JP5118929B2 - Projection display device - Google Patents

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Description

本発明は、3原色の光を画像情報により変調して合成することにより投写光を生成し、投写レンズを介してスクリーンに映像を投影する投写型映像表示装置(プロジェクタ)において、光源アレイを採用した光源ユニットの改良に関するものである。   The present invention employs a light source array in a projection display apparatus (projector) that generates projection light by modulating and synthesizing light of three primary colors with image information and projects an image on a screen via a projection lens. The present invention relates to the improvement of the light source unit.

従来の多くの投写型映像表示装置においては、3原色の光を生成するための光源にメタルハライドランプや超高圧水銀ランプなどの放電型ランプが採用され、いわゆる3板式による場合は、放電型ランプが発する白色光をダイクロイックミラーにより赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3原色に分離し、この3原色を画像情報により変調して合成プリズム(ダイクロイックプリズム)で合成した後、投写レンズを介して映像をスクリーンに表示するようにしている。   In many conventional projection display apparatuses, a discharge lamp such as a metal halide lamp or an ultra-high pressure mercury lamp is used as a light source for generating light of the three primary colors. The emitted white light is separated into three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) by a dichroic mirror, and the three primary colors are modulated by image information and synthesized by a synthesis prism (dichroic prism), and then projected. The image is displayed on the screen through the lens.

このような放電型ランプを採用する投写型映像表示装置において高輝度化(高出力化)の要求に対応するためには、高出力の放電型ランプを採用したり、多灯化が試みられている。ところが、このような対応は放電型ランプからの発熱が多くなることから冷却構造が大型化し、騒音や電源の大型化などの対策も不可欠なものとなる。また、放電型ランプの発光スペクトルは、黄色にピークを持つため、その出射光を有効に利用するためには、赤色もしくは緑色に黄色を混ぜて使用する必要がある。したがって、生成される単色の色純度が悪く、高い色再現性を期待することができないという課題があった。さらに、放電型ランプは、発光スペクトルにおける緑色、青色の波長帯域の光量に比べ、赤色の波長帯域の光量が十分でないため、この赤色の波長帯域の光量を補う対策が必要であるという課題があった。   In order to respond to the demand for higher brightness (higher output) in a projection display apparatus that employs such a discharge lamp, it has been attempted to employ a high output discharge lamp or to increase the number of lamps. Yes. However, such countermeasures increase the amount of heat generated from the discharge lamp, so that the cooling structure increases in size, and measures such as noise and increase in the size of the power source are indispensable. In addition, since the emission spectrum of the discharge lamp has a peak in yellow, it is necessary to mix yellow with red or green in order to effectively use the emitted light. Accordingly, there is a problem that the color purity of the generated single color is poor and high color reproducibility cannot be expected. Furthermore, the discharge lamp has a problem in that the light quantity in the red wavelength band is not sufficient as compared with the light quantity in the green and blue wavelength bands in the emission spectrum, and thus a countermeasure to supplement the light quantity in the red wavelength band is necessary. It was.

放電型ランプを採用した投写型映像表示装置にはこのような課題があるにも拘わらず、近年、業務市場などにおいてはスクリーンに投影する映像の大型化の要求が高まり、これに伴って3原色の発光量の増大が市場の要求となっている。そこで、上記のような放電型ランプを採用した場合の課題を解決するため、特に高出力化を目的とする光源の要素に光源アレイを採用する試みがなされている(特許文献1参照)。   In spite of these problems, projection-type image display devices that employ discharge-type lamps have recently become increasingly demanding for larger images projected on the screen in the business market, etc. Increasing the amount of emitted light is a market demand. Therefore, in order to solve the problem when the discharge lamp as described above is employed, an attempt has been made to employ a light source array as an element of a light source particularly intended for high output (see Patent Document 1).

この光源アレイは、例えば、同一基板上にモノシリックで数10個以上の光源素子が高密度に配列されてアレイ化されたものであり、配列数に相当する発光スポットが形成されるようにしている。このような光源アレイを採用する場合において、この光源アレイの各素子を安定に発光発振させるため、光源アレイ動作設定温度を一定に保つことが重要な課題となっている。   In this light source array, for example, several tens or more of light source elements are monolithically arranged on the same substrate at a high density, and light emission spots corresponding to the number of arrangements are formed. . When such a light source array is employed, it is an important issue to keep the light source array operation set temperature constant in order to stably emit and oscillate each element of the light source array.

