CN102629071A

CN102629071A - 冷却装置及冷却控制方法

Info

Publication number: CN102629071A
Application number: CN2012100569047A
Authority: CN
Inventors: 深野和靖
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2012-08-08
Also published as: US20120197459A1; JP2012160636A; US9305857B2; JP5206814B2

Abstract

一种冷却装置，适当地维持发热部件的动作性能并且预防结露的发生。该冷却装置具备：设置于壳体内的LD(18、20)、LED(19)；针对LD(18、20)、LED(19)设置并从LD(18、20)、LED(19)吸热的珀尔帖元件(26、29、32)；将外部空气导入到框体内并使导入的空气流与LD(18、20)、LED(19)接触以进行冷却的冷却风扇(36)；检测LD(18、20)、LED(19)的温度的温度传感器(27、30、33)；以及CPU(40)和投影光驱动部(39)，根据检测出的温度判断LD(18、20)、LED(19)是否处于过冷却状态，在判断为处于过冷却状态的情况下，降低珀尔帖元件(26、29、32)的冷却能力，并且提高冷却风扇(36)的冷却能力。

Description

冷却装置及冷却控制方法

技术领域

本发明涉及一种适用于例如用珀尔帖(Peltier)元件对半导体发光元件进行冷却的投影仪等的冷却装置及冷却控制方法。

背景技术

可以考虑将利用珀尔帖效应的冷却装置配置在CPU等之上、用该冷却装置对CPU等进行冷却的技术(例如日本特开平09-307030号公报)。

珀尔帖元件从作为对象的发热部件吸热而对发热部件进行强制冷却，能够将发热部件冷却到外界气体的温度以下(具有冷却能力)，这与采用冷却用风扇与外界气体进行热交换的空气制冷方式不同。

因此，当将发热部件冷却到由发热部件周围的气氛的温度和湿度确定的露点(dew point)温度以下时，发热部件就会产生结露，结果，有可能对构成发热部件的电子部件等带来损伤。

除了上述日本特开平09-307030号公报中记载的技术，还可以考虑对珀尔帖元件的冷却动作进行调整、防止作为冷却对象的发热部件结露的各种技术。

但是，可以考虑到以下情况：通过仅使珀尔帖元件的冷却程度达不到露点温度的控制方法，无法维持必要的冷却状态，当作为冷却对象的发热部件例如是CPU时，会导致运算速度低或发生热失控。

因此，难以使发热部件一边维持适当的状态一边运转。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，目的在于提供一种能够适当地维持发热部件的动作性能并且预防由于过冷却造成的结露等的投影装置及投影方法。

本发明的第一技术方案提供一种冷却装置，对作为冷却对象的发热部件进行冷却，具备：第一冷却单元，针对上述发热部件而设置，具有从上述发热部件吸热而将上述发热部件冷却到比上述发热部件的周围的温度低的温度的能力；第二冷却单元，具有使空气接触上述发热部件而将上述发热部件冷却的能力；第一温度检测单元，检测上述发热部件的温度；判断单元，根据由上述第一温度检测单元检测出的结果，判断上述发热部件是否处于过冷却状态；以及冷却控制单元，在上述判断单元判断为上述发热部件处于过冷却状态的情况下，降低上述第一冷却单元的冷却能力，并且提高上述第二冷却单元的冷却能力。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的数码投影仪装置的功能电路结构的框图。

图2是表示同一实施方式的光源元件及冷却元件(珀尔帖元件)周边的结构例的立体图。

图3是表示同一实施方式的光源部的冷却处理内容的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图，对将本发明适用于DLP(Digital Light Processing，数字光处理)(注册商标)方式的数码投影仪(data projector)装置的情况下的一个实施方式进行说明。

图1主要说明本实施方式的数码投影仪装置10的电子电路的功能结构。

图1中，标号11为输入部。

该输入部11例如具有管脚插孔(RCA)型的视频输入端子、D-sub15型的RGB输入端子、HDMI(High-Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口)规格的图像/声音输入端子、以及USB(Universal Serial Bus)连接器，从经由这些端子中的某个端子有线连接的外部设备输入图像信号和声音信号。

从输入部11输入的各种规格的图像信号，经由系统总线SB被输入到也被称作换算器(scaler)的投影图像变换部12。

投影图像变换部12将输入的图像信号统一成适于投影的规定格式的图像信号，并适宜地写入到内置的显示用的缓冲存储器以后，将写入的图像信号读出并送到投影图像驱动部13。

投影图像驱动部13根据送来的图像信号，通过将按照规定格式的帧速率(例如60(帧/秒))、颜色成分的分割数(division number)、以及显示灰度数(displaygradation-step number)相乘而得到的更高速的时分驱动，对微镜元件14进行显示驱动。

