投写型映像表示装置の起動システム
【課題】投写型映像表示装置の起動時において光源となる半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度に達してから作動するようにし、装置の空転時間を短縮するとともに半導体レーザ素子アレイを熱的影響から保護する。
【解決手段】同一基板上に複数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を受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）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の受熱板を冷却手段に接続するとともに、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、該制御手段により前記温度センサの温度と予め設定されているレーザ動作設定温度とを比較することにより、半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定する。
【解決手段】同一基板上に複数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を受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）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の受熱板を冷却手段に接続するとともに、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、該制御手段により前記温度センサの温度と予め設定されているレーザ動作設定温度とを比較することにより、半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３原色のレーザ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）の起動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。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、高い色再現性を実現できないという課題があった。また、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。
【０００４】
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、これに伴って光源の発光量の増大が課題となっている。しかしながら、光源の高出力化にも限界があると同時に、複数個の光源を用いた場合の効率低下により、有効に使用できる光量の増加が実現できないという課題がある。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半導体レーザ素子アレイを採用する試みがなされている（特許文献１参照）。
【０００５】
この半導体レーザ素子アレイは、例えば、半導体の同一基板上にモノシリックで数１０個以上の半導体レーザ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。このような半導体レーザ素子アレイを採用する場合において、この半導体レーザ素子アレイの各半導体レーザ素子を安定にレーザ発振させるため、レーザ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。
【０００６】
レーザ動作設定温度が変動すると、半導体レーザ素子アレイ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、半導体レーザ素子アレイを冷却している。また、半導体レーザ素子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各半導体レーザ素子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）。
【特許文献１】特開２００７−２０１２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−０２６５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体レーザ素子を光源とした場合、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、半導体レーザ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、動作温度を管理しないと寿命の短期化にもつながることになる。
【０００８】
本発明は、このような光学的物性のある複数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、前述したように半導体レーザ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、発光スポット径が変化する。このような状態に至るとホワイトバランスが崩れる状態となる。
【０００９】
したがって、半導体レーザ素子アレイは、安定した動作が維持される一定のレーザ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、半導体レーザ素子は室温より比較的低い温度（２０℃程度）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レーザ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、例えば、±１℃の範囲に収めることが理想となる。
【００１０】
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原色毎に複数の半導体レーザ素子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、個々の半導体レーザ素子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、個々の半導体レーザ素子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。
【００１１】
このように温度に対する配慮が重要な半導体レーザ素子アレイを光源とする投写型映像表示装置には、更に解決しなければならない課題がある。即ち、上記したような従来の冷却手段は、投写型映像表示装置が起動されて安定した状態に至った場合を前提とするものであり、装置の起動時の熱的問題をも配慮するものではない。周知のように半導体レーザ素子は、それ自体が発熱源であり起動時における半導体レーザ素子の温度は、室内などに設置した場合の環境温度と同化しており、この状態で装置が起動され、同時に冷却手段が運転を開始しても所定の冷却能力が得られる状態に至るまでに、発光した半導体レーザ素子は瞬時に環境温度以上の高温に至ってしまうことになる。
【００１２】
かかる状態は半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度から大きく逸脱することから定常の発光状態とならず、正確な色階調表現ができないことになり、寿命を短くする原因となる。したがって、装置を起動して半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度で作動するまでの時間を可及的に短くすることにより、起動時の装置の空転時間が短くなるとともに、半導体レーザ素子アレイに熱的悪影響を及ぼさないことになる。
【００１３】
