投射型影像显示装置.pdf

本发明的目的在于提供一种投射型影像显示装置，既能够恒定地保持动作温度，又能够抑制待配置于室内的装置的大小和载重。投射型影像显示装置具有待配置于室内的室内单元(1)和待配置于室外的室外单元(4)。室外单元(4)具有：第2制冷剂配管(41)，其与第1制冷剂配管(21)一起形成环状的制冷剂路径；冷却装置(42)；以及冷却控制电路(45)，其控制冷却装置(42)对R、G、B激光吸热器(18、19、20)的冷却。室内单元(1)具有主控制电路(27)，该主控制电路(27)与冷却控制电路(45)进行通信，从而控制由冷却装置(42)实现的冷却。

权利要求书1.  一种投射型影像显示装置，其在屏幕上投影影像，其中，所述投射型影像显 示装置具有： 室内单元，其待配置于室内，投影所述影像；以及 室外单元，其待配置于室外， 所述室内单元具有： 半导体激光元件组，其是所述影像的光源，包括多个半导体激光元件； 吸热器，其包括与所述多个半导体激光元件在热学上连接的金属块；以及 第1制冷剂配管，其与所述吸热器在热学上连接， 所述室外单元具有： 第2制冷剂配管，其通过配设于所述室内单元和室外单元之间的制冷剂配管与所 述第1制冷剂配管一起形成环状的制冷剂路径； 冷却装置，其包括制冷剂压缩机、冷凝器和风扇，能够通过在所述制冷剂路径内 循环的制冷剂冷却所述吸热器；以及 冷却控制电路，其控制由所述冷却装置实现的所述冷却， 所述室内单元还具有主控制电路，该主控制电路通过配设于所述室内单元和室外 单元之间的通信通道与所述冷却控制电路进行通信，从而控制由所述冷却装置实现的 所述冷却。 2.  根据权利要求1所述的投射型影像显示装置，其中， 所述室内单元还具有温度传感器，该温度传感器设置于比所述吸热器靠下游的所 述第1制冷剂配管上， 所述主控制电路控制由所述冷却装置实现的所述冷却，从而将由所述温度传感器 检测出的温度维持为预先确定的温度。 3.  根据权利要求1所述的投射型影像显示装置，其中， 所述室内单元还具有温度传感器，该温度传感器检测所述半导体激光元件所具有 的接合部的温度， 所述主控制电路控制由所述冷却装置实现的所述冷却，从而将由所述温度传感器 检测出的温度维持为预先确定的温度。 4.  根据权利要求1至3中的任意一项所述的投射型影像显示装置，其中， 所述室内单元还具有电子膨胀阀，该电子膨胀阀设置于比所述吸热器靠上游的所 述第1制冷剂配管上，能够通过在所述制冷剂路径内循环的制冷剂冷却所述吸热器， 所述主控制电路控制所述电子膨胀阀，从而对由该电子膨胀阀实现的所述冷却进 行微调。 5.  根据权利要求4所述的投射型影像显示装置，其中， 多个所述半导体激光元件组通过所述第1制冷剂配管并联连接， 多个所述电子膨胀阀与所述多个半导体激光元件组一对一地对应设置。 6.  根据权利要求1至3中的任意一项所述的投射型影像显示装置，其中， 所述室内单元还具有排水管，该排水管将所述室内单元内部的通过结露而产生的 水排出到所述室内单元外部。

说明书投射型影像显示装置
技术领域
本发明涉及向屏幕投影影像的投射型影像显示装置，尤其涉及投射型影像显示装 置的冷却。
背景技术
以往，在较多的投射型影像显示装置(投影仪)中，作为用于生成3原色的光的 光源而采用灯。在这些投射型影像显示装置中，将灯所发出的白色光通过二向色镜分 离为红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)3原色，将该3原色通过图像信息进行调制， 并通过合成棱镜合成后，经由投射透镜投影于屏幕上，从而显示影像。
