JP2009086272A - System for starting projection type video display device - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも3原色のレーザ光を画像情報により変調して合成することにより投写光を生成し、投写レンズを介してスクリーンに映像を投影する投写型映像表示装置(プロジェクタ)の起動システムに関するものである。 The present invention relates to a startup system for a projection display apparatus (projector) that generates projection light by modulating and synthesizing laser light of at least three primary colors according to image information, and projects an image on a screen via a projection lens. Is.
従来の多くの投写型映像表示装置においては、3原色の光を生成するための光源にメタルハライドランプや超高圧水銀ランプなどの放電型ランプが採用され、いわゆる3板式による場合は、放電型ランプが発する白色光をダイクロイックミラーにより赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3原色に分離し、この3原色を画像情報により変調して合成プリズム(ダイクロイックプリズム)で合成した後、投写レンズを介して映像をスクリーンに表示するようにしている。 In many conventional projection display apparatuses, a discharge lamp such as a metal halide lamp or an ultra-high pressure mercury lamp is used as a light source for generating light of the three primary colors. The emitted white light is separated into three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) by a dichroic mirror, and the three primary colors are modulated by image information and synthesized by a synthesis prism (dichroic prism), and then projected. The image is displayed on the screen through the lens.
このような放電型ランプを採用する投写型映像表示装置において高輝度化(高出力化)の要求に対応するためには、高出力の放電型ランプを採用したり、多灯化が試みられている。ところが、このような対応は放電型ランプからの発熱が多くなることから冷却構造が大型化し、騒音や電源の大型化などの対策も不可欠なものとなる。放電型ランプの発光スペクトルは、黄色にピークを持つため、その出射光を有効に利用するためには、赤色もしくは緑色に黄色を混ぜて使用する必要がある。したがって、生成される単色の色純度が悪く、高い色再現性を実現できないという課題があった。また、放電型ランプは、発光スペクトルにおける緑色、青色の波長帯域の光量に比べ、赤色の波長帯域の光量が十分でないため、この赤色の波長帯域の光量を補う対策が必要であるという課題があった。 In order to respond to the demand for higher brightness (higher output) in a projection display apparatus that employs such a discharge lamp, it has been attempted to employ a high output discharge lamp or to increase the number of lamps. Yes. However, such countermeasures increase the amount of heat generated from the discharge lamp, so that the cooling structure increases in size, and measures such as noise and increase in the size of the power source are indispensable. Since the emission spectrum of a discharge lamp has a peak in yellow, it is necessary to use red or green mixed with yellow in order to effectively use the emitted light. Therefore, there is a problem that the color purity of the generated single color is poor and high color reproducibility cannot be realized. In addition, the discharge lamp has a problem that it is necessary to take measures to compensate for the light quantity in the red wavelength band because the light quantity in the red wavelength band is not sufficient compared to the light quantity in the green and blue wavelength bands in the emission spectrum. It was.
放電型ランプを採用した投写型映像表示装置にはこのような課題があるにも拘わらず、近年、業務市場などにおいてはスクリーンに投影する映像の大型化の要求が高まり、これに伴って光源の発光量の増大が課題となっている。しかしながら、光源の高出力化にも限界があると同時に、複数個の光源を用いた場合の効率低下により、有効に使用できる光量の増加が実現できないという課題がある。そこで、上記のような放電型ランプを採用した場合の課題を解決するため、特に高出力化を目的とする光源の要素に半導体レーザ素子アレイを採用する試みがなされている(特許文献1参照)。 In spite of these problems, projection display devices that employ discharge lamps have recently become increasingly demanding for larger images projected on screens in the business market, etc. Increasing the amount of light emission is a problem. However, there is a limit to increasing the output of the light source, and at the same time, there is a problem that an increase in the amount of light that can be used effectively cannot be realized due to a decrease in efficiency when a plurality of light sources are used. Therefore, in order to solve the problem in the case where the above-described discharge lamp is employed, an attempt has been made to employ a semiconductor laser element array as an element of a light source particularly intended to increase output (see Patent Document 1). .
この半導体レーザ素子アレイは、例えば、半導体の同一基板上にモノシリックで数10個以上の半導体レーザ素子が高密度に配列されてアレイ化されたものであり、配列数に相当する発光スポットが形成されるようにしている。このような半導体レーザ素子アレイを採用する場合において、この半導体レーザ素子アレイの各半導体レーザ素子を安定にレーザ発振させるため、レーザ動作設定温度を一定に保つことが重要な課題となっている。 In this semiconductor laser element array, for example, several tens of semiconductor laser elements are monolithically arranged on the same semiconductor substrate at a high density, and light emission spots corresponding to the number of arrays are formed. I try to do it. When such a semiconductor laser element array is employed, it is an important issue to keep the laser operation set temperature constant in order to stably oscillate each semiconductor laser element of the semiconductor laser element array.
