CN113885207A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

提供一种光源装置，能够低成本地制造、小型且轻量、发光光的利用效率高、被模块化而能够易于用作面状的光源。光源装置至少具备产生光的多个半导体光源元件、各个所述半导体光源元件的发光轴上的准直仪部以及包括多个偏振分离棱镜、相位板的偏振变换元件，偏振分离棱镜以及相位板被配置于相对准直仪的中心轴对称的位置。

Description

光源装置

本申请是分案申请，其母案申请的申请日为2017年03月28日，国际申请号为PCT/JP2017/012664，进入中国国家阶段的申请号为201780051445.4，发明名称为“光源装置”。

技术领域

本发明涉及能够利用固体发光元件用作面状的光源的光源装置。

背景技术

伴随近年来的LED等固体发光元件的显著的发展，将该固体发光元件用作光源的照明装置作为小型、轻量且低功耗地对环境保护也优良的寿命长的光源在各种照明器具中被广泛地利用。

以往，例如根据以下专利文献，作为投影仪用的光源装置，已知一种结构简单的半导体元件光源装置，该半导体元件光源装置高效地使半导体发光元件冷却而明亮地发光。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-33668号公报

发明内容

然而，上述现有技术(专利文献1)中公开的半导体光源装置构成为主要通过使半导体发光元件高效地冷却来防止该元件短路而不发挥功能，以此提供高效地且明亮地发光的半导体元件光源装置，关于来自半导体元件的发光，利用与该元件相向地设置的单个或者多个透镜而聚光。因此，现有技术虽然能够利用作为半导体光源的LED提高发光效率，然而难以使发光光充分地聚光而利用，特别是在要求高的光量的发光性能的投影仪以及抬头显示器(Head Up Display：以下称为“HUD”)装置、车辆用的头灯装置等中，在其光利用效率特性、均匀照明特性中尚不充分，存在各种改善的余地。

因此，本发明的目的在于提供一种小型、轻量、发光光的利用效率高、被模块化而能够易于用作面状的光源的光源装置，更具体而言，提供一种能够进一步提高来自LED光源的激光的光利用效率、均匀的照明特性并且实现光源装置的小型化、模块化、而且能够低成本地制造的作为照明用光源合适的光源装置。

作为用于实现上述目的的一个实施方式，根据本发明，提供一种光源装置，至少具备：半导体光源元件，产生光；以及准直仪(collimator)部，在所述半导体光源元件的发光轴上，配置为大致覆盖该半导体发光元件的发光面，所述准直仪部包括：透镜部，通过透光性的树脂一体地形成，对沿着所述半导体光源元件的发光轴的附近射出的光进行聚光；以及反射器部，与所述半导体光源元件的发光轴相离地在周边对射出光进行聚光，进而在所述准直仪部的光射出侧，具备相对准直仪部的中心轴左右对称地配置的光学部件所构成的偏振变换元件。

作为另一个实施方式，根据本发明，提供一种光源装置，其特征在于，具备：光源元件，其产生光，搭载于基板；准直仪部，在所述光源元件的发光轴上；以及散热部，在所述基板的外侧面，用于冷却所述光源元件，在沿着所述基板的上表面设基板的长边方向为第1方向、同样地沿着所述基板的上表面设与第1方向正交的方向为第2方向、并设平行于所述发光轴且与所述第1方向以及所述第2方向正交的方向为第3方向的情况下，通过嵌合到设置于所述散热部的定位部以及设置于所述基板和所述准直仪部的所述定位部的嵌合部，进行所述基板以及所述准直仪部相对所述散热部的在第1方向以及第2方向的定位。

