光源裝置、投影裝置及投影方法

2023-12-06 16:36:46 2

專利名稱：光源裝置、投影裝置及投影方法
技術領域：
本發明涉及適用於投影儀裝置等的光源裝置、投影裝置及投影方法。
背景技術：
以往，作為抑制投射到屏幕上的連續光的眩光的產生的同時提高裝置整體的可靠 性的投影儀，研究了具備如下部件的投影儀，即具備向被投射面射出雷射的光源裝置；掃 描從該光源裝置射出的雷射的掃描單元；使由該掃描單元掃描後的雷射擴散的光擴散部 件；以及將從該光擴散部件射出的雷射匯聚到被投射面上的聚光單元。(專利文獻1)專利文獻1JP特開2007-025466號公報在作為產生雷射的光源而通常使用的半導體雷射器，由於在電流達到稱之為閾值 電流的電流之前不會振蕩，而是從超過閾值電流的時間點開始線性振蕩，所以在容許範圍 內，越是以較大電流值驅動，則越能夠提高發光效率。因此，想要在每個單位時間內得到相 同的振蕩輸出功率，比起以固定的輸出連續驅動，以兩倍輸出按照成為50%的佔空比的方 式間歇驅動時效率較高。另一方面，在將半導體雷射器用作投影儀裝置等的光源的情況下，也如上述專利 文獻中記載的那樣，光源要求以固定的輸出連續點亮。因此，不能像上述那樣採用間歇驅 動，結果只能在效率較低的狀態下驅動光源。

發明內容
本發明鑑於上述實情而完成，其目的在於提供一種以較高的發光效率驅動半導體 雷射器的同時確保固定的連續的光量的光源裝置、投影裝置及投影方法。技術方案1記載的發明，其特徵在於，包括光源部，其具有多個半導體雷射器；脈 衝驅動單元，其將上述光源部的多個半導體雷射器分割為由相同數量的該半導體雷射器構 成的多個組，並以預定周期且預定佔空比脈衝驅動上述各組的每一個；以及光源控制單元， 其在由上述脈衝驅動單元按各組使上述半導體雷射器脈衝驅動時，按照始終點亮相同數量 的上述半導體雷射器的方式互相調整相位。技術方案2記載的發明，其特徵在於，在上述技術方案1記載的發明中，上述脈衝 驅動單元按各組，以相同的周期且相同的佔空比脈衝驅動上述半導體雷射器。技術方案3記載的發明，其特徵在於，在上述技術方案1或2記載的發明中，基於 上述周期和佔空比，設定驅動上述各組的驅動功率。技術方案4記載的發明，其特徵在於，在上述技術方案1至3的任一項所述的發明 中，基於上述各組的總消耗功率值和亮度值，設定驅動上述各組的驅動功率。技術方案5記載的發明，其特徵在於，在上述技術方案1至4的任一項所述的發明 中，上述光源控制單元基於上述半導體雷射器的最大驅動電流值，設定所分割的組的數量。技術方案6記載的發明，其特徵在於，包括光源部，其具有多個半導體雷射器；脈 衝驅動單元，其將上述光源部的多個半導體雷射器分割為由相同數量的該半導體雷射器構成的多個組，並以預定周期且預定佔空比脈衝驅動上述各組的每一個；光源控制單元，其在 由上述脈衝驅動單元按各組使上述半導體雷射器脈衝驅動時，按照始終點亮相同數量的上 述半導體雷射器的方式互相調整相位；輸入單元，其輸入圖像信號；以及投影單元，其使用 由上述光源部產生的光，形成與由上述輸入單元輸入的圖像信號相對應的光學像來加以投影。技術方案7記載的發明，其特徵在於，在上述技術方案6記載的發明中，上述脈衝 驅動單元按各組，以相同的周期且相同的佔空比脈衝驅動上述半導體雷射器。技術方案8記載的發明，其特徵在於，在上述技術方案6或7記載的發明中，基於 上述周期和佔空比，設定驅動上述各組的驅動功率。技術方案9記載的發明，其特徵在於，在上述技術方案6至8的任一項所述的發明 中，基於上述各組的總消耗功率值和亮度值，設定驅動上述各組的驅動功率。技術方案10記載的發明，其特徵在於，在上述技術方案6至9的任一項所述的發 明中，上述光源控制單元基於上述半導體雷射器的最大驅動電流值，設定所分割的組的數量。