(57)【要約】【課題】発光素子および蛍光体を使用した高輝度の投写型画像表示装置において、蛍光体の利用効率を高め、蛍光体の劣化および励起光源の消費電力を抑制することにより、低消費電力、長寿命で安定した画像表示品質の投写型画像表示装置を実現する。【解決手段】本発明の投写型画像表示装置は、複数の光源１８１、１８２，１８３と、複数の光源のいずれかにより励起されて発光する蛍光体層１８５と、複数の光源および蛍光体層１８５から発する光の光学経路を定める光学部と、蛍光体層１８５またはその近傍の温度を直接的または間接的に検出する温度センサー１８４と、蛍光体層１８５を励起する励起光源１８２の輝度を制御する光源出力制御部２１２と、投写画像信号の振幅を制御する振幅制御部２１３と、検出温度に基づいて光源出力制御部２１２と振幅制御部２１３とを切り替えて投写画像の輝度を制御する輝度制御部２１０と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、前記複数の光源のいずれかにより励起されて発光する蛍光体層と、前記複数の光源および前記蛍光体層から発する光の光学経路を定める光学部と、前記蛍光体層またはその近傍の温度を直接的または間接的に検出する温度検出部と、前記蛍光体層を励起する励起光源の輝度を制御する光源輝度制御部と、投写画像信号の振幅を制御する振幅制御部と、前記検出温度に基づいて前記光源輝度制御部と前記振幅制御部とを切り替えて前記投写画像の輝度を制御する輝度制御部と、を備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。
【請求項２】
前記輝度制御部は、前記検出温度を予め設定された基準温度と比較し、前記基準温度以下の場合には、前記光源輝度制御部により前記励起光源の輝度を下げるように制御し、前記検出温度が基準温度より高い場合には、前記振幅制御部により前記投写画像信号の白レベルを伸張するよう制御することを特徴とする請求項１に記載の投写型画像表示装置。
【請求項３】
前記光源輝度制御部は、前記励起光源の出力を制御して前記励起光源の輝度を下げるようにすることを特徴とする請求項２に記載の投写型画像表示装置。
【請求項４】
前記光源輝度制御部は、前記励起光源の点灯数の制御を行う点灯制御部を有し、前記励起光源を集合配列し、前記点灯制御部は、前記検出温度に基づいて前記集合配列した励起光源の点灯数を制御することを特徴とする請求項２に記載の投写型画像表示装置。
【請求項５】
前記点灯制御部は、前記集合配列した励起光源の一部または全部の点灯により構成される点灯パターンを切り替えることにより点灯数の制御を行い、前記点灯パターンは前記集合配列の中心に関し略対称形であることを特徴とする請求項４に記載の投写型画像表示装置。
【請求項６】
前記点灯制御部は、前記点灯パターンをローテーションすることを特徴とする請求項５に記載の投写型画像表示装置。
【請求項７】
前記点灯パターンにより複数のローテーショングループを構成し、前記ローテーショングループを切り替えることにより、前記点灯パターンのローテーションを行うことを特徴とする請求項６に記載の投写型画像表示装置。
【請求項８】
前記点灯制御部は、前記点灯パターンを表示画面のフレームと同期させて１フレーム毎に切り替えることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の投写型画像表示装置。
【請求項９】
前記点灯制御部は、前記集合配列の中心部に配置された光源を点灯し、周辺部に配置された光源を消灯することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の投写型画像表示装置。
【請求項１０】
前記振幅制御部は前記投写画像信号のコントラストを上げるよう制御することを特徴とする請求項２に記載の投写型画像表示装置。
【請求項１１】
前記振幅制御部は前記投写画像信号の中間調以上の信号レベルのゲインが高くなるよう制御することを特徴とする請求項２に記載の投写型画像表示装置。
【請求項１２】
前記温度検出部は、前記蛍光体層の周囲温度、蛍光強度、励起強度などから、前記蛍光体層の温度を推測して間接的に温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の投写型画像表示装置。
【請求項１３】
前記光源はレーザーおよびＬＥＤの少なくともいずれかであり、前記蛍光体層はレーザーを励起源とすることを特徴とする請求項１に記載の投写型画像表示装置。
【請求項１４】
前記光源は青色レーザーおよび赤色ＬＥＤであり、前記蛍光体層は前記青色レーザーを励起源として緑色の可視光を発光する蛍光体層であることを特徴とする請求項１３に記載の投写型画像表示装置。
【請求項１５】
前記光源は青色レーザーであり、前記蛍光体層は前記青色レーザーを励起源として緑、赤色の可視光を発光する各蛍光体層であることを特徴とする請求項１３に記載の投写型画像表示装置。
【請求項１６】
前記光源は近紫外レーザーであり、前記蛍光体層は前記近紫外レーザーを励起源として青、緑、赤色の可視光を発光する各蛍光体層であることを特徴とする請求項１３に記載の投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型画像表示装置に関し、特に光源として発光素子を備えた投写型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、ビデオ装置およびデジタルカメラ等の普及に伴い、動画および静止画像を表示するための一つの方法として、投写型画像表示装置（以下、プロジェクタとも記す）を使用する事例が多くなっている。
【０００３】
プロジェクタの表示方法としては、光源から出力された光を所定の場所に集光させ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）や液晶素子などの光変調素子を用いてスクリーン上にカラー画像を表示する方法が一般的である。