该微镜元件14通过对排列成阵列状的多个例如WXGA(横1280像素×纵768像素)个微小镜的各倾斜角度分别高速地进行ON/OFF动作以进行显示动作，从而根据其反射光形成光像。

另一方面，从光源部15按时分方式循环射出R、G、B原色光。

来自该光源部15的原色光由镜16进行全反射，并向上述微镜元件14照射。

并且，微镜元件14的反射光形成光像，形成的光像经由投影透镜部17，被投影并显示到作为投影对象的未图示的屏幕。

上述光源部15具有发出绿色(G)光的激光二极管(以下称为“G-LD”)18，发出红色(R)光的发光二极管(以下称为“R-LED”)19，以及发出蓝色(B)光的激光二极管(以下称为“B-LD”)20。

G-LD18发出的绿色光透过分色镜(dichroic mirror)21，通过积分器22成为亮度分布大致均匀的光束后，向上述镜16行进。

R-LED19发出的红色光被分色镜23反射后，还被上述分色镜21反射，通过积分器22成为亮度分布大致均匀的光束后，向上述镜16行进。

B-LD20发出的蓝色光被镜24反射后，透过上述分色镜23，然后被上述分色镜21反射，通过积分器22成为亮度分布大致均匀的光束后，向上述镜16行进。

上述分色镜21使绿光透过而使红色光和蓝色光反射。

上述分色镜23使红色光反射而使蓝色光透过。

上述G-LD18隔着基板25与珀尔帖元件26一体构成，该珀尔帖元件26作为利用珀尔帖效应进行冷却的热电元件。

在基板25上的G-LD18附近，还配置用于检测作为发热部件的G-LD18的温度的温度传感器27。

同样地，R-LED19隔着基板28与珀尔帖元件29一体构成。

在基板28上的R-LED19附近，还配置温度传感器30。

同样，B-LD20隔着基板31与珀尔帖元件32一体构成。

在基板31上的B-LD20附近，还配置温度传感器33。

图2是以G-LD18及其周边部为例来表示上述G-LD18、R-LED19和B-LD20及各周边部的构造的立体图。

在热传导性高的基板25上，靠近地设置有G-LD18和温度传感器27。

以使该基板25的未设置上述G-LD18和温度传感器27的面与珀尔帖元件26的吸热面接合的方式，一体形成基板25与珀尔帖元件26。

而且，在珀尔帖元件26的散热面一侧，安装有用于提高散热效果的具有散热片的散热器26A。

G-LD18和温度传感器27用的4根导线34A～34D连接到基板25，另一方面，2根导线35A、35B连接到珀尔帖元件26。

在图1中，设置有冷却风扇36，用来促进上述各珀尔帖元件26、29、32的散热，从而使作为光源元件的G-LD18、R-LED19和B-LD20冷却。

该冷却风扇36将数码投影仪装置10的未图示的壳体外部的空气(外界气体)导入到壳体内，促进上述各珀尔帖元件26、29、32的散热面的热交换，将受热后的空气排出到壳体外，从而将作为光源的元件即G-LD18、R-LED19和B-LD20冷却。

在上述冷却风扇36从壳体外导入空气的孔部分，配置有温度传感器37和湿度传感器38。

温度传感器37检测由冷却风扇36向数码投影仪装置10的壳体内导入的空气的温度。

湿度传感器38检测由冷却风扇36向数码投影仪装置10的壳体内导入的空气的湿度。

并且，上述光源部15的G-LD18、R-LED19和B-LD20的各发光驱动、上述珀尔帖元件26、29、32的冷却动作、上述温度传感器27、30、33的温度检测、上述冷却风扇36的冷却风的产生、上述温度传感器37的温度检测、以及上述湿度传感器38的湿度检测，全部由投影光驱动部39统括控制。

投影光驱动部39根据与从上述投影图像驱动部13提供的图像信号同步的定时信号、和后述的CPU40的控制，执行上述G-LD18、R-LED19和B-LD20的发光动作、和对作为发热部件的这些G-LD18、R-LED19和B-LD20的冷却动作。

