專利名稱：光源單元以及投影儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有通過激勵光源進行發光的熒光板的光源單元以及具有該光源單元的投影儀。
背景技術：
目前，廣泛使用作為將個人計算機的畫面或視頻圖像、進一步將基于存儲卡等中存儲的圖像數據的圖像等投影到屏幕上的圖像投影裝置的數據投影儀。在這種投影儀中， 以往的主流是將高亮度的放電燈作為光源的影儀，但近年來，進行了很多作為光源裝置的發光元件而使用發光二極管(LED)或激光發光器、有機EL、或熒光體等的開發和提案。例如，在日本特開2004-341105號公報中，提出了如下光源裝置在由具有透光性的圓板構成的熒光板的表面上排列紅色、綠色和藍色熒光體層，在熒光板的背面配置透過紫外線、反射可見光的二向性濾光器(DichroicFilter)，從熒光板的背面側向熒光體層照射紫外光，由此生成紅色、綠色、藍色波段的光源光。如上所述，存在將來自激勵光源的射出光照射到熒光體層，并將從熒光體層的熒光體射出的熒光作為光源光來使用的投影儀。這種投影儀中，可以通過增加激勵光源的輸出，來增加從熒光體層的熒光體射出的熒光的光量。但是，在作為激勵光源使用了激光發光器的情況下，若增大從激光發光器射出的激光光線的功率，則有可能產生因熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞。另一方面，在為了增大激光光線的功率、并且減弱單位面積的功率而使激光光線擴散并照射到熒光體層的情況下，激光光線的照射面積比熒光體層的照射部分的面積大， 激光光線照射到離開熒光體層的位置上，因而有來自激光發光器的射出光的利用效率降低的問題。
發明內容
本發明鑒于上述這種現有技術的問題而作出，其目的是提供一種能夠防止由熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞、并且提高激勵光的利用效率、使熒光體均勻發光的光源單元、以及通過具備該光源單元而能夠進行沒有亮度不均勻且長時間穩定的投影的投影儀。本發明的光源單元以及具備該光源單元的投影儀的特征在于，包括激勵光源； 熒光板，具備將來自該激勵光源的射出光作為激勵光來進行發光的熒光體層；微透鏡陣列， 配置在所述激勵光源與熒光板之間，將來自所述激勵光源的射出光變換為多個光線束并照射至所述熒光板；以及聚光透鏡，配置在所述熒光板附近，將所述多個光線束照射至所述熒光體層，以使中心位置在該熒光體層上重疊。根據本發明，能夠提供可防止由熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞、并且提高激勵光的利用效率、使熒光體均勻發光的光源單元、以及通過具備該光源單元而能夠進行沒有亮度不均勻且長時間穩定的投影的投影儀。
本發明可以通過下面的詳細說明和附圖來充分理解，但是這些全部都為了進行說明，并不限定本發明的范圍。這里，圖1是表示本發明的實施例的投影儀的外觀立體圖。圖2是表示本發明的實施例的投影儀的功能模塊的圖。圖3是表示本發明的實施例的卸下投影儀的上殼的內部結構的平面示意圖。圖4(a)是本發明的實施例的微透鏡陣列的主視圖。圖4(b)是本發明的實施例的微透鏡陣列的截面圖。圖5是涉及本發明的實施例的激勵光照射裝置和熒光板的光束流向的說明圖。圖6是表示本發明的實施例的熒光板的激勵光照度分布的說明圖。
具體實施例下面，使用附圖來說明用于實施本發明的優選方式。其中，在下面描述的實施方式中施加了為實施本發明而在技術上優選的各種限定，但發明的范圍不限于下面的實施方式和圖示例。本發明的投影儀1包括光源單元60、顯示元件51、投影側光學系統、將來自光源單元60的射出光導引到顯示元件51且使由顯示元件51生成的投影光與投影側光學系統的光軸一致的導光光學系統統170、以及控制光源單元60和顯示元件51的投影儀控制單元。該光源單元60包括激勵光照射裝置70，具備激勵光源71和微透鏡陣列75 ；熒光板101，具備接收來自激勵光源71的射出光并射出綠色波段光的綠色熒光體層；射出紅色波段光的紅色光源121 ；射出藍色波段光的藍色光源301 ；以及光源側光學系統140，將紅色、綠色和藍色波段光變換到同一光軸上并導引到規定的一面。并且，微透鏡陣列75配置在激勵光源71和熒光板101之間，將來自激勵光源71 的射出光變換為多個光線束并照射到熒光板101。此外，熒光板101將表面作為反射面，并在該反射面上鋪設方形的熒光體層而成，微透鏡陣列75以矩陣狀排列形狀與熒光體層的形狀相似的多個微凸透鏡7 而成。進一步，在光源單元60中，在熒光板101的附近配置聚光透鏡110，透過微凸透鏡 7 后的各光線束通過聚光透鏡110照射到該熒光體層，以在熒光體層上中心位置重疊。下面，根據