技術方案11記載的發明是一種投影方法，該投影方法是投影裝置中的投影方法， 該投影裝置包括具有多個半導體雷射器的光源部；輸入圖像信號的輸入部；以及使用由 上述光源部產生的光來形成與由上述輸入部輸入的圖像信號相對應的光學像並加以投影 的投影部，上述投影方法的特徵在於，具有將上述光源部的多個半導體雷射器分割為由相 同數量的該半導體雷射器構成的多個組，並以預定周期且預定佔空比脈衝驅動上述各組的 每一個的脈衝驅動步驟；以及在由上述脈衝驅動步驟按各組使上述半導體雷射器脈衝驅動 時，按照始終點亮相同數量的上述半導體雷射器的方式互相調整相位的光源控制步驟。(發明效果)根據本發明，以高的發光效率驅動半導體雷射器的同時，能夠確保固定的連續的光量。


圖1是表示本發明的一個實施方式涉及的數據投影儀裝置整體的功能結構的框 圖。圖2是表示該實施方式涉及的半導體雷射器部的外觀結構的立體圖。圖3是表示該實施方式涉及的色輪和電動機的外觀結構的立體圖。圖4是表示該實施方式涉及的半導體雷射器部的第一驅動例的時序圖。圖5是示出該實施方式涉及的半導體雷射器部的第二驅動例的時序圖。圖6是示出該實施方式涉及的半導體雷射器部的第三驅動例的時序圖。圖中10-數據投影儀裝置；11-輸入輸出連接部；12-輸入輸出接口(I/F) ；13-圖 像轉換部(換算器)；14-視頻RAM ;15_投影圖像處理部；16-微反射鏡元件(SLM) ；17-光 源部；18-反射鏡；19-投影透鏡單元；21-半導體雷射器部(LDU) ；21a 21f-雷射二極 管；22-分色鏡；23-透鏡；24-色輪(color wheel) ；MB-藍色用擴散板；MG-綠色螢光體 反射板；25-電動機(M) ；26-透鏡；27-反射鏡；28-透鏡；29-分色鏡；30-透鏡；31-積分 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-主存儲器；539-程序存儲器；40-操作部；41-聲音處理部；42-揚聲器部；SB-系統總線。
具體實施例方式以下，參照

將本發明應用於DLP(Digital Light Processing)(註冊商 標)方式的數據投影儀裝置時的一實施方式。圖1是示出本實施方式涉及的數據投影儀裝置10的示意功能結構的框圖。11是輸入輸出連接部，包括例如管腳插口(RCA)型視頻輸入端子、D_subl5型RGB 輸入端子、以及USB (Universal Serial Bus)連接器。由輸入輸出連接部11輸入的各種格式的圖像信號經由輸入輸出接口(I/F)12、系 統總線SB，輸入到一般稱之為換算器(scaler)的圖像轉換部13中。圖像轉換部13將輸入的圖像信號統一為適合於投影的預定格式的圖像信號，並 寫入顯示用的緩衝存儲器即視頻RAM14之後，讀出寫入的圖像信號並發送到投影圖像處理 部15。此時，在視頻RAM14中，將表示OSD (On Screen Display)用的各種動作狀態的符 號等數據也根據需要重疊加工在圖像信號上，並讀出加工後的圖像信號之後發送到投影圖 像處理部15。投影圖像處理部15根據發送來的圖像信號，以預定格式的幀速率，例如通過在 60(幀/秒)上相乘顏色成分的分割數以及顯示亮度數之後的更高的時間分割驅動，來顯示 驅動空間光調製元件(SLM)即微反射鏡元件16。該微反射鏡元件16通過分別高速地對矩陣狀配置的多個例如XGA(橫向IOM像 素X縱向768像素)個微小反射鏡的各傾斜角度進行接通/關斷動作，從而通過其反射光 形成光學像。另一方面，從光源部17分時循環地射出R、G、B的原色光。來自該光源部17的原 色光在反射鏡18上被全反射之後照射上述微反射鏡元件16。