JP2007149469A - Light source device, direct-viewing picture display device, and projecting display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置、及び直視型画像表示装置や、投写型表示装置等に関するものである。 The present invention relates to a light source device, a direct-view image display device, a projection display device, and the like.
近年、直視型液晶表示装置や、大画面表示が可能な投写型表示装置(プロジェクタ)の光源として、色純度の高い単色光を放射し、これまでの水銀ランプより大きな色再現範囲を実現できる、発光ダイオードや、半導体レーザーなどの固体光源が注目されている。 In recent years, as a light source for direct-view liquid crystal display devices and projection display devices (projectors) capable of large-screen display, it emits monochromatic light with high color purity and can realize a larger color reproduction range than conventional mercury lamps. Solid state light sources such as light emitting diodes and semiconductor lasers have attracted attention.
また、画像表示装置の光源装置においては、明るい部屋でも高画質な画像の提供を実現するために、より明るい照明を求められており、固体光源を複数個用いたり、固体光源への投入電流量を大きくしたり、といった検討も行われている。このような使用では固体光源発光部の熱発生量が増加し、これを防ぐための技術的手段が必要となる。そこで、発光部の温度が一定温度以上にならないように、電力を供給することで、より強力に冷却できる熱電変換素子(ペルチェ素子)等の冷却手段を用いた光源の冷却手法が検討されている(例えば、特許文献1参照)。 Also, in light source devices of image display devices, in order to provide high-quality images even in a bright room, brighter illumination is required, and multiple solid light sources are used, or the amount of current applied to the solid light sources Studies such as increasing the Such use increases the heat generation amount of the solid-state light source light emitting part, and technical means for preventing this are required. Therefore, a cooling method of the light source using a cooling means such as a thermoelectric conversion element (Peltier element) that can be cooled more powerfully by supplying electric power so that the temperature of the light emitting portion does not exceed a certain temperature has been studied. (For example, refer to Patent Document 1).
図8は、そのような固体光源とペルチェ素子とを有する光源装置の構成図の一例である。また、図9は、ペルチェ素子の部分拡大図である。図8に示すように、光源装置は、半導体チップの光源である発光部101を含む発光ダイオード110と、熱電変換素子であるペルチェ素子130と、発光ダイオード110及びペルチェ素子130と直列に接続され、これらに電力を供給する電源90とを有する。
FIG. 8 is an example of a configuration diagram of a light source device having such a solid light source and a Peltier element. FIG. 9 is a partially enlarged view of the Peltier element. As shown in FIG. 8, the light source device is connected in series with a
発光ダイオード110は、熱伝導率の高い金属材料で形成された台座103と、発光部101のチップと台座103を接合する第1の接着層102と、発光ダイオード110内の発光部101に通電するための電極(図示せず)と電気的に接続された電極104と、熱伝導性を高めるための金属基板106と、発光部101の半導体チップを固定するための台座103と金属基板106を接合する第2の接着層105と、発光部101を覆う樹脂レンズ108によって構成されている。
The
また、図9に示すように、ペルチェ素子130は、n型、p型の半導体を、セラミック120側の電極121及びセラミック基板124側の電極123を介して直列に接続してなる半導体層122に電気を流すことによって、上側の電極121、下側の電極123に温度差を生じさせるものであり、セラミック120及びセラミック基板124は、上下の電極121,123と絶縁するように設けられ、冷却面が平滑な面となるように構成されている。
Further, as shown in FIG. 9, the Peltier
なお、ペルチェ素子130は、電流の向きを反転させることで、温度下降面と温度上昇面を逆転できるが、電源90から電力を供給した場合、発光ダイオード110側が温度下降面となるように、接続されている。
The
このような光源装置においては、発光時における発光部101の温度がもっとも高く、この発光時に到達する温度最高点が、固有の許容温度を越えた場合には、発光ダイオード自身が破壊されるおそれがあり、また、発光部の温度が許容範囲内であっても、発光部の温度が高くなるほど、発光中の発光効率の低下や、波長シフトが発生したり、さらに、発光時の最高到達温度が高い状態での使用が続くと、寿命が短くなったりという問題があるため、ペルチェ素子130を動作させて、発光ダイオード110内の発光部101を冷却するようにしている。
In such a light source device, when the temperature of the
一方、固体光源は、点灯、消灯が高速にスィッチングできる(以下、パルス点灯と呼ぶ)特徴を有し、連続点灯させる必要がない。そこで、一画像表示期間中に、赤、緑、青色の光源を順次点灯させ、時分割で混色を行うことによって、低消費電力で、画像を形成する、いわゆるフィールドシーケンシャル方式による画像表示方法が可能である。 On the other hand, the solid light source has a feature that can be switched on and off at high speed (hereinafter referred to as pulse lighting), and does not need to be continuously lit. Therefore, a so-called field-sequential image display method that forms images with low power consumption by sequentially turning on red, green, and blue light sources and mixing colors in a time-sharing manner during one image display period is possible. It is.
フィールドシーケンシャル方式のような時分割点灯を行う場合、従来の光源装置は、発光ダイオード110とペルチェ素子130を直列に接続し、電源90を共通とし、周期的なパルス電流を発光ダイオード110及びペルチェ素子130に供給する。これにより、発光ダイオード110を点灯するとともに、ペルチェ素子130も、発光ダイオード110の点灯と同期して動作させる構成となっている。
When performing time-division lighting as in the field sequential method, the conventional light source device connects the
これによれば、ペルチェ素子130の吸熱動作は発光ダイオード110の点灯に追従して行われることとなり、発光ダイオード110の光量を大きくした場合でも、それに併せてペルチェ素子130の効率が高められ、発熱量と吸熱量の比を自動的に保つことができる。また発光ダイオード110の非点灯期間にはペルチェ素子130の動作も停止するため、消費電力が小さくなるという効果も得られる。
しかしながら、上記従来の光源装置の構成で動作を行った場合は、発光ダイオード110とペルチェ素子130との間には、発光ダイオード110の電極104や、ペルチェ素子130と発光ダイオード110の電極104を絶縁するための絶縁物であるセラミック120や、ペルチェ素子130内の電極121とセラミック120との接合を行う、図9に示す半田等の接着層190等から構成される中間層が介在するため、冷却がもっとも必要となる発光ダイオード110の発光部へ、ペルチェ素子130からの吸熱が伝達するまでには時間的な遅延が発生する。
However, when the operation is performed with the configuration of the above-described conventional light source device, the
ここで図10は、従来の光源装置の動作を説明するタイムチャートである。図10(a)は、電源90がペルチェ素子130に供給する電流値の時間変化を示す。また図10(b)は、電源90が発光ダイオード110に供給する電流値の時間変化を示す。また図10(c)は、電源90からの電流の供給によりペルチェ素子130に発生する熱の移動量の時間変化を示す。また図10(d)は、発光ダイオード110の発光部101がペルチェ素子130の駆動により受ける熱の移動量の時間変化を示す。また図10(e)は、電源90からの電流の供給により発光部101に発生する熱の移動量の時間変化を示す。また図10(f)は、発光ダイオード110の発光と、ペルチェ素子130の駆動による吸熱とによって生ずる、発光部101の温度の時間変化を示す。
FIG. 10 is a time chart for explaining the operation of the conventional light source device. FIG. 10A shows the change over time of the current value supplied from the
図10(a)(b)に示すように、発光ダイオード110及びペルチェ素子130に供給される電流が同期し、位相、周期が一致する、すなわちパルスの立ち上がりが完全に一致している。そのため、ペルチェ素子130の駆動による吸熱(図10(d))と、発光ダイオード110の駆動により生ずる発熱(図10(e))とは同時に発生するが、ペルチェ素子130の吸熱作用が発光ダイオード110の熱源となる発光部101に達するまでは、上述の時間遅延が発生する。従って、発光部101における実際の温度変化は、図10(f)に示すように、初期状態から急峻となる。さらに、図10(a)(b)のように、発光ダイオード110の発光部101から発生する発熱量に比べて、ペルチェ素子130による吸熱量が少ない場合、ペルチェ素子130の吸熱作用が中間層を経て発光部101に達した後も、発光部の温度上昇が緩やかになりながら、発光部の温度上昇は続く。発光部の発光が終了後、発光部の温度低下が始まるが、十分な冷却が行われず、ペルチェ素子130は一周期における駆動期間を終了する。そして、発光部101は初期状態よりも温度が高い状態で、次の駆動周期を迎えることになる。次の駆動周期においてもペルチェ素子130と発光部101との熱量の移動は上記と同様なので、ペルチェ素子130の駆動により移動できなかった熱はさらに発光部101に滞留することとなる。結果として、発光部101の温度は段階的に上昇を続け、動作可能に適した温度範囲を超えてしまうことになる。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the currents supplied to the
このように、従来の光源装置においては、発光開始から急峻に温度上昇する。さらに、発光ダイオード110の発光部101から発生する発熱量に比べて、ペルチェ素子130による吸熱量が少ない場合、ペルチェ素子130の吸熱作用が中間層を経て発光部101に達した後も緩やかな温度上昇が続く。そのため、発光時に到達する温度最高点が、かなり高くなってしまうこととなる。さらに、1周期内で冷却不十分のため滞留する熱によっても、発光部101は段階的に温度上昇するため、固有の許容温度を越えた場合に発生する発光ダイオード110自身の破壊や、点灯不良や短寿命化の恐れがあり、また許容温度内であっても、発光期間中の発光効率の変化による発光量の変化や、光の波長シフトが生じる恐れもある。
Thus, in the conventional light source device, the temperature rises sharply from the start of light emission. Further, when the amount of heat absorbed by the
なお、図11のタイムチャートに示すように、発光ダイオード110の発光部101から発生する発熱量が、ペルチェ素子130による吸熱量とほぼ同等であっても(図11(a)(b)を比較参照、なお他の条件(図11(c)〜(e)に示すタイミング)は図10の場合と同じ)、図11(f)に示すように、ペルチェ素子130の吸熱作用が中間層を経て発光部101に達した後の緩やかな温度上昇、及び、各発光時に滞留する熱によって、段階的に温度上昇することがなくなるものの、発光開始から急峻に温度上昇することによって到達する温度最高点が非常に高くなることによる固有の許容温度を越える恐れや、発光期間中の発光量の変化や、光の波長シフトが生じる恐れがある。
As shown in the time chart of FIG. 11, even if the amount of heat generated from the
このように、従来の光源装置においては、ペルチェ素子130に供給される電流の波形と発光ダイオード110に供給される電流の波形とが一致し、またこれらが同期しており、発光部101を動作に適切な温度状態に保つことが困難であるといった課題があった。
As described above, in the conventional light source device, the waveform of the current supplied to the
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光源を適切な温度状態に保たれるよう冷却することができる光源装置等を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the light source device etc. which can be cooled so that a light source may be maintained at a suitable temperature state.
