CN103513502B - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源装置，能够使光源元件的元件温度保持恒定。作为解决手段，光源装置（100）具有：冷却机构驱动部（3），其驱动冷却机构（5），使得由元件温度检测部（8）检测到的光源元件（4）的元件温度成为目标温度；以及控制部（1），其计算冷却机构（5）的露点温度，利用计算出的露点温度和元件温度来控制冷却机构驱动部（3）和光源元件驱动部（2）。

Description

光源装置
技术领域
本发明涉及具有对光源元件的温度进行控制的结构的光源装置。
背景技术
近年来，在例如投影仪等光源装置中，基于光源元件的长寿命化、高输出化的要求，LED（Light Emitting Diode：发光二极管）元件和激光元件（半导体激光元件）等被用来替代现有的灯光源。在以下的说明中，各LED元件和激光元件也被称作光源元件。
光源元件具有温度越高则输出和寿命越下降的特性。因此，为了维持光源元件的高寿命和高输出，需要使该光源元件的温度保持得较低。另外，作为光源元件的冷却手段，使用帕尔贴元件和水冷式的冷却机构等。在以下的说明中，光源元件的温度也被称作元件温度。
此外，光源元件在元件温度变化的情况下，该光源元件的光输出的波长会发生变化。在将光源元件应用于投影仪等所谓影像设备的情况下，光源元件的波长变化会产生色相的变化。因此，需要尽量使元件温度保持恒定。
作为冷却手段，在具有制冷机等的冷却装置中，光源元件的冷却面的温度有可能低于由周围环境决定的露点温度，其中，所述制冷机具有所谓帕尔贴元件、冷水机组（chiller）、压缩机等。周围环境是指周围温度、周围湿度等。此外，露点温度是指开始结露的温度。此时，由于结露产生的水滴可能导致以光源元件、电气电路***为首的周边部件发生故障。
因此，在专利文献1中公开有用于应对周围环境变化的结露对策的技术（以下也被称作现有技术A）。在现有技术A中，利用设置在装置中的空气传感器来检测环境温度、环境湿度，根据它们推测饱和水蒸气压。进而，当外部空气的水蒸气压超过饱和水蒸气压时，停止帕尔贴元件的控制，防止结露。
专利文献1：日本特许第3315461号公报（段落0025～0029，图4）
但是，现有技术A具有以下的问题。在现有技术A中，停止帕尔贴元件（冷却机构）的控制的时刻是外部空气的水蒸气压超过饱和水蒸气压的时刻，在该时刻，可能已经产生结露。
此外，现有技术A存在如下问题：由于已停止帕尔贴元件的控制，因此，由于停止后的温度上升，光源元件的元件温度不能保持恒定，波长发生变化而产生色相偏差。此外，在停止帕尔贴元件的控制的状态下，光源元件的元件温度已经上升，因而可能导致元件的寿命恶化或元件损坏等问题。即，在现有技术A中，存在为了防止上述问题而不能使元件温度保持恒定这样的问题。
发明内容
本发明正是为了解决该问题而完成的，其目的在于，提供一种能够使光源元件的元件温度保持恒定的光源装置。
为了达到上述目的，本发明的一个方式的光源装置具有：射出光的光源元件；驱动所述光源元件的光源元件驱动部；对所述光源元件进行冷却的冷却机构；元件温度检测部，其检测作为所述光源元件的温度的元件温度；冷却机构驱动部，其驱动所述冷却机构，使得由所述元件温度检测部检测到的所述元件温度成为目标温度；以及控制部，其计算所述冷却机构的露点温度，利用计算出的所述露点温度和所述元件温度来控制所述冷却机构驱动部和所述光源元件驱动部。
根据本发明，冷却机构驱动部驱动冷却机构，使得作为光源元件的温度的元件温度成为目标温度。由此，能够使光源元件的元件温度保持恒定。因此，能够抑制光源元件射出的光的波长变化、该光的色相变化等。其结果是，能够抑制光源元件射出的光的颜色偏差。
附图说明
图1是示出实施方式1的光源装置的结构的框图。
