JP2013007967A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像表示装置において、レーザ安全規格を遵守すると共に投写画像の品質を確保し、かつ小型化可能にする。
【解決手段】赤色レーザ光源装置23のホルダの表面に温度センサを取り付けて温度を検出して、その温度検出値を用いて青色レーザ光源装置の温度−光出力制御を行うと共に、赤色光源装置に隣接して配設された冷却ファンからの冷却風が温度センサに送風されるのを防止するために、ホルダの表面に温度センサを覆う風除けカバーを取り付ける。赤色レーザ光源装置及び青色レーザ光源装置の温度変化に対する光出力の適切な制御が可能となり、青色レーザ光源装置に対する温度センサを省略でき、装置のコンパクト化かつ低コスト化を促進し得る。
【選択図】図13
【解決手段】赤色レーザ光源装置23のホルダの表面に温度センサを取り付けて温度を検出して、その温度検出値を用いて青色レーザ光源装置の温度−光出力制御を行うと共に、赤色光源装置に隣接して配設された冷却ファンからの冷却風が温度センサに送風されるのを防止するために、ホルダの表面に温度センサを覆う風除けカバーを取り付ける。赤色レーザ光源装置及び青色レーザ光源装置の温度変化に対する光出力の適切な制御が可能となり、青色レーザ光源装置に対する温度センサを省略でき、装置のコンパクト化かつ低コスト化を促進し得る。
【選択図】図13
Description
本発明は、レーザ光源装置の温度変化を制御するべくレーザ光源装置に温度センサを取り付けた画像表示装置に関するものである。
近年、スクリーン上に画面を投写する投写式の画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、従来から画像表示装置に多用されてきた水銀ランプに比較して、色再現性がよい点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減することができる点、及び小型化が容易である点など種々の利点を有している。
また、半導体レーザを用いた画像表示装置においては、カラー画像を形成するために、赤色、緑色および青色の3つのレーザ光源装置と、1つの液晶表示素子からなる空間光変調素子を用い、各レーザ光源装置から出射される各色のレーザ光を空間光変調素子に順次入射させる時分割表示方式(フィールドシーケンシャル方式)による技術が知られている(特許文献1参照)。この時分割表示方式は、スクリーン上に投写された各色の画像を視覚の残像効果によってカラー画像として認識させるようにしたものであり、空間光変調素子が1つで済むため、装置の小型化を図る上で都合が良い。
一方、レーザ光が人の目に入ると障害を与えることから、レーザ製品の安全性に関する規格(IEC60825−1)が制定されており、上記したように光源に半導体レーザを用いた画像表示装置でも、この安全規格に準拠した仕様とすることが望まれ、ユーザの健康に悪影響を与えないようにするためにはクラス1に対応する必要がある。ところが、半導体レーザは、印加する電流が同じでも温度の低下に応じて光出力が大きくなる特性を有している。特に、青色レーザは、エネルギー密度が高いため、その安全規格は他の色より厳しくされている。
光出力を制限するために、例えば光量検出センサを用いることが考えられる。その場合には、調整工程において、外部へ照射される光のエネルギー密度がクラス1を超えない範囲のあらかじめ決められた値になるよう調整した時に、半導体レーザの駆動電流値と、光量検出センサによる検出値(光量)との相関をとる。例えば、周辺温度25℃において50lm出力時にクラス1を超えないように、特に青色半導体レーザの駆動電流値を調整する。
しかしながら、半導体レーザの駆動電流値と、半導体レーザから外部へ照射される光のエネルギー密度との関係は一定では無く、半導体レーザ自身の温度によって変動する。これは、周辺の雰囲気温度に依存することはもちろん、照射時間にも依存することを意味する。すなわち、通常は、照射開始当初よりも開始後暫く経ってからの方が、半導体レーザの温度が高くなる。その対応としては、半導体レーザにサーミスタ等の温度センサを取り付けて、調整時と駆動時との温度偏差により光量の偏差を補正することが考えられる。
一方、半導体レーザを用いた画像表示装置としてのプロジェクタをノート型パソコンに内蔵可能にする場合には、小型かつ高輝度化が要求される。その場合に、赤,緑,青の各レーザ光源装置の全てに温度センサを取り付けることは、その取付配置や配線スペースが大きく制限されるため困難であるばかりでなく、製造コストも高騰化する。
また、レーザ光源装置の温度上昇を抑制するために例えば冷却ファンを用いた冷却が考えられるが、温度センサの配置と冷却風の流路との関係によっては、温度センサの検出温度がレーザ光源装置そのものの温度ではなく、温度センサの冷却風により冷却された状態の温度を検出してしまい、実際の半動体レーザの温度から大きく離れてしまう虞がある。
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、レーザ安全規格を遵守すると共に投写画像の品質を確保し、かつ小型化可能な画像表示装置を提供することにある。
本発明の画像表示装置は、赤色レーザ光を出射する赤色レーザ光源装置と、緑色レーザ光を出射する緑色レーザ光源装置と、青色レーザ光を出射する青色レーザ光源装置とを備える画像表示装置であって、前記レーザ光源装置の各出力を制御する駆動制御回路と、前記赤色半導体レーザを冷却するための冷却風を送る冷却ファンと、前記赤色レーザ光源装置の温度を検出する温度センサと、前記温度センサに前記冷却風が送風されることを防止するための風除け部とを有し、前記駆動制御回路は、前記温度センサによる前記赤色レーザ光源装置の温度検出値を用いて前記青色レーザ光源装置の温度を推定しかつ当該推定値に基づいて前記青色レーザ光源装置の出力を制御する。