光源アレイ動作設定温度が変動すると、光源素子からの発光出力が変動し、色合成の結果に影響が生じるとともに、寿命を短くすることにもなる。そこで、特許文献1に開示された技術では、ペルチェ素子とヒートシンクを組み合わせ、光源アレイを冷却している。また、光源アレイを強制的に冷却する他の手段として、冷却装置から冷却媒体通路を光源アレイに対して並列的に配置することにより所定の温度に冷却するようにしたものがある(特許文献2参照)。
特開2007−201285号公報 特開2005−026575号公報
When the light source array operation set temperature fluctuates, the light emission output from the light source element fluctuates, which affects the result of color synthesis and shortens the lifetime. Therefore, in the technique disclosed in Patent Document 1, a light source array is cooled by combining a Peltier element and a heat sink. Further, as another means for forcibly cooling the light source array, there is one in which the cooling medium passage is arranged in parallel to the light source array from the cooling device so as to cool to a predetermined temperature (Patent Document 2). reference).
JP 2007-201285 A Japanese Patent Laying-Open No. 2005-026575

光源アレイを光源とした場合、放電型ランプを採用した場合に比べて瞬時点灯および消灯が可能であり、色再現性が広く長寿命であるという特質がある。しかしながら、光源素子は温度が上昇すると発光効率が低下し、結晶欠陥の増加が進行する。これに伴って非発光遷移の割合が増加することから、本来の発光原理として動作する遷移機構においても発熱し、素子の温度が上昇して発光能力が加速度的に低下することになり、寿命の短期化にもつながることになる。   When a light source array is used as a light source, it can be turned on and off instantaneously, and has a characteristic that it has a wide color reproducibility and a long life compared with a case where a discharge lamp is used. However, when the temperature of the light source element rises, the light emission efficiency decreases and the crystal defects increase. Along with this, the ratio of non-emissive transition increases, so heat is generated even in the transition mechanism that operates as the original light emission principle, the temperature of the element rises, and the light emission capability decreases at an accelerated rate. It will also lead to shortening.

本発明は、このような光学的物性のある複数の光源素子を配列した光源アレイから出射される3原色を合成する構成を前提とするものであるが、前述したように光源素子においては温度による影響を大きく受ける特質を備えるもので、素子の温度が変化すると、出射光の波長、輝度が変化する。このような状態に至ると、ホワイトバランスが崩れ、正確な色階調表現ができなくなり、コントラストなどに影響が生ずることになる。   The present invention is premised on a configuration in which the three primary colors emitted from the light source array in which a plurality of light source elements having such optical properties are arranged. As described above, the light source elements depend on the temperature. It has characteristics that are greatly affected. When the temperature of the element changes, the wavelength and luminance of the emitted light change. When such a state is reached, the white balance is lost, and accurate color gradation expression cannot be achieved, which affects the contrast and the like.

したがって、光源アレイは、安定した動作が維持される一定の動作設定温度に常時保たれるようにしなければならない。例えば、光源素子は室温より比較的低い温度において高い出力が得られ、長い寿命を保つことができるので、環境温度がどのように変化しても光源アレイ動作設定温度を一定に保つ冷却手段が必要となり、その温度を指定範囲内で厳密に制御する必要がある。   Therefore, the light source array must always be maintained at a constant operating set temperature at which stable operation is maintained. For example, since the light source element can obtain a high output at a temperature relatively lower than room temperature and can maintain a long life, a cooling means is required to keep the light source array operating set temperature constant regardless of how the environmental temperature changes. Therefore, it is necessary to strictly control the temperature within a specified range.

ところが、上記特許文献1に開示された冷却手段においては、ペルチェ素子とヒートシンクの複合構造によるもので、光源エレメントの周辺部が複雑かつ大型化することから、3原色毎に複数の光源アレイを配置する構成の光源エレメントには採用することはできず、個々の光源アレイを正確に温度制御することはできない。また、上記特許文献2に開示された冷却手段においては、個々の光源アレイの温度状態を把握することが困難であるとともに、冷却冷媒の流量の調整手段を個々に備えるというきわめて大掛かりな装置となる。   However, the cooling means disclosed in Patent Document 1 is based on a composite structure of a Peltier element and a heat sink, and the peripheral portion of the light source element is complicated and large, so a plurality of light source arrays are arranged for each of the three primary colors. Such a light source element cannot be employed, and the temperature of each light source array cannot be accurately controlled. Further, the cooling means disclosed in Patent Document 2 is difficult to grasp the temperature state of each light source array, and is an extremely large-scale apparatus that is individually provided with a cooling refrigerant flow rate adjusting means. .

本発明は、光源アレイを受熱板に配設してなる複数の光源エレメントを、3原色毎に合成プリズムの照射面に向けて階層状に配置するようにした光源ユニットを備える投写型映像表示装置において、各光源アレイの温度状況を常時監視し、冷却手段および加熱手段の相互の作用により全ての光源アレイが所望の動作設定温度に保たれるようにすることにより、環境温度の変化に拘わらず高い精度の色再現が可能となり、光源アレイの寿命が長く保たれるようにすることを目的とするものである。   The present invention relates to a projection type image display apparatus including a light source unit in which a plurality of light source elements each having a light source array arranged on a heat receiving plate are arranged in a layered manner toward the irradiation surface of a synthetic prism for every three primary colors. In this case, the temperature condition of each light source array is constantly monitored, and all the light source arrays are maintained at a desired operation set temperature by the interaction of the cooling means and the heating means. The object is to enable color reproduction with high accuracy and to keep the life of the light source array long.