另一方面，进一步的高亮度化(高输出化)、颜色再现范围的扩大和长寿命化的 要求近些年来日渐升高。然而，基于发热和噪声的增大以及冷却结构和电源的大型化 等的观点而言，在具有上述灯光源的投射型影像显示装置中进一步推进高亮度化是困 难的，此外，还难以实现颜色再现范围的扩大和长寿命化。
于是，逐渐取代灯光源，而使用颜色再现范围较大且长寿命的半导体激光元件或 LED(Light Emitting Diode：发光二极管)作为光源。此外，关于通过将多个半导体 激光元件或多个LED作为光源要素使用而能够实现高输出的光源、和具有该光源的 投射型影像显示装置的开发也得以进展。
在使用半导体激光元件或LED的投射型影像显示装置中，为了使各色(R、G、 B)的半导体激光元件或LED等稳定地发光、振荡，将它们的动作温度保持为恒定就 成为重要的课题。
特别地，在光源要素为半导体激光元件的情况下，动作温度越低则发光效率越好， 而反之温度越高则发光效率越低且结晶缺陷的增加越显著。而且，由于与伴随该增加 而出现的非发光迁移的增加所对应的发热的增加，可能会进一步招致发光元件的温度 上升，使得发光能力加速降低。此外，寿命的短期化可能会急速发展。进而，不论动 作温度是高还是低，输出光的波长都会随着动作温度而发生变化，因而无法投影原本 的颜色和影像。
因此，在光源要素为半导体激光元件的情况下，将动作温度维持为恒定的最适温 度是很重要的。
作为使半导体激光元件的动作温度恒定化的现有技术，具有使用珀尔贴元件的冷 却技术。然而，在珀尔贴元件散热时一般使用空冷式冷却，由于高输出化而使得在通 过该空冷式冷却实现充分的冷却能力时需要大型的热导管、散热器和风扇等，存在装 置的大小和风扇的噪声变大的问题。此外，珀尔贴元件的功率损耗大，因而功耗大， 效率差。
此外，作为其他的冷却技术，还具有基于水冷方式的冷却技术，然而会产生上游 下游之间的温度差，因而难以将多个半导体激光的动作温度保持恒定。
作为其他的冷却技术，例如专利文献1中公开了通过将进行了热交换的空气供给 给光学元件组来冷却光学元件组的技术。然而，接触光学元件组的冷却空气的风量会 存在侧偏，因而难以将动作温度保持恒定。此外，专利文献1公开的技术也需要大型 的冷却用的风扇，存在装置的大小和风扇的噪声变大的问题。
于是，在专利文献2中，为了解决以上的问题，提出了如下的技术：例如使用具 有制冷剂压缩机、冷凝器、风扇、减压器、蒸发器(或吸热器)的制冷剂回路，利用 制冷剂的蒸发和潜热来冷却半导体激光元件。
专利文献1：日本特开2009-222869号公报
专利文献2：日本特开2009-42703号公报
根据专利文献2的技术，能够将动作温度保持恒定。然而，在如专利文献2的技 术那样将投影影像的电路与制冷剂回路形成为一体的投射型影像显示装置中，伴随高 输出化，压缩机、冷凝器、风扇和电源等的大小和重量都会变大。因此，投射型影像 显示装置的设置空间的大小和耐受载重成为问题，存在设置所需的费用增大的问题。 此外，还存在风扇和压缩机的大型化导致噪声也变大的问题。
发明内容
因此，本发明就是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种既能够将动作 温度保持恒定，又能够抑制待配置于室内的装置的大小和载重的技术。
