JP2017026723A - プロジェクタおよびプロジェクタの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェ素子を備え、当該ペルチェ素子を効率よく動作させることができるプロジェクタを提供する。【解決手段】面１２１ａに発熱体である光学部１００を接し、面１２１ｂに放熱体であるヒートシンク１２２を接して配置されるペルチェ素子１２１と、ペルチェ素子１２１に周期的に変化する電圧を印加することで、面１２１ａと面１２１ｂとの間に温度差を形成する制御部としてのペルチェ素子駆動部１２３と、を備え、ペルチェ素子駆動部１２３は、周期の一部である第１期間において面１２１ａを面１２１ｂよりも低温にして熱を光学部１００からヒートシンク１２２へ移動させる第１電圧と、前記周期の残部である第２期間において面１２１ｂから面１２１ａへの熱の移動を阻止する前記第１電圧よりも低い第２電圧とをペルチェ素子１２１に印加する。【選択図】図６

Description

本発明は、プロジェクタおよびプロジェクタの駆動方法に関し、特には、ペルチェ素子を備えるプロジェクタにおいて当該ペルチェ素子の動作効率を向上させる技術に関する。

従来、ペルチェ素子を用いて対象物を冷却または加熱することにより、当該対象物の温度を制御する技術が知られている。従来、ペルチェ素子にて所望の量の吸熱または発熱が生じるように、典型的には、直流電源のオン、オフによって得られたパルス電圧でペルチェ素子を駆動制御している（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−２４０２９号公報

ペルチェ素子をパルス電圧で駆動する場合、駆動回路を簡素に構成できる反面、ペルチェ素子の動作効率が悪化することがある。

そこで、本発明は、ペルチェ素子を効率よく動作させることができるペルチェ素子駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るペルチェ素子駆動装置は、一方の面に発熱体を接し他方の面に放熱体を接して配置されるペルチェ素子と、前記ペルチェ素子に周期的に変化する電圧を印加することで、前記一方の面と前記他方の面との間に温度差を形成する制御部と、を備え、前記制御部は、周期の一部である第１期間において前記一方の面を他方の面よりも低温にして熱を前記発熱体から前記放熱体へ移動させる第１電圧と、前記周期の残部である第２期間において前記他方の面から前記一方の面への熱の移動を阻止する前記第１電圧よりも低い第２電圧を前記ペルチェ素子に印加する。

ここで、前記発熱体は、光源を含む光学部であり、前記放熱体は、ヒートシンクであってもよい。また、前記制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧とにステップ状に切り替わる電圧を、前記ペルチェ素子に印加してもよく、また、前記制御部は、前記第２期間において前記第１電圧および前記第２電圧の一方から他方へ連続的に変化する電圧を、前記ペルチェ素子に印加してもよい。

ペルチェ素子の動作中、発熱面（前記他方の面）は吸熱面（前記一方の面）よりも高温になる。そのため、ペルチェ素子をパルス電圧で駆動する場合のように、ペルチェ素子への電力供給が完全に途絶する期間があると、発熱面から吸熱面へ熱の逆流が生じる。このような熱の逆流が、ペルチェ素子の動作効率を悪化させ、また、熱平衡に達するまでの所要時間を増大させる。

これに対し、前述の構成によれば、前記第２期間において前記第２電圧が前記ペルチェ素子に印加されることにより、前記ペルチェ素子の発熱面から吸熱面への熱の逆流が阻止され、前記ペルチェ素子の動作効率が改善される。

また、前記第２電圧は、複数の周期のうちの第１周期で０ボルトよりも高く第２周期で０ボルトであってもよい。

このような構成によれば、熱の逆流を防止する前記第１周期と、駆動電圧を０ボルトに低下させる前記第２周期とを用いて、省電力を達成することができる。

また、前記第２期間において、前記ペルチェ素子の前記一方の面には、前記ペルチェ素子の前記一方の面と前記他方の面とが同じ温度のときに前記発熱体によって生じる温度上昇と等しい温度上昇が生じてもよい。

このような構成によれば、前記第２期間において、前記ペルチェ素子の前記他方の面から前記一方の面への熱の逆流が完全に阻止されているので、ペルチェ素子の動作効率が改善される。

また、前記第２期間において、前記ペルチェ素子の前記一方の面は、一定の温度に保たれてもよい。

このような構成によれば、前記第２期間において、前記ペルチェ素子の前記他方の面から前記一方の面への熱の逆流が完全に阻止されている上に、発熱体自身の温度上昇による分を冷却し、温度がキープされている。これにより、前記第１期間において必要となる冷却能力が低減され、前記ペルチェ素子の能力を下げて、より低価格なペルチェ素子を使えるか、また駆動電流を減らす、時間を短くするなどの省エネルギーを達成することが可能となる。

また、本発明の一態様に係るプロジェクタの駆動方法は、一方の面に発熱体を接し他方の面に放熱体を接して配置されているペルチェ素子を備えるプロジェクタにおいて、前記ペルチェ素子に周期的に変動する電圧を印加することで、前記一方の面と前記他方の面との間に温度差を形成するプロジェクタの駆動方法において、周期の一部である第１期間において前記一方の面を他方の面よりも低温にして熱を前記発熱体から前記放熱体へ移動させる第１電圧を前記ペルチェ素子に印加し、前記周期の残部である第２期間において前記他方の面から前記一方の面への熱の移動を阻止する前記第１電圧よりも低い第２電圧を前記ペルチェ素子に印加する。