上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、電流が供給されることにより発光する光源と、
電流が供給されることにより吸熱動作し前記光源を冷却する熱電変換素子と、
周期的なパルス電流からなる光源駆動電流を前記光源に供給し、前記光源駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも早く立ち上がる周期的なパルス電流からなる熱電変換素子駆動電流を前記熱電変換素子に供給する電源とを備えた、光源装置である。
One of the objects is achieved by the following light source device. That is, a light source that emits light when current is supplied;
A thermoelectric conversion element that absorbs heat and cools the light source by being supplied with current;
A light source driving current consisting of a periodic pulse current is supplied to the light source, and a thermoelectric conversion element driving current consisting of a periodic pulse current rising earlier than the rise of the pulse current of the light source driving current is supplied to the thermoelectric conversion element. A light source device including a power source.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、前記熱電変換素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりと前記光源駆動電流のパルス電流の立ち上がりの時間差は、前記熱電変換素子から前記光源への熱伝達に要する時間に相当する、上記光源装置である。 One of the above objects is achieved by the following light source device. That is, the time difference between the rise of the pulse current of the thermoelectric conversion element drive current and the rise of the pulse current of the light source drive current corresponds to the time required for heat transfer from the thermoelectric conversion element to the light source. .
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、前記光源駆動電流の1周期における前記光源の発熱量と、前記熱電変換素子駆動電流の1周期における前記熱電変換素子による吸熱量とが実質的に同一である、上記光源装置である。 One of the above objects is achieved by the following light source device. That is, in the light source device, a heat generation amount of the light source in one cycle of the light source driving current and a heat absorption amount by the thermoelectric conversion element in one cycle of the thermoelectric conversion element driving current are substantially the same.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、前記熱電変換素子駆動電流の1周期において、前記熱電変換素子による吸熱量が、前記光源駆動電流の1周期における前記光源の発熱量より大きい、上記光源装置である。 One of the above objects is achieved by the following light source device. That is, in the light source device, an amount of heat absorbed by the thermoelectric conversion element in one cycle of the thermoelectric conversion element driving current is larger than a heat generation amount of the light source in one cycle of the light source driving current.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、前記熱電変換素子駆動電流の1周期における前記熱電変換素子による吸熱量が、前記光源駆動電流の1周期における前記光源の発熱量と前記光源が前記熱電変換素子以外から受ける熱量との総和と実質的に同一である、上記光源装置である。 One of the above objects is achieved by the following light source device. That is, the amount of heat absorbed by the thermoelectric conversion element in one cycle of the thermoelectric conversion element driving current is the sum of the amount of heat generated by the light source in one cycle of the light source driving current and the amount of heat received by the light source from other than the thermoelectric conversion element. The light source device is substantially the same.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、前記熱電変換素子駆動電流は、パルス電流の立ち下がりにおいても電流値が0より大きい、上記光源装置である。 One of the above objects is achieved by the following light source device. That is, the thermoelectric conversion element drive current is the light source device described above, wherein the current value is larger than 0 even at the falling edge of the pulse current.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、前記光源駆動電流の1回の前記パルス電流が供給される期間において、前記光源の単位時間当たりの発熱量と、前記熱電変換素子によって前記光源から吸収される単位時間当たりの吸熱量とが実質的に等しい、上記光源装置である。 One of the above objects is achieved by the following light source device. That is, during a period in which the one pulse current of the light source driving current is supplied, a heat generation amount per unit time of the light source and a heat absorption amount per unit time absorbed from the light source by the thermoelectric conversion element The light source device is substantially equal.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、前記熱電変換素子駆動電流のパルス幅は前記光源駆動電流のパルス幅と実質上同一である、上記光源装置である。 One of the above objects is achieved by the following light source device. That is, in the light source device, the pulse width of the thermoelectric conversion element driving current is substantially the same as the pulse width of the light source driving current.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源装置によって達成される。すなわち、前記熱電変換素子駆動電流の波形と前記光源駆動電流の波形とが電流値方向について拡大又は縮小関係にある、上記光源装置である。 One of the above objects is achieved by the following light source device. That is, in the light source device, the waveform of the thermoelectric conversion element driving current and the waveform of the light source driving current are in an expansion or contraction relationship in the current value direction.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の直視型画像表示装置によって達成される。すなわち、上記光源装置と、
前記光源装置から得られる光を透過して画像を表示する透過型表示パネルとを備えた、
直視型画像表示装置直視型画像表示装置である。
One of the objects is achieved by the following direct-view image display device. That is, the light source device,
A transmissive display panel that transmits light obtained from the light source device and displays an image;
Direct-view image display device A direct-view image display device.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の投写型表示装置によって達成される。すなわち、上記光源装置と、
前記光源装置から得られる光を透過又は反射して画像を形成する映像表示素子とを備えた、投写型表示装置投写型表示装置である。
One of the above objects is achieved by the following projection display device. That is, the light source device,
The projection display device includes a video display element that forms an image by transmitting or reflecting light obtained from the light source device.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の光源の冷却方法によって達成される。すなわち、周期的なパルス電流からなる光源駆動電流を前記光源に供給し、前記光源駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも早く立ち上がる周期的なパルス電流からなる熱電変換素子駆動電流を前記熱電変換素子に供給する工程を備えた、光源の冷却方法である。 One of the above objects is achieved by the following light source cooling method. That is, a light source driving current consisting of a periodic pulse current is supplied to the light source, and a thermoelectric conversion element driving current consisting of a periodic pulse current rising earlier than the rise of the pulse current of the light source driving current is supplied to the thermoelectric conversion element. It is the cooling method of a light source provided with the process to supply.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下のプログラムによって達成される。すなわち、上記光源の冷却方法の、周期的なパルス電流からなる光源駆動電流を前記光源に供給し、前記光源駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも早く立ち上がる周期的なパルス電流からなる熱電変換素子駆動電流を前記熱電変換素子に供給する工程ををコンピュータに実行させるためのプログラムである。 One of the above objects is achieved by the following program. That is, in the cooling method of the light source, a light source driving current consisting of a periodic pulse current is supplied to the light source, and a thermoelectric conversion element driving consisting of a periodic pulse current that rises earlier than the rise of the pulse current of the light source driving current It is a program for making a computer perform the process of supplying an electric current to the said thermoelectric conversion element.