之後，通過微反射鏡元件16中的反射光形成光學像，形成的光學像經由投影透鏡 單元19投影顯示在作為投影對象的未圖示的屏幕上。上述光源部17具有半導體雷射器部(LDU) 21，該半導體雷射器部21產生分別相同 波長的藍色的雷射，且由一組雷射二極體形成。圖2是表示該半導體雷射器部21的外觀結構的立體圖。如圖2所示，半導體雷射 器部21具有多個例如6個雷射二極體21a 21f。2X3共計6個雷射二極體21a 21f 用作具有相同的發光特性、相同的發光方向的單色雷射光源，因此，如上所述，在本實施方 式中產生藍色雷射。半導體雷射器部21所產生的藍色雷射透射分色鏡22，並經由透鏡23照射色輪M 的圓周上的一點。該色輪M是通過電動機(M) 25旋轉的。在雷射照射的色輪M的圓周上，紅色熒 光反射板MR、綠色螢光反射板24G和藍色用擴散板24B —致地形成為環狀。圖3是表示色輪M和電動機25的外觀結構的立體圖。如圖3所示，在紅色螢光反 射板MR中，雷射照射的相反側的未圖示的一面側成為反射鏡結構，通過藍色雷射照射而 塗布的螢光體激發紅色光，將所激發的紅色光按照向雷射照射來的方向反射的方式射出。
同樣地，在綠色螢光反射板MG中，雷射照射的相反側的未圖示的一面側成為反 射鏡光學像，通過藍色雷射照射而塗布的螢光體激發綠色光，將所激發的綠色光按照向激 光照射來的方向反射的方式射出。另外，餘下的藍色用擴散板MB由磨砂玻璃(ground glass)狀的透射部件構成， 被照射的藍色雷射進行散射的同時透射。在色輪M的紅色螢光反射板24R或綠色螢光反射板24G位於雷射照射位置的情 況下，通過雷射的照射，激發紅色光或綠色光。該激發出的紅色光或綠色光在色輪M上被 反射後，經由上述透鏡23，在上述分色鏡22上也被反射。之後，該紅色光或綠色光經由透鏡沈在反射鏡27上被反射，並且經由透鏡28在 分色鏡四上被反射之後，經由透鏡30，在積分器31中形成亮度分布大致均勻的光束之後， 在反射鏡32上被全反射，並被發送到上述反射鏡18。另外，在色輪M的藍色用擴散板24B位於雷射的照射位置的情況下，雷射在擴散 板24B上進行擴散的同時透射色輪M，之後經由透鏡33在反射鏡34上被全反射。之後，該 藍色光經由透鏡35透射上述分色鏡四，並經由透鏡30在上述積分器31中形成亮度分布大 致均勻的光束之後，在反射鏡32上被全反射並被發送到上述反射鏡18。如上所述，分色鏡22、四都使藍色光透射的一方面，反射綠色光和紅色光。投影光處理部36統一控制光源部17的半導體雷射器部21的發光時序、和基於電 動機25的色輪M的旋轉。投影光處理部36根據從投影圖像處理部15賦予的圖像數據的 時序，控制半導體雷射器部21的發光時序和色輪M的旋轉。CPU37控制上述各電路的所有動作。該CPU37直接與主存儲器38和程序存儲器 39相連。主存儲器38由DRAM構成，起到CPU37的工作存儲器的作用。程序存儲器39由可 電重寫的非易失性存儲器構成，存儲CPU37所執行的動作程序和各種固定形式的數據等。 CPU37使用上述主存儲器38和程序存儲器39，執行該數據投影儀裝置10內的控制動作。上述CPU37根據來自操作部40的鍵操作信號執行各種投影動作。該操作部40包括鍵操作部，其設置在數據投影儀裝置10的主體內；和雷射接收 部，其在該數據投影儀裝置10專用的未圖示的遙控器之間接收紅外光，用戶向CPU37直接 輸出基於由主體的鍵操作部或遙控器操作的按鍵的鍵操作信號。並且，上述CPU37經由上述系統總線SB，還與聲音處理部41相連。聲音處理部41 具備PCM聲源等聲源電路，將投影動作時所賦予的聲音數據模擬化，並驅動揚聲器42來擴 音放聲，或者根據需要來產生譁譁聲等。接著，說明上述實施方式的動作。圖4是表示半導體雷射器部21的第一驅動例。