JP2019061053A

JP2019061053A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2019061053A
Application number: JP2017185425A
Authority: JP
Inventors: 進哉小原; Shinya Obara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-04-18

Abstract

【課題】光源の状態に応じて蛍光体の冷却を制御し、消費電力を低減することを可能にした投射型表示装置を提供する。【解決手段】光源と、前記光源からの光の波長を変換する波長変換素子と、前記波長変換素子の回転させる回転部と、前記波長変換素子を冷却する冷却部と、前記光源の状態を検出する検出部と、前記検出結果を記憶する記憶部と、前記検出部が検出した検出結果と前記記憶部に記憶されている検出結果とに基づいて、前記回転部による前記波長変換素子の回転または前記冷却部による前記波長変換素子の冷却の少なくとも一方を制御する制御部と、を有することを特徴とする構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、投射型表示装置に関するものである。

近年、光源としてレーザなどの固体光源を用いた投射型表示装置が提案されている。レーザ等の固体光源は、特定波長域の発光強度が大きいが他の波長域の発光強度が小さいため、蛍光体等の波長変換素子を用いて他の波長域の発光を補う必要がある。ここで蛍光体に光を照射すると、蛍光体の温度が高温となり、十分な特性を得ることができなくなる。そこで、蛍光体を回転板に塗布し回転板を回転させて冷却することが行われる。一方、レーザなどの固体光源は使用時間等により徐々に特性が経時変化し、発光強度が低下する。

特許文献１には、蛍光体の回転数に応じて光源の光量を制御し蛍光体の劣化を防ぐ手法が開示されている。また、特許文献２には、光源の経時変化に応じて光源の光量を調整する手法も開示されている。

特開２０１５−２１５６３１号公報特開２０１５−０７２３８７号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術は、光源の発光強度が低下したとき、蛍光体の冷却を制御することについて考慮されておらず、蛍光体を必要以上に冷却し無駄な電力を消費する恐れがあった。

そこで本発明は、光源の状態に応じて蛍光体の冷却を制御し、消費電力を低減することを可能にした投射型表示装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源からの光の波長を変換する波長変換素子と、前記波長変換素子の回転させる回転部と、前記波長変換素子を冷却する冷却部と、前記光源の状態を検出する検出部と、前記検出結果を記憶する記憶部と、前記検出部が検出した検出結果と前記記憶部に記憶されている検出結果とに基づいて、前記回転部による前記波長変換素子の回転または前記冷却部による前記波長変換素子の冷却の少なくとも一方を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、光源の状態に応じて蛍光体の冷却を制御し、消費電力を低減することが可能な投射型表示装置を提供することができる。

実施例１、実施例４における投射型表示装置のブロック図実施例１における投射型表示装置の動作を示すフローチャート実施例２における投射型表示装置のブロック図実施例２における投射型表示装置の動作を示すフローチャート実施例３における投射型表示装置のブロック図実施例３における投射型表示装置の動作を示すフローチャート実施例４における投射型表示装置の動作を示すフローチャート

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施例１における投射型表示装置（プロジェクタ）の構成について説明する。図１は、本実施例における投射型表示装置１のブロック図である。投射型表示装置１は、光源部１０、蛍光体部１１、蛍光体駆動部１２、光源駆動部１３、蛍光体冷却部１４、記憶部１５、輝度検出部１６、画像形成部１９、制御部２０を備えて構成されている。

光源部１０は励起光（レーザ光）を射出する複数の半導体レーザダイオード（固体光源）を配列して構成されている。ただし、光源部１０の構成はこれに限定されるものではなく、例えば複数のＬＥＤを配列して構成されていてもよい。光源駆動部１３は、光源を駆動する駆動部であり、制御部２０の指令に基づいて光源部１０を駆動することにより固体光源を点灯または消灯させる。