また、上記目的のうち、ひとつは、以下の記録媒体によって達成される。すなわち、上記プログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。 One of the above objects is achieved by the following recording medium. That is, it is a recording medium on which the program is recorded, and can be processed by a computer.
本発明によれば、光源を適切な温度状態に保たれるよう冷却することができる光源装置等を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the light source device etc. which can be cooled so that a light source may be maintained at a suitable temperature state.
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。
(実施の形態1)
図1は本発明にかかる実施の形態1における光源装置を示す概略構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a light source device according to
図1に示す様に、本実施の形態1における光源装置は、後述する制御部分の構成を除けば発光ダイオード及びペルチェ素子の構成は従来例と同様であり、図8と同一の符号を附し、詳細な説明は省略する。本実施の形態は、周期的なパルス電流からなる発光ダイオード駆動電流を発光ダイオード110に供給する発光ダイオード駆動電源201と、発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも早く立ち上がる周期的なパルス電流からなるペルチェ素子駆動電流をペルチェ素子130に供給するペルチェ素子駆動電源202とを備える。また、本実施の形態は、ペルチェ素子駆動電流の電流波形及び発光ダイオード駆動電流の電流波形を制御するパルス制御手段203をさらに備える。パルス制御手段203は、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりのタイミングに対する発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりのタイミングの遅延時間を調整することができる。
As shown in FIG. 1, the configuration of the light emitting diode and the Peltier element in the light source device according to the first embodiment is the same as that of the conventional example except for the configuration of the control part described later. Detailed description will be omitted. In the present embodiment, a light emitting diode driving
なお、上記の構成において、発光ダイオード110の発光部101は本発明の光源に、ペルチェ素子130は本発明の熱電変換素子に、発光ダイオード駆動電源201及びペルチェ素子駆動電源202は本発明の電源に、発光ダイオード駆動電流は本発明の光源駆動電流に、ペルチェ素子駆動電流は本発明の熱電変換素子駆動電流にそれぞれ相当する。また、以下の説明においては光源として発光ダイオード110を用いるが、本発明の光源は、半導体レーザ等の固体光源や、レーザ等、電気信号によって高速のパルス駆動を可能とする光源であれば良い。
In the above configuration, the
以下、上記のような構成を有する本発明の実施の形態1による光源装置の動作の説明を行うと共に、これにより、本発明の光源の冷却方法の一実施の形態について説明を行う。 Hereinafter, the operation of the light source device having the above-described configuration according to the first embodiment of the present invention will be described, and an embodiment of the light source cooling method of the present invention will be described.
図2は本実施の形態の光源装置の動作を説明するタイムチャートを示す図である。図2(a)は、ペルチェ素子駆動電流の電流値の時間変化を示す。図2(b)は、発光ダイオード駆動電流の電流値の時間変化を示す。図2(c)は、ペルチェ素子130の単位時間当たりの吸熱量の時間変化を示す。図2(d)は、ペルチェ素子130によって発光ダイオード110から吸熱される単位時間当たりの熱量の時間変化を示す。図2(e)は、発光ダイオード110の単位時間当たりの発熱量の時間変化を示す。図2(f)は、発光ダイオード110の発光と、ペルチェ素子130の駆動による吸熱とによって生ずる、発光部101の温度変化を示す。
FIG. 2 is a diagram showing a time chart for explaining the operation of the light source device of the present embodiment. FIG. 2A shows a change over time of the current value of the Peltier device driving current. FIG. 2B shows a time change of the current value of the light emitting diode driving current. FIG. 2 (c) shows a change over time in the amount of heat absorbed per unit time of the
はじめに、発光ダイオード110に対しては、発光ダイオード駆動電源201から電極104を介して発光ダイオード駆動電流を供給する(図2(b))。発光ダイオード駆動電流は、周期的なパルス電流からなる。発光部101は発光ダイオード駆動電流の周期的なパルス電流に同期して点灯する。このときの供給電流に対する発光応答時間は、駆動回路やシステム構成によっても大きく変化するが、立ち上がり、立ち下がり時間ともに1μs以下も可能と非常に高速であり、点灯、消灯などの光量制御が、制御電源によって可能である。
First, a light emitting diode driving current is supplied to the
この点灯に同期して、発光部101で熱が発生する(図2(e))。発光部101で発生した熱は、第1の接着層102、発光部の保持のための台座103、第2の接着層105、そして台座103より断面積が大きく熱伝導率の高い金属基板106へと伝わっていき、第3の接着層107を介してペルチェ素子130の冷却面側のセラミック120へと拡散する。
In synchronization with this lighting, heat is generated in the light emitting unit 101 (FIG. 2E). The heat generated in the
発光ダイオード110のような固体光源では、適切な冷却が行われない場合、発光部101の温度が固有の許容温度を越え、発光ダイオード110自身が破壊されるおそれがある。また、発光部101の温度が許容範囲内であっても、温度が高くなるほど、発光効率の低下や、光の波長シフトが発生したり、さらに寿命が短くなったりという問題がある。
In a solid-state light source such as the
本実施の形態では、ペルチェ素子130により、発光ダイオード110の適切な冷却を行う。ペルチェ素子130に対しては、ペルチェ素子駆動電源202からペルチェ素子駆動電流を供給する(図2(a))。ペルチェ素子駆動電流は、周期的なパルス電流からなる。また、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりは発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも時間T1だけ早く立ち上がる。ペルチェ素子130は発光ダイオード駆動電流の周期的なパルス電流に同期して冷却面側の電極121の熱を吸熱する(図2(c))。
In the present embodiment, the
図11(a)〜(f)を参照して述べたように、ペルチェ素子130に電流を供給し冷却を開始しても、ペルチェ素子130の冷却側の電極121と発光部101の発光部との間には、上述したセラミック120、金属基板106等の複数の部材から構成された中間層が存在する。中間層には熱伝導性が高い金属も有れば、絶縁体であるセラミック120や、加工しやすい樹脂のように、熱伝導性が金属よりも劣る材料が用いられることも有るため、ペルチェ素子130の電極121で生じた吸熱効果は、発光部101まで瞬時に伝わらない。したがって、発光部101がペルチェ素子130によって受ける吸熱開始は、ペルチェ素子130の吸熱開始から時間T2だけ遅れることになる(図2(d))。ペルチェ素子130によって発光ダイオード110から吸熱される単位時間当たりの熱量の時間変化(図2(d))は、ペルチェ素子130の単位時間当たりの吸熱量の時間変化(図2(c))を上記時間T2だけ遅延させた形状となる。
As described with reference to FIGS. 11A to 11F, even if a current is supplied to the
本実施の形態では、発光部101が発光を開始する発光開始時よりも前に、ペルチェ素子130へ電流供給を開始する電力供給開始時を配置することで、発光部101に対して、その点灯開始時から、ペルチェ素子130による冷却効果が現れ、発光部101の温度が到達する温度最高点が下がるという効果が見込める。
In the present embodiment, the power supply start time for starting current supply to the
具体的には、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりと発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりの時間差T1が、ペルチェ素子130から発光ダイオード110への熱伝達に要する時間T2と実質的に同一となるように構成されている。ペルチェ素子130から発光ダイオード110への熱伝達に要する時間T2は、ペルチェ素子130の吸熱効果が発光ダイオード110へ及ぶまでに要する時間と言い換えることもできる。
Specifically, the time difference T1 between the rise of the pulse current of the Peltier element driving current and the rise of the pulse current of the light emitting diode driving current is substantially the same as the time T2 required for heat transfer from the
これは、以下の方法により実現される。まず、ペルチェ素子130から発光ダイオード110への熱伝達に要する時間T2は、ペルチェ素子の能力、ペルチェ素子、発光ダイオードの各構成の形状、材料等から、計算により、又は、実験により求める。そして、求めた時間T2が、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりと発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりの時間差T1と実質的に等しくなるように、発光ダイオード駆動電源201及びペルチェ素子駆動電源202を設定する。これにより、ペルチェ素子130の吸熱に伴う温度低下が中間層を経て発光部101に達する時と、発光ダイオードの駆動始期とが同一となる。
This is realized by the following method. First, the time T2 required for heat transfer from the