【０００４】
プロジェクタでは、大きな画面に高輝度の画像を表示するためには、高輝度の光源が必要であり、従来、光源として高輝度の放電ランプが主流であったが、近年、装置における消費電力の低減、光源の長寿命化、および小型化を実現する観点から、発光ダイオードや半導体レーザーなどの発光素子を使用し、輝度を高めるために光源を複数配置する事例が提案されている（例えば、特許文献１参照）。発光素子を使用して高輝度の光源を実現する装置では、光源の耐久性が重要な課題となり、特にレーザー光源を使用して蛍光体を励起して発光させる場合には、励起光が照射される蛍光体層の劣化がプロジェクタの耐久性に大きな影響を与えることになる。
【０００５】
これに対し、プロジェクタにおける光源の劣化を抑制するための従来技術として、レーザー光源の温度や湿度を制御する方法、および蛍光体の励起光のエネルギーを低減する方法などが開示されている（例えば、特許文献２〜４参照）。
【０００６】
これらの従来技術では、レーザー光源の温度および湿度、並びに蛍光体に照射する励起光のエネルギーを所定値に維持することにより、光源および蛍光体の経年変化による劣化を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４１１０５号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６５７９号公報
【特許文献３】特開２００９−１２２３８５号公報
【特許文献４】特開２００９−２７７５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、プロジェクタを多様な環境下で使用する場合には、周囲温度等の諸条件により、光源および蛍光体層の温度変化を完全にコントロールすることは困難であり、一定範囲の温度変化が発生することは避けられない。これに対して、上記の従来技術では光源および蛍光体層の温度変化に対応して劣化を抑制する措置については、検討がなされていない。この点に関し、プロジェクタの耐久性に大きな影響を与える蛍光体は、図１４に示すように、発光効率が温度特性を有し、蛍光体層の温度が変化すると励起光に対する相対出力強度が変化する。したがって、励起光の照射を受けることにより蛍光体層の温度が変化した場合、従来技術では蛍光体の温度特性に起因する発光出力の変化に対応することができない。この結果、プロジェクタの光源としての適正な出力に対して蛍光体の発光出力の過不足が発生し、蛍光体の劣化および表示画像の品質が低下する（暗くなる）。
【０００９】
本発明は以上の課題を解決するものであり、発光素子および蛍光体を使用した高輝度の投写型画像表示装置において、発光素子および蛍光体層の温度が変化しても投写画像の輝度を維持することができるとともに、蛍光体の劣化および励起光源の消費電力を抑制することができる投写型画像表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の投写型画像表示装置は、複数の光源と、複数の光源のいずれかにより励起されて発光する蛍光体層と、複数の光源および蛍光体層から発する光の光学経路を定める光学部と、蛍光体層またはその近傍の温度を直接的または間接的に検出する温度検出部と、蛍光体層を励起する励起光源の輝度を制御する光源輝度制御部と、投写画像信号の振幅を制御する振幅制御部と、検出温度に基づいて光源輝度制御部と振幅制御部とを切り替えて投写画像の輝度を制御する輝度制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このような構成により、検出温度に基づいて励起光源の輝度の制御と投写画像信号の振幅の制御を適切に組み合わせることができるので、励起光源および蛍光体層の温度が変化しても投写画像の輝度を一定に維持できるとともに、蛍光体の劣化および励起光源の消費電力を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の投写型画像表示装置は、輝度制御部は、検出温度を予め設定された基準温度と比較し、基準温度以下の場合には、光源輝度制御部により励起光源の輝度を下げるように制御し、検出温度が基準温度より高い場合には、振幅制御部により投写画像信号の白レベルを伸張するよう制御する。
【００１３】
このような構成により、低温時には励起光源の輝度を低下することができるので、励起光源の低消費電力化、励起光源および蛍光体層の長寿命化が可能となり、高温時には励起光源の輝度を上げる必要がなく蛍光体層が高温になることを抑制できるので蛍光体層の長寿命化が可能となる。
【００１４】
また、本発明の投写型画像表示装置は、光源輝度制御部は、励起光源の出力を制御して励起光源の輝度を下げるようにする。
【００１５】
このような構成により、低温時には励起光源の出力を低下することができるので、励起光源の低消費電力化、励起光源および蛍光体層の長寿命化が可能となる。
【００１６】
また、本発明の投写型画像表示装置は、光源輝度制御部は、励起光源の点灯数の制御を行う点灯制御部を有し、励起光源を集合配列し、点灯制御部は、検出温度に基づいて集合配列した励起光源の点灯数を制御する。
【００１７】
このような構成により、点灯制御部により、温度検出部の検出温度に基づいて集合配列した励起光源の点灯数を制御することが可能となり、蛍光体の温度特性に起因する発光出力の変化に対応することができる。この結果、蛍光体層から発する光を安定した状態に制御し、発光出力の過不足に伴う蛍光体の劣化および画像表示品質の低下（暗くなる）を防止することができる。
【００１８】
また、本発明の投写型画像表示装置は、点灯制御部は、集合配列した励起光源の一部または全部の点灯により構成される点灯パターンを切り替えることにより点灯数の制御を行い、点灯パターンは集合配列の中心に関し略対称形である。
【００１９】