このような方法によれば、前記第２期間において、前記ペルチェ素子の前記他方の面から前記一方の面への熱の逆流が阻止されることにより、前記ペルチェ素子を効率よく駆動することができる。

本発明のプロジェクタによれば、当該プロジェクタが備えるペルチェ素子を駆動するに際して、従来のパルス電圧による駆動ではペルチェ素子への電力供給が完全に途絶するオフ期間に対応する期間に、前記ペルチェ素子における発熱面から吸熱面への熱の逆流を阻止する第２電圧を印加する。これにより、前記ペルチェ素子における熱の逆流がなくなり、前記ペルチェ素子の動作効率が改善される。

比較例に係るペルチェ素子駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。 比較例に係るペルチェ素子駆動装置の動作の一例を示す信号波形図である。 比較例に係るペルチェ素子駆動装置での課題を説明する図である。 比較例に係るペルチェ素子の温度変化の一例を示すグラフである。 比較例に係るペルチェ素子の温度変化の一例を示すグラフである。 実施の形態１に係るプロジェクタの機能的な構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に係るプロジェクタの要部の外観の一例を示す斜視図である。 実施の形態１に係るプロジェクタの要部の一例を示す断面図である。 実施の形態１に係るペルチェ素子駆動部の構成の一具体例を示すブロック図である。 実施の形態１に係るペルチェ素子駆動部の動作の一例を示す信号波形図である。 実施の形態１に係るペルチェ素子の温度変化の一例を示すグラフである。 実施の形態１の変形例に係るペルチェ素子駆動部の構成の一具体例を示すブロック図である。 実施の形態１の変形例に係るペルチェ素子駆動部の動作の一例を示す信号波形図である。 実施の形態２に係るペルチェ素子駆動部の構成の一具体例を示すブロック図である。 実施の形態２に係るペルチェ素子駆動部の動作の一例を示す信号波形図である。 実施の形態２に係るペルチェ素子駆動部の動作の一例を示す信号波形図である。 実施の形態３に係るペルチェ素子駆動部の構成の一具体例を示すブロック図である。 実施の形態３に係るペルチェ素子駆動部の動作の一例を示す信号波形図である。 実施の形態３に係るペルチェ素子駆動部の動作の一例を示す信号波形図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。各図は、必ずしも各寸法または各寸法比等を厳密に図示したものではない。

まず、比較例に係るペルチェ素子駆動装置に基づいて、ペルチェ素子をパルス電圧で駆動する場合に生じる問題を詳細に説明し、その後、本発明の実施の形態について説明する。

（比較例）
図１は、比較例としてのペルチェ素子駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示されるように、ペルチェ素子駆動装置９２３は、ペルチェ素子１２１に駆動電圧を供給する装置であり、ペルチェ素子制御部１２４と、ペルチェ素子ドライバ９２５とを備える。図１では、一例として、ペルチェ素子１２１を発熱体９００の冷却に用いる場合について説明する。

ペルチェ素子１２１は、吸熱面１２１ａを発熱体９００に接し発熱面１２１ｂをヒートシンク１２２に接して配置されている。ペルチェ素子１２１には、吸熱面１２１ａで吸熱が生じ、発熱面１２１ｂで発熱が生じる極性の駆動電圧Ｖｐｗｒ０が供給される。

ペルチェ素子制御部１２４は、ペルチェ素子１２１の冷却能力に対する要求を満たす周期的な駆動電圧を生成するための制御信号を生成する。ペルチェ素子制御部１２４は、典型的には、発熱体９００に供給される電力や温度を示す信号を受信し、当該信号で示される電力や温度が大きいほどデューティ比が大きいパルス幅変調用の制御信号Ｃｔｌ０を生成する。

ペルチェ素子ドライバ９２５は、電圧Ｖ１を生成する直流電源９２６とスイッチ９２７とを有し、ペルチェ素子制御部１２４からの制御信号Ｃｔｌ０にしたがって、直流電源９２６を周期的にオン、オフすることによって生成した駆動電圧Ｖｐｗｒ０をペルチェ素子１２１に供給する。

図２は、ペルチェ素子駆動装置９２３の動作の一例を示す信号波形図である。図２に示されるように、駆動電圧Ｖｐｗｒ０は、制御信号Ｃｔｌ０にしたがってパルス幅変調される。すなわち、駆動電圧Ｖｐｗｒ０は、一例として、制御信号Ｃｔｌ０が“Ｈ”レベルである期間ｔ１および“Ｌ”レベルである期間ｔ２において、それぞれ電圧Ｖ１および０ボルトに、ステップ状に切り替わる。

図３は、ペルチェ素子駆動装置９２３での課題を説明する図である。図３には、図２の信号にしたがってペルチェ素子１２１を駆動した場合の、期間ｔ１および期間ｔ２のそれぞれにおける動作が示されている。ここでは、それまでのペルチェ素子１２１の動作によって、発熱面１２１ｂの温度Ｔ２は吸熱面１２１ａの温度Ｔ１よりも温度差ｄＴ高くなっているとする。

