專利名稱：光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種用于投影型顯示裝置的光源裝置。
背景技術(shù)：
如圖9所示，在現(xiàn)有的光源裝置中，從半導(dǎo)體發(fā)光元件80和半導(dǎo)體發(fā)光元件81照射的照射光分別通過聚光透鏡82、83而收斂為平行光，然后被旋轉(zhuǎn)拋物面鏡84反射，并會(huì)聚在旋轉(zhuǎn)拋物面鏡84的焦點(diǎn)85上。
會(huì)聚后的照射光在光積分器86的內(nèi)表面反射多次，并透過中繼透鏡87、88、89照射到光閥(液晶面板)60上。光閥60根據(jù)圖像信號(hào)處理電路(省略圖示)的圖像來控制半導(dǎo)體發(fā)光元件80、81的照射光并生成圖像，由光閥60生成的圖像通過投影透鏡61放大后被投影到屏幕62上。
另外，散熱片90用于防止半導(dǎo)體發(fā)光元件80、81由于自身發(fā)熱而導(dǎo)致亮度降低。
散熱片90相對于基板91設(shè)在配置有半導(dǎo)體發(fā)光元件80、81的面的相反側(cè)的面上，以便借助于冷卻風(fēng)扇(省略圖示)進(jìn)行冷卻。(例如參照日本特開2005-292642號(hào)公報(bào))在日本特開2005-292642號(hào)公報(bào)所記載的現(xiàn)有的光源裝置中，在半導(dǎo)體發(fā)光元件達(dá)到使用壽命的情況或者發(fā)生了故障的情況下，在更換新的半導(dǎo)體發(fā)光元件時(shí)，必須還同時(shí)卸下光積分器，導(dǎo)致配置于光源裝置的半導(dǎo)體發(fā)光元件的更換作業(yè)繁雜。即，不能容易地更換配置在光源裝置內(nèi)部的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
另外，近年來，應(yīng)用于投影型顯示裝置的光源裝置越發(fā)要求高亮度化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決這樣的問題而完成的，其目的在于提供一種光源裝置，該光源裝置能夠容易地更換配置在內(nèi)部的半導(dǎo)體發(fā)光元件，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度化。
本發(fā)明的光源裝置包括照明單元，該照明單元包括第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡，其具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)；和光源單元，其具有多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件，上述半導(dǎo)體發(fā)光元件通過支承體配置成相對于上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸呈放射狀，在該光源單元中，使上述半導(dǎo)體發(fā)光元件各自的光束在經(jīng)過上述第二焦點(diǎn)并在上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的內(nèi)表面發(fā)生反射后會(huì)聚于上述第一焦點(diǎn)，并且將上述旋轉(zhuǎn)軸與上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的各發(fā)光中心軸所構(gòu)成的角度設(shè)定在90度以上，在上述照明單元中，上述光源單元可以裝卸地配置在設(shè)于上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的非反射部的開口部中。
根據(jù)本發(fā)明的光源裝置，由于具有這樣的光源單元使半導(dǎo)體發(fā)光元件各自的光束在經(jīng)過第二焦點(diǎn)后會(huì)聚于第一焦點(diǎn)，并且將旋轉(zhuǎn)軸與半導(dǎo)體發(fā)光元件的各發(fā)光中心軸所構(gòu)成的角度設(shè)定在90度以上，而且上述光源單元可裝卸地配置在設(shè)于上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的非反射部的開口部中，所以通過將光源單元拔出到第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的后方，就能夠更換配置于光源單元的半導(dǎo)體發(fā)光元件，能夠容易地進(jìn)行半導(dǎo)體發(fā)光元件的更換作業(yè)。
另外，由于各照射光不會(huì)與大致對置的半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)生干涉，所以能夠通過增加半導(dǎo)體發(fā)光元件的配設(shè)數(shù)量來提高光源裝置的亮度。
另外，即使在多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件中的一個(gè)因故障而不發(fā)光的情況下，也能夠防止亮度極端劣化。
本發(fā)明的上述和其他目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中將更加清楚。