根据本发明，能够得到提供能够低成本地制造且小型且易于模块化并且具备高的光利用效率、低功耗且对环境保护也优良的光源装置这样的优良的效果。

附图说明

图1是作为应用本发明的光源装置的一个例子而示出包括影像显示装置的HUD装置的整体概览的展开立体图。

图2是示出上述影像显示装置的内部结构的概览的立体图。

图3是示出上述本发明的光源装置的内部(光学系统)结构的一个例子的立体图。

图4是示出构成上述光源装置的LED准直仪的具体的结构的剖面图。

图5是示出构成上述光源装置的LED准直仪的比较例的剖面图。

图6是示出构成上述光源装置的LED准直仪的其他例的剖面图。

图7是示出针对构成上述光源装置的LED准直仪的其他例的比较例的剖面图。

图8是说明具备偏振功能的光源装置中的偏振光的产生动作的俯视图和侧视图。

图9是用于说明构成上述光源装置的导光体的详细内容的整体立体图及包括其部分放大剖面的剖面图。

图10是说明上述导光体的光的导光作用的侧视图。

图11是示出应用本发明的光源装置的影像显示装置的另一其他例的整体概览的立体图。

图12是说明代替合成扩散块而配置有取向控制板的结构中的光的导光作用的俯视图和侧视图。

图13是说明上述图12所示的影像显示装置的光源装置的其他例的俯视图和侧视图。

图14是示出应用本发明的光源装置的其他例的内部结构的立体图和其展开立体图。

图15是示出应用上述图14的光源装置的其他例的整体概览的立体图和其展开立体图。

(符号说明)

11：光源装置壳体；50：液晶显示元件；12：LED基板；13：散热器(散热片)；14、14a～14f：LED元件；15：LED准直仪；151：外周面(反射器部)；153：入射部(凹部)；154：射出面；155：射出侧的透镜面；156：凸状部；16：合成扩散块；16b：取向控制板；17：导光体；171：导光体光入射部(面)；172：导光体光反射部(面)；172a：反射面；172b：连接面；173：导光体光射出部(面)；18a、18b：扩散板；21：偏振变换元件；211：PBS膜；212：反射膜；213：1/2λ相位板。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。此外，在用于说明实施方式的全部图中，对同一部分原则上附加同一符号，省略其重复说明。另一方面，关于在某个图中附加符号而说明的部位，有时在说明其他图时不再次进行图示，附加同一符号而言及。

在图1中，示出了将作为以下详述的本发明的光源装置作为一个例子应用于抬头显示器(HUD)装置1的例子，包括作为本发明的光源装置的影像显示装置30安装于作为其框体的外装壳体55的一部分，在该壳体的内部收纳有凹面反射镜41以及失真校正透镜43等。另外，在上部外装壳体57的上表面，形成有朝向挡风玻璃(未图示)投射影像光的开口部，该开口部被防眩板56(眩光陷波器)覆盖。另外，图中的符号42表示由用于调整上述凹面反射镜41的位置的电动马达等构成的凹面反射镜驱动部。

只要是本领域技术人员，就能知道在上述结构的HUD装置1中从上述影像显示装置30射出的影像光经由在此未图示的显示距离调整机构、反射镜驱动部等被投射到车辆(未图示)的挡风玻璃。另外，也可以通过调整凹面反射镜41的角度调整将影像投射到挡风玻璃的位置，从而能够在上下方向上调整驾驶员观察的虚像的显示位置。此外，显示为虚像的内容没有特别限定，例如能够适当地显示车辆信息、导航信息、用未图示的照相机影像(监视照相机、周围观察器等)拍摄到的前方的风景的影像等。

接下来，使用图2以下详细说明上述影像显示装置30。影像显示装置30例如构成为在由塑料等形成的光源装置壳体11的内部收纳有如后详述的LED、准直仪、偏振变换元件、导光体等。另外，在影像显示装置30的上表面，安装有液晶显示元件50，在其1个侧面，安装有装配有作为半导体光源的LED(Light Emitting Diode)元件、其控制电路的LED基板12。进而，在该LED基板12的外侧面，安装有用于冷却由上述LED元件以及控制电路产生的热的散热器(散热片)13。

另外，在上述影像显示装置30中，安装于光源装置壳体11的上表面的液晶显示元件50包括液晶显示面板框架51、安装于该框架的液晶显示面板52以及与该面板电连接的FPC(柔性布线基板)53。

此外，亦如从以上的说明可知，例如在HUD装置的情况下，基于被组装于车辆的仪表板这样的狭小的空间内的情形，针对构成HUD装置1的包括本发明的光源装置的影像显示装置30而言，特别地要求在模块化中更小型且更高效而能够合适地利用。

图3示出收纳于上述影像显示装置30的内部即光源装置壳体11内的光学系统的结构。即，构成本发明的光源的多个(在本例子中为2个)LED元件14a、14b(在此未图示)相对LED准直仪15安装于预定的位置。

此外，在该LED准直仪15的光的射出侧，设置有相对LED准直仪的中心轴左右对称地配置的偏振波束分束器、相位板等光学部件所构成的偏振变换元件21，后述详细内容。进而，在偏振变换元件的射出侧，设置有矩形形状的合成扩散块16。即，从LED元件14a或者14b射出的激光通过LED准直仪15的作用而成为平行光，入射到合成扩散块16。