レーザ動作設定温度が変動すると、半導体レーザ素子アレイからの発光出力が変動し、色合成の結果に影響が生じるとともに、寿命を短くすることにもなる。そこで、特許文献1に開示された技術では、ペルチェ素子とヒートシンクを組み合わせ、半導体レーザ素子アレイを冷却している。また、半導体レーザ素子を強制的に冷却する他の手段として、冷却装置から冷却媒体通路を各半導体レーザ素子に対して並列的に配置することにより所定の温度に冷却するようにしたものがある(特許文献2参照)。
半導体レーザ素子を光源とした場合、放電型ランプを採用した場合に比べて瞬時点灯および消灯が可能であり、色再現性が広く長寿命であるという特質がある。しかしながら、半導体レーザ素子は温度が上昇すると発光効率が低下し、結晶欠陥の増加が進行する。これに伴って非発光遷移の割合が増加することから、本来の発光原理として動作する遷移機構においても発熱し、素子の温度が上昇して発光能力が加速度的に低下することになり、動作温度を管理しないと寿命の短期化にもつながることになる。 When a semiconductor laser element is used as a light source, it can be turned on and off instantaneously as compared with the case where a discharge lamp is used, and has a characteristic that color reproducibility is wide and life is long. However, as the temperature of the semiconductor laser element rises, the light emission efficiency decreases and the crystal defects increase. Along with this, the ratio of non-emissive transition increases, so even in the transition mechanism that operates as the original light emission principle, heat is generated, the temperature of the element rises, and the light emission capability decreases at an accelerated rate, and the operating temperature If you don't manage it, it will lead to a shortened lifespan.
本発明は、このような光学的物性のある複数の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイから出射される3原色を合成する構成を前提とするものであるが、前述したように半導体レーザ素子においては温度による影響を大きく受ける特質を備えるもので、素子の温度が変化すると、出射光の波長、輝度、発光スポット径が変化する。このような状態に至るとホワイトバランスが崩れる状態となる。 The present invention is premised on a configuration for synthesizing three primary colors emitted from a semiconductor laser element array in which a plurality of semiconductor laser elements having such optical properties are arranged. Is provided with characteristics that are greatly affected by temperature, and when the temperature of the element changes, the wavelength, luminance, and emission spot diameter of the emitted light change. When such a state is reached, the white balance is lost.
したがって、半導体レーザ素子アレイは、安定した動作が維持される一定のレーザ動作設定温度に常時保たれるようにしなければならない。例えば、半導体レーザ素子は室温より比較的低い温度(20℃程度)において高い出力が得られ、長い寿命を保つことができるので、環境温度がどのように変化してもレーザ動作設定温度を一定に保つ冷却手段が必要となり、その温度を、例えば、±1℃の範囲に収めることが理想となる。 Therefore, the semiconductor laser element array must be constantly maintained at a constant laser operation set temperature at which stable operation is maintained. For example, a semiconductor laser device can obtain a high output at a temperature relatively lower than room temperature (about 20 ° C.) and can maintain a long life, so that the laser operation set temperature is kept constant regardless of how the environmental temperature changes. A cooling means for maintaining the temperature is necessary, and it is ideal to keep the temperature within a range of ± 1 ° C., for example.