本发明的投射型影像显示装置是向屏幕投影影像的投射型影像显示装置，其具 有：室内单元，其待配置于室内，投影所述影像；以及室外单元，其待配置于室外， 所述室内单元具有：半导体激光元件组，其是所述影像的光源，包括多个半导体激光 元件；吸热器，其包括与所述多个半导体激光元件在热学上连接的金属块；以及第1 制冷剂配管，其与所述吸热器在热学上连接，所述室外单元具有：第2制冷剂配管， 其通过配设于所述室内单元和室外单元之间的制冷剂配管与所述第1制冷剂配管一 起形成环状的制冷剂路径；冷却装置，其包括制冷剂压缩机、冷凝器和风扇，能够通 过在所述制冷剂路径内循环的制冷剂冷却所述吸热器；以及冷却控制电路，其控制由 所述冷却装置实现的所述冷却，所述室内单元还具有主控制电路，该主控制电路通过 配设于所述室内单元和室外单元之间的通信通道与所述冷却控制电路进行通信，从而 控制由所述冷却装置实现的所述冷却。
根据本发明，既能够将半导体激光元件组的动作温度保持恒定，又能够抑制待配 置于室内的装置的大小和载重。
附图说明
图1是表示第1实施方式的投影仪的整体结构的图。
图2是表示第1实施方式的投影仪的设置例的立体图。
图3是表示第1实施方式的变形例1的投影仪的局部结构的图。
标号说明
1：室内单元，4：室外单元，11、12、13：R激光器群、G激光器群、B激光器 群，11a、12a、13a：半导体激光元件，18、19、20：R激光吸热器、G激光吸热器、 B激光吸热器，21：第1制冷剂配管，23：排水管，24：管温传感器，25：电子膨胀 阀，27：主控制电路，41：第2制冷剂配管，42：冷却装置，42a：制冷剂压缩机， 42b：冷凝器，42c：风扇，45：冷却控制电路，71：制冷剂配管，72：通信线路，81： 屏幕。
具体实施方式
＜第1实施方式＞
图1和图2是表示本发明的第1实施方式的投射型影像显示装置的结构的图。该 投射型影像显示装置(以下称作“投影仪”)是向屏幕81投影影像(投射光)的装置。 如图1和图2所示，投影仪具有待配置于室内的室内单元1和待配置于室外的室外单 元4。
室内单元1是投影上述影像的单元。本第1实施方式的室内单元1具有R、G、 B激光器群11、12、13、激光驱动电路14、影像处理电路15、光学合成部16、投射 透镜17、R、G、B激光吸热器18、19、20、第1制冷剂配管21、托盘22、排水管 23、管温传感器24、电子膨胀阀25、供给用于室内单元1的构成要素中的电源的电 源电路26、以及综合控制室内单元1的构成要素的主控制电路27。另外，室内单元 1例如还具有调制激光并生成影像的影像生成部等，而在图1和图2中省略了它们的 图示。
本第1实施方式的室外单元4具有第2制冷剂配管41、冷却装置42、制冷剂加 热器43、逆变器电路44、以及综合控制室外单元4的构成要素的冷却控制电路45。 其中，冷却装置42具有制冷剂压缩机42a、冷凝器42b以及风扇42c。另外，室外单 元4例如还具有供给用于室外单元4的构成要素中的电源的电源电路等，而在图1 和图2中省略了图示。
在室内单元1与室外单元4之间配设有制冷剂配管71和作为通信通道的通信线 路72。制冷剂配管71连接第1制冷剂配管21的一端与第2制冷剂配管41的一端， 并且连接第1制冷剂配管21的另一端与第2制冷剂配管41的另一端。通信线路72 将主控制电路27与冷却控制电路45之间以能够通信的方式连接。另外，这里说明了 在通信通道中使用有线(通信线路72)的结构，然而通信通道不限于此。例如，也 可以构成为在主控制电路27和冷却控制电路45上设置无线通信装置，从而在通信通 道中使用无线。
＜主要与影像投影有关的结构＞
接着，详细说明本第1实施方式的投影仪中主要与影像投影有关的结构。