そこで本発明は、以下に述べる各手段により上記課題を解決するようにした。即ち、本発明では、少なくとも3原色の光を画像情報により変調して合成することにより投写光が得られるようにした投写型映像表示装置であり、同一基板上に複数の光源素子を配列した光源アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に加熱手段および温度検出手段を配設してなる複数の光源エレメントを、3原色毎に合成プリズムの照射面に導光するように、階層状に配置して光源ユニットを構成し、前記光源エレメントを冷却手段に接続するとともに、前記加熱手段および温度検出手段を制御手段に接続してなり、前記冷却手段により同時に冷却された複数の光源エレメントから前記温度検出手段により検出された各温度値において最高温度値を示した光源エレメントが所望の光源アレイ動作設定温度となるように冷却手段を制御する一方、その他の光源エレメントを各々の加熱手段にて昇温することにより所望の光源アレイ動作設定温度となるようにする。   Therefore, the present invention solves the above problems by means described below. That is, according to the present invention, a projection-type image display apparatus is configured to obtain projection light by modulating and synthesizing light of at least three primary colors according to image information, and a light source in which a plurality of light source elements are arranged on the same substrate. The array is arranged on the heat receiving plate, and a plurality of light source elements each having heating means and temperature detecting means arranged on the heat receiving plate are guided to the irradiation surface of the synthesis prism for each of the three primary colors. A plurality of light source elements which are arranged in a shape to constitute a light source unit and which connect the light source element to a cooling means and which connect the heating means and the temperature detection means to a control means and are simultaneously cooled by the cooling means The cooling means is controlled so that the light source element showing the maximum temperature value among the temperature values detected by the temperature detecting means becomes the desired light source array operation set temperature. By raising the temperature of the other light source elements in each of the heating means to reach the desired light source array operation setting temperature.

本発明によれば、簡素な構成による光源エレメントの温度制御が可能となるとともに、各光源エレメントから検出された各温度値において最高温度値を示した光源エレメントが冷却手段により光源アレイ動作設定温度となり、その他の光源エレメントは各々の加熱手段により所望の光源アレイ動作設定温度となるようにした温度制御により、環境温度の状況および光源エレメント自体の構造的経年変化に拘わらず、長期に亘り常に高い精度の色再現が可能となり、しかも、光源素子の寿命を長く保つことができる。   According to the present invention, it is possible to control the temperature of the light source element with a simple configuration, and the light source element that shows the maximum temperature value among the temperature values detected from each light source element becomes the light source array operation set temperature by the cooling means. The temperature of the other light source elements is adjusted to the desired setting temperature of the light source array by each heating means, and the accuracy is always high over a long period regardless of the environmental temperature and the structural aging of the light source element itself. Color reproduction is possible, and the lifetime of the light source element can be kept long.

以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて詳細に説明する。図1は、本発明の光源ユニットの基本的構成を示す平面図であり、同光源ユニットの組立状態の斜視図を図2に示す。図3は、本発明の要部の構成を示す図であり、本発明に採用する冷却手段の例を図4に示し、光源ユニットの冷却の態様を図5乃至図9に示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of a light source unit according to the present invention, and FIG. 2 shows a perspective view of an assembled state of the light source unit. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the main part of the present invention. FIG. 4 shows an example of the cooling means employed in the present invention, and FIGS. 5 to 9 show the cooling mode of the light source unit.

図1は、本発明の投写型映像表示装置Pの要部となる光源ユニット1の基本的構成を示す平面図であり、中央に配置された合成プリズム2の3側面に3原色のレーザ光の照射面2R、2G、2Bが形成されている。前記照射面2Rには赤色レーザ光が照射され、照射面2Gには緑色レーザ光が照射され、照射面2Bには青色レーザ光が照射される。   FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of a light source unit 1 that is a main part of a projection display apparatus P according to the present invention. Three primary colors of laser light are applied to three side surfaces of a synthesis prism 2 arranged in the center. Irradiation surfaces 2R, 2G, and 2B are formed. The irradiation surface 2R is irradiated with red laser light, the irradiation surface 2G is irradiated with green laser light, and the irradiation surface 2B is irradiated with blue laser light.

各照射面2R、2G、2Bには液晶パネル3R、3G、3Bとともに入射側偏光板4R、4G、4Bおよび出射側偏光板5R、5G、5Bが対面して平行に配設されている。前記液晶パネル3R、3G、3Bに特定の直線偏光成分を入射させるため、入射側偏光板4R、4G、4Bにおいて各原色の光束を所定の偏光方向(P偏光)に揃え、そのP偏光が液晶パネル3R、3G、3Bで変調された後、変調光のS偏光成分のみが出射側偏光板5R、5G、5Bから透過される。   In addition to the liquid crystal panels 3R, 3G, and 3B, incident-side polarizing plates 4R, 4G, and 4B and outgoing-side polarizing plates 5R, 5G, and 5B are arranged in parallel to face each irradiation surface 2R, 2G, and 2B. In order to allow a specific linearly polarized light component to enter the liquid crystal panels 3R, 3G, and 3B, the light beams of the respective primary colors are aligned in a predetermined polarization direction (P-polarized light) in the incident-side polarizing plates 4R, 4G, and 4B. After being modulated by the panels 3R, 3G, and 3B, only the S-polarized light component of the modulated light is transmitted from the exit-side polarizing plates 5R, 5G, and 5B.