本発明は、半導体レーザ素子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導光するように、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、装置の起動に伴って半導体レーザ素子アレイが急速にレーザ動作設定温度に至るようにし、しかる後、半導体レーザ素子アレイを作動するようにして装置の空転時間を短縮できるようにするとともに、半導体レーザ素子アレイの保護を同時に実現できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、請求項１記載の発明では、３原色のレーザ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半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）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、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、該制御手段により前記温度センサの温度と予め設定されているレーザ動作設定温度とを比較することにより、半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定する起動システムとなるようにする。
【００１５】
請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の投写型映像表示装置の起動システムにおいて、温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動する。
【００１６】
請求項３記載の発明では、上記請求項１記載の投写型映像表示装置の起動システムにおいて、温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以下にあるとき、直ちに前記電熱ヒータにより半導体レーザ素子アレイを昇温し、一方温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度を超えていることを検知した時点において前記冷却手段を駆動し、半導体レーザ素子アレイをレーザ動作設定温度にまで降温した段階で半導体レーザ素子アレイを作動する。
【００１７】
請求項４記載の発明では、３原色のレーザ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半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび温度センサ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、電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）を制御手段に接続してなり、前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動するようになし、該半導体レーザ素子アレイが作動された後、各光源エレメントから温度センサにより得られた各温度において最高温度を示した光源エレメントが所望のレーザ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電熱ヒータにて昇温することにより所望のレーザ動作設定温度となるようにする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１記載の発明によれば、温度センサにより半導体レーザ素子アレイの温度を検出し、それらの温度をレーザ動作設定温度と比較することで半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定することが可能となる。
【００１９】
本発明の請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度より高温にある状態を検知し、半導体レーザ素子アレイの作動に先行して冷却手段を駆動するようにしたので、半導体レーザ素子アレイの発光に伴う異常高温が発生しない安全な起動が可能となる
【００２０】
本発明の請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、レーザ動作設定温度以下にある半導体レーザ素子アレイを電熱ヒータにより昇温してから半導体レーザ素子アレイ冷却手段を駆動するようにしたので、例えば、寒冷地においても的確な装置の起動が可能となる。
【００２１】
本発明の請求項４記載の発明によれば、半導体レーザ素子アレイを冷凍機が機能した時点で作動して発光させるとともに、発光後に温度の変動があった場合においても半導体レーザ素子アレイをレーザ動作設定温度に保たれるようにしたので、信頼性を永続的に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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、本発明の具体的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に示す。また、本発明の起動システムの処理の流れを図５に示し、この起動システムによる温度制御の態様を図６乃至図１０に示す。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）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。
【００２６】
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、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。
【００２７】
このように構成された半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂから出射される各原色のレーザ光は、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、各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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、接合面での接触性の具合により接触熱抵抗に誤差が生じる。また、受熱板８ａ、９ａ、１０ａから最終放熱先の外気（空冷の場合）に至る経路においても接合面や固体内熱伝達による熱抵抗の差が生じる。これらの熱抵抗の差は、各受熱板８ａ、９ａ、１０ａや半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂの温度を不均一にする要因となる。こ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。
【００３２】
そこで、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に電熱ヒータ２０および温度センサ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。そして、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。
【００３３】
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ガス冷媒は、凝縮器２３ｂの送風ファン２３ｄにて外気（空冷の場合）と熱交換して凝縮し、液冷媒となる。次いで、減圧器２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂにて低温低圧となった冷媒は、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や送風ファン２３ｄの風量を調整すること、さらに冷媒圧縮機２３ａの回転数を調整することにより各原色毎の吸熱器２５の冷却能力を調整することができる。
【００３４】
さらに、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および冷媒圧縮機２３ａの回転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がレーザ動作設定温度に定まるようにしている。
【００３５】
ここで、本発明におけるシステムの処理の流れを図５に基づいて以下に説明する。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６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。
【００３６】