进而，在上述合成扩散块16的射出面侧，如果示出一个例子，则如图8所示，隔着第1扩散板18a设置有剖面大致三角形的棱锥状的导光体17，在其上表面安装有第2扩散板18b。由此，上述LED准直仪15的水平光通过该导光体17的作用而向图的上方反射，导入到上述液晶显示元件50的入射面。此外，此时通过上述第1扩散板18a以及第2扩散板18b，其强度被均匀化。

接下来，关于构成作为上述本发明的光源装置的主要的部件，包括其各部分的详细内容在内地以下进行说明。

<光源装置>

如图4所示，作为本发明的光源装置包括在LED基板12上形成的作为多个半导体发光元件的LED元件14(14a、14b)和与该元件的发光面相向地配置的LED准直仪15。此外，LED准直仪15例如由聚碳酸酯等透光性的树脂形成，如图4的(a)所示，在LED基板12上，形成为以LED元件14(14a、14b)为中心而包围其周围。更具体而言，LED准直仪15具有使大致抛物剖面旋转而得到的圆锥形状的外周面156，并且在作为光的入射侧的其顶部，形成有具有预定的弯曲面的凹部153，在其大致中央部配置有LED元件14(14a、14b)。此外，形成LED准直仪15的圆锥形状的外周面156的抛物面(反射器部)与凹部153的弯曲面一起被设定为从LED元件14a、14b向周边方向射出并通过凹部153内的空气入射到该LED准直仪的内部的光在该抛物面(外周面)处全反射的角度的范围内入射。另外，如图4的(b)所示，在比LED元件14的发光部靠外侧设置有LED支承体14j，进而在上述LED支承体14j大于上述凹部153的情况下，也可以切割上述LED准直仪15的外周面156的前端部，设为避免干扰上述LED支承体14j的形状。这样，通过利用抛物面处的全反射，无需在LED准直仪的外周面形成金属的反射膜等工序，所以能够更廉价地制造装置。

另外，在LED准直仪15的凹部153的中央部，形成有具有预定的弯曲面的入射面(透镜面)157，与形成于相向的面(射出面)154的凸状部(透镜面)155一起，形成了所谓具有聚光作用的凸透镜。此外，该凸状部155也可以形成于平面或者凹向内侧的凹状的透镜面中。即，LED准直仪15具有在其圆锥形状的外形的中央部使来自LED准直仪15的发光聚光到射出面侧的聚光透镜的功能，并且具有在其外周面156(反射器部)也同样地使从LED元件14向周边方向射出的激光聚光而引导到射出面侧的功能。

此外，上述LED基板12亦如图4所示，被配置而固定为其表面上的LED元件14a、14b相对LED准直仪15分别位于该凹部153的中央部。根据上述结构，从LED元件14放射的激光中的特别是从其中央部分朝向射出光轴(图的右方向)放射的激光通过上述LED准直仪15，通过形成LED准直仪15的外形的2个凸透镜面157、155被聚光而成为平行光，并且从其他部分朝向周边方向放射的激光通过形成LED准直仪15的圆锥形状的外周面(反射器部)156的抛物面被反射，同样地被聚光而成为平行光。换言之，通过在其中央部构成凸透镜并且在其周边部形成了抛物面的LED准直仪15，能够将由LED元件14产生的激光的大致全部作为平行光取出，能够提高产生的光的利用效率。

接下来，说明有效用于在使用液晶显示元件的光源中实现高效光源的偏振变换元件21。

如图4所示，偏振变换元件21配置于LED准直仪15的射出面154的后方。上述偏振变换元件21构成为组合沿着与图的纸面垂直的方向延伸的剖面是平行四边形的柱状(以下称为平行四边形柱)的透光性部件和剖面是三角形的柱状(以下称为三角形柱)的透光性部件，并将其在与来自LED准直仪15的平行光的光轴正交的面平行地(在本例子中为沿着图的纸面的方向)阵列状地排列多个且排列为各部件相对LED准直仪的中心轴15c对称。进而，在这些阵列状地排列的相邻的透光性部件之间的界面，交替地设置有偏振波束分束器(以下省略为“PBS”)膜211和反射膜212。另外，在入射到偏振变换元件21并透射PBS膜211的光射出的射出面，设置有1/2λ相位板213。

这样，上述偏振变换元件21构造为配置有相对由来自LED准直仪15的平行光的光轴和平行四边形柱的透光性部件的延伸方向形成的面(图的纸面上垂直地延伸的垂直面)所谓LED准直仪的光轴面左右对称地配置的PBS、相位板等光学部件。另外，该偏振变换元件21构成了相对来自2个LED准直仪15的平行光在图的垂直方向上分成2组的各个偏振变换元件。