ところが、上記特許文献1に開示された冷却手段においては、ペルチェ素子とヒートシンクの複合構造によるもので、光源エレメントの周辺部が複雑かつ大型化することから、3原色毎に複数の半導体レーザ素子アレイを配置する構成の光源エレメントには採用することはできず、個々の半導体レーザ素子アレイを正確に温度制御することはできない。また、上記特許文献2に開示された冷却手段においては、個々の半導体レーザ素子の温度状態を把握することが困難であるとともに、冷却冷媒の流量の調整手段を個々に備えるというきわめて大掛かりな装置となる。
However, the cooling means disclosed in
このように温度に対する配慮が重要な半導体レーザ素子アレイを光源とする投写型映像表示装置には、更に解決しなければならない課題がある。即ち、上記したような従来の冷却手段は、投写型映像表示装置が起動されて安定した状態に至った場合を前提とするものであり、装置の起動時の熱的問題をも配慮するものではない。周知のように半導体レーザ素子は、それ自体が発熱源であり起動時における半導体レーザ素子の温度は、室内などに設置した場合の環境温度と同化しており、この状態で装置が起動され、同時に冷却手段が運転を開始しても所定の冷却能力が得られる状態に至るまでに、発光した半導体レーザ素子は瞬時に環境温度以上の高温に至ってしまうことになる。 As described above, there is a problem to be further solved in the projection display apparatus using the semiconductor laser element array in which consideration for temperature is important as a light source. In other words, the conventional cooling means as described above is based on the assumption that the projection display apparatus has been started and has reached a stable state, and does not take into consideration thermal problems at the start of the apparatus. Absent. As is well known, the semiconductor laser element itself is a heat source, and the temperature of the semiconductor laser element at the time of start-up is assimilated with the environmental temperature when installed indoors. Even when the cooling means starts operation, the emitted semiconductor laser element instantaneously reaches a temperature higher than the ambient temperature until a predetermined cooling capacity is obtained.
かかる状態は半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度から大きく逸脱することから定常の発光状態とならず、正確な色階調表現ができないことになり、寿命を短くする原因となる。したがって、装置を起動して半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度で作動するまでの時間を可及的に短くすることにより、起動時の装置の空転時間が短くなるとともに、半導体レーザ素子アレイに熱的悪影響を及ぼさないことになる。 In such a state, since the semiconductor laser element array greatly deviates from the laser operation set temperature, it does not become a steady light emission state, and accurate color gradation expression cannot be performed, which causes a shortened life. Therefore, by shortening the time required for starting the apparatus and operating the semiconductor laser element array at the laser operation set temperature as much as possible, the idling time of the apparatus at the start-up is shortened and the semiconductor laser element array is heated. There will be no negative impact.
本発明は、半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設してなる複数の光源エレメントを、3原色毎に合成プリズムの照射面に導光するように、階層状に配置するようにした光源ユニットを備える投写型映像表示装置において、装置の起動に伴って半導体レーザ素子アレイが急速にレーザ動作設定温度に至るようにし、しかる後、半導体レーザ素子アレイを作動するようにして装置の空転時間を短縮できるようにするとともに、半導体レーザ素子アレイの保護を同時に実現できるようにすることを目的とするものである。 The present invention provides a light source unit arranged in a hierarchy so that a plurality of light source elements each having a semiconductor laser element array arranged on a heat receiving plate are guided to the irradiation surface of the synthesis prism for each of the three primary colors. In the projection type image display apparatus provided, the semiconductor laser element array can rapidly reach the laser operation set temperature as the apparatus starts up, and then the semiconductor laser element array can be operated to shorten the idling time of the apparatus. Another object of the present invention is to realize protection of the semiconductor laser element array at the same time.
そこで本発明は、以下に述べる各手段により上記課題を解決するようにした。即ち、請求項1記載の発明では、3原色のレーザ光を画像情報により変調して合成することにより投写光が得られるようにした投写型映像表示装置であり、同一基板上に複数の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段(温度センサ)を配設してなる複数の光源エレメントを、3原色毎に合成プリズムの照射面に導光するように、階層状に配置して光源ユニットを構成し、前記光源エレメントを冷却手段に接続するとともに、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、該制御手段により前記温度センサの温度と予め設定されているレーザ動作設定温度とを比較することにより、半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定する起動システムとなるようにする。
Therefore, the present invention solves the above problems by means described below. In other words, the invention according to
請求項2記載の発明では、上記請求項1記載の投写型映像表示装置の起動システムにおいて、温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動する。 According to a second aspect of the present invention, in the start-up system for the projection display apparatus according to the first aspect, when the temperature detected by the temperature sensor is equal to or higher than the laser operation set temperature, the cooling means is immediately driven to drive the semiconductor laser. The temperature of the element array is lowered, and then the semiconductor laser element array is activated when the temperature sensor detects the laser operation set temperature.
請求項3記載の発明では、上記請求項1記載の投写型映像表示装置の起動システムにおいて、温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以下にあるとき、直ちに前記電熱ヒータにより半導体レーザ素子アレイを昇温し、一方温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度を超えていることを検知した時点において前記冷却手段を駆動し、半導体レーザ素子アレイをレーザ動作設定温度にまで降温した段階で半導体レーザ素子アレイを作動する。 According to a third aspect of the present invention, in the start-up system of the projection display apparatus according to the first aspect, when the temperature detected by the temperature sensor is equal to or lower than the laser operation set temperature, the semiconductor laser element array is immediately formed by the electric heater. When the temperature rises, on the other hand, when the temperature detected by the temperature sensor exceeds the laser operation set temperature, the cooling means is driven and the semiconductor laser element is cooled to the laser operation set temperature. Activate the element array.