かかる状態において本発明の投写型映像表示装置Ｐを起動させると（ステップＳａ１）、温度センサ２１により光源エレメント８、９、１０の温度Ｔの状態を確認し（ステップＳａ２）、この温度Ｔと制御装置２２に予め設定されたレーザ動作設定温度Ｔａ（例えば、２０℃）が比較される（ステップＳａ３）。この段階で温度Ｔがレーザ動作設定温度Ｔａ以上である場合、光源エレメント８、９、１０を昇温するための電熱ヒータ２０は作動することなく（ステップＳａ４）、冷凍機２３の駆動（除熱運転）が開始される（ステップＳａ５）。
【００３７】
温度Ｔがレーザ動作設定温度Ｔａ未満である場合は、光源エレメント８、９、１０を昇温するための電熱ヒータ２０を作動させる（ステップＳａ９）。なお、前記レーザ動作設定温度Ｔａは許容誤差温度（例えば、１〜５℃）を加えた値でもよく、温度Ｔは任意に定めた温度センサ２１から検出されたものでよく、その場合は全ての温度センサ２１から検出された温度を確認しなくてよい。
【００３８】
このようにして、冷凍機２３が駆動を開始すると、光源エレメント８、９、１０がレーザ動作設定温度Ｔａとなるように冷凍機２３を制御する。このようにして吸熱器２５に供給される。吸熱器２５は光源エレメント８、９、１０を冷却することにより半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂは包括的に冷却される。この間、温度センサ２１により光源エレメント８、９、１０の温度Ｔの状態を確認し（ステップＳａ６）、レーザ動作設定温度Ｔａと比較する（ステップＳａ７）。
【００３９】
そして、ステップＳａ７において温度Ｔとレーザ動作設定温度Ｔａが一致すると、ここで半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂに電源が投入され、発光が開始されることになる（ステップＳａ８）。このようにして、半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂの発光が開始されると、その直後の温度状態は前述したような熱抵抗の差などがあると、図７に例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。
【００４０】
かかる状態で半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂが発光すると、その発熱で各光源エレメント１０−１〜１０−ｎは図８に示すごとくほぼ一律に温度が上昇し、目標とするレーザ動作設定温度（２０℃）から外れた状態となる。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（図８に示す例では、光源エレメント１０−４の２４℃）をレーザ動作設定温度（２０℃）まで降下すべく、冷凍機２３を制御して冷却能力を高くする。
【００４１】
この結果、図９に示すように光源エレメント１０−４をレーザ動作設定温度の２０℃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も一律に温度が降下するため、レーザ動作設定温度の２０℃から１℃乃至４℃の温度降下が生じてしまうことになる。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レーザ動作設定温度（２０℃）を比較し、該当する光源エレメントの温度がレーザ動作設定温度（２０℃）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。
【００４２】
即ち、図９において、例えば、光源エレメント１０−１はレーザ動作設定温度（２０℃）より４℃低い状態となるため、制御装置２２は電熱ヒータ２０により４℃昇温し、光源エレメント１０−２は１℃昇温することになる。このようにして、光源エレメント１０−４以外の光源エレメントの温度が補完され、図１０に示すように全ての光源エレメント１０−１〜１０−ｎを目標のレーザ動作設定温度（２０℃）に定めることができる。
【００４３】
このように、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レーザ動作設定温度まで降下させ、これ以外の光源エレメントを電熱ヒータにより昇温するとともに、光源エレメントの温度Ｔとレーザ動作設定温度Ｔａが常に照合される状態にあるため、装置の起動時において半導体レーザ素子アレイの発光により温度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。
【００４４】
本発明はこのように構成されていることから、装置の起動にあたり光源エレメントを予め冷却し、しかる後、半導体レーザ素子アレイを発光するようにしたので、半導体レーザ素子アレイの発光に伴う発熱による温度急上昇を抑え、温度制御と装置が正常に動作するまでの時間を短縮できるとともに、半導体レーザ素子アレイの保護を同時に実現することが可能となるなど特有の効果を奏する。
【００４５】
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、本発明はＤＬＰ（ Digital Light Processing ）に採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】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。
【図２】本発明の光源ユニットの組立状態を示す斜視図である。
【図３】本発明のシステム構成を示す図である。
【図４】本発明に採用する冷却手段の例を示す図である。
【図５】本発明におけるシステムの処理流れを説明する図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【符号の説明】
【００４７】
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・・・・・半導体レーザ素子アレイ
２０・・・・・電熱ヒータ
２１・・・・・温度センサ
２２・・・・・制御装置
２３・・・・・冷凍機
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ・・・・・冷媒回路
２５・・・・・吸熱器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３原色のレーザ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）の起動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。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、高い色再現性を実現できないという課題があった。また、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。
【０００４】
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、これに伴って光源の発光量の増大が課題となっている。しかしながら、光源の高出力化にも限界があると同時に、複数個の光源を用いた場合の効率低下により、有効に使用できる光量の増加が実現できないという課題がある。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半導体レーザ素子アレイを採用する試みがなされている（特許文献１参照）。
【０００５】
この半導体レーザ素子アレイは、例えば、半導体の同一基板上にモノシリックで数１０個以上の半導体レーザ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。このような半導体レーザ素子アレイを採用する場合において、この半導体レーザ素子アレイの各半導体レーザ素子を安定にレーザ発振させるため、レーザ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。
【０００６】
レーザ動作設定温度が変動すると、半導体レーザ素子アレイ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、半導体レーザ素子アレイを冷却している。また、半導体レーザ素子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各半導体レーザ素子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）。