本発明によれば、赤色半導体レーザは温度が高いほど光出力の低下が大きくなる傾向にあるため、赤色レーザ光源装置に対して温度上昇を抑制するために冷却風を多く送るようにすると共に、それにより冷却効果が高くなる赤色レーザ光源装置の温度管理を確実に行うためには温度センサを赤色レーザ光源装置に取り付け、かつ温度センサが冷却風の影響を受けないように風除け部を設けることにより、赤色レーザ光源装置の温度を正確に検出できる。そして、安全規格が他の色より厳しい青色レーザ光の光量を制限する制御において、青色半導体レーザの温度−光出力特性が赤色半導体レーザと同様に変化することから、赤色レーザ光源装置の温度検出値を用いて青色レーザ光源装置の温度を推定することができ、それにより青色レーザ光源装置の出力を制御することができる。これにより、赤色レーザ光源装置及び青色レーザ光源装置の温度変化に対する光出力の適切な制御が可能となり、青色レーザ光源装置に対する温度センサを省略でき、装置のコンパクト化かつ低コスト化を促進し得る。
前記課題を解決するためになされた第1の発明は、赤色レーザ光を出射する赤色レーザ光源装置と、緑色レーザ光を出射する緑色レーザ光源装置と、青色レーザ光を出射する青色レーザ光源装置とを備える画像表示装置であって、前記レーザ光源装置の各出力を制御する駆動制御回路と、前記赤色半導体レーザを冷却するための冷却風を送る冷却ファンと、前記赤色レーザ光源装置の温度を検出する温度センサと、前記温度センサに前記冷却風が送風されることを防止するための風除け部とを有し、前記駆動制御回路は、前記温度センサによる前記赤色レーザ光源装置の温度検出値を用いて前記青色レーザ光源装置の温度を推定しかつ当該推定値に基づいて前記青色レーザ光源装置の出力を制御する。
これによると、赤色レーザ光源装置に赤色半導体レーザを用いた場合に、赤色半導体レーザは温度が高いほど光出力の低下が大きくなる傾向にあるため、赤色レーザ光源装置に対して温度上昇を抑制するために冷却風をより多く送り、赤色レーザ光源装置の温度管理を確実に行うためには温度センサを赤色レーザ光源装置に取り付けると共に、冷却風の影響を受けないように温度センサを冷却風から守る風除け部を設けることにより、赤色レーザ光源装置の温度を正確に検出できる。そして、安全規格が他の色より厳しい青色レーザ光の光量を制限する制御において、青色半導体レーザの温度−光出力特性が赤色半導体レーザと同様に変化することから、赤色レーザ光源装置の温度検出値を用いて青色レーザ光源装置の温度を推定することができ、それにより青色レーザ光源装置の出力を制御することができる。これにより、赤色半導体レーザ及び青色半導体レーザの温度変化に対する光出力の適切な制御が可能となり、青色レーザ光源装置に対する温度センサを省略でき、装置のコンパクト化かつ低コスト化を促進し得る。
また、第2の発明は、前記第1の発明において、前記温度センサが、前記赤色レーザ光源装置の表面に取り付けられ、前記風除け部は、前記赤色レーザ光源装置の前記表面に取り付けられた風除けカバーである構成とする。
これによると、温度センサの取り付けを容易にするために赤色レーザ光源装置の例えば筐体(ホルダ)の表面に温度センサを取り付けた場合に、同じ表面に風除けカバーを取り付けることにより、温度センサに向かう冷却風を遮る風除けカバーを簡単な形状のものとすることができる。
また、第3の発明は、前記第2の発明において、前記赤色レーザ光源装置と前記駆動制御回路とがフレキシブルケーブルを介して接続され、前記フレキシブルケーブルの前記赤色レーザ光源装置と接続される部分が、前記赤色レーザ光源装置の前記表面と前記風除けカバーとにより挟持されて固定されている構成とする。
これによると、赤色レーザ光源装置と駆動制御回路とを電気的に接続するフレキシブルケーブルの赤色レーザ光源装置に対する固定部分を、赤色レーザ光源装置を保持するホルダと風除けカバーとの間に挟んで、風除けカバーをホルダに固定することにより共に固定することができ、フレキシブルケーブルの固定部材を別途必要とせず、部品コストを低廉化し得る。
また、第4の発明は、前記第2または第3の発明において、前記風除けカバーは、前記温度センサの少なくとも略全周を外囲して前記温度センサを受容するように形成された凹設部を有する構成とする。
これによると、温度センサの全体を風除けカバーで覆うことができ、温度センサに冷却風が到達することにより温度センサ自体が冷却されて正確な温度を検出することができなくなることを防止し得る。なお、冷却風が直接的に温度センサに当たらなければよく、凹設部による壁の一部が冷却風の上流側以外に向いて開口していることは何等問題が無い。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明による画像表示装置1を携帯型情報処理装置2に内蔵した例を示す斜視図である。携帯型情報処理装置2は、CPUやメモリなどが実装された制御基板(図示せず)などが内蔵された本体部3と、液晶パネルを備えた表示部4とを有し、本体部3と表示部4とがヒンジ部5で連結され、本体部3と表示部4とを重ね合わせた折りたたみ状態として携帯性を高めるようにしている。携帯型情報処理装置2の例としては、市販のノート型パソコンが適用可能である。
本体部3の筐体8の上面8aには、キーボード6およびタッチパッド7が設けられている。また、本体部3の筐体8におけるキーボード6の裏面側には、光ディスク装置(ブルーレイディスク、DVDおよびCDなどの光ディスクにおける情報の少なくとも再生、または記録および再生を行うもの)などの周辺機器が取り替え可能に収容される収容スペース、いわゆるドライブベイが形成されており、このドライブベイに画像表示装置1が取り付けられている。
画像表示装置1は、筐体11と、筐体11に対して出し入れ可能に設けられた可動体12と、を有しており、画像表示装置1の不使用時には可動体12が筐体11内に格納される。可動体12は、スクリーン15にレーザ光を投写するための光学部品が収容された光学エンジンユニット(投写ユニット)13と、この光学エンジンユニット13内の光学部品を制御するための基板などが収容された駆動制御回路を備える制御ユニット14とで構成されている。