根据如以上那样构成的偏振变换元件21，如从图4的(a)以及(b)可知，例如从LED元件14a、14b射出并通过LED准直仪15成为平行光的入射光中的S偏振波(参照图中的符号(×))通过PBS膜211而被反射，之后，进而通过反射膜212被反射而到达合成扩散块16的入射面。另一方面，P偏振波(参照图中的上下的箭头)在透射PBS膜211之后，通过1/2λ相位板213成为S偏振波，到达合成扩散块16的入射面。

这样，通过偏振变换元件21，从(多个)LED射出并通过LED准直仪15成为平行光的光全部成为S偏振波，入射到合成扩散块16的入射面。

进而，如上所述，通过将PBS以及相位板等各光学部件配置为相对LED准直仪的中心轴对称，实现装置的小型化。

作为比较例，图5示出一般的偏振变换元件21b的配置例。从LED元件14a、14b射出并通过LED准直仪15成为平行光的入射光中的S偏振波(参照图中的符号(×))通过PBS膜211而被反射，之后，进而通过反射膜212被反射而到达合成扩散块16的入射面。另一方面，P偏振波(参照图中的上下的箭头)在透射PBS膜211之后，通过1/2λ相位板213而成为S偏振波，到达合成扩散块16的入射面。

这样，通过偏振变换元件21b，从(多个)LED元件14a、14b射出并通过LED准直仪15成为平行光的光全部成为S偏振波，入射到合成扩散块16的入射面，所以与图4所示的结构同样地，在使用液晶显示装置的光源中能够实现高效率。但是，偏振变换元件21b的厚度比图4所示的结构厚，无法实现光源装置的小型化。另外，由于偏振变换元件的厚度增加，所以使用材料增加而无法实现低成本化。由于进一步增加厚度，在PBS膜反射的光束和透射PBS膜的光束的光程差变得更大。另外，由于光程差变大，所以更易于产生两者的光束形状的差。特别是在使用多个光源以及LED准直仪的系统中，光束形状的差异成为主要原因的亮度分布均匀性的实现变得困难。

因此，在如HUD装置那样要求小型化且使用多个LED而需要亮度的均匀化的结构中，采用如图4所示将构成偏振变换元件的多个光学部件相对各LED的中心轴对称地配置的结构，从而减小在偏振变换元件的PBS反射的光束和透射偏振变换元件的PBS的光束的光程差是有用的。

进而，为了实现HUD装置的高亮度化且广视角，期望LED光源的高输出化。在LED光源的高输出化中，有增加LED光源的个数或者实现LED光源的大面积化的方法。

在使用液晶显示装置的情况下，为了实现光源的高效化，有效的偏振变换元件如图6所示有入射光束的限制宽度21w。根据研究的结果可知，在入射光束的限制宽度21w方向的LED光源的宽度W相对21w成为1/4以上时，在LED准直仪的射出面154平坦的情况下产生如图7所示的不良现象。即，如图7的(a)所示，在为了确保从LED光源射出的光的取入量而使LED准直仪15的凹部153的形状大于LED光源宽度W时，由于LED准直仪15的外周面156的形状限制，无法取入从LED光源射出的发散角度大的光线L303、L304，效率降低。另一方面，如图7的(b)所示，在设为能够取入发散角度大的光线L303、L304的形状时，上述凹部153的大小小于LED光源宽度W，无法取入从LED周缘部射出的光线(未图示)，效率降低。

根据潜心研究的结果可知，如图6的(a)所示，在LED准直仪15的射出面154的面将凹面158设置在与入射光束的限制宽度21w接近的内侧，从而能够使LED准直仪15的外周面156的形状大于图7的(a)所示的形状，能够消除上述不良现象。即，通过LED准直仪15的外周面156的形状变大，在外周面156反射的光如图6的(a)的光线L301、L302所示那样成为收敛的光而被变换为大致平行并从射出面154射出，所以能够实现效率以及特性良好的光源装置。

另外，关于从LED元件14射出并在LED准直仪15的凸状的入射面(透镜面)157折射的光线，使用示出相对纸面从垂直方向观察图6的(a)形状而得到的形状的图6的(b)进行说明。从LED元件14的中心部射出的光L30由于LED准直仪的入射面为凸透镜状，所以在此被变换为大致平行光而到达射出面154。另一方面，如果考虑到从LED元件14的端部射出并特别地在中心轴交叉的光线L3001、光线L3002，则该光线相对LED准直仪的凸状的入射面157以接近垂直的角度入射，所以其折射角小，进入到LED准直仪的射出面154的外周部。