請求項4記載の発明では、3原色のレーザ光を画像情報により変調して合成することにより投写光が得られるようにした投写型映像表示装置であり、同一基板上に複数の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび温度センサを配設してなる複数の光源エレメントを、3原色毎に合成プリズムの照射面に導光するように、階層状に配置して光源ユニットを構成し、前記光源エレメントを冷却手段に接続するとともに、電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段(温度センサ)を制御手段に接続してなり、前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動するようになし、該半導体レーザ素子アレイが作動された後、各光源エレメントから温度センサにより得られた各温度において最高温度を示した光源エレメントが所望のレーザ動作設定温度となるように冷却手段を制御する一方、その他の光源エレメントを各々の電熱ヒータにて昇温することにより所望のレーザ動作設定温度となるようにする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a projection display apparatus in which projection light is obtained by modulating and synthesizing laser beams of three primary colors with image information, and a plurality of semiconductor laser elements are arranged on the same substrate. A plurality of light source elements each having an arrayed semiconductor laser element array disposed on a heat receiving plate and an electric heater and a temperature sensor disposed on the heat receiving plate are guided to the irradiation surface of the composite prism for each of the three primary colors. As described above, the light source units are arranged in a hierarchical manner, the light source elements are connected to the cooling means, and the electric heater and the temperature detecting means (temperature sensor) of the semiconductor laser element array are connected to the control means, When the temperature detected by the temperature sensor is equal to or higher than the laser operation set temperature, the cooling means is immediately driven to lower the temperature of the semiconductor laser element array, and then the temperature sensor is When the laser operating set temperature is detected, the semiconductor laser element array is activated, and after the semiconductor laser element array is activated, the maximum temperature is obtained at each temperature obtained from the temperature sensor from each light source element. While the cooling means is controlled so that the light source element has a desired laser operation set temperature, the temperature of the other light source elements is raised by each electric heater so that the desired laser operation set temperature is obtained.
本発明の請求項1記載の発明によれば、温度センサにより半導体レーザ素子アレイの温度を検出し、それらの温度をレーザ動作設定温度と比較することで半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the temperature of the semiconductor laser element array is detected by the temperature sensor, and the operation timing of the semiconductor laser element array is determined by comparing these temperatures with the laser operation set temperature. Is possible.
本発明の請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加え、半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度より高温にある状態を検知し、半導体レーザ素子アレイの作動に先行して冷却手段を駆動するようにしたので、半導体レーザ素子アレイの発光に伴う異常高温が発生しない安全な起動が可能となる
According to the invention described in
本発明の請求項3記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加え、レーザ動作設定温度以下にある半導体レーザ素子アレイを電熱ヒータにより昇温してから半導体レーザ素子アレイ冷却手段を駆動するようにしたので、例えば、寒冷地においても的確な装置の起動が可能となる。 According to the third aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the semiconductor laser element array cooling means is provided after the temperature of the semiconductor laser element array below the laser operation set temperature is raised by the electric heater. For example, it is possible to start the apparatus accurately even in a cold region.
本発明の請求項4記載の発明によれば、半導体レーザ素子アレイを冷凍機が機能した時点で作動して発光させるとともに、発光後に温度の変動があった場合においても半導体レーザ素子アレイをレーザ動作設定温度に保たれるようにしたので、信頼性を永続的に保つことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the semiconductor laser device array is operated to emit light when the refrigerator functions, and the semiconductor laser device array is operated by laser even when the temperature fluctuates after light emission. Since it is kept at the set temperature, the reliability can be kept permanently.
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて詳細に説明する。図1は、本発明の光源ユニットの基本的構成を示す平面図であり、同光源ユニットの組立状態の斜視図を図2に示す。図3は、本発明の具体的構成を示す図であり、本発明に採用する冷却手段の例を図4に示す。また、本発明の起動システムの処理の流れを図5に示し、この起動システムによる温度制御の態様を図6乃至図10に示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of a light source unit according to the present invention, and FIG. 2 shows a perspective view of an assembled state of the light source unit. FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the present invention, and FIG. 4 shows an example of the cooling means employed in the present invention. FIG. 5 shows a flow of processing of the activation system of the present invention, and FIGS. 6 to 10 show aspects of temperature control by this activation system.