光学エンジンユニット13は、ヒンジ部12aを介して上下方向に回動可能に制御ユニット14に支持されており、光学エンジンユニット13においてヒンジ部12aと相反する側の端部にはレーザ光が出射される出射窓16が設けられており、光学エンジンユニット13を回動させて、光学エンジンユニット13からのレーザ光の投写角度を調整することで、レーザ光をスクリーン15に適切に投写させて、スクリーン15上に画像17を映し出すことができる。
図2に光学エンジンユニット13の分解組立斜視図を示す。図に示すように、矩形板状の底板101と、底板101の外周部分に対応する枠体102と、底板101及び枠体102の上面を覆う天板103とによりケーシングが構成され、そのケーシング内に、光学エンジン部を構成するユニット本体104と、冷却ファン105とが収容されるようになっている。
図3は、光学エンジンユニット13に内蔵される光学エンジン部21の概略構成図である。この光学エンジン部21は、緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置22と、赤色レーザ光を出力する赤色レーザ光源装置23と、青色レーザ光を出力する青色レーザ光源装置24と、映像信号に応じて各レーザ光源装置22〜24からのレーザ光の変調を行う空間光変調素子25と、各レーザ光源装置22〜24からのレーザ光を反射させて空間光変調素子25に照射させると共に空間光変調素子25から出射された変調レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタ26と、各レーザ光源装置22〜24から出射されるレーザ光を偏光ビームスプリッタ26に導くリレー光学系27と、偏光ビームスプリッタ26を透過した変調レーザ光をスクリーンに投射するべくレンズ群を備える投射光学装置28と、を備えている。これら各部品は、上記ユニット本体104の筐体41に組み付けられている。
この光学エンジン部21は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示するものであり、各レーザ光源装置22〜24から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が視覚の残像効果によってカラー画像として認識される。
リレー光学系27は、各レーザ光源装置22〜24から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ31〜33と、コリメータレンズ31〜33を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第1および第2のダイクロイックミラー34,35と、ダイクロイックミラー34,35により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板36と、拡散板36を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ37と、を備えている。
投射光学装置28からスクリーンに向けてレーザ光が出射される側を前側とすると、筐体41の前壁部43の外面にホルダ46が取り付けられ、そのホルダ46により青色レーザ光源装置24の電気回路部品が保持されている。なお、ホルダ46は、青色レーザ光源装置24のケーシングを兼ねる。その青色レーザ光源装置24から青色レーザ光が筐体41内で後方に向けて出射され、この青色レーザ光の光軸に対して緑色レーザ光の光軸および赤色レーザ光の光軸が互いに直交するように、緑色レーザ光源装置22および赤色レーザ光源装置23が配設されている。
緑色レーザ光源装置22は、筐体41の前側壁43とその前側壁43に直交する側壁44との角部から側方に向けて延出された板状の取付部42に設けられている。また、側壁44の外面における緑色レーザ光源装置22に対して後側となる位置にホルダ45が取り付けられて、そのホルダ45により赤色レーザ光源装置23の電気回路部品が保持されている。なお、ホルダ45は、赤色レーザ光源装置23のケーシングを兼ねる。
このようなレイアウトにより、緑色レーザ光源装置22,赤色レーザ光源装置23から緑色レーザ光および赤色レーザ光がそれぞれ青色レーザ光に直交する向きに出射され、青色レーザ光、赤色レーザ光、および緑色レーザ光が、2つのダイクロイックミラー34,35で同一の光路に導かれるようになっている。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第1のダイクロイックミラー34で同一の光路に導かれ、青色レーザ光および緑色レーザ光と赤色レーザ光が第2のダイクロイックミラー35で同一の光路に導かれる。
第1および第2のダイクロイックミラー34,35は、表面に所定の波長のレーザ光を透過および反射させるための膜が形成されたものであり、第1のダイクロイックミラー34は、青色レーザ光を透過すると共に緑色レーザ光を反射するように、青色レーザ光と緑色レーザ光との交点にて両光路に対して45度傾けられて配設されている。第2のダイクロイックミラー35は、赤色レーザ光を透過すると共に青色レーザ光および緑色レーザ光を反射するように、青色レーザ光と赤色レーザ光との交点にて両光路に対して45度傾けられて配設されている。
なお、各光学部材は、図示省略の位置決め固定部材を介して筐体41に支持されている。筐体41は、各レーザ光源装置22〜24で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。
