JP6529338B2 - 蛍光光源装置、画像投射装置および蛍光光源制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、励起光源からの光を蛍光体に照射し、該蛍光体で波長が変換された蛍光を射出する蛍光光源装置に関し、特に蛍光を変調および投射して画像を表示する画像投射装置に好適なものに関する。

上記のような蛍光光源装置として、例えば青帯域の励起光を発する励起光源と、該励起光を緑帯域および赤帯域の蛍光を含む光（以下、出射光という）に変換する蛍光体とを有するものがある。また、蛍光光源装置には、蛍光体を回転させることで蛍光体における励起光が集光照射されるスポット位置を変化させ、蛍光体の一部のみが高温となって蛍光効率が変化することによる出射光の明るさや色の変化を抑制するものがある。このような温度による出射光の明るさや色の変化は、蛍光光源装置の周囲温度（環境温度）の変化によっても生ずる。さらに、蛍光体の輝度飽和という特性から、蛍光体に照射される励起光の強度に応じて蛍光効率（蛍光の明るさ）や出射光の色が変化するという問題もある。

特許文献１には、励起光を集光する集光手段に対する蛍光体の相対位置を調整可能とし、蛍光体の温度を検出した結果に応じて該相対位置を調整する光源装置が開示されている。また、特許文献２には、蛍光体の温度の検出結果に応じて蛍光体を回転させる回転数を制御することで、蛍光体の温度を所定値に保つようにした光源装置が開示されている。

特開２０１３−００４２３１号公報 特許第４６７８５５６号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２にて開示された光源装置では、蛍光体の温度変化による蛍光効率や出射光の色の変化は抑制可能であるが、輝度飽和による蛍光効率や出射光の色の変化を抑えることまでは考慮されていない。

本発明は、蛍光体の温度変化だけでなく輝度飽和による蛍光効率や出射光の色の変化を良好に抑制することができるようにした蛍光光源装置およびこれを用いた画像投射装置等を提供する。

本発明の一側面としての蛍光光源装置は、励起光源から発せられた第１の光を該第１の光とは波長が異なる光を含む第２の光に変換する蛍光体と、第１の光、または第１および第２の光を検出する光検出手段による検出結果と励起光源の積算点灯時間に関する履歴情報とのうち少なくとも一方を用いて、第１の光の蛍光体への照射強度に関する第１の推定情報および蛍光体の温度に関する第２の推定情報を取得する推定手段と、第１の推定情報および第２の推定情報を用いて、励起光源の発光強度および蛍光体を冷却する冷却手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

なお、上記蛍光光源装置と、該蛍光光源装置からの第２の光を変調する光変調素子とを有し、該光変調素子により変調された第２の光を被投射面に投射する画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。

また、本発明の他の一側面としての蛍光光源制御プログラムは、励起光源から発せられた第１の光を該第１の光とは波長が異なる光を含む第２の光に変換する蛍光体を有する蛍光光源装置を制御するコンピュータに、第１の光、または第１および第２の光を検出する光検出手段による検出結果と励起光源の積算点灯時間に関する履歴情報とのうち少なくとも一方を用いて、第１の光の蛍光体への照射強度に関する第１の推定情報および蛍光体の温度に関する第２の推定情報を取得する処理と、第１の推定情報および第２の推定情報を用いて、励起光源の発光強度および蛍光体を冷却する冷却手段を制御する処理とを実行させることを特徴とする。

本発明によれば、蛍光体の温度変化だけでなく輝度飽和による蛍光効率や蛍光体から出射する光の色の変化を良好に抑制することができる蛍光光源装置を実現することができる。したがって、この蛍光光源装置を用いれば、長時間にわたって安定的に良好な画質の画像を投射することが可能な画像投射装置を実現することができる。

本発明の参考例である蛍光光源装置を備えた画像投射装置の構成を示す図。 参考例および本発明の各実施例の蛍光光源装置における蛍光体から出射する光のスペクトルを示す図。 参考例および各実施例の蛍光光源装置における蛍光体ユニットの構成を示す図。 参考例および各実施例における蛍光体の温度と蛍光効率との関係を示す図。 参考例および各実施例における励起光源の光強度と蛍光輝度との比率を示す図。 本発明の実施例１である蛍光光源装置を備えた画像投射装置の構成を示す図。 実施例１における蛍光効率とＢ／Ｇ比率との関係を示す図。 本発明の実施例２である蛍光光源装置を備えた画像投射装置の構成を示す図。 実施例２における励起光源の光照射強度と蛍光体の温度との関係を示す図。 本発明の実施例３である蛍光光源装置を備えた画像投射装置の構成を示す図。 実施例３の励起光源の使用時間と光照射強度との関係を示す図。 本発明の実施例４である蛍光光源装置を備えた画像投射装置の構成を示す図。 実施例１で行われる処理を示すフローチャート。 実施例２で行われる処理を示すフローチャート。 実施例３で行われる処理を示すフローチャート。 実施例４で行われる処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
（参考例）
まず本発明の実施例１〜４の説明に先だって、各実施例に対する参考例としての蛍光光源装置（以下、光源装置という）およびこれを含む画像投射装置について、図１から図５を用いて説明する。本参考例と実施例１〜４との相違点や共通点については、その都度その旨を記載する。

