TWI434615B - 光源裝置、投影裝置及投影方法 - Google Patents

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Description

光源裝置、投影裝置及投影方法
本發明係關於適合於投影機裝置等之光源裝置、投影裝置及投影方法。
在投影機裝置中，例如，像特開2004-341105號公報、特開2007-025466號公報所揭示那樣，大多考慮使用半導體雷射或發光二極體作為光源之技術。
半導體雷射或發光二極體等之半導體光源，不僅元件極小且可進行高亮度之發光。但反過來也有容易受到熱的影響，若在高溫下長時間地驅動時，會劇烈劣化，而造成壽命大幅縮短的欠缺。
根據本發明之一個觀點，提供一種光源裝置，其具備：複數個半導體光源元件；及驅動控制部，其分時且循環地對該複數個半導體光源元件供給電力信號而進行發光驅動，該電力信號具有上昇時之波高值比下降時的波高值大的鋸齒狀之脈衝波形。
另外，根據本發明之另一個觀點，提供一種投影裝置，其具備：複數個半導體光源元件；驅動控制部，其分時且循環地對該複數個半導體光源元件供給電力信號而進行發光驅動，該電力信號具有上昇時之波高值比下降時的波高值大的鋸齒狀之脈衝波形；輸入部，係輸入影像信號；及投影部，其使用從該複數個半導體光源元件射出之光，形成與以該輸入部輸入之影像信號對應的光像並進行投影。
另外，根據本發明之再一個觀點，提供一種投影方法，係在投影裝置使用的投影方法，該投影裝置具備：複數個半導體光源元件；輸入部，係輸入影像信號；及投影部，其使用從該複數個半導體光源元件射出之光，形成與以該輸入部輸入之影像信號對應的光像並進行投影；該投影方法具備：分時且循環地對該複數個半導體光源元件供給電力信號而進行發光驅動，該電力信號具有上昇時之波高值比下降時的波高值大的鋸齒狀之脈衝波形。
藉由以下之詳細說明及添加圖面，應可充分地瞭解本發明，但此等只是用於說明而已，並非用來限定本發明之範圍。
以下，參照圖面，針對將本發明應用於DLP(Digital Light Processiong)方式之資料投影機裝置的情況之一實施形態進行說明。
第1圖為顯示本實施形態之資料投影機裝置10之大致功能構成的方塊圖。
輸入輸出連接器部11包括：例如、插腳插座(Pin Jack)(RCA)型之視訊輸入端子、D-sub15型的RGB輸入端子、及USB(Universal Serial Bus)連接器等的各種輸入輸出端子。
從輸入輸出連接器部11輸入之各種規格的影像信號係經由輸入輸出介面(I/F)12、系統匯流排SB而輸入至一般被稱為倍頻器之影像轉換部13。
影像轉換部13係將輸入之影像信號轉換為適合於投影的既定格式之影像信號，並寫入屬顯示用的緩衝記憶體之視訊RAM14。然後，影像轉換部13讀出影像信號而輸送至投影影像處理部15。
此時，顯示OSD(On Screen Display)用之各種動作狀態的符號等的資料，亦根據需要而以視訊RAM14被重疊加工為影像信號，加工後之影像信號被讀出而輸送至投影影像處理部15。
投影影像處理部15係以將既定之幀率、例如60[幀/秒]與色成份之分割數及顯示灰階數相乘而得之分時數，根據輸送來的影像信號來驅動屬空間光調變元件(SLM:spatial light modulator)之微鏡元件16。
微鏡元件16係藉由使排列成陣列狀之複數個、例如XGA(橫1024像素×縱768像素)份的微小鏡的各傾斜角度分別以高速進行ON/OFF動作，從而以其反射光形成光像。
另一方面，從光源部17分時地循環射出R,G,B之原色光。來自此光源部17之原色光，在鏡18被全反射而照射於該微鏡元件16。
然後，以微鏡元件16之反射光形成光像。形成之光像則經由投影透鏡單元19而投影顯示於成為投影對象之未圖示的屏幕上。
光源部17具有發出紅色(R)光之發光二極體(以下稱為「R-LED」)21、發出綠色(G)光之發光二極體(以下稱為「G-LED」)22、及發出藍色(B)光之發光二極體(以下稱為「B-LED」)23。
R-LED21發出之紅色光，係在透過分色鏡24之後，以整合器25整合成亮度分布大致均勻之光束而輸送至該鏡18。
G-LED22發出之綠色光，係在被分色鏡26反射之後，並在該分色鏡24處亦被反射，經由整合器25而輸送至該鏡18。
B-LED23發出之藍色光，係在被鏡27反射之後透過該分色鏡26，然後，由該分色鏡24反射，並經由整合器25而輸送至該鏡18。
該分色鏡24係以透過紅色光的一方，反射綠色光及藍色光。該分色鏡26係以反射綠色光的一方使藍色光透過。
投影光處理部28係統籌地控制光源部17之LED21～23的發光時序、驅動信號之波形等。投影光處理部28係根據從投影影像處理部15所給之影像資料的時序及後述之CPU31的控制，來控制LED21～23的發光動作。