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式1的光源裝置的側(cè)剖面圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施方式1的光源裝置的主視圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施方式1的光源裝置的立體圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施方式1的光源裝置的后視圖。
圖5是表示使用本發(fā)明實(shí)施方式1的光源裝置的圖像顯示裝置的主要部分剖面圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施方式2的光源裝置的主視圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施方式2的光源裝置的主要部分側(cè)剖面圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施方式2的光源裝置的立體圖。
圖9是表示現(xiàn)有的光源裝置的主要部分側(cè)剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)
本發(fā)明的各實(shí)施方式。
此外，在各圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠帧?br>
實(shí)施方式1圖1～圖4是將本發(fā)明實(shí)施方式1的光源裝置用于投影型顯示裝置時(shí)的圖，圖1是沿圖2中的I-I線的向箭頭方向觀察到的側(cè)剖面圖，圖2是從圖1中的箭頭A方向觀察到的主視圖，圖3是從斜向觀察圖2而得的立體圖，圖4是從圖1中的箭頭B方向觀察到的后視圖。
以下根據(jù)圖1～圖4說明由光源單元73和第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡10構(gòu)成的照明單元78。
如后邊說明的那樣，該光源單元73由多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件、聚光透鏡、支承體(底座、保持件、基板等)等構(gòu)成。
首先說明第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡和光源單元73中的半導(dǎo)體發(fā)光元件、聚光透鏡。
在圖1～圖4中，以紅色波長發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3配置成它們的照射光4、5、6的發(fā)光中心軸(單點(diǎn)劃線)7、8、9相對于第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡(以下稱為“第一橢圓鏡”)10的旋轉(zhuǎn)軸101呈放射狀并且以大致120度的間隔分開。
另外，如圖1所示，第一橢圓鏡10的鏡面根據(jù)其橢圓曲率而具有第一焦點(diǎn)11和第二焦點(diǎn)12。
從半導(dǎo)體發(fā)光元件1照射的、以大致60度的角度發(fā)散照射的照射光4因折射透過聚光透鏡13、14而會(huì)聚于第二焦點(diǎn)12，然后在第一橢圓鏡10的內(nèi)表面反射，然后再次會(huì)聚于第一焦點(diǎn)11。
以紅色波長發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光元件2、3也和半導(dǎo)體發(fā)光元件1一樣，照射光5、6分別因折射透過聚光透鏡15、16、17、18而會(huì)聚于第二焦點(diǎn)12，然后在第一橢圓鏡10的內(nèi)表面反射，然后再次會(huì)聚于第一焦點(diǎn)11。
另外，半導(dǎo)體發(fā)光元件19、20、21以綠色波長發(fā)光，和半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3一樣，半導(dǎo)體發(fā)光元件19、20、21分別配置成它們的照射光22、23、24各自的發(fā)光中心軸25、26、27相對于第一橢圓鏡10的旋轉(zhuǎn)軸101呈放射狀并且以大致120度的間隔分開，而且，半導(dǎo)體發(fā)光元件19、20、21分別配置在相對于半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3沿旋轉(zhuǎn)軸101的旋轉(zhuǎn)方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了大致40度的位置，照射光22、23、24分別通過聚光透鏡28、29、30、31、32、33而會(huì)聚的位置與第二焦點(diǎn)12一致。
因此，與半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3一樣，半導(dǎo)體發(fā)光元件19、20、21的照射光22、23、24也分別在會(huì)聚于第二焦點(diǎn)12后通過第一橢圓鏡10的內(nèi)表面反射，然后再次會(huì)聚于第一焦點(diǎn)11。
并且，半導(dǎo)體發(fā)光元件34、35、36以藍(lán)色波長發(fā)光，和半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3、19、20、21一樣，半導(dǎo)體發(fā)光元件34、35、36分別配置成它們的照射光37、38、39各自的發(fā)光中心軸40、41、42相對于第一橢圓鏡10的旋轉(zhuǎn)軸101呈放射狀并且以大致120度的間隔分開，而且，半導(dǎo)體發(fā)光元件34、35、36分別配置在相對于半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3沿旋轉(zhuǎn)軸101的旋轉(zhuǎn)方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了大致40度的位置，照射光37、38、39分別通過聚光透鏡43、44、45、46、47、48而會(huì)聚的位置與第二焦點(diǎn)12一致。