このような構成により、励起光源の集合配列の中心に関し略対称形の点灯パターンを切り替えて励起光源の一部または全部を点灯し、励起光源の点灯数を制御することが可能となる。したがって、励起光源の劣化を防止するとともに、表示画面内の輝度の均一性を確保できる。
【００２０】
また、本発明の投写型画像表示装置は、点灯制御部は、点灯パターンをローテーションする。このような構成により、集合配列した複数の励起光源をローテーションして使用することができるので、蛍光体層に対して励起光を均等に照射することが可能であり、励起光源および蛍光体層の劣化を効果的に抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の投写型画像表示装置は、点灯パターンにより複数のローテーショングループを構成し、ローテーショングループを切り替えることにより、点灯パターンのローテーションを行う。
【００２２】
このような構成により、多数の点灯パターンを設定して、複数のローテーションを実施することが可能となり、励起光源の劣化の抑制および表示画面内の輝度の均一性を確保できる。また、集合配置された励起光源群をグループに区分して温度を管理することができ、多様かつ効果的な方法で励起光源の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
また、本発明の投写型画像表示装置は、点灯制御部は、点灯パターンを表示画面のフレームと同期させて１フレーム毎に切り替える。このような構成により、表示画面のフレームの切り替えと、光源の点灯パターンの切り替えを同期させることが可能となり、表示画面の輝度レベルを正確に制御することができる。
【００２４】
また、本発明の投写型画像表示装置は、点灯制御部は、集合配列の中心部に配置された光源を点灯し、周辺部に配置された光源を消灯する。このような構成により、集合配列された励起光源のうち、光の利用効率の高い中心部に配置された光源を点灯すること可能となり、励起光源の利用効率を高め、光源の消費電力を抑制することができる。
【００２５】
また、本発明の投写型画像表示装置は、振幅制御部は投写画像信号のコントラストを上げるよう制御する。このような構成により、簡単な信号処理により投写画像の輝度を維持することができる。
【００２６】
また、本発明の投写型画像表示装置は、振幅制御部は投写画像信号の中間調以上の信号レベルのゲインが高くなるよう制御する。このような構成により、簡単な信号処理により投写画像の輝度を維持することができる。
【００２７】
また、本発明の投写型画像表示装置は、温度検出部は、蛍光体層の周囲温度、蛍光強度、励起強度などから、蛍光体層の温度を推測して間接的に温度を検出する。
【００２８】
このような構成により、蛍光体の基板ガラスが回転する場合でも、蛍光体層の温度を検出することができる。
【００２９】
また、本発明の投写型画像表示装置は、光源はレーザーおよびＬＥＤの少なくともいずれかであり、蛍光体層はレーザーを励起源とする。このような構成により、汎用の発光素子および発光材料を使用して低消費電力、長寿命で安定した画像表示品質の投写型画像表示装置を実現することができる。
【００３０】
また、本発明の投写型画像表示装置は、光源は青色レーザーおよび赤色ＬＥＤであり、蛍光体層は青色レーザーを励起源として緑色の可視光を発光する蛍光体層である。このような構成により、２種類の光源で赤、緑、青の３色の発光を行うことができる。
【００３１】
また、本発明の投写型画像表示装置は、光源は青色レーザーであり、蛍光体層は青色レーザーを励起源として緑、赤色の可視光を発光する各蛍光体層である。このような構成により、赤ＬＥＤを使用することなく、光源に青色レーザーだけを使用して投写型画像表示装置を構成することができる。
【００３２】
また、本発明の投写型画像表示装置は、光源は近紫外レーザーであり、蛍光体層は近紫外レーザーを励起源として青、緑、赤色の可視光を発光する各蛍光体層である。このような構成により、レーザーの直接出力を使用しなくてよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、発光素子および蛍光体を使用した投写型画像表示装置を多様な環境下で使用した場合でも、蛍光体の温度特性に起因する発光出力の変化に対応することが可能であり、発光出力の過不足に伴う蛍光体の劣化および画像表示品質の低下（投写画像が暗くなる）を抑制し、良好な耐久性および画像表示品質を確保することができる。したがって、低消費電力、長寿命で安定した画像表示品質の投写型画像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１の投写型画像表示装置における光学装置の主要構成図である。
【図２】同投写型画像表示装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】同投写型画像表示装置の輝度制御回路を示すブロック図である。
【図４】同投写型画像表示装置の投写画像の輝度の制御方法を示す説明図である。
【図５】同投写型画像表示装置の投写画像の信号振幅を制御する方法の一例を示す図である。
【図６】同投写型画像表示装置の投写画像の輝度の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２の投写型画像表示装置の回路構成を示すブロック図である。
【図８】同投写型画像表示装置の輝度制御回路を示すブロック図である。
【図９】同投写型画像表示装置の蛍光体の発光制御方法を示す説明図である。
【図１０】同投写型画像表示装置の励起光源の構成を示す説明図である。
【図１１】同投写型画像表示装置の励起光源の点灯パターンを示す説明図である。
【図１２】同投写型画像表示装置の励起光源の点灯パターンを示す説明図である。
【図１３】同投写型画像表示装置の励起光源の点灯パターンを示す説明図である。