在這裡，示出將構成雷射二極體 21a 21f的六個雷射二極體21a 21f分割為兩組時的各驅動功率波形。在圖4中，橫軸 表示時間t，縱軸表示驅動功率I · V。這些驅動是通過投影光處理部36的控制來實現的， 各雷射二極體21a 21f在振蕩時，在比閾值電流足夠大的電流值下被驅動。圖4(A)是表示由雷射二極體21a、21d、21e構成的組1的驅動功率的波形。圖4(B) 是表示由余下的雷射二極體21b、21c、21f構成的組2的驅動功率的波形。如上述圖4(A)、圖4(B)所示，將兩個組1、2設定為以相同的周期Tl、相同的佔空 比50%且相位相差180° ( = T1/2)來進行振蕩。
圖4(C)表示半導體雷射器部21整體的驅動功率的波形，即將兩個組1、2組合在 一起的全部雷射二極體21a 21f的驅動功率的波形。這樣，通過在兩個組1、2之間相互 補償間歇期間，從而作為半導體雷射器部21整體而言，始終從三個雷射二極體連續地振蕩 產生雷射。通過這樣的結構，若將各組的驅動功率I · V設為同時點亮雷射二極體21a 21f 這六個時的驅動功率的兩倍功率，則儘管總驅動功率與同時點亮雷射二極體21a 21f這 六個的情況相同，但是由於能夠高效地驅動各雷射二極體的發光，因此能夠得到更高的亮度。或者，在想要得到與同時點亮雷射二極體21a 21f這六個時相同的亮度的情況 下，能夠將各組的驅動功率I ·ν設為比同時點亮雷射二極體21a 21f這六個時的驅動功 率的兩倍還小的功率，儘管獲得相同的亮度，但是能夠降低總驅動功率。因此，向形成光學像的微反射鏡元件16提供經由色輪M限制了波長範圍的、連續 穩定的光量的光源光。以下，由圖5表示半導體雷射器部21的第二驅動例。在這裡，示出將構成雷射二 極管21a 21f這六個雷射二極體21a 21f分割為三個組時的各驅動功率波形。在圖5 中，橫軸表示時間t，縱軸表示驅動功率I · V。這些驅動是通過投影光處理部36的控制實 現的，各雷射二極體21a 21f在振蕩時，在比閾值電流足夠大的電流值下被驅動。圖5㈧是表示由雷射二極體21a、21d構成的組1的驅動功率的波形。圖5 (B)是 表示由雷射二極體21b、21e構成的組2的驅動功率的波形。圖5(C)是表示由雷射二極體 21c、21f構成的組3的驅動功率的波形。如上述圖5 (A) 圖5 (C)所示，將三個組1 3設定為以相同的周期T2、相同的佔 空比33. 3%且相位相差120° ( = T2/3)來進行振蕩。半導體雷射器部21整體即將三個組1 3組合在一起時，通過相互補償間歇期 間，從而作為半導體雷射器部21整體而言，始終從兩個雷射二極體連續地振蕩產生雷射。通過這樣的結構，若將各組的驅動功率I · V設為同時點亮雷射二極體21a 21f 這六個時的驅動功率的三倍的功率，則儘管總驅動功率與同時點亮雷射二極體21a 21f 這六個的情況相同，但是由於能夠高效地驅動各雷射二極體的發光，因此能夠得到更高的 亮度。或者，在想要得到與同時點亮雷射二極體21a 21f這六個時相同的亮度的情況 下，能夠將各組的驅動功率I ·ν設為比同時點亮雷射二極體21a 21f這六個時的驅動功 率的三倍還小的功率，儘管獲得相同的亮度，但是能夠降低總驅動功率。接著，由圖6表示半導體雷射器部21的第三驅動例。在這裡，表示將構成雷射二 極管21a 21f這六個雷射二極體21a 21f分割為三個組時的各驅動功率波形。在圖6 中，橫軸表示時間t，縱軸表示驅動功率I · V。這些驅動是通過投影光處理部36的控制實 現的，各雷射二極體21a 21f在振蕩時，在比閾值電流足夠大的電流值下被驅動。圖6㈧是表示由雷射二極體21a、21d構成的組1的驅動功率的波形。