本發明的實施例。圖1是投影儀1的外觀立體圖。另外，在本實施例中，所謂投影儀1的左右表示相對于投影方向的左右方向，所謂前后表示相對于投影儀1的投影方向和光束的行進方向的前后方向。投影儀1如圖1所示，是大致長方體形狀的手持大小的小型投影儀1，構成為由上殼5和下殼6覆蓋內部。并且，在位于投影儀框體的前方的、上殼5和下殼6嵌合而成的正面板12上，在大致中央配置透鏡鏡筒225，并在右側板15附近形成吸氣孔18。此外，在投影儀框體的由上殼5形成的上面板11上設有鍵/指示器部37，該鍵/ 指示器部37上配置有電源開關鍵和/或通知電源的接通或斷開的電源指示器、切換投影的開啟、關閉的投影開關鍵、在光源單元、顯示元件或控制電路等過熱時進行通知的過熱指示器等的鍵和指示器。進一步，在位于投影儀框體的后方和側面的、上殼5和下殼6嵌合而成的背面板13和右側板15上設有USB端子和電源適配器插頭、存儲卡的插口等的各種端子。接著，使用圖2的功能模塊圖來描述投影儀1的投影儀控制單元。投影儀控制單元包括控制部38、輸入輸出接口 22、圖像變換部23、顯示編碼器M以及顯示驅動部沈等。 該控制部38管理投影儀1內的各電路的動作控制，包括作為運算裝置的CPU和固定存儲各種設置等的動作程序的ROM、以及作為工作存儲器使用的RAM等。并且，通過該投影儀控制單元，將從輸入輸出連接器部21輸入的各種標準的圖像信號經輸入輸出接口 22、系統總線(SB)，由圖像變換部23進行變換，以使其與適于顯示的規定格式的圖像信號，然后輸出到顯示編碼器M。此外，顯示編碼器M在將輸入的圖像信號展開存儲到視頻RAM25后，根據該視頻 RAM25的存儲內容生成視頻信號，并輸出到顯示驅動部26。顯示驅動部沈作為顯示元件控制單元發揮功能，對應于從顯示編碼器M輸出的圖像信號以適當的幀率驅動作為空間光調制元件(SOM)的顯示元件51，將從光源單元60射出的光線束、即將由光源單元60的光源側光學系統140聚光到規定的一面的光線束經由導光光學系統170照射到顯示元件51，從而通過顯示元件51的反射光來形成光像，并經由后述的投影側光學系統將圖像投影顯示在未圖示的屏幕上。另外，該投影側光學系統的可動透鏡組235由透鏡馬達45進行用于縮放調整和聚焦調整的驅動。此外，圖像壓縮解壓部31在再現時讀出存儲卡32中記錄的圖像數據，以一幀為單位對構成一系列運動圖像的各個圖像數據進行解壓，將該圖像數據經由圖像變換部23輸出給顯示編碼器24，并根據存儲卡32中存儲的圖像數據，進行使得能夠進行運動圖像等的顯示的處理。并且，來自在框體的上殼5上設置的鍵/指示器部37的操作信號直接發送到控制部38。另外，控制部38經由系統總線(SB)與聲音處理部47連接。該聲音處理部47包括 PCM聲源等的聲源電路，在投影模式和再現模式時，將聲音數據模擬化，并驅動揚聲器48來
擴聲放音。此外，控制部38控制作為光源控制單元的光源控制電路41。該光源控制電路41 分別控制光源單元60的激勵光照射裝置、紅色光源裝置和藍色光源裝置的發光，以從光源單元60射出圖像生成時所要求的規定波段的光源光。進一步，控制部38使冷卻扇驅動控制電路43進行在光源單元60等上設置的多個溫度傳感器進行的溫度檢測，并根據該溫度檢測的結果來控制冷卻扇的旋轉速度。進一步，投影儀控制單元具有測量來自光源單元60的射出光的照度的作為照度測量單元的照度傳感器42。控制部38基于與從照度傳感器42發送的各波段光的輸出有關的信息，調整向光源單元60的各光源施加的電壓，并維持產品出廠最初的亮度平衡。接著，描述該投影儀1的內部結構。圖3是表示投影儀1的內部結構的平面示意圖。