図１には、参考例である光源装置１Ａを含む画像投射装置の構成を示している。光源装置１Ａにおいて、１０は励起光源としてのレーザ光源であり、１１はコリメータレンズである。１２はダイクロイックミラーまたはハーフミラーとしての光分離素子であり、１３，１４はコンデンサレンズである。１５は蛍光体ユニットである。１９は蛍光体ユニット１５を冷却する冷却手段としての冷却ファンであり、２１はレーザ光源１０から発せられたレーザ光（第１の光）２３を検出する光検出手段としての光センサである。本参考例および実施例１〜４では、光センサ２１は、光分離素子１２に入射したレーザ光２３のうち光分離素子１２からの漏れ光を検出しており、その検出結果から蛍光体２へのレーザ光２３の照射強度を推定することができる。

２０は蛍光体ユニット１５（より具体的には後述する蛍光体）の温度を測定する温度センサである。具体的には、蛍光体から放出される赤外線エネルギを計測することで蛍光体の温度を検出する赤外線センサである。実施例１〜４の光源装置には、この蛍光体ユニット１５の温度を測定する温度センサ２０は設けられない。

３０Ａは制御部であり、レーザ光源１０の発光強度を制御するとともに、冷却ファン１９および後述する蛍光体ユニット１５の動作を制御する。なお、実施例１〜４にもこの制御部３０Ａに相当する制御部３０Ｂ〜３０Ｅが設けられるが、該制御部３０Ｂ〜３０Ｅは制御部３０Ａとは動作が異なる。

また、画像投射装置において、１６は照明光学系であり、１７は色分解合成系である。２５，２６，２７は反射型液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の光変調素子であり、１８は投射レンズである。この画像投射装置の構成は実施例１〜４の画像投射装置と同じである。

光源装置１Ａにおいて、レーザ光源１０から発せられた励起光としてのレーザ光（本参考例および実施例１〜４では青帯域光とする）２３は、コリメータレンズ１１によって平行光束に変換されて光分離素子１２に入射する。光分離素子１２を透過したレーザ光２３は、コンデンサレンズ１３，１４により集光されて蛍光体ユニット１５内の蛍光体に照射される。蛍光体を含む蛍光体ユニット１５の詳しい構成については後述する。蛍光体ユニット１５は、蛍光体に集光照射されたレーザ光２３の一部を、該レーザ光２３とは波長が異なる２色の蛍光（緑帯域光および赤帯域光）２４，２５に変換する。これにより、蛍光ユニット１５からは、波長変換されなかったレーザ光源１０からの青帯域光と波長変換された蛍光としての緑帯域光および赤帯域光とを含む光（第２の光）が出射する。すなわち、蛍光体は、第１の光である青帯域光を、青帯域光、緑帯域光および赤帯域光を含む第２の光に変換して出射させる。

蛍光ユニット１５から出射した青帯域光２３、緑帯域光２４および赤帯域光２５は、コンデンサレンズ１４，１３を透過して光分離素子１２に入射し、該光分離素子１２により反射されて照明光学系１６に導かれる。照明光学系１６に入射した青帯域光２３、緑帯域光２４および赤帯域光２５は、色分解合成系１７によって分解され、それぞれ光変調素子２６，２７，２８に導かれる。なお、図では、光変調素子２７，２８を１つにまとめて示している。

光変調素子２６〜２８はそれぞれ、入射した光を、画像投射装置の外部から入力された画像信号に応じて変調するとともに反射する。光変調素子２６〜２８により変調された青帯域光２３、緑帯域光２４および赤帯域光２５は、色分解合成系１７によって合成され、投射レンズ１８を介して不図示の被投射面（スクリーン等）に投射される。これにより、画像信号に対応したカラー投射画像が被投射面上に表示される。

図２には、蛍光体ユニット１５から出射する青帯域光（Excitation Light）と蛍光としての緑帯域光および赤帯域光（phosphor）のスペクトルを示す。蛍光体ユニット１５の蛍光体に照射された青帯域光のうち波長変換されない一部の光は、該蛍光体にて拡散反射されて蛍光体ユニット１５から出射する。

図３（ａ），（ｂ）には、本参考例および実施例１〜４における蛍光体ユニット１５の構成を示す。図３（ａ）はレーザ光源１０からの光入射方向から見た蛍光体ユニット１５を示しており、図３（ｂ）は斜め横から見た蛍光体ユニット１５を示している。