R激光器群(半导体激光元件组)11是影像(投射光)的光源，其包括能够输 出红色激光11b的多个半导体激光元件11a。G激光器群(半导体激光元件组)12是 影像(投射光)的光源，其包括能够输出绿色激光12b的多个半导体激光元件12a。 B激光器群(半导体激光元件组)13是影像(投射光)的光源，其包括能够输出蓝 色激光13b的多个半导体激光元件13a。如上构成的R、G、B激光器群11、12、13 能够分别输出较高光强度的红色激光11b、绿色激光12b、蓝色激光13b。
激光驱动电路14驱动R、G、B激光器群11、12、13的半导体激光元件11a、 12a、13a，从而输出红色激光11b、绿色激光12b、蓝色激光13b。
影像处理电路15将对应于来自外部的图像信息的影像信号输出给未图示的影像 生成部。影像生成部根据来自影像处理电路15的影像信号，调制红色激光11b、绿 色激光12b、蓝色激光13b，生成红色的影像、绿色的影像、蓝色的影像。
光学合成部16合成所生成的红色的影像、绿色的影像、蓝色的影像，生成彩色 影像(投射光)。
投射透镜17以放大由光学合成部16生成的彩色影像(投射光)的方式，将彩色 影像(投射光)投影于屏幕81(图2)上。
＜主要与冷却有关的结构＞
接着，详细说明本第1实施方式的投影仪中的主要与冷却有关的结构。
R激光吸热器(吸热器)18包括与多个半导体激光元件11a在热学上连接(结合) 的金属块。G激光吸热器(吸热器)19包括与多个半导体激光元件12a在热学上连 接的金属块。B激光吸热器(吸热器)20包括与多个半导体激光元件13a在热学上连 接的金属块。
第1制冷剂配管21与R、G、B激光吸热器18、19、20(这里为它们的金属块) 在热学上连接。如图1所示，电子膨胀阀25、G激光吸热器19、B激光吸热器20、 R激光吸热器18按照该顺序通过第1制冷剂配管21串联连接。
关于室内单元1的托盘22、排水管23、管温传感器24、电子膨胀阀25和主控 制电路27的详细说明将在后面叙述，接着，详细说明室外单元4的构成要素。
第2制冷剂配管41通过制冷剂配管71与第1制冷剂配管21一起形成环状的制 冷剂路径。如图1的白色的箭头所示，制冷剂在该环状的制冷剂路径内按照电子膨胀 阀25的一端、G激光吸热器19、B激光吸热器20、R激光吸热器18、制冷剂加热器 43、制冷剂压缩机42a、冷凝器42b、电子膨胀阀25的另一端的顺序循环。
冷却装置42具有制冷剂压缩机42a、冷凝器42b和风扇42c，能够放出在第2制 冷剂配管41内流动的制冷剂的热。
具体地，制冷剂压缩机42a压缩制冷剂气体(气体状态的制冷剂)，从而使该制 冷剂气体高温高压化。冷凝器42b使高温高压化的制冷剂气体与通过风扇42c而从室 外单元4的外部流入内部的外部气体86(图1的虚线箭头)进行热交换，从而使该 制冷剂气体成为高压的液态制冷剂。接受到由于制冷剂的冷凝效果而产生的热的外部 气体86通过风扇42c而从室外单元4的内部排出到外部。
高压的液态制冷剂被减压直到到达G激光吸热器19等为止，成为易于气化的液 态制冷剂。另外，制冷剂的减压也可以通过例如设计制冷剂路径的配管结构等而实现， 这里是通过电子膨胀阀25实现的。
根据以上的结构，在制冷剂路径中的从电子膨胀阀25的一端到G激光吸热器19、 B激光吸热器20、R激光吸热器18和制冷剂加热器43之间的部分上，通过制冷剂的 潜热效果，在将R、G、B激光吸热器18、19、20等的温度保持恒定的同时带走热。 如上，冷却装置42通过在制冷剂路径内循环的制冷剂，能够将R、G、B激光吸热器 18、19、20以及R、G、B激光器群11、12、13冷却至某恒定温度。
