すように、Ｃ１’及びＣ２’にシフトする。これに伴い、合成単色光の色度も、Ｃ０’にシフトする。この場合、２次元光変調素子は、Ｒの単色光の色度がＣ_０であることを前提として光の透過又は反射を制御しているから、結果的に、スクリーン上での色合いが予定されていたものからずれてしまう。

【0032】

第１の実施形態の単色光源装置は、図３中に破線矢印３１で示すように、Ｃ０’にシフトした色度座標をＣ０に戻す制御を行うものとなっている。具体的には、実施形態の装置は、各単色固体光源１１，１２への供給電力の比を変更することで色度をＣ０に戻すようになっている。例えば、各温度においてＣ０の色度が得られる供給電力比を予め実験的に求めて設定しておく。そして、温度検知手段５からの出力に従って供給電力比が変更されるように制御部３が構成される。図４には、この制御例が示されており、予め実験的に求めた結果に従って供給電力比を制御する例について示した図である。

【0033】

図４において、縦軸は第１の単色固体光源１１への供給電力の比を百分率で示したものである。第１の単色固体光源１１への供給電力をＰ１、第２の単色固体光源１２への供給電力をＰ２としたとき、図４の縦軸は、Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）×１００（％）である。図４の横軸は、光源温度である。
図４に示すデータを得るには、特定の温度Ｔ１において、第１の単色固体光源１１と第２の単色固体光源１２とを動作させ、各々発光スペクトルＳ１，Ｓ２を分光器で測定して合成単色光の色度Ｃを計算する。そして、供給電力比を変化させながら合成単色光の色度が目的とする色度Ｃ０になった際の供給電力比をプロットする。次に、別の温度Ｔ２で同様に実験を行い、合成単色光の色度ＣがＣ０になった際の供給電力比をプロットする。これを繰り返し、光源装置の使用可能温度範囲で、例えば１５℃から４０℃の範囲の０．５℃の間隔で、Ｃ＝Ｃ０となる供給電力比を求めれば良い。但し、図４は、２０℃から５．５℃間隔でプロットした図となっている。図４に示すように、得られたデータについて最小二乗法を適用して近似直線を得るようにしても良い。

【0034】

実際の制御では、光源装置の動作が開始される際、装置が置かれた雰囲気の温度において２個の単色固体光源１１，１２が定格電力で動作した際に到達するであろう光源温度（以下、定格温度）Ｔｓを予測し、定格温度ＴｓにてＣ＝Ｃ０となる電力比Ｐｒｓで２個の単色固体光源１１，１２を動作させる。そして、温度検知手段５が、Ｔｓから外れた温度Ｔ１を検知した場合、その温度においてＣ＝Ｃ０となる電力比Ｐｒ１をを図４の直線から求め、その比で各単色固体光源１１，１２に電力を供給する。

【0035】

制御部３は、不図示の演算処理部や記憶部を備えている。記憶部には、図４に示すような制御用データが記憶され、制御用データに従って制御を行うシーケンス制御プログラムが実装されている。演算処理部は、シーケンス制御プログラムを実行し、制御用データと温度検知手段５からの信号に従って各単色固体光源への供給電力をシーケンス制御するようになっている。

【0036】

上記の例では、Ｃ＝Ｃ０となる電力比のデータを実験的に求めて適用したが、その時々の温度変化に従って計算により求めて適用しても良い。例えば、図４に示す一次関数の直線において、傾きδを予め求めておく。そして、実際の制御では、温度変化ΔＴにδを掛けて必要な電力比の変化ΔＰｒを求め、これを適用して制御するようにしても良い。
いずれにしても、実施形態の単色光源装置では、１個の原色を現すのに波長が異なる２個の単色固体光源１１，１２を使用し、光源温度の変化に応じて供給電力比を制御するので、温度変化に拘わらず一定の色度を有する合成単色光を出力することができる。このため、他の原色と混色した際に温度変化によって色合いが変化してしまうことがなく、常に安定した色合いで色を表現することができる。

【0037】

上記説明では、光源温度は、各単色固体光源１１，１２に熱伝導性良く設けられている１個の伝熱体５１の温度（共通の温度）であったが、各単色固体光源１１，１２にそれぞれ設けられた冷却板のような伝熱体５１の温度をそれぞれ測定して各単色固体光源１１，１２の温度としても良く、各単色固体光源１１，１２の温度を直接測定しても良い。