１は円板形状の金属基板であり、２は蛍光体である。４はモータであり、３は金属基板１の中心に対するモータ４の出力軸（モータ軸）の連結部である。５は台座である。蛍光体２は、不図示のバインダを介して金属基板１上に塗布されている。モータ４を駆動することにより蛍光体２が金属基板１とともにモータ軸を中心として回転する。蛍光体２にはレーザ光源１０からの強い光が照射されるために蛍光体２の温度が上昇するが、蛍光体２を金属基板１とともに回転させることで冷却効果が得られ、蛍光体２の温度上昇を抑制することができる。すなわち、モータ４は冷却手段として機能する。このとき、モータ４の回転数を大きくすると蛍光体２の温度上昇をより効果的に抑制することができる。逆に言えば、モータ４の回転数が小さいと蛍光体２の温度が上昇する。このように、モータ４による蛍光体２（金属基板１）の回転数を変えることで、蛍光体２の温度を制御することが可能である。

図４には、蛍光体２の温度と蛍光効率との関係をグラフにして示している。蛍光効率とは、蛍光体２に照射された励起光（２３）の光強度に対する蛍光（２４，２５）の光強度の比率を示す。つまり、図４は、蛍光体２の温度とレーザ光から蛍光への変換効率を示している。図４では、蛍光効率を、蛍光体２の温度が２５℃のときの蛍光効率を１として規格化して示している。

図４に示す蛍光効率（以下、温度蛍光効率という）は蛍光体２の温度に対して非線形な特性を示す。具体的には、蛍光体２の温度が高温になるほど温度蛍光効率が低下し、かつ低下度合い（グラフの下げ方向の傾き）が大きくなる。一般に、この現象を温度消光という。

図５には、蛍光体２に対する励起光（レーザ光２３）の照射強度（Ｗ／ｍｍ^２）と蛍光輝度比率との関係をグラフにして示している。なお、この蛍光体２へのレーザ光２３の照射強度（以下、蛍光体２への光照射強度ともいう）に対する蛍光輝度比率は、蛍光効率と同義である。図５では、蛍光輝度比率を、蛍光体２への光照射強度が０．５Ｗ／ｍｍ^２のときの蛍光輝度比率を１として規格化して示している。

図５から分かるように、蛍光輝度比率は蛍光体２への光照射強度に対して線形な特性を示しており、光照射強度が高いほど蛍光輝度比率が低下する。一般に、この現象を輝度飽和という。

発明者による実験において、本参考例の光源装置１Ａの使用開始時（積算点灯時間＝０）における蛍光ユニット１５の蛍光体２の温度は１５０℃であり、光センサ２１による検出結果を用いて推定した蛍光体２への光照射強度は４０Ｗ／ｍｍ^２であった。この条件において投射画像の色調整を行った。このとき、温度蛍光効率は９３％であり、蛍光輝度比率は８０％であり、トータル蛍光効率はこれらの積の７４．４％であった。

また、実験では、光源装置１Ａの使用開始時からの使用時間（積算点灯時間）の増加および環境変化によって、レーザ光２３の光強度（レーザ光源１０の発光強度）および蛍光体２の温度が変化した。光センサ２１による検出結果を用いて蛍光体２への光照射強度を推定すると３０Ｗ／ｍｍ^２（第１の推定情報）であった。一方、温度センサ２０を用いて蛍光体２の温度を測定した結果は１００℃であった。このとき、図４から温度蛍光効率は９８％であり、図５から蛍光輝度比率は８５％であり、トータルの蛍光効率はこれらの積である８３．３％となった。つまり、蛍光効率が光源装置１Ａの使用開始時の７４．４％に対して８３．３％に増加したことになる。これにより、光源装置１Ａから出射される光において緑帯域光と赤帯域光が増えて青帯域光の比率が低下したことになり、投射画像は緑や赤味がかった画像となった。

本参考例では、これを補正するために、制御部３０Ａは、レーザ光源１０の発光強度を制御するとともに、冷却ファン１９の回転数およびモータ４による蛍光体２（金属基板１）の回転数を制御する。実験では、制御部３０Ａは、レーザ光源１０の発光強度を強くして蛍光体２に対するレーザ光２３の照射強度を４０Ｗ／ｍｍ^２に増加させ、かつ蛍光体２の温度が１５０℃になるように冷却ファン１９およびモータ４の回転数をそれぞれ低下させた。これにより、蛍光効率を使用開始時と同等に戻し、投射画像の色味を使用開始時と同等の色味に補正することができた。

以下、本発明の実施例１〜４について説明する。参考例で蛍光体の温度測定に使用される温度センサ（赤外線センサ）２０は高価であることが多いので、各実施例ではこのような温度センサを用いずに蛍光効率や投射画像の色（つまりは蛍光体２からの出射光の色）の変化を抑制する。

図６には、本発明の実施例１である光源装置１Ｂを含む画像投射装置の構成を示している。本実施例において、参考例と共通する構成要素については参考例と同じ符号を付している。

３５は蛍光体ユニット１５を出射した青帯域光２３と緑帯域光（第２の光）２４を検出する第２の光検出手段としての光センサである。

本実施例では、推定手段としての制御部３０Ｂは、参考例と同様に第１の光検出手段としての光センサ２１による検出結果を用いてレーザ光源１０からの蛍光体２への光照射強度に関する推定情報（第１の推定情報：以下、推定光照射強度という）を取得する。そして、この推定光照射強度から蛍光効率（蛍光輝度比率）Ｅ＿ｗを算出する。このため、制御部３０Ｂは、図５に示した蛍光体２への光照射強度と蛍光輝度比率との関係を示す情報をテーブルデータ又は数式として不図示のメモリに記憶（保存）しており、推定光照射強度とこの図５の関係を示す情報とを用いて蛍光輝度比率Ｅ＿ｗを算出する。