そして、均一な照度分布が得られるようにするコンデンサレンズ6R、6G、6Bが入射側偏光板4R、4G、4Bに対面して平行に配設され、さらに、各レーザ光の輝度を均一化するためのインテグレータ(フライアイレンズ対)7R、7G、7Bがコンデンサレンズ6R、6G、6Bに対面して平行に配設されている。前記インテグレータ7Rは光源エレメント8から赤色レーザ光を入射し、インテグレータ7Gは光源エレメント9から緑色レーザ光を入射し、インテグレータ7Bは光源エレメント10から青色レーザ光を入射する。   Condenser lenses 6R, 6G, and 6B for obtaining a uniform illuminance distribution are arranged in parallel to face the incident side polarizing plates 4R, 4G, and 4B, and further uniformize the luminance of each laser beam. Integrators (fly eye lens pairs) 7R, 7G, and 7B are arranged in parallel to face the condenser lenses 6R, 6G, and 6B. The integrator 7 </ b> R receives red laser light from the light source element 8, the integrator 7 </ b> G receives green laser light from the light source element 9, and the integrator 7 </ b> B receives blue laser light from the light source element 10.

前記各光源エレメント8、9、10は全て同一に構成されるもので、熱伝導性に優れた金属により形成された受熱板8a、9a、10aの先端に、光源素子となる数10個以上の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bを、例えば、熱伝導性接着剤により固定する。なお、例えば、半導体レーザ素子アレイ8bからは赤色の波長帯域である650nm近辺、半導体レーザ素子アレイ9bからは緑色の波長帯域である550nm近辺、半導体レーザ素子アレイ10bからは青色の波長帯域である440nm近辺のレーザ光が出射される。   The light source elements 8, 9, and 10 are all configured in the same manner, and at the tips of heat receiving plates 8a, 9a, and 10a formed of a metal having excellent thermal conductivity, several tens or more serving as light source elements are formed. The semiconductor laser element arrays 8b, 9b, and 10b in which the semiconductor laser elements are arranged are fixed with, for example, a heat conductive adhesive. For example, the semiconductor laser element array 8b has a red wavelength band around 650 nm, the semiconductor laser element array 9b has a green wavelength band around 550 nm, and the semiconductor laser element array 10b has a blue wavelength band of 440 nm. Near laser light is emitted.

このように構成された半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bから出射される3原色のレーザ光は、合成プリズム2へ所定の光量で入射するようにしなければならない。したがって、3原色毎の個々の半導体レーザ素子の発光量を配慮し、配列する素子数を定めたり、あるいは駆動電流を3原色毎に設定して供給することは設計上の課題として重要となる。   The laser beams of the three primary colors emitted from the semiconductor laser element arrays 8b, 9b, and 10b configured in this way must be incident on the combining prism 2 with a predetermined light amount. Accordingly, it is important as a design problem to consider the amount of light emitted from each semiconductor laser element for each of the three primary colors and to determine the number of elements to be arranged or to set and supply the drive current for each of the three primary colors.

光源エレメント8、9、10は以上のように構成され、図2に示すように同一原色の照射範囲内に同一原色を発光する複数の光源エレメント8、9、10が合成プリズム2の照射面2R、2G、2Bに向けて階層状に配置される。同図では、合成プリズム2の照射面2Bに向けて青色を発光する光源エレメント10の配置状態を例示しているが、赤色を発光する光源エレメント8および緑色を発光する光源エレメント9も各々照射面2R、2Gに向けて同様に配置される。なお、階層間の光源エレメント8、9、10は、照射光が分散されるように千鳥状などの配置状態とすることを要する。   The light source elements 8, 9, and 10 are configured as described above, and a plurality of light source elements 8, 9, and 10 that emit the same primary color within the irradiation range of the same primary color as shown in FIG. 2G and 2B are arranged in layers. In the figure, the arrangement state of the light source element 10 that emits blue light toward the irradiation surface 2B of the composite prism 2 is illustrated, but the light source element 8 that emits red light and the light source element 9 that emits green light are also irradiated. It arrange | positions similarly toward 2R and 2G. Note that the light source elements 8, 9, and 10 between layers need to be arranged in a zigzag or the like so that the irradiation light is dispersed.

このように構成された光源ユニット1を駆動すると、光源エレメント8、9、10から3原色のレーザ光が合成プリズム2の照射面2R、2G、2Bに向けて出射される。そして、各色レーザ光の輝度はインテグレータ7R、7G、7Bにおいて均一化され、さらに、コンデンサレンズ6R、6G、6Bにおいて照度分布が均一となり、入射側偏光板4R、4G、4Bへ入射する。   When the light source unit 1 configured as described above is driven, laser light of three primary colors is emitted from the light source elements 8, 9, 10 toward the irradiation surfaces 2 R, 2 G, 2 B of the synthesis prism 2. The luminance of each color laser beam is made uniform in the integrators 7R, 7G, and 7B, and the illuminance distribution is made uniform in the condenser lenses 6R, 6G, and 6B, and is incident on the incident side polarizing plates 4R, 4G, and 4B.