因此，與半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3、19、20、21一樣，半導(dǎo)體發(fā)光元件34、35、36的照射光37、38、39在分別會(huì)聚于第二焦點(diǎn)12后在第一橢圓鏡10的內(nèi)表面反射，然后再次會(huì)聚于第一焦點(diǎn)11。
因此，半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3、19、20、21、34、35、36的照射光全部會(huì)聚于第一焦點(diǎn)11。
另外，如圖1所示，由于通過焦點(diǎn)12的旋轉(zhuǎn)軸101與發(fā)光中心軸7、8、9、25、26、27、40、41、42所構(gòu)成的角度，即連接半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光點(diǎn)、第二焦點(diǎn)12和第一焦點(diǎn)11的角度D開在90度以上，所以來自各個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件的照射光不會(huì)與配置在大致對置位置上的半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)生干涉。
另外，當(dāng)增大從聚光透鏡14、16、18、29、31、33、44、46、48到第二焦點(diǎn)12的距離時(shí)，相鄰的各半導(dǎo)體發(fā)光元件之間的空隙也增大，從而還可以配置更多個(gè)的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
圖5是將本光源裝置用于投影型顯示裝置時(shí)的主要部分側(cè)剖面圖，在圖中，在第一焦點(diǎn)11配置有光積分器(生成多個(gè)二次光源的柱狀光學(xué)元件)49的入射開口50。
半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3、19、20、21、34、35、36的照射光4、5、6、22、23、24、37、38、39在通過第一焦點(diǎn)11之后再次擴(kuò)散，并在光積分器49的內(nèi)表面反射多次，然后從光積分器49的出射開口面51擴(kuò)散地射出，接著由于折射透過中繼透鏡52、53、54、55而形成大致平行的光束，然后又在第一反射鏡56和第二反射鏡57發(fā)生反射并入射到棱鏡58，并在棱鏡58的反射面59發(fā)生反射后照射光閥(液晶面板)60。
光閥60根據(jù)省略了圖示的圖像信號(hào)處理電路的圖像信號(hào)來控制照射光的反射方向以形成圖像，然后通過投影透鏡61放大圖像并將圖像投影到屏幕62上。
接下來說明在照明單元78中利用支承體(底座63、基板66、保持件70等)將光源單元73安裝到第一橢圓鏡10的開口部10a上的結(jié)構(gòu)。
在圖1～圖5中，半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3、19、20、21、34、35、36分別通過粘結(jié)定位并固定在形成于底座63的槽64中，聚光透鏡13、14、15、16、17、18、28、29、30、31、32、33、43、44、45、46、47、48也同樣通過粘結(jié)定位并固定在槽64中，并且維持姿態(tài)使各照射光會(huì)聚于第二焦點(diǎn)12。
另外，底座63由鋁等導(dǎo)熱率高的材料形成，在其背面的一部分一體地形成有散熱片65。
另外，在底座63的背面粘結(jié)固定有基板66，半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3、19、20、21、34、35、36的端子焊接在基板66上并從基板66提供發(fā)光所必需的電流。
另外，散熱片65從形成在基板66中央的孔部67貫穿插入在基板66中。
因此，底座63將因半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)光而引起的發(fā)熱傳遞給散熱片65，并如圖5所示通過冷卻風(fēng)扇68的送風(fēng)對散熱片65進(jìn)行冷卻，由此抑制了各個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)熱。
另外，如圖1所示，在底座63的外周設(shè)有形成有定位部69的保持件70，該保持件70與定位部71可裝卸地配合，該定位部71形成于設(shè)在第一橢圓鏡的后表面即非反射部的光源單元更換兼支承用的開口部10a。
另外，如圖5所示，第一橢圓鏡10緊固于收納有各光學(xué)部件的殼體72，定位部69與定位部71相配合。
因此，由于冷卻風(fēng)扇68的送風(fēng)而從裝置外部吸入的灰塵不會(huì)在照射光4、5、6、22、23、24、37、38、39從投影透鏡61射出之前的光路的中途附著在各透鏡和鏡子的表面，即使長時(shí)間使用光源裝置，亮度也不會(huì)因灰塵的附著而劣化。
另外，由于散熱片65與以直接接觸的方式定位并固定有半導(dǎo)體發(fā)光元件的底座63形成為一體，并將散熱片65從形成在基板66上的孔部67貫穿插入，而且該基板66上焊接有半導(dǎo)體發(fā)光元件，所以和冷卻半導(dǎo)體發(fā)光元件的送風(fēng)一起從裝置外部吸入的灰塵不會(huì)附著在半導(dǎo)體發(fā)光元件的照射光所透過的各光學(xué)部件上，具有能夠防止因灰塵的附著而導(dǎo)致亮度劣化的效果。