さらに、制御部３０Ｂは、光センサ３５による検出結果を用いて、蛍光体ユニット１５を出射した青帯域光（Ｂ）と緑帯域光（Ｇ）の強度の比率であるＢ／Ｇ比率を求め、該Ｂ／Ｇ比率からトータル蛍光効率Ｅ＿totalを求める。

図７には、蛍光体２のトータル蛍光効率Ｅ＿totalとＢ／Ｇ比率との関係をグラフにして示している。この図に示すトータル蛍光効率Ｅ＿totalは、蛍光体２の温度蛍光効率Ｅ＿tempと蛍光体２への光照射強度による蛍光輝度比率Ｅ＿ｗとの積であり、以下の式（１）で示される。

Ｅ＿total＝Ｅ＿temp×Ｅ＿ｗ （１）
制御部３０は、図７に示す蛍光体２のトータル蛍光効率Ｅ＿totalとＢ／Ｇ比率との関係を示す情報をテーブルデータ又は数式としてメモリに記憶（保存）しており、検出したＢ／Ｇ比率とこの図７の関係を示す情報からトータル蛍光効率Ｅ＿totalを求める。また、制御部３０Ｂは、式（１）の情報もメモリに記憶しており、求めたトータル蛍光効率Ｅ＿totalと上記蛍光輝度比率Ｅ＿ｗと式（１）とを用いて、蛍光体２の温度蛍光効率Ｅ＿tempを算出する。

さらに、制御部３０Ｂは、図４に示した蛍光体２の温度と蛍光効率との関係を示す情報をテーブルデータ又は数式としてメモリに記憶している。制御部３０Ｂは、算出した蛍光効率Ｅ＿tempとこの図４の関係を示す情報とを用いて蛍光体２の温度に関する推定情報（第２の推定情報：以下、推定蛍光体温度ともいう）を取得する。

こうして推定蛍光体温度を取得した制御手段としての制御部３０Ｂは、この推定蛍光体温度に基づいてレーザ光源１０の発光強度やモータ４および冷却ファン１９の回転数を制御する。

図１３のフローチャートには、制御部３０Ｂによるレーザ光源１０の発光強度とモータ４および冷却ファン１９の回転数の制御を行う処理の流れを示している。制御部３０Ｂはマイクロコンピュータにより構成され、コンピュータプログラムとしての蛍光光源制御プログラムに従って本処理を行う。

制御部３０Ｂは、ステップＳ５０１において光センサ２１の検出結果から蛍光体２への推定光照射強度を取得し、ステップＳ５０２において推定光照射強度と図５の関係を示す情報とを用いて蛍光輝度比率Ｅ＿ｗを算出する。次に、制御部３０Ｂは、ステップＳ５０３において光センサ３５の検出結果からＢ／Ｇ比率を求め、該Ｂ／Ｇ比率と図７の関係を示す情報とからトータル蛍光効率Ｅ＿totalを求める。さらに、制御部３０Ｂは、ステップＳ５０４において蛍光輝度比率Ｅ＿ｗとトータル蛍光効率Ｅ＿totalと式（１）とから蛍光効率Ｅ＿tempを算出し、ステップＳ５０５において蛍光効率Ｅ＿tempと図４の関係を示す情報とから推定蛍光体温度を取得する。そして、制御部３０Ｂは、ステップＳ５０６において推定蛍光体温度に基づいてレーザ光源１０の発光強度とモータ４および冷却ファン１９の回転数の制御を行う。

本実施例の光源装置１Ｂを用いた実験では、その使用開始時において、制御部３０Ｂが光センサ２１による検出結果を用いて取得した蛍光体２に対する推定光照射強度は４０Ｗ／ｍｍ^２であった。また、光センサ３５による検出結果を用いて取得した蛍光体２から出射した光のＢ／Ｇ比率は５：１であった。

このとき、図７に示す情報から得られるトータル蛍光効率Ｅ＿totalは７５％であった。また、図５に示す情報から得られる蛍光体２への光照射強度４０Ｗ／ｍｍ^２に対する蛍光輝度比率Ｅ＿ｗは８０％であった。したがって、制御部３０Ｂは、式（１）から蛍光体２の温度蛍光効率Ｅ＿tempを９３％と算出し、図４に示す情報から推定蛍光体温度１５０℃を取得した。

さらに、実験では、光源装置１Ｂの使用開始時からの使用時間の増加および環境変化によって、レーザ光２３の光強度（レーザ光源１０の発光強度）および蛍光体２の温度が変化した。このとき、制御部３０Ｂが光センサ２１による検出結果を用いて取得した蛍光体２に対する推定光照射強度は３０Ｗ／ｍｍ^２であった。また、光センサ３５による検出結果を用いて取得したＢ／Ｇ比率は３：１であった。

