光源单元和包括光源单元的图像投射设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及光源单元和包括光源单元的图像投射设备。光源单元包括发光元件支撑体，以支撑以分散形式在二维方向上布置的作为发光元件组合体的多个发光元件，并且从发光元件组合体发射的光出射至目标。发光元件支撑体包括在发光元件组合体二维方向内部的通风孔，并且从发光元件组合体发光侧的后侧供应的冷却空气经过所述通风孔至发光元件组合体的发光侧。
【专利说明】光源单元和包括光源单元的图像投射设备
[0001]发明背景【技术领域】
[0002]本发明涉及光源单元和向目标出射光的图像投射设备。
【背景技术】
[0003]个人计算机的屏幕图像、视频图像和存储在存储卡中的图像数据可被传输至图像投射设备，图像投射设备被称为投射机，其可在屏幕上投射图像。在投射机中，从光源发射的光集中在微镜显示装置——被称为数字微镜装置(DMD)——或液晶板上，形成图像，然后该图像在屏幕上显示为投射图像，如彩色图像。
[0004]在投射机中，高强度放电灯已被常规用作光源，但近来研发其他光源。例如，半导体元件，如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)或有机电致发光(OEL)已被研发作为光源。激光二极管可被用作图像投射设备的光源，以增强例如彩色再现性能、发光效率和光利用效率。进一步，由于激光二极管是点光源或投射平行光束，可容易设计发光系统，可利用简单配置合成彩色光，并且可应用具有小数值孔径(NA)的投射透镜。
[0005]当发光元件如激光二极管(LD)被用作图像投射设备的光源时，单独一个发光元件的光量不足以实现图像投射设备所需的光量。
[0006]鉴于这个问题，JP-2011-197593-A的半导体光源设备被设计，其中多个发光元件被二维地安装在平面上，并且图像投射设备所需的光量可通过增加多个发光元件的光量获得。在这种半导体光源设备中，多个发光元件由发光元件支撑体以矩阵形式支撑，同时将各半导体发光元件的光轴线设置成基本上相互平行。通过利用保持在各半导体发光元件的透镜保持器处的准直透镜，使从半导体发光元件发射的光聚集，从而获得图像投射设备所需的光量。
[0007]对于利用在二维方向上以分散形式安排多个发光元件的发光元件组合体作为光源的图像投射设备而言，发光元件的有效冷却成为问题，因为如果冷却不足，则发光量可不稳定，并且发光元件寿命变短。
[0008]发光元件组合体可通过如下被冷却:在支撑发光元件组合体的发光元件支撑体的后侧布置散热器如散热片，其中空气被供应至散热器，利用冷却风扇冷却发光元件组合体。
[0009]但是，仅通过冷却发光元件支撑体后侧，冷却效果可能不足。特别是，当多个发光元件被密集地布置在平面上以实现小尺寸光源时，或当多个发光元件用于增加光量时，冷却效果可能不足。
[0010]在诸如JP-2011-197593-A公开的常规半导体光源设备的一个实例中，多个发光元件被支撑体支撑，并且透镜保持器保持针对相应发光元件布置的多个准直器透镜。支撑体和透镜保持器利用间隔件彼此面对，通过该间隔件，支撑体和透镜保持器之间形成给定间隙。该间隙被用作从布置在图像投射设备中的冷却风扇供应的冷却空气的流动路径。因此，冷却风扇供应的冷却空气撞触散热片，而且通过经过支撑体和透镜保持器之间的间隙直接撞触支撑体支撑的多个发光元件。因此，支撑体上的多个发光元件可从支撑体的前侧和后侧两侧被冷却，其中多个发光元件与仅冷却支撑体后侧的配置相比可被有效地冷却。
[0011]在JP-2011-197593-A公开的这种半导体光源设备中，冷却空气从支撑体的一个端部(在下文中，第一端)被供应至支撑体和透镜保持器之间的间隙，该端部是支撑体在二维安排的多个发光元件的发光侧的一个端侧。