赤色レーザ光源装置23および青色レーザ光源装置24は、いわゆるCANパッケージで構成され、レーザ光を出力する半導体レーザ49,50が、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。この赤色レーザ光源装置23および青色レーザ光源装置24は、ホルダ45,46に開設された取付孔47,48に圧入するなどしてホルダ45,46に対して固定される。青色レーザ光源装置24および赤色レーザ光源装置23のレーザチップの発熱の一部は、ホルダ45,46を介して筐体41に伝達されて放熱される。なお、各ホルダ45,46は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。
緑色レーザ光源装置22は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ51と、半導体レーザ51から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズであるFAC(Fast-Axis Collimator)レンズ52およびロッドレンズ53と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光(赤外レーザ光)を出力する固体レーザ素子54と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光(緑色レーザ光)を出力する波長変換素子55と、固体レーザ素子54と共に共振器を構成する凹面ミラー56と、励起用レーザ光および基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー57と、各部を支持する基台58と、各部を覆うカバー体59と、を備えている。
この緑色レーザ光源装置22は、その基台58を取付部42に取り付けることにより固定され、緑色レーザ光源装置22と筐体41の側壁44との間に所要の幅(例えば0.5mm以下)の間隙を有するように配設されている。この間隙により、緑色レーザ光源装置22の熱が側壁44を介して赤色レーザ光源装置23に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置23の昇温が抑制されて、温度特性の悪い(高温で光出力が大きく低下する)赤色レーザ光源装置23を低温側で安定的に動作させることができる。また、赤色レーザ光源装置23の所要の光軸調整代(例えば0.3mm程度)を確保するため、緑色レーザ光源装置22と赤色レーザ光源装置23との間に所要の幅(例えば0.3mm以上)の間隙が設けられている。
図4は、画像表示装置1の機能を示すブロック図である。光学エンジンユニット13に設けられた光学エンジン部21には、各色のレーザ光源装置22〜24および光変調素子25の他に、光変調素子25に入射する光量を検出するフォトセンサ61と、赤色レーザ光源装置23の温度を検出する温度センサ62と、が設けられている。
制御ユニット14には、各色のレーザ光源装置22〜24を制御するレーザ光源制御部71と、携帯型情報処理装置2から入力される映像信号に基づいて空間光変調素子25を制御する画像表示制御部72と、携帯型情報処理装置2から供給される電力をレーザ光源制御部71および画像表示制御部72に供給する電源部73と、各部を総括的に制御する主制御部74と、を有している。
主制御部74は、画像表示制御部72から入力される画像表示信号に基づき、各色のレーザ光源装置22〜24の点灯を制御する制御信号としての点灯信号を生成しかつレーザ光源制御部71に出力する。点灯信号としては、赤色、緑色および青色の各レーザ光源装置22〜24をそれぞれ点灯させる赤色、緑色および青色の各信号である。
レーザ光源制御部71は、主制御部74から入力される点灯信号に基づいて、各レーザ光源装置22〜24の半導体レーザに駆動電流(Ig、Ir、及びIb)を順次印加して、各レーザ光源装置22〜24を時分割で点灯させる。このとき、温度センサ62の出力信号が示す温度に応じて定まる上限値を超えないように各駆動電流(Ig、Ir、及びIb)が制御される。これについては後に詳しく説明する。
画像表示制御部72は、携帯型情報処理装置2から入力される映像信号に基づいて空間光変調素子25の動作を制御する制御信号(基準電圧信号および画素電圧信号)を生成して、これらの制御信号を空間光変調素子25に出力する。
空間光変調素子25は、反射型の液晶表示素子、いわゆるLCOS(Liquid Crystal On Silicon)であり、シリコン基板上に形成した液晶層を透過したレーザ光をシリコン基板上の反射層で反射させて出射させる構成のものである。この空間光変調素子25では、画像表示制御部72から入力される制御信号に応じてレーザ光の出力(輝度)が増減し、各レーザ光源装置22〜24から時分割で入力される各色のレーザ光の出力を増減することで、所要の色相を表示させることができる。
制御ユニット14には、操作指示部75が設けられており、操作指示部75には、輝度調整用の操作ボタンが設けられている。なお、この操作指示部75には、電源用の操作ボタンや台形歪み補正用の操作ボタンなども設けられている。
図5に示すように、本実施形態では、赤色、緑色および青色の各レーザ光源装置22〜24の半導体レーザ49〜51に駆動電流を順次印加して各レーザ光源装置22〜24を時分割で点灯させる。特にここでは、1フレームが4つの点灯区間(サブフレーム)に分割され、1フレームにおいて各レーザ光源装置22〜24を赤色、緑色、青色、および緑色の順序で点灯する。
また図6に、各レーザ光源装置22〜24の使用温度Tと光出力Pとの関係を示す。なお、温度T0は本画像表示装置1の設計上の使用可能な範囲の下限値であってよい。図に示されるように、緑色レーザ光源装置22の光出力Pは、低温側から温度T1に至る温度上昇に応じて漸増し、温度T1から高温側では温度上昇に応じて漸減する。それに対して赤色レーザ光源装置23の光出力Pは、低温側で高く、温度上昇に応じて低減し、さらに高温になる程大きく低下する。青色レーザ光源装置24の光出力Pも、低温側で高く、温度上昇に応じて低減し、さらに高温になる程大きく低下するが、その低減率は赤色レーザ光源装置23よりは小さい。