このとき、図７に示す情報から得られるトータル蛍光効率Ｅ＿totalは８３％であり、図５に示す情報から得られる蛍光輝度比率Ｅ＿ｗは８５％であった。このため、制御部３０Ｂは、式（１）から蛍光体２の温度蛍光効率Ｅ＿tempを９８％として算出し、図４から推定蛍光体温度１００℃を取得した。トータル蛍光効率が光源装置１Ｂの使用開始時の７５％に対して８３％に増加したことで、光源装置１Ｂから出射される光において緑帯域光と赤帯域光が増えて青帯域光の比率が低下したことになり、投射画像は緑や赤味がかった画像となった。

制御部３０Ｂは、これを補正するため、つまりは蛍光効率とＢ／Ｇ比率を使用開始時の値に近づける（望ましくは戻す）ため、レーザ光源１０の発光強度を制御し、かつ冷却ファン１９の回転数とモータ４による蛍光体２の回転数を制御する。このことは、後述する他の実施例の制御部３０Ｃ〜３０Ｅも同じである。具体的には、制御部３０Ｂは、レーザ光源１０の発光強度を制御して蛍光体２への光照射強度を４０Ｗ／ｍｍ^２に増加させ、かつ冷却ファン１９およびモータ４の回転数を低下させて蛍光体２の温度を上昇させることでＢ／Ｇ比率を５：１にした。これにより、蛍光効率を使用開始時と同等に戻し、投射画像の色味を使用開始時と同等の色味に補正することができた。

なお、本実施例において、光源装置１Ｂの環境温度（周囲温度）を検出する周囲温度検出手段としての環境温度センサを設け、環境温度の変化による蛍光体２の温度変化分も併せて蛍光体２の温度制御を行うことで、より精度の高い補正を行うことができる。このことは、後述する他の実施例２〜４でも同じである。

図８には、本発明の実施例２である光源装置１Ｃを含む画像投射装置の構成を示している。本実施例において、実施例１と共通する構成要素については実施例１と同じ符号を付している。２１は実施例１と同じく、レーザ光源１０から発せられたレーザ光（第１の光）２３を検出する光センサである。

本実施例の光源装置１Ｃを用いた実験では、その使用開始時において、制御部３０Ｃが光センサ２１による検出結果を用いて取得した蛍光体２に対する推定光照射強度は４０Ｗ／ｍｍ^２であった。

図９には、レーザ光２３の蛍光体２への照射強度（光照射強度）と蛍光体２の温度との関係をグラフにして示している。この図から、蛍光体２への光照射強度が４０Ｗ／ｍｍ^２であるとき、蛍光体２の温度が１５０℃であることが推定できる。これにより、図４に示す情報から温度蛍光効率は９３％であり、図５に示す情報から蛍光輝度比率は８０％であり、式（１）からトータル蛍光効率はこれらの積の７４．４％と推定できる。

本実施例では、推定手段としての制御部３０Ｃは、図９の関係を示す情報を、蛍光体２への光照射強度を蛍光体２の温度に換算する換算情報として予め制御部３０Ｃ内の不図示のメモリにテーブルデータ又は数式として保存（記憶）しておく。制御部３０Ｃは、蛍光体２に対する推定光照射強度（第１の推定情報）とこの換算情報とを用いて推定蛍光体温度（第２の推定情報）を取得する。

こうして推定蛍光体温度を取得した制御手段としての制御部３０Ｃは、この推定蛍光体温度に基づいてレーザ光源１０の発光強度やモータ４および冷却ファン１９の回転数を制御する。

図１４のフローチャートには、制御部３０Ｃによるレーザ光源１０の発光強度とモータ４および冷却ファン１９の回転数の制御を行う処理の流れを示している。制御部３０Ｃはマイクロコンピュータにより構成され、コンピュータプログラムとしての蛍光光源制御プログラムに従って本処理を行う。

制御部３０Ｃは、ステップＳ６０１において光センサ２１の検出結果から蛍光体２への推定光照射強度を取得し、ステップＳ５０２において推定光照射強度と図９の関係を示す情報とから推定蛍光体温度を取得する。そして、制御部３０Ｃは、ステップＳ６０３において推定蛍光体温度に基づいてレーザ光源１０の発光強度とモータ４および冷却ファン１９の回転数の制御を行う。

さらに実験では、光源装置１Ｃの使用開始時からの使用時間の増加および環境変化によって、レーザ光２３の光強度（レーザ光源１０の発光強度）および蛍光体２の温度が変化した。制御部３０Ｃが光センサ２１による検出結果を用いて取得した蛍光体２への推定光照射強度は３０Ｗ／ｍｍ^２であり、図９から蛍光体の温度が１００℃に変化したと推定できた。このとき、温度蛍光効率Ｅ＿tempは９８％であり、蛍光輝度比率Ｅ＿ｗは８５％であり、トータル蛍光効率Ｅ＿totalはこれらの積の８３．３％であった。つまり、蛍光効率が光源装置１Ｃの使用開始時の７４．４％に対して８３．３％に増加したことになる。これにより、光源装置１Ｃから出射される光において緑帯域光と赤帯域光が増えて青帯域光の比率が低下したことになり、投射画像は緑や赤味がかった画像となった。