【図１４】蛍光体の出力強度に係わる温度特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における投写型画像表示装置（以下、本装置と略記する）に搭載される光学装置１の主要構成図である。光学装置１は、照明装置１０と、照明装置１０から発する光の光学経路を定める光学部としての光伝送部２０、光伝送部２０の光学経路上に配置された投写レンズ２６を備えている。本装置は、投写レンズ２６を介してカラー画像をスクリーン（図示せず）上に投写することができる。
【００３７】
以下、光学装置１の主要な構成について、図１を用いて説明する。図１に示すように、照明装置１０は、青色レーザー１１、１２、１３、蛍光体放熱ユニット（以下、放熱ユニットと略記する）１４、送風ファン１８および集光レンズ１９を備える。放熱ユニット１４は、保持部材（図示せず）により保持される基板ガラス１５、蛍光体層１６および温度センサー１７を備える。蛍光体層１６は基板ガラス１５上に形成され、温度センサー１７は基板ガラス１５の背面部（蛍光体塗布面と反対側の面）に貼り付けされている。送風ファン１８は、放熱ユニット１４の近傍に配設され、蛍光体層１６を中心として照明装置１０の冷却を行う。
【００３８】
本装置は、光源の一例として赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）、青色レーザー（固体発光素子）を使用し、緑色には励起型の発光素子である蛍光体（以下、緑蛍光体と略記する）を使用する。赤色のＬＥＤは１〜４個程度使用することにより必要な輝度を確保し、緑蛍光体は青色光源（レーザー）を使用して励起を行う。緑蛍光体の光出力を高め緑色の輝度を確保するために、励起用の青色レーザーを複数個使用しているが、説明を容易にするために図１では３個として表示している。実際には、１６個の青色レーザーを使用しているが、詳細な構成および使用方法については後述する（図１０〜図１３を参照）。放熱ユニット１４の基板ガラス１５上に形成された緑蛍光体層１６は青色レーザー１１、１２、１３により励起されて緑色の可視光を発光し、放熱ユニット１４から集光レンズ１９を経由してロッドインテグレータ２１に入射される。基板ガラス１５には熱伝導ガラス（サファイアなど）が使用され、光源１１、１２、１３からの入射光に対して基板ガラス１５の裏面側に蛍光体層１６が形成されている。蛍光体層１６の形成方法としては、塗布、スクリーン印刷などを使用することができる。また、放熱ユニット１４には、光源１１、１２、１３と対向する面およびその裏面の中央部に開口部（図示せず）が設けられ、開口部を経由して光源１１、１２、１３から発する光を励起光として蛍光体層１６を励起させ、蛍光体層１６から発する光を開口部から集光レンズ１９を経由して光伝送部２０に出射することができる。
【００３９】
なお、本装置は、赤色および青色の発光に関し、赤色光源（ＬＥＤ）、青色光源（レーザー）およびそれぞれの光学経路が、図１に示す緑蛍光体の励起用の光源である青色レーザー１１、１２、１３とは別に配設されている。そして、赤色光源および青色光源からの光は、それぞれの光学経路を経由してロッドインテグレータ２１の入射面２１ａに入射する構成を備えるが、本発明の説明には必要としないため、蛍光体と係わりのない光源については、詳細な説明および図示を省略する。
【００４０】
光伝送部２０は、ロッドインテグレータ２１、リレーレンズ２２、折り返しミラー２４、曲面ミラー２５、画像表示素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）２３を備える。光伝送部２０では、照明装置１０から発した光をロッドインテグレータ２１の入射面２１ａが受ける。そして、ロッドインテグレータ２１の出射面２１ｂからの赤、緑、青の３色の出射光はリレーレンズ２２、折り返しミラー２４、曲面ミラー２５を経由してＤＭＤ２３に伝送される。
【００４１】
ＤＭＤ２３は、微小ミラーが２次元的に配置され、各ミラーは入力信号に応じて傾きを変化させることができる。白表示する画素に配置されたミラーは入射角が小さくなる方向に傾斜し、ミラーに入射した光は投写レンズ２６を経由してスクリーン（図示せず）に至る。一方、ＤＭＤ２３の黒表示する画素に配置されたミラーは入射角が大きくなる方向に傾斜し、ミラーに入射した光は投写レンズ２６の外部に導かれてスクリーン上で黒表示となる。このとき、ロッドインテグレータ２１の出射面２１ｂの形状がＤＭＤ２３上に転写され、効率よく均一に集光することができる。また、ＤＭＤ２３を駆動回路（後述）により、例えば、赤、緑、青の映像信号にあわせてミラーを高速駆動し、光源および蛍光体層から３色の発光を行うことにより、投写レンズ２６からスクリーン上にカラー画像を表示することができる。
【００４２】
つぎに、本発明に係わる蛍光体層１６の温度変化について説明する。
【００４３】
放熱ユニット１４において、蛍光体層１６および基板ガラス１５は光源１１、１２、１３から発せられた励起光を吸収すると熱エネルギーを発生する。蛍光体層１６および基板ガラス１５が励起光を吸収し、励起光のうち蛍光を発しない非放射のエネルギー、および蛍光が発生する場合の励起光と蛍光の波長の違いに相当するエネルギーが熱として発生する。この熱が基板ガラス１５および蛍光体層１６の温度上昇の要因となる。これに対し、照明装置１０には送風ファン１８が配設されており、放熱ユニット１４を中心とする冷却を行っているが、照明装置１０の内部温度の時間的な変化、および使用環境の変化などにより、蛍光体層１６の温度が変化する。一方、図１４に示すように、蛍光体の波長変換効率は温度依存性を有しており、温度が上昇すると励起光に対する相対的な出力強度（相対出力強度）が低下する。その結果、蛍光体層１６からの発光量が減少して表示画面が暗くなる要因となる。また、蛍光体の温度が低下すると相対出力強度が高くなって発光量が増加するため、蛍光体の劣化の要因となる。
【００４４】