期間ｔ１において、ペルチェ素子１２１は、電圧Ｖ１の駆動電圧Ｖｐｗｒ０を供給され、吸熱面１２１ａから発熱面１２１ｂへ熱量Ｑｆを移動させる。ところが、期間ｔ２では、ペルチェ素子１２１への電力供給が完全に途絶するため、温度差ｄＴによる熱伝導によってペルチェ素子１２１内を発熱面１２１ｂから吸熱面１２１ａへ熱量Ｑｒが逆流する。熱の逆流は、デューティ比（つまり、期間ｔ１と期間ｔ２とで構成される１周期に占める期間ｔ１の割合）が小さいほど大きくなる。熱の逆流は、ペルチェ素子１２１の動作効率を悪化させ、また、熱平衡に達するまでの所要時間を増大させる。

このような熱の逆流がある場合のペルチェ素子１２１の温度変化について、より詳細に説明する。

図４は、発熱体９００の温度（すなわち、ペルチェ素子１２１における吸熱面１２１ａの温度）の変化を、パルス駆動の波形とともに示す波形図である。パルス駆動では時間ｔ１だけペルチェ素子の駆動をＯＮし、熱を発熱体９００からヒートシンク１２２に移動させ、発熱体９００の温度を下げる。そして時間ｔ２だけ駆動を停止する。これが繰り返される。

発熱体の温度をＰ４からＰ３に時間ｔ３で下げるとする時に、Ｐ４とＰ３を結ぶ直線Ｌ１よりも急峻な冷却が可能な冷却能力を持つペルチェ素子により、冷却を行う。それは、ＯＦＦ時間に、発熱体９００が発熱する熱量が温度を押し上げるので、その分を含めて下げさせる必要があるからである。よって、温度変化は、Ｐ４からＰ０に下がった後、時間ｔ２の間に発熱体９００の発熱でＰ１に上昇する。これを繰り返し、図のグラフのような変化で、時間ｔ３経過で目標のＰ３の温度に至る。

しかし、実際の温度の変化は、図５に示すような変化となる。図５は、図４の拡大図である。温度Ｐ４からＬ２の傾斜カーブで温度が下がり、時間ｔ１後には温度Ｐ０に至ることは図４と同じである。しかし次の温度の上昇カーブが異なる。図４では傾斜カーブＬ３で上昇したが、実際はそれよりも急峻なＬ４のカーブで上昇する。そして時間ｔ２後には温度はＰ１ではなく、それよりも高いＰ６に至る。そのために、このパルス駆動を繰り返すと、温度の乖離はさらに拡大し、時間ｔ３後に温度Ｐ３に至ることはない。よって、時間ｔ３後に温度Ｐ３に至るには、パルス駆動による温度下降を傾斜カーブＬ２（＝Ｌ５）よりも急峻なＬ７にする必要が有る。そうすることで、目標の温度Ｐ５に下げることができ、時間ｔ３後に温度Ｐ３にすることができる。

この温度をＰ１ではなくＰ６に押し上げているのが、熱の逆流である。このように、熱の逆流を考慮して温度Ｐ４から時間ｔ３後に温度Ｐ３に到達するためには、より冷却能力の高いペルチェ素子を使用するか、駆動電流を増やすか、駆動パルスのＯＮの時間を長くすることが考えられる。

このような知見に基づき、本発明者らは、ペルチェ素子１２１で生じる熱の逆流を減少させることによって、ペルチェ素子１２１の動作効率を向上させることができるペルチェ素子駆動装置および温度制御装置を考案するに至った。

以下の実施の形態では、本発明に係るペルチェ素子駆動装置および温度制御装置について、プロジェクタへの適用例を用いて詳細に説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係るプロジェクタは、一例として、レーザダイオードを光源に用いたレーザプロジェクタである。例えば、車載用のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）に用いられるレーザプロジェクタは、車両のフロントガラスに設けられた半透明のコンバイナに強度変調されたレーザ光でスキャンすることで、当該コンバイナの奥に各種の運転支援情報を表す虚像を形成する。形成される虚像は、車外の景色と重なって運転者に提示される。

レーザプロジェクタで良好な品質の画像を得るために、レーザダイオードの温度を所定の範囲に管理することが重要である。そこで、本発明に係るペルチェ素子駆動装置および温度制御装置をレーザプロジェクタに用いて、レーザダイオードを効率よく冷却することを考える。

図６は、実施の形態１に係るプロジェクタの機能的な構成の一例を示すブロック図である。図６に示されるように、プロジェクタ１は、光学部１００、表示制御部１１０、および温度制御部１２０を備える。

光学部１００は、ＬＤ（レーザダイオード）１０３、１０４、１０５、ビームコンバイナ１０６、１０７、レンズ１０８、可動ミラー１０９を有する。

表示制御部１１０は、映像処理部１１１、光源制御部１１２、ＬＤドライバ１１３、ミラー制御部１１４、ミラードライバ１１５を有する。

温度制御部１２０は、ペルチェ素子１２１、ヒートシンク１２２、ペルチェ素子駆動部１２３を有し、ペルチェ素子駆動部１２３は、ペルチェ素子制御部１２４およびペルチェ素子ドライバ１２５を有する。

光学部１００において、ＬＤ１０３、１０４、１０５は、ＬＤドライバ１１３から供給される駆動信号にしたがって強度変調された、赤色、緑色、青色のレーザ光（以下、レーザビームともいう）をそれぞれ出射する。

ビームコンバイナ１０６、１０７は、例えば、ダイクロイックプリズムによって構成され、ＬＤ１０３、１０４、１０５からそれぞれ出射されたレーザビームを、同一の光軸上に重ね合わせる。