制御部３０Ｃは、これを補正するために、レーザ光源１０の発光強度を強くして蛍光体２に対する光照射強度を４０Ｗ／ｍｍ^２に増加させた。これにより、蛍光効率を使用開始時と同等に戻し、投射画像の色味を使用開始時と同等の色味に補正することができた。蛍光体２に対するレーザ光２３の照射強度を使用開始時と同じ４０Ｗ／ｍｍ^２まで増加させられない場合は、冷却ファン１９およびモータ４の回転数を低下させて蛍光体２の温度を高温に上げてもよい。

図１０には、本発明の実施例３である光源装置１Ｄを含む画像投射装置の構成を示している。本実施例において、実施例１，２と共通する構成要素については実施例１，２と同じ符号を付している。３５は実施例２でも説明した蛍光体ユニット１５を出射した青帯域光（第１の光）２３および緑帯域光（第２の光）２４を検出する第２の光検出手段としての光センサである。また、２６はレーザ光源１０の使用時間（累積点灯時間）をカウントするタイマである。

図１１には、レーザ光源１０の使用時間と蛍光体２に対する光照射強度との関係をグラフにして示している。レーザ光源１０の使用時間と蛍光体２に対する光照射強度とは比例関係にある。

本実施例では、この図１１の関係を示す情報（以下、時間−強度情報という）を、テーブルデータ又は数式として推定手段としての制御部３０Ｄ内の不図示のメモリに保存（記憶）しておく。そして、制御部３０Ｄは、タイマ２６から取得したレーザ光源１０の使用時間としての履歴情報と該時間−強度情報とを用いて、蛍光体２への推定光照射強度（第１の推定情報）を取得する。制御部３０Ｄは、図５の関係を示す情報もメモリに記憶しており、推定光照射強度と図５の関係を示す情報とを用いて蛍光輝度比率Ｅ＿ｗを算出する。

また、制御部３０Ｄは、光センサ３５による検出結果から蛍光体ユニット１５を出射した青帯域光（Ｂ）と緑帯域光（Ｇ）の強度の比率であるＢ／Ｇ比率を求める。制御部３０Ｄは、図７の関係を示す情報もメモリに記憶しており、Ｂ／Ｇ比率とこの図７の関係を示す情報とを用いてトータル蛍光効率Ｅ＿totalを求める。制御部３０Ｄは、このトータル蛍光効率Ｅ＿totalと蛍光輝度比率Ｅ＿ｗと式（１）とから、蛍光体２の温度蛍光効率Ｅ＿tempを算出する。

制御部３０Ｄは、図４の関係を示す情報もメモリに記憶しており、蛍光効率Ｅ＿tempと図４の関係を示す情報とを用いて推定蛍光体温度（第２の推定情報）を取得する。そして、制御手段としての制御部３０Ｄは、該推定蛍光体温度に基づいてレーザ光源１０の発光強度やモータ４および冷却ファン１９の回転数を制御する。

図１５のフローチャートには、制御部３０Ｄによるレーザ光源１０の発光強度とモータ４および冷却ファン１９の回転数の制御を行う処理の流れを示している。制御部３０Ｄはマイクロコンピュータにより構成され、コンピュータプログラムとしての蛍光光源制御プログラムに従って本処理を行う。

制御部３０Ｄは、ステップＳ７０１においてタイマによってカウントされたレーザ光源１０の使用時間の情報を取得し、該使用時間と時間−強度情報とから蛍光体２への推定光照射強度を取得する。次に、制御部３０Ｄは、ステップＳ７０２において推定光照射強度と図５の関係を示す情報とから蛍光輝度比率Ｅ＿ｗを算出する。次に、制御部３０Ｄは、ステップＳ７０３において光センサ３５の検出結果からＢ／Ｇ比率を求め、該Ｂ／Ｇ比率と図７の関係を示す情報とからトータル蛍光効率Ｅ＿totalを求める。さらに、制御部３０Ｄは、ステップＳ７０４において蛍光輝度比率Ｅ＿ｗとトータル蛍光効率Ｅ＿totalと式（１）とから蛍光効率Ｅ＿tempを算出し、ステップＳ７０５において蛍光効率Ｅ＿tempと図４の関係を示す情報とから推定蛍光体温度を取得する。そして、制御部３０Ｄは、ステップＳ７０６において推定蛍光体温度に基づいてレーザ光源１０の発光強度とモータ４および冷却ファン１９の回転数の制御を行う。

