TWI499857B - 光源裝置、投影裝置及投影方法 - Google Patents

Description

光源裝置、投影裝置及投影方法

本發明係關於適合投影機裝置等之光源裝置、投影裝置及投影方法。

以往，作為防止投影於屏幕上之連續光發生閃爍同時使裝置整體之可靠度提升之投影機，想出一種投影機，該投影機係具備：光源裝置，其朝被投影面射出雷射光；掃描手段，其掃描從該光源裝置所射出之雷射光；光擴散構件，其將藉該掃描手段所掃描之雷射光擴散；及聚光手段，其將從該光擴散手段所射出之雷射光聚光於被投影面(專利文獻1)。

[專利文獻1]特開2007-025466號公報

作為發出雷射光之光源一般所使用的半導體雷射，因為在達到被稱為臨界電流的電流之前不振盪，從超過臨界電流之時點開始起線形振盪，所以以在允許範圍內較大電流值驅動的一方，其發光效率較高。因此，要在單位時間內獲得相同之振盪輸出，比起以一定之輸出連續驅動，以2倍之輸出且以佔空比(duty)成為50%的方式間歇驅動之效率較高。

另一方面，在使用半導體雷射作為投影機裝置等之光源的情況，誠如上述專利文獻中所記載，卻要求光源需能以一定之輸出連續點亮。因此，無法採用像上述那樣之間歇性驅動，結果只能在效率低之狀態下驅動光源。

本發明係鑒於上述實際情況而開發完成者，其目的在於，提供一種光源裝置、投影裝置及投影方法，其能一面以高發光效率驅動半導體雷射，一面確保一定之連續光量。

申請專利範圍第1項之發明，其特徵為具備：光源部，具有複數個半導體雷射；脈衝驅動手段，係將該光源部之複數個半導體雷射分割為由相同數量之該半導體雷射構成之複數組，且依該各組以既定周期、既定佔空比進行脈衝驅動；及光源控制手段，係於藉該脈衝驅動手段而依各組對該半導體雷射進行脈衝驅動時，以時常點亮相同數量之該半導體雷射的方式來相互調整相位。

申請專利範圍第2項之發明，係於該申請專利範圍第1項之發明中，該脈衝驅動手段係依各組而以相同周期、相同佔空比對該半導體雷射進行脈衝驅動。

申請專利範圍第3項之發明，係於該申請專利範圍第1或2項之發明中，驅動該各組之驅動電力係基於該周期且佔空比而設定。

申請專利範圍第4項之發明，係於該申請專利範圍第1至3項中任一項之發明中，驅動該各組之驅動電力係基於該各組之總消費電力值及亮度值而設定。

申請專利範圍第5項之發明，係於該申請專利範圍第1至4項中任一項之發明中，該光源控制手段係用以設定基於該半導體雷射之最大驅動電流值而分割之組的數量。

申請專利範圍第6項之發明，其特徵為具備：光源部，具有複數個半導體雷射；脈衝驅動手段，係將該光源部之複數個半導體雷射分割為由相同數量之該半導體雷射構成之複數組，且依該各組以既定周期、既定佔空比進行脈衝驅動；及光源控制手段，係於藉該脈衝驅動手段而依各組對該半導體雷射進行脈衝驅動時，以時常點亮相同數量之該半導體雷射的方式來相互調整相位；輸入手段，係輸入影像信號；及投影手段，係採用該光源部產生之光，形成與該輸入手段輸入之影像信號對應的光像並進行投影。