图2是光源装置进行的控制处理的流程图。
标号说明
1  控制部，2  光源元件驱动部，3  冷却机构驱动部，4  光源元件，5  冷却机构，6  镜，7  热管，8  元件温度检测部，9  光量检测部，10  散热器，11  风扇，12  环境传感器，100光源装置。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同的结构要素标注同一符号。它们的名称和功能也是相同的。因此，有时会省略对它们的详细说明。
以下，作为本发明的一例，根据附图，对使用光源元件的光源装置的实施方式进行详细说明。另外，本发明不限于该实施方式。
＜实施方式1＞
图1是示出实施方式1的光源装置100的结构的框图。如图1所示，光源装置100具有光源元件4、镜6、光源元件驱动部2、冷却机构5、热管7、散热器10、风扇11、冷却机构驱动部3、光量检测部9、元件温度检测部8、控制部1以及环境传感器12。
光源元件4是射出光的元件。光源元件4是激光元件（激光光源元件）。另外，光源元件4不限于激光元件，例如也可以是LED元件。
光源元件驱动部2根据控制部1的控制，通过向光源元件4施加电压来驱动（使其发光）光源元件4。驱动电流流过被驱动的光源元件4。
镜6将光源元件4射出的光的大部分反射，作为输出激光而引导到光源装置100的外部。此外，镜6将光源元件4射出的光的一部分引导到光量检测部9。由此，光量检测部9接收到（检测）与输出激光的强度成正比的光。
冷却机构5被配置成对光源元件4进行冷却。冷却机构5例如是帕尔贴元件。冷却机构5被配置成与光源元件4抵接。在以下的说明中，冷却机构5与光源元件4抵接的部分也被称作冷却部5a。冷却部5a是对光源元件4进行冷却的部分。即，冷却机构包含对光源元件4进行冷却的冷却部5a。冷却部5a与光源元件抵接以产生热阻。
另外，在冷却机构5是帕尔贴元件的情况下，冷却机构5与光源元件4面抵接。在该情况下，冷却部5a也被称作冷却面。
此外，冷却机构5经由热管7与散热器10热耦合。风扇11产生风，该风将散热器10的热向外部排出。
光源元件4发出的热的一部分经由冷却机构5和热管7传递到散热器10。传递到散热器10的热通过风扇11排出到光源装置100的外部。
冷却机构驱动部3驱动冷却机构5。通过驱动冷却机构5对光源元件4进行冷却。冷却机构5例如是帕尔贴元件。在该情况下，冷却机构驱动部3向冷却机构5（帕尔贴元件）施加用于在冷却机构5中产生电流的电压，由此驱动冷却机构5。
光量检测部9检测被照射到该光量检测部9的光的光量，根据该检测到的光量，检测光源元件4射出的光的光量P0。被照射到光量检测部9的光的光量与光源元件4射出的光的光量的比率是预先决定的值（例如1：9）。因此，光量检测部9能够根据被照射的光的光量，检测出光源元件4射出的光的光量P0。光量检测部9将检测到的光量P0发送至控制部1。
元件温度检测部8与光源元件4热连接。元件温度检测部8检测光源元件4的温度（以下，也被称作元件温度Tj）。元件温度Tj例如是结（junction）温。具体而言，元件温度检测部8始终检测光源元件4的温度，并将元件温度Tj发送至控制部1。
控制部1例如是CPU等微控制器（微计算机）。控制部1控制光源元件驱动部2，使得输出激光的光量（强度）始终保持恒定。即，控制部1控制光源元件驱动部2，使得光源元件4的光输出成为目标值。具体而言，控制部1向光源元件驱动部2指示光源元件驱动部2向光源元件4施加的电压。
此外，控制部1控制冷却机构驱动部3，使得光源元件4的元件温度Tj始终大致恒定，详情将在后面描述。冷却机构驱动部3根据控制部1的控制来驱动冷却机构5，使得由元件温度检测部8检测到的元件温度Tj成为预定的目标温度。这在使光源元件4的振荡波长或者振荡效率保持恒定并且保持光源元件4的寿命方面是必要的控制。