光源部１０から射出された光は、不図示の集光光学系を介して後述の蛍光体層に集光する。蛍光体部１１は、不図示の蛍光体層と不図示の蛍光体層を塗布した円盤型の回転体とを備え、さらに円盤型の回転体を包含するように不図示のケースと不図示のカバーを備えケーシングを構成している。蛍光体層は、光源部１０からの光（入射光）の波長を変換する波長変換素子である。蛍光体駆動部１２は、制御部２０の指令に基づいて蛍光体部１１の蛍光体層を塗布した円盤型の回転体を回転させる回転部（モータ）であり、ケースにより保持されている。

このような構成により、光源部１０から射出された光は、蛍光体部１１の蛍光体層に集光され、その一部の光が蛍光体に吸収される。光を吸収した蛍光体は励起されて蛍光光を発する波長変換素子として機能する。その結果、蛍光体層の微小領域に光エネルギーが集中し、蛍光体層は高温となる。そこで、蛍光体層が塗布された円盤型の回転体として熱伝導率の高い部材を用いることにより、蛍光体層の熱を円盤型の回転体に放熱し、蛍光体層の温度を低下させる。また前述のように円盤型の回転体を蛍光体駆動部で回転駆動することにより、光の照射領域が蛍光体層の上で常に移動するように構成し、蛍光体層の局所的な温度上昇（高温）を防止（抑制）する。なお、蛍光体部１１の回転数（単位時間当たりの回転数）は、制御部２０からの指令に基づいて任意に設定することが可能であり、回転数を変更することにより蛍光体部１１の蛍光体層の冷却性能を制御することができる。

蛍光体冷却部１４は、制御部２０からの指令に基づいて蛍光体部１１のケーシングの周囲の空気、例えばケーシングに設けられた放熱用のフィンの周囲の空気を流動させることで蛍光体部１１の蛍光体層を間接的に冷却する。蛍光体駆動部１４は、例えば冷却ファンであり、制御部２０からの指令に基づいて任意にケーシングの周囲の空気の流動量（冷却ファンの回転数）を制御することにより蛍光体部１１の蛍光体層の冷却能力を制御することができる。

記憶部１５は投射型表示装置の各種情報を記憶する。輝度検出部１６（検出部）は、光源部１０の輝度（発光強度）を検出する。本実施例では、光源部１０から射出された光が蛍光体部１１に至るまでの光路の漏れ光の輝度を検出し、光源部１０の輝度を所定の演算、または、予め記憶部１５に記憶した漏れ光と光源の輝度の関係（テーブルデータ）から導出する。

画像形成部１９は、複数のパネル（光変調素子）を有し、不図示の映像出力装置から出力され投射型表示装置に入力される映像信号に基づいて、光源部１０からの光及び蛍光体部１１で波長変換された光を用いて画像（投射画像）を形成する。

制御部２０は、投射型表示装置の各部の制御を行う。

次に図２を参照し、投射型表示装置１の動作について説明する。図２は、投射型表示装置の動作を示すフローチャートである。図２の各ステップは、ＣＰＵやＩＣ等のコンピュータとして構成された制御部２０により、コンピュータプログラムである投射型表示装置制御プログラムに従って本処理を実行する。図２及び他の実施例のフローチャートの説明においても同様である。

ステップ１０１では、ユーザの操作に応じて光源点灯指示を受けると光源点灯動作を開始し、ステップ１０２へ遷移する。

ステップ１０２では、記憶部１５より、初期値または前回光源点灯時の蛍光体部１１の回転数及び蛍光体体冷却部１４の冷却設定を取得し、取得した回転数及び冷却設定で蛍光体部１１の冷却を開始し、ステップ１０３へ遷移する。

ステップ１０３では、光源駆動部１３に光源の点灯指令を通知し、光源部１０の光源の点灯を行い、ステップ１０４へ遷移する。

ステップ１０４では、記憶部１５より現在設定されている光源の駆動モード（投射モード）を取得する。駆動モード（投射モード）が定電流駆動である場合、ステップ１０５に遷移し、定電流駆動ではない場合、ステップ１０９へ遷移する。