[0012]在这种配置下，接近供应冷却空气的第一端的近侧可被有效冷却，并且可获得充足水平的冷却性能。但是，远离供应冷却空气的第一端的远侧不能获得充足水平的冷却性能，因为流动至远侧的冷却空气已通过获自近侧和远侧之间存在的其他部分的热而升温。
[0013]因此，即使冷却空气从多个方向被供应至支撑体和透镜保持器之间的间隙以使较宽泛的区域获得充足水平的冷却性能，支撑体的内部(如支撑体的中心部分)也只是由已通过获自其他部分的热而升温的空气撞触。
[0014]当发光元件组合体包括如上二维方向安排的发光元件时，处于发光元件组合体发光侧的发光元件支撑体的内侧部分对应于这样的部分:由通过围绕发光元件支撑体内侧部分安排的发光元件而升温的空气包围。因此，在发光元件支撑体的内侧部分，热可积累并且温度可增闻。
[0015]发明概述
[0016]在本发明一方面，设计光源单元。光源单元包括发光元件支撑体，以支撑在二维方向上以分散形式布置的多个发光元件——作为发光元件组合体，光从发光元件组合体发射，从而向目标出射。发光元件支撑体包括在发光元件组合体的二维方向内部的通风孔，并且从发光元件组合体发光侧后侧供应的冷却空气经过通风孔，到达发光元件组合体的发光侧。
[0017]附图简述
[0018]对本公开及其多个伴随优势和特征的更完全认知通过下文详述、参考附图可容易获得和理解,其中:
[0019]图1是根据第一示例实施方式的光源单元的示意性前视图；
[0020]图2是在图1中的直线A-A处切割的图1光源单元示意性剖视图；
[0021]图3显示图1光源单元中光源和耦合透镜(coupling lens)的位置关系；
[0022]图4是根据第二示例实施方式的光源单元的示意性前视图；
[0023]图5是在图4中的直线A-A处切割的图4光源单元的示意性剖视图；
[0024]图6是根据第三示例实施方式的光源单元的示意性前视图；
[0025]图7是在图6中的直线A-A处切割的图6光源单元的示意性剖视图；
[0026]图8是从光源支撑体后侧观察的图6光源单元的散热片的示意图；
[0027]图9是根据第四示例实施方的光源单元的示意性前视图；
[0028]图10是在图9中的直线A-A处切割的图9光源单元的示意性剖视图；
[0029]图11是在图10中的直线B-B处切割的图10光源单元的示意性剖视图；
[0030]图12是根据第五示例实施方式的光源单元的示意性剖视图；
[0031]图13是根据第六示例实施方式的光源单元的示意性剖视图；和
[0032]图14是根据示例实施方式的投射机的示意性配置。
[0033]附图的意图是描述本发明的示例性实施方式，而不应被解释为限制其范围。附图除非明确说明不被认为是按比例绘制，并且贯穿多个视图，相同或相似参考编号表示相同或相似组件。
[0034]发明详述
[0035]现提供本发明示例性实施方式的描述。应注意，虽然诸如第一、第二等术语在本文中可用于描述不同元件、组件、区域、层和/或区段，但应理解，这些元件、组件、区域、层和/或区段不受其限制，因为这些术语具有相对性，即，仅用于区别一个元件、组件、区域、层或区段与另一区域、层或区段。因此，例如，下述第一元件、组件、区域、层或区段可被命名为第二元件、组件、区域、层或区段，而没有脱离本发明的教导。
[0036]此外应注意，本文应用的术语其目的仅是描述【具体实施方式】，而非意图限制本发明。因此，例如，如本文所用，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(所述，the)”也意图包括复数形式，除非上下文明确另外表示。另外，术语“包括(includes和/或including)”在本说明书中使用时表示存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