このようにして均一化された3原色の各レーザ光は、液晶パネル3R、3G、3Bへ入射し、画像を形成するため階調(強度)変調され、出射側偏光板5R、5G、5Bを介して合成プリズム2へ入射する。階調変調された3原色のレーザ光は、この合成プリズム2において合成される。そして、この投写光は出射面2Sから出射し、投写レンズLを介してスクリーンに投影される。   The laser beams of the three primary colors made uniform in this way are incident on the liquid crystal panels 3R, 3G, and 3B, and are subjected to gradation (intensity) modulation to form an image. Then, the light enters the combining prism 2. The laser light of the three primary colors subjected to the gradation modulation is combined in the combining prism 2. Then, the projection light exits from the exit surface 2S and is projected onto the screen via the projection lens L.

ところで、前記光源エレメント8、9、10が、受熱板8a、9a、10aに半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bを熱伝導性接着剤により接着、あるいはネジ止めされるような場合、接合面に空気が僅かでも存在すると接触熱抵抗に誤差が生じ、受熱板8a、9a、10aに吸収される熱量に差異が生じてしまうことになる。このような誤差の生じる原因は、製造工程における組立誤差に起因する場合もあり、構造的経年変化による場合もあるが、何れにしても熱伝導率が区々の状態で半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bを発光させると、熱的条件の相違から発光量が均一とならなくなり、寿命も相違してくることになる。   When the light source elements 8, 9, and 10 are bonded to the heat receiving plates 8a, 9a, and 10a with the semiconductor laser element arrays 8b, 9b, and 10b by a heat conductive adhesive or screwed, If even a small amount of air is present, an error occurs in the contact thermal resistance, resulting in a difference in the amount of heat absorbed by the heat receiving plates 8a, 9a, 10a. The cause of such an error may be due to an assembly error in the manufacturing process, or may be due to structural aging, but in any case, the semiconductor laser element array 8b, When 9b and 10b are caused to emit light, the amount of emitted light is not uniform due to the difference in thermal conditions, and the lifetime is also different.

そこで、本発明では、以下に述べる対策を施すことにより全ての光源アレイが動作設定温度の許容範囲内で作動できるようにした。即ち、図3に示すように光源エレメント8、9、10の全ての受熱板8a、9a、10aに加熱手段となる電熱ヒータ20および温度検出手段となる温度センサ21を配設し、この電熱ヒータ20と温度センサ21をリード線L1、L2により制御装置22に接続する。なお、前記加熱手段にはペルチェ素子なども採用することができ、電熱ヒータに限定されるものではない。   Therefore, in the present invention, by taking the measures described below, all the light source arrays can be operated within an allowable range of the operation set temperature. That is, as shown in FIG. 3, an electric heater 20 as a heating means and a temperature sensor 21 as a temperature detection means are arranged on all the heat receiving plates 8a, 9a, 10a of the light source elements 8, 9, 10 and this electric heater. 20 and the temperature sensor 21 are connected to the control device 22 by lead wires L1 and L2. In addition, a Peltier element etc. can also be employ | adopted for the said heating means, and it is not limited to an electric heater.

前記受熱板8a、9a、10aは、冷却手段となる冷凍機23から延設され、合成プリズム2の照射面2R、2G、2Bへ各別に対面する冷媒回路24R、24G、24B中に設けられた吸熱器(蒸発器)25に熱伝導性接着剤などの適宜手段により固定され、受熱板8a、9a、10aの熱が吸熱器25に吸収されるようにしている。   The heat receiving plates 8a, 9a, and 10a are provided in the refrigerant circuits 24R, 24G, and 24B that extend from the refrigerator 23 that serves as a cooling unit and face the irradiation surfaces 2R, 2G, and 2B of the synthetic prism 2 separately. The heat absorber (evaporator) 25 is fixed by appropriate means such as a heat conductive adhesive so that heat of the heat receiving plates 8a, 9a and 10a is absorbed by the heat absorber 25.