ここで、光源の駆動モードについて説明する。光源の駆動モードが定電流駆動の場合、光源の発光強度はその使用時間に応じて徐々に低下（経時変化）する。すなわち、蛍光体層に集光される光強度もその使用時間に応じて徐々に低下する。従って、蛍光体層が受光する光量も低下し、蛍光体層の温度は光強度が低下するのに伴って低下することになる。蛍光体層は所定の温度以下で使用できれば十分な特性を得られるため、このとき、蛍光体層の回転数や蛍光体冷却部の冷却性能を維持したままだと蛍光体層を不必要に冷却することになり、無駄な電力を消費してしまうことになる。そこで、光源の駆動モードが定電流駆動の場合は、光源の状態（継時変化）を検出し、その検出結果に基づいて冷却性能を制御する。

一方、定電流駆動モードではない、例えば、明るさを一定に保つような場合、駆動電流を変化させ、光源の発光強度を極力維持するような駆動を行う。従って、蛍光体層の温度は、光源の継時変化によらず、蛍光体層に集光される光強度もほぼ一定となるため、冷却性能は維持する。

ステップ１０５では、輝度検出部１６が検出した光源部１０の輝度を取得し、ステップ１０６へ遷移する。

ステップ１０６では、記憶部１５に予め記憶している工場出荷時の光源部１０の輝度を取得し、現在の光源部１０の輝度との差分を演算し、ステップ１０７へ遷移する。

ステップ１０７では、差分、すなわち光源部１０の経時変化、に応じた、蛍光体層を塗布した円盤型の回転体の回転数の制御、蛍光体体冷却部１４の冷却ファンの冷却制御を行い、ステップ１０８へ遷移する。回転数の制御は、例えば、低下させる回転数を、差分に応じて所定の演算で算出し制御したり、差分と低下させる回転数の関係を予め記憶部１５に記憶させておき、それを読み込んで制御してもよい。また、同様に冷却の制御も、冷却ファンの駆動電圧を、差分に応じて所定の演算で算出し制御したり、差分と低下させる冷却ファンの駆動電圧の関係を予め記憶部１５に記憶させておき、それを読み込んで制御してもよい。

このように光源の輝度（光源の状態）に基づいて、蛍光体層を塗布した円盤型の回転体の回転数の制御、蛍光体体冷却部の冷却ファンの制御を行うことで、蛍光体層を必要以上に冷却することがなく、蛍光体層を冷却するための消費電力を低減することができる。

また、回転数の制御、冷却ファンの制御の少なくとも一方を制御すればよく、例えば、回転数は維持したまま冷却ファンを制御し、冷却ファンの制御が仕様上の最小設定になった後、回転数を制御するようにしてもよい。勿論、冷却ファンの冷却設定を維持したまま回転数を制御し、回転数が仕様上の最低回転数になった後、冷却ファンを制御してもよい。

ステップ１０８では、現在の蛍光体部１１の回転体の回転数及び蛍光体体冷却部１４の冷却設定を記憶部１５に保存する。

ステップ１０９では、ユーザの操作に応じて光源点灯指示を受けたか否かを確認する。消灯指令を受けていた場合、光源駆動部１３に光源の消灯指令を通知し、光源を消灯させる。消灯指令を受けていない場合、ステップ１０４へ遷移する。

以上、説明したように本実施例によれば、光源の輝度（光源の状態）に応じて蛍光体の冷却を制御し、消費電力を低減することが可能な投射型表示装置を提供することができる。

次に図３、図４を参照して、本発明の実施例２である投射型表示装置について説明する。図３は本実施例の投射型表示装置２の構成である。実施例１との相違点は、光源駆動部１３（検出部）に、点灯中の光源の電圧及び電流の検出を行う電圧／電流検出部２１を設けた点である。また、実施例１と同じ符号の説明は省略する。

次に図４を参照し、実施例２における投射型表示装置２の動作について説明する。図４は、投射型表示装置の動作を示すフローチャートである。実施例１との相違点は、ステップ１０５がステップ２０５に、ステップ１０６がステップ２０６に置換された点である。