此外，在图6的(b)所示的方向上，上述偏振变换元件的入射光束限制宽度为偏振变换元件保持器60的开口高度21h。在本例子中，在LED准直仪15的射出面154的外周部，如图所示形成有凸透镜形状部159，透射该面而入射到接下来的光学元件(例如合成扩散块、偏振变换元件21等)。此外，在此在LED准直仪的射出面154的外周部并非凸透镜形状部159而是平坦的情况下(参照图的凸透镜形状部159附近的虚线部)，光L3001d、L3002d在该面大幅折射(未图示)、或者如图的虚线的箭头所示全反射。即，无法有效地活用其光线，光的利用效率降低。

这样，根据上述LED准直仪15，关于由LED元件14产生的光，除了沿着射出光轴射出的光之外，还能够包括向其周边方向射出的光在内地聚光而导入到射出面侧，所以能够提供发光光的利用效率高且被模块化而能够容易地用作面状的光源的光源装置的、更具体而言能够进一步提高来自LED光源的激光的光利用效率、均匀的照明特性并且实现光源装置的小型化、模块化、而且能够低成本地制造的作为照明用光源合适的光源装置。此外，图6的(a)以及(b)中的符号21、60分别表示在后面也会叙述的偏振变换元件和其保持器，符号16b还表示在后面也会叙述的取向控制板。另外，在图中用箭头表示它们的内部的光L3001c、L3002c、L3001d、L3002d的传播方向。

<合成扩散块和扩散板>

接下来，参照图8，说明作为上述影像显示装置30的其他构成要素的合成扩散块16。

通过丙烯酸等透光性的树脂棱柱状地形成的合成扩散块16亦如从图8(a)可知，在其射出面，形成有剖面大致三角形状的许多纹理(texture)161，通过该纹理161的作用，从LED准直仪15射出的光向以下叙述的导光体17的入射部(面)171的铅直方向扩散。另外，通过上述大致三角形状的纹理161和以下叙述的扩散板18a、18b的相互作用，即使离散地配置有LED准直仪15，也能够使从导光体17的射出部173射出的光的强度分布均匀化。

特别地，通过上述纹理161，能够将扩散方向限定于导光体侧面方向，进而能够实现侧面方向的扩散性的控制，所以能够减弱上述第1扩散板18a以及第2扩散板18b的各向同性扩散性，其结果是光利用效率提高，能够实现特性良好的光源装置。此外，在本例子中，作为大致三角形状的纹理161的一个例子，示出角度γ＝30度、其形成间距为a＝0.5mm的例子。

<导光体>

接下来，以下参照图9说明构成上述影像显示装置30的导光体17的详细内容。此外，该导光体17具有将从上述光源装置作为平行光取出的光向期望的方向引导并且取出为具有期望的面积的面状的光的功能。

图9的(a)是示出该导光体17的整体的立体图，图9的(b)示出其剖面，另外，图9的(c)以及(d)是示出剖面的详细情况的部分放大剖面图。

导光体17例如是通过丙烯酸等透光性的树脂形成为剖面大致三角形(参照图9的(b))的棒状的部件，另外，亦如从图9的(a)可知，具备：导光体光入射部(面)171，隔着第1扩散板18a与上述合成扩散块16的射出面相向；导光体光反射部(面)172，形成斜面；以及导光体光射出部(面)173，隔着第2扩散板18b与上述液晶显示元件50的液晶显示面板52相向。

在该导光体17的导光体光反射部(面)172，如作为其部分放大图的图9的(c)以及(d)所示，交替锯齿状地形成有许多反射面172a和连接面172b。另外，反射面172a(在图中为右上倾斜的线段)相对在图中用单点划线表示的水平面形成了αn(n：自然数，在本例子中例如是1～130)，作为其一个例子，在此将αn设定为43度以下(其中为0度以上)。

另一方面，连接面172b(在图中右下倾斜的线段)相对水平面形成了βn(n：自然数，在本例子中例如是1～130)。即，反射部的连接面172b以相对入射光在后述散射体的半值角的范围中成为影子的角度倾斜。亦如后详述，α1、α2、α3、α4…形成了反射面仰角，β1、β2、β3、β4…形成了反射面和连接面的相对角度，作为其一个例子，被设定为90度以上(其中为180度以下)。此外，在本例子中，β1＝β2＝β3＝β4＝…＝β122＝…β130。