さらに、本実施の形態では、発光ダイオード駆動電流及びペルチェ素子駆動電流は互いに同期し、パルス幅及び周期は一致している。また、発光部101の発光期間において、発光部101にて生ずる単位時間当たりの発熱量Q2と、ペルチェ素子130により吸熱される単位時間当たりの吸熱量Q1とは実質的に等しい。これは、発光ダイオード駆動電流及びペルチェ素子駆動電流のそれぞれ電流値の設定により実現される。したがって、発光部101における実際の温度変化は、図2(f)に示すように、両者の熱の移動量が相殺されることにより実質上生じることがない。すなわち、発光部101の発光期間において、点灯前の温度が維持されることになる。
Further, in the present embodiment, the light emitting diode driving current and the Peltier element driving current are synchronized with each other, and the pulse width and the cycle are the same. Further, during the light emission period of the
また、発光ダイオード駆動電流の1周期における発光ダイオードの発熱量と、ペルチェ素子駆動電流の1周期におけるペルチェ素子による吸熱量とが実質的に同一である。これは、発光ダイオード駆動電流及びペルチェ素子駆動電流は互いにパルス幅及び周期が等しく、発光部101の発光期間において、発光部101にて生ずる単位時間当たりの発熱量Q2と、ペルチェ素子130により吸熱される単位時間当たりの吸熱量Q1とは実質的に等しいためである。したがって、発光期間、消灯期間の全期間において温度が維持されることになる。
In addition, the amount of heat generated by the light emitting diode in one cycle of the light emitting diode driving current is substantially the same as the amount of heat absorbed by the Peltier device in one cycle of the Peltier element driving current. This is because the light emitting diode driving current and the Peltier element driving current have the same pulse width and cycle, and the heat generation amount Q2 per unit time generated in the
また、同様に、発光部101の発熱量と、発光部101がペルチェ素子130から受ける吸熱量とは、発光部101の1回のパルス電流による発光期間において実質的に等しくなる。
Similarly, the amount of heat generated by the
また、ペルチェ素子駆動電流の波形(図2(a))と、発光ダイオード駆動電流の波形(図2(b))とは、電流値方向について相似関係であり、周期及びパルス幅が同一であり、なおかつ、発光部101の1回のパルス電流による発光期間における、発光部101の発熱量とペルチェ素子130によって発光部101から吸収される吸熱量とが実質的に等しい。したがって、発光部101の発光期間において、発光部101にて生ずる単位時間当たりの発熱量Q2と、ペルチェ素子130により吸熱される単位時間当たりの吸熱量Q1と同量となる。
In addition, the waveform of the Peltier element driving current (FIG. 2A) and the waveform of the light emitting diode driving current (FIG. 2B) are similar in the current value direction, and have the same period and pulse width. In addition, the heat generation amount of the
なお、本実施の形態で示す単位時間当たりの熱量とは、ある時間における発熱又は吸熱される熱の強度を示している。これは以下の実施の形態でも同様である。なお、「ある時間」とは、任意の地点における微少時間を意味し、発光ダイオード110点灯中でもよいし、消灯中でもよいし、ペルチェ素子130のパルス駆動の初期又は終期における時間でもいい。以下において同様とする。
The amount of heat per unit time shown in this embodiment indicates the intensity of heat generated or absorbed in a certain time. The same applies to the following embodiments. The “certain time” means a minute time at an arbitrary point, and the
以後の駆動周期においてもペルチェ素子130と発光部101との熱量の移動は上記と同様のタイミングで生ずるので、発光部101の温度は初期状態で保持されることになる。
Also in the subsequent drive cycle, the movement of the amount of heat between the
このように、本実施の形態によれば、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりを、発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも先に行わせるようにしたことにより、発光ダイオード110が発光部101を含めてペルチェ素子130の吸熱の影響下におかれる時期に合わせて、発光部101が点灯、発熱を行うので、発光部101の発光部の発熱をペルチェ素子130の吸熱作用で相殺することができ、発光時に到達する温度最高点が抑えられ、発光ダイオード110の長寿命化の効果が見込める。
As described above, according to the present embodiment, the rise of the pulse current of the Peltier device driving current is performed before the rise of the pulse current of the light emitting diode driving current, so that the
また、発光部101の発光期間において、発光部101にて生ずる単位時間当たりの発熱量Q2と、ペルチェ素子130により吸熱される単位時間当たりの吸熱量Q1とは同量であるので、発光期間中の温度上昇もないことから、発光期間中の発光効率の低下による発光量の低下や、波長シフトが防止でき、さらに発光ダイオード110の長寿命化の効果が見込める。
Further, in the light emission period of the
またさらに、発光ダイオード駆動電流の1周期における発光ダイオードの発熱量と、ペルチェ素子駆動電流の1周期におけるペルチェ素子による吸熱量とが実質的に同一であるため、点灯、消灯の全駆動期間にわたり温度上昇を抑制することができ、発光効率の低下による発光量の低下や、波長シフトが防止でき、さらに発光ダイオード110の長寿命化の効果が見込める。
Furthermore, since the amount of heat generated by the light emitting diode in one cycle of the light emitting diode driving current and the amount of heat absorbed by the Peltier element in one cycle of the Peltier element driving current are substantially the same, It is possible to suppress the increase, prevent a decrease in light emission amount due to a decrease in light emission efficiency and wavelength shift, and further increase the life of the
なお、図1に示す発光ダイオード及びペルチェ素子の構成は一例であり、発光ダイオード110の構成部品や、ペルチェ素子130の構成部品の位置や形状が変化したり、また機能を省略、又は他の部品と統合しても良い。
The configuration of the light emitting diode and the Peltier element shown in FIG. 1 is an example, and the position and shape of the constituent parts of the
また、本実施の形態は、パルス制御手段203により、ペルチェ素子駆動電流の電流波形及び発光ダイオード駆動電流の電流波形が制御され、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりのタイミングに対する発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりのタイミングの遅延時間を調整することができるとしたが、パルス制御手段203を省略してもよい。この場合、電源としての発光ダイオード駆動電源201及びペルチェ素子駆動電源202は、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりのタイミングに対する発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりのタイミングの遅延時間が所定の時間となるように、ペルチェ素子駆動電流及び発光ダイオード駆動電流の供給を行う。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2による光源装置の構成は、実施の形態1と同様なので説明には図1を用い、詳細な説明は省略する。
Further, in this embodiment, the current waveform of the Peltier element driving current and the current waveform of the light emitting diode driving current are controlled by the pulse control means 203, and the light emitting diode driving current with respect to the rising timing of the pulse current of the Peltier element driving current is controlled. Although the delay time of the rise timing of the pulse current can be adjusted, the pulse control means 203 may be omitted. In this case, the light emitting diode driving
(Embodiment 2)
Since the configuration of the light source device according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, FIG. 1 is used for the description, and the detailed description is omitted.
本実施の形態2による光源装置は、実施の形態1におけるペルチェ素子駆動電流の波形を所定量オフセットしたものであり、その他は実施の形態と同様である。言い換えると、実施の形態1におけるペルチェ素子駆動電流に全期間に渡って所定量の電流を加算したものである。 The light source device according to the second embodiment is obtained by offsetting the waveform of the Peltier element driving current in the first embodiment by a predetermined amount, and is otherwise the same as the embodiment. In other words, a predetermined amount of current is added to the Peltier device driving current in the first embodiment over the entire period.
