CN102053469B - 光源装置、投影装置及投影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源装置、投影装置及投影方法，光源装置包括：光源部(17)，其具有多个半导体激光器(21a～21f)；投影光处理部(36)，其以相同的周期、相同的占空比，且按照相互补偿间歇期间来始终点亮相同个数的方式调整相位，从而脉冲驱动光源部(17)的多个半导体激光器(21a～21f)的每一个；输入系统(11、12)，其输入图像信号；以及投影系统(13～16、18、19)，其使用由光源部(17)产生的光，形成与输入的图像信号相对应的光学像并加以投影。因此，以高的发光效率驱动半导体激光器的同时，确保固定的连续的光量。

Description

光源装置、投影装置及投影方法
技术领域
本发明涉及适用于投影仪装置等的光源装置、投影装置及投影方法。
背景技术
以往，作为抑制投射到屏幕上的连续光的眩光的产生的同时提高装置整体的可靠性的投影仪，研究了具备如下部件的投影仪，即具备：向被投射面射出激光的光源装置；扫描从该光源装置射出的激光的扫描单元；使由该扫描单元扫描后的激光扩散的光扩散部件；以及将从该光扩散部件射出的激光汇聚到被投射面上的聚光单元。(专利文献1)
【专利文献1】JP特開2007-025466号公报
在作为产生激光的光源而通常使用的半导体激光器，由于在电流达到称之为阈值电流的电流之前不会振荡，而是从超过阈值电流的时间点开始线性振荡，所以在容许范围内，越是以较大电流值驱动，则越能够提高发光效率。因此，想要在每个单位时间内得到相同的振荡输出功率，比起以固定的输出连续驱动，以两倍输出按照成为50％的占空比的方式间歇驱动时效率较高。
另一方面，在将半导体激光器用作投影仪装置等的光源的情况下，也如上述专利文献中记载的那样，光源要求以固定的输出连续点亮。因此，不能像上述那样采用间歇驱动，结果只能在效率较低的状态下驱动光源。
发明内容
本发明鉴于上述实情而完成，其目的在于提供一种以较高的发光效率驱动半导体激光器的同时确保固定的连续的光量的光源装置、投影装置及投影方法。
技术方案1记载的发明，其特征在于，包括：光源部，其具有多个半导体激光器；脉冲驱动单元，其将上述光源部的多个半导体激光器分割为由相同数量的该半导体激光器构成的多个组，并以预定周期且预定占空比脉冲驱动上述各组的每一个；以及光源控制单元，其在由上述脉冲驱动单元按各组使上述半导体激光器脉冲驱动时，按照始终点亮相同数量的上述半导体激光器的方式互相调整相位。
技术方案2记载的发明，其特征在于，在上述技术方案1记载的发明中，上述脉冲驱动单元按各组，以相同的周期且相同的占空比脉冲驱动上述半导体激光器。
技术方案3记载的发明，其特征在于，在上述技术方案1或2记载的发明中，基于上述周期和占空比，设定驱动上述各组的驱动功率。
技术方案4记载的发明，其特征在于，在上述技术方案1至3的任一项所述的发明中，基于上述各组的总消耗功率值和亮度值，设定驱动上述各组的驱动功率。
技术方案5记载的发明，其特征在于，在上述技术方案1至4的任一项所述的发明中，上述光源控制单元基于上述半导体激光器的最大驱动电流值，设定所分割的组的数量。
技术方案6记载的发明，其特征在于，包括：光源部，其具有多个半导体激光器；脉冲驱动单元，其将上述光源部的多个半导体激光器分割为由相同数量的该半导体激光器构成的多个组，并以预定周期且预定占空比脉冲驱动上述各组的每一个；光源控制单元，其在由上述脉冲驱动单元按各组使上述半导体激光器脉冲驱动时，按照始终点亮相同数量的上述半导体激光器的方式互相调整相位；输入单元，其输入图像信号；以及投影单元，其使用由上述光源部产生的光，形成与由上述输入单元输入的图像信号相对应的光学像来加以投影。