本実施例の光源装置１Ｄを用いた実験では、その使用開始時において、制御部３０Ｄが時間−強度情報から取得した蛍光体２に対する光照射強度は４０Ｗ／ｍｍ^２であったため、図５から蛍光輝度比率Ｅ＿ｗは８０％であった。また、制御部３０Ｄが光センサ３５による検出結果を用いて取得したＢ／Ｇ比率は５：１であったため、図７からトータル蛍光効率Ｅ＿totalは７５％となった。したがって、制御部３０Ｄは、式（１）から蛍光体２の温度蛍光効率Ｅ＿tempを９３％と算出し、図４から推定蛍光体温度１５０℃を取得した。

さらに、光源装置１Ｄの使用開始時からの使用時間の増加および環境変化によって、レーザ光２３の光強度（レーザ光源１０の発光強度）および蛍光体２の温度が変化した。このとき、制御部３０Ｄが取得した、タイマ２６によってカウントされたレーザ光源１０の使用時間は１００００時間であった。このため、制御部３０Ｄは、時間−強度情報から蛍光体２に対する推定光照射強度３０Ｗ／ｍｍ^２を取得した。また、制御部３０Ｄが光センサ３５を通じて取得したＢ／Ｇ比率は３：１であった。このとき、図５から推定光照射強度は３０Ｗ／ｍｍ^２に対する蛍光輝度比率Ｅ＿ｗは８５％となり、図７からトータル蛍光効率Ｅ＿totalは８３％となった。したがって、制御部３０Ｄは、式（１）により蛍光体２の温度蛍光効率Ｅ＿tempを９８％と算出し、図４から推定蛍光体温度１００℃を取得した。

トータル蛍光効率が光源装置１Ｄの使用開始時の７５％に対して８３％に増加したことで、光源装置１Ｄから出射される光において緑帯域光と赤帯域光が増えて青帯域光の比率が低下したことになり、投射画像は緑や赤味がかった画像となった。

制御部３０Ｄ、これを補正するために、光センサ３５によって計測される光強度とＢ／Ｇ比率を初期の値に戻すために、レーザ光源１０の発光強度を制御して蛍光体２への光照射強度を４０Ｗ／ｍｍ^２に増加させた。また、冷却ファン１９およびモータ４の回転数を低下させた。これにより、蛍光体２の温度を上昇させ、Ｂ／Ｇ比率を５：１にした。これにより、蛍光効率を使用開始時と同等に戻し、投射画像の色味を使用開始時と同等の色味に補正することができた。

図１２には、本発明の実施例４である光源装置１Ｅを含む画像投射装置の構成を示している。本実施例において、実施例４と共通する構成要素については実施例４と同じ符号を付している。本実施例において、２６は実施例４と同様にレーザ光源１０の使用時間（累積点灯時間）をカウントするタイマである。本実施例では、実施例１〜３で用いた光センサ２１，３５は用いていない。

本実施例では、実施例４と同様に、図１１に示した時間−強度情報をテーブルデータ又は数式として推定手段としての制御部３０Ｅ内の不図示のメモリに保存（記憶）しておく。そして、制御部３０Ｅは、タイマ２６から取得したレーザ光源１０の使用時間と該時間−強度情報とから蛍光体２に対する推定光照射強度（第１の推定情報）を取得する。

また、本実施例では、実施例３と同様に、図９に示した換算情報を予め制御部３０Ｅ内のメモリにテーブルデータ又は数式として保存（記憶）しておく。そして、制御部３０Ｅは、蛍光体２に対する推定光照射強度とこの換算情報とから推定蛍光体温度（第２の推定情報）を取得する。そして、該推定蛍光体温度に基づいてレーザ光源１０の発光強度やモータ４および冷却ファン１９の回転数を制御する。

図１６のフローチャートには、制御部３０Ｅによるレーザ光源１０の発光強度とモータ４および冷却ファン１９の回転数の制御を行う処理の流れを示している。制御部３０Ｅはマイクロコンピュータにより構成され、コンピュータプログラムとしての蛍光光源制御プログラムに従って本処理を行う。

制御部３０Ｄは、ステップＳ８０１においてタイマによってカウントされたレーザ光源１０の使用時間の情報を取得し、該使用時間と時間−強度情報とから蛍光体２への推定光照射強度を取得する。次に、制御部３０Ｅは、ステップＳ８０２において推定光照射強度と換算情報とから推定蛍光体温度を取得する。そして、制御手段としての制御部３０Ｅは、ステップＳ８０３において推定蛍光体温度に基づいてレーザ光源１０の発光強度とモータ４および冷却ファン１９の回転数の制御を行う。

本実施例の光源装置１Ｅを用いた実験では、使用開始時において、制御部３０Ｅが時間−強度情報から取得した蛍光体２に対する光照射強度は４０Ｗ／ｍｍ^２であった。このため、制御部３０Ｅは、換算情報から推定蛍光体温度１５０℃を取得した。これにより、温度蛍光効率Ｅ＿tempは９３％であり、蛍光輝度比率Ｅ＿ｗは８０％であり、トータル蛍光効率Ｅ＿totalはこれらの積の７４．４％となった。