并且，在半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3、19、20、21、34、35、36中的某一個(gè)或者全部因故障或達(dá)到使用壽命而不發(fā)出照射光的情況下，或者在亮度極端降低的情況下，即使不卸下第一橢圓鏡10和光積分器49也能夠更換為新的半導(dǎo)體發(fā)光元件(光源單元73)。
另外，在更換半導(dǎo)體發(fā)光元件(光源單元73)時(shí)，灰塵或皮脂不會(huì)附著在光積分器49和第一橢圓鏡10的反射面上，能夠防止投影圖像的性能在光源裝置更換后劣化，另外，能夠不更換光積分器49或第一橢圓鏡10地繼續(xù)使用，從而具有能夠抑制更換部件費(fèi)用的效果。
此外，光源單元73由以下部件構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光元件1、2、3、19、20、21、34、35、36；聚光透鏡13、14、15、16、17、18、28、29、30、31、32、33、43、44、45、46、47、48；底座63；基板66；和保持件70，不包括第一橢圓鏡10和光積分器49。
光積分器49和第一橢圓鏡10被實(shí)施了特殊的涂覆以提高反射面的反射率，所以是價(jià)格比較高的光學(xué)部件，如果以處理時(shí)在反射面上附著了灰塵或附著了皮脂的狀態(tài)直接使用裝置，則所附著的灰塵和皮脂的影子就會(huì)映在投影圖像上，不能獲得足夠的亮度。
因此，通過沿箭頭C的方向拔出光源單元73、并使新的光源單元73與第一橢圓鏡10的定位部71配合，來進(jìn)行光源裝置的維修作業(yè)。這時(shí)，維修作業(yè)人員握住保持件70或者散熱片65來更換光源單元73，而不從殼體72上卸下光積分器49和第一橢圓鏡10，所以作業(yè)人員的手不會(huì)接觸到光積分器49和第一橢圓鏡10的反射面。
實(shí)施方式2圖6～圖8表示本發(fā)明實(shí)施方式2的光源裝置，圖6是其主視圖，圖7是側(cè)視圖，圖8是立體圖。
在圖6～圖8中，第二旋轉(zhuǎn)橢圓鏡74(以下稱為“第二橢圓鏡”)在其旋轉(zhuǎn)軸75的軸上具有第三焦點(diǎn)76和第四焦點(diǎn)77，在第三焦點(diǎn)76的附近配置有光積分器49的入射開口50，另外，通過組合在實(shí)施方式1中使用的第一橢圓鏡10和光源單元73而形成的照明單元78相對于旋轉(zhuǎn)軸75呈放射狀地配設(shè)有多個(gè)。
而且，各個(gè)光源單元73的第一焦點(diǎn)11配設(shè)在與第二橢圓鏡74的第四焦點(diǎn)77一致的位置上。
另外，通過光源單元73的第二焦點(diǎn)12、第二橢圓鏡74的第四焦點(diǎn)77和第二橢圓鏡74的第三焦點(diǎn)76的兩條直線(通過光源單元73的第二焦點(diǎn)12和第一焦點(diǎn)11的直線、與通過第四焦點(diǎn)77和第三焦點(diǎn)76的直線)在第四焦點(diǎn)所構(gòu)成的角度，即第二旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸75和各第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸101在第四焦點(diǎn)所構(gòu)成的角度配設(shè)為開在90度以上。
因此，即使相對于旋轉(zhuǎn)軸75呈放射狀地配設(shè)多個(gè)照明單元78，照明單元78的照射光79也不會(huì)與大致對置的位置上的第一橢圓鏡10發(fā)生干涉，所以與只使用單個(gè)的照明單元78時(shí)相比，能夠獲得高亮度的照明光。
另外，由于第二旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸75和各第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸101所構(gòu)成的角度配置為90度以上，所以具有能夠獲得亮度高的光源裝置的效果，該光源裝置能夠使多個(gè)照明單元78的照射光會(huì)聚于光積分器49的入射開口。
此外，該光源裝置能夠應(yīng)用于對在光源發(fā)生故障或者光源達(dá)到使用壽命的情況下通過盡快更換來恢復(fù)的需要性高的監(jiān)視用投影型圖像顯示裝置的光源裝置。
此外，作為用于光源單元的光源的各個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件，本發(fā)明表示了使用發(fā)光二極管的示例，但是也可以是激光光源、引導(dǎo)從激光光源發(fā)出的光的光纖，并且可以是發(fā)光二極管和激光光源的組合，都可以起到同樣的效果。