このような特性を有する各レーザ光源装置22〜24における使用上問題無い光出力Pのレベルとしては、緑色レーザ光源装置22では図のGであり、赤色レーザ光源装置23では図のRであり、青色レーザ光源装置24では図のBである。これらの各レベルG,R,B以上の光出力Pとなる温度範囲が各レーザ光源装置22〜24の使用範囲となり、赤色レーザ光源装置23の使用温度Tの上限値は図のT2となり、緑色レーザ光源装置22及び青色レーザ光源装置24の使用温度Tの上限値は図のT3となる。
また図7は、各レーザ光源装置22〜24の半導体レーザに印加される駆動電流の波形を示す図である。図7(a)は、半導体レーザから出力される光量の温度に応じた変化状況を示す図である。図7(b)は、半導体レーザに印加される駆動電流の温度に応じた変化状況を示す図である。
さて、本画像表示装置1では、レーザ製品に関する安全規格であるIEC60825−1のクラス1に適合するように光量を制限し、特に青色レーザ光が原因で安全規格から外れる可能性が高いため、本実施形態では、青色レーザ光の光量を制限する。なお、青色レーザ光の光量を制限する光量調整処理の後に、ホワイトバランス調整が実施され、ここで、必要に応じて赤色および緑色のレーザ光の光量も調整される。
青色レーザ光源装置24は出力調整工程において光量が調整される。この出力調整工程では、フォトセンサ61で青色レーザ光の光量を検出し、出力される光量が安全規格に規定された光量を超えない範囲で最大なる駆動電流を基準電流値I0(図7(b))として設定する。なお、緑色および赤色のレーザ光源装置22,23についても同様の出力調整を行うことができる。
青色レーザ光源装置24の半導体レーザ50は、図7(a)に示すように、駆動電流が同じでも温度の低下に応じて出力される光量が大きくなる特性を有している。このため、出力調整工程での温度(例えば25度、以下では調整温度と呼称する)より使用状態での半導体レーザ50の温度が低くなると、出力される光量が安全規格から外れる可能性がある。
そこで、図7(b)に示すように、温度が調整温度より低い場合、青色レーザ光源装置24の半導体レーザ50に印加する駆動電流を、基準電流値I0、すなわち調整温度において出力される光量が安全規格を満足する最大の電流値より低く制限する必要がある。さらに、半導体レーザ50の温度が低下するのに応じて、基準電流値I0との差が次第に大きくなるように駆動電流を制限するとよい。これにより、青色レーザ光源装置24の半導体レーザ50の温度が低下しても、出力される光量が安全規格から外れることを避けることができる。なお、調整温度を超える温度では、温度の上昇に応じて出力される光量が小さくなるため、半導体レーザ50に印加される駆動電流は基準電流値I0のままとする。
また、青色レーザ光源装置24の半導体レーザ50には、個体差による光量のばらつきがあり、この光量のばらつきは、半導体レーザ50の温度が低下するのにしたがって大きくなる。そこで、本実施形態では、図7(a)に示すように、半導体レーザ50の温度が低下するのに応じて、出力される光量と安全規格を満足する目標光量との差が次第に大きくなるように駆動電流が制限される。これにより、個体差による光量のばらつきが原因で光量が安全規格から外れることを確実に避けることができる。
本発明では、この青色レーザ光源装置24の駆動電流に対する制御を行うための基準温度を赤色レーザ光源装置23の温度により行うものであり、図4に示されるように赤色レーザ光源装置23に温度センサ62を取り付けている。
上記図6を参照して説明したように、赤色レーザ光源装置23と青色レーザ光源装置24との温度に対する各光出力の変化は同様の傾向を示すことから、赤色レーザ光源装置23の検出温度tを用いて青色レーザ光源装置24の光出力Pbを求めることができる(Pb=f(t))。例えば、検出温度tの2次関数としたり、マップにしたりして求めることができる。
本実施形態のように小型かつ高輝度の画像表示装置1では、レイアウトの制約があり、複数の温度センサを取り付けることが困難である。それに対して、上記したように温度センサ62を赤色レーザ光源装置23に取り付けるだけで青色レーザ光源装置24の温度も制御でき、青色レーザ光源装置24に温度センサを取り付ける必要が無く、コンパクト化が確保される。
上記したように、赤色レーザ光源装置23には高温になるほど光出力の低下率が大きくなるという問題があるため、図6に示されるように定格光出力を確保するための温度上限値T2は青色レーザ光源装置24の定格光出力を確保するための温度上限値T3より低い。したがって、高温側での制限がより厳しい赤色レーザ光源装置23の温度を検出し、その検出温度に基づいて青色レーザ光源装置24を制御する場合に青色レーザ光源装置24の温度が上限値T3を超えてしまうことが無いとすることができ、赤色レーザ光源装置23に温度センサ62を設けるのみで青色レーザ光源装置24の制御も可能となり、温度センサの取付数を最小にすることができる。
また、赤色レーザ光源装置23に対しては、上記した温度−光出力特性から、温度上限値T2以下で制御するために冷却性を高めるようにしている。図示例では、図3及び図10に示されるように緑色レーザ光源装置22と赤色レーザ光源装置23とにより二方を囲まれた空間に冷却ファン105が配置されている。これにより、筐体41の左側の側壁部44からの突出量に差がある緑色レーザ光源装置22と赤色レーザ光源装置23とにより生じる空間を利用して冷却ファンを取り付けることができる。
なお、緑色レーザ光源装置22の制御に用いる温度も温度センサ62の検出値を用いて行うものとする。緑色レーザ光源装置22の温度に対する光出力の変化は、上記したように赤色レーザ光源装置23のように大きく変化せず、また低温側で光出力が増大する特性でもないため、赤色レーザ光源装置23に取り付けた温度センサ62の検出値をそのまま、または係数をかける等する単純な式で求めた値を温度制御基準値としてよい。