図1は、本発明の投写型映像表示装置Pの要部となる光源ユニット1の基本的構成を示す平面図であり、中央に配置された合成プリズム2の3側面に3原色のレーザ光の照射面2R、2G、2Bが形成されている。前記照射面2Rには赤色レーザ光が照射され、照射面2Gには緑色レーザ光が照射され、照射面2Bには青色レーザ光が照射される。
FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of a
各照射面2R、2G、2Bには液晶パネル3R、3G、3Bとともに入射側偏光板4R、4G、4Bおよび出射側偏光板5R、5G、5Bが対面して平行に配設されている。前記液晶パネル3R、3G、3Bに特定の直線偏光成分を入射させるため、入射側偏光板4R、4G、4Bにおいて各原色の光束を所定の偏光方向(P偏光)に揃え、そのP偏光が液晶パネル3R、3G、3Bで変調された後、変調光のS偏光成分のみが出射側偏光板5R、5G、5Bから透過される。
In addition to the
そして、均一な照度分布が得られるようにするコンデンサレンズ6R、6G、6Bが入射側偏光板4R、4G、4Bに対面して平行に配設され、さらに、各レーザ光の輝度を均一化するためのインテグレータ(フライアイレンズ)7R、7G、7Bがコンデンサレンズ6R、6G、6Bに対面して平行に配設されている。前記インテグレータ7Rは光源エレメント8から赤色レーザ光を入射し、インテグレータ7Gは光源エレメント9から緑色レーザ光を入射し、インテグレータ7Bは光源エレメント10から青色レーザ光を入射する。
Condenser lenses 6R, 6G, and 6B for obtaining a uniform illuminance distribution are arranged in parallel to face the incident side
前記各光源エレメント8、9、10は全て同一に構成されるもので、熱伝導性に優れた金属により形成された受熱板8a、9a、10aの先端に、数10個以上の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bを、例えば、熱伝導性接着剤により固定する。なお、例えば、半導体レーザ素子アレイ8bからは赤色の波長帯域である650nm近辺、半導体レーザ素子アレイ9bからは緑色の波長帯域である550nm近辺、半導体レーザ素子アレイ10bからは青色の波長帯域である440nm近辺のレーザ光が出射される。
The
このように構成された半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bから出射される各原色のレーザ光は、合成プリズム2へ所定の光量で入射するようにしなければならない。したがって、各原色毎の個々の半導体レーザ素子の発光量を配慮し、配列する素子数を定めたり、あるいは駆動電流を3原色毎に設定して供給することは設計上の課題として重要となる。
The primary color laser beams emitted from the thus configured semiconductor
光源エレメント8、9、10は以上のように構成され、図2に示すように同一原色の照射範囲内に同一原色を発光する複数の光源エレメント8、9、10が合成プリズム2の照射面2R、2G、2Bに向けて階層状に配置される。同図では、合成プリズム2の照射面2Bに向けて青色を発光する光源エレメント10の配置状態を例示しているが、赤色を発光する光源エレメント8および緑色を発光する光源エレメント9も各々照射面2R、2Gに向けて同様に配置される。なお、階層間の光源エレメント8、9、10は、照射光が分散されるように千鳥状などの配置状態とすることを要する。
The
このように構成された光源ユニット1を駆動すると、光源エレメント8、9、10から3原色のレーザ光が合成プリズム2の照射面2R、2G、2Bに向けて出射される。そして、各色レーザ光の輝度はインテグレータ7R、7G、7Bにおいて均一化され、さらに、コンデンサレンズ6R、6G、6Bにおいて照度分布が均一となり、入射側偏光板4R、4G、4Bへ入射する。
When the
このようにして均一化された3原色の各レーザ光は、液晶パネル3R、3G、3Bへ入射し、画像を形成するため階調(強度)変調され、出射側偏光板5R、5G、5Bを介して合成プリズム2へ入射する。階調変調された3原色のレーザ光は、この合成プリズム2において合成される。そして、この投写光は出射面2Sから出射し、投写レンズLを介してスクリーンに投影される。
The laser beams of the three primary colors made uniform in this way are incident on the
前記光源エレメント8、9、10が、受熱板8a、9a、10aに半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bを熱伝導性接着剤により接着、あるいはネジ止めされるような場合、接合面での接触性の具合により接触熱抵抗に誤差が生じる。また、受熱板8a、9a、10aから最終放熱先の外気(空冷の場合)に至る経路においても接合面や固体内熱伝達による熱抵抗の差が生じる。これらの熱抵抗の差は、各受熱板8a、9a、10aや半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bの温度を不均一にする要因となる。この状態で半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bを発光させると、熱的条件の相違から発光量が均一とならなくなり、寿命も相違してくることになる。
When the
そこで、図3に示すように光源エレメント8、9、10の全ての受熱板8a、9a、10aに電熱ヒータ20および温度センサ21を配設し、この電熱ヒータ20と温度センサ21をリード線L1、L2により制御装置22に接続する。そして、前記受熱板8a、9a、10aは、冷却手段となる冷凍機23から延設され、合成プリズム2の照射面2R、2G、2Bへ各別に対面する冷媒回路24R、24G、24B中に設けられた吸熱器(蒸発器)25に熱伝導性接着剤などの適宜手段により固定され、受熱板8a、9a、10aの熱が吸熱器25に吸収されるようにしている。