技术方案7记载的发明，其特征在于，在上述技术方案6记载的发明中，上述脉冲驱动单元按各组，以相同的周期且相同的占空比脉冲驱动上述半导体激光器。
技术方案8记载的发明，其特征在于，在上述技术方案6或7记载的发明中，基于上述周期和占空比，设定驱动上述各组的驱动功率。
技术方案9记载的发明，其特征在于，在上述技术方案6至8的任一项所述的发明中，基于上述各组的总消耗功率值和亮度值，设定驱动上述各组的驱动功率。
技术方案10记载的发明，其特征在于，在上述技术方案6至9的任一项所述的发明中，上述光源控制单元基于上述半导体激光器的最大驱动电流值，设定所分割的组的数量。
技术方案11记载的发明是一种投影方法，该投影方法是投影装置中的投影方法，该投影装置包括：具有多个半导体激光器的光源部；输入图像信号的输入部；以及使用由上述光源部产生的光来形成与由上述输入部输入的图像信号相对应的光学像并加以投影的投影部，上述投影方法的特征在于，具有：将上述光源部的多个半导体激光器分割为由相同数量的该半导体激光器构成的多个组，并以预定周期且预定占空比脉冲驱动上述各组的每一个的脉冲驱动步骤；以及在由上述脉冲驱动步骤按各组使上述半导体激光器脉冲驱动时，按照始终点亮相同数量的上述半导体激光器的方式互相调整相位的光源控制步骤。
(发明效果)
根据本发明，以高的发光效率驱动半导体激光器的同时，能够确保固定的连续的光量。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的数据投影仪装置整体的功能结构的框图。
图2是表示该实施方式涉及的半导体激光器部的外观结构的立体图。
图3是表示该实施方式涉及的色轮和电动机的外观结构的立体图。
图4是表示该实施方式涉及的半导体激光器部的第一驱动例的时序图。
图5是示出该实施方式涉及的半导体激光器部的第二驱动例的时序图。
图6是示出该实施方式涉及的半导体激光器部的第三驱动例的时序图。
图中：10-数据投影仪装置；11-输入输出连接部；12-输入输出接口(I/F)；13-图像转换部(换算器)；14-视频RAM；15-投影图像处理部；16-微反射镜元件(SLM)；17-光源部；18-反射镜；19-投影透镜单元；21-半导体激光器部(LDU)；21a～21f-激光二极管；22-分色镜；23-透镜；24-色轮(color wheel)；24B-蓝色用扩散板；24G-绿色荧光体反射板；25-电动机(M)；26-透镜；27-反射镜；28-透镜；29-分色镜；30-透镜；31-积分器；32-反射镜；33-透镜；34-反射镜；35-透镜；36-投影光处理部；37-CPU；38-主存储器；39-程序存储器；40-操作部；41-声音处理部；42-扬声器部；SB-系统总线。
具体实施方式
以下，参照附图说明将本发明应用于DLP(Digital Light Processing)(注册商标)方式的数据投影仪装置时的一实施方式。
图1是示出本实施方式涉及的数据投影仪装置10的示意功能结构的框图。
11是输入输出连接部，包括例如管脚插口(RCA)型视频输入端子、D-sub15型RGB输入端子、以及USB(Universal Serial Bus)连接器。
由输入输出连接部11输入的各种格式的图像信号经由输入输出接口(I/F)12、系统总线SB，输入到一般称之为换算器(scaler)的图像转换部13中。
图像转换部13将输入的图像信号统一为适合于投影的预定格式的图像信号，并写入显示用的缓冲存储器即视频RAM14之后，读出写入的图像信号并发送到投影图像处理部15。
此时，在视频RAM14中，将表示OSD(On Screen Display)用的各种动作状态的符号等数据也根据需要重叠加工在图像信号上，并读出加工后的图像信号之后发送到投影图像处理部15。
