JP4838397B1 - 画像表示装置 - Google Patents

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

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。

特開２００７−３１６３９３号公報

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。

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。 光学エンジンユニット１３の分解組立斜視図。 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。 画像表示装置１の機能ブロック図。 各レーザ光源装置２２〜２４の半導体レーザに印加される電流の波形を示す図。 各レーザ光源装置２２〜２４の使用温度Ｔと光出力Ｐとの関係を示す図。 （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り、（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。 天板を外した状態の画像表示装置の平面図。 、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。 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。 赤色レーザ光源装置２３と風除けカバー８１との分解組立斜視図。 赤色レーザ光源装置２３に風除けカバー８１を取り付けた斜視図。 （ａ）は赤色レーザ光源装置２３に取り付けた状態の風除けカバー８１の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印ＸIIIｂ−ＸIIIｂ線に沿って見た断面図であり、（ｃ）は（ａ）の矢印ＸIIIｃ−ＸIIIｃ線に沿って見た断面図。 緑色レーザ光源装置２２とヒートシンク８５との分解組立斜視図。 緑色レーザ光源装置２２にヒートシンク８５を取り付けた斜視図。 ヒートシンク８５の筒状部８５ｂの断面図。

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

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

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。

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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