以下、図3のタイムチャートを参照して説明を行う。図3(a)は、ペルチェ素子駆動電流の電流値の時間変化を示す。また図3(b)は、発光ダイオード駆動電流の電流値の時間変化を示す。また図3(c)は、ペルチェ素子130の単位時間当たりの吸熱量の時間変化を示す。また図3(d)は、ペルチェ素子130によって発光ダイオード110から吸熱される単位時間当たりの熱量の時間変化を示す。また図3(e)は、発光ダイオード110の単位時間当たりの発熱量の時間変化を示す。また図3(f)は、発光部101が、ペルチェ素子130の駆動による吸熱以外に受ける単位時間当たりの熱量の時間変化を示す。また図3(g)は、発光部101の温度変化を示す。
Hereinafter, description will be made with reference to the time chart of FIG. FIG. 3A shows a change over time in the current value of the Peltier device driving current. FIG. 3B shows a change over time of the current value of the light emitting diode driving current. FIG. 3C shows a change in the amount of heat absorbed per unit time of the
図3(a)に示すように、ペルチェ素子駆動電流は、パルス電流の立ち下がりにおいても電流値が0より大きい。つまり、パルス電流の立ち下がりにおいても低出力の吸熱を行っている。そして、発光ダイオード110の点灯と同期して、ペルチェ素子130の吸熱に伴う温度低下が中間層を経て発光部101に達する時と、発光ダイオードの駆動始期とが同一となるようなタイミングとなるような立ち上がりで、高出力の吸熱動作を行う。したがって、ペルチェ素子130は低出力と高出力とで周期的に吸熱動作することになる。一方、図3(b)に示す発光ダイオード駆動電流の波形は実施の形態1の図2(b)の場合と同様である。
As shown in FIG. 3A, the current value of the Peltier device driving current is larger than 0 even at the falling edge of the pulse current. That is, low-output heat absorption is performed even when the pulse current falls. In synchronism with the lighting of the
このとき、ペルチェ素子130の吸熱動作の高出力時におけるパルス電流の振幅は、オフセット分だけ上乗せされているため、図3(c)に示すように、ペルチェ素子130の吸熱量もこれに応じて大きくなり、また時間的にも連続して作用する。すなわち1周期当たりのペルチェ素子130の吸熱量は1周期当たりの発光部101の発熱量よりも大きくなる。
At this time, since the amplitude of the pulse current at the time of high output of the heat absorption operation of the
以上の制御によって、図3(d)(e)に示すように、発光部101における発熱と、発光部101におけるペルチェ素子130の高出力の吸熱作用とが同時に生ずることになり、また発光部101にて生ずる単位時間当たりの発熱量Q2と、ペルチェ素子130により発光部101から吸熱される単位時間当たりの吸熱量(Q3+Q1)からオフセット部による単位時間当たりの熱量Q3を除いた単位時間当たりの吸熱量Q1とは実質的に等しくなっており、実施の形態1の場合と同様、発光部101の点灯期間中に生ずる発熱はペルチェ素子130への熱の移動により相殺される。
By the above control, as shown in FIGS. 3D and 3E, the heat generation in the
また、本実施の形態の光源装置は、発光ダイオード110の発光部101がペルチェ素子130以外から単位時間当たりの熱量Q4を受けている(図3(f))。一方、ペルチェ素子130の吸熱量のオフセット分、すなわち低出力時の単位時間当たりの熱量Q3の吸熱によって、この一定の熱も相殺されることとなる。本実施の形態では、低出力時の単位時間当たりの熱量Q3と発光ダイオード110の発光部101がペルチェ素子130以外から単位時間当たりの熱量Q4とを実質的に等しくしている。
Further, in the light source device of the present embodiment, the
したがって、発光部101の発光期間において、発光部101にて生ずる単位時間当たりの発熱量Q2及び発光部101がペルチェ素子130以外から受ける単位時間当たりの熱量Q4の総和(Q2+Q4)と、ペルチェ素子130により吸熱される単位時間当たりの吸熱量(Q1+Q3)とは同量であるので、発光部101における実際の温度変化は、図3(g)に示すように、両者の熱の移動量が相殺されることにより実質上生じることがない。すなわち、発光部101の発光期間において、点灯前の温度が維持されることになる。
Therefore, during the light emission period of the
またさらに、ペルチェ素子駆動電流の波形(図3(a))と、発光ダイオード駆動電流の波形(図3(b))とは、周期及びパルス幅が同一である。このため、ペルチェ素子駆動電流の1周期におけるペルチェ素子による吸熱量が、発光ダイオード駆動電流の1周期における発光ダイオードの発熱量と発光ダイオードがペルチェ素子以外から受ける熱量との総和と実質的に同一である。 Furthermore, the waveform and the pulse width of the Peltier element driving current waveform (FIG. 3A) and the light emitting diode driving current waveform (FIG. 3B) are the same. Therefore, the amount of heat absorbed by the Peltier element in one cycle of the Peltier element driving current is substantially the same as the sum of the amount of heat generated by the light emitting diode in one period of the light emitting diode driving current and the amount of heat received by the light emitting diode from other than the Peltier element. is there.
また、ペルチェ素子駆動電流の波形(図3(a))と、発光ダイオード駆動電流の波形(図3(b))とは、電流値方向について相似であり、かつペルチェ素子駆動電流の波形がオフセットされている関係となる。 In addition, the waveform of the Peltier element driving current (FIG. 3A) and the waveform of the light emitting diode driving current (FIG. 3B) are similar in the direction of the current value, and the waveform of the Peltier element driving current is offset. The relationship that has been made.