投影图像处理部15根据发送来的图像信号，以预定格式的帧速率，例如通过在60(帧/秒)上相乘颜色成分的分割数以及显示亮度数之后的更高的时间分割驱动，来显示驱动空间光调制元件(SLM)即微反射镜元件16。
该微反射镜元件16通过分别高速地对矩阵状配置的多个例如XGA(横向1024像素×纵向768像素)个微小反射镜的各倾斜角度进行接通/关断动作，从而通过其反射光形成光学像。
另一方面，从光源部17分时循环地射出R、G、B的原色光。来自该光源部17的原色光在反射镜18上被全反射之后照射上述微反射镜元件16。
之后，通过微反射镜元件16中的反射光形成光学像，形成的光学像经由投影透镜单元19投影显示在作为投影对象的未图示的屏幕上。
上述光源部17具有半导体激光器部(LDU)21，该半导体激光器部21产生分别相同波长的蓝色的激光，且由一组激光二极管形成。
图2是表示该半导体激光器部21的外观结构的立体图。如图2所示，半导体激光器部21具有多个例如6个激光二极管21a～21f。2×3共计6个激光二极管21a～21f用作具有相同的发光特性、相同的发光方向的单色激光光源，因此，如上所述，在本实施方式中产生蓝色激光。
半导体激光器部21所产生的蓝色激光透射分色镜22，并经由透镜23照射色轮24的圆周上的一点。
该色轮24是通过电动机(M)25旋转的。在激光照射的色轮24的圆周上，红色荧光反射板24R、绿色荧光反射板24G和蓝色用扩散板24B一致地形成为环状。
图3是表示色轮24和电动机25的外观结构的立体图。如图3所示，在红色荧光反射板24R中，激光照射的相反侧的未图示的一面侧成为反射镜结构，通过蓝色激光照射而涂布的荧光体激发红色光，将所激发的红色光按照向激光照射来的方向反射的方式射出。
同样地，在绿色荧光反射板24G中，激光照射的相反侧的未图示的一面侧成为反射镜光学像，通过蓝色激光照射而涂布的荧光体激发绿色光，将所激发的绿色光按照向激光照射来的方向反射的方式射出。
另外，余下的蓝色用扩散板24B由磨砂玻璃(ground glass)状的透射部件构成，被照射的蓝色激光进行散射的同时透射。
在色轮24的红色荧光反射板24R或绿色荧光反射板24G位于激光照射位置的情况下，通过激光的照射，激发红色光或绿色光。该激发出的红色光或绿色光在色轮24上被反射后，经由上述透镜23，在上述分色镜22上也被反射。
之后，该红色光或绿色光经由透镜26在反射镜27上被反射，并且经由透镜28在分色镜29上被反射之后，经由透镜30，在积分器31中形成亮度分布大致均匀的光束之后，在反射镜32上被全反射，并被发送到上述反射镜18。
另外，在色轮24的蓝色用扩散板24B位于激光的照射位置的情况下，激光在扩散板24B上进行扩散的同时透射色轮24，之后经由透镜33在反射镜34上被全反射。之后，该蓝色光经由透镜35透射上述分色镜29，并经由透镜30在上述积分器31中形成亮度分布大致均匀的光束之后，在反射镜32上被全反射并被发送到上述反射镜18。
如上所述，分色镜22、29都使蓝色光透射的一方面，反射绿色光和红色光。
投影光处理部36统一控制光源部17的半导体激光器部21的发光时序、和基于电动机25的色轮24的旋转。投影光处理部36根据从投影图像处理部15赋予的图像数据的时序，控制半导体激光器部21的发光时序和色轮24的旋转。
CPU37控制上述各电路的所有动作。该CPU37直接与主存储器38和程序存储器39相连。主存储器38由DRAM构成，起到CPU37的工作存储器的作用。程序存储器39由可电重写的非易失性存储器构成，存储CPU37所执行的动作程序和各种固定形式的数据等。CPU37使用上述主存储器38和程序存储器39，执行该数据投影仪装置10内的控制动作。
上述CPU37根据来自操作部40的键操作信号执行各种投影动作。