环境传感器12取得光源装置100的周围环境的信息。环境传感器12包含周围温度检测部13和周围湿度检测部14。另外，各个周围温度检测部13和周围湿度检测部14也可以不包含在环境传感器12中而是独立地设置。
周围温度检测部13随时检测光源装置100的周围温度即周围温度Tc（外部空气温度）。周围温度检测部13随时将周围温度Tc发送至控制部1。周围湿度检测部14随时检测光源装置100的周围湿度即周围湿度Hc（外部空气相对湿度）。周围湿度检测部14随时将周围湿度Hc发送至控制部1。
控制部1利用周围温度Tc和周围湿度Hc，计算冷却机构5（冷却部5a）的露点温度Tr。所述露点温度是指周围环境中的饱和蒸气压力变成100％而开始结露时的温度。如上所述，控制部1控制冷却机构驱动部3，使得光源元件4的元件温度Tj大致恒定。在此，设从光源元件4到冷却部5a之间的热阻为θjs。此外，设冷却部5a的温度为Ts。设向光源元件4施加的电压为Vf。此外，设光源元件4的驱动电流为Id。此外，假定元件温度Tj是恒定的。在该情况下，满足下式1。
（Vf×Id-P0）×θjs＝Tj-Ts···（式1）
Id由将式1变形而得到的下式2表示。
Id＝｛（Tj-Ts）/θjs＋P0｝/Vf···（式2）
另外，Vf不限于实际向光源元件4施加的电压。Vf例如也可以是用表形式或近似式来表示预先测定的Id和Vf的关系，每次从存储器读出的值。此外，Vf例如也可以由控制部1计算。此外，在Vf与Id之间的关联性小的情况下，为了简化，Vf也可以取恒定值。
在以下的说明中，在露点温度Tr等于冷却部5a的温度Ts的情况下，将与开始结露的临界温度对应的光源元件4的驱动电流Id记作最大驱动电流Idmax。Idmax由将式2的Ts替换成Tr的下式3表示。
Idmax＝｛（Tj-Tr）/θjs＋P0｝/Vf···（式3）
控制部1根据式3计算最大驱动电流Idmax。进而，控制部1对光源元件4的驱动电流Id和最大驱动电流Idmax进行比较。如下式4那样，在Id为Idmax以上的情况下，控制部1控制光源元件驱动部2，使得光量P0的目标值（设定值）减小。在以下的说明中，光量P0的目标值也被称作光量目标值。
Id≥Idmax···（式4）
控制部1控制光源元件驱动部2，使得从光量检测部9接收的光量P0的值变化，由此进行使光量P0的目标值减小或增大的处理。即，为了使光量P0变化，控制部1控制光源元件驱动部2，使得光源元件驱动部2向光源元件4施加的电压变化。也就是说，控制部1控制光源元件驱动部2，使得控制部1从光量检测部9接收的最新的光量P0的值（返回值）成为新目标值。
通过减小光量目标值，使得光源元件4的驱动电流Id减小。控制部1控制冷却机构驱动部3，使得即使在光量P0减小时，元件温度Tj也如上述保持恒定。由此，使元件温度Tj保持恒定，使得在冷却部5a（冷却面）不会产生结露。
即，控制部1通过控制冷却机构驱动部3和光源元件驱动部2来控制Ts和Id，使得满足下式5和下式6的关系式。由此，能够防止在冷却部5a（冷却面）产生结露。
Tr＜Ts···（式5）
Ts＝Tj-（Vf×Id-P0）×θjs···（式6）
式6是将式1变形而得到的式子。
接下来，对实施方式1的光源装置100进行的处理（以下，也被称作控制处理）进行说明。图2是控制处理的流程图。
如上所述，控制部1向光源元件驱动部2指示光源元件驱动部2向光源元件4施加的电压。另外，控制部1预先存储有表示根据向光源元件4施加的电压而流过光源元件4的电流的电压-电流特性。因此，控制部1基于电压-电流特性，根据光源元件驱动部2施加的电压，始终掌握光源元件4的驱动电流Id。