申請專利範圍第7項之發明，係於該申請專利範圍第6項之發明中，該脈衝驅動手段係依各組而以相同周期、相同佔空比對該半導體雷射進行脈衝驅動。

申請專利範圍第8項之發明，係於該申請專利範圍第6或7項之發明中，驅動該各組之驅動電力係基於該周期且佔空比而設定。

申請專利範圍第9項之發明，係於該申請專利範圍第6至8項中任一項之發明中，驅動該各組之驅動電力係基於該各組之總消費電力值及亮度值而設定。

申請專利範圍第10項之發明，係於該申請專利範圍第6至9項中任一項之發明中，該光源控制手段係用以設定基於該半導體雷射之最大驅動電流值而分割之組的數量。

申請專利範圍第11項之發明，其中投影裝置具備：光源部，具有複數個半導體雷射；輸入部，係輸入影像信號；及投影部，係採用該光源部產生之光，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；該投影裝置所採用之投影方法的特徵為具備：脈衝驅動步驟，係將該光源部之複數個半導體雷射分割為由相同數量之該半導體雷射構成之複數組，且依各組而以既定周期、既定佔空比進行脈衝驅動；及光源控制步驟，係於藉該脈衝驅動手段依各組而對該半導體雷射進行脈衝驅動時，以時常點亮相同數量之該半導體雷射的方式來相互調整相位。

根據本發明，可一面以高發光效率驅動半導體雷射，一面確保一定之連續光量。

以下，參照圖式說明將本發明應用於DLP(Digital Light Processing)(登錄商標)方式之資料投影機裝置時的一實施形態。

第1圖為顯示本實施形態之資料投影機裝置10的概略功能構成之方塊圖。

元件符號11為輸入/輸出連接器部，其包括例如、插腳插座(RCA)型之視頻輸入端子、D-sub15型的RGB輸入端子、及USB(Universal Serial Bus)連接器。

從輸入輸出連接器部11所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換算裝置之影像轉換部13。

影像轉換部13係將所輸入之影像信號統一為適合投影的既定格式之影像信號，並適當地寫入顯示用之緩衝記憶體的視頻RAM14後，讀出已寫入之影像信號而傳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，亦依需要而在視頻RAM14加工為與影像信號重疊，加工後之影像信號被讀出後傳送至投影影像處理部15。

投影影像處理部15係藉根據所送來的影像信號將遵照既定格式之例如60[幀/秒]的幀率與色成份之分割數、及顯示灰階數相乘而得之更高速的分時驅動，來驅動顯示空間光調變元件(SLM)之微鏡元件16。

微鏡元件16係藉由使排列成陣列狀之例如XGA(橫1024像素×縱768像素)份的複數個微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分時循環射出R,G,B之原色光。來自此光源部17之原色光，在反射鏡18被全反射後照射於該微鏡元件16。

然後，以微鏡元件16之反射光形成光像，所形成之光像則經由投影透鏡單元19而投影顯示於作為投影對象物之未圖示的屏幕上。

該光源部17具有一半導體雷射部(LDU)21，該半導體雷射部21係由分別發出相同波長之藍色雷射光的一組雷射二極體所構成。

第2圖為顯示此半導體雷射部21之外觀構成之斜視圖。如同圖所示，半導體雷射部21具有例如6個之複數個雷射二極體21a～21f。合計為2×3=6個之雷射二極體21a～21f係作為具有相同發光特性、相同發光方向之單色雷射光源而使用，在本實施形態中係如上述，發出藍色雷射光。

半導體雷射部21發出之藍色雷射光穿透分色鏡22，並經由透鏡23而照射於彩色輪盤24之圓周上的1點。

彩色輪盤24係藉由馬達(M)25而旋轉。在雷射光照射之彩色輪盤24的圓周上，以組合成環形之方式形成紅色螢光反射板24R、綠色螢光反射板24G及藍色用擴散板24B。

第3圖為顯示彩色輪盤24及馬達25之外觀構成之斜視圖。如同圖所示，紅色螢光反射板24R之照射雷射光之面的相反側之未圖示面側形成為反射鏡構造，藉由照射藍色雷射光而使塗布之螢光體激發出紅色光，並以反射朝雷射光所照射之方向的方式射出激發後之紅色光。

同樣，綠色螢光反射板24G之照射雷射光之面的相反側之未圖示面側形成為反射鏡構造，藉由照射藍色雷射光而使塗布之螢光體激發出綠色光，並以反射朝雷射光所照射之方向的方式射出激發後之綠色光。