该操作部40包括：键操作部，其设置在数据投影仪装置10的主体内；和激光接收部，其在该数据投影仪装置10专用的未图示的遥控器之间接收红外光，用户向CPU37直接输出基于由主体的键操作部或遥控器操作的按键的键操作信号。
并且，上述CPU37经由上述系统总线SB，还与声音处理部41相连。声音处理部41具备PCM声源等声源电路，将投影动作时所赋予的声音数据模拟化，并驱动扬声器42来扩音放声，或者根据需要来产生哗哗声等。
接着，说明上述实施方式的动作。
图4是表示半导体激光器部21的第一驱动例。在这里，示出将构成激光二极管21a～21f的六个激光二极管21a～21f分割为两组时的各驱动功率波形。在图4中，横轴表示时间t，纵轴表示驱动功率I·V。这些驱动是通过投影光处理部36的控制来实现的，各激光二极管21a～21f在振荡时，在比阈值电流足够大的电流值下被驱动。
图4(A)是表示由激光二极管21a、21d、21e构成的组1的驱动功率的波形。图4(B)是表示由余下的激光二极管21b、21c、21f构成的组2的驱动功率的波形。
如上述图4(A)、图4(B)所示，将两个组1、2设定为以相同的周期T1、相同的占空比50％且相位相差180°(＝T1/2)来进行振荡。
图4(C)表示半导体激光器部21整体的驱动功率的波形，即将两个组1、2组合在一起的全部激光二极管21a～21f的驱动功率的波形。这样，通过在两个组1、2之间相互补偿间歇期间，从而作为半导体激光器部21整体而言，始终从三个激光二极管连续地振荡产生激光。
通过这样的结构，若将各组的驱动功率I·V设为同时点亮激光二极管21a～21f这六个时的驱动功率的两倍功率，则尽管总驱动功率与同时点亮激光二极管21a～21f这六个的情况相同，但是由于能够高效地驱动各激光二极管的发光，因此能够得到更高的亮度。
或者，在想要得到与同时点亮激光二极管21a～21f这六个时相同的亮度的情况下，能够将各组的驱动功率I·V设为比同时点亮激光二极管21a～21f这六个时的驱动功率的两倍还小的功率，尽管获得相同的亮度，但是能够降低总驱动功率。
因此，向形成光学像的微反射镜元件16提供经由色轮24限制了波长范围的、连续稳定的光量的光源光。
以下，由图5表示半导体激光器部21的第二驱动例。在这里，示出将构成激光二极管21a～21f这六个激光二极管21a～21f分割为三个组时的各驱动功率波形。在图5中，横轴表示时间t，纵轴表示驱动功率I·V。这些驱动是通过投影光处理部36的控制实现的，各激光二极管21a～21f在振荡时，在比阈值电流足够大的电流值下被驱动。
图5(A)是表示由激光二极管21a、21d构成的组1的驱动功率的波形。图5(B)是表示由激光二极管21b、21e构成的组2的驱动功率的波形。图5(C)是表示由激光二极管21c、21f构成的组3的驱动功率的波形。
如上述图5(A)～图5(C)所示，将三个组1～3设定为以相同的周期T2、相同的占空比33.3％且相位相差120°(＝T2/3)来进行振荡。
半导体激光器部21整体即将三个组1～3组合在一起时，通过相互补偿间歇期间，从而作为半导体激光器部21整体而言，始终从两个激光二极管连续地振荡产生激光。
通过这样的结构，若将各组的驱动功率I·V设为同时点亮激光二极管21a～21f这六个时的驱动功率的三倍的功率，则尽管总驱动功率与同时点亮激光二极管21a～21f这六个的情况相同，但是由于能够高效地驱动各激光二极管的发光，因此能够得到更高的亮度。
或者，在想要得到与同时点亮激光二极管21a～21f这六个时相同的亮度的情况下，能够将各组的驱动功率I·V设为比同时点亮激光二极管21a～21f这六个时的驱动功率的三倍还小的功率，尽管获得相同的亮度，但是能够降低总驱动功率。
