JP2016128871A - Light source device and projection type display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置および投写型表示装置に関する。 The present invention relates to a light source device and a projection display device.
近年、液晶ディスプレイ(LCD)やデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を表示素子として使用する投写型表示装置(プロジェクタ)において、半導体レーザや発光ダイオード(LED)などの固体光源を用いた光源装置が用いられている。
固体光源は、使用環境や経年変化などによって光量が変化するため、固体光源を用いた光源装置では、輝度の安定や白色度の安定を目的として、光センサを用いたフィードバック制御が行われている。すなわち、光センサを用いて、固体光源(光源装置)から出射される光量を測定し、その測定結果に基づいて、出射光量が所定値となるように光源装置の出力が制御されている。
このようなフィードバック制御では、多くの場合、光源装置からの光量を測定するために、光源装置から出射される光のうち、プロジェクタの画像表示用としては利用されない不要な光(いわゆる不要光)を光センサによって検出する方法が用いられている。例えば、特許文献1には、表示素子の入射側に配置されたダイクロイックミラーを反射または透過した不要光を検出する方法が記載されている。また、特許文献2には、DMDのマイクロミラーがOFF状態のときに反射した不要光を検出する方法が記載されている。
In recent years, in a projection display device (projector) using a liquid crystal display (LCD) or a digital micromirror device (DMD) as a display element, a light source device using a solid light source such as a semiconductor laser or a light emitting diode (LED) is used. ing.
Since the amount of light of a solid light source changes depending on the usage environment, aging, etc., in a light source device using a solid light source, feedback control using an optical sensor is performed for the purpose of stabilizing brightness and whiteness. . That is, the amount of light emitted from the solid light source (light source device) is measured using an optical sensor, and the output of the light source device is controlled based on the measurement result so that the amount of emitted light becomes a predetermined value.
In such feedback control, in many cases, in order to measure the amount of light from the light source device, unnecessary light (so-called unnecessary light) that is not used for image display of the projector among light emitted from the light source device is used. A method of detecting by an optical sensor is used. For example, Patent Document 1 describes a method of detecting unnecessary light reflected or transmitted by a dichroic mirror disposed on the incident side of a display element.
上述の検出方法では、光センサをプロジェクタ内の不要光を受光可能な位置に配置する必要があるため、光センサの配置の自由度が低くなり、部品構成が複雑になってしまう。また、特許文献2に記載の検出方法では、出力制御のための処理が複雑になり、また光検出感度の点で安定した出力制御を行うことが困難である。
そこで、本発明は、簡単な構成で安定した出力制御が可能な光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供することも目的とする。
In the above-described detection method, the optical sensor needs to be arranged at a position where unnecessary light in the projector can be received, so that the degree of freedom of arrangement of the optical sensor becomes low and the component configuration becomes complicated. Further, in the detection method described in
Therefore, an object of the present invention is to provide a light source device capable of stable output control with a simple configuration. Another object of the present invention is to provide a projection display device using the light source device.
上述した目的を達成するために、本発明の光源装置は、固体光源を有し、固体光源から出射される光を外部に出射する光出力部と、光出力部から出射される光の一部が入射する入射端を有する第1の光ファイバと、第1の光ファイバの出射端に光学的に結合され、第1の光ファイバに入射した一部の光を検出する光検出素子と、光検出素子の検出結果に基づいて、固体光源の出力を制御する制御部と、を有している。
また、本発明の投写型表示装置は、上記に記載の光源装置と、画像信号に応じて光源装置から出射された光を変調する表示素子と、表示素子から出射された光を投写する投写光学部と、を有している。
In order to achieve the above-described object, a light source device of the present invention has a solid light source, a light output unit that emits light emitted from the solid light source to the outside, and a part of the light emitted from the light output unit A first optical fiber having an incident end on which light is incident, a light detecting element optically coupled to an output end of the first optical fiber, and detecting a part of the light incident on the first optical fiber; And a control unit that controls the output of the solid-state light source based on the detection result of the detection element.
According to another aspect of the invention, there is provided a projection display apparatus, the light source apparatus described above, a display element that modulates light emitted from the light source apparatus in accordance with an image signal, and projection optics that projects the light emitted from the display element. Part.