圖6 (B)是 表示由雷射二極體21b、21e構成的組2的驅動功率的波形。圖6(C)是表示由雷射二極體 21c、21f構成的組3的驅動功率的波形。如上述圖6 (A) 圖6 (C)所示，將三個組1 3設定為以相同的周期T3、相同的佔8空比66. 7%且相位相差120° ( = T3/3)來進行振蕩。半導體雷射器部21整體即將三個組1 3組合在一起，通過相互補償間歇期間， 從而作為半導體雷射器部21整體而言，始終從相當於兩個組的四個雷射二極體連續地振 蕩產生雷射。通過這樣的結構，若將各組的驅動功率I · V設為同時點亮雷射二極體21a 21f 這六個時的驅動功率的1. 5倍的功率，則儘管總驅動功率與同時點亮雷射二極體21a 21f 這六個的情況相同，但是由於能夠高效地驅動各雷射二極體的發光，因此能夠得到更高的亮度。或者，在想要得到與同時點亮雷射二極體21a 21f這六個時相同的亮度的情況 下，能夠將各組的驅動功率I ·ν設為比同時點亮雷射二極體21a 21f這六個時的驅動功 率的1. 5倍還小的功率，儘管得到相同的亮度，但是能夠降低總驅動功率。如上所述，假設將半導體雷射器21分割為比圖4、圖5公開的組還多的組時，半導 體雷射器21的每一個發光元件的驅動功率變大，因此該圖6中的驅動例是為了避免超出發 光元件的最大驅動電流值的情況而有效的驅動例。換言之，從上述第一和第二驅動例可知，越是將半導體雷射器21分割為更多的組 來減少同時點亮個數，則越能夠增大驅動一個組時的驅動功率。因此，能夠更高效地驅動半 導體雷射器21。但是，若超出半導體雷射器21的驅動功率的最大值，則驅動效率會急劇下 降。在第三驅動例中，通過增加各組的驅動佔空比來使同時點亮個數增加，從而能夠避免上 述情況。在上述第一至第三驅動例的任一個中，由於都反覆進行通過間歇驅動構成半導體 雷射器部21的雷射二極體21a 21f從而在發熱引起的元件溫度上升之前暫時停止驅動 這樣的動作，因此對於熱非常有利，並且在數據投影儀裝置10中減輕光源部的冷卻所需的 負擔，還能夠為裝置的小型化作貢獻。另外，由於光電二極體的壽命是由振蕩時間和元件的溫度決定的，因此通過進行 上述的間歇驅動，能夠實現構成半導體雷射器部21的各雷射二極體21a 21f的長壽命 化。根據以上詳細敘述的本實施方式，在以高的發光效率驅動光源的雷射二極體 21a 21f的同時，還能夠確保一定的連續的光量。此外，在上述實施方式中，將構成半導體雷射器部21的雷射二極體21a 21f分 割為多個組，其中每個組都由多個雷射二極體構成，且以該多個組為單位調整相位。由此，對於因個體差異而振蕩輸出的差較大的雷射二極體而言，通過結合多個來 進行處理，從而吸收並平均化該個體差異，能夠確保更穩定的光量，並且能夠簡化驅動半導 體雷射器部21的投影光處理部36中的控制。另外，在上述實施方式中，說明了半導體雷射器部21由六個雷射二極體21a 21f 構成的情況，但是本發明並不限於此，也可以由多個雷射二極體構成。
此外，上述實施方式說明了應用在單板式DLP (註冊商標)方式的數據投影儀裝置 的情況，但是本發明並不限定數據投影儀裝置的投影方式，例如，也可以同樣應用在使用透 射型單色液晶面板來形成光學像的液晶投影儀裝置中，此外，不僅限於數據投影儀裝置，例 如，也可以同樣應用在尾部投影(rear-projection)方式的電視接收機等中。
另外，本發明並非限於上述實施方式中，在不脫離實施階段的主旨的範圍內能夠 進行各種變形。此外，如果可能，也可以將在上述實施方式中執行的功能適當組合來實施。 上述的實施方式包括各種階段，可通過公開的多個結構要件的適當組合來抽取各種發明。 例如，即使從實施方式示出的全部結構要件中刪除幾個結構要件，若能夠獲得技術效果，則 也能夠將刪除了該結構要件的構成作為發明來抽取。