接着，由图6表示半导体激光器部21的第三驱动例。在这里，表示将构成激光二极管21a～21f这六个激光二极管21a～21f分割为三个组时的各驱动功率波形。在图6中，横轴表示时间t，纵轴表示驱动功率I·V。这些驱动是通过投影光处理部36的控制实现的，各激光二极管21a～21f在振荡时，在比阈值电流足够大的电流值下被驱动。
图6(A)是表示由激光二极管21a、21d构成的组1的驱动功率的波形。图6(B)是表示由激光二极管21b、21e构成的组2的驱动功率的波形。图6(C)是表示由激光二极管21c、21f构成的组3的驱动功率的波形。
如上述图6(A)～图6(C)所示，将三个组1～3设定为以相同的周期T3、相同的占空比66.7％且相位相差120°(＝T3/3)来进行振荡。
半导体激光器部21整体即将三个组1～3组合在一起，通过相互补偿间歇期间，从而作为半导体激光器部21整体而言，始终从相当于两个组的四个激光二极管连续地振荡产生激光。
通过这样的结构，若将各组的驱动功率I·V设为同时点亮激光二极管21a～21f这六个时的驱动功率的1.5倍的功率，则尽管总驱动功率与同时点亮激光二极管21a～21f这六个的情况相同，但是由于能够高效地驱动各激光二极管的发光，因此能够得到更高的亮度。
或者，在想要得到与同时点亮激光二极管21a～21f这六个时相同的亮度的情况下，能够将各组的驱动功率I·V设为比同时点亮激光二极管21a～21f这六个时的驱动功率的1.5倍还小的功率，尽管得到相同的亮度，但是能够降低总驱动功率。
如上所述，假设将半导体激光器21分割为比图4、图5公开的组还多的组时，半导体激光器21的每一个发光元件的驱动功率变大，因此该图6中的驱动例是为了避免超出发光元件的最大驱动电流值的情况而有效的驱动例。
换言之，从上述第一和第二驱动例可知，越是将半导体激光器21分割为更多的组来减少同时点亮个数，则越能够增大驱动一个组时的驱动功率。因此，能够更高效地驱动半导体激光器21。但是，若超出半导体激光器21的驱动功率的最大值，则驱动效率会急剧下降。在第三驱动例中，通过增加各组的驱动占空比来使同时点亮个数增加，从而能够避免上述情况。
在上述第一至第三驱动例的任一个中，由于都反复进行通过间歇驱动构成半导体激光器部21的激光二极管21a～21f从而在发热引起的元件温度上升之前暂时停止驱动这样的动作，因此对于热非常有利，并且在数据投影仪装置10中减轻光源部的冷却所需的负担，还能够为装置的小型化作贡献。
另外，由于光电二极管的寿命是由振荡时间和元件的温度决定的，因此通过进行上述的间歇驱动，能够实现构成半导体激光器部21的各激光二极管21a～21f的长寿命化。
根据以上详细叙述的本实施方式，在以高的发光效率驱动光源的激光二极管21a～21f的同时，还能够确保一定的连续的光量。
此外，在上述实施方式中，将构成半导体激光器部21的激光二极管21a～21f分割为多个组，其中每个组都由多个激光二极管构成，且以该多个组为单位调整相位。
由此，对于因个体差异而振荡输出的差较大的激光二极管而言，通过结合多个来进行处理，从而吸收并平均化该个体差异，能够确保更稳定的光量，并且能够简化驱动半导体激光器部21的投影光处理部36中的控制。
另外，在上述实施方式中，说明了半导体激光器部21由六个激光二极管21a～21f构成的情况，但是本发明并不限于此，也可以由多个激光二极管构成。
此外，上述实施方式说明了应用在单板式DLP(注册商标)方式的数据投影仪装置的情况，但是本发明并不限定数据投影仪装置的投影方式，例如，也可以同样应用在使用透射型单色液晶面板来形成光学像的液晶投影仪装置中，此外，不仅限于数据投影仪装置，例如，也可以同样应用在尾部投影(rear-projection)方式的电视接收机等中。