另外，剩餘之藍色用擴散板24B係由磨砂玻璃狀之透光構件所構成，所照射之藍色雷射光一面散射一面穿透該藍色用擴散板24B。

在彩色輪盤24之紅色螢光反射板24R或綠色螢光反射板24G位於雷射光之照射位置的情況，藉雷射光之照射來激發紅色光或綠色光。所激發之紅色光或綠色光被彩色輪盤24反射後，經由該透鏡23而於該分色鏡22亦被反射。

然後，此紅色光或綠色光經由透鏡26而於反射鏡27被反射，再經由透鏡28而於分色鏡29反射後，經由透鏡30且以整合器31整合成亮度分布大致均勻之光束後，於反射鏡32全反射而傳送至該反射鏡18。

另外，在彩色輪盤24之藍色用擴散板24B位於雷射光之照射位置的情況，雷射光一面以該擴散板24B進行擴散一面穿透彩色輪盤24之後，經由透鏡33而於反射鏡34全反射。然後，此藍色光經由透鏡35且穿透該分色鏡29，並經由透鏡30而以該整合器29整合成亮度分布大致均勻之光束後，於反射鏡32全反射而被傳送至該反射鏡18。

如上述，分色鏡22,29均使藍色光穿透，並反射綠色光及紅色光。

投影光處理部36係統籌地控制光源部17之半導體雷射部21的發光時序及由該馬達25驅動之彩色輪盤24的旋轉。投影光處理部36係根據從投影影像處理部15所給予之影像資料的時序，來控制半導體雷射部21之發光時序及彩色輪盤24的旋轉。

上述各電路之所有動作係由CPU37來控制。CPU37係直接與主記憶體38及程式記憶體39連接。主記憶體38係由DRAM構成，作為CPU37之工作記憶體而發揮作用。程式記憶體39係由可電性改寫之非揮發性記憶體構成，其記憶CPU37執行之動作程式或各種定型資料等。CPU37係利用該主記憶體38及程式記憶體39來執行此資料投影機裝置10內的控制動作。

該CPU37係依來自操作部40之按鍵操作信號來執行各種投影動作。

操作部40包含：按鍵操作部，係設於資料投影機裝置10之本體；及雷射受光部，係在此資料投影機裝置10專用之未圖示的遙控器之間接收紅外光；使用者係朝CPU37直接輸出基於以本體之按鍵操作部或遙控器操作的按鍵之按鍵操作信號。

該CPU37還經由該系統匯流排SB與音頻處理部41連接。音頻處理部41具備PCM音源等之音源電路，用以將投影動作時所給予之音頻資料類比化，驅動揚聲器42而揚聲放出，或者根據需要產生嗶聲等。

其次，針對上述實施形態的動作進行說明。

第4圖顯示半導體雷射部21之第1驅動例。在此，顯示將構成雷射二極體21a～21f之6個雷射二極體21a～21f分割成二組之情況的各驅動電力波形。同圖中，橫軸表示時間t，縱軸表示驅動電力I‧V。此等之驅動係藉由投影光處理部36之控制所實現，各雷射二極體21a～21f係設為於振盪時被以比臨界電流充分大之電流值驅動。

第4(A)圖顯示由雷射二極體21a、21d、21e所構成之組1的驅動電力波形。第4(B)圖顯示由剩餘之雷射二極體21b、21c、21f構成之組2的驅動電力波形。

如上述第4(A)及第4(B)圖所示，組1及組2兩組係以在相同周期T1、相同佔空比50%、使相位僅偏移180度(=T1/2)振盪的方式設定。

第4(C)圖顯示半導體雷射部21整體之驅動電力波形，即組合組1及組2兩組所有的雷射二極體21a～21f之驅動電力波形。如此，藉由在組1及組2兩組之間互相插補間歇期間，作為半導體雷射部21整體，可時常從3個雷射二極體連續振盪出雷射光。