雖然表示和說明了本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該了解這些公開旨在進(jìn)行例示，可以在不脫離所附上的權(quán)力要求書記載的本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種光源裝置，其特征在于，上述光源裝置包括照明單元，該照明單元包括第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡，其具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)；和光源單元，其具有多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件，上述半導(dǎo)體發(fā)光元件通過支承體配置成相對于上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸呈放射狀，在該光源單元中，使上述半導(dǎo)體發(fā)光元件各自的光束在經(jīng)過上述第二焦點(diǎn)并在上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的內(nèi)表面發(fā)生反射后會(huì)聚于上述第一焦點(diǎn)，并且將上述旋轉(zhuǎn)軸與上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的各發(fā)光中心軸所構(gòu)成的角度設(shè)定在90度以上，在上述照明單元中，上述光源單元可以裝卸地配置在設(shè)于上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的非反射部的開口部中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于，上述光源裝置包括柱狀光學(xué)元件，該柱狀光學(xué)元件具有入射開口和出射開口，并生成二次光源，上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的第一焦點(diǎn)配置于上述柱狀光學(xué)元件的入射開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于，上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的支承體可自由裝卸地配合于上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的開口部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于，在上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的支承體中，由高導(dǎo)熱性材料構(gòu)成與上述半導(dǎo)體發(fā)光元件接觸的部分，并且在該部分形成有散熱片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于，上述光源裝置包括具有第三焦點(diǎn)和第四焦點(diǎn)的第二旋轉(zhuǎn)橢圓鏡，相對于該第二旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸呈放射狀地配設(shè)有多個(gè)上述照明單元，上述第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的各第一焦點(diǎn)配置在與上述第四焦點(diǎn)一致的位置上，并且在上述第四焦點(diǎn)，將上述第二旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸與上述各第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的旋轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的角度設(shè)定在90度以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源裝置，其特征在于，上述光源裝置包括柱狀光學(xué)元件，該柱狀光學(xué)元件具有入射開口和出射開口，并生成二次光源，上述第二旋轉(zhuǎn)橢圓鏡的第三焦點(diǎn)配置于上述柱狀光學(xué)元件的入射開口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光源裝置，其包括照明單元(78)，照明單元包括第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡(10)，其具有第一焦點(diǎn)(11)和第二焦點(diǎn)(12)；和光源單元(73)，其具有多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件(1、35)，半導(dǎo)體發(fā)光元件通過支承體配置成相對于第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡(10)的旋轉(zhuǎn)軸(101)呈放射狀，在光源單元(73)中，使半導(dǎo)體發(fā)光元件各自的光束在經(jīng)過第二焦點(diǎn)(12)并在第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡(10)的內(nèi)表面發(fā)生反射后會(huì)聚于第一焦點(diǎn)(11)，并且將旋轉(zhuǎn)軸(101)與半導(dǎo)體發(fā)光元件的各發(fā)光中心軸所構(gòu)成的角度設(shè)定在90度以上，在該照明單元中(78)中，光源單元(73)可裝卸地配置在設(shè)于第一旋轉(zhuǎn)橢圓鏡(10)的非反射部的開口部中。
文檔編號(hào)G03B21/14GK101078865SQ20071009139
公開日2007年11月28日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者角田吉典 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社