在步骤S20中，进行周围温度和周围湿度的检测。具体而言，周围温度检测部13检测周围温度Tc，并将周围温度Tc发送至控制部1。此外，周围湿度检测部14检测周围湿度Hc（外部空气相对湿度），并将该周围湿度Hc发送至控制部1。
在步骤S21中，控制部1利用周围温度Tc和周围湿度Hc来计算冷却机构5（冷却部5a）的露点温度Tr。利用温度和湿度来计算露点温度的方法是公知技术，因而不重复详细说明。
在步骤S22中，控制部1根据所述式3，计算最大驱动电流Idmax。最大驱动电流Idmax是冷却部5a的温度不成为露点温度以下的、光源元件4的最大驱动电流。
在步骤S23中，控制部1判定驱动电流Id是否小于最大驱动电流Idmax。如果在步骤S23中是肯定（YES），则再次进行步骤S20的处理。进而，反复进行步骤S20～S23的处理。另一方面，如果在步骤S23中是否定（NO），则处理转换到步骤S24。在步骤S23中是否定的情况是指驱动电流Id在最大驱动电流Idmax以上的情况。
在步骤S24中，控制部1控制光源元件驱动部2，使得驱动电流Id减小。具体而言，控制部1指示光源元件驱动部2，使得光源元件驱动部2向光源元件4施加的电压减小预定值。光源元件驱动部2根据该指示使向光源元件4施加的电压减小预定值。该预定值例如是光源元件驱动部2施加的电压的10％。由此，驱动电流Id减小。其结果是，光源元件4射出的光的光量P0减小。然后，再次进行步骤S23的处理。
另外，控制部1与控制处理独立地、并行地进行以下的温度控制处理。在温度控制处理中，如上所述，控制部1控制冷却机构驱动部3，使得元件温度Tj保持恒定。即，冷却机构驱动部3根据控制部1的控制来驱动冷却机构5，使得由元件温度检测部8检测到的元件温度Tj成为预定的目标温度。稍微具体而言，冷却机构驱动部3驱动冷却机构5，使得元件温度Tj大致保持目标温度。
更具体而言，设冷却机构5（冷却部5a）的露点温度为Tr，设冷却部5a的温度为Ts，设向光源元件4施加的电压为Vf，设光源元件4的驱动电流为Id，设光源元件4射出的光的光量为P0，设光源元件4的元件温度为Tj，设从光源元件4到冷却部5a之间的热阻为θjs。
在该情况下，控制部1通过控制冷却机构驱动部3和光源元件驱动部2来控制Ts和Id，使得满足式5和式6的关系式。即，控制部1利用在步骤S21中计算出的最新的露点温度Tr和元件温度Tj来控制冷却机构驱动部3和光源元件驱动部2。换言之，控制部1利用露点温度Tr和元件温度Tj来控制冷却机构驱动部3和光源元件驱动部2。
由此，冷却机构驱动部3根据控制部1的控制来驱动冷却机构5，使得冷却部5a的温度维持比冷却机构5的露点温度高的温度。此外，冷却机构驱动部3控制向光源元件4施加的电压（投入电力），使得冷却部5a的温度不低于露点温度。例如，冷却机构驱动部3抑制向光源元件4施加的电压（投入电力）。
如上所述，根据本实施方式，冷却机构驱动部3驱动冷却机构5，使得光源元件4的元件温度成为目标温度。稍微具体而言，冷却机构驱动部3驱动冷却机构5，使得元件温度Tj大致保持目标温度。由此，能够使光源元件4的元件温度保持恒定。因此，能够抑制光源元件4射出的光的波长变化、该光的色相变化等。即，能够使光源元件4射出的光的波长维持恒定。其结果是，能够抑制光源元件4射出的光的颜色偏差。此外，能够防止由光源元件4的温度上升导致的光源元件4的寿命恶化和损坏。
此外，根据本实施方式，能够通过抑制向光源元件4的投入电力来防止光源元件4的寿命恶化和损坏的情况。
此外，根据本实施方式，冷却机构驱动部3驱动冷却机构5，使得冷却机构5的冷却部5a的温度维持比露点温度高的温度。因此，能够防止在冷却机构5中发生结露。因此，由于不产生由结露导致的水滴，因而能够防止部件故障等问题的发生。即，能够防止因结露导致的周边部件的故障等问题的发生。