在图10中，为了说明，示出相对导光体17使反射面172a和连接面172b的大小相对地变大的示意图。在导光体17的导光体光入射部(面)171，主要的光线向入射角相对反射面172a变大的方向偏转δ(参照图12的(b))。即，导光体光入射部(面)171形成为向光源侧倾斜的弯曲的凸形状。据此，来自合成扩散块16的射出面的平行光经由第1扩散板18a被扩散而入射，亦如从图可知，通过导光体光入射部(面)171向上方稍微曲折(偏转)地到达导光体光反射部(面)172。

此外，在该导光体光反射部(面)172，交替锯齿状地形成有许多反射面172a和连接面172b，扩散光在各个反射面172a上被全反射而朝向上方，进而经由导光体光射出部(面)173、第2扩散板18b，作为平行的扩散光入射到液晶显示面板52。因此，反射面仰角α1、α2、α3、α4…被设定为各个反射面172a相对上述扩散光成为临界角以上的角度，另一方面，反射面172a和连接面172b的相对角度β1、β2、β3、β4…如上所述被设定为固定的角度、更优选被设定为90度以上的角度(βn≥90°)。

通过上述结构，构成为如各反射面172a相对上述扩散光始终成为临界角以上的角度，所以即使在导光体光反射部(面)172未形成金属等的反射膜，也能够全反射，能够低成本地实现具备具有向期望的方向引导并且取出为具有期望的面积的面状的光的功能的导光体的光源装置。

通过上述导光体17的导光体光反射部(面)172的形状，能够满足主要的光的全反射条件，无需在导光体光反射部(面)172设置铝等的反射膜而能够高效地反射光，也无需伴随制造成本上升的铝薄膜的蒸镀作业等而能够更低成本地实现明亮的光源。另外，将各相对角β设定为如连接面172b相对主要的光线30在合成扩散块16以及扩散板18a扩散的光而成为影子的角度。由此，通过抑制不需要的光向连接面172b的入射，能够减少不需要的光的反射，能够实现特性良好的光源装置。

另外，根据上述导光体17，特别地，适当设定反射面仰角α1、α2、α3、α4…，从而能够自由地变更光轴方向上的导光体光射出部(面)173的长度，所以能够实现能够将导光体光射出部(面)173的大小(面尺寸)相对导光体光入射部(面)171变更为适合于上述液晶显示面板52等装置的适当需要的大小(面尺寸)的光源装置。另外，其不依赖于构成光源的LED元件14a、14b的配置形状，能够使导光体光射出部(面)173为期望的形状，从而能够得到期望的形状的面状的发光源。进而，还涉及到确保包括构成光源的LED元件14a、14b的配置的设计中的自由度，对装置整体的小型化也是有益的。

<光源装置的应用例>

在上述图2以及图3中，示出了将作为本发明的光源装置应用于抬头显示器(HUD)装置1的例子，以下进一步示出其他变形例。

另外，在图11所示的例子中，详细内容未被示出，其构造为由LED基板12产生的热经由传热板13d在配置于装置下部的散热器(散热片)13c冷却。此外，根据本结构，能够实现整个长度更短的光源装置。

进而，在图12中，在上述影像显示装置中，构成为构成光源的LED元件14a、14b、14c的数量是3个，各个LED准直仪15为连接的一体的部件，且在与合成扩散块16之间设置有偏振变换元件21。进而，示出代替构成取向控制板的上述合成扩散块16而配置有取向控制板16b的结构。另外，在本结构中，以相对LED准直仪15的形状如图6所示使用比较大的LED元件14的结构为特色。与其对应地，LED准直仪15的入射部(凹部)153的形状为比其他实施例大的形状。

如果使用图12的(a)进行说明，则从LED元件14a向倾斜方向射出的光L301和L302从LED准直仪的入射部(凹部)153入射并在其外周面156被反射为稍微的收敛光，到达LED准直仪的射出面154。LED准直仪15的射出面154、特别是其稍微的周缘部1581成为凹面形状，所以光L301、L302在该部分折射而被变换为大致平行，入射到偏振变换元件21的光入射部。通过采用本结构，即使在如图12的(a)所示的偏振变换元件的光入射部的宽度21w窄的情况下，也能够高效地使来自LED的光入射到偏振变换元件，能够实现高效的光源。