図4は前記冷凍機23内の冷媒回路の例を示すもので、冷媒圧縮機23a、凝縮器23b、減圧器23R、23G、23B、吸熱器25、アキュームレータ23cの順で環状に接続されている。この冷媒回路の冷媒圧縮機23aで圧縮された高温高圧の冷媒は、凝縮器23bの送風ファン23dにて外気(空冷の場合)と熱交換して温度が下がり低温高圧の冷媒となる。次いで、減圧器23R、23G、23Bにて流量が絞られた後、吸熱器25にて蒸発する。この際の吸熱作用により受熱板8a、9a、10aの冷却が行われる。なお、減圧器23R、23G、23Bにおいて冷媒の絞り量を調整することにより3原色毎の吸熱器25の冷却の程度を調整することができる。   FIG. 4 shows an example of the refrigerant circuit in the refrigerator 23. The refrigerant compressor 23a, the condenser 23b, the decompressors 23R, 23G, and 23B, the heat absorber 25, and the accumulator 23c are connected in an annular shape in this order. . The high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the refrigerant compressor 23a of this refrigerant circuit is heat-exchanged with the outside air (in the case of air cooling) by the blower fan 23d of the condenser 23b, and the temperature is lowered to become a low-temperature and high-pressure refrigerant. Next, after the flow rate is reduced by the decompressors 23R, 23G, and 23B, the heat absorber 25 evaporates. The heat receiving plates 8a, 9a and 10a are cooled by the heat absorbing action at this time. Note that the degree of cooling of the heat absorber 25 for each of the three primary colors can be adjusted by adjusting the amount of refrigerant throttle in the decompressors 23R, 23G, and 23B.

さらに本発明では、前記光源エレメント8、9、10の温度センサ21からの信号を入力し、前記電熱ヒータ20の発熱制御および前記減圧器23R、23G、23Bによる冷媒の流量調整制御を行う制御装置22を備え、受熱板8a、9a、10aの冷却および加熱の相互の制御が可能となるようにし、全ての半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bが動作設定温度に定まるようにしている。   Furthermore, in the present invention, a control device that receives signals from the temperature sensors 21 of the light source elements 8, 9, 10 and performs heat generation control of the electric heater 20 and refrigerant flow rate adjustment control by the pressure reducers 23R, 23G, 23B. 22, the heat receiving plates 8a, 9a, and 10a can be controlled mutually for cooling and heating, and all the semiconductor laser element arrays 8b, 9b, and 10b are set to the operation set temperature.

ここで、前記制御装置22による制御の態様の例を以下に説明する。投写型映像表示装置Pを起動する以前においては、光源エレメント8、9、10の温度Tは環境温度に同化しており、例えば、環境温度が26℃であると図5に示すように、全ての光源エレメント8、9、10は26℃となっている。なお、同図においては、理解を容易とするため、青色の光源エレメント10を代表例として例示し、枝番号により個々の光源エレメント10の温度状態が把握できるようにしている。また、光源エレメント8、9、10の温度は、各温度センサ21の検出信号を入力する制御装置22において個々に把握される。   Here, the example of the aspect of control by the said control apparatus 22 is demonstrated below. Before starting the projection display apparatus P, the temperature T of the light source elements 8, 9, 10 is assimilated to the environmental temperature. For example, when the environmental temperature is 26 ° C., as shown in FIG. The light source elements 8, 9, and 10 are 26 ° C. In the figure, for easy understanding, a blue light source element 10 is illustrated as a representative example, and the temperature state of each light source element 10 can be grasped by a branch number. Further, the temperatures of the light source elements 8, 9, and 10 are individually grasped by the control device 22 that inputs the detection signal of each temperature sensor 21.

かかる状態において本発明の投写型映像表示装置Pが起動され、冷凍機23が駆動を開始すると、光源エレメント8、9、10は冷却されて予め設定した温度(例えば、20℃)の許容範囲内(例えば、±1℃)となるように冷凍機23は冷媒を冷却し、吸熱器25に供給される。このようにして、吸熱器25は光源エレメント8、9、10を包括的に冷却し、半導体レーザ素子アレイ8b、9b、10bからの発熱を吸収して安定状態に至ると、前述したような接触熱抵抗の誤差などがある場合、図6に示すように各光源エレメント10−1〜10−nの間で温度の差異が生じる。   In such a state, when the projection display apparatus P of the present invention is activated and the refrigerator 23 starts driving, the light source elements 8, 9, and 10 are cooled and fall within an allowable range of a preset temperature (for example, 20 ° C.). The refrigerator 23 cools the refrigerant to be (for example, ± 1 ° C.) and is supplied to the heat absorber 25. In this way, the heat absorber 25 comprehensively cools the light source elements 8, 9, and 10 and absorbs the heat generated from the semiconductor laser element arrays 8b, 9b, and 10b to reach a stable state. When there is an error in thermal resistance or the like, a temperature difference occurs between the light source elements 10-1 to 10-n as shown in FIG.

同図に示す例では、光源エレメント10−2、10−4が目標とする光源アレイ動作設定温度の許容範囲(19〜21℃)から外れた状態にあることになる。そこで、制御装置22は、同一の冷媒回路に接続されている複数の光源エレメント8、9、10において、最高温度値を抽出し、この最高温度値(図6に示す例では、光源エレメント10−4の23℃)を光源アレイ動作設定温度(20℃)の許容上限値(21℃)まで降下すべく、冷凍機23の運転を制御する。   In the example shown in the figure, the light source elements 10-2 and 10-4 are out of the target light source array operation set temperature allowable range (19 to 21 ° C.). Therefore, the control device 22 extracts the maximum temperature value from the plurality of light source elements 8, 9, and 10 connected to the same refrigerant circuit, and this maximum temperature value (in the example shown in FIG. 4, 23 ° C.) is controlled to lower the allowable upper limit value (21 ° C.) of the light source array operation set temperature (20 ° C.).