投影儀1如圖3所示，在中央部分具有光源單元60，在光源單元60的左側方具有內裝有投影側光學系統的透鏡鏡筒225，且在透鏡鏡筒225和左側板14之間具有電池55。此外， 投影儀1在透鏡鏡筒225和背面板13之間的電池55的附近具有與左側板14平行配置的 DMD等的顯示元件51。進一步，投影儀1在光源單元60的下方具有主控制電路基板241，且在透鏡鏡筒225和電池55之間具有電源控制電路基板242。此外，投影儀1在光源單元60及透鏡鏡筒225與背面板13之間具有導光光學系統170，該導光光學系統170將來自光源單元60的射出光照射到顯示元件51，且使由顯示元件51反射的光的光軸與投影側光學系統的光軸一致，并向投影側光學系統射出。此外， 在光源單元60和右側板15之間，從背面板13側起依次具有電源連接器80、后述的紅色光源121用的散熱器190、后述的將由激勵光源71及藍色光源301產生的熱導引到散熱器190 的熱管130、以及冷卻扇261。光源單元60包括激勵光照射裝置70，配置在在冷卻扇261的附近，并且是正面板12的附近；藍色光源裝置300，配置在激勵光照射裝置70和透鏡鏡筒225之間；熒光板 101，配置在電源連接器80的附近，并且是背面板13的附近；紅色光源裝置120，配置在激勵光照射裝置70和熒光板101之間；以及光源側光學系統140，將從光源單元60射出的紅色、綠色和藍色波段光導引到導光光學系統170。激勵光照射裝置70包括光軸與左側板14平行的2個激勵光源71、配置在各激勵光源71的光軸上的2個準直透鏡73、以及配置在準直透鏡73的前方的微透鏡陣列75。該激勵光源71是藍色激光發光器，向熒光板101射出藍色波段的激光光線。此外，激勵光源 71經由激勵光源71用的基板與熱管130接觸，并經由該熱管130而由散熱器190冷卻。準直透鏡73將來自激勵光源71的射出光變換為平行的光線束，并照射到微透鏡陣列75。另外，后面描述對于微透鏡陣列75的詳細說明。此外，熒光板101是表面被鏡面加工的方形板，在該鏡面上鋪設方形的綠色熒光體層而成。該綠色熒光體層由耐熱性和透光性高的硅樹脂等的粘合劑與均勻分散嵌入到該粘合劑的綠色熒光體形成。并且，熒光板101將從激勵光源71射出的激光光線作為激勵光， 從與激勵光的入射面相同的面射出綠色的熒光。此外，該熒光板101的綠色熒光體層設為與顯示元件51為相似形狀，從綠色熒光體層射出的光線束的截面形狀近似于顯示元件51 的形狀。紅色光源裝置120包括光軸與正面板12平行的紅色光源121。該紅色光源121是紅色發光二極管，由散熱器190冷卻。此外，藍色光源裝置300具有光軸與激勵光源71平行的藍色光源301。該藍色光源301是藍色發光二極管，經由熱管130由散熱器190冷卻。光源側光學系統140包括聚光透鏡110，將來自激勵光照射裝置70的射出光和來自熒光板101的熒光聚光；聚光透鏡125，將來自紅色光源121的射出光聚光；聚光透鏡 305，將來自藍色光源301的射出光聚光；第一分色鏡141，透過來自激勵光照射裝置70和紅色光源裝置120的射出光，并反射基于熒光板101的發出光；以及第二分色鏡142，反射來自紅色光源裝置120的射出光和基于熒光板101的發出光，并透過來自藍色光源裝置300 的射出光。聚光透鏡110、125、305通過組合多個透鏡而構成為一個聚光透鏡。此外，第一分色鏡141配置在激勵光照射裝置70的光軸和紅色光源裝置120的光軸相交的位置上。進一步，第二分色鏡142配置在紅色光源裝置120的光軸和藍色光源裝置300的光軸相交的位置上。在構成為將來自激光發光器的射出光作為激勵光而使熒光體發光的光源單元中， 從作為激光發光器的激勵光源射出的光線束指向性高，且峰值功率非常強，所以有可能強烈照射熒光體層的一部分而產生由熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞。因此，本實施例的光源單元60中，其特征在于，像上述那樣在激勵光源71的前方配置微透鏡陣列75，由此將峰值功率強的激光光線變換為截面形狀為與熒光體層相似形狀的光線束，并大致均勻地照射到熒光板101的整體。圖4是微透鏡陣列75的正面示意圖和截面示意圖。激勵光照射裝置70的微透鏡陣列75如圖4(a)和(b)所示，以矩陣狀排列多個微凸透鏡75a。