【0038】

尚、一方の単色固体光源について供給電力比を定めれば、他方の単色固体光源についての供給電力比も自動的に定まるので、光源温度の検知と電力供給比の決定は一方の単色固体光源について行えば足りる。但し、一方の単色固体光源についての温度変化と他方の単色固体光源の温度変化との間に大きな隔たりがある場合（即ち、使用条件に応じた温度変化の仕方が各単色固体光源において大きく異なる場合）、色度を一定に保つのが難しくなるので、個別に電力供給比を決定する必要がある。この場合、例えば、各単色固体光源について温度帯域を幾つか設定し、各単色固体光源の温度帯域の各組み合わせについて電力供給比を予め定めて表にしたデータにより制御を行うようにしてもよい。とはいえ、このような制御は複雑になる。各単色固体光源１１，１２を共通した伝熱体５１に対して設け、光源温度を共通にしておくと、制御はシンプルになるので好適である。

【0039】

次に、第２の実施形態の単色光源装置について説明する。図５は、第２の実施形態の単色光源装置の概略図である。第２の実施形態の単色光源装置も、１個の原色を現すために使用される複数の単色固体光源１１，１２と、各単色固体光源１１，１２に供給する電力を制御する制御部３とを備えている。
第２の実施形態の装置が第１の実施形態の装置と異なるのは、各単色固体光源１１，１２の出力波長を検知する波長検知手段６を備えている点である。波長検知手段６の出力は制御部３に送られ、制御部３は、波長検知手段６が検知した各単色固体光源１１，１２の出力波長に従って各単色固体光源１１，１２への供給電力比を制御する。

【0040】

波長検知手段６としては、分光器を使用して構成することも原理的には可能であるが、コスト的な観点から、分光特性の異なる２個の光センサを使用した簡易的な構成が好適である。例えば、２個の単色固体光源の出力波長範囲において分光感度特性が異なる光センサを使用することができる。図５に示す実施形態は、この例の波長検知手段６を備えた実施形態となっている。
第１の単色固体光源１１について設けられた波長検知手段６を例にして具体的に説明すると、波長検知手段６は、第１の単色固体光源１１の出力光の一部を取り出す第１のビームスプリッタ６１と、第１のビームスプリッタ６１で取り出された光を２本に分ける第２のビームスプリッタ６２と、第２のビームスプリッタ６２で分けられた光が入射する第１、第２の２個の光センサ６３，６４とから主に構成されている。

【0041】

図６は、図５に示す第１、第２の光センサ６３，６４の分光感度特性を示した図である。図６に示すように、第１の光センサ６３は、第１の単色固体光源１１の出力波長を含む範囲（この例では６００〜７００ｎｍ）において、波長の変化に対して感度が一定の分光感度特性を有する。これに対し、第２の光センサ６４は、当該波長範囲において一定の傾きを持った分光感度特性を有する。従って、２個の光センサ６３，６４からの出力の比を求めることで、基準波長からの波長シフトを推定することができるから、第１の単色固体光源１１の出力波長を検知することができる。ここで基準波長とは、例えば、光センサ６３，６４において受光感度が一致する波長を指している。第２の単色固体光源１２について設けられた波長検知手段６も同様の構成とすることができる。

【0042】

２個の単色固体光源１１，１２の出力波長に応じた適正な供給電力の比については、例えば、各単色固体光源１１，１２の出力波長の組合せに応じて合成単色光の色度が所定の色度Ｃ_０になる供給電力比を予め実験的に求めてテーブルとして記憶部に記憶しておけば良い。そして、上記のような波長検知手段６の検知結果に基づき、テーブルから対応する供給電力比を選択し、選択された供給電力比になるように各電源回路４１，４２を制御すれば良い。図７は、この制御例で使用されるデータの一例について示したものである。

【0043】

図７に示すように、この制御例では、第１の単色固体光源１１の出力波長と第２の単色固体光源１２の出力波長の各組合せにおいて、設定すべき第１の単色固体光源１１への供給電力比が示されている。この例では、先に図４について説明したものと同様に、各単色固体光源１１，１２は赤色の原色のための半導体レーザーであり、第１の単色固体光源１１が６４０〜６４３ｎｍの範囲の出力波長がシフトするもの、第２の単色固体光源１２が６６０〜６６３ｎｍの範囲で出力波長がシフトするものとなっている。