この結果、図7に示すように光源エレメント10−4を光源アレイ動作設定温度の許容上限値の21℃に一致させることができるが、その他の各光源エレメントの温度も変化することになる。そこで、再度、各光源エレメント8、9、10の温度センサ21により温度を検出し、光源エレメント10−4以外の光源エレメントの最高温度が光源アレイ動作設定温度の許容上限値を越える場合には(図7に示す例では、光源エレメント10−2の22℃)、光源エレメント10−2を光源アレイ動作設定温度の許容上限値(21℃)まで降下すべく冷凍機を制御する。   As a result, as shown in FIG. 7, the light source element 10-4 can be matched with the allowable upper limit value of the light source array operation set temperature of 21 ° C., but the temperature of the other light source elements also changes. Therefore, when the temperature is detected again by the temperature sensor 21 of each light source element 8, 9, 10 and the maximum temperature of the light source elements other than the light source element 10-4 exceeds the allowable upper limit value of the light source array operation set temperature ( In the example shown in FIG. 7, the refrigerator is controlled to lower the light source element 10-2 to the allowable upper limit value (21 ° C.) of the light source array operation setting temperature.

この結果、図8に示すように、光源エレメント10−2を光源アレイ動作設定温度の許容上限値(21℃)にすることができるが、許容温度下限値(19℃)を外れる光源エレメント(例えば、10−1、10−6)も存在する。そこで、制御装置22は、各光源エレメント8、9、10の温度センサ21により検出した温度値と光源アレイ動作設定温度(20℃)を比較し、その差分の温度が補填されて光源アレイ動作設定温度(20℃)の許容範囲(19〜21℃)が維持されるように電熱ヒータ20に電流を流し、光源エレメントを昇温する。   As a result, as shown in FIG. 8, the light source element 10-2 can be set to the allowable upper limit value (21 ° C.) of the light source array operation set temperature, but the light source element (e.g., out of the allowable temperature lower limit value (19 ° C.)) 10-1, 10-6). Therefore, the control device 22 compares the temperature value detected by the temperature sensor 21 of each light source element 8, 9, 10 with the light source array operation setting temperature (20 ° C.) and compensates for the difference temperature to set the light source array operation setting. A current is passed through the electric heater 20 so that the allowable range (19-21 ° C.) of the temperature (20 ° C.) is maintained, and the temperature of the light source element is increased.

即ち、図8において、例えば、光源エレメント10−1は光源アレイ動作設定温度(20℃)の許容下限値より1℃低い状態にあるため、制御装置22は電熱ヒータ20により1℃昇温し、光源エレメント10−6は2℃昇温することになる。このようにして、各光源エレメントの温度が補完され、図9に示すように全ての光源エレメント10−1〜10−nを目標の光源アレイ動作作設定温度(20℃)の許容温度範囲(19〜21℃)内に定めることができる。   That is, in FIG. 8, for example, since the light source element 10-1 is 1 ° C. lower than the allowable lower limit value of the light source array operation set temperature (20 ° C.), the controller 22 raises the temperature by 1 ° C. by the electric heater 20, The temperature of the light source element 10-6 is increased by 2 ° C. In this way, the temperature of each light source element is complemented, and as shown in FIG. 9, all the light source elements 10-1 to 10-n are allowed to have an allowable temperature range (19 ° C.) of the target light source array operation setting temperature (20 ° C.). ˜21 ° C.).

このように本発明では、同一の冷媒配管に接続された光源エレメントを冷却するにあたり、特定の光源エレメントが示した最高温度値を冷凍機により目標の動作設定温度の許容上限値まで降下させ、許容温度下限値を下回る光源エレメントを電熱ヒータにより昇温するようにしたので、温度センサの検出信号と光源アレイ動作設定温度が常に照合される状態となり、環境温度の変化はもとより、光源エレメントの構造的経年変化により接触熱抵抗に変化が生じた場合においても正確な温度制御が可能となる。   As described above, in the present invention, in cooling the light source elements connected to the same refrigerant pipe, the maximum temperature value indicated by the specific light source element is lowered to the allowable upper limit value of the target operation set temperature by the refrigerator. Since the temperature of the light source element that is below the lower temperature limit is raised by the electric heater, the temperature sensor detection signal and the light source array operation set temperature are always collated. Even when the contact thermal resistance changes due to secular change, accurate temperature control becomes possible.

これにより、半導体レーザ素子アレイなどの光源素子アレイを安定に作動して常に高い精度の色再現が可能となるとともに寿命を長く保つことができ、信頼性の高い投写型映像表示装置を提供することができるなど本発明特有の効果を奏する。   Accordingly, it is possible to stably operate a light source element array such as a semiconductor laser element array so that color reproduction with high accuracy is always possible and a long life can be maintained, and a highly reliable projection display apparatus is provided. The effects unique to the present invention can be obtained.