レンズ１０８は、ＬＤ１０３、１０４、１０５から出射されたレーザビームを整形する。より詳しくは、レーザビームを平行光に変換し、また、進行方向に直交する断面での形状を略円形に整える。なお、レンズ１０８は、複数のレンズの組み合わせによって構成されてもよく、また、ビームコンバイナ１０６、１０７と、ＬＤ１０３、１０４、１０５との間に設けられてもよい。

可動ミラー１０９は、例えば、レーザビームの光軸上に設けられたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーで構成され、レーザビームの進行方向を変更する。可動ミラー１０９は、ミラードライバ１１５から供給される駆動信号にしたがって、進行方向が変更されたレーザビームで図外のコンバイナをスキャンするように傾きが変化する。なお、可動ミラー１０９は、複数のＭＥＭＳミラーの組み合わせによって構成されてもよく、また、ポリゴンミラーによって構成されてもよい。

表示制御部１１０において、映像処理部１１１は、画像信号を取得する。また、ミラー制御部１１４およびミラードライバ１１５を介して、可動ミラー１０９の傾きを駆動する。そして、取得された画像信号で表される虚像が形成されるように、可動ミラー１０９の駆動と同期して、光源制御部１１２およびＬＤドライバ１１３を介して、ＬＤ１０３、１０４、１０５から出射されるレーザビームの強度を制御する。

映像処理部１１１、光源制御部１１２、およびミラー制御部１１４は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するワンチップマイクロコンピュータで構成されてもよい。また、ＬＤドライバ１１３およびミラードライバ１１５は、例えば、トランジスタを含む電子回路で構成されてもよい。

温度制御部１２０において、ペルチェ素子１２１は、吸熱面１２１ａを伝熱部材１０２に接し発熱面１２１ｂをヒートシンク１２２に接して配置される。ペルチェ素子１２１の吸熱面１２１ａは、伝熱部材１０２を介して光学部１００（特には、ＬＤ１０３、１０４、１０５）に熱的に結合され、発熱面１２１ｂは、ヒートシンク１２２に熱的に結合される。伝熱部材１０２は、ＬＤ１０３、１０４、１０５からの熱を、ペルチェ素子１２１の吸熱面１２１ａに伝導する。ヒートシンク１２２は、ペルチェ素子１２１の発熱面１２１ｂからの熱を伝導して周囲環境に放散する。伝熱部材１０２およびヒートシンク１２２は、例えば、金属またはセラミックなどで構成されてもよい。ここで、光学部１００と伝熱部材１０２とが、発熱体の一例である。

ペルチェ素子駆動部１２３は、ペルチェ素子１２１に駆動電圧を供給する装置であり、ペルチェ素子制御部１２４およびペルチェ素子ドライバ１２５を有する。ペルチェ素子駆動部１２３は、例えば、トランジスタを含む電子回路で構成されてもよい。

ペルチェ素子制御部１２４は、ペルチェ素子１２１の冷却能力に対する要求を満たす周期的な駆動電圧を生成するための制御信号を生成する。

ペルチェ素子ドライバ１２５は、制御信号にしたがって、周期的に特定の電圧に変動する駆動電圧を生成し、ペルチェ素子１２１に供給する。

ここで、ペルチェ素子制御部１２４が制御信号を生成する具体的な方法は限定されない。例えば、映像処理部１１１から、ＬＤ１０３、１０４、１０５の発光量を示す信号を受信し、当該信号で示される発光量が多いほど多くの電力がペルチェ素子１２１に供給されるように制御信号を生成してもよい。また、図示していない温度センサを用いてＬＤ１０３、１０４、１０５の温度や、光学部１００のハウジングの温度を測定し、測定された温度が高いほど多くの電力がペルチェ素子１２１に供給されるように制御信号を生成してもよい。制御信号および駆動電圧の具体例については、後ほど詳細に説明する。

次に、プロジェクタ１の要部の実際的な構造の一例について説明する。

図７は、プロジェクタ１の要部の外観の一例を示す斜視図である。

図８は、図７に示されるＡ−Ａ線を含むｘｚ断面を矢印方向に見た断面図である。理解のため、模様を付した断面の他に、断面の奥に見られる構造を適宜示している。

なお、図７、８では、温度管理に直接関係しない部材や、部材に設けられている補強や組み立てのためのリブ、ボス、ねじ孔、切り欠きは、適宜省略している。

図７、８に示されるように、光学部１００は、ＬＤ１０３、レンズ１０８、および図示されていないＬＤ１０４、１０５、ビームコンバイナ１０６、１０７、可動ミラー１０９（図６を参照）をハウジングに収納してなり、ハウジングにはレーザ出射口１０１が設けられている。ハウジングは、例えば、金属、セラミック、または耐熱性樹脂などで構成されてもよい。

ＬＤ１０３は、基台１４１、ＬＤホルダ１４２、ＬＤプレート１４３を用いて、ハウジングに取り付けられている。伝熱ブロック１４４は、少なくとも、ＬＤプレート１４３とペルチェ素子１２１の吸熱面１２１ａとに接して熱的に結合されている。基台１４１、ＬＤホルダ１４２は、例えば、金属、セラミック、または耐熱性樹脂で構成されてもよく、ＬＤプレート１４３、伝熱ブロック１４４は、例えば、金属またはセラミックで構成されてもよい。