Therefore, as shown in FIG. 3, the
図4は前記冷凍機23内の冷媒回路の例を示すもので、冷媒圧縮機23a、凝縮器23b、減圧器23R、23G、23B、吸熱器25、アキュームレータ23cの順で環状に接続されている。この冷媒回路の冷媒圧縮機23aで圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器23bの送風ファン23dにて外気(空冷の場合)と熱交換して凝縮し、液冷媒となる。次いで、減圧器23R、23G、23Bにて低温低圧となった冷媒は、吸熱器25にて蒸発する。この際の吸熱作用により受熱板8a、9a、10aの冷却が行われる。なお、減圧器23R、23G、23Bにおいて冷媒の絞り量を調整することや送風ファン23dの風量を調整すること、さらに冷媒圧縮機23aの回転数を調整することにより各原色毎の吸熱器25の冷却能力を調整することができる。
FIG. 4 shows an example of the refrigerant circuit in the
さらに、前記光源エレメント8、9、10の温度センサ21からの信号を入力し、前記電熱ヒータ20の発熱制御および前記減圧器23R、23G、23Bによる冷媒の流量調整制御および冷媒圧縮機23aの回転制御を行う制御装置22を備え、受熱板8a、9a、10aの冷却および加熱の相互の制御が可能となるようにし、全ての半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bがレーザ動作設定温度に定まるようにしている。
Further, signals from the
ここで、本発明におけるシステムの処理の流れを図5に基づいて以下に説明する。投写型映像表示装置Pを起動する以前においては、光源エレメント8、9、10の温度Tは環境温度に同化しており、例えば、環境温度が26℃であると図6に示すように、全ての光源エレメント8、9、10は26℃となっている。なお、同図においては、理解を容易とするため、青色の光源エレメント10を代表例として例示し、枝番号により個々の光源エレメント10の温度状態が把握できるようにしている。また、光源エレメント8、9、10の温度は、各温度センサ21の検出信号を入力する制御装置22において個々に把握される。
Here, the processing flow of the system according to the present invention will be described with reference to FIG. Before starting the projection display apparatus P, the temperature T of the
かかる状態において本発明の投写型映像表示装置Pを起動させると(ステップSa1)、温度センサ21により光源エレメント8、9、10の温度Tの状態を確認し(ステップSa2)、この温度Tと制御装置22に予め設定されたレーザ動作設定温度Ta(例えば、20℃)が比較される(ステップSa3)。この段階で温度Tがレーザ動作設定温度Ta以上である場合、光源エレメント8、9、10を昇温するための電熱ヒータ20は作動することなく(ステップSa4)、冷凍機23の駆動(除熱運転)が開始される(ステップSa5)。
When the projection display apparatus P of the present invention is activated in such a state (step Sa1), the
温度Tがレーザ動作設定温度Ta未満である場合は、光源エレメント8、9、10を昇温するための電熱ヒータ20を作動させる(ステップSa9)。なお、前記レーザ動作設定温度Taは許容誤差温度(例えば、1〜5℃)を加えた値でもよく、温度Tは任意に定めた温度センサ21から検出されたものでよく、その場合は全ての温度センサ21から検出された温度を確認しなくてよい。
When the temperature T is lower than the laser operation set temperature Ta, the
このようにして、冷凍機23が駆動を開始すると、光源エレメント8、9、10がレーザ動作設定温度Taとなるように冷凍機23を制御する。このようにして吸熱器25に供給される。吸熱器25は光源エレメント8、9、10を冷却することにより半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bは包括的に冷却される。この間、温度センサ21により光源エレメント8、9、10の温度Tの状態を確認し(ステップSa6)、レーザ動作設定温度Taと比較する(ステップSa7)。
In this way, when the
そして、ステップSa7において温度Tとレーザ動作設定温度Taが一致すると、ここで半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bに電源が投入され、発光が開始されることになる(ステップSa8)。このようにして、半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bの発光が開始されると、その直後の温度状態は前述したような熱抵抗の差などがあると、図7に例示すように各光源エレメント10−1〜10−nの間で温度の差異が生じる。
When the temperature T and the laser operation set temperature Ta coincide in step Sa7, the semiconductor