【特許文献１】特開２００７−２０１２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−０２６５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体レーザ素子を光源とした場合、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、半導体レーザ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、動作温度を管理しないと寿命の短期化にもつながることになる。
【０００８】
本発明は、このような光学的物性のある複数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、前述したように半導体レーザ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、発光スポット径が変化する。このような状態に至るとホワイトバランスが崩れる状態となる。
【０００９】
したがって、半導体レーザ素子アレイは、安定した動作が維持される一定のレーザ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、半導体レーザ素子は室温より比較的低い温度（２０℃程度）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レーザ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、例えば、±１℃の範囲に収めることが理想となる。
【００１０】
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原色毎に複数の半導体レーザ素子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、個々の半導体レーザ素子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、個々の半導体レーザ素子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。
【００１１】
このように温度に対する配慮が重要な半導体レーザ素子アレイを光源とする投写型映像表示装置には、更に解決しなければならない課題がある。即ち、上記したような従来の冷却手段は、投写型映像表示装置が起動されて安定した状態に至った場合を前提とするものであり、装置の起動時の熱的問題をも配慮するものではない。周知のように半導体レーザ素子は、それ自体が発熱源であり起動時における半導体レーザ素子の温度は、室内などに設置した場合の環境温度と同化しており、この状態で装置が起動され、同時に冷却手段が運転を開始しても所定の冷却能力が得られる状態に至るまでに、発光した半導体レーザ素子は瞬時に環境温度以上の高温に至ってしまうことになる。
【００１２】
かかる状態は半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度から大きく逸脱することから定常の発光状態とならず、正確な色階調表現ができないことになり、寿命を短くする原因となる。したがって、装置を起動して半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度で作動するまでの時間を可及的に短くすることにより、起動時の装置の空転時間が短くなるとともに、半導体レーザ素子アレイに熱的悪影響を及ぼさないことになる。
【００１３】
本発明は、半導体レーザ素子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導光するように、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、装置の起動に伴って半導体レーザ素子アレイが急速にレーザ動作設定温度に至るようにし、しかる後、半導体レーザ素子アレイを作動するようにして装置の空転時間を短縮できるようにするとともに、半導体レーザ素子アレイの保護を同時に実現できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、請求項１記載の発明では、３原色のレーザ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半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）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、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、該制御手段により前記温度センサの温度と予め設定されているレーザ動作設定温度とを比較することにより、半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定する起動システムとなるようにする。
【００１５】
請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の投写型映像表示装置の起動システムにおいて、温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動する。
【００１６】
請求項３記載の発明では、上記請求項１記載の投写型映像表示装置の起動システムにおいて、温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以下にあるとき、直ちに前記電熱ヒータにより半導体レーザ素子アレイを昇温し、一方温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度を超えていることを検知した時点において前記冷却手段を駆動し、半導体レーザ素子アレイをレーザ動作設定温度にまで降温した段階で半導体レーザ素子アレイを作動する。
【００１７】
請求項４記載の発明では、３原色のレーザ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半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび温度センサ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、電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）を制御手段に接続してなり、前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動するようになし、該半導体レーザ素子アレイが作動された後、各光源エレメントから温度センサにより得られた各温度において最高温度を示した光源エレメントが所望のレーザ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電熱ヒータにて昇温することにより所望のレーザ動作設定温度となるようにする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１記載の発明によれば、温度センサにより半導体レーザ素子アレイの温度を検出し、それらの温度をレーザ動作設定温度と比較することで半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定することが可能となる。
【００１９】
本発明の請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、半導体レーザ素子アレイがレーザ動作設定温度より高温にある状態を検知し、半導体レーザ素子アレイの作動に先行して冷却手段を駆動するようにしたので、半導体レーザ素子アレイの発光に伴う異常高温が発生しない安全な起動が可能となる
【００２０】
本発明の請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、レーザ動作設定温度以下にある半導体レーザ素子アレイを電熱ヒータにより昇温してから半導体レーザ素子アレイ冷却手段を駆動するようにしたので、例えば、寒冷地においても的確な装置の起動が可能となる。
【００２１】