接下来，使用图12的(b)，说明从LED元件14a、14b、14c射出并在LED准直仪15的凸状的入射面153折射的光线。从LED元件14a、14b、14c的中心部射出的光L30由于LED准直仪15的入射面153为凸形状而在此被变换为大致平行光，经由偏振变换元件21，经由扩散板18a、导光体17、扩散板18b入射到液晶显示面板52。另一方面，如果考虑到从LED元件14a、14b、14c的端部射出并特别地在中心轴交叉的光线L3001、光线L3002，则该光线相对LED准直仪15的入射面153以接近垂直的角度入射，所以其折射角小，进入到LED准直仪的射出面154的外周部。

LED准直仪15的射出面154的外周部如图所示形成有凸透镜形状部159，在透射该面并透射偏振变换元件21之后，经由取向控制板16b，如光L3001b、L3002b所示，经由扩散板18a、导光体17、扩散板18b入射到液晶显示面板52。

在此，在LED准直仪15的射出面154的外周部159并非凸形状而是平坦的情况下，如光L3001d、L3002d所示，在该面大幅折射(未图示)或者如图所示全反射，所以效率降低。另外，在无取向控制板16b的情况下，如光L3001c、L3002c所示，从导光体17的光入射部偏离，所以无法有效地活用该光线，同样地效率降低。

图13示出在上述图12所示的结构中进一步加上3个LED元件14的列、即配置有3×2＝6个LED元件以及LED准直仪的例子。此外，与6个LED元件对应的6个LED准直仪与上述同样地连接而形成为一体。此外，如果考虑到偏振变换元件的制作上的难易度等，则这些多个LED元件以及LED准直仪最好正方地配置。

在本例子中，通过作为光源的LED元件的个数增加，能够实现更明亮的光源装置、或者照射区域更宽的光源。此外，LED元件14的列不限定于2列，通过进一步增大，能够得到更明亮和/或照射区域更宽的光源装置。另外，根据上述结构，例如通过在多个LED元件的排列中控制其发光量，易于实现所谓区域调光等。

另外，本发明的光源装置不限于具备上述各种说明的使用导光体的照明光学系统的光源装置，还能够在直接照射的光学系统中活用。即，作为其一个例子，在图14以及图15中，示出不经由导光体而利用通过LED准直仪聚光的来自LED元件的光的光源装置的一个例子。

图14的(a)以及图14的(b)是具备多个(在本例子中为6个)LED元件14a、14b、14c、14d、14e、14f、LED准直仪15、取向控制板16b、以及偏振变换元件21而实现单元化的光源装置的整体结构的立体图和其展开图。亦如从图可知，LED准直仪15与上述同样地连接多个而一体地形成，该LED准直仪15和安装有LED元件14a、14b、14c、14d、14e、14f的LED基板12通过嵌合到形成于散热器(散热片)13的定位销136a、136b、形成于LED准直仪15上的定位孔(未图示)、以及形成于LED基板12上的定位孔126a、126b而被定位在图中的X以及Y方向上。同时，LED准直仪15的安装部158a、158b和LED基板12相碰，从而其Z方向被定位。

偏振变换元件21收容于偏振变换元件保持器60的内部，通过形成于该保持器的内侧的段部601而被定位。另外，偏振变换元件21通过同时嵌合形成于LED准直仪15上的凸部156a、156b和形成于偏振变换元件保持器60背面的凹部(未图示)而被定位。进而，优选在偏振变换元件保持器60的射出侧设置有对在偏振变换元件21的PBS膜211(参照图4)反射的一部分的光束进行遮挡的遮光部608。针对透射上述PBS膜的光束反射的光束由于元件的构造，光路相对地变长，所以存在光束进一步扩大的倾向，为了实现亮度的均匀性，有时最好对该光束的一部分进行遮挡。

另外，对形成于取向控制板16b的孔(未图示)贯通螺栓90a、90b，与偏振变换元件保持器60、LED准直仪15、LED基板12一起固定到散热器(散热片)13上，从而完成作为被单元化的光源装置的光源部件71。此外，在该光源部件71内，最需要相对的定位精度的LED基板12和LED准直仪15的定位是通过定位销136a、136b和定位孔(未图示)的嵌合以及LED准直仪安装部158a、158b和LED基板12的相碰而进行的，所以能够高精度地进行定位。此外，本领域技术人员可知图14所示的单元结构是如图14以前所示的在使用导光体的光源中也能够适用的结构。