【0044】

図５に示す制御部３内の記憶部には、図７に示すテーブルのデータが記憶されている。実装されたシーケンス制御プログラムは、波長検知手段６が検知した各単色固体光源１１，１２の出力波長に従い、テーブルを参照して供給電力比を決定し、その供給電力比になるよう各電源回路４１，４２を制御するようプログラミングされている。

【0045】

上記制御例の他、例えば、検知された各単色固体光源１１，１２の出力波長に従い、供給電力比を計算により求めるようにすることも可能である。図２（１）に示すような発光スペクトルの形は、中心波長（又はピーク波長）がシフトしても変わりがないことが多い。従って、中心波長のシフトが波長検知手段６で検知された場合、そのときの色度は計算によって求めることができ、また合成単色光の色度も計算によって求めることができる。そして、シフトした色度を元の所定値Ｃ０に戻すのに必要な電力供給比の変化量を予め実験的に求めておき、それに従って各電源回路４１，４２を制御するようにしても良い。

【0046】

いずれにしても、第１の実施形態は、温度変化を捉えて波長シフトが生じている筈だとして供給電力比を変化させる制御を行うものであったが、第２の実施形態では、実際に生じる出力波長の変化を捉えて供給電力比を変化させる制御を行うので、より確実な制御となり、合成単色光の色度をより安定して保つことができる。

【0047】

尚、以上において述べた波長検知手段６に関し、前記した分光感度特性が異なる２個の光センサ６３、６４は、２個の、受光光量を検出するための受光素子の入射側に、分光透過率の異なるフィルタをそれぞれ配置することで容易に実現することができる。その際、当然ながら、フィルタと受光素子とから成る各光センサの分光特性は、フィルタの分光透過特性と受光素子の分光感度特性とを合成したものとなる。また以上においては、２個の光センサ６３、６４の分光感度特性は、一方が正、他方が負の傾きを有する場合や、傾きが両方とも正または負であるが、その絶対値が異なるようにしてもよい。

【0048】

さらに当然ながら、波長検知手段６において、各光センサ６３，６４又は各検出系の分光感度特性は、それぞれの波長検知対象である単色固体光源１１，１２それぞれのバラツキを含めた、対象温度変化範囲内の波長変化の上限と下限の間でのみ規定すればよい。即ち、波長変化の上限と下限の外においては、各光センサ６３，６４又は各検出系の分光感度特性はどのようであっても構わない。

【0049】

次に、第３の実施形態の単色光源装置について説明する。図８は、第３の実施形態の単色光源装置の概略図である。
第３の実施形態の単色光源装置も、各単色固体光源１１，１２への供給電力の制御を行う点で第１の実施形態と共通している。第３の実施形態の装置が第１の実施形態の装置と異なるのは、温度検知手段５に加えて光強度検知手段７を備えている点である。光強度検知手段７は、各単色固体光源１１，１２から出力される光の強度を検知するものである。

【0050】

光強度検知手段７としては、図８に示すように、各単色固体光源１１，１２の出力光路上にビームスプリッタ７１を設けて出力光の一部を取り出し、取り出した出力光が入射する位置に光センサ７２を設けた構成を採用することができる。各光センサ７２からの出力は、温度検知手段５の出力とともに制御部３に送られて、各単色固体光源１１，１２への供給電力の制御に利用される。

【0051】

第３の実施形態における制御例について説明する。第３の実施形態では、第１の実施形態で説明した温度検知手段５による色度安定化の制御を行うに際し、単色固体光源１１，１２の光強度のフィードバック制御を行うものである。図９は、第３の実施形態の単色光源装置で使用される制御用データの一例を示した図である。

【0052】

具体的に説明すると、第３の実施形態では、光強度のフィードバック制御の目標値（以下、光強度目標値と呼ぶ）が各光源温度について予め定められている。この関係を示したのが、図９である。図９の横軸は光源温度、縦軸は光強度目標値である。各光強度目標値は、第１の実施形態と同様、合成単色光の色度が所定のＣ０になる値として予め実験的に調べられて決定されたものである。図９に示す例では、温度が上昇するにつれて第１の単色固体光源１１の光強度目標値は上昇し、第２の単色固体光源１２の光強度目標値は下降する。この例では、両方の直線が交差する点（両方の光強度目標値が同じになる光源温度）があるが、これは必須ではなく、交差する点がない場合もある。