本発明の請求項４記載の発明によれば、半導体レーザ素子アレイを冷凍機が機能した時点で作動して発光させるとともに、発光後に温度の変動があった場合においても半導体レーザ素子アレイをレーザ動作設定温度に保たれるようにしたので、信頼性を永続的に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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、本発明の具体的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に示す。また、本発明の起動システムの処理の流れを図５に示し、この起動システムによる温度制御の態様を図６乃至図１０に示す。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）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。
【００２６】
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、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。
【００２７】
このように構成された半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂから出射される各原色のレーザ光は、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、各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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、接合面での接触性の具合により接触熱抵抗に誤差が生じる。また、受熱板８ａ、９ａ、１０ａから最終放熱先の外気（空冷の場合）に至る経路においても接合面や固体内熱伝達による熱抵抗の差が生じる。これらの熱抵抗の差は、各受熱板８ａ、９ａ、１０ａや半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂの温度を不均一にする要因となる。こ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。
【００３２】
そこで、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に電熱ヒータ２０および温度センサ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。そして、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。
【００３３】
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ガス冷媒は、凝縮器２３ｂの送風ファン２３ｄにて外気（空冷の場合）と熱交換して凝縮し、液冷媒となる。次いで、減圧器２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂにて低温低圧となった冷媒は、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や送風ファン２３ｄの風量を調整すること、さらに冷媒圧縮機２３ａの回転数を調整することにより各原色毎の吸熱器２５の冷却能力を調整することができる。
【００３４】
さらに、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および冷媒圧縮機２３ａの回転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がレーザ動作設定温度に定まるようにしている。
【００３５】
ここで、本発明におけるシステムの処理の流れを図５に基づいて以下に説明する。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６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。
【００３６】
かかる状態において本発明の投写型映像表示装置Ｐを起動させると（ステップＳａ１）、温度センサ２１により光源エレメント８、９、１０の温度Ｔの状態を確認し（ステップＳａ２）、この温度Ｔと制御装置２２に予め設定されたレーザ動作設定温度Ｔａ（例えば、２０℃）が比較される（ステップＳａ３）。この段階で温度Ｔがレーザ動作設定温度Ｔａ以上である場合、光源エレメント８、９、１０を昇温するための電熱ヒータ２０は作動することなく（ステップＳａ４）、冷凍機２３の駆動（除熱運転）が開始される（ステップＳａ５）。
【００３７】
温度Ｔがレーザ動作設定温度Ｔａ未満である場合は、光源エレメント８、９、１０を昇温するための電熱ヒータ２０を作動させる（ステップＳａ９）。なお、前記レーザ動作設定温度Ｔａは許容誤差温度（例えば、１〜５℃）を加えた値でもよく、温度Ｔは任意に定めた温度センサ２１から検出されたものでよく、その場合は全ての温度センサ２１から検出された温度を確認しなくてよい。
【００３８】
このようにして、冷凍機２３が駆動を開始すると、光源エレメント８、９、１０がレーザ動作設定温度Ｔａとなるように冷凍機２３を制御する。このようにして吸熱器２５に供給される。吸熱器２５は光源エレメント８、９、１０を冷却することにより半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂは包括的に冷却される。この間、温度センサ２１により光源エレメント８、９、１０の温度Ｔの状態を確認し（ステップＳａ６）、レーザ動作設定温度Ｔａと比較する（ステップＳａ７）。
【００３９】
そして、ステップＳａ７において温度Ｔとレーザ動作設定温度Ｔａが一致すると、ここで半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂに電源が投入され、発光が開始されることになる（ステップＳａ８）。このようにして、半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂの発光が開始されると、その直後の温度状態は前述したような熱抵抗の差などがあると、図７に例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。
【００４０】
かかる状態で半導体レーザ素子アレイ８ｂ、９ｂ、１０ｂが発光すると、その発熱で各光源エレメント１０−１〜１０−ｎは図８に示すごとくほぼ一律に温度が上昇し、目標とするレーザ動作設定温度（２０℃）から外れた状態となる。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（図８に示す例では、光源エレメント１０−４の２４℃）をレーザ動作設定温度（２０℃）まで降下すべく、冷凍機２３を制御して冷却能力を高くする。
【００４１】
この結果、図９に示すように光源エレメント１０−４をレーザ動作設定温度の２０℃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も一律に温度が降下するため、レーザ動作設定温度の２０℃から１℃乃至４℃の温度降下が生じてしまうことになる。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レーザ動作設定温度（２０℃）を比較し、該当する光源エレメントの温度がレーザ動作設定温度（２０℃）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。
【００４２】
即ち、図９において、例えば、光源エレメント１０−１はレーザ動作設定温度（２０℃）より４℃低い状態となるため、制御装置２２は電熱ヒータ２０により４℃昇温し、光源エレメント１０−２は１℃昇温することになる。このようにして、光源エレメント１０−４以外の光源エレメントの温度が補完され、図１０に示すように全ての光源エレメント１０−１〜１０−ｎを目標のレーザ動作設定温度（２０℃）に定めることができる。
【００４３】
このように、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レーザ動作設定温度まで降下させ、これ以外の光源エレメントを電熱ヒータにより昇温するとともに、光源エレメントの温度Ｔとレーザ動作設定温度Ｔａが常に照合される状態にあるため、装置の起動時において半導体レーザ素子アレイの発光により温度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。