本装置は、投写画像の輝度を維持するとともに、蛍光体の劣化を抑制することを目的として、蛍光体の温度変化に伴う相対出力強度の変化に対応する措置を講ずることを特徴とする。以下、本装置における投写画像の輝度の制御に係わる構成および機能の特徴について、図２および図３を用いて説明する。
【００４５】
まず、本装置の回路構成について、図２により説明する。図２は、本装置の回路部１００の主要な構成を示すブロック図である。
【００４６】
図２において、ＶＩＤＥＯ端子１１１は、ＮＴＳＣ方式のコンポジットビデオ信号を入力するための端子であり、Ｓ−ＶＩＤＥＯ端子１１２は、Ｓビデオ信号を入力するための端子である。また、ＲＧＢ／ＹＰｂＰｒ端子１１３は、ＲＧＢ信号またはＹＰｂＰｒ信号を入力するための端子である。
【００４７】
入力セレクタ１２１は、ＶＩＤＥＯ端子１１１から入力されたコンポジットビデオ信号、Ｓ−ＶＩＤＥＯ端子１１２から入力されたＳビデオ信号の内から何れかの信号を選択するためのセレクタである。
【００４８】
カラーデコーダ１２２は、Ｙ／Ｃ分離された信号または入力されたＹ／Ｃ信号をＹＰｂＰｒ信号にカラーデコードするためのデコーダである。
【００４９】
Ｙ／Ｃ分離回路１２３は、カラーデコーダ１２２を経由して入力されたコンポジットビデオ信号を、Ｙ信号とＣ信号とに分離するための回路である。
【００５０】
マトリクス回路１２４は、ＲＧＢ／ＹＰｂＰｒ端子１１３から入力されたＹＰｂＰｒ信号をＲＧＢ信号へ変換する際にマトリクス処理を行うための回路である。
【００５１】
入力セレクタ１２５は、ＲＧＢ／ＹＰｂＰｒ端子１１３から入力されたＲＧＢ信号、マトリクス回路１２４によって生成されたＲＧＢ信号の内から何れかの信号を選択するためのセレクタである。また、入力セレクタ１２６は、カラーデコーダ１２２によって生成されたＹＰｂＰｒ信号、入力セレクタ１２５によって入力されたＲＧＢ信号の内から何れかのアナログの映像信号を選択するためのセレクタである。選択されたアナログの映像信号はＡ／Ｄコンバータ１３０へ、同期信号はＤＭＤ駆動回路１６０へ供給される。
【００５２】
Ａ／Ｄコンバータ１３０は、入力セレクタ１２６によって選択されたアナログの映像信号を、８ｂｉｔのデジタルの映像信号へＡ／Ｄコンバートするためのコンバータである。
【００５３】
リサイズ回路１４０は、Ａ／Ｄコンバータ１３０によってＡ／Ｄコンバートされたデジタルの映像信号を、ＤＭＤ２３（図１）の画素数に応じてリサイズし、オンスクリーン画像を重畳させるための回路である。
【００５４】
信号ゲインコントロール回路１５０は、リサイズ回路１４０から入力された投写画像のＲＧＢデータを輝度制御回路１８０（後述）から入力された情報に基づいて増幅制御を行い、ＤＭＤ駆動回路１６０へ出力する。
【００５５】
メインマイコン１７０は、電源（図示省略）の制御、送風ファン１７２の制御、温度制御、入力切り換え制御など本装置における画像表示および照明装置１０の制御に必要な処理を行う。さらに、メインマイコン１７０は外部インタフェース１７１から入力されたデータに基づき、リサイズ回路１４０に対してフリーズ制御を行う。また、メインマイコン１７０には、輝度制御回路１８０が接続され、輝度制御回路１８０には、レーザー光源１８１、１８２、ＬＥＤ光源１８３、温度センサー１８４および信号ゲインコントロール回路１５０が接続される。
【００５６】
つぎに、輝度制御回路１８０の詳細な構成および機能について、図３を用いて説明する。図３は、輝度制御回路１８０の回路構成を示すブロック図である。
【００５７】
図３に示すように、輝度制御回路１８０は、輝度制御部２１０および光源駆動部２２０を備えている。
【００５８】
輝度制御回路１８０は、レーザー光源１８１から発する光、ＬＥＤ光源１８３から発する光、およびレーザー光源１８２（図１の光源１１、１２、１３）により励起された蛍光体層１８５（図１の蛍光体層１６）から発する光を使用した画像表示用の照明光（以下、照明光と略記する）の出力の制御を行うことができる。また、信号ゲインコントロール回路１５０を制御して投写画像信号の振幅を制御することができる。輝度制御部２１０は、比較処理部２１１、光源輝度制御部としての光源出力制御部２１２、振幅制御部２１３を備える。比較処理部２１１にはメインマイコン１７０および蛍光体層１６またはその近傍の温度を検出する温度センサー１８４（図１の温度センサー１７）が接続される。
【００５９】
比較処理部２１１は、比較部２１１ａ、処理部２１１ｂおよびメモリ２１１ｃを備える。比較部２１１ａは、温度センサー１８４から取得した温度検出情報とメモリ２１１ｃに記憶された基準温度とを比較し、投写画像の輝度の制御項目の選択を行う。また、メインマイコン１７０から取得した画像表示に係わる情報に基づき、画像表示と輝度制御とのタイミングに係わる比較および指示を行う。また、処理部２１１ｂは、比較部２１１ａにおいて選択された制御項目に関し、予め定められた方法および手順により、演算および信号処理を行い、光源出力制御部２１２および振幅制御部２１３に対して必要な指示を行う。
【００６０】
メモリ２１１ｃには蛍光体層１６の温度変化に対応するための基準温度その他の予め定められた投写画像の輝度の制御に係わる要件が記憶されるほか、比較部２１１ａおよび処理部２１１ｂを駆動するためのソフトウェアが保存される。
【００６１】
光源出力制御部２１２は、比較処理部２１１から取得した照明光の制御に係わる情報に基づき、レーザー光源１８１、１８２およびＬＥＤ光源１８３の出力制御に必要な信号を生成し、レーザー光源駆動部２２１、２２３およびＬＥＤ光源駆動部２２２に対し、必要な情報を送信する。
【００６２】
レーザー光源駆動部２２１、２２３は光源出力制御部２１２から受信した情報に基づいてレーザー光源１８１、１８２の出力制御を行う。レーザー光源１８２は、蛍光体層１８５の励起を行う。
【００６３】
同様に、ＬＥＤ光源駆動部２２２は、光源出力制御部２１２から受信した情報に基づいてＬＥＤ光源１８３の出力制御を行う。