【0053】

制御部３は、設定されたある初期値で各単色固体光源１１，１２に電力供給を開始する。この初期値は、図９に示すように、電力供給開始時の光源温度（Ｔ０）における各光強度目標値（Ｐ０１，Ｐ０２）である。光源温度に変化がない限りは、そして、温度検知手段５からの信号により光源温度が変化したと判断した場合、光強度目標値を変更する。例えば、図９に示すようにＴ０からＴ１に変化した場合、Ｔ１における光強度目標値（Ｐ１１，Ｐ１２）に変更する。そして、光強度がＰ１１，Ｐ１２になるように制御部３が各電源回路４１，４２をフィードバック制御する。

【0054】

第３の実施形態では、各単色固体光源１１，１２の光強度をフィードバック制御することで合成単色光の色度を一定に保っているので、光源の劣化のような、各単色固体光源への供給電力と光強度との再現性が低下した状況の下でも、色度を一定に保つことができる。例えば光源の劣化と光源温度の変化とが同時に生じた場合、予め決められた電力供給比に変更するだけでは色度が一定に保てない場合がある。供給電力比を所望の値にしても劣化のために各単色固体光源１１，１２の出力比が所望のものにならないためである。第３の実施形態では、光強度のフィードバック制御の中に光源温度に応じた供給電力比の制御を組み込んでいるので、このような問題はなく、光源の劣化のような外因によらず常に色度を一定に保つことができる。

【0055】

尚、第３の実施形態において、光強度検知手段７を１個のみ用いて各単色固体光源１１，１２のフィードバック制御を行うこともできる。例えば、光束合成光学系２により重ね合わされた光の光路上に１個の光強度検知手段７を配置した上で、各々の単色固体光源１１，１２を交互に消灯する。そして、光センサ７２の出力に基づいて、消灯していない方の単色固体光源について、上記光源温度に基づく光強度目標値を達成するよう、一定期間供給電力をフィードバック制御し、その後フィードバック制御を止めて、止める直前のフィードバック制御における最後の供給電力の値を保持する、いわゆる間欠フィードバックの技術によって制御すればよい。但し、実施形態の装置がプロジェクタのような表示装置に使用される場合は、画像を表示していない（例えば暗黒表示の）期間において、間欠フィードバックを回すようにする必要がある。このように１個の光強度検出手段７のみで各単色固体光源１１，１２からの光の強度を検知するようにすると、構造が簡素化でき、低コスト化できる。

【0056】

また、第１の実施形態の変形例として、各光強度検知手段７を設け、２個の単色固体光源１１，１２を総合した光の強度が目標値になるよう制御しても良い。即ち、温度検知手段５が検知した温度に従って各単色固体光源１１，１２への供給電力の比を規定するともに、各光強度検知手段７からの出力を制御部３において加算して全体の光強度を算出する。そして、全体の光強度の目標値を予め設定しておき、算出された光強度との差分を求める。そして、光源温度に従って規定された各供給電力の比を維持しつつ、全体の光強度の目標値からの差分が無くなるように全体に供給電力を増加又は減少させる。

【0057】

いま述べたように、この構成例の場合は、各単色固体光源１１，１２に対する光強度検知手段７のそれぞれの出力は、制御部３のなかで加算されるため、各単色固体光源１１，１２それぞれに対して、合わせて２個の光強度検知手段を設けるのではなく、光束合成光学系２により重ね合わされた光束に対し１個の光強度検知手段７を設けるようにしても構わない。このようにすることにより、構造が簡素化でき、低コスト化できる利点がある。但し、各単色固体光源１１，１２のアンバランスな劣化に対しては、色度の誤差が生じる可能性がある点に注意が必要である。しかし、定期的に更正を行うなどの使用上の工夫により、実用上の不都合を回避することができる。