一方、各レーザ光源装置22〜24は高温側で光出力が低減する傾向にあるため、定格出力を確保するべく温度上昇を抑制する必要があり、その冷却用として上記した冷却ファン105を設けている。画像表示装置1の小型化としては内蔵部品点数をできるだけ少なくすることが要求されることから、冷却ファン105も1つだけ設け、その冷却風の流れを各レーザ光源装置22〜24に向かわせるようにしている。
図8において、冷却ファン105のケーシングは平面視で矩形状に形成されている。冷却ファン105は、図の裏面側(底板101側)から吸い込み、冷却ファン105の側面から吐出する形式のファンであってよい。
赤色レーザ光源装置23には図8の矢印W1に示されるように送風され、緑色レーザ光源装置22には図の矢印W2に示されるように送風される。なお、緑色レーザ光源装置22を通過した冷却風W2は、青色レーザ光源装置24の方に向きを変えて図の矢印W3に示されるように流れていくようになっている。
このように冷却ファン105を配設することにより、高温側で光出力が大きく低下することから、高温化を優先的に防止する必要がある赤色レーザ光源装置23に対して直近から冷却風を吹きつけることができ、赤色レーザ光源装置23に対する冷却効果を大とすることができる。
また、図8は天板103を外した状態であり、本図示例では、緑色レーザ光源装置22を支持する取付部42は枠体102の対向する壁部102aと平行に延在している。緑色レーザ光源装置22は、取付部42の壁部102aとは相反する側に配設されている。天板103が組み付けられることにより、枠体102により囲まれかつ底板101と天板103との間に挟まれた空間が形成されることから、枠体102とユニット本体104との間に生じる空隙により流路を形成することができる。これにより、緑色レーザ光源装置22に送風された冷却風の流れW2は、緑色レーザ光源装置22の後方(図8の左方)部分から側方(図8の前方)部分を通過して、図の破線の矢印W3に示されるように流れ得る。
なお、壁部102aは、青色レーザ光源装置24を図8の右側に超えた先の投射光学装置28の手前のところまで連続して形成されている。その壁部102aの終わりにより、投射光学装置28の投射する光路を通すための開口102bが形成される。また、図2に示されるように壁部102aには複数の開口を並べた排気口102cが設けられていると共に、底板101にも、壁部102aと重なるように切り起こした切り起こし片に排気口102cと連通する複数の開口を並べた排気口101aが設けられている。上記した冷却風W3が流れる流路上に青色レーザ光源装置24が設けられており、冷却風W3は青色レーザ光源装置24を冷却した後に、両排気口101a・102cから図2・8のW4に示されるように外方に排出される。
図9は、青色レーザ光源装置24の半導体レーザ50の電流制御の手順を示すフロー図である。ここでは、温度センサ62の出力信号が示す温度に応じて定まる上限値(最大電流値I2)を超えないように、青色レーザ光源装置24の半導体レーザ50に印加される駆動電流が制御される。
具体的には、まず、目標光量に対応した制御電流値I1を算出する(ST101)。なお、目標光量は、操作指示部75(図3参照)に設けられた輝度調整用の操作ボタンの操作により指定された輝度などに応じて設定される。ついで、温度センサ62の出力信号に基づいて上記したように関数などを用いて温度を推定して(ST102)、その温度に対応した最大電流値I2を算出する(ST103)。
そして、制御電流値I1と最大電流値I2を比較し(ST104)、制御電流値I1が最大電流値I2以下であれば、制御電流値I1で半導体レーザ50を駆動し(ST105)、制御電流値I1が最大電流値I2より大であれば、最大電流値I2で半導体レーザ50を駆動する(ST106)。
ここで、制御電流値I1は、半導体レーザ50の閾値電流Ith、目標光量L0、半導体レーザ50の発光効率を表す定数Eから、次式により求められる。
I1=L0/E+Ith
I1=L0/E+Ith
図10は、最大電流値I2を求めるための温度係数テーブルを示す図である。この温度係数テーブルでは、所定の温度領域ごとに温度係数Kが定められており、次式のように、測定した温度に対応する温度係数Kを、基準電流値I0、すなわち調整温度において出力される光量が安全規格を満足する最大の電流値に乗じることで最大電流値I2が求められる。温度係数テーブルでは、温度が低くなるのに応じて温度係数が小さくなっており、温度が低くなるのに応じて最大電流値I2が小さくなる。
I2=I0×K
I2=I0×K
なお、最大電流値I2を、温度をパラメータとした数式で算出するようにしてもよい。また、直接、最大電流値I2を温度に応じて定めたテーブルを用いることも可能である。
このようにして青色レーザ光源装置24を制御することができる。また、青色レーザ光源装置24は、冷却風の流れからみると赤色レーザ光源装置23よりも冷却ファン104から遠い所に位置するが、上記したように高温側での光出力の低下が少ないため、冷却不足を回避可能である。
一方、温度−光出力の関係から温度上昇を抑制する必要がある赤色レーザ光源装置23に対しては、上記したように冷却ファン104を近接配置してその冷却風を吹き付けるようにして風量を多くしている。しかしながら、冷却風が温度センサ62にも吹き付けられると、温度センサ62自体が冷却されてしまい、赤色レーザ光源装置23と、それが格納されるホルダ45上にある温度センサ62との間の温度勾配は大きくなる。その結果、温度センサ62は、赤色レーザ光源装置23の正確な温度を検出することができなくなってしまう。
図11に示されるように、風除け部としての風除けカバー81は、赤色レーザ光源装置23のホルダ45の表面45a(冷却風W1の流れに対向する面)に取り付けられている。風除けカバー81は、図12に示されるように、例えば2本のねじ82を用いてホルダ45に一体的に取り付けられる。なお、本実施形態では風除けカバー81をホルダ45に取り付けるように別体としたが、ホルダ45に一体成形で形成するようにしてもよい。その場合には、型抜きによる開口が生じるが、その開口方向を冷却風W1の流れてくる方向に直交する方向にすることで対応し得る。