ＬＤ１０３からの熱は、主として、ＬＤプレート１４３および伝熱ブロック１４４を介してペルチェ素子１２１の吸熱面１２１ａに伝導する。すなわち、ＬＤプレート１４３および伝熱ブロック１４４が伝熱部材１０２として機能する。ＬＤ１０３からの熱の一部が、ＬＤホルダ１４２、基台１４１、および光学部１００のハウジングを介してペルチェ素子１２１の吸熱面に伝導する場合は、さらに、ＬＤホルダ１４２、基台１４１、および光学部１００のハウジングが伝熱部材１０２に含まれてもよい。

ＬＤ１０４、１０５についても、それぞれ同様の構造が設けられる。

ペルチェ素子１２１は、ペルチェ素子ホルダ１４５を介してヒートシンク１２２に取り付けられている。ペルチェ素子１２１の発熱面１２１ｂは、ヒートシンク１２２に接して熱的に結合されている。ペルチェ素子ホルダ１４５は、例えば、金属、セラミック、または耐熱性樹脂などで構成されてもよい。

このような構造により、ＬＤ１０３、１０４、１０５で生じた熱は、伝熱部材１０２およびペルチェ素子１２１を介してヒートシンク１２２に伝導され、周囲環境に放散される。

次に、プロジェクタ１におけるペルチェ素子駆動部１２３の動作について、具体例を用いて説明する。

図９は、実施の形態１に係るペルチェ素子駆動部の構成の具体的な一例を示すブロック図である。

図９に示されるペルチェ素子駆動部１２３ａは、図６のペルチェ素子駆動部１２３の一例であり、ペルチェ素子制御部１２４ａとペルチェ素子ドライバ１２５ａとを有する。

ペルチェ素子制御部１２４ａは、ペルチェ素子１２１の冷却能力に対する要求が大きいほど大きいデューティ比を示す制御信号Ｃｔｌ１を生成する。

ペルチェ素子ドライバ１２５ａは、第１電圧Ｖ１を生成する直流電源１２６、第１電圧よりも小さくかつ０よりも大きい第２電圧Ｖ２を生成する直流電源１２７、およびスイッチ１２８を有し、制御信号Ｃｔｌ１にしたがって、周期的に電圧Ｖ１、Ｖ２に切り替わる駆動電圧Ｖｐｗｒ１をペルチェ素子１２１に供給する。

図１０は、ペルチェ素子駆動部１２３ａの動作の一例を示す信号波形図である。図１０に示されるように、駆動電圧Ｖｐｗｒ１は、制御信号Ｃｔｌ１にしたがってパルス幅変調される。すなわち、駆動電圧Ｖｐｗｒ１は、制御信号Ｃｔｌ１が“Ｈ”レベルである期間ｔ１および“Ｌ”レベルである期間ｔ２において、それぞれ電圧Ｖ１および電圧Ｖ２に、ステップ状に切り替わる。駆動電圧Ｖｐｗｒ１が電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との間にある過渡期間は、例えば、周期の１０％よりも短くてもよい。

ここで、電圧Ｖ１が、吸熱面１２１ａを発熱面１２１ｂよりも低温にして熱を発熱体（光学部１００および伝熱部材１０２）から放熱体（ヒートシンク１２２）へ移動させる第１電圧の一例である。また、電圧Ｖ２が、発熱面１２１ｂから吸熱面１２１ａへの熱の移動を阻止する前記第１電圧よりも低い第２電圧の一例である。また、期間ｔ１、期間ｔ２が、それぞれ第１期間、第２期間の一例である。前記過渡期間は、第２期間に含まれる。

このように、ペルチェ素子駆動部１２３ａによる信号波形は、図２の比較例に係る信号波形と比べて、期間ｔ２における駆動電圧Ｖｐｗｒ１が０ボルトではなく、電圧Ｖ１よりも低く発熱面１２１ｂから吸熱面１２１ａへの熱の移動を阻止する電圧Ｖ２である点が異なっている。

ペルチェ素子駆動部１２３ａにより、図１０の信号波形にしたがってペルチェ素子１２１を駆動することにより、期間ｔ２において、ペルチェ素子１２１には、発熱面から吸熱面への熱の移動を阻止する第２電圧による電力Ｗが供給される。その結果、ペルチェ素子１２１への電力供給が完全に途絶する期間がある従来のパルス駆動とは異なり、ペルチェ素子１２１内を発熱面から吸熱面への熱の逆流がなくなり、ペルチェ素子１２１の動作効率が改善される。

図１１に、前述の駆動方法による温度変化を示す。

この駆動方法によれば、従来のパルス駆動におけるｏｆｆ時間に対応する期間ｔ２にも一定の電流を流して熱の逆流を防止するため、温度上昇は発熱体による発熱分だけになり、温度の傾斜カーブは図１１のＬ２、Ｌ３、Ｌ５となる（実線で示す傾斜カーブ）。すなわち、第２期間（期間ｔ２）において、ペルチェ素子１２１の吸熱面１２１ａには、ペルチェ素子１２１の吸熱面１２１ａと発熱面１２１ｂとが同じ温度のときに発熱体によって生じる温度上昇と等しい温度上昇が生じてもよい。