さらに、光源装置１Ｅの使用開始時からの使用時間の増加および環境変化によって、レーザ光２３の光強度（レーザ光源１０の発光強度）および蛍光体２の温度が変化した。このとき、制御部３０Ｅが取得した、タイマ２６によってカウントされたレーザ光源１０の使用時間は１００００時間であった。このため、制御部３０Ｅは、時間−強度情報から蛍光体２に対する推定光照射強度３０Ｗ／ｍｍ^２を取得した。そして、制御部３０Ｅは、換算情報から蛍光体推定温度１００℃を取得した。このとき、温度蛍光効率Ｅ＿tempは９８％であり、蛍光輝度比率Ｅ＿ｗは８５％であり、トータル蛍光効率Ｅ＿totalはこれらの積の８３．３％となった。蛍光効率が光源装置１Ｅの使用開始時の７４．４％に対して８３．３％に増加したことで、光源装置１Ｅから出射される光において緑帯域光と赤帯域光が増えて青帯域光の比率が低下したことになり、投射画像は緑や赤味がかった画像となった。

制御部３０Ｅは、これを補正するために、レーザ光源１０の発光強度を強くして蛍光体２に対する光照射強度を４０Ｗ／ｍｍ^２に増加させることで、蛍光効率を使用開始時と同等に戻し、投射画像の色味を使用開始時と同等の色味に補正することができた。

蛍光体２に対するレーザ光２３の照射強度を使用開始時と同じ４０Ｗ／ｍｍ^２まで増加させられない場合は、冷却ファン１９およびモータ４の回転数を低下させて蛍光体２の温度を高温に上げてもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１Ａ〜１Ｅ 蛍光光源装置
２ 蛍光体
１０ レーザ光源
１５ 蛍光体ユニット
１９ 冷却ファン
２１，３５ 光センサ
３０Ａ〜３０Ｅ 制御部

Claims (10)

1. 励起光源から発せられた第１の光を該第１の光とは波長が異なる光を含む第２の光に変換する蛍光体と、
   前記第１の光、または前記第１および第２の光を検出する光検出手段による検出結果と前記励起光源の積算点灯時間に関する履歴情報とのうち少なくとも一方を用いて、前記第１の光の前記蛍光体への照射強度に関する第１の推定情報および前記蛍光体の温度に関する第２の推定情報を取得する推定手段と、
   前記第１の推定情報および前記第２の推定情報を用いて、前記励起光源の発光強度および前記蛍光体を冷却する冷却手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする蛍光光源装置。
2. 前記推定手段は、前記光検出手段による検出結果を用いて、前記第１の推定情報および前記第２の推定情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
3. 前記光検出手段は、前記第１の光を検出する第１の光検出手段と前記第２の光を検出する第２の光検出手段とを含み、
   前記推定手段は、前記第１の光検出手段による検出結果を用いて前記第１の推定情報を取得し、前記第２の光検出手段による検出結果を用いて前記第２の推定情報を取得することを特徴とする請求項２に記載の蛍光光源装置。
4. 前記光検出手段は、前記第１の光を検出し、
   前記推定手段は、前記励起光源の発光強度から前記蛍光体の温度を換算するための換算情報を有しており、
   前記光検出手段による検出結果を用いて前記第１の推定情報を取得し、該第１の推定情報と前記換算情報とを用いて前記第２の推定情報を取得することを特徴とする請求項２に記載の蛍光光源装置。
5. 前記光検出手段は、前記第２の光を検出し、
   前記推定手段は、
   前記履歴情報を用いて前記第１の推定情報を取得し、
   前記光検出手段による検出結果を用いて前記第２の推定情報を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光光源装置。
6. 前記推定手段は、前記励起光源の発光強度から前記蛍光体の温度を換算するための換算情報を有しており、
   前記履歴情報を用いて前記第１の推定情報を取得するとともに、該第１の推定情報と前記換算情報とを用いて前記第２の推定情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
7. 該蛍光光源装置の周囲温度を検出する周囲温度検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記周囲温度検出手段による検出結果に応じて前記を用いて前記励起光源の発光強度および前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の蛍光光源装置。
8. 前記制御手段は、前記第２の光の色が該蛍光光源装置の使用開始時の色に近づくように前記励起光源の発光強度および前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の蛍光光源装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の蛍光光源装置と、
   該蛍光光源装置からの前記第２の光を変調する光変調素子とを有し、
   該光変調素子により変調された前記第２の光を被投射面に投射することを特徴とする画像投射装置。
10. 励起光源から発せられた第１の光を該第１の光とは波長が異なる光を含む第２の光に変換する蛍光体を有する蛍光光源装置を制御するコンピュータに、
    前記第１の光、または前記第１および第２の光を検出する光検出手段による検出結果と前記励起光源の積算点灯時間に関する履歴情報とのうち少なくとも一方を用いて、前記第１の光の前記蛍光体への照射強度に関する第１の推定情報および前記蛍光体の温度に関する第２の推定情報を取得する処理と、
    前記第１の推定情報および前記第２の推定情報を用いて、前記励起光源の発光強度および前記蛍光体を冷却する冷却手段を制御する処理とを実行させることを特徴とする蛍光光源制御プログラム。