上述各电路的动作全部由CPU40控制。

该CPU40与主存储器41及程序存储器42直接连接。

主存储器41例如由SRAM构成，作为CPU40的工作存储器发挥作用。

程序存储器42由可电擦写的非易失性存储器、例如闪存ROM构成，存储CPU40执行的动作程序、各种固定数据等。

CPU40将上述程序存储器42所存储的动作程序、固定数据等读出并展开存储到主存储器41中之后，通过执行该程序，对该数码投影仪装置10进行统括控制。

上述CPU40响应于来自操作部43的键操作信号，执行各种投影动作。

该操作部43包含：摇控受光部，接收来自该数码投影仪装置10专用的未图示摇控器的红外线调制信号；以及键输入部，设置在数码投影仪装置10的例如壳体上面。

操作部43向CPU40输出键操作信号，该键操作信号基于用户对数码投影仪装置10专用的遥控器或在主体的键输入部操作的键。

上述CPU40还经由上述系统总线SB而与声音处理部44连接。

声音处理部44具备PCM音源等音源电路，将投影动作时带来的声音信号模拟化，驱动扬声器部45以进行放音，或者根据需要发出蜂鸣音(beep sound)等。

下面，对上述实施方式的动作进行说明。

图3是从该数码投影仪装置10电源接通(电源投入)后由CPU40执行的投影动作中、以光源部15为主而提取出对各珀尔帖元件26、29、32的冷却动作的处理内容而进行表示的流程图。

如上所述，该图3所示的处理内容，也是在由CPU40从程序存储器42中将动作程序等读出并展开存储到主存储器41中之后、通过执行该程序而实现的。

处理最初，CPU40使投影光驱动部39开始处理，该处理以额定的100％的驱动率(drive rate)分别驱动用来冷却G-LD18的珀尔帖元件26、用来冷却R-LED19的珀尔帖元件29、以及用来冷却B-LD20的珀尔帖元件32(步骤S101)。

与此相应地，CPU40使投影光驱动部39开始处理，该处理以额定的20％的转速来驱动冷却风扇36(步骤S102)。

接着，CPU40经由投影光驱动部39，利用温度传感器37和湿度传感器38，检测由上述冷却风扇36的驱动而导入到数码投影仪装置10的壳体内的空气的温度和湿度(步骤S103、S104)。

随之，CPU40经由投影光驱动部39，分别利用温度传感器27检测G-LD18的温度，利用温度传感器30检测R-LED19的温度，利用温度传感器33检测B-LD20的温度(步骤S105)。

根据上述检测出的空气的温度和湿度，唯一地(univocally)确定露点温度。

因此，CPU40以根据外界气体的温度和湿度确定的露点温度为基准，判断上述温度传感器27、30、33检测出的各发热部件LD18、20、LED19的温度中是否至少一个处于该露点温度以下，即判断是否有结露的可能性、是否为过冷却状态。

具体而言，CPU40将LD18、20、LED19的温度中的最低者用作代表值，从而判断是否有结露的可能性(步骤S106)。

关于上述露点温度的确定，可以预先将根据外界气体的温度和湿度确定的露点温度作为查询表存储在程序存储器42中进行确定，或者也可以预先将以外界气体的温度和湿度作为变量的露点温度计算用的运算式并入动作程序中进行计算。

在上述步骤S106中判断为LD18、20、LED19的温度都比露点温度高、没有结露可能性的情况下，接下来CPU40确认该时刻的珀尔帖元件26、29、32的驱动率Dp(步骤S107)。

并且，判断该驱动率Dp是否是被认为足够高的值，例如80％以上(步骤S108)。

这里，在能够判断为各珀尔帖元件的驱动率是上述足够高的情况下，判断为由无声地动作的珀尔帖元件对发热部件实施高效的冷却、从而成为噪音源的冷却风扇36的转速被抑制到必要的最小限度，不改变这种控制状态，再次返回到从上述步骤S103开始的处理，重复进行同样的处理。

此外，在上述步骤S106中判断为LD18、20、LED19的温度中的至少一个在露点温度以下、存在由于过冷却而结露的可能性的情况下，CPU40经由投影光驱动部39进行设定，以使得将在该时刻所设定的珀尔帖元件26、29、32的驱动率Dp一律降低一个常数、例如降低额定的10％(降低冷却能力)(步骤S109)。

另外，为了弥补上述珀尔帖元件26、29、32的驱动率Dp的降低设定，CPU40经由投影光驱动部39进行设定，以使得将在该时刻所设定的冷却风扇36的转速提高一个常数、例如提高额定的20％(提高冷却能力)(步骤S110)，然后再次返回到从上述步骤S103开始的处理，重复进行同样的处理。

这样，CPU40避免由珀尔帖元件26、29、32的驱动引起的过冷却而产生的结露，并且将之前抑制得较低的冷却风扇36的转速相应地提高(提高冷却能力)，以弥补整体冷却性能的降低。

这样，CPU40能够将作为发热部件的LD18、20、LED19在不发生结露的最大范围内有效地冷却，并在维持高发光效率的同时将冷却风扇36产生的噪音抑制到最小限度。