【００６４】
一方、振幅制御部２１３は、比較処理部２１１から入力された振幅の制御に係わる情報に基づき、投写画像信号の振幅の制御に必要な信号を生成し、信号ゲインコントロール回路１５０（図２）に出力する。この信号ゲインコントロール回路１５０において投写画像信号の白レベルの伸張が行われる。
【００６５】
つぎに、輝度制御回路１８０の輝度制御部２１０における輝度の制御方法について、図３および図４を用いて説明する。図４は、本装置における輝度の制御方法を示す説明図である。図４に示すように、本装置では、蛍光体層１８５の温度変化に対する対応措置として、蛍光体層１８５の許容温度範囲内で基準温度とその温度での投写画像の標準輝度を予め設定し、許容温度範囲の全温度域において投写画像の標準輝度を維持するように制御している。
【００６６】
図１４に示すように、蛍光体層１８５の励起光に対する相対出力強度は温度依存性を有し、高温になるほど相対出力強度が低下する。したがって、蛍光体層１８５を励起するレーザー光源１８２の出力を一定にした場合、蛍光体許容温度範囲θ１〜θ３で温度が高くなるほど蛍光体層１８５からの発光量が減少する。
【００６７】
これに対して、本装置では、輝度制御回路１８０において、温度センサー１８４の検出情報に基づき、蛍光体層１８５またはその近傍の温度（以下、検出温度と略記する）と基準温度θ２との比較を行い、検出温度が基準温度より高い場合と低い場合に区分して、レーザー光源の出力および信号振幅の制御を行う。図４に示すように、検出温度がθ１〜θ２の場合には、検出温度と基準温度との差異に対して予め定められた算出式を使用して補正値を算出し、蛍光体層１８５を励起するレーザー光源の出力を制御する。すなわち、蛍光体層１８５における発光量が標準値となるように補正（低減）して、投写画像の標準輝度を維持する。また、検出温度がθ２〜θ３の場合には、検出温度と基準温度との差異に対して予め定められた算出式を使用して補正値を算出し、信号ゲインコントロール回路１５０で信号振幅を制御し、投写画像信号の白レベルを伸張して標準輝度を維持する。
【００６８】
蛍光体層１８５の温度が上昇すると蛍光体の相対出力強度が低下して表示画面が暗くなるため、励起光源の出力を増加させ、蛍光体層１８５の発光量が標準値となるように補正する必要がある。しかしながら、これを実施すると蛍光体層１８５の更なる温度上昇を伴い、蛍光体層１８５の劣化の要因となる。このため、励起光源の出力を制御せず（増加させず）、投写画像信号の振幅を制御して白伸張レベル（明るさ感）を高めることにより、画面の暗さを補正する。投写画像の信号振幅を制御して白伸張レベルの補正を行う方法の一例を図５に示す。図５に示すように、投写画像の信号振幅を制御する方法としては、全体のコントラストを高める方法（図５のＢ）または中間調から高い信号レベルのゲインを高くする方法（図５のＣ）などがある。
【００６９】
上述した通り、本装置は、蛍光体層１８５またはその近傍の温度が基準温度以下の場合は、蛍光体層１８５を励起するレーザー光源１８２の出力を下げ、蛍光体層１８５の温度が基準温度より高い場合は、投写画像信号の振幅を制御して白の信号レベルを伸張する。これにより、投写画像の輝度を蛍光体層１８５が基準温度の時の輝度に維持することができる。
【００７０】
つぎに、輝度制御部２１０における投写画像の輝度制御に関する実施手順について、図６を用いて説明する。図６は、輝度制御部２１０における輝度制御の実施手順を示すフローチャートである。
【００７１】
輝度制御の動作を開始すると、ステップＳ１で、比較処理部２１１の比較部２１１ａにおいて温度センサー１８４から検出温度を取得する。
【００７２】
ステップＳ２では、比較処理部２１１の比較部２１１ａにおいて取得した検出温度を基準温度と比較し輝度制御に関する実施項目を選択するための判定を行う。判定は２段階で実施し、第１段階のステップＳ２ａでは、検出温度が蛍光体の許容温度範囲にあるか否かの判定を行う。判定の結果、検出温度が許容範囲内にない場合（「ＮＯ」の場合）は、ステップＳ３で光源駆動部２２０に対してレーザー光源１８１、１８２およびＬＥＤ光源１８３の動作停止の指示を行う。その後、ステップＳ４で、本装置の表示部（図示せず）に動作停止の表示を行い、ステップＳ５に移行して、制御動作継続有無の確認を行う。比較処理部２１１がメインマイコン１７０から制御動作停止の信号を受信していない場合（「ＮＯ」の場合）は、ステップＳ１に戻り、制御動作停止の信号を受信した場合（「ＹＥＳ」の場合）は、制御動作を終了する。
【００７３】
一方、ステップＳ２ａにおいて、検出温度が蛍光体の許容温度範囲内にある場合は、判定の第２段階のステップＳ２ｂに移行し、検出温度と基準温度との比較を行う。判定の結果、検出温度が基準温度以下の場合（「ＹＥＳ」の場合）は、ステップＳ６に移行し、処理部２１１ｂにおいて蛍光体層１８５を励起するレーザー光源１８２の出力を制御するための補正値の算出を行い、ステップＳ７に移行して光源駆動部２２０に対してレーザー光源１８２の出力補正（低減）の指示を行った後、ステップＳ５に移る。
【００７４】
また、ステップＳ２ｂにおいて、判定の結果、検出温度が基準温度より高い場合（「ＮＯ」の場合）は、ステップＳ８に移行し、処理部２１１ｂにおいて投写画像信号の白伸張レベルを制御するための補正値の算出を行い、ステップＳ９に移行して振幅制御部２１３を介して信号ゲインコントロール回路１５０に対して白伸張レベルの補正（補強）指示を行った後、ステップＳ５に移る。
【００７５】
以上の通り、本装置によれば、蛍光体層１８５および基板ガラス１５の温度変化に対して、レーザー光源１８２の出力の制御および投写画像信号の白伸張レベルの制御を行う。これにより、蛍光体層１８５の温度上昇により表示画面が暗くなることを効果的に抑制するとともに、蛍光体層１８５の温度低下時の過剰な発光量を抑制し、蛍光体層１８５の劣化を抑制することができる。