藉由此種構成，假設將各組之驅動電力I‧V設為與同時點亮6個雷射二極體21a～21f之情況的驅動電力相比為2倍的電力時，即使總驅動電力與同時點亮6個雷射二極體21a～21f的情況相同，仍舊能以高效率驅動各雷射二極體之發光，所以可獲得更高之亮度。

或者，在欲獲得與同時點亮6個雷射二個體21a～21f時相同之亮度的情況，可將各組之驅動電力I‧V設為比同時點亮6個雷射二極體21a～21f之情況的驅動電力的2倍還小的電力，不僅可獲得相同亮度，且不會受此影響而可減低總驅動電力。

因此，可對於形成光像之微鏡元件16供給藉彩色輪盤24而限制了波長頻帶的連續且穩定之光量的光源光。

以下，藉由第5圖顯示半導體雷射部21之第2驅動例。在此，顯示將構成雷射二極體21a～21f之6個雷射二極體21a～21f分割成3組之情況的各驅動電力波形。同圖中，橫軸表示時間t，縱軸表示驅動電力I‧V。此等之驅動係依投影光處理部36之控制所實現，各雷射二極體21a～21f係設為於振盪時以比臨界電流充分大之電流值驅動。

第5(A)圖顯示由雷射二極體21a、21d所構成之組1的驅動電力波形。第5(B)圖顯示由雷射二極體21b、21e構成之組2的驅動電力波形。第5(C)圖顯示由雷射二極體21c、21f構成之組3的驅動電力波形。

如上述第5(A)～第5(C)圖所示，組1～組3三組係以在相同周期T2、相同佔空比33.3%、使相位僅偏移120度(=T2/3)振盪的方式設定。

若組合半導體雷射部21整體，即組合組1～組3三組，則藉由互相插補間歇期間，作為半導體雷射部21整體，可時常從2個雷射二極體連續振盪出雷射光。

藉由此種構成，假設將各組之驅動電力I‧V設為與同時點亮6個雷射二極體21a～21f之情況的驅動電力相比為3倍的電力時，即使總驅動電力與同時點亮6個雷射二極體21a～21f之情況相同，仍舊能以高效率驅動各雷射二極體之發光，所以可獲得更高之亮度。

或者，在欲獲得與同時點亮6個雷射二極體21a～21f時相同之亮度的情況，可將各組之驅動電力I‧V設為比同時點亮6個雷射二極體21a～21f之情況的驅動電力的3倍還小的電力，不僅可獲得相同亮度，且不會受此影響而可減低總驅動電力。

以下，藉由第6圖顯示半導體雷射部21之第3驅動例。在此，顯示將構成雷射二極體21a～21f之6個雷射二極體21a～21f分割成三組之情況的各驅動電力波形。同圖中，橫軸表示時間t，縱軸表示驅動電力I‧V。此等之驅動係依投影光處理部36之控制所實現，各雷射二極體21a～21f係設為於振盪時以比臨界電流充分大之電流值驅動。

第6(A)圖顯示由雷射二極體21a、21d所構成之組1的驅動電力波形。第6(B)圖顯示由雷射二極體21b、21e構成之組2的驅動電力波形。第6(C)圖顯示由雷射二極體21c、21f構成之組3的驅動電力波形。

如上述第6(A)～第6(C)圖所示，組1～組3三組係以在相同周期T3、相同佔空比66.7%、使相位僅偏移120度(=T3/3)振盪的方式設定。若組合半導體雷射部21整體，即組合組1～組3三組時，則藉由互相插補間歇期間，作為半導體雷射部21整體，可時常從二組份之4個雷射二極體連續振盪出雷射光。

藉由此種構成，假設將各組之驅動電力I‧V設為與同時點亮6個雷射二極體21a～21f之情況的驅動電力相比為1.5倍的電力時，即使總驅動電力與同時點亮6個雷射二極體21a～21f之情況相同，仍舊能以高效率驅動各雷射二極體之發光，所以可獲得更高之亮度。