【0058】

次に、第４の実施形態の単色光源装置について説明する。この実施形態は、第２の実施形態の変形例に相当するものであり、波長検知手段６の検知結果を利用した色度安定化の制御に加えて光強度の制御を行うものである。図１０は、波長検知手段の検知結果を利用して波長シフトと光強度とを求める点を示した図である。

【0059】

第４の実施形態では、第２の実施形態で用いられた波長検知手段６と同じものを使用することが想定されており、従って図１０では図６と同じ２個の光センサ６３，６４の受光感度特性が示されている。
例えば、第１の単色固体光源１１について基準波長が６４０ｎｍであったとする。この基準波長における各光センサ６３，６４の受光感度は予め求められており、各々ｇ_Ａ、ｇ_Ｂとする。図１０は、一例として、２個の光センサ６３，６４の受光感度が同じになる波長を基準波長とする場合を表しており、ｇ_Ａ＝ｇ_Ｂ＝ｇである。

【0060】

いま、第１の単色固体光源１１から出力される光の強度をＦ、基準波長からの波長シフトをδλとし、このときに光センサ６３，６４から出力される電流値がそれぞれＩ_Ａ，Ｉ_Ｂであったとする。この場合、第１の光センサ６３の分光感度特性直線の傾きをｋ_Ａとし、第２の光センサ６４の分光感度特性直線の傾きをｋ_Ｂとすれば、この関係は次のように式２のように表せる。

【0061】

【数2】

式２において、{ } の中が、図６の縦軸の量である受光感度に等しい。

【0062】

式２は、ＦとＦ・δλを未知数とした２元連立１次方程式であるから、初等的に解くことができて、ＦとＦ・δλが、従ってＦとδλが、それぞれ求められる。尚、図６に示す例ではｋＡが零であるが、これ以外にもｋ_Ａ，ｋ_Ｂ，ｇ_Ａ，ｇ_Ｂの値については、この式２の行列式が零にならない限り、様々な組合せを採用することができる。

【0063】

このように第４の実施形態の単色光源装置では、各単色固体光源１１，１２それぞれに設けた波長検知手段６の出力に基づいてそれぞれの波長と光強度Ｆが求められる。そして、第２の実施形態と同様、各単色固体光源１１，１２の出力波長に従って所定の色度Ｃ_０を達成する供給電力の比を決定する。その上で、光強度Ｆに基づいて各単色固体光源１１，１２の光強度の制御が行われる。例えば、光強度Ｆがについて所定の基準値を予め定めておき、算出された光強度Ｆについて基準値からの差分を求め、この差分が無くなるように供給電力比を維持したまま全体に供給電力を増加又は減少させる。

【0064】

より具体的な一例を示すと、装置の動作モードとして通常モードと省電力モードが設定されており、省電力モードは通常より３０％低い光出力のモードであり、それぞれについて定格の光強度が基準値として定められているとする。省電力モードで動作していた各単色光源１１，１２を通常モードに切り替えた際、制御部３は電力を３０％上げるよう各電源回路４１，４２を制御する。そして、各波長検知手段６での検知結果に基づいて各単色固体光源１１，１２の波長と光強度Ｆを求め、各波長に基づいて供給電力比を選択し、現在の比率と異なるのであれば変更する。そして、各単色固体光源１１，１２の光強度Ｆが基準値からずれていれば、その差分が無くなるよう供給電力比を維持したまま電力を全体に増加又は減少させる。尚、供給電力を全体に増加又は減少させた際、光源温度が変化することがあり得る。この場合には、各波長検知手段６の出力に基づいてさらに供給電力比を変更する制御が行えばよく、通常はこのような波長と光強度の制御は、定期的に繰返し行われる。

【0065】

以上において述べた各実施形態において、各電源回路４１，４２を制御する制御部３は、例えばアナログ的なフィードバック制御用の専用のＩＣを利用してハードウェア的に構成してもよいが、マイクロプロセッサを用いてプログラム処理により実現することもできる。また、例えば、アナログで入力される信号は、入力段でＡＤ変換してディジタル信号に変換し、マイクロプロセッサ内のディジタル演算によって生成されたディジタルデータに基づき、また必要があればＤＡ変換によりアナログ信号に変換して出力するなどして、所期の機能を発揮するものとして実現してもよい。このような処理機能を１個のＩＣに集積した、一般にＤＳＰ(digital signal processor)と呼ばれる専用のＩＣを使用して実現することは、本発明における制御部３の構成としてとりわけ好適である。