以上、本発明によれば、簡単な構成で安定した出力制御が可能な光源装置と、それを備えた投写型表示装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a light source device capable of stable output control with a simple configuration and a projection display device including the same.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態による光源装置の概略構成図である。以下では、本実施形態の光源装置について、固体光源として半導体レーザを用いた場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、発光ダイオード(LED)などの他の固体光源を用いることもできる。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light source device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the light source device of the present embodiment will be described by taking a case where a semiconductor laser is used as a solid light source as an example. However, the present invention is not limited to this, and other solid light sources such as a light emitting diode (LED) are used. It can also be used.
本実施形態の光源装置1は、光出力部10と、光検出部20と、制御部30とを有している。
光出力部10は、複数の半導体レーザを有する半導体レーザ部11と、半導体レーザ部11を駆動する駆動回路12と、光照射用の複数の光ファイバ13と、半導体レーザ部11を冷却する冷却部14とを有している。
複数の光照射用光ファイバ(第2の光ファイバ)13は、半導体レーザ部11の複数の半導体レーザにそれぞれ光学的に結合されている。したがって、複数の光照射用光ファイバ13は、各半導体レーザからのレーザ光が一方の端部(入射端)から入射し、内部を伝搬して他方の端部(出射端)から外部に出射するようになっている。複数の光照射用光ファイバ13は、少なくとも出射端の側で、互いに束ねられて光ファイババンドル15を構成している。冷却部14は、ヒートシンクやファンなどの放熱手段を有し、半導体レーザ部11の熱を放出して半導体レーザ部11の温度を一定に保つ機能を有している。
The light source device 1 according to the present embodiment includes a
The
The plurality of light irradiation optical fibers (second optical fibers) 13 are optically coupled to the plurality of semiconductor lasers of the semiconductor laser unit 11, respectively. Therefore, in the plurality of
光検出部20は、光検出用の光ファイバ21と、この光ファイバ21に光学的に結合された光センサ22とを有している。
光検出用光ファイバ(第1の光ファイバ)21は、光照射用光ファイバ13の出射端から外部に出射される光のうち、外部に配置された光学部品(例えばレンズやミラーなど)で反射または散乱される光を受光して、光センサ22に伝送する機能を有している。したがって、光検出用光ファイバ21は、光センサ22に光学的に結合されていない端部(入射端)が、複数の光照射用光ファイバ13の出射端から出射されるレーザ光の一部が入射する位置に配置されている。より具体的には、光検出用光ファイバ21は、光ファイババンドル15において、複数の光照射用光ファイバ13と共に束ねられており、光検出用光ファイバ21の入射端が、複数の光照射用光ファイバ13の出射端に隣接して配置されている。光センサ(光検出素子)22は、光検出用光ファイバ21に入射した光を検出する機能、具体的には、光検出用光ファイバ21を介して受光した光を電気信号に変換して制御部30に出力する機能を有している。また、光センサ22は、光出力部10の冷却部14に熱的に接続されている。
The
The light detection optical fiber (first optical fiber) 21 is reflected by an optical component (for example, a lens or a mirror) arranged outside of the light emitted from the emission end of the light irradiation
制御部30は、光センサ22の検出結果に基づいて、駆動回路12を制御する制御信号を出力して、半導体レーザ部11の出力を調整するようになっている。具体的には、制御部30は、光センサ22の出力から半導体レーザ部11のレーザ光の光量を算出し、その算出値が所定値となるように、半導体レーザ部11の出力を制御するようになっている。
The
ここで、図2を参照して、光ファイババンドルにおける、複数の光照射用光ファイバおよび光検出用光ファイバの配置構成について説明する。図2は、本実施形態の光ファイババンドルを光の出射方向から見た概略正面図である。
図2に示すように、複数の光照射用光ファイバ13は、光の出射方向(光軸方向)から見て、光検出用光ファイバ21の周囲を取り囲むように配置されている。具体的には、複数の光照射用光ファイバ13は、光検出用光ファイバ21を中心として放射状に配置されている。より具体的には、複数の光照射用光ファイバ13は、光検出用光ファイバ21を中心として回転対称に配置されている。このように、光検出用光ファイバ21が光ファイババンドル15の中心付近に配置されていることで、周縁付近に配置されている場合に比べて、半導体レーザからのレーザ光の光量の変化を精度良く検出することができ、その結果、光検出の精度を向上させることができる。
Here, with reference to FIG. 2, the arrangement | positioning structure of the some optical fiber for light irradiation and the optical fiber for light detection in an optical fiber bundle is demonstrated. FIG. 2 is a schematic front view of the optical fiber bundle of the present embodiment as viewed from the light emitting direction.