另外，若制冷剂在未完全气化的状态下流入制冷剂压缩机42a中，则会对制冷剂 压缩机42a产生不良影响。因此，通过制冷剂加热器43加热流入制冷剂压缩机42a 的制冷剂，使得制冷剂能够在气化状态下流入制冷剂压缩机42a。
逆变器电路44通过冷却控制电路45的控制来驱动制冷剂压缩机42a。
冷却控制电路45控制逆变器电路44，从而控制制冷剂压缩机42a的驱动。如上 构成的冷却控制电路45能够控制由冷却装置42实现的冷却。另外，冷却控制电路 45不仅控制制冷剂压缩机42a的驱动，还可以控制风扇42c的转速等，从而控制由 冷却装置42实现的冷却。
接着，详细说明室内单元1的托盘22、排水管23、管温传感器24、电子膨胀阀 25和主控制电路27。
托盘22在室内单元1内部的温度为室温以下时等接受室内单元1内部的通过结 露而产生的水滴。排水管23将通过托盘22接受的水排出到室内单元1外部。
管温传感器(温度传感器)24设置于比R、G、B激光吸热器18、19、20靠下 游的第1制冷剂配管21上，能够间接检测R、G、B激光吸热器18、19、20的温度 以及R、G、B激光器群11、12、13的动作温度。管温传感器24将检测出的温度输 出给主控制电路27。
作为减压器的电子膨胀阀25设置于比R、G、B激光吸热器18、19、20靠上游 的第1制冷剂配管21上。该电子膨胀阀25控制该第1制冷剂配管21内的制冷剂的 减压量，从而控制制冷剂的蒸发温度，能够通过该制冷剂的潜热效果冷却R、G、B 激光吸热器18、19、20。
主控制电路27通过通信线路72与冷却控制电路45进行通信。在本第1实施方 式中，主控制电路27进行将控制信息等信息发送给冷却控制电路45等的通信，从而 控制冷却控制电路45。由此，主控制电路27能够控制冷却装置42(逆变器电路44) 的冷却。
此外，主控制电路27控制由冷却装置42实现的冷却，从而将通过管温传感器 24检测出的温度维持为预先确定的温度。在这种主控制电路27的结构中应用如下结 构：其具有将通过管温传感器24检测出的温度与用于控制冷却装置42的冷却的控制 信号对应起来的一览表，从该一览表中取得与来自管温传感器24的温度对应的控制 信号。
＜效果＞
通常，在构成为将多个半导体激光元件作为光源要素使用的投影仪中，半导体激 光元件的寿命、出射光的波长和亮度会由于动作温度而受到影响。因此，如果未将动 作温度保持恒定，则例如投影仪的白平衡和亮度会偏离设计值，产生无法实现正确的 颜色灰度表现等的影响。基于以上的观点，对于投影仪要求将动作温度保持恒定。此 外，为了实现该要求，已提出了把用于将动作温度保持恒定的制冷剂回路的整体设置 于投影仪的内部的技术，然而伴随半导体激光元件的高输出化，压缩机、冷凝器、风 扇和电源等的大小和重量会变大，投影仪的设置空间的大小和耐受载重以及风扇和压 缩机的噪声的大小成为问题。此外，使设置设备增强等这些对策所产生的费用增大也 成为问题。
对此，根据以上的本第1实施方式的投影仪，主控制电路27与冷却控制电路45 进行通信，从而控制冷却装置42的冷却(第1制冷剂配管21的制冷剂的潜热作用)。 由此，例如，能够将通过管温传感器24检测出的温度维持在预先确定的温度。因此， 即使R、G、B激光器群11、12、13的发热量随着投影仪的亮度变化而发生变化，也 能够将R、G、B激光器群11、12、13的动作温度保持恒定。因而，能够使投影仪的 亮度和白平衡稳定。