另外，本发明并非限于上述实施方式中，在不脱离实施阶段的主旨的范围内能够进行各种变形。此外，如果可能，也可以将在上述实施方式中执行的功能适当组合来实施。上述的实施方式包括各种阶段，可通过公开的多个结构要件的适当组合来抽取各种发明。例如，即使从实施方式示出的全部结构要件中删除几个结构要件，若能够获得技术效果，则也能够将删除了该结构要件的构成作为发明来抽取。

Claims (11)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：
光源部，其具有多个半导体激光器；
脉冲驱动单元，其将上述光源部的多个半导体激光器分割为由相同数量的该半导体激光器构成的多个组，并以按上述各组的每一个确定的周期且确定的占空比进行脉冲驱动；以及
光源控制单元，其在由上述脉冲驱动单元按各组使上述半导体激光器脉冲驱动时，按照始终点亮相同数量的上述半导体激光器的方式互相调整相位。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
上述脉冲驱动单元按各组，以相同的周期且相同的占空比脉冲驱动上述半导体激光器。
3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，
基于上述周期和占空比，设定驱动上述各组的驱动功率。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
基于上述各组的总消耗功率值和亮度值，设定驱动上述各组的驱动功率。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
上述光源控制单元基于上述半导体激光器的最大驱动电流值，设定所分割的组的数量。
6.一种投影装置，其特征在于，包括：
光源部，其具有多个半导体激光器；
脉冲驱动单元，其将上述光源部的多个半导体激光器分割为由相同数量的该半导体激光器构成的多个组，并以按上述各组的每一个确定的周期且确定的占空比进行脉冲驱动；
光源控制单元，其在由上述脉冲驱动单元按各组使上述半导体激光器脉冲驱动时，按照始终点亮相同数量的上述半导体激光器的方式互相调整相位；
输入单元，其输入图像信号；以及
投影单元，其使用由上述光源部产生的光，形成与由上述输入单元输入的图像信号相对应的光学像来加以投影。
7.根据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，
上述脉冲驱动单元按各组，以相同的周期且相同的占空比脉冲驱动上述半导体激光器。
8.根据权利要求6或7所述的投影装置，其特征在于，
基于上述周期和占空比，设定驱动上述各组的驱动功率。
9.根据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，
基于上述各组的总消耗功率值和亮度值，设定驱动上述各组的驱动功率。
10.根据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，
上述光源控制单元基于上述半导体激光器的最大驱动电流值，设定所分割的组的数量。
11.一种投影方法，该投影方法是投影装置中的投影方法，上述投影装置包括：具有多个半导体激光器的光源部；输入图像信号的输入部；以及使用由上述光源部产生的光来形成与由上述输入部输入的图像信号相对应的光学像并加以投影的投影部，上述投影方法的特征在于，具有：
将上述光源部的多个半导体激光器分割为由相同数量的该半导体激光器构成的多个组，并以按上述各组的每一个确定的周期且确定的占空比进行脉冲驱动的脉冲驱动步骤；以及
在由上述脉冲驱动步骤按各组使上述半导体激光器脉冲驱动时，按照始终点亮相同数量的上述半导体激光器的方式互相调整相位的光源控制步骤。
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