As shown in FIG. 2, the plurality of light irradiation
ここで、再び図1を参照して、本実施形態の光源装置の動作について説明する。
制御部30から出力された制御信号に基づいて、駆動回路12が半導体レーザ部11を駆動し、半導体レーザ部11からレーザ光が出射される。半導体レーザ部11から出射されたレーザ光は、光照射用光ファイバ13の入射端に入射して内部を伝搬し、出射端から出射される。このとき、光照射用光ファイバ13からの出射されるレーザ光の一部は、光源装置1の出射側に配置された光学部品(例えばレンズやミラーなど)で反射または散乱され、その反射または散乱された光は、光検出用光ファイバ21の入射端に入射する。光検出用光ファイバ21に入射した光は、光検出用光ファイバ21の内部を伝搬し、光センサ22で受光される。光センサ22は、受光した光の光量に応じた電気信号を出力して制御部30に送信する。光センサ22からの電気信号を受信した制御部30は、その電気信号に基づいて、半導体レーザ部11からのレーザ光の光量を算出する。そして、制御部30は、その算出値に基づいて、半導体レーザ部11に所望の光量のレーザ光を出射させるための制御信号を生成して、駆動回路12に出力する。制御部30から出力された制御信号によって駆動回路12が制御され、半導体レーザ部11の出力が調整されて、半導体レーザ部11から所定の光量のレーザ光が出射される。
Here, with reference to FIG. 1 again, the operation of the light source device of the present embodiment will be described.
Based on the control signal output from the
以上のように、本実施形態では、光源装置から出射される光の一部を光センサで受光するために、光センサに光学的に結合された光ファイバが用いられている。このため、光センサの配置の自由度を高くすることができ、例えば、本実施形態の光源装置をプロジェクタの光源装置に適用した場合に、光センサを光源装置の出射側のプロジェクタの内部に配置する必要もなくなる。その結果、本実施形態では、プロジェクタの小型化を実現することができる。また、出力制御のための複雑な処理も必要ないため、安定した出力制御を実現することもできる。
ところで、光センサは、温度により特性が変化するため、安定した光検出を行うためには、光センサの温度管理を行ったり、センサ出力の温度補正を行ったりする必要があるが、このことが、部品数の増加や制御処理の複雑さにつながる場合もある。しかしながら、本実施形態では、上述したように、光センサの配置の自由度が高くなることで、光センサを光出力部(半導体レーザ部)の冷却部に熱的に接続するように配置することも可能になる。すなわち、半導体レーザ部を冷却する冷却部を、光センサの温度を調節するための手段として兼用することができる。したがって、光センサのための温度調節手段を別個に設ける必要がなく、光センサの安定した温度管理が可能になるため、さらなる小型化とコストダウンも実現することができる。
なお、上述した実施形態では、光源装置の各光ファイバは、円形の断面を有しているが、これに限定されるものではなく、楕円形や矩形など、他の幾何形状の断面を有していてもよい。
As described above, in the present embodiment, an optical fiber optically coupled to the optical sensor is used to receive a part of the light emitted from the light source device by the optical sensor. For this reason, the degree of freedom of the arrangement of the optical sensor can be increased. For example, when the light source device of the present embodiment is applied to the light source device of the projector, the optical sensor is arranged inside the projector on the emission side of the light source device. There is no need to do this. As a result, in this embodiment, it is possible to reduce the size of the projector. In addition, since complicated processing for output control is not required, stable output control can be realized.