なお、上述した実施例では、透過型液晶パネルを採用した例について説明したが、これに代わる表示素子として、例えば、反射型液晶パネルを用いて3板式あるいは単板式で光源ユニットを構成した場合においても、同等の効果を奏することができる。また、上述した実施の形態においては、光源素子として半導体レーザ素子を用いた投写型映像表示装置を例として説明したが、本発明は光源素子の種類に限定されることなく実施することが可能である。   In the above-described embodiment, an example in which a transmissive liquid crystal panel is used has been described. However, as an alternative display element, for example, when a light source unit is configured in a three-plate type or a single plate type using a reflective liquid crystal panel. Can achieve the same effect. In the above-described embodiment, the projection display apparatus using a semiconductor laser element as the light source element has been described as an example. However, the present invention can be implemented without being limited to the type of the light source element. is there.

本発明の光源ユニットの基本的構成を示す平面図である。It is a top view which shows the basic composition of the light source unit of this invention. 本発明の光源ユニットの組立状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembly state of the light source unit of this invention. 本発明の要部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of this invention. 本発明に採用する冷却手段の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the cooling means employ | adopted as this invention. 本発明における光源エレメントの冷却の態様を説明する図である。It is a figure explaining the aspect of cooling of the light source element in this invention. 本発明における光源エレメントの冷却の態様を説明する図である。It is a figure explaining the aspect of cooling of the light source element in this invention. 本発明における光源エレメントの冷却の態様を説明する図である。It is a figure explaining the aspect of cooling of the light source element in this invention. 本発明における光源エレメントの冷却の態様を説明する図である。It is a figure explaining the aspect of cooling of the light source element in this invention. 本発明における光源エレメントの冷却の態様を説明する図である。It is a figure explaining the aspect of cooling of the light source element in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

P・・・・・投写型映像表示装置
L・・・・・投写レンズ
1・・・・・光源ユニット
2・・・・・合成プリズム
3R、3G、3B・・・・・液晶パネル
4R、4G、4B・・・・・入射側偏光板
5R、5G、5B・・・・・出射側偏光板
6R、6G、6B・・・・・コンデンサレンズ
7R、7G、7B・・・・・インテグレータ
8、9、10・・・・・光源エレメント
8a、9a、10a・・・・・受熱板
8b、9b、10b・・・・・光源アレイ(半導体レーザ素子アレイ)
20・・・・・電熱ヒータ(加熱手段)
21・・・・・温度センサ(温度検出手段)
22・・・・・制御装置
23・・・・・冷凍機
24R、24G、24B・・・・・冷媒回路
25・・・・・吸熱器
P ... Projection type image display device L ... Projection lens 1 ... Light source unit 2 ... Synthetic prism 3R, 3G, 3B ... Liquid crystal panel 4R, 4G 4B: Incident side polarizing plate 5R, 5G, 5B: Output side polarizing plate 6R, 6G, 6B: Condenser lens 7R, 7G, 7B: Integrator 8, 9, 10: Light source element 8a, 9a, 10a: Heat receiving plate 8b, 9b, 10b: Light source array (semiconductor laser element array)
20 ... Electric heater (heating means)
21 ... Temperature sensor (temperature detection means)
22... Control device 23... Refrigerator 24R, 24G, 24B... Refrigerant circuit 25.

Claims (1)

少なくとも3原色の光を画像情報により変調して合成することにより投写光が得られるようにした投写型映像表示装置であり、
同一基板上に複数の光源素子を配列した光源アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に加熱手段および温度検出手段を配設してなる複数の光源エレメントを、3原色毎に合成プリズムの照射面に導光するように、階層状に配置して光源ユニットを構成し、
前記光源エレメントを冷却手段に接続するとともに、前記加熱手段および温度検出手段を制御手段に接続してなり、
前記冷却手段により同時に冷却された複数の光源エレメントから前記温度検出手段により検出された各温度値において最高温度値を示した光源エレメントが所望の光源アレイ動作設定温度となるように冷却手段を制御する一方、その他の光源エレメントを各々の加熱手段にて昇温することにより所望の光源アレイ動作設定温度となるようにしたことを特徴とする投写型映像表示装置。
A projection-type image display device configured to obtain projection light by modulating and synthesizing light of at least three primary colors according to image information;
A light source array in which a plurality of light source elements are arranged on the same substrate is arranged on a heat receiving plate, and a plurality of light source elements each having heating means and temperature detecting means arranged on the heat receiving plate are synthesized for every three primary colors. The light source unit is configured in a hierarchical arrangement so as to guide light to the irradiation surface of the prism,
The light source element is connected to cooling means, and the heating means and temperature detection means are connected to control means ,
The cooling means is controlled so that the light source element showing the maximum temperature value among the plurality of light source elements cooled simultaneously by the cooling means has a desired light source array operation set temperature. On the other hand, a projection-type image display apparatus characterized in that the temperature of the other light source elements is raised by the respective heating means so as to reach a desired light source array operation set temperature .
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