かかる状態で半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bが発光すると、その発熱で各光源エレメント10−1〜10−nは図8に示すごとくほぼ一律に温度が上昇し、目標とするレーザ動作設定温度(20℃)から外れた状態となる。そこで、制御装置22は、同一の冷媒回路に接続されている複数の光源エレメント8、9、10において、最高温度値を抽出し、この最高温度(図8に示す例では、光源エレメント10−4の24℃)をレーザ動作設定温度(20℃)まで降下すべく、冷凍機23を制御して冷却能力を高くする。
When the semiconductor
この結果、図9に示すように光源エレメント10−4をレーザ動作設定温度の20℃に一致させることができるが、その他の各光源エレメントも一律に温度が降下するため、レーザ動作設定温度の20℃から1℃乃至4℃の温度降下が生じてしまうことになる。そこで、制御装置22は、各光源エレメント8、9、10の温度センサ21により検出した温度値とレーザ動作設定温度(20℃)を比較し、該当する光源エレメントの温度がレーザ動作設定温度(20℃)が維持されるように電熱ヒータ20に電流を流し、光源エレメントを昇温する。
As a result, as shown in FIG. 9, the light source element 10-4 can be made to coincide with the laser operation set temperature of 20 ° C., but the temperature of the other light source elements also drops uniformly, so that the laser operation set temperature of 20 ° C. A temperature drop from 1 ° C. to 1 ° C. to 4 ° C. will occur. Therefore, the
即ち、図9において、例えば、光源エレメント10−1はレーザ動作設定温度(20℃)より4℃低い状態となるため、制御装置22は電熱ヒータ20により4℃昇温し、光源エレメント10−2は1℃昇温することになる。このようにして、光源エレメント10−4以外の光源エレメントの温度が補完され、図10に示すように全ての光源エレメント10−1〜10−nを目標のレーザ動作設定温度(20℃)に定めることができる。
That is, in FIG. 9, for example, the light source element 10-1 is 4 ° C. lower than the laser operation set temperature (20 ° C.), so the
このように、同一の冷媒配管に接続された光源エレメントを冷却するにあたり、特定の光源エレメントが示した最高温度値を冷凍機により目標のレーザ動作設定温度まで降下させ、これ以外の光源エレメントを電熱ヒータにより昇温するとともに、光源エレメントの温度Tとレーザ動作設定温度Taが常に照合される状態にあるため、装置の起動時において半導体レーザ素子アレイの発光により温度に変化が生じた場合においても正確な温度制御が可能となる。 In this way, when cooling light source elements connected to the same refrigerant pipe, the maximum temperature value indicated by a specific light source element is lowered to the target laser operation set temperature by a refrigerator, and other light source elements are electrically heated. The temperature is raised by the heater, and the temperature T of the light source element and the laser operation set temperature Ta are always collated. Therefore, even when the temperature changes due to light emission of the semiconductor laser element array at the start of the apparatus, it is accurate. Temperature control is possible.
本発明はこのように構成されていることから、装置の起動にあたり光源エレメントを予め冷却し、しかる後、半導体レーザ素子アレイを発光するようにしたので、半導体レーザ素子アレイの発光に伴う発熱による温度急上昇を抑え、温度制御と装置が正常に動作するまでの時間を短縮できるとともに、半導体レーザ素子アレイの保護を同時に実現することが可能となるなど特有の効果を奏する。 Since the present invention is configured in this way, the light source element is cooled in advance when the apparatus is started, and then the semiconductor laser element array emits light. Therefore, the temperature due to the heat generated by the light emission of the semiconductor laser element array. While suppressing the rapid increase, the temperature control and the time until the apparatus operates normally can be shortened, and the semiconductor laser element array can be protected at the same time.