或者，在欲獲得與同時點亮6個雷射二極體21a～21f時相同之亮度的情況，可將各組之驅動電力I‧V設為比同時點亮6個雷射二極體21a～21f之情況的驅動電力的1.5倍小的電力，不僅可獲得相同亮度，且不會受此影響而可減低總驅動電力。

如上述，第6圖中之驅動例，係在假定將半導體雷射21分成比第4圖、第5圖揭示的情況更多組的情況下，為了避免半導體雷射21之每個發光元件的驅動電力不斷增大而超過了發光元件之最大驅動電流值的事態發生而有效的驅動例。

即，從該第1及第2驅動例可知，將半導體雷射21分割成更多組以減少同時點亮之個數的方法，較能增大一組之驅動時的驅動電力。因此，能以更高之效率驅動半導體雷射21。但是，當超過半導體雷射21之驅動電流的最大值時，驅動效率會急速下降。第3驅動例中，藉由增加各組之驅動佔空比以增加同時點亮之個數，可避免上述事態的發生。

在第1至第3驅動例之任一例中，藉由間歇性地驅動構成半導體雷射部21之雷射二極體21a～21f，在因發熱而使得元件之溫度上昇之前重複地進行暫時停止驅動的動作，所以該等驅動例對熱非常有利，從而可減輕在資料投影機裝置10需要用來冷卻光源部的負擔，可達成裝置之小型化。

此外，光電二極體係依振盪期間及元件之溫度決定其壽命，所以藉由進行上述之間歇驅動，可達成構成半導體雷射部21之各雷射二極體21a～21f的長壽化。

根據如上詳述之本實施形態，可一面以高發光效率驅動光源之雷射二極體21a～21f，一面確保一定之連續光量。

另外，在上述實施形態中，將構成半導體雷射部21之雷射二極體21a～21f分割成分別由複數個雷射二極體所構成的複數組，且以該複數個組單位來調整相位。

藉此，對於按個體而產生之振盪輸出的差較大的雷射二極體，集中處理複數個雷射二極體，可吸收該個體差而達成平均化，可確保更為穩定之光量，並可簡化驅動半導體雷射部21之投影光處理部36的控制。

此外，在上述實施形態中，說明了藉由6個雷射二極體21a～21f來構成半導體雷射部21之情況，但本發明不限定於此，只要是由複數個雷射二極體所構成者均可應用於本發明。

另外，上述實施形態雖對應用於單板式之DLP(登錄商標)方式之資料投影裝置10的情況進行了說明，但本發明不限定於資料投影機裝置的投影方式，對於例如採用透光型之黑白液晶面板來形成光像的液晶投影機裝置等，亦同樣可應用本發明，另外，不只是資料投影機裝置，還可應用於例如後投影方式之電視接收機等。

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，即可進行各種之變形。另外，在上述實施形態中所執行之功能，還可盡可能適當組合實施。在上述實施形態中含有各種之階段，可藉所揭示之複數個構成要件形成的適當組合，來選取各種發明。例如，即使從實施形態所揭示之全構成要件中刪除若干個構成要件，但只要能獲得效果，亦可選取刪除了此構成要件之構成作為本發明。

10．．．資料投影機裝置

11．．．輸入/輸出連接器部

12．．．輸入/輸出介面(I/F)

13．．．影像轉換部(換算裝置)

14．．．視頻RAM

15．．．投影影像處理部

16．．．微鏡元件(SLM)

17．．．光源部

18．．．反射鏡

19．．．投影透鏡單元

21．．．半導體雷射部(LDU)

21a～21f．．．雷射二極體

22．．．分色鏡

23．．．透鏡

24．．．彩色輪盤

24B．．．藍色用擴散板

24G．．．綠色螢光體反射板

25．．．馬達(M)