【００７６】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における投写型画像表示装置（以下、本装置と略記する）について説明する。本装置も図１に示した実施の形態１と同じ構成の光学装置１を備える。また、本装置の回路部１０１の主要な構成を示すブロック図を図７に示す。本装置の回路部１０１が実施の形態１の回路部１００と異なる点は回路部１００の輝度制御回路１８０が輝度制御回路１９０に置き換わっていることである。また、図８は、輝度制御回路１９０の回路構成を示すブロック図である。輝度制御回路１９０は、輝度制御部３１０および光源駆動部２２０を備えている。輝度制御部３１０が輝度制御回路１８０の輝度制御部２１０と異なる点は光源出力制御部２１２が点灯制御部３１２に置き換わっていることである。図７、図８においてそれ以外の構成は、図２、図３と同じであるので同じ構成要素には同じ符号を付して説明は省略する。
【００７７】
本装置では、輝度制御回路１９０において、温度センサー１８４の検出情報に基づき、予め定められた励起光源１８２の点灯パターンを使用して蛍光体層１８５の励起を行う。また、点灯パターンを切り替えることにより励起光源１８２の点灯数を制御し、励起光源の輝度を制御する。これにより、本装置は、蛍光体層１８５における発光量が所定値となるように制御することができる。なお、発光量の所定値は、適正な輝度レベルの画面表示を可能にする発光量を選定し、設定する。
【００７８】
図９は、本装置における蛍光体の発光制御方法を示す説明図である。本装置では、輝度制御回路１９０において、温度センサー１８４の検出情報に基づき、蛍光体層１８５またはその近傍の温度と基準温度θ２との比較を行い、検出温度が基準温度より高い場合と低い場合に区分して、レーザー光源の輝度および信号振幅の制御を行う。図９に示すように、検出温度がθ１〜θ２の場合には、検出温度と基準温度との差異に対して予め定められた算出式を使用して補正値を算出し、蛍光体層１８５（図１の蛍光体層１６）を励起するレーザー光源１８２の点灯数を制御する。すなわち、温度が低いほど光源の点灯数を減らして励起光の光量を低減させる。また、検出温度がθ２〜θ３の場合には、実施の形態１と同様に投写画像の信号振幅を制御する。
【００７９】
本実施の形態の輝度制御部３１０における投写画像の輝度制御に関する実施手順については、励起光源の輝度の制御方法が異なるだけで、図６に示したフローチャートと同じである。
【００８０】
つぎに、励起光源１８２の点灯パターンおよび点灯パターンを切り替える方法について、図１１〜図１３に示す事例を用いて説明する。図１０は、励起光源１８２の構成を示す説明図であり、図１１〜図１３は、点灯パターンおよび点灯パターンの切り替え方法の特徴を示す説明図である。
【００８１】
まず、図１０により、励起光源１８２の構成について説明する。図１０に示すように、励起光源１８２は、複数の光源を集合配列した構成を備え、一例として光源１８２−１〜１８２−１６の１６個の光源を集合し、正方形に配列した事例を示し、光源１８２−１だけを点灯せず（消灯光源とし）、他の光源を点灯した（点灯光源とした）状態を示す。また、本装置では、励起光源１８２の集合配列した領域を二つの領域に区分している。図１０に示す領域１８２ａを中央部とし、領域１８２ａを取り巻く周囲の領域を周辺部とする。図１０に示す事例では、中央部に４個の光源１８２−１〜１８２−４が配置され、周辺部に１２個の光源１８２−５〜１８２−１６が配置されている。以下、点灯パターンおよび点灯パターンの切り替え方法の事例について説明する。
【００８２】
図１１は、周辺部の光源を消灯する点灯パターンを示す。この事例では、６個の点灯パターンを備え、電源投入時毎に点灯パターン１〜６を順次切り替え、パターン６の使用後、パターン１に戻る。点灯パターンの構成上の特徴としては、点灯パターン１〜６は、すべて消灯光源を集合配列の周辺部に配置するほか、消灯光源（点灯光源）を集合配列の中心Ｃに対して略対称形に配置する。このような構成により、中心部の光源の光を有効に利用し、周辺部の光源を電源投入毎に順次休止することができる。これにより、周辺部の光源を他の光源が切れた場合の予備として使用し、発光出力を安定させることができる。なお、レンズ３１の収差の影響や、コーティング特性などが光学系中央の方が有利になるので、集合配列の中心部に配置された光源を点灯光源とすることで、光の利用効率を上げることができる。また、点灯パターンを集合配列の中心Ｃに対して略対称形とすることにより、表示画面内の輝度の均一性を高めることができる。
【００８３】
図１２（ａ）、（ｂ）は、温度センサー１８４の検出温度に基づき、励起光源１８２の点灯数を切り替える事例を示す。この事例では、検出温度に対応する点灯パターンを２組備え、検出温度が低いほど、消灯光源の数を増加させている。これにより、温度が低いほど蛍光体層１８５を励起するレーザー光源１８２の輝度が下がり、図１４に示した蛍光体層１８５の温度による相対出力強度の増加を補正することができる。したがって、蛍光体層１８５の温度低下時の過剰な発光量を抑制し、蛍光体層１８５の劣化を抑制するとともに投写画像の輝度を維持することができる。
【００８４】
図１２（ａ）に示す点灯パターンのグループ（パターン１）と図１２（ｂ）に示す点灯パターンのグループ（パターン２）とでは消灯光源の配置が異なっており、パターン１とパターン２を切り替えることにより、光源の使用状態を均一化し、光源の劣化を抑制することができる。パターン１とパターン２の切り替えは、一例として電源投入毎に行う。周辺部の光源を消灯し、点灯パターンを集合配列の中心に対して略対称形に構成する点は、図１１と同様である。
【００８５】
なお、図１２（ａ）、（ｂ）に示した検出温度と点灯光源数との関係は一例であり、これに限定されるものではなく各種の設定が可能である。