以上の構成により、発光部101は、図3(g)に示すように、温度変化することなく恒常的に動作することになる。
With the above configuration, the
このように、本実施の形態によれば、実施の形態1に記載の効果に加えて、ペルチェ素子130の駆動期間全体にわたってオフセットをかけるようにしたことにより、発光ダイオードがペルチェ素子以外から熱を受ける場合にもさらに発光部101の状態を良好な状態に維持することができる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, since the offset is applied over the entire driving period of the
なお、ペルチェ素子駆動電流におけるオフセットの大きさは任意としてよいが、1周期における吸熱量が発熱量全体と等しいことから、ペルチェ素子130による吸熱、発光部101による発熱作用によるもの以外に、発光ダイオード110がペルチェ素子130以外から受ける熱量や、ペルチェ素子130側以外の外部へ放出する熱量をあらかじめ算出又は見積もって設定することが、省電力の点から望ましい。
The magnitude of the offset in the Peltier element driving current may be arbitrary. However, since the heat absorption amount in one cycle is equal to the entire heat generation amount, the light emitting diode is used in addition to the heat absorption by the
また、図4にタイムチャートの変形例を示す。図3(a)と同様、図4(a)に示すように、本実施の形態のペルチェ素子駆動電流の波形は、実施の形態1におけるペルチェ素子駆動電流の波形を所定量オフセットしたものである。言い換えると、実施の形態1におけるペルチェ素子駆動電流に全期間に渡って所定量の電流を加算したものである。ペルチェ素子130は、低出力と高出力とで周期的に吸熱動作する点で実施の形態2と同様であり、従って図4(c)に示すようにペルチェ素子130に発生する熱の移動量も同一である。さらに、発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりに対しペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりを所定時間T1だけ早くしているという点で実施の形態1、2と同じである。
FIG. 4 shows a modification of the time chart. Similar to FIG. 3A, as shown in FIG. 4A, the waveform of the Peltier element driving current in the present embodiment is obtained by offsetting the waveform of the Peltier element driving current in the first embodiment by a predetermined amount. . In other words, a predetermined amount of current is added to the Peltier device driving current in the first embodiment over the entire period. The
一方、発光ダイオード110の発光部101がペルチェ素子130以外から受ける単位時間当たりの熱量Q4が無いという点、及び、発光部101にて生ずる単位時間当たりの発熱量Q2(図4(e)参照)が、ペルチェ素子130により吸熱される単位時間当たりの吸熱量Q1(図4(d)参照)より大きい、すなわち、単位時間当たりの熱量がQ2>Q1である点と、1周期全体での発光部101にて生ずる発熱量と、ペルチェ素子130により吸熱量が同量となっている点で異なっている。
On the other hand, there is no amount of heat Q4 per unit time that the
このような場合、図4(f)に示すように、発光部101の発光時の温度上昇が急峻にならず緩やかになり、到達する温度最高点が抑えられていることや、さらに発光期間中の温度上昇も少ないことから、発光期間中の発光効率の低下による発光量の低下や、波長シフトも抑えることができる。
In such a case, as shown in FIG. 4 (f), the temperature rise at the time of light emission of the
さらに、この場合、以下のような効果も得られる。すなわち、発光ダイオード110が最大出力で点灯すると、ペルチェ素子130への供給電力も最大となるON状態となり、発光ダイオード110が消灯すると、ペルチェ素子130への供給電力も無くなるOFF状態となるように設定すると、ペルチェ素子130へ供給される電流の振幅が大きくなり、ペルチェ素子130の温度変化が大きくなる。一方、ペルチェ素子130は、実際に電気的な制御で冷却される電極121と、電極部を絶縁するためのセラミック120を、はんだ等を用いた接着層190(図10(b)を参照)で接合されており、温度変化時に電極121とセラミック120の熱膨張により接着層190に応力が生じる。上記のように、ペルチェ素子130の温度変化が大きくなると、接着層に生じる応力変化が増すため、接着層の劣化を早め、ペルチェ素子全体としての寿命を短くしてしまっていた。
In this case, the following effects can also be obtained. That is, when the
これに対し、本実施の形態によれば、ペルチェ素子130へ供給される電流の振幅を小さくすることができ、ペルチェ素子130の、電極121と、電極部を絶縁するためのセラミック120間の接着層190に生じる応力が小さくでき、劣化を早めることがなく、ペルチェ素子全体としての寿命を短くすることなく、効率よく発光部101を冷却できるといった効果が得られる。
On the other hand, according to the present embodiment, the amplitude of the current supplied to the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3による光源装置の構成は、実施の形態1と同様なので説明には図1を用い、詳細な説明は省略する。
(Embodiment 3)
Since the configuration of the light source device according to the third embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, FIG. 1 is used for the description and the detailed description is omitted.
本実施の形態3による光源装置はペルチェ素子130のパルス吸熱動作の時間幅をより大きくとった点が実施の形態1と異なる。
The light source device according to the third embodiment is different from the first embodiment in that the time width of the pulse heat absorption operation of the
以下、図5のタイムチャートを参照して説明を行う。図5(a)は、ペルチェ素子駆動電流の電流値の時間変化を示す。また図5(b)は、発光ダイオード駆動電流の電流値の時間変化を示す。また図5(c)は、ペルチェ素子130の単位時間当たりの吸熱量の時間変化を示す。また図5(d)は、ペルチェ素子130によって発光ダイオード110から吸熱される単位時間当たりの熱量の時間変化を示す。また図5(e)は、発光ダイオード110の単位時間当たりの発熱量の時間変化を示す。また図5(f)は、発光部101が、ペルチェ素子130の駆動による吸熱以外に受ける単位時間当たりの熱量の時間変化を示す。また図5(g)は、発光部101の温度変化を示す。
Hereinafter, description will be made with reference to the time chart of FIG. FIG. 5A shows the change over time of the current value of the Peltier device driving current. FIG. 5B shows the change over time of the current value of the light emitting diode driving current. FIG. 5C shows the change over time in the amount of heat absorbed per unit time of the
図5(a)に示すペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりと、図5(b)に示す発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりの時間差は、ペルチェ素子130の吸熱に伴う温度低下が中間層を経て発光部101に達するのに要する時間に相当する点で実施の形態1の場合と同じである。一方、本実施の形態では、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流のパルス幅は、発光ダイオード駆動電流のパルス電流のパルス幅よりも大きい。また、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち下がりが発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち下がりと時間的に一致する。すなわち、立ち上がりの時間差分だけパルス幅を大きくとるように設定している。なお、図5(b)に示す発光ダイオード駆動電流の各パラメータは実施の形態1の図2(b)の場合と同様である。
The time difference between the rise of the pulse current of the Peltier device driving current shown in FIG. 5A and the rise of the pulse current of the light emitting diode drive current shown in FIG. This is the same as in the case of
本実施の形態では、実施の形態1、2と比べ、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流のパルス幅が大きくなっているため、図5(c)に示すように、ペルチェ素子130の吸熱量もこれに応じた熱量q3だけ大きくなる。なお、単位時間当たりの発光ダイオード110の発熱量とペルチェ素子130の吸熱作用による吸熱量は実質的に同一であり、この関係は、実施の形態1(図2)、実施の形態2(図3)の場合と同様である。また、一周期当たりの発光ダイオード110の発熱量と、ペルチェ素子130の吸熱作用による吸熱量及び発光ダイオード110がペルチェ素子130以外から受ける熱量は実質的に同一であり、この関係は実施の形態2(図3)の場合と同様である。
In this embodiment, since the pulse width of the pulse current of the Peltier device driving current is larger than in the first and second embodiments, the heat absorption amount of the
すなわち、図5(d)(e)に示すように、発光部101における発熱と、発光部101におけるペルチェ素子130の吸熱作用とが同時に生じる。また図5(d)に示すように、発光部101の点灯期間をΔtとした場合、発光部101の点灯期間(Δt)中における、発光部101の単位時間当たりの発熱量Q2と、発光部101がペルチェ素子130から吸熱される単位時間当たりの吸熱量Q1とは、実質上等しくなっている。
That is, as shown in FIGS. 5D and 5E, the heat generation in the
また、発光部101の点灯期間(Δt)中における、発光部101の発熱量、つまりQ2とΔtの積(Q2・Δt)よりも、発光部101がペルチェ素子130から吸熱される吸熱量、つまりQ1とΔtの積(Q1・Δt)とq3の和(Q1・Δt+q3)の方がパルス幅の拡張分に相当する移動量q3だけ大きくなるが、本実施の形態では、パルス幅の拡張分に相当する移動熱量q3を、発光部101が1周期当たりにペルチェ素子130以外から受ける熱量と等しくなるように構成している。
Further, during the lighting period (Δt) of the
図5(f)に示すように、本実施の形態では、発光部101がペルチェ素子130以外から単位時間当たり一定の熱量を受けており、1周期における受熱量の総量はq4となっている。この熱量q4と上述の熱量q3が等しくなるように設定することで(q3=q4)、1周期におけるペルチェ素子130の吸熱量(Q1・Δt+q3)と、発光部101の発熱量(Q2・Δt)及び発光部101がペルチェ素子130以外から受ける熱量(q4)の総和(Q2・Δt+q4)が実質的に等しくなっている。
As shown in FIG. 5F, in the present embodiment, the
これにより、図5(d)に示すように、発光部101は、消灯後も立ち上がりの差分期間に相当する熱量q3によりペルチェ素子130からの冷却を受けることになり、結果として、図5(g)に示すように、急峻に温度低下した後、次のペルチェ素子130のパルス吸熱動作の周期まで緩やかに温度上昇することになる。すなわち、発光部101はノコギリ波的に周期的な温度変化を行うことになる。なお、図5(g)において、1周期におけるペルチェ素子130の吸熱量(Q1・Δt+q3)と、発光部101の発熱量(Q2・Δt)及び発光部101がペルチェ素子130以外から受ける熱量(q4)の総和(Q2・Δt+q4)が実質的に等しくなっているため、発光部101の温度変化において、平均温度は一定温度(図中基準線上)となり、常に微少な温度変化の範囲内で温度状態が確保されていることになる。
As a result, as shown in FIG. 5D, the
このように、本実施の形態によれば、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流のパルス幅は、発光ダイオード駆動電流のパルス電流のパルス幅よりも大きいため、さらに発光部101の状態を良好な状態に維持することができる。また、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流のパルス幅を大きくすることで発光部101の1周期当たりの熱収支が0となるため、発光効率の低下や、波長シフトをより確実に防止でき、さらに発光ダイオード110の長寿命化の効果が見込める。
Thus, according to the present embodiment, the pulse width of the pulse current of the Peltier device driving current is larger than the pulse width of the pulse current of the light emitting diode driving current, so that the state of the
なお、上記の説明においては、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流のパルス幅の大きさは、発光ダイオード駆動電流のパルス電流の立ち上がりとペルチェ素子駆動電流のパルス電流の立ち上がりとの差分だけ大きくとるものとして説明を行ったが、これに限定されるものではなく、任意の時間長をとるようにしてもよい。 In the above description, it is assumed that the pulse width of the pulse current of the Peltier device driving current is increased by the difference between the rise of the pulse current of the light emitting diode drive current and the rise of the pulse current of the Peltier device drive current. Although the description has been given, the present invention is not limited to this, and an arbitrary length of time may be taken.