26．．．透鏡

27．．．反射鏡

28．．．透鏡

29．．．分色鏡

30．．．透鏡

31．．．整合器

32．．．反射鏡

33．．．透鏡

34．．．反射鏡

35．．．透鏡

36．．．投影光處理部

37．．．CPU

38．．．主記憶體

39．．．程式記憶體

40．．．操作部

41．．．音頻處理部

42．．．揚聲器

SB．．．系統匯流排

第1圖為顯示本發明之一實施形態的資料投影機裝置整體之功能構成的方塊圖。

第2圖為顯示同實施形態之半導體雷射部的外觀構成之斜視圖。

第3圖為顯示同實施形態之彩色輪盤及馬達的外觀構成之斜視圖。

第4圖為顯示同實施形態之半導體雷射部的第1驅動例之時序流程圖。

第5圖為顯示同實施形態之半導體雷射部的第2驅動例之時序流程圖。

第6圖為顯示同實施形態之半導體雷射部的第3驅動例之時序流程圖。

11．．．輸入/輸出連接器部

12．．．輸入/輸出介面

13．．．影像轉換部(換算裝置)

14．．．視頻RAM

15．．．投影影像處理部

19．．．投影透鏡單元

36．．．投影光處理部

38．．．主記憶體

39．．．程式記憶體

40．．．操作部

41．．．音頻處理部

Claims (11)

1. 一種光源裝置，其特徵為具備：光源部，具有複數個半導體光源；脈衝驅動手段，係將該光源部之複數個半導體光源分割為由相同數量之該半導體光源構成之複數組，且依該各組以既定周期、既定佔空比進行脈衝驅動；及光源控制手段，係於藉該脈衝驅動手段而依各組對該半導體光源進行脈衝驅動時，以時常點亮相同數量之該半導體光源的方式來相互偏移相位。
2. 如申請專利範圍第1項之光源裝置，其中該脈衝驅動手段係依各組而以相同周期、相同佔空比對該半導體光源進行脈衝驅動。
3. 如申請專利範圍第1或2項之光源裝置，其中驅動該各組之驅動電力，係基於該周期且佔空比而設定。
4. 如申請專利範圍第1或2項之光源裝置，其中驅動該各組之驅動電力係基於該各組之總消費電力值及亮度值而設定。
5. 如申請專利範圍第1或2項之光源裝置，其中該光源控制手段係用以設定基於該半導體光源之最大驅動電流值而分割之組的數量。
6. 一種投影裝置，其特徵為具備：光源部，具有複數個半導體光源；脈衝驅動手段，係將該光源部之複數個半導體光源 分割為由相同數量之該半導體光源構成之複數組，且依該各組以既定周期、既定佔空比進行脈衝驅動；光源控制手段，係於藉該脈衝驅動手段而依各組對該半導體光源進行脈衝驅動時，以時常點亮相同數量之該半導體光源的方式來相互偏移相位；輸入手段，係輸入影像信號；及投影手段，係採用該光源部產生之光，形成與該輸入手段輸入之影像信號對應的光像並進行投影。
7. 如申請專利範圍第6項之投影裝置，其中該脈衝驅動手段係依各組而以相同周期、相同佔空比對該半導體光源進行脈衝驅動。
8. 如申請專利範圍第6或7項之投影裝置，其中驅動該各組之驅動電力係基於該周期且佔空比而設定。
9. 如申請專利範圍第6或7項之投影裝置，其中驅動該各組之驅動電力係基於該各組之總消費電力值及亮度值而設定。
10. 如申請專利範圍第6或7項之投影裝置，其中該光源控制手段係用以設定基於該半導體光源之最大驅動電流值而分割之組的數量。
11. 一種投影裝置之投影方法，該投影裝置具備：光源部，具有複數個半導體光源；輸入部，係輸入影像信號；及投影部，係採用該光源部產生之光，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；該投影方法之特徵為具備：脈衝驅動步驟，係將該光源部之複數個半導體光源分割為由相同數量之該半導體光源構成之複數組，且依各組而以既定周期、既定佔空比進行脈衝驅動；及光源控制步驟，係於藉該脈衝驅動手段依各組而對該半導體光源進行脈衝驅動時，以時常點亮相同數量之該半導體光源的方式來相互偏移相位。