此外，在上述光源装置中，亦如从图可知，从作为光源的LED元件14a、14b、14c、14d、14e、14f放射的光通过LED准直仪15被聚光而成为平行光，在偏振变换元件21中被变换为预定的S或者P偏振光之后从取向控制板16b被射出。此外，在不需要该偏振变换的情况下，当然也可以不设置偏振变换元件21。

图15示出了将上述光源装置作为一个例子设为构成在上述实施例中也示出的HUD装置的影像显示装置30的光源的方式。亦如从图15的(a)可知，影像显示装置30将其散热器(散热片)13以向外部露出的状态收纳于光源装置壳体11内。另外，亦如从图15的(b)可知，在该光源装置壳体11内，在构成光源装置的取向控制板16b的上方配置有液晶显示元件50，从作为光源的多个LED元件放射并聚光的光在根据需要被变换为S或者P偏振光之后，从取向控制板16b朝向上方被照射到液晶显示元件50，由此得到影像显示装置30的影像光。此外，为了实施精密的配光，上述配光控制板的射出面是接近大致圆柱形面的面，但为了实现更精密的配光，如图15的(b)所示，将棱线部的中央部设为稍微的凹形状，将周边部设为凸形状。即，配光控制板的至少一面通过采用所谓非球面或者自由曲面形状，能够实现更精密的配光。此外，在图15的(b)中，示出了使配光控制板为1张的构造，但本发明不限于此，能够实现比设置多张配光控制板更精密且复杂的配光。

此外，根据上述结构，能够将作为光源的LED元件的个数配置为多个，所以能够实现更明亮的光源装置。另外，还能够进一步扩大光的射出面，具备显示区域宽的光射出面而作为光源装置、或者与显示区域宽的液晶显示面板组合使用的情况下是合适的。另外，根据上述结构，通过将激光的射出面分割为与单个或者多个LED元件对应的多个显示区域并独立地控制该LED元件的发光输出(点亮)等，能够实现所谓局部调光，进而能够实现显示图像的高对比度化、功耗的减少。

另外，除了上述基于单独的LED的控制的局部调光以外，还通过控制基板(未图示)与LED元件的单独控制一起与液晶显示面板组合控制，从而还能够更合适地实现低功耗的光源装置以及使用该光源装置的车辆用头灯装置。

进而，在上述说明中，说明了针对S偏振波的透射率优良的液晶显示面板，然而，只要是本领域技术人员，就可知在针对P偏振波的透射率优良的情况下利用具有与上述结构同样的结构的偏振变换元件也能够得到同样的作用和效果。

以上，叙述了作为本发明的各种实施例的光源装置。然而，本发明不仅仅限定于上述实施例而包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明系统整体的例子，不限定于一定具备说明的所有结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外还能够对某个实施例的结构加上其他实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。

Claims (9)

1.一种光源装置，其特征在于，具备：

光源元件，其产生光，搭载于基板；

准直仪部，在所述光源元件的发光轴上；以及

散热部，在所述基板的外侧面，用于冷却所述光源元件，

在沿着所述基板的上表面设基板的长边方向为第1方向、同样地沿着所述基板的上表面设与第1方向正交的方向为第2方向、并设平行于所述发光轴且与所述第1方向以及所述第2方向正交的方向为第3方向的情况下，通过嵌合到设置于所述散热部的定位部以及设置于所述基板和所述准直仪部的所述定位部的嵌合部，进行所述基板以及所述准直仪部相对所述散热部的在第1方向以及第2方向的定位。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

所述散热部的定位部是销，

所述基板以及所述准直仪部的所述定位部是孔。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

所述准直仪部具有安装部，

通过所述安装部与所述基板相碰，进行所述准直仪元件相对所述基板的在所述第3方向的定位。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

所述光源装置具有偏振变换元件，该偏振变换元件将来自所述准直仪部的射出光的偏振状态变换为直线偏振。

5.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，

在用于收纳所述偏振变换元件的偏振变换元件保持器的内侧形成段部，

将形成于所述准直仪部的凸部和形成于所述偏振变换元件保持器的背面的凹部嵌合。

6.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，

所述光源装置配置有配光控制板，该配光控制板对来自所述偏振变换元件的射出光进行预定的配光控制。

7.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，

所述散热部、所述基板、所述准直仪部、所述偏振变换元件以及所述配光控制板通过所述嵌合部连接为一体。

8.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

在同一基板上配置有多个所述光源元件，且与该多个光源元件的各个光源元件对应地设置有多个所述准直仪部，且一体地形成所述光源元件和所述准直仪部。

9.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，

所述配光控制板的至少一面是非球面或者自由曲面中的任意一个。

Images