さらに、期間ｔ２における電流を増やすと、破線で示すように、期間ｔ２に発熱体自身の温度上昇による分を冷却し、温度をキープすることも可能である。

すなわち、第２期間（期間ｔ２）において、ペルチェ素子１２１の吸熱面１２１ａは、一定の温度に保たれてもよい。

こうすると、傾斜カーブはＬ２よりもさらに緩やかなＬ８で済むので、ペルチェ素子の能力を下げて、より低価格なペルチェ素子を使えるか、また駆動電流を減らす、時間を短くするなどの省エネルギーを達成することも可能となる。

（実施の形態１の変形例）
上記の説明では、一例として、ペルチェ素子駆動部１２３ａは、電圧Ｖ１よりも小さく０ボルトよりも大きい電圧Ｖ２を下限とする駆動電圧Ｖｐｗｒ１をペルチェ素子１２１に供給しているが、この例には限られない。例えば、ペルチェ素子駆動部は、特定の周期において、駆動電圧を０ボルトに低下させてもよい。以下では、そのような変形例に係るペルチェ素子駆動部について説明する。

図１２は、実施の形態１の変形例に係るペルチェ素子駆動部の構成の具体的な一例を示すブロック図である。

図１２に示されるペルチェ素子駆動部１２３ｂは、図６のペルチェ素子駆動部１２３の一例であり、ペルチェ素子制御部１２４ｂとペルチェ素子ドライバ１２５ｂとを有する。

ペルチェ素子制御部１２４ｂは、図９のペルチェ素子制御部１２４ａと比べて、駆動電圧を０ボルトに低下させるタイミングを示す制御信号Ｃｔｌ２を生成する機能が追加される。

ペルチェ素子ドライバ１２５ｂは、図９のペルチェ素子ドライバ１２５ａと比べて、スイッチ１２９が追加され、制御信号Ｃｔｌ１にしたがって周期的に電圧Ｖ１、Ｖ２に切り替わり、制御信号Ｃｔｌ２にしたがって０ボルトに低下する駆動電圧Ｖｐｗｒ２をペルチェ素子１２１に供給する。

図１３は、ペルチェ素子駆動部１２３ｂの動作の一例を示す信号波形図である。図１３に示されるように、駆動電圧Ｖｐｗｒ２は、制御信号Ｃｔｌ１にしたがってパルス幅変調され、かつ制御信号Ｃｔｌ２にしたがって０ボルトに低下する。すなわち、駆動電圧Ｖｐｗｒ２は、制御信号Ｃｔｌ２が“Ｈ”レベルである期間のうち、制御信号Ｃｔｌ１が“Ｈ”レベルである期間ｔ１において電圧Ｖ１であり、制御信号Ｃｔｌ１が“Ｌ”レベルである期間ｔ２において電圧Ｖ２である。また、制御信号Ｃｔｌ２が“Ｌ”レベルである期間ｔ０では、制御信号Ｃｔｌ１に関わらず０ボルトである。

一例として、ペルチェ素子制御部１２４ｂは、制御信号Ｃｔｌ１の所定数の周期ごとの１周期において、制御信号Ｃｔｌ１の“Ｌ”レベルと同期して、制御信号Ｃｔｌ２を“Ｌ”レベルにしてもよい。

これにより、熱の逆流を防止してペルチェ素子１２１の動作効率を改善する周期と、駆動電圧を０ボルトに低下させてペルチェ素子１２１が消費する電力をカットする周期とを併用して、省電力を達成することができる。

また、一例として、ペルチェ素子制御部１２４ｂは、制御信号Ｃｔｌ１のデューティ比（つまり、制御信号Ｃｔｌ１の１周期に占める“Ｈ”レベルの期間の割合）を所定のしきい値と比較することにより、デューティ比が前記しきい値以下の場合のみ、制御信号Ｃｔｌ１の“Ｌ”レベルと同期して、制御信号Ｃｔｌ２を“Ｌ”レベルにしてもよい。

これにより、デューティ比が小さい周期では熱の逆流が生じる期間が長いので、駆動電圧Ｖｐｗｒ２の下限を電圧Ｖ２とすることで熱の逆流を阻止する。また、デューティ比が大きい周期では熱の逆流が生じる期間が短いので、駆動電圧Ｖｐｗｒ２を０ボルトに下げて、省電力を達成することができる。

（実施の形態２）
上記の説明では、一例として、ペルチェ素子駆動部１２３ａは、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とにステップ状に切り替わる駆動電圧Ｖｐｗｒ１をペルチェ素子１２１に供給しているが、この例には限られない。ペルチェ素子駆動部は、例えば、期間ｔ２において電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の一方から他方へ連続的に変化する駆動電圧を、前記ペルチェ素子に供給してもよい。以下では、そのような変形例に係るペルチェ素子駆動部について説明する。

図１４は、実施の形態２に係るペルチェ素子駆動部の構成の具体的な一例を示すブロック図である。

図１４に示されるペルチェ素子駆動部１２３ｃは、図６のペルチェ素子駆動部１２３の一例であり、ペルチェ素子制御部１２４ｃとペルチェ素子ドライバ１２５ｃとを有する。

ペルチェ素子制御部１２４ｃは、ペルチェ素子１２１の冷却能力に対する要求が大きいほど少ないパルス頻度を示す制御信号Ｃｔｌ３を生成する。

ペルチェ素子ドライバ１２５ｃは、ボルテージフォロワ１３０、スイッチ１３１、積分回路１３２を有する。積分回路１３２は、キャパシタ１３３、抵抗１３４、１３５で構成される。スイッチ１３１は、制御信号Ｃｔｌ３にしたがって積分回路１３２をリセットする。ボルテージフォロワ１３０は、積分回路１３２の出力電圧と等しい駆動電圧Ｖｐｗｒ３をペルチェ素子１２１に供給する。