此外，各微凸透鏡75a與熒光板101的綠色熒光體層的形狀為大致相似的形狀。并且，入射到微透鏡陣列75的光線束由各微凸透鏡75a變換為多個光線束，且入射到各個微凸透鏡75a的光線束由各微凸透鏡75a變換為方形截面的光線束。此外，由微透鏡陣列75變換為多個方形截面的光線束的激勵光如圖5所示，由聚光透鏡110聚光并照射到熒光板101的綠色熒光體層。即，透過了微凸透鏡75a的各光線束由聚光透鏡110聚光以在綠色熒光體層上中心位置重疊，并在整個綠色熒光體層上，多個方形截面的各光線束重疊照射。此外，各光線束在圖6中表示了經由微透鏡陣列75照射的激勵光的照射分布103，但通過微凸透鏡75a成為與綠色熒光體層102的形狀大致相似形狀的截面形狀，所以激勵光以均勻強度照射到綠色熒光體層102上的較大的范圍中。因此，可以將如激光光線那樣峰值功率強的光線束以均勻強度照射到綠色熒光體層102上的較大的范圍中，所以可以防止由熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞，能夠使熒光體均勻發光。另外，本實施例的光源單元60中，在2個激勵光源71的前方配置1個微透鏡陣列 75，但并不限于該結構，例如也可以為在各激勵光源71的前方分別配置微透鏡陣列75的結構，或也可由1個高亮度的激勵光源71和1個微透鏡陣列75構成。導光光學系統170包括微透鏡陣列171、向顯示元件51變更來自光源單元60的射出光的光軸的光軸變更鏡173、配置在光軸變更鏡173和微透鏡陣列171之間的聚光透鏡 172、位于由光軸變更鏡173變更后的光軸上的聚光透鏡174、以及棱鏡175。該導光光學系統170的微透鏡陣列171將從光源單元60的紅色光源121、藍色光源301和熒光板101射出的光線束變換為與顯示元件51的形狀相符的多個長方形截面的光線束，且通過該微透鏡陣列171或通過聚光透鏡等進行聚光以在顯示元件51上各光線束的中心位置重疊，從而進行混合，變換為均勻強度分布的光線束。即，微透鏡陣列171如通道(light tunnel)和玻璃棒等那樣，作為將入射的光線束變換為方形截面、且均勻強度的光線束的導光裝置發揮功能。棱鏡175作為向顯示元件51照射光源光的聚光透鏡、以及作為將由顯示元件51生成的投影光的光軸變更為與透鏡鏡筒225中內置的投影側光學系統的光軸一致的光軸變換裝置發揮功能。在透鏡鏡筒225中內置的投影側光學系統由固定透鏡組和可動透鏡組構成，通過控制如上所述的透鏡馬達45，使可動透鏡組的透鏡向光軸方向動作，從而實現縮放功能和聚焦功能。此外，電池55是投影儀1的驅動電源，是可通過商用電源的連接來充電的2次電池。另外，電池55可使用鋰離子電池、鎳氫電池等的2次電池。并且，本實施例的投影儀1 即使沒有與電纜等連接，也可通過該電池55的電力來進行投影。這樣，本實施例的投影儀1中，通過在激勵光源71的前方配置微透鏡陣列75，能夠將均勻強度的激勵光照射到熒光板101的熒光體層的較大的范圍中。由此，能夠防止由熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞，進一步能夠使熒光體均勻發光，能夠提供沒有亮度差異，并可長時間穩定投影的投影儀1。此外，通過以矩陣狀排列形狀與熒光體層的形狀相似的多個微凸透鏡75a來形成微透鏡陣列75，能夠將從激勵光源71射出的圓形截面的光線束變換為多個方形截面的光線束。因此，與將圓形截面的光線束照射到方形的熒光體層的情況相比，能夠將激勵光照射到熒光體層的較大的范圍中，所以能夠提高熒光體的利用效率。此外，在本實施例中，熒光體層102和微凸透鏡75a的形狀為方形狀，但是如上所述，若熒光體層和微凸透鏡為相似形狀，則并不限于方形狀，例如也可以是圓形狀，也可以是多邊形。即，只要能夠將來自激勵光源71的射出光變換為形狀與熒光體層的形狀相同的多個光線束即可。并且，通過將由微透鏡陣列75生成的多個光線束通過聚光透鏡110來聚光以在熒光體層上中心位置重疊，能夠使各個功率弱的多個光線束重疊地照射到熒光體層，所以能夠防止強功率的光僅照射到一部分區域，由此，能夠防止由熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞，進一步能夠使熒光體均勻發光。