【００８６】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、点灯パターンを表示画面のフレームと対応させて、三通りのローテーションを可能にする事例を示す。図１３（ａ）は、一例として、表示画面の１フレーム単位（１／６０秒）で二つの点灯パターン（パターン１、２）を切り替える場合を示す。図１３（ｂ）は、表示画面の１フレーム単位で四つの点灯パターン（パターン１〜４）をローテーションする場合を示す。図１３（ｃ）は、表示画面の１フレーム単位で八つの点灯パターン（パターン１〜８）をローテーションする場合を示す。
【００８７】
このような構成により、表示させたい信号レベルと光源の輝度を同期させ、スクリーンの輝度レベルを所望の輝度にすることができるほか、蛍光体層１８５に対して均等な照射を実現することができる。また、点灯パターンをグループとして管理することにより、点灯パターンの数が増加し多様化した場合でも、目的に適したローテーションを簡単かつ確実に行うことができる。
【００８８】
以上の通り、本装置によれば、蛍光体層１８５および基板ガラス１５の温度変化に対して、レーザー光源１８２の点灯数の制御および投写画像信号の白伸張レベルの制御を行う。これにより、蛍光体層１８５の温度上昇により表示画面が暗くなることを効果的に抑制するとともに、蛍光体層１８５の温度低下時の過剰な発光量を抑制し、蛍光体層１８５の劣化を抑制することができる。
【００８９】
なお、上記実施の形態では、赤色に発光ダイオード、青色にレーザーをそれぞれ使用し、緑色には青色レーザーにより励起され発光する緑蛍光体を使用しているが、発光ダイオードや有機ＥＬ、半導体レーザーなどを使用することにより、各種の組み合わせにより３色の光源を構成することができることは言うまでもない。
【００９０】
一例として、上記実施の形態では光源は青色レーザーであり、蛍光体層は緑光を発するものとしたが、赤色発色蛍光体層を別の光学経路上に配置、合成し、白色を得る構成も考えられ、本発明の方法を応用可能である。
【００９１】
一方、レーザー光を使用する場合は、スペックルの発生に伴う課題、および安全規格上の課題などに留意する必要がある。この課題に対する改善策としては、光源を近紫外レーザーとし、近紫外レーザーを励起源として青、緑、赤色の可視光を発光する各蛍光体層を使用して構成することにより、本発明を適用することができる。この場合、照明光に蛍光体からの励起光だけを使用するため、スペックルの影響を除去することができる。この構成では、３色の蛍光体層に対して温度変化に対応する必要があり、本発明が特に有効である。
【００９２】
また、上記実施の形態では、画像表示素子としてＤＭＤを使用しているが、ＤＭＤに代えて液晶表示素子等を使用することができる。
【００９３】
また、上記実施の形態では、図１に示すように温度検出方法は、蛍光体の基板ガラス１５が動かない場合を想定して蛍光体層の温度を直接的に検出するとしているが、基板ガラス１５が回転するときの温度検出方法として、周囲温度、蛍光強度（蛍光体層からの発光量）、励起強度（励起光源の輝度）などから、間接的に蛍光体層の温度を推測する方法でもよい。
【００９４】
また、上記実施の形態では、図２において信号ゲインコントロール回路１５０はリサイズ回路１４０の後に配置しているが、リサイズ回路１４０の前に配置してもよい。
【００９５】
また、上記実施の形態では、蛍光体層の温度が高い場合（検出温度がθ２〜θ３の場合）には、投写画像の信号振幅を制御して輝度を維持するとしたが、信号振幅の制御と励起光源の点灯数の制御を組み合わせて輝度を維持するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の投写型画像表示装置は、発光素子および蛍光体を使用したプロジェクタにおいて、蛍光体の温度変化に対して発光出力の温度特性に対応することが可能であり、蛍光体の利用効率を高め、蛍光体の劣化および画像表示品質の低下を抑制することができる。したがって、低消費電力、長寿命で優れた画像表示品質が求められる投写型画像表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１    光学装置
１０    照明装置
１１，１２，１３，１８１，１８２    レーザー光源（光源）
１４    放熱ユニット
１５    基板ガラス
１６，１８５    蛍光体層
１７，１８４    温度センサー（温度検出部）
１８，１７２    送風ファン
１９    集光レンズ
２０    光伝送部
２１    ロッドインテグレータ
２１ａ    入射面
２１ｂ    出射面
２２    リレーレンズ
２３    ＤＭＤ
２４    折り返しミラー
２５    曲面ミラー  
２６    投写レンズ
１００，１０１    回路部
１１１    ＶＩＤＥＯ端子
１１２    Ｓ−ＶＩＤＥＯ端子
１１３    ＲＧＢ／ＹｂＰｒ端子
１２１，１２５，１２６    入力セレクタ  
１２２    カラーデコーダ
１２３    Ｙ／Ｃ分離回路
１２４    マトリクス回路
１３０    Ａ／Ｄコンバータ
１４０    リサイズ回路
１５０    信号ゲインコントロール回路
１６０    ＤＭＤ駆動回路
１７０    メインマイコン
１７１    外部インタフェース
１８０，１９０    輝度制御回路
１８３    ＬＥＤ光源
２１０，３１０    輝度制御部
２１１    比較処理部
２１１ａ    比較部
２１１ｂ    処理部
２１１ｃ    メモリ
２１２    光源出力制御部
２１３    振幅制御部
２２０    光源駆動部
２２１，２２３    レーザー光源駆動部
２２２    ＬＥＤ光源駆動部
３１２    点灯制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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