而且，在上述步骤S108中判断为虽然没有结露的可能性、但珀尔帖元件的驱动率Dp未达到被认为足够高的值、例如80％的情况下，CPU40认为在该时刻装置整体的冷却性能充足但珀尔帖元件的驱动力低，并经由投影光驱动部39进行设定，以使得将在该时刻所设定的珀尔帖元件26、29、32的驱动率Dp一律地提高一个常数、例如额定的10％(提高冷却能力)(步骤S111)。

另外，随着上述珀尔帖元件26、29、32的驱动率的提高设定，CPU40经由投影光驱动部39进行设定，以使得将在该时刻所设定的冷却风扇36的转速降低一个常数、例如额定的20％(降低冷却能力)(步骤S112)，然后再次返回到从上述步骤S103开始的处理，重复进行同样的处理。

这样，在不会由于珀尔帖元件26、29、32的驱动引起过冷却而使LD18、20、LED19发生结露的情况下，CPU40以提高珀尔帖元件的驱动率Dp的方式进行设定(提高冷却能力)，并尽量降低冷却风扇36的转速(降低冷却能力)。

这样，CPU40能够利用无声地动作的珀尔帖元件26、29、32对作为发热部件的LD18、20、LED19进行有效地冷却，同时将冷却风扇36产生的噪音抑制到最小限度。

根据上述的本实施方式，检测出作为发热部件的LD18、20、LED19的温度，一边使吸热和送风这2个系统的冷却方法适当地平衡一边进行控制，从而能够适当地维持动作性能，并且预防由于过冷却而发生结露。

另外，在上述实施方式中，通过利用湿度传感器38检测向数码投影仪装置10的壳体内导入的空气的湿度，能够准确把握所导入的空气中含有的水蒸气的量，因此能够选择更合适的冷却方法。

特别是，在上述实施方式中，根据导入到数码投影仪装置10的壳体内的空气的温度和湿度来确定露点温度，并根据确定出的露点温度和作为冷却对象的发热部件的温度来判断由过冷却引起的结露的可能性，因此能够非常正确地避免结露的发生。

因此，特别适用于将如半导体发光元件那样温度保持得越低则发光效率越高的发光元件作为控制对象的情况。

另外，在上述实施方式中，作为从发热部件吸热而进行冷却的元件，说明了采用珀尔帖元件的情况，但是本发明不限于此，也可以是其它热电元件，例如利用汤姆逊效应(Thomson effect)的元件。

进而，不限于热电元件，只要是使用氨等作为制冷剂的吸收式冷冻机等无声(比冷却风扇噪声低)动作的冷却机构，都能同样实现安静的运转。

并且，在上述实施方式中，假设控制对象的发热部件有多个，并判断是否其中至少一个有发生结露的可能性、具体而言以其中最低的温度作为代表值来进行判断，从而进行控制，因此，判断处理简单化，并且能够可靠地控制以使得全部发热部件中的任何一个都不发生结露。

另外，在上述实施方式中虽未作说明，但在能够对作为控制对象的装置的温度环境及湿度环境进行某种程度限定的情况下，也可以省略温度传感器37和湿度传感器38的结构，不检测装置的壳体外部的空气的温度、湿度，仅检测发热部件的温度，根据假定的外界气体的温度和在发热部件检测出的温度，对2系统的冷却进行控制。

这样，能够进一步简化装置的构成，降低制造成本，并且还能够减轻CPU40的处理负担。

此外，也可以仅省略湿度传感器38的结构，不检测装置的壳体外部的空气的湿度，根据发热部件的温度和装置的周围温度，对2系统的冷却进行控制。

这种情况下，在发热部件的温度比壳体外部的空气的温度低且低的幅度超过预计到结露的安全系数而预先设定的温度幅度(例如2度)的情况下，判断为发热部件处于过冷却状态。

这样，在能够某种程度地限定装置的湿度环境的情况下，能够适于该湿度环境而简单地避免结露的发生。

同样，在上述实施方式中虽未作说明，但鉴于例如在珀尔帖元件26对G-LD18的冷却动作的效果出现之前实际上有时间延迟的情况，也可以不进行基于检测温度的实时控制，而是根据检测温度随时间的变化以及冷却元件的驱动状态，对经过一定时间后的发热部件的温度进行预测，基于该预测结果执行冷却控制。

这样，能够更可靠地避免作为控制对象的发热部件因过冷却引起的结露。

另外，上述实施方式中，说明了冷却风扇36将壳体外部的空气(外界气体)导入到壳体内而对发热部件进行冷却，以及将温度传感器37和湿度传感器38配置在冷却风扇36从壳体外导入空气的孔部分。