[0037]另外，虽然在描述附图所示视图过程中出于清楚性目的使用了具体术语，但本公开不限于因此而选择的具体术语，并且要理解各具体要素包括具有类似功能、以类似方式操作和实现类似效果的全部技术等同物。现参考附图，在下文中描述根据示例实施方式的设备或系统。
[0038](第一示例实施方式)
[0039]给出对可用于图像投射设备如投射机的光源单元的第一示例实施方式(在下文中，第一示例实施方式)的描述。在本说明书中，光源单元也可被称为光源设备。
[0040]图1是可用作第一示例实施方式的光源单元的光源单元I的示意性前视图。图2是在图1中的直线A-A处切割的光源单元I的示意性剖视图。第一示例实施方式的光源单元I包括多个光源11-1至11-12(在第一示例实施方式中12个光源)，其以分散形式安排成二维方向，并且光源11-1至11-12可被用作光源组合体或发光元件组合体。各光源11-1至11-12对应于各耦合透镜12-1至12-12，并且光源11_1至11-12和耦合透镜12_1至12-12在用作发光元件支撑体的光源支撑体13上以圆形形式二维地安排。
[0041]进一步，如图2所示，用作空气供应单元的轴流式风扇3可被布置在光源支撑体13后侧，该后侧是光源11-1至11-12的发光侧(在下文中，前侧)的相反侧。
[0042]光源11-1至11-12例如是激光光源，如半导体激光器，并且从各光源11_1至
11-12发射的光的颜色可相同或不同。
[0043]各耦合透镜12-1至12-12是例如由玻璃或塑性材料制成的凸透镜。如图3所示，各耦合透镜12-1至12-12的曲面中心轴线L可相对于各光源11-1至11-12的光轴线LI向内圆周方向偏移，使得轴线偏差“d”设置在曲面中心轴线L和光轴线LI之间。
[0044]通过以这种配置安排光源11-1至11-12和耦合透镜12_1至12_12，从各光源11_1至11-12发射的光经过对应的耦合透镜12-1至12-12，同时出射光的方向角度朝向圆环形式的中心，由此从光源11-1至11-12发射的光可形成为具有基本上锥形的出射光。
[0045]光源支撑体13可由例如金属(如铝)或压模树脂制成。光源支撑体13形成有通风孔2，其是在以圆形形式二维地安排的光源11-1至11-12的内部具有圆形形状的通孔。在第一示例实施方式中，在从轴流式风扇3供应的冷却空气中，风扇径向外侧的冷却空气被直接吹至光源支撑体13的后侧，而风扇径向内部的冷却空气通过光源支撑体13的通风孔2。
[0046]在第一示例实施方式中，在光源支撑体13的前侧，来自轴流式风扇3的冷却空气可从光源支撑体13的后侧被供应至圆形安排的光源11-1至11-12的内部。由于被供应至圆形安排的光源11-1至11-12的内部的冷却空气还未从光源11-1至11-12获取热，冷却空气可有效冷却圆形安排的光源11-1至11-12的内部。
[0047]在常规配置中一通过从光源支撑体13的侧面供应冷却空气来冷却处于光源支撑体13前侧的光源11-1至11-12，经过圆形安排的光源11-1至11-12内部的冷却空气通过从光源11-1至11-12获取热而已经升温。因此，圆形安排的光源11-1至11-12的内部无法被有效冷却。
[0048]与通过从光源支撑体13侧面供应冷却空气来冷却光源11-1至11-12的常规配置相比，第一不例实施方式的配置可有效冷却圆形安排的光源11-1至11-12的内部。处于光源支撑体13前侧的圆形安排的光源11-1至11-12的内部通过光源11-1至11-12的热作用成为升温部分。因此，有效消除圆形安排的光源11-1至11-12的内部的热对于增强光源支撑体13上光源11-1至11-12处的冷却性能是重要的。第一示例实施方式的配置可增强光源支撑体13上光源11-1至11-12的冷却性能。