【0066】

また、各実施形態において、複数の単色固体光源１１，１２は、原色として赤色を表現するための半導体レーザーを例にして説明したが、緑や青についても同様に実施できる。例えば、緑色については、５１５〜５３５ｎｍ程度のレーザーを用いることができる。より具体的には、５１５ｎｍのレーザーとして日亜化学工業（株）製の半導体レーザーＮＤＧ４２１６−Ｅが使用でき、５３５ｎｍのレーザーとしてNecsel Intellectual Property,Inc.（本社：米国カリフォルニア州）製のものを使用することができる。
また、青色については、４４０〜４６０ｎｍ程度のレーザーを使用することができる。この場合、例えば４４０ｎｍのレーザーとして日亜化学工業（株）製の半導体レーザーＮＤＢ４１１６−Ｅが使用でき、４６０ｎｍのレーザーとして同社のＤＤＢ４２１６−Ｅを使用することができる。
また、本発明の単色光源装置においては、半導体レーザー以外の固体光源を単色固体光源として用いることができる。例えば、ＬＥＤ、ＳＨＧ(Second Harmonic Generation)光源、有機ＥＬ光源、無機ＥＬ光源等である。

【0067】

尚、各実施形態の説明において、各単色固体光源１１，１２の供給電力を制御すると説明したが、半導体レーザーのように多くの固体光源は電流値が出力に依存する。従って、電流を制御するとして発明を捉えることも可能である。直接的な制御対象は電流であったとしても、結果的には電力を制御していることに変わりはない。この点は、電圧を制御する場合も同様である。

【0068】

次に、表示装置の発明の実施形態について説明する。図１１は、本発明の実施形態に係る表示装置の概略図である。
実施形態の表示装置は、上述したいずれかの実施形態の単色光源装置を搭載したものである。図１１では、表示装置の例として、プロジェクタやデジタルシネマ映写機が想定されている。表示装置は、ＲＧＢそれぞれの単色光源装置８１と、単色光源装置８１によって単色光が照射される２次元光変調素子８２と、２次元光変調素子８２で作られた映像をスクリーン８３に投影するための投影レンズ８４等を備えている。

【0069】

２次元光変調調素子や投影光学系の構成は、表示装置の方式により異なる。図１１は、例えばＬＣＤ方式を想定して描かれている。２次元光変調素子８２には、透過型液晶素子が使用されており、２次元光変調素子８２には単色光源装置８１からの光がフライアイインテグレータ８５を介して照射されるようになっている。そして、２次元光変調素子８２からの透過光をダイクロイックプリズム８６を介して３色合成し、スクリーン８３に投影する投影光学系８４が搭載される。尚、各単色光源装置８１は、単色固体光源からの光が広がった状態で出射するよう不図示のレンズを内蔵している。
この他、ＬＣＯＳ方式(ＬＣｏＳは株式会社内田洋行の登録商標）の場合、反射型の液晶素子が２次元光変調光学系として使用され、液晶素子に光照射して反射光をスクリーンに投影する投影光学系が採用される。また、ＤＬＰ方式（ＤＬＰはテキサスインスツルメンツ社の登録商標）の場合、２次元光変調素子８２にはＤＭＤ（Digital Mirror Device)が使用される。

【0070】

単色光源装置は、ＲＧＢのそれぞれについて搭載される。従って、３機の単色光源装置が搭載される。前述したように、各単色光源装置８１では、１個の原色を現すのに複数の単色固体光源が使用され、温度変化による波長シフトを補償するように電力供給比が変更されるので、各原色の色度が温度変化によらず一定に保たれる。従って、スクリーン８３上に投影される映像の色合いも温度変化によらず常に安定したものになる。

【符号の説明】

【0071】

１１ 単色固体光源
１２ 単色固体光源
２ 光束合成光学系
３ 制御部
４１ 電源回路
４２ 電源回路
５ 温度検知手段
６ 波長検知手段
７ 光強度検知手段
８１ 単色光源装置
８２ ２次元光変調素子
８３ スクリーン
８４ 投影光学系
８５ フライアイインテグレータ
８６ ダイクロイックプリズム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】