CPU31係控制上述各電路之動作。CPU31係直接與主記憶體32及程式記憶體33連接。主記憶體32係由DRAM構成，作為CPU31之工作記憶體而發揮作用。程式記憶體33係由可電性改寫之非揮發性記憶體構成，其記憶CPU31執行之動作程式或各種定型資料等。CPU31係利用該主記憶體32及程式記憶體33來執行此資料投影機裝置10內的控制動作。另外，CPU31係根據來自操作部34之鍵操作信號來執行各種投影動作。
操作部34包含：鍵操作部，係設於資料投影機裝置10之本體；及雷射受光部，係接收來自此資料投影機裝置10專用之未圖示的遙控器之紅外光。在使用者操作本體之鍵操作部或遙控器的情況，操作部34將基於使用者之鍵操作的鍵操作信號直接輸出至CPU31。
該CPU31還經由該系統匯流排SB與聲音處理部35連接。聲音處理部35具備PCM音源等之音源電路，用以將投影動作時所給之聲音資料類比化，驅動揚聲器36進行聲音之擴音、或者依必要產生嗶聲等。
其次，針對上述實施形態的動作進行說明。
又，微鏡元件16係直接由投影影像處理部15驅動而進行顯示動作，另一方面，LED21～23係由投影光處理部28直接驅動而依序間斷地進行發光動作。此等投影影像處理部15及投影光處理部28，如上述，均在CPU31之控制下進行動作。CPU31係在讀出儲存於程式記憶體33之動作程式等而以展開於主記憶體32的基礎上執行控制處理。
在第2圖中，(A)圖顯示構成構成一幀彩色影像之R,G,B之各場的投影時序。(B)～(D)圖顯示所給於光源部17之各LED21～23的驅動電流的波形。
投影光處理部28係與以微鏡元件16之顯示動作同步而投影有色之光像，在第2圖中，如(B)～(D)圖所示，對應於R,G,B之各場間斷地驅動LED21～23。
如上述，在影像資料之幀率為60[幀/秒]的情況下，每場之期間成為1/180[秒]。因此，投影光處理部28係以1/60[秒]之周期，各以1/180[秒]之間隔，且均以圖示之信號波形依序對LED21～23間斷地進行發光驅動。
第3圖為顯示抽出投影光處理部28驅動LED21～23之信號波形。LED21～23之亮度調整係以電流值控制來進行。因此，投影光處理部28係以規定電壓對於LED21～23給予成為如圖示之電流波形的鋸齒狀信號而分時進行發光驅動發光。
亦即，當將脈衝波形之上昇時的波高值設為i1，下降時的波高值設為i2時，一定保證「i1＞i2」的關係，來分時且循環地供給電力信號，該電力信號具有上昇時之波高值比下降時的波高值大的鋸齒狀之脈衝波形。
一般，在LED及LD(半導體雷射)等之半導體光源元件中，於溫度低之狀態下，發光效率會增大。因此，像本實施形態那樣，在間斷時從溫度下降的狀態開始上昇時，以較大之電流值i1進行驅動來提高發光效率。以後，在同一脈衝內於後半程漸漸地降低電流值，以減少朝光源元件之蓄熱量。
第4A,4B圖顯示以如上述之波形的電流值驅動而產生的LED21～23之溫度模擬。第4A圖為給予於LED21～23之信號的鋸齒狀波形I與一般的方形波產生的驅動波形II之比較示意圖。
在方形波II之波高值為該電流值i1,i2之中間值「(i1+i2)/2」的情況，在本實施形態之波形I與方形波II，以LED21～23消費之電力本身成為相同。
然而，像第4B圖所示之LED21～23的溫度變化那樣，在給予該波形I所示之信號時的溫度變化波形III中，因脈衝上昇時之電流的波高值i1而使得溫度急遽上昇，但電流值隨後又漸漸地下降。其結果，可較低地抑制最高溫度tP1，並在以後之間斷期間依序降低。
與此相比，在給予以該一般的方形波所產生的驅動波形II所示之信號情況的溫度變化波形IV中，從上昇時起溫度漸漸上昇，隨後電流值亦不變化。其結果，最高溫度tP2變得比該溫度tP1高，並在以後之間斷期間依序降低。
因此，本實施形態之驅動方法，與一般之驅動方法比較，能以發光效率更高之狀態來驅動LED21～23。另外，最高溫度tP1、tP2的差值僅tD，成為能較低地抑制元件之最高溫度。
元件之溫度條件係左右包含LED之半導體光源元件的壽命之重要因素，所以，藉由較低地抑制最高溫度，可實現元件之長壽化。
尤其是瞭解到，在半導體光源元件中，在溫度與壽命的相關特性上，在超過某一臨界溫度的環境下，壽命會急遽縮短。因此，在半導體光源元件的相關特性上，藉由不超過該臨界溫度的方式來設定上昇時之波高值及下降時的波高值，可一面以較高之狀態維持元件之發光效率，一面同時能達到元件之長壽化。