ステップ２０５では、電圧／電流検出部２１が検出した光源部１０の駆動電圧（供給電圧）を取得し、ステップ２０６へ遷移する。

ステップ２０７では、記憶部１５に予め記憶している工場出荷時の光源部１０の駆動電圧を取得し、現在の光源部１０の駆動電圧との差分を演算し、ステップ１０８へ遷移する。ここで、光源部の駆動電圧について説明する。光源の駆動モードが定電流駆動の場合、光源が劣化してくると、光源の駆動電圧はその使用時間に応じて徐々に高く（経時変化）なる。つまり、光源の駆動電圧の変化を導出することにより、光源の状態を検出することができる。

以上、説明したように本実施例によれば、光源の駆動電圧（光源の状態）に基づいて、蛍光体層を塗布した円盤型の回転体の回転数、蛍光体体冷却部１４の冷却ファンの冷却設定を行うことができる。従って、蛍光体層を必要以上に冷却することがなく、蛍光体層を冷却するための消費電力を低減することが可能な投射型表示装置を提供することができる。

次に図５、図６を参照して、本発明の実施例３である投射型表示装置について説明する。図５は本実施例の投射型表示装置３の構成である。実施例１との相違点は、光源部１０の温度を検出する温度検出部１７（検出部）、投射型表示装置の外気温度を検出する外気温検出部１８（検出部）を設けた点である。実施例１と同じ符号の説明は省略する。

次に図６を参照し、実施例３における投射型表示装置３の動作について説明する。図６は、投射型表示装置の動作を示すフローチャートである。実施例１との相違点は、ステップ１０５がステップ３０５に、ステップ１０６がステップ３０６に置換された点である。

ステップ３０５では、温度検出部１７が検出した光源部１０の温度と、外気温検出部１８が検出した投射型表示装置１の外部の温度と、を取得し、取得した外気温度と光源部１０の温度との差分から光源部１０の発熱量を算出し、ステップ３０６へ遷移する。

ステップ３０６では、記憶部１５に予め記憶している工場出荷時の光源部１０の発熱量を取得し、現在の光源部１０の発熱量との差分を演算し、ステップ１０８へ遷移する。ここで、光源部の発熱量について説明する。光源の駆動モードが定電流駆動の場合、光源が劣化し発光効率が低下すると、供給した電力が熱となる割合が高くなり、光源の発熱量はその使用時間に応じて徐々に高く（経時変化）なる。つまり、光源の発熱量の変化を導出することにより、光源の状態を検出することができる。

以上、説明したように本実施例によれば、光源の発熱量（光源の状態）に基づいて、蛍光体層を塗布した円盤型の回転体の回転数、蛍光体体冷却部１４の冷却ファンの冷却設定を行うことができる。従って、蛍光体層を必要以上に冷却することがなく、蛍光体層を冷却するための消費電力を低減することが可能な投射型表示装置を提供することができる。

本実施例では、光源部１０の発熱量を算出したが、記憶部１５に工場出荷時の光源部１０の温度を記憶し、現在の光源部１０の温度との差分を演算してもよい。

次に図１、図７を参照して、本発明の実施例４である投射型表示装置について説明する。図１は本実施例の投射型表示装置１の構成である。実施例１と同様であるため説明は省略する。

次に図７を参照し、実施例４における投射型表示装置１の動作について説明する。図７は、投射型表示装置の動作を示すフローチャートである。実施例１との相違点は、ステップ１０６がステップ４０６に、ステップ１０８がステップ４０８に置換された点である。

ステップ４０６では、後述するように記憶部１５に記憶している光源部１０の輝度を取得し、現在の光源部１０の輝度との差分を演算し、ステップ１０７へ遷移する。記憶部１５には光源部１０の輝度は記憶されていな場合、差分は０（無し）とし、光源の状態に変化はないものとして、ステップ１０７へ遷移する。