また、ホルダ45の表面45aから図示例では3本のピン端子23aが突出して設けられており、それらピン端子23aにはフレキシブルケーブル83の一端部83aが半田付けされている。そのフレキシブルケーブル83の一端部83aの表面に温度センサ62が取り付けられている。温度センサ62は例えばサーミスタであってよい。
これにより、温度センサ62と赤色レーザ光源装置23のホルダ45との間がフレキシブルケーブル83の介在により絶縁されると共に、ピン端子23aとの半田付けにより温度センサ62のホルダ45の表面45aへの密着性が高まる。また、フレキシブルケーブル83の一端部83aにおけるピン端子23aとの半田付け部分及び温度センサ62の実装部分の各裏面には補強部材により補強されている。なお、フレキシブルケーブル83の他端部は制御ユニット14に接続される。フレキシブルケーブル83には、温度センサ62の両端にある電極および赤色レーザ光源装置23の3本のピン端子23aのそれぞれに接続される配線が形成されている。こうして、温度センサ62および赤色レーザ光源装置23は、制御ユニット14に接続される。
これにより、温度センサ62と赤色レーザ光源装置23のホルダ45との間がフレキシブルケーブル83の介在により絶縁されると共に、ピン端子23aとの半田付けにより温度センサ62のホルダ45の表面45aへの密着性が高まる。また、フレキシブルケーブル83の一端部83aにおけるピン端子23aとの半田付け部分及び温度センサ62の実装部分の各裏面には補強部材により補強されている。なお、フレキシブルケーブル83の他端部は制御ユニット14に接続される。フレキシブルケーブル83には、温度センサ62の両端にある電極および赤色レーザ光源装置23の3本のピン端子23aのそれぞれに接続される配線が形成されている。こうして、温度センサ62および赤色レーザ光源装置23は、制御ユニット14に接続される。
風除けカバー81を赤色レーザ光源装置23のホルダ45に取り付けることにより、フレキシブルケーブル83の一端部83aが、ホルダ45の表面45aと風除けカバー81との間に挟持されかつ固定される。図13(a)に併せて示されるように、風除けカバー81には、3本のピン端子23aを挿通状態に外囲する開口部81aと、温度センサ62を受容する凹設部81bとが形成されている。凹設部81bは、図13(b)に示されるように、風除けカバー81の裏側(温度センサ62側)から見て底部を有する孔状に形成されている。
ホルダ45には、筐体41に対してねじ84を用いてねじ止めする部分として、矩形状表面45aの対角位置の2つの角部を落とし込んで棚状にした一対の凹部45bが形成されている。また、図13(c)に示されるように、風除けカバー81の各凹部45bに対応する位置にそれぞれ凹部81dが形成されている。ねじ84を通すためにホルダ45に設けられた穴は、ねじ84の直径よりも大きく形成されており、これにより赤色レーザ光源装置23の光軸を2次元的に調整することができる。これに対して、ねじ82は、風除けカバー81をホルダ45に固定するためのもので、ねじ84とは逆の対角位置に配置されている。
なお、図示例のものでは、図13(a),(c)に示されるように、凹設部81bの孔形状における内周壁の一部が切除されて、凹設部81bと凹部81dとが連通しているが、これは、コンパクト化のために凹設部81bと凹部81dとの間の肉厚確保が困難になったためである。凹設部81bとしては、このように外部と一部連通する部分があっても温度センサ62の略全周を外囲する形状であればよく、もちろん、全周が閉じられた有底孔形状を排除するものではない。但し、このように設計上の問題により外部と一部連通する部分を設ける必要がある場合は、その連通部の開口方向が冷却風の流れW1(図8参照)に対して直交する成分を多く有することが望ましい。もしくは、連通部は、それと対向する冷却ファン105(図8参照)の回転法線方向と同じ向きに、その開口方向を向けることが望ましい。これにより、冷却ファン105より吹き出される冷却風を温度センサ62が直接受けにくくなるので、温度センサ62は赤色レーザ光源装置23の温度をより正確に検出することができる。
このように風除けカバー81が形成されかつ取り付けられていることにより、赤色レーザ光源装置23に向かう冷却風W1の流れは図13(b)に示されるように風除けカバー81により遮られ、温度センサ62に冷却風W1が直接的に吹き付けられない。また、凹設部81bが温度センサ62に対して十分広く確保されていることにより、風除けカバー81のフレキシブルケーブル83の一端部83aとの接触部分は小さく、風除けカバー81が冷却されることにより一端部83aも冷却されて、温度センサ62による温度検出に悪影響を及ぼしてしまうことがない。これにより、温度センサ62は冷却風W1により強制的に冷却されることがなく、赤色レーザ光源装置23の温度を正確に検出することができる。
上記したように温度センサ62に向かう冷却風W1は風除けカバー81により遮られるが、その一部は凹部81dに流れ込み、さらに凹部45bを介して赤色レーザ光源装置23の側面を流れていく。赤色レーザ光源装置23の発熱がホルダ45に伝わり、ホルダ45に接触している部分から風除けカバー81に伝熱されるが、冷却風W1により風除けカバー81が冷却されるため、赤色レーザ光源装置23に対する冷却性を確保し得る。なお、温度センサ62を覆う凹設部81b内の空気が冷却風W1と接して冷却される虞があるが、一部であり、温度センサ62を冷却してしまう程ではない。
一方、上記したように緑色レーザ光源装置24を支持する取付部42には、図14,15に示されるように、ヒートシンク85がねじ86により取り付けられている。ヒートシンク85は、板状の取付部42の外面(図8の前側の壁面)に沿って、緑色レーザ光源装置22の後方(図8の左方)側から青色レーザ光源装置24に隣接する位置に至る範囲に設けられている。また、ヒートシンク85は、取付部42すなわち緑色レーザ光源装置22と同じ長さの軸線方向長で延在するように設けられた矩形筒状の筒状部85aと、筒状部85aの緑色レーザ光源装置22から遠い方の外側壁部87aと底板101に沿う部分とによるL字状部分が筒状部85aから緑色レーザ光源装置22の後方に延長されて形成されたL字状部85bとを有する。