又，在本實施形態中，假設將LED21～23作為投影機之光源，因此，如上述，LED21～23分別被間斷地驅動。因此，如第4A,4B圖所示，從一旦點亮至下次點亮為止會產生空閒時間，在此空閒時間中，LED被冷卻，當長時間連續驅動LED時，熱量隨著每經一幀而不斷蓄積，所以，會產生在此空閒時間中無法充分地降熱的事態。即使在此種情況下，像本實施形態那樣，只要能較低地抑制最高溫度，仍可使用間斷驅動時之空閒時間來有效地進行冷卻。
如上詳述，根據本實施形態，能以溫度低且發光效率高之狀態供給大的電力來進行發光。因此，在耗電受到限制的環境下，能較低地抑制為了獲得LED21～23所需之發光亮度而必要的電力。另外，在耗電不受限制的環境下，能以較大之發光亮度來驅動屬光源元件之LED21～23。
此外，在構成LED21～23之元件本身的溫度特性上，以不超過預先設定之臨界溫度的方式來設定驅動電流之上昇時之波高值及下降時的波高值，可一面以較高之狀態維持LED21～23之發光效率，一面同時能達到LED21～23之長壽化。
又，在本實施形態中，說明了使用三原色之LED21～23作為光源元件的情況。但是，本發明不限定於LED，LD亦同樣可適用(半導體雷射)。另外，只要本發明是使用複數個半導體光源元件之裝置或該裝置的驅動方法，其元件之種類或構成個數等不受限制。
除此之外，本發明不限定於上述實施形態，只要在實施階段未超出本發明之實質範圍內，即可進行各種之變更。
11．．．輸入輸出連接器部
12．．．輸入輸出介面(I/F)
13．．．影像轉換部
14．．．視訊RAM
15．．．投影影像處理部
16．．．微鏡元件
17．．．光源部
18．．．鏡
19．．．投影透鏡單元
21～23．．．發光二極體(LED)
24．．．分色鏡
25．．．整合器
26．．．分色鏡
27．．．鏡
28．．．投影光處理部
31．．．CPU
32．．．主記憶體
33．．．程式記憶體
34．．．操作部
SB．．．系統匯流排
35．．．聲音處理部
36．．．揚聲器
第1圖為顯示資料投影機裝置之功能構成的方塊圖。
第2圖為例示構成彩色影像之幀的RGB場與所給於各LED之驅動電流的波形之時序圖。
第3圖為LED之驅動電流波形的示意圖。
第4A圖為驅動LED之鋸齒狀的驅動電流波形與一般的方形驅動電流波形之比較示意圖。
第4B圖為將鋸齒狀驅動電流所給於LED時之溫度變化與將一般的方形驅動電流所給於LED時之溫度變化的比較示意圖。

Claims (7)

  1. 一種光源裝置，其具備：複數個半導體光源元件；及驅動控制部，其分時且循環地對該複數個半導體光源元件供給電力信號使之驅動發光，該電力信號具有上昇時之波高值比下降時的波高值大的鋸齒狀之脈衝波形，該驅動控制部，係以在該電力信號的供給電力是指定的電力值範圍下該複數個半導體光源元件之最高溫度會變低的方式，對該複數個半導體光源元件供給已設定該脈衝波形之上昇時及下降時的波高值之電力信號使之驅動發光。
  2. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中該驅動控制部係將電力信號供給於該複數個半導體光源元件使之驅動發光，該電力信號係根據該複數個半導體光源元件之溫度與壽命的相關特性上之臨界值來設定上昇時及下降時的波高值。
  3. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中該驅動控制部，係以在該複數個半導體光源元件中的1個半導體光源元件之脈衝波形是ON的期間，其他的半導體光源元件是OFF期間且該複數個半導體光源元件的各ON期間彼此連續地循環的方式，供給該電力信號使之驅動發光。
  4. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中該複數個半導體光源元件包含雷射光源元件。
  5. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中該脈衝波形的ON期間係大約1/180秒。
  6. 一種投影裝置，其具備：如申請專利範圍第1至5項中任一項之光源裝置；輸入部，係輸入影像信號；及投影部，其使用從該複數個半導體光源元件射出之光，形成與以該輸入部輸入之影像信號對應的光像並進行投影。
  7. 一種投影方法，係在投影裝置使用的投影方法，該投影裝置具備：複數個半導體光源元件；輸入部，係輸入影像信號；及投影部，其使用從該複數個半導體光源元件射出之光，形成與以該輸入部輸入之影像信號對應的彩色光像並進行投影；該投影方法具備：以在供給電力是指定值範圍下該複數個半導體光源元件之最高溫度會變低的方式，分時且循環地對該複數個半導體光源元件供給電力信號使之驅動發光，該電力信號具有上昇時之波高值比下降時的波高值大的鋸齒狀之脈衝波形。
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