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4による光源装置の構成は、実施の形態1と同様なので説明には図1を用い、詳細な説明は省略する。
(Embodiment 4)
Since the configuration of the light source device according to the fourth embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, FIG. 1 is used for the description, and the detailed description is omitted.
本実施の形態による光源装置は、実施の形態2と同様、実施の形態1におけるペルチェ素子駆動電流の波形を所定量オフセットしたものである。言い換えると、実施の形態1におけるペルチェ素子駆動電流に全期間に渡って所定量の電流を加算したものである。さらに、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の大きさを実施の形態1に比べ大きくしたものである。 As in the second embodiment, the light source device according to the present embodiment is obtained by offsetting the waveform of the Peltier element driving current in the first embodiment by a predetermined amount. In other words, a predetermined amount of current is added to the Peltier device driving current in the first embodiment over the entire period. Furthermore, the magnitude of the pulse current of the Peltier device driving current is made larger than that in the first embodiment.
以下、図6のタイムチャートを参照して説明を行う。図6(a)は、ペルチェ素子駆動電流の電流値の時間変化を示す。また図6(b)は、発光ダイオード駆動電流の電流値の時間変化を示す。また図6(c)は、ペルチェ素子130の単位時間当たりの吸熱量の時間変化を示す。また図6(d)は、ペルチェ素子130によって発光ダイオード110から吸熱される単位時間当たりの熱量の時間変化を示す。また図6(e)は、発光ダイオード110の単位時間当たりの発熱量の時間変化を示す。また図6(f)は、発光部101が、ペルチェ素子130の駆動による吸熱以外に受ける単位時間当たりの熱量の時間変化を示す。また図6(g)は、発光部101の温度変化を示す。
Hereinafter, description will be made with reference to the time chart of FIG. FIG. 6A shows the change over time of the current value of the Peltier element driving current. FIG. 6B shows the change over time of the current value of the light emitting diode drive current. FIG. 6C shows a change over time in the amount of heat absorbed per unit time of the
図6(a)に示すように、ペルチェ素子駆動電流は、パルス電流の立ち下がりにおいても電流値が0より大きい。つまり、パルス電流の立ち下がりにおいても低出力の吸熱を行っている。そして、ペルチェ素子130の吸熱に伴う温度低下が中間層を経て発光部101に達する時と、発光ダイオードの駆動始期とが同一タイミングとなるような立ち上がりで、高出力の吸熱動作を行う。したがって、ペルチェ素子130は低出力と高出力とで周期的に吸熱動作することになる。一方、図6(b)に示す発光ダイオード駆動電流の電流値の時間変化は実施の形態1の図2(b)の場合と同様である。
As shown in FIG. 6A, the current value of the Peltier device driving current is larger than 0 even at the falling edge of the pulse current. That is, low-output heat absorption is performed even when the pulse current falls. Then, a high-output heat absorption operation is performed at the rise such that the temperature drop due to the heat absorption of the
このとき、図6(a)に示すように、ペルチェ素子130の吸熱動作の高出力時における供給電流の振幅、すなわち、ペルチェ素子駆動電流のパルス電流の電流値は、オフセット分だけ上乗せされるとともに、パルス電流の振幅自体も実施の形態2の場合よりも大きくとっている。したがって、図6(c)(d)に示すように、ペルチェ素子130の単位時間当たりの吸熱量もこれに応じて大きくなる。
At this time, as shown in FIG. 6A, the amplitude of the supply current at the time of high output of the heat absorption operation of the
以上の制御によって、図6(d)(e)に示すように、駆動信号の振幅の違いにより、発光部101の点灯期間中に生ずる単位時間当たりの発熱量Q2よりも、ペルチェ素子130により生ずる単位時間当たりの吸熱量Q1の方が大きくなる。
With the above control, as shown in FIGS. 6D and 6E, due to the difference in the amplitude of the drive signal, the
さらに、実施の形態2の場合と同様、図6(f)に示すように、発光部101は常に単位時間当たり、ペルチェ素子130以外から一定の熱量Q4受熱された状態が維持されている。ペルチェ素子130の全時間帯におけるオフセット分により生ずる単位時間当たりの熱量Q3の移動によって、この一定の熱の一部が吸熱されることとなる。なお、ペルチェ素子130の全時間帯におけるオフセット分により生ずる単位時間当たりの熱量Q3は、発光部101が常にペルチェ素子130以外から受ける単位時間当たりの熱量Q4よりも小さい。そして、1周期におけるペルチェ素子130の吸熱量は、発光部101に生ずる発熱量及び発光部101がペルチェ素子130以外から受ける熱量の総和と実質的に等しくなっている。
Furthermore, as in the case of the second embodiment, as shown in FIG. 6F, the
したがって、図6(g)に示すように、発光部101においては、光源装置が駆動開始すると、ペルチェ素子130以外から受ける単位時間当たりの熱の移動量Q4により温度上昇が始まり、点灯による発熱が生じても、これと同一タイミングで生ずるペルチェ素子130による吸熱量が発光部101の発熱量を上回るため、温度降下へ切り替わる。発光部101の点灯及びペルチェ素子130の吸熱動作が終了すると、発光部101が受けるペルチェ以外からの単位時間当たりの発熱Q4によって温度上昇しようとするが、この間もペルチェ素子130は低出力動作しているため、温度上昇は抑制され、次のパルス点灯の立ち上がりまで、緩やかに温度上昇する程度にとどまる。
Therefore, as shown in FIG. 6 (g), in the
すなわち、実施の形態3同様、発光部101はノコギリ波的に周期的な温度変化を行うことになるが、その変化は微少な温度変化の範囲内で生ずるため、発光ダイオード110の動作に大きな影響を与えない。
That is, as in the third embodiment, the
このように、本実施の形態によれば、実施の形態2の低出力オフセットの駆動制御と比べて、ペルチェ素子の高出力の吸熱動作時における駆動信号の振幅を大きくして、低出力時の電力を抑えながら、発光部の到達する温度最高点を低減させることができるので、発光期間中の発光効率の低下による発光量の低下や、波長シフトが防止でき、さらに発光ダイオード110の長寿命化の効果が見込める。
Thus, according to the present embodiment, the amplitude of the drive signal at the time of the high output heat absorption operation of the Peltier element is increased compared with the drive control of the low output offset of the second embodiment, Since the maximum temperature point reached by the light emitting unit can be reduced while suppressing power, the light emission amount can be prevented from being reduced due to the decrease in light emission efficiency during the light emission period, and wavelength shift can be prevented, and the life of the
なお、ペルチェ素子130の駆動時におけるオフセットの大きさは任意としてよいが、1周期における吸熱量が発熱量全体と等しくなるようにしている。ペルチェ素子130による吸熱、発光部101による発熱作用によるもの以外に、発光ダイオード110がペルチェ素子130以外から受ける熱量や、ペルチェ素子130側以外の外部へ放出する熱量をあらかじめ算出又は見積もって設定することが、省電力の点から望ましい。
Note that the magnitude of the offset when the
また、図6(a)に示すペルチェ素子130の高出力のパルス吸熱動作の駆動信号の振幅は、図6(e)に示す発光部101のパルス点灯により生ずる単位時間当たりの発熱量Q2よりも、図6(d)に示すペルチェ素子130のパルス吸熱動作により生ずる単位時間当たりの吸熱量Q1のほうが大きくなるような振幅であれば任意の大きさとしてよい。
Further, the amplitude of the drive signal of the high-power pulse heat absorption operation of the
なお、上記の各実施の形態において、発光部101からペルチェ素子130への熱の移動する時間は、発光部101とペルチェ素子130の間に介在する材料のばらつきや、周囲の温度によっても変化するため、パルス制御手段203において、光源装置の動作時間、配置環境、等に併せて、適宜パルス吸熱動作の遅延時間、振幅、及びパルス幅を再調整することができれば、さらに効果は高くなる。
In each of the above embodiments, the time for heat transfer from the
また、図7(a)に示すように、発光部101から放射される光量を検知する光出力センサ301や、図7(b)に示す発光部101の近傍の温度を検知できるように温度センサ302を備え、これらセンサの検出値に基づき、パルス制御手段203によって、ペルチェ素子駆動電流の電流波形、又は/及び、発光ダイオード駆動電流の電流波形を調整するようにしても良い。具体的には、ペルチェ素子駆動電流及び発光ダイオード駆動電流のパルス電流の時間差、振幅、及びパルス幅の各パラメータを調整するようにしても良い。なお、光出力センサ301は、発光部101から図示しない対物レンズ等の光学系への光路を遮らないような箇所に設けることが望ましい。図7(a)は発光部101の側面に配置し、横からの漏洩光を検知する構成とした。また、温度センサ302は、図7(b)に示す例では金属基板106上に設けることとしたが、樹脂レンズ108に隣接させる等、発光部101の温度変化を受けやすい箇所に配置させるようにすることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 7A, a
また、これらセンサを用いたパルス制御手段203の動作は、所定時間毎に適宜検知を行い、その際の検出値に基づき制御の各パラメータを再調整するようにしてもよいし、リアルタイムで検知を行い、逐次パラメータの調整を行いながら、遅延等を制御するようにしてもよい。 In addition, the operation of the pulse control means 203 using these sensors may be appropriately detected every predetermined time, and each control parameter may be readjusted based on the detection value at that time, or the detection may be performed in real time. The delay may be controlled while adjusting the parameters sequentially.