ステップ４０８では、ステップ１０５で取得した現在の光源部１０の輝度、現在の蛍光体部１１の回転体の回転数及び蛍光体体冷却部１４の冷却設定を記憶部１５に保存する。

本実施例では、所定の期間毎に、光源の状態を検出し、その検出結果を記憶部に記憶することで、工場出荷時に光源の輝度（光源の状態）を記憶しなくても、光源の状態を検出することができる。

従って、光源の輝度（光源の状態）に応じて蛍光体の冷却を制御でき、消費電力を低減することが可能な投射型表示装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１投射型表示装置
１０光源部
１１蛍光体（波長変換素子）
１２蛍光体駆動部（回転部）
１４蛍光体冷却部（冷却部）
１６輝度検出部（検出部）
１７温度検出部（検出部）
１８外気温検出部（検出部）
２０制御部
２１電圧／電流検出部（検出部）

Claims

光源と、
前記光源からの光の波長を変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子を回転させる回転部と、
前記波長変換素子を冷却する冷却部と、
前記光源の状態を検出する検出部と、
前記検出結果を記憶する記憶部と、
前記検出部が検出した検出結果と前記記憶部に記憶されている検出結果とに基づいて、前記回転部による前記波長変換素子の回転または前記冷却部による前記波長変換素子の冷却の少なくとも一方を制御する制御部と、
を有することを特徴とする投射型表示装置。
前記記憶部は、投射型表示装置の使用に伴って前記光源の状態が変化する前に前記検出部により検出された検出結果を記憶していることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
所定の期間毎に、前記検出部は前記光源の状態を検出し、前記制御部は、検出された検出結果を記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
前記検出部は前記光源の状態として前記光源の輝度を検出し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記光源の輝度が前記記憶部に記憶されている前記光源の輝度よりも低い場合、前記回転部による前記波長変換素子の回転を現在の回転数よりも低くする、または、前記冷却部による前記波長変換素子の冷却を現在の冷却性能よりも低くする、の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の投射型表示装置。
前記検出部は、前記光源から射出された光が前記波長変換素子に至るまでの光路の漏れ光の輝度を検出し、検出した前記漏れ光から前記光源の輝度を導出し、前記光源の輝度として検出することを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
前記光源を駆動する駆動部を有し、
前記検出部は、前記駆動部による前記光源の駆動電圧を検出し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記駆動電圧が前記記憶部に記憶されている駆動電圧よりも高い場合、前記回転部による前記波長変換素子の回転を現在の回転数よりも低くする、または、前記冷却部による前記波長変換素子の冷却を現在の冷却性能よりも低くする、の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の投射型表示装置。
前記検出部は前記光源の温度を検出し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記温度が前記記憶部に記憶されている温度よりも高い場合、前記回転部による前記波長変換素子の回転を現在の回転数よりも低くする、または、前記冷却部による前記波長変換素子の冷却を現在の冷却性能よりも低くする、
の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の投射型表示装置。
前記検出部は、前記光源の温度と前記投射型表示装置の外気温度を検出し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記光源の温度と前記外気温度との差が前記記憶部に記憶されている前記光源の温度と前記外気温度との差よりも高い場合、前記回転部による前記波長変換素子の回転を現在の回転数よりも低くする、または、前記冷却部による前記波長変換素子の冷却を現在の冷却性能よりも低くする、の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の投射型表示装置。
前記光源を駆動する駆動部を有し、
前記駆動部は前記光源を定電流で駆動することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
前記光源は固体光源であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の投射型表示装置。
光源と、前記光源からの光の波長を変換する波長変換素子と、前記波長変換素子を回転させる回転部と、前記波長変換素子を冷却する冷却部と、前記光源の状態を検出する検出部と、前記検出結果を記憶する記憶部と、を有する投射型表示装置のコンピュータに処理を実行させるコンピュータプログラムであって、
前記処理は、
前記検出部が検出した検出結果と前記記憶部に記憶されている検出結果とに基づいて、前記回転部による前記波長変換素子の回転または前記冷却部による前記波長変換素子の冷却の少なくとも一方を制御する処理を含むことを特徴とする制御プログラム。