By the way, the characteristics of the optical sensor change depending on the temperature. Therefore, in order to perform stable light detection, it is necessary to manage the temperature of the optical sensor or to correct the temperature of the sensor output. In some cases, this may lead to an increase in the number of parts and complexity of the control process. However, in the present embodiment, as described above, the optical sensor is arranged so as to be thermally connected to the cooling unit of the optical output unit (semiconductor laser unit) by increasing the degree of freedom of arrangement of the optical sensor. Is also possible. That is, the cooling unit that cools the semiconductor laser unit can also be used as a means for adjusting the temperature of the optical sensor. Therefore, it is not necessary to separately provide a temperature adjusting means for the optical sensor, and stable temperature management of the optical sensor is possible, so that further downsizing and cost reduction can be realized.
In the above-described embodiment, each optical fiber of the light source device has a circular cross section, but is not limited to this, and has a cross section of another geometric shape such as an ellipse or a rectangle. It may be.
次に、本実施形態の光源装置を備えた投写型表示装置(プロジェクタ)について説明する。図3は、本実施形態の光源装置を備えたプロジェクタの一構成例を示す概略図である。 Next, a projection display device (projector) including the light source device of the present embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a projector including the light source device of the present embodiment.
プロジェクタ40は、本実施形態の光源装置1R,1G,1Bと、ダイクロイックプリズム3,4と、画像形成部5と、投写光学部6とを有している。
光源装置1R,1G,1Bは、それぞれ赤色光R、緑色光G、および青色光Bを出射するように構成されている。すなわち、光源装置1Rは、複数の赤色半導体レーザを有し、赤色光Rを出射するように構成され、光源装置1Gは、複数の緑色半導体レーザを有し、緑色光Gを出射するように構成され、光源装置1Bは、複数の青色半導体レーザを有し、青色光Bを出射するように構成されている。
ダイクロイックプリズム3,4は、光源装置1R,1G,1Bからそれぞれ出射された3つの色光(赤色光、緑色光、青色光)を合成して白色光として出力する機能を有している。すなわち、ダイクロイックプリズム3は、青色光Bと緑色光Gとを合成して青緑色光Cとして出力する機能を有し、ダイクロイックプリズム4は、青緑色光Cと赤色光Rとを合成して白色光として出力する機能を有している。具体的には、ダイクロイックプリズム3は、青色光Bを透過させ、緑色光Gを反射させるように構成され、ダイクロイックプリズム4は、青緑色光Cを透過させ、赤色光Rを反射させるように構成されている。なお、ダイクロイックプリズム3,4から出射される光は、必ずしも合成された白色光である必要はなく、例えば、時分割制御によって、赤色光R、緑色光G、および青色光Bが時分割で出射されるようになっていてもよい。
The
The
The
画像形成部5は、表示素子や、ダイクロイックプリズム4から出射された光を表示素子に照射する照明光学部などを備えている。表示素子は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)やデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)から構成され、入射した光を画像信号に応じて変調する機能を有している。照明光学部は、ダイクロイックプリズム4から出射される光(白色光)を、赤色光、緑色光、および青色光に再度分離するようになっていてもよく、その場合、分離された赤色光、緑色光、および青色光にそれぞれ対応した表示素子が設けられている。一方で、上述したように、ダイクロイックプリズム4が、赤色光、緑色光、および青色光を時分割で出射するようになっている場合には、入射する光を再度分離する必要はなく、例えば1つの表示素子を用いて各色光を変調することができる。
投写光学部6は、投写レンズを備え、画像形成部5から出射された光をスクリーンなどに投写し、画像として表示する機能を有している。なお、画像形成部5によって白色光が赤色光、緑色光、および青色光に分離される場合には、画像形成部5の表示素子によって各色光が変調された後で、投写光学部6が、それらを合成するようになっていてもよい。
The
The projection
光源装置1Rとダイクロイックプリズム4との間には、光源装置1Rの光照射用光ファイバから出射されるレーザ光(赤色光R)をコリメートするコリメートレンズ2Rが配置されている。同様に、光源装置1G,1Bとダイクロイックプリズム4との間には、それぞれコリメートレンズ2G,2Bが配置されている。なお、各光源装置1R,1G,1Bがコリメートされたレーザ光を出力するように構成されている場合には、このようなコリメートレンズは設けられていなくてもよい。
Between the
以下、本実施形態のプロジェクタ1による画像投写動作について簡単に説明する。
光源装置1Bから出射された青色光Bは、コリメートレンズ2Bによってコリメートされてダイクロイックプリズム3に入射し、これを通過する。一方で、光源装置1Gから出射された緑色光Gは、コリメートレンズ2Gによってコリメートされてダイクロイックプリズム3に入射し、これで反射される。こうして、青色光Bと緑色光Gとは、ダイクロイックプリズム3で合成されて、青緑色光Cとなってダイクロイックプリズム4に入射する。