權利要求
1.一種光源裝置，其特徵在於，包括 光源部，其具有多個半導體雷射器；脈衝驅動單元，其將上述光源部的多個半導體雷射器分割為由相同數量的該半導體激 光器構成的多個組，並以預定周期且預定佔空比脈衝驅動上述各組的每一個；以及光源控制單元，其在由上述脈衝驅動單元按各組使上述半導體雷射器脈衝驅動時，按 照始終點亮相同數量的上述半導體雷射器的方式互相調整相位。
2.根據權利要求1所述的光源裝置，其特徵在於，上述脈衝驅動單元按各組，以相同的周期且相同的佔空比脈衝驅動上述半導體雷射器。
3.根據權利要求1或2所述的光源裝置，其特徵在於， 基於上述周期和佔空比，設定驅動上述各組的驅動功率。
4.根據權利要求1至3的任一項所述的光源裝置，其特徵在於，基於上述各組的總消耗功率值和亮度值，設定驅動上述各組的驅動功率。
5.根據權利要求1至4的任一項所述的光源裝置，其特徵在於，上述光源控制單元基於上述半導體雷射器的最大驅動電流值，設定所分割的組的數量。
6.一種投影裝置，其特徵在於，包括 光源部，其具有多個半導體雷射器；脈衝驅動單元，其將上述光源部的多個半導體雷射器分割為由相同數量的該半導體激 光器構成的多個組，並以預定周期且預定佔空比脈衝驅動上述各組的每一個；光源控制單元，其在由上述脈衝驅動單元按各組使上述半導體雷射器脈衝驅動時，按 照始終點亮相同數量的上述半導體雷射器的方式互相調整相位； 輸入單元，其輸入圖像信號；以及投影單元，其使用由上述光源部產生的光，形成與由上述輸入單元輸入的圖像信號相 對應的光學像來加以投影。
7.根據權利要求6所述的投影裝置，其特徵在於，上述脈衝驅動單元按各組，以相同的周期且相同的佔空比脈衝驅動上述半導體雷射器。
8.根據權利要求6或7所述的投影裝置，其特徵在於， 基於上述周期和佔空比，設定驅動上述各組的驅動功率。
9.根據權利要求6至8的任一項所述的投影裝置，其特徵在於，基於上述各組的總消耗功率值和亮度值，設定驅動上述各組的驅動功率。
10.根據權利要求6至9的任一項所述的投影裝置，其特徵在於，上述光源控制單元基於上述半導體雷射器的最大驅動電流值，設定所分割的組的數量。
11.一種投影方法，該投影方法是投影裝置中的投影方法，上述投影裝置包括具有多 個半導體雷射器的光源部；輸入圖像信號的輸入部；以及使用由上述光源部產生的光來形 成與由上述輸入部輸入的圖像信號相對應的光學像並加以投影的投影部，上述投影方法的 特徵在於，具有將上述光源部的多個半導體雷射器分割為由相同數量的該半導體雷射器構成的多個 組，並以預定周期且預定佔空比脈衝驅動上述各組的每一個的脈衝驅動步驟；以及在由上述脈衝驅動步驟按各組使上述半導體雷射器脈衝驅動時，按照始終點亮相同數 量的上述半導體雷射器的方式互相調整相位的光源控制步驟。
全文摘要
本發明提供一種光源裝置、投影裝置及投影方法，光源裝置包括光源部(17)，其具有多個半導體雷射器(21a～21f)；投影光處理部(36)，其以相同的周期、相同的佔空比，且按照相互補償間歇期間來始終點亮相同個數的方式調整相位，從而脈衝驅動光源部(17)的多個半導體雷射器(21a～21f)的每一個；輸入系統(11、12)，其輸入圖像信號；以及投影系統(13～16、18、19)，其使用由光源部(17)產生的光，形成與輸入的圖像信號相對應的光學像並加以投影。因此，以高的發光效率驅動半導體雷射器的同時，確保固定的連續的光量。
文檔編號H01S5/042GK102053469SQ201010540068
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月29日 優先權日2009年9月30日
發明者柴崎衛 申請人:卡西歐計算機株式會社