【００４４】
本発明はこのように構成されていることから、装置の起動にあたり光源エレメントを予め冷却し、しかる後、半導体レーザ素子アレイを発光するようにしたので、半導体レーザ素子アレイの発光に伴う発熱による温度急上昇を抑え、温度制御と装置が正常に動作するまでの時間を短縮できるとともに、半導体レーザ素子アレイの保護を同時に実現することが可能となるなど特有の効果を奏する。
【００４５】
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、本発明はＤＬＰ（ Digital Light Processing ）に採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】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。
【図２】本発明の光源ユニットの組立状態を示す斜視図である。
【図３】本発明のシステム構成を示す図である。
【図４】本発明に採用する冷却手段の例を示す図である。
【図５】本発明におけるシステムの処理流れを説明する図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【符号の説明】
【００４７】
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・・・・・半導体レーザ素子アレイ
２０・・・・・電熱ヒータ
２１・・・・・温度センサ
２２・・・・・制御装置
２３・・・・・冷凍機
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ・・・・・冷媒回路
２５・・・・・吸熱器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３原色のレーザ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半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）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、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、
該制御手段により前記温度センサの温度と予め設定されているレーザ動作設定温度とを比較することにより、半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定するようにしたことを特徴とする投写型映像表示装置の起動システム。
【請求項２】
前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の投写型映像表示装置の起動システム。
【請求項３】
前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以下にあるとき、直ちに前記電熱ヒータにより半導体レーザ素子アレイを昇温し、一方温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度を超えていることを検知した時点において前記冷却手段を駆動し、半導体レーザ素子アレイをレーザ動作設定温度にまで降温した段階で半導体レーザ素子アレイを作動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の投写型映像表示装置。
【請求項４】
３原色のレーザ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半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）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、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、
前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動するようになし、
該半導体レーザ素子アレイが作動された後、各光源エレメントから温度センサにより得ら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レーザ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電熱ヒータにて昇温することにより所望のレーザ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の起動システム。
【請求項１】
３原色のレーザ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半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）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、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、
該制御手段により前記温度センサの温度と予め設定されているレーザ動作設定温度とを比較することにより、半導体レーザ素子アレイの作動時期を決定するようにしたことを特徴とする投写型映像表示装置の起動システム。
【請求項２】
前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の投写型映像表示装置の起動システム。
【請求項３】
前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以下にあるとき、直ちに前記電熱ヒータにより半導体レーザ素子アレイを昇温し、一方温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度を超えていることを検知した時点において前記冷却手段を駆動し、半導体レーザ素子アレイをレーザ動作設定温度にまで降温した段階で半導体レーザ素子アレイを作動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の投写型映像表示装置。
【請求項４】
３原色のレーザ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半導体レーザ素子を配列した半導体レーザ素子アレイを受熱板に配設し、且つ、該受熱板に電熱ヒータおよび半導体レーザ素子アレイの温度検出手段（温度センサ）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、電熱ヒータおよび温度センサを制御手段に接続してなり、
前記温度センサが検知する温度がレーザ動作設定温度以上であるとき、直ちに前記冷却手段を駆動して半導体レーザ素子アレイを降温し、しかる後、温度センサがレーザ動作設定温度を検知した時点において半導体レーザ素子アレイを作動するようになし、
該半導体レーザ素子アレイが作動された後、各光源エレメントから温度センサにより得ら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レーザ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電熱ヒータにて昇温することにより所望のレーザ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の起動システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−８６２７２（Ｐ２００９−８６２７２Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５５７３３（Ｐ２００７−２５５７３３）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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