図１５Ａは、ペルチェ素子駆動部１２３ｃの動作の一例を示す信号波形図である。図１５Ａに示されるように、駆動電圧Ｖｐｗｒ３は、制御信号Ｃｔｌ３にしたがってパルス頻度変調される。すなわち、駆動電圧Ｖｐｗｒ３は、制御信号Ｃｔｌ３が“Ｈ”レベルである期間において、スイッチ１３１が導通することにより、電圧Ｖ１を抵抗１３４、１３５で分圧して得られる電圧Ｖ２である。また、制御信号Ｃｔｌ３が“Ｌ”レベルになると、スイッチ１３１が遮断することにより、積分回路１３２の時定数にしたがって電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に向けて上昇する。

ここで、電圧Ｖ１が、吸熱面１２１ａを発熱面１２１ｂよりも低温にして熱を発熱体（光学部１００および伝熱部材１０２）から放熱体（ヒートシンク１２２）へ移動させる第１電圧の一例である。また、電圧Ｖ１よりも低く電圧Ｖ２以上の電圧が発熱面１２１ｂから吸熱面１２１ａへの熱の移動を阻止する前記第１電圧よりも低い第２電圧の一例である。また、駆動電圧Ｖｐｗｒ３が電圧Ｖ１である期間ｔ１が第１期間の一例であり、駆動電圧Ｖｐｗｒ３が電圧Ｖ１よりも低く電圧Ｖ２以上である期間ｔ２が第２期間の一例である。駆動電圧Ｖｐｗｒ３が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に向けて下降する過渡期間は、前記第２期間に含まれる。

なお、実際的には、電圧Ｖ１の、例えば９０％以上の電圧を、第１電圧として定義してもよい。また、例えば、駆動電圧Ｖｐｗｒ３が電圧Ｖ１の９０％以上になってから制御信号Ｃｔｌ３が“Ｌ”レベルになるまでの期間を、駆動電圧Ｖｐｗｒ３が電圧Ｖ１に到達している期間ｔ１として定義してもよい。

図１５Ｂは、ペルチェ素子駆動部１２３ｃの動作の他の一例を示す信号波形図である。図１５Ｂに示される信号波形は、図１４の積分回路１３２の抵抗１３４を、例えば電界効果トランジスタなどの定電流素子のオン抵抗で構成することによって得られる。

ペルチェ素子駆動部１２３ｃにより、図１５Ａまたは図１５Ｂの信号波形にしたがってペルチェ素子１２１を駆動することにより、期間ｔ２において、ペルチェ素子１２１には、発熱面から吸熱面への熱の移動を阻止する第２電圧による電力Ｗが供給される。その結果、ペルチェ素子１２１への電力供給が完全に途絶する期間がある従来のパルス駆動とは異なり、ペルチェ素子１２１内を発熱面から吸熱面への熱の逆流がなくなり、ペルチェ素子１２１の動作効率が改善される。

（実施の形態３）
上記の説明では、一例として、ペルチェ素子１２１に供給される駆動電圧の下限は、基本的に０ボルトよりも大きい電圧Ｖ２であり、特定の周期では０ボルトに低下させてもよいとしたが、この例には限られない。例えば、ペルチェ素子駆動部は、駆動電圧を、全ての周期において０ボルトに低下させてもよい。以下では、そのような変形例に係るペルチェ素子駆動部について説明する。

図１６は、実施の形態３に係るペルチェ素子駆動部の構成の具体的な一例を示すブロック図である。

図１６に示されるペルチェ素子駆動部１２３ｄは、図６のペルチェ素子駆動部１２３の一例であり、ペルチェ素子駆動部１２３ｃと比べて、ペルチェ素子ドライバ１２５ｄの積分回路１３６が変更される点が異なる。

積分回路１３６は、積分回路１３２から抵抗１３５を削除することで、出力電圧の下限を０ボルトに低下させている。

図１７Ａは、ペルチェ素子駆動部１２３ｄの動作の一例を示す信号波形図である。図１７Ａに示されるように、駆動電圧Ｖｐｗｒ４は、制御信号Ｃｔｌ３が“Ｈ”レベルである期間ｔ０において０ボルトに低下し、制御信号Ｃｔｌ３が“Ｈ”レベルになると、０ボルトから電圧Ｖ１に向けて上昇する。

ここで、電圧Ｖ１が第１電圧の一例であり、電圧Ｖ１よりも低い電圧が第２電圧の一例である。また、駆動電圧Ｖｐｗｒ４が電圧Ｖ１である期間ｔ１が第１期間の一例であり、駆動電圧Ｖｐｗｒ４が電圧Ｖ１よりも低い期間ｔ２が第２期間の一例である。駆動電圧Ｖｐｗｒ４が電圧Ｖ１から０ボルトに向けて下降する過渡期間は、前記第２期間に含まれる。

なお、実際的には、電圧Ｖ１の、例えば９０％以上の電圧を、第１電圧として定義してもよい。また、例えば、駆動電圧Ｖｐｗｒ４が電圧Ｖ１の９０％以上になってから制御信号Ｃｔｌ３が“Ｌ”レベルになるまでの期間を、駆動電圧Ｖｐｗｒ４が電圧Ｖ１に到達している期間ｔ１として定義してもよい。