此外，在本第1实施方式中，构成为将包括制冷剂压缩机42a、冷凝器42b和风 扇42c的冷却装置42配置于室外单元4。如上，通过将投影仪的构成要素分散配置 于室内单元1和室外单元4，从而能够使得室内单元1变轻。其结果是，能够提高可 进行吊挂设置等的设置自由度，并且能够抑制与制冷剂压缩机42a和风扇42c等的重 量增加相伴随的室内的耐受载重加强作业、与散热风量量增加相伴随的排气设备的增 设和这些作业所需的成本。此外，即使在电影院等的馆内设备上设置投影仪的情况下， 也只需将室外单元4设置于室外，并将用于设置制冷剂配管71、通信线路72、排水 管23等的孔(路径)设置于馆内设备这样的作业程度即可，因此能够基本直接使用 馆内设备。进而，通过将制冷剂压缩机42a和风扇42c设置于室外，从而能够抑制它 们的振动带来的噪声和风扇42c的摩擦风声带来的噪声被设有室内单元1的室内的视 听者感受到。
此外，在本第1实施方式中，设有将室内单元1内部的通过结露而产生的水排出 到室内单元1外部的排水管23。由此，能够控制为将R、G、B激光器群11、12、13 的动作温度例如保持为易于产生结露的15℃左右的温度。其结果是，能够提高半导 体激光元件11a、12a、13a的发光效率，并且能够延长其寿命。另外，室内单元1还 可以在内部具备连接排水管23的除湿装置(未图示)。
＜变形例1＞
在第1实施方式的结构中，主控制电路27还可以控制电子膨胀阀25，从而对由 该电子膨胀阀25实现的R、G、B激光吸热器18、19、20的冷却进行微调。根据这 种结构，能够改善R、G、B激光吸热器18、19、20的温度响应速度。
此外，在第1实施方式的结构中，G激光吸热器19、B激光吸热器20和R激光 吸热器18按照该顺序通过第1制冷剂配管21串联连接。然而不限于此，R、G、B 激光吸热器18、19、20也可以通过第1制冷剂配管21并联连接。而且，由主控制电 路27控制的多个(这里为3个)电子膨胀阀25可以与R、G、B激光器群11、12、 13一对一地对应设置。此外，多个(这里为3个)管温传感器24可以设置于分别比 R、G、B激光吸热器18、19、20靠下游的第1制冷剂配管21上。图3示出该结构。 其中，图3中为了简化附图，仅图示了室内单元1的一部分。
根据图3所示的结构，能够分别调整R、G、B激光器群11、12、13的动作温度。
另外，在以上的说明中，电子膨胀阀25设置于室内单元1，然而不限于此，也 可以设置于室外单元4(例如比冷凝器42b靠下游的第2制冷剂配管41)。而且，还 可以与冷却装置42同样构成为，主控制电路27与冷却控制电路45进行通信，从而 控制电子膨胀阀25。
＜变形例2＞
第1实施方式的室内单元1具有管温传感器24，该管温传感器24设置于比R、 G、B激光吸热器18、19、20靠下游的第1制冷剂配管21上。然而不限于此，室内 单元1还可以设置温度传感器以取代管温传感器24，该温度传感器检测半导体激光 元件11a、12a、13a所具有的接合部(pn接合)的温度。而且，主控制电路27还可 以控制由冷却装置42实现的冷却，从而将由该温度传感器检测出的温度维持为预先 确定的温度。
根据这种结构，随着半导体激光元件11a、12a、13a的亮度变化，即使半导体激 光元件11a、12a、13a的发热量发生变化，也能够将半导体激光元件11a、12a、13a 的动作温度保持恒定。因而，能够更可靠地抑制动作温度的变化导致的红色激光11b、 绿色激光12b、蓝色激光13b的波长变化。
另外，本发明可以在其发明的范围内适当变形、省略实施方式和变形例。