なお、上述した実施例では、透過型液晶パネルを採用した例について説明したが、これに代わる表示素子として、例えば、反射型液晶パネルを用いて3板式あるいは単板式で光源ユニットを構成した場合においても、同等の効果を奏することができる。また、本発明はDLP( Digital Light Processing )に採用することも可能である。 In the above-described embodiment, an example in which a transmissive liquid crystal panel is used has been described. However, as an alternative display element, for example, when a light source unit is configured in a three-plate type or a single plate type using a reflective liquid crystal panel. Can achieve the same effect. The present invention can also be employed in DLP (Digital Light Processing).
P・・・・・投写型映像表示装置
L・・・・・投写レンズ
1・・・・・光源ユニット
2・・・・・合成プリズム
3R、3G、3B・・・・・液晶パネル
4R、4G、4B・・・・・入射側偏光板
5R、5G、5B・・・・・出射側偏光板
6R、6G、6B・・・・・コンデンサレンズ
7R、7G、7B・・・・・インテグレータ
8、9、10・・・・・光源エレメント
8a、9a、10a・・・・・受熱板
8b、9b、10b・・・・・半導体レーザ素子アレイ
20・・・・・電熱ヒータ
21・・・・・温度センサ
22・・・・・制御装置
23・・・・・冷凍機
24R、24G、24B・・・・・冷媒回路
25・・・・・吸熱器
P ... Projection type image display device L ...
Claims (4)
同一基板上に複数の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段(温度センサ)を配設してなる複数の光源エレメントを、3原色毎に合成プリズムの照射面に導光するように、階層状に配置して光源ユニットを構成し、
前記光源エレメントを冷却手段に接続するとともに、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、
該制御手段により前記温度センサの温度と予め設定されているレーザ動作設定温度とを比較することにより、半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定するようにしたことを特徴とする投写型映像表示装置の起動システム。 A projection-type image display device in which projection light is obtained by modulating and synthesizing laser beams of three primary colors according to image information;
A semiconductor laser element array in which a plurality of semiconductor laser elements are arranged on the same substrate is arranged on a heat receiving plate, and an electric heater and a temperature detecting means (temperature sensor) of the semiconductor laser element array are arranged on the heat receiving plate. A plurality of light source elements are arranged in a hierarchy so as to be guided to the irradiation surface of the synthesis prism for each of the three primary colors to constitute a light source unit,
The light source element is connected to the cooling means, and the electric heater and the temperature sensor are connected to the control means,
An operation timing of the semiconductor laser element array is determined by comparing the temperature of the temperature sensor with a preset laser operation set temperature by the control means. Boot system.
同一基板上に複数の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段(温度センサ)を配設してなる複数の光源エレメントを、3原色毎に合成プリズムの照射面に導光するように、階層状に配置して光源ユニットを構成し、
前記光源エレメントを冷却手段に接続するとともに、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、
前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動するようになし、
該半導体レーザ素子アレイが作動された後、各光源エレメントから温度センサにより得られた各温度値において最高温度値を示した光源エレメントが所望のレーザ動作設定温度となるように冷却手段を制御する一方、その他の光源エレメントを各々の電熱ヒータにて昇温することにより所望のレーザ動作設定温度となるようにしたことを特徴とする投写型映像表示装置の起動システム。 A projection-type image display device in which projection light is obtained by modulating and synthesizing laser beams of three primary colors according to image information;
A semiconductor laser element array in which a plurality of semiconductor laser elements are arranged on the same substrate is arranged on a heat receiving plate, and an electric heater and a temperature detecting means (temperature sensor) of the semiconductor laser element array are arranged on the heat receiving plate. A plurality of light source elements are arranged in a hierarchy so as to be guided to the irradiation surface of the synthesis prism for each of the three primary colors to constitute a light source unit,
The light source element is connected to the cooling means, and the electric heater and the temperature sensor are connected to the control means,
When the temperature detected by the temperature sensor is equal to or higher than the laser operation set temperature, the cooling means is immediately driven to lower the temperature of the semiconductor laser element array, and then the semiconductor laser is detected when the temperature sensor detects the laser operation set temperature. To activate the element array,
After the semiconductor laser element array is operated, the cooling means is controlled so that the light source element showing the highest temperature value among the temperature values obtained from the temperature sensors from the respective light source elements has a desired laser operation set temperature. A startup system for a projection display apparatus, wherein the temperature of the other light source elements is raised by the respective electric heaters to achieve a desired laser operation set temperature.
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