このようにして、ヒートシンク85が設けられていることにより、緑色レーザ光源装置22で発生する熱は取付部42を介してヒートシンク85に伝達されるため、ヒートシンク85による放熱効果により、緑色レーザ光源装置22の温度上昇を抑制し得る。上記したように、緑色レーザ光源装置22は、赤外光より波長変換して緑色光を生成しているため、他のレーザ光源装置23,24よりも発熱量が大である。それに対して、ヒートシンク85を設けていることから、大きな放熱効果を奏し得る。
さらに、冷却風W2は、図8に示されるように、緑色レーザ光源装置22の後方(図の左方)を横切るように流れてヒートシンク85のL字状部85bに至り、そのL字状部85bにおいて筒状部85aの外側壁部87aから延長された壁部としての立壁部87bにより流れの方向を筒状部85a側に変えられて、筒状部85aを通る冷却風W3となる。これにより、冷却風W2により緑色レーザ光源装置22を冷却すると共に、ヒートシンク85が冷却風W3により冷却されてヒートシンク85の放熱作用が促進されるため、より一層好適に緑色レーザ光源装置22の温度上昇を抑制し得る。
なお、冷却風W3は、筒状部85aにより画定された矩形断面形状の空間を有しかつ緑色レーザ光源装置22の長手方向に沿って延在する流路88の中を通過し、青色レーザ光源装置24の後端部(図の前側)を横切るように流れて、両排気口101a・102cから図2・8のW4に示されるように外方に排出される。この流れにより、青色レーザ光源装置24が冷却される。
ところで、冷却風は図8の矢印W2からW3に向きを変えるところではカーブを描くように曲がって流れる。その部分では、緑色レーザ光源装置22の後端部の近傍を通る流れはカーブの内周側を流れ、緑色レーザ光源装置22から遠い所を通る流れはカーブの外周側を流れる。そのため、ヒートシンク85の筒状部85aでは、図16に示されるように、相対的に低温の冷却風W3cが緑色レーザ光源装置22から遠い側を流れ、相対的に高温の冷却風W3hが緑色レーザ光源装置22に近い側を流れ易くなる。
図示例のように矩形状の筒状部85aを形成しておくことにより、緑色レーザ光源装置22から遠い方の外側壁部87aに低温の冷却風W3cが接することになり、冷却風W3によるヒートシンク85の冷却をより大きくすることができる。さらに、図示例ではL字状部85aにおける立壁部87bが筒状部85aの外側壁部87aと連続して形成されており、冷却風W2が先ず接する部分としてL字状部85bの立壁部87が設けられていることになり、低温の冷却風W3cに対する伝熱面積を広く確保している。
なお、筒状部85aから延出された部分の形状は本図示例のL字状に限られるものではない。例えば図14の二点鎖線で示されているように天井部材88を組み付けたりまたは一体のコ字状に形成したり、さらに、ヒートシンク85への風の流れをガイドするように弧状曲面を有するガイド部材89をL字状部85bの端部に組み付けるようにしてもよい。これらにより、冷却風W2の流れを、より一層高効率に冷却風W3の流れへとすることができる。
本発明にかかる画像表示装置は、赤色レーザ光源装置に対して冷却風による冷却を行う場合の赤色レーザ光源装置に取り付けた温度センサに冷却風が直接的に当たらないようにしてその検出精度の低下を防止することができ、小型化が求められる画像表示装置において有用である。
1 画像表示装置
2 携帯型情報処理装置
22 緑色レーザ光源装置
23 赤色レーザ光源装置
24 青色レーザ光源装置
45 ホルダ
45a 表面
62 温度センサ
81 風除けカバー
81b 凹設部
83 フレキシブルケーブル
83a 一端部
2 携帯型情報処理装置
22 緑色レーザ光源装置
23 赤色レーザ光源装置
24 青色レーザ光源装置
45 ホルダ
45a 表面
62 温度センサ
81 風除けカバー
81b 凹設部
83 フレキシブルケーブル
83a 一端部
Claims (4)
- 赤色レーザ光を出射する赤色レーザ光源装置と、緑色レーザ光を出射する緑色レーザ光源装置と、青色レーザ光を出射する青色レーザ光源装置とを備える画像表示装置であって、
前記半導体レーザの各出力を制御する駆動制御回路と、前記赤色レーザ光源装置を冷却するための冷却風を送る冷却ファンと、前記赤色レーザ光源装置の温度を検出する温度センサと、前記温度センサに前記冷却風が送風されることを防止するための風除け部とを有し、
前記駆動制御回路は、前記温度センサによる前記赤色レーザ光源装置の温度検出値を用いて前記青色レーザ光源装置の温度を推定しかつ当該推定値に基づいて前記青色レーザ光源装置の出力を制御することを特徴とする画像表示装置。 - 前記温度センサが、前記赤色レーザ光源装置の表面に取り付けられ、
前記風除け部は、前記赤色レーザ光源装置の前記表面に取り付けられた風除けカバーであることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記赤色レーザ光源装置と前記駆動制御回路とがフレキシブルケーブルを介して接続され、
前記フレキシブルケーブルの前記赤色レーザ光源装置と接続される部分が、前記赤色レーザ光源装置の前記表面と前記風除けカバーとにより挟持されて固定されていることを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。 - 前記風除けカバーは、前記温度センサの少なくとも略全周を外囲して前記温度センサを受容するように形成された凹設部を有することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の画像表示装置。
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