また、光源装置1Rから出射された赤色光Rは、コリメートレンズ2Rによってコリメートされてダイクロイックプリズム4に入射し、これで反射される。一方で、ダイクロイックプリズム4に入射した青緑色光Cは、ダイクロイックプリズム4を透過する。こうして、青緑色光Cと赤色光Rとは、ダイクロイックプリズム4で合成されて、白色光となって画像形成部5に入射する。
このとき、所望の輝度や色度を有する白色光を得るために、各光源装置1R,1G,1Bから出射される赤色光R、緑色光G、青色光Bの光量は、上述したように、光センサが受光する光(例えば、コリメートレンズ2R,2G,2Bやダイクロイックプリズム3,4による反射光または散乱光)の光量に基づいて、それぞれ所定の光量に調整される。
画像形成部5に入射した白色光は、画像形成部5の表示素子で画像信号に応じて変調される。変調された光は、投写光学部6に入射し、投写光学部6の投写レンズによってスクリーンなどに投写されて、画像として表示される。
Hereinafter, an image projection operation by the projector 1 according to the present embodiment will be briefly described.
The blue light B emitted from the
The red light R emitted from the
At this time, in order to obtain white light having desired luminance and chromaticity, the light amounts of the red light R, the green light G, and the blue light B emitted from the
The white light incident on the
上述した本実施形態では、プロジェクタが、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光を出射する3つの光源装置を有するように構成されているが、3つの色光を出射する1つの光源装置を有するように構成されていてもよい。すなわち、プロジェクタが、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光を出射する3つの光出力部と、3つの光検出部と、1つの制御部とを有する1つの光源装置を有するように構成されていてもよい。 In the present embodiment described above, the projector is configured to have three light source devices that emit red light, green light, and blue light, respectively, but has one light source device that emits three color lights. It may be configured. That is, the projector is configured to include one light source device having three light output units that emit red light, green light, and blue light, three light detection units, and one control unit, respectively. May be.
本実施形態の光源装置は、上述したように、プロジェクタの光源装置として使用できるだけでなく、例えば、画像表示装置(ディスプレイ)の光源装置としても使用することができる。 As described above, the light source device according to the present embodiment can be used not only as a light source device for a projector but also as a light source device for an image display device (display), for example.
1,1R,1G,1B 光源装置
2R,2G,2B コリメートレンズ
3,4 ダイクロイックプリズム
5 画像形成部
6 投写光学部
10 光出力部
11 半導体レーザ部
12 駆動回路
13 光照射用光ファイバ(第2の光ファイバ)
14 冷却部
15 光ファイババンドル
20 光検出部
21 光検出用光ファイバ(第1の光ファイバ)
22 光センサ(光検出素子)
30 制御部
40 プロジェクタ
1, 1R, 1G, 1B
DESCRIPTION OF
22 Light sensor (light detection element)
30
Claims (8)
前記光出力部から出射される光の一部が入射する入射端を有する第1の光ファイバと、
前記第1の光ファイバの出射端に光学的に結合され、該第1の光ファイバに入射した前記一部の光を検出する光検出素子と、
前記光検出素子の検出結果に基づいて、前記固体光源の出力を制御する制御部と、
を有する光源装置。 A light output unit that has a solid light source and emits light emitted from the solid light source to the outside;
A first optical fiber having an incident end on which a part of light emitted from the light output unit is incident;
A light detecting element optically coupled to an output end of the first optical fiber and detecting the part of the light incident on the first optical fiber;
A control unit for controlling the output of the solid-state light source based on the detection result of the light detection element;
A light source device.
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CN112240279A (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-19 | 周文三 | Air compressor device with changeable inflating and glue supplementing functions |
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