図１７Ｂは、ペルチェ素子駆動部１２３ｄの動作の他の一例を示す信号波形図である。図１７Ｂに示される信号波形は、図１６の積分回路１３６の抵抗１３４を、例えば電界効果トランジスタなどの定電流素子のオン抵抗で構成することによって得られる。

ペルチェ素子駆動部１２３ｄにより、図１７Ａまたは図１７Ｂの信号波形にしたがってペルチェ素子１２１を駆動することにより、期間ｔ２において、ペルチェ素子１２１には、発熱面から吸熱面への熱の移動を阻止する第２電圧による電力Ｗが供給される。その結果、ペルチェ素子１２１への電力供給が完全に途絶する期間がある従来のパルス駆動とは異なり、ペルチェ素子１２１内を発熱面から吸熱面への熱の逆流がなくなり、ペルチェ素子１２１の動作効率が改善される。

以上、本発明の実施の形態に係るプロジェクタについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

例えば、上記では、ペルチェ素子を発熱体の冷却に用いる場合についてのみ説明したが、ペルチェ素子に供給する電圧の極性を反転させることで、ペルチェ素子が対象物の加熱に用いられることは周知である。対象物を加熱する場合も、発熱体を冷却する場合と同様に、熱の逆流は生じるので、本発明を、例えばプロジェクタ内の加熱対象物の加熱に適用する場合も、ペルチェ素子を効率よく駆動することができる。

本発明は、例えばプロジェクタなど、冷却や加熱をすべき対象物を含む各種の機器に広く利用できる。

１ プロジェクタ
１００ 光学部
１０１ レーザ出射口
１０２ 伝熱部材
１０３、１０４、１０５ ＬＤ
１０６、１０７ ビームコンバイナ
１０８ レンズ
１０９ 可動ミラー
１１０ 表示制御部
１１１ 映像処理部
１１２ 光源制御部
１１３ ＬＤドライバ
１１４ ミラー制御部
１１５ ミラードライバ
１２０ 温度制御部
１２１ ペルチェ素子
１２１ａ 吸熱面
１２１ｂ 発熱面
１２２ ヒートシンク
１２３、１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ ペルチェ素子駆動部
１２４、１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ ペルチェ素子制御部
１２５、１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ ペルチェ素子ドライバ
１２６、１２７ 直流電源
１２８、１２９、１３１ スイッチ
１３０ ボルテージフォロワ
１３２、１３６ 積分回路
１３３ キャパシタ
１３４、１３５ 抵抗
１４１ 基台
１４２ ＬＤホルダ
１４３ ＬＤプレート
１４４ 伝熱ブロック
１４５ ペルチェ素子ホルダ
９００ 発熱体
９２３ ペルチェ素子駆動装置
９２５ ペルチェ素子ドライバ
９２６ 直流電源
９２７ スイッチ

Claims (8)

1. 一方の面に発熱体を接し他方の面に放熱体を接して配置されるペルチェ素子と、
   前記ペルチェ素子に周期的に変化する電圧を印加することで、前記一方の面と前記他方の面との間に温度差を形成する制御部と、を備え、
   前記制御部は、周期の一部である第１期間において前記一方の面を他方の面よりも低温にして熱を前記発熱体から前記放熱体へ移動させる第１電圧と、前記周期の残部である第２期間において前記他方の面から前記一方の面への熱の移動を阻止する前記第１電圧よりも低い第２電圧とを前記ペルチェ素子に印加する、
   プロジェクタ。
2. 前記発熱体は、光源を含む光学部であり、
   前記放熱体は、ヒートシンクである、
   請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧とにステップ状に切り替わる電圧を、前記ペルチェ素子に印加する、
   請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
4. 前記制御部は、前記第２期間において前記第１電圧および前記第２電圧の一方から他方へ連続的に変化する電圧を、前記ペルチェ素子に印加する、
   請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
5. 前記第２電圧は、複数の周期のうちの第１周期で０ボルトよりも高く第２周期で０ボルトである、
   請求項１から４の何れか１項に記載のプロジェクタ。
6. 前記第２期間において、前記ペルチェ素子の前記一方の面には、前記ペルチェ素子の前記一方の面と前記他方の面とが同じ温度のときに前記発熱体によって生じる温度上昇と等しい温度上昇が生じる、
   請求項１から５の何れか１項に記載のプロジェクタ。
7. 前記第２期間において、前記ペルチェ素子の前記一方の面は、一定の温度に保たれる、
   請求項１から５の何れか１項に記載のプロジェクタ。
8. 一方の面に発熱体を接し他方の面に放熱体を接して配置されているペルチェ素子を備えるプロジェクタにおいて、前記ペルチェ素子に周期的に変動する電圧を印加することで、前記一方の面と前記他方の面との間に温度差を形成するプロジェクタの駆動方法において、
   周期の一部である第１期間において前記一方の面を他方の面よりも低温にして熱を前記発熱体から前記放熱体へ移動させる第１電圧を前記ペルチェ素子に印加し、
   前記周期の残部である第２期間において前記他方の面から前記一方の面への熱の移動を阻止する前記第１電圧よりも低い第２電圧を前記ペルチェ素子に印加する、
   プロジェクタの駆動方法。

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