但是，由于利用温度传感器37和湿度传感器38得知发热部件周围的温度、湿度即可，因此不必对温度传感器37和湿度传感器38的位置进行严格限定。

另外，上述实施方式中，作为发热部件说明了适用于以作为半导体发光元件的LD、LED为光源的DLP(注册商标)方式的数码投影仪装置的情况，但是本发明并不限制发热部件和装置的具体构成。

此外，本发明并不限于上述实施方式，在实施阶段，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。

此外，上述实施方式所执行的功能也可以尽可能地适当组合来实施。

上述实施方式包含各种阶段，通过将公开的多个构成要件进行适当的组合，可以得到各种发明。

例如，即使从实施方式所示的全部构成要件中删除几个构成要件，只要能够得到效果，则该构成要件删除后的结构也可以作为发明而被提取得到。

Claims

1.一种冷却装置，对作为冷却对象的发热部件进行冷却，具备：

第一冷却单元，针对上述发热部件而设置，具有从上述发热部件吸热而将上述发热部件冷却到比上述发热部件的周围的温度低的温度的能力；

第二冷却单元，具有使空气接触上述发热部件而将上述发热部件冷却的能力；

第一温度检测单元，检测上述发热部件的温度；

判断单元，根据由上述第一温度检测单元检测出的结果，判断上述发热部件是否处于过冷却状态；以及

冷却控制单元，在上述判断单元判断为上述发热部件处于过冷却状态的情况下，降低上述第一冷却单元的冷却能力，并且提高上述第二冷却单元的冷却能力。

2.根据权利要求1记载的冷却装置，

该冷却装置还具备第二温度检测单元，该第二温度检测单元检测通过上述第二冷却单元而与上述发热部件接触的空气的温度；

上述判断单元根据由上述第一温度检测单元检测出的发热部件的温度和由上述第二温度检测单元检测出的空气的温度，判断上述发热部件是否处于过冷却状态。

3.根据权利要求2记载的冷却装置，

在由上述第一温度检测单元检测出的发热部件的温度比由上述第二温度检测单元检测出的空气的温度低且低的幅度超过预先设定的温度幅度的情况下，上述判断单元判断为上述发热部件处于过冷却状态。

4.根据权利要求2记载的冷却装置，

该冷却装置还具备湿度检测单元，该湿度检测单元检测通过上述第二冷却单元而与上述发热部件接触的空气的湿度；

上述判断单元根据由上述第二温度检测单元检测出的温度、由上述湿度检测单元检测出的湿度、以及由上述第一温度检测单元检测出的发热部件的温度，判断上述发热部件是否处于过冷却状态。

5.根据权利要求4记载的冷却装置，

上述判断单元根据由上述第二温度检测单元检测出的温度和由上述湿度检测单元检测出的湿度来确定露点温度，根据确定出的露点温度和由上述第一温度检测单元检测出的发热部件的温度，判断上述发热部件是否处于过冷却状态。

6.根据权利要求1记载的冷却装置，

上述第一冷却单元是利用了珀尔帖效应或汤姆逊效应的热电元件，或者是吸收式冷冻机。

7.根据权利要求1记载的冷却装置，

该冷却装置具备多个上述作为冷却对象的发热部件；

上述第一温度检测单元检测多个上述发热部件的各自的温度；

上述判断单元根据由上述第一温度检测单元检测出的温度中的最低温度，判断是否处于过冷却状态。

8.根据权利要求1记载的冷却装置，

该冷却装置还具备预测单元，该预测单元根据由上述第一温度检测单元检测出的结果随时间的变化，对经过一定时间后的上述发热部件的温度进行预测；

上述判断单元根据由上述预测单元预测出的经过一定时间后的上述发热部件的温度而不根据由上述第一温度检测单元检测出的结果，判断上述发热部件是否处于过冷却状态。

9.一种装置的冷却控制方法，

该装置具备：

发热部件；

第一冷却单元，针对上述发热部件而设置，具有从上述发热部件吸热而将上述发热部件冷却到比上述发热部件的周围的温度低的温度的能力；以及

第二冷却单元，使空气接触上述发热部件而进行冷却；

该冷却控制方法包括以下工序：

第一温度检测工序，检测上述发热部件的温度；

判断工序，根据上述第一温度检测工序检测出的结果，判断上述发热部件是否处于过冷却状态；以及

冷却控制工序，在上述判断工序判断为上述发热部件处于过冷却状态的情况下，降低上述第一冷却单元的冷却能力，并且提高上述第二冷却单元的冷却能力。