[0049]进一步，在第一示例实施方式中，通过轴流式风扇3供应的冷却空气一部分被吹至光源支撑体13的后侧。因此，冷却空气可通过利用一个轴流式风扇3被供应至光源支撑体13的后侧和处于光源支撑体13前侧的圆形安排的光源11-1至11-12的内部，从而冷却光源 11-1 至 11-12。
[0050]在第一示例实施方式中，光源支撑体13的尺寸和光源11-1至11-12限定的圆形形式的直径可被随意地设置成任意值，并且光源数目可被设置成适当的数目。进一步，如果光源支撑体13的热量被设置成较大，则可增强散热性能。
[0051]由于第一示例实施方式的光源单元I可设计光源11-1至11-12增强的冷却性能，光源11-1至11-12的发光量可稳定，并且光源ll-ι至11-12的寿命可增加，并且进一步，由于设计自由度可更宽，光源单元I可适用于各种需求和应用。例如，第一示例实施方式的光源单元可适用于图像投射设备，如投射机。
[0052](第二示例实施方式)
[0053]对光源单元的第二示例实施方式给出描述。第二示例实施方式的光源单元Ia具有与上文第一示例实施方式的光源单元I几乎相同的配置，除了与第一示例实施方式的光源单元I相比，增加了增强冷却性能的配置。对第二示例实施方式的光源单元Ia与第一示例实施方式的光源单元I相比的不同点给出描述。
[0054]图4是可用作第二示例实施方式的光源单元的光源单元Ia的示意性前视图。图5是在图4中的直线A-A处切割的光源单元Ia的示意性剖视图。如图4所示，第二示例实施方式的光源单元Ia包括支撑多个光源11-1至11-12的光源支撑体13和多个耦合透镜
12-1至12-12，其中光源支撑体13具有圆盘样形状。在第二示例实施方式中，如图4所示，多个翅片(fins)4-1至4-24 (在第二示例实施方式中，24个翅片)在光源支撑体13的外周上形成，并且进一步，多个翅片10-1至10-12 (在第二示例实施方式中，12翅片)在光源支撑体13的通风孔2的内侧壁上形成。[0055]通过将翅片4-1至4-24和翅片10_1至10_12添加至光源支撑体13，光源支撑体13的表面积可增大，由此光源支撑体13可与来自轴流式风扇3的冷却空气接触的接触面积可增大，并且光源支撑体13的散热性能可增强。因此，光源支撑体13上光源11-1至11-12的冷却性能可增强，并且光源单元I的发光量可稳定化，并且光源单元I的寿命可增加。
[0056](第三示例实施方式)
[0057]对光源单元的第三示例实施方式给出描述。第三示例实施方式的光源单元Ib具有与上文第二示例实施方式的光源单元Ia几乎相同的配置，除了与第二示例实施方式的光源单元Ia相比，进一步布置散热器，如散热片15，以增强冷却性能。对第三示例实施方式的光源单元Ib与第二示例实施方式的光源单元Ia相比的不同点给出描述。
[0058]图6是可用作第三示例实施方式的光源单元的光源单元Ib的示意性前视图。图7是在图6中的直线A-A处切割的光源单元Ib的示意性剖视图。图8是从光源支撑体13后侧观察的光源单元Ib的散热片15的示意图。
[0059]关于第三示例实施方式的光源单元lb，如图7所示，散热片15连接于光源支撑体13的后面。散热片15包括例如基座15a和棒形翅片(rod fins) 15b。基座15a连接于光源支撑体13的后面，使得基座15a被紧邻地布置于在光源支撑体13前侧以圆形形式二维安排的光源11-1至11-12的后侧；并且多个棒形翅片15b延伸自基座15a。
[0060]在第三示例实施方式中，如图8所示，散热片15形成为圆环，该圆环形成有通孔15c,通孔15c与光源支撑体13的通风孔2对齐。通过这种配置,来自轴流式