另外，在本实施方式中，设冷却机构5是帕尔贴元件，但是并非限定于此。冷却机构5也可以是利用冷却水的水冷机构（水冷式的冷却机构）。水冷机构例如是冷水机组装置（冷水机组方式的冷却机构）。冷水机组装置通过进行冷却水的温度控制来进行冷却。
此外，上述水冷机构例如也可以由热交换器和风扇构成。在该情况下，水冷机构通过进行风扇转速控制来进行冷却。即使在该结构中，根据本实施方式，也能够防止在冷却机构5中发生结露。
此外，冷却机构5也可以是利用碳氟化合物作为制冷剂的机构（制冷剂式的冷却机构）。碳氟化合物是用于冰箱、空调等的制冷剂。在该结构中，冷却机构5具有冷凝器、压缩机、膨胀阀等。冷却机构5利用碳氟化合物进行冷却。即使在该结构中，根据本实施方式，也能够防止在冷却机构5中发生结露。
此外，在本实施方式中，示出了将激光元件作为光源元件进行冷却的例子，但是，在应用LED（发光二极管）等作为光源元件时，也能得到相同的效果。
另外，在本发明的范围内，本发明可适当对实施方式进行变形、省略。
产业上的可利用性
本发明能够作为可使光源元件的元件温度保持恒定的光源装置来利用。

Claims (7)

1.一种光源装置，其中，该光源装置具有：
射出光的光源元件；
驱动所述光源元件的光源元件驱动部；
对所述光源元件进行冷却的冷却机构；
元件温度检测部，其检测作为所述光源元件的温度的元件温度；
冷却机构驱动部，其驱动所述冷却机构，使得由所述元件温度检测部检测到的所述元件温度成为目标温度；以及
控制部，其计算所述冷却机构的露点温度，利用计算出的所述露点温度和所述元件温度来控制所述冷却机构驱动部和所述光源元件驱动部。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述冷却机构包含对所述光源元件进行冷却的冷却部，
所述冷却机构驱动部根据所述控制部的控制来驱动所述冷却机构，进一步使得所述冷却部的温度维持比所述露点温度高的温度。
3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，
所述光源装置还具有：
周围温度检测部，其检测所述光源装置的周围温度；以及
周围湿度检测部，其检测所述光源装置的周围湿度，
所述控制部利用所述周围温度和所述周围湿度计算所述露点温度，利用所述露点温度和所述元件温度来控制所述冷却机构驱动部和所述光源元件驱动部。
4.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，
所述冷却机构包含对所述光源元件进行冷却的冷却部，
所述冷却部与所述光源元件抵接以产生热阻，
所述光源元件驱动部通过向所述光源元件施加电压来驱动所述光源元件，
所述光源装置还具有对所述光源元件射出的光的光量进行检测的光量检测部，
在设所述露点温度为Tr，设所述冷却部的温度为Ts，设向所述光源元件施加的电压为Vf，设所述光源元件的驱动电流为Id，设所述光量为P0，设所述元件温度为Tj，设所述热阻为θjs的情况下，
所述控制部通过控制所述冷却机构驱动部和所述光源元件驱动部来控制Ts和Id，使得满足如下的关系式：
Tr＜Ts
Ts＝Tj-（Vf×Id-P0）×θjs。
5.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，
所述冷却机构是帕尔贴元件。
6.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，
所述冷却机构是利用冷却水的水冷机构。
7.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，
所述冷却机构是利用作为制冷剂的碳氟化合物的机构。
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