另外，本實施例的光源單元60除了該激勵光源71和熒光板101之外，還具有紅色光源121和藍色光源301，所以能夠生成作為光的三原色的紅色、綠色、藍色波段光，能夠用作可進行彩色圖像的投影的投影儀1的光源。另外，在本實施例的投影儀1中，構成為僅有綠色波段光是由熒光板101生成的， 但是并不限于此，對于紅色、藍色波段光，也可以使用熒光板生成，該情況下也與本實施例相同，通過在激勵光源71的前方配置微透鏡陣列75，能夠防止由熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞，提高熒光體的利用效率，且能夠使熒光體均勻發光。另外，不需要為了防止因熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞而使熒光體旋轉， 所以不需要用于進行旋轉驅動的馬達等的驅動裝置，所以還可實現光源單元60、投影儀1 的小型化。除此之外，本發明并不限于上述的實施方式，在實施階段，在不脫離其精神的范圍內可進行各種變形。此外，可以盡可能適當組合上述實施方式中執行的功能來實施。上述的實施方式中包含各種階段，可以通過所公開的多個結構要件的適當組合來提取各種發明。 例如，即使從實施方式所示的所有構成要件中刪除幾個構成要件，但只要得到效果，則刪除了該構成要件后的結構也可作為發明來提取。
權利要求
1.一種光源單元，包括 激勵光源；熒光板，具備將來自該激勵光源的射出光作為激勵光來進行發光的熒光體層； 微透鏡陣列，配置在所述激勵光源與熒光板之間，將來自所述激勵光源的射出光變換為多個光線束并照射至所述熒光板；以及聚光透鏡，配置在所述熒光板附近，將所述多個光線束照射至所述熒光體層，以使中心位置在該熒光體層上重疊。
2.根據權利要求1所述的光源單元，其中，所述熒光板將表面作為反射面，在該反射面上鋪設規定形狀的所述熒光體層而成； 所述微透鏡陣列將形狀與所述熒光體層的形狀相似的多個微凸透鏡以矩陣狀排列而成。
3.根據權利要求1所述的光源單元，其中， 所述熒光體層是方形。
4.根據權利要求2所述的光源單元，其中， 所述熒光體層是方形。
5.根據權利要求1所述的光源單元，其中，包括激勵光照射裝置，具備所述激勵光源以及所述微透鏡陣列；所述熒光板，具備接收來自所述激勵光源的射出光并射出綠色波段光的綠色熒光體層；紅色光源，射出紅色波段光； 藍色光源，射出藍色波段光；以及光源側光學系統，將所述紅色波段光、綠色波段光以及藍色波段光變換到同一光軸并導引到規定的一面。
6.根據權利要求2所述的光源單元，其中，包括激勵光照射裝置，具備所述激勵光源以及所述微透鏡陣列；所述熒光板，具備接收來自所述激勵光源的射出光并射出綠色波段光的綠色熒光體層；紅色光源，射出紅色波段光； 藍色光源，射出藍色波段光；以及光源側光學系統，將所述紅色波段光、綠色波段光以及藍色波段光變換到同一光軸并導引到規定的一面。
7.一種投影儀，包括權利要求1 6中記載的光源單元； 顯示元件； 投影側光學系統；導光光學系統，將來自所述光源單元的射出光導引到所述顯示元件，并且使由所述顯示元件生成的投影光與所述投影側光學系統的光軸一致；以及投影儀控制單元，控制所述光源單元以及所述顯示元件。
全文摘要
提供一種光源單元以及投影儀，該光源單元能夠防止由熒光體的亮度飽和或燒焦造成的破壞，并且提高激勵光的利用效率，能夠使熒光體均勻發光，所述投影儀通過具備該光源單元，能夠進行長時間穩定的投影，投影儀包括光源單元、顯示元件、投影側光學系統、導光光學系統以及投影儀控制單元，光源單元包括激勵光照射裝置，具有激勵光源和微透鏡陣列；熒光板，具有接收來自激勵光源的射出光并射出綠色波段光的方形的綠色熒光體層；微透鏡陣列配置在激勵光源和熒光板之間，以矩陣狀排列形狀與熒光體層的形狀相似的多個微凸透鏡而成，且將來自激勵光源的射出光變換為多個光線束并向熒光板照射。
文檔編號F21V13/00GK102200683SQ20111007239
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月24日 優先權日2010年3月24日
發明者黑崎秀將 申請人:卡西歐計算機株式會社