また、赤、緑、青色の光源装置の少なくとも1つ以上に本発明の光源装置を用い、さらに透過型画像表示素子を用いた直視型画像表示装置において、フィールドシーケンシャル方式で駆動されている場合に、少ない電力で光源を冷却でき、より明るく、色再現範囲の変化が小さく、光源を長寿命することができるといった効果が得られる。 Further, when the light source device of the present invention is used for at least one of the red, green, and blue light source devices and the transmissive image display element is used, the direct view type image display device is driven by a field sequential method. The light source can be cooled with a small amount of power, and the effects of being brighter, having little change in the color reproduction range, and extending the life of the light source can be obtained.
さらに、少なくとも1つ以上の赤、緑、青色の光源装置として本発明の光源装置を用い、さらに画像表示素子と投写手段を用いた投写型表示装置において、フィールドシーケンシャル方式で駆動されている場合に、少ない電力で光源を冷却でき、より明るく、色再現範囲の変化が小さく、光源を長寿命することができるといった効果が得られる。 Further, when the light source device of the present invention is used as at least one red, green, and blue light source device, and the projection display device using the image display element and the projection means is driven in a field sequential manner. The light source can be cooled with a small amount of power, and the effects of being brighter, having little change in the color reproduction range, and extending the life of the light source can be obtained.
なお、本発明にかかるプログラムは、上述した本発明の光源装置の全部又は一部の手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムであってもよい。 The program according to the present invention is a program for causing a computer to execute the functions of all or part of the above-described light source device of the present invention, and may be a program that operates in cooperation with the computer. Good.
また、本発明は、上述した本発明の光源装置の全部又は一部の手段の全部又は一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する媒体であってもよい。 Further, the present invention is a medium carrying a program for causing a computer to execute all or part of the functions of all or part of the above-described light source device of the present invention, and is readable and read by a computer. The program may be a medium for executing the function in cooperation with the computer.
なお、本発明の上記「一部の手段」とは、それらの複数の手段の内の幾つかの手段を意味し、あるいは、一つの手段の内の一部の機能を意味するものである。 The “part of means” of the present invention means some of the plurality of means, or means a part of functions of one means.
また、本発明の一部の装置とは、それらの複数の装置の内の、幾つかの装置を意味し、あるいは、一つの装置の内の、一部の手段を意味し、あるいは、一つの手段の内の、一部の機能を意味するものである。 Further, a part of the device of the present invention means some of the plurality of devices, or means of some of the devices, or one of the devices. It means a part of functions of the means.
また、本発明のプログラムを記録した、コンピュータに読みとり可能な記録媒体も本発明に含まれる。 Further, the present invention includes a computer-readable recording medium that records the program of the present invention.
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。 Further, one usage form of the program of the present invention may be an aspect in which the program is recorded on a computer-readable recording medium and operates in cooperation with the computer.
また、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。 Further, one usage form of the program of the present invention may be an aspect in which the program is transmitted through a transmission medium, read by a computer, and operated in cooperation with the computer.
また、記録媒体としては、ROM等も含まれる。 Further, the recording medium includes a ROM and the like.
また、上述した本発明のコンピュータは、CPU等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、OS、更に周辺機器を含むものであっても良い。 The computer of the present invention described above is not limited to pure hardware such as a CPU, and may include firmware, an OS, and peripheral devices.
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。 As described above, the configuration of the present invention may be realized by software or hardware.
本発明にかかる光源装置は、光源を適切な温度状態に保たれるよう冷却することができる効果を有し、温度上昇による発光効率の低下や、波長シフトを防止し、さらに光源の長寿命化に有効であり、例えば、フィールドシーケンシャル方式で駆動されている画像表示素子を照明する赤、緑、青色の光源装置として、少なくとも1つ以上、上記の光源装置を用いた場合、より明るく、色再現範囲の変化が小さく、長寿命であるといった効果をもつ画像表示装置等として有用である。 The light source device according to the present invention has an effect of cooling the light source so as to be maintained at an appropriate temperature state, prevents a decrease in light emission efficiency and a wavelength shift due to a temperature rise, and further extends the life of the light source. For example, at least one or more of the red, green, and blue light source devices that illuminate an image display element that is driven in a field sequential manner is brighter and has color reproduction. It is useful as an image display device or the like having effects such as a small range change and long life.
101 発光部
102 第1の接着層
103 台座
104 電極
105 第2の接着層
106 金属基板
107 第3の接着層
108 樹脂レンズ
110 発光ダイオード
120 セラミック
121 電極
122 半導体層
123 電極
124 セラミック基板
130 ペルチェ素子
201 発光ダイオード駆動電源
202 ペルチェ素子駆動電源
203 パルス制御手段
DESCRIPTION OF
Claims (15)
電流が供給されることにより吸熱動作し前記光源を冷却する熱電変換素子と、
周期的なパルス電流からなる光源駆動電流を前記光源に供給し、前記光源駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも早く立ち上がる周期的なパルス電流からなる熱電変換素子駆動電流を前記熱電変換素子に供給する電源とを備えた、光源装置。 A light source that emits light when supplied with current;
A thermoelectric conversion element that absorbs heat and cools the light source by being supplied with current;
A light source driving current consisting of a periodic pulse current is supplied to the light source, and a thermoelectric conversion element driving current consisting of a periodic pulse current rising earlier than the rise of the pulse current of the light source driving current is supplied to the thermoelectric conversion element. A light source device comprising a power source.
前記光源装置から得られる光を透過して画像を表示する透過型表示パネルとを備えた、
直視型画像表示装置。 A light source device according to claim 1;
A transmissive display panel that transmits light obtained from the light source device and displays an image;
Direct-view image display device.
前記光源装置から得られる光を透過又は反射して画像を形成する映像表示素子とを備えた、投写型表示装置。 A light source device according to claim 1;
A projection display device comprising: an image display element that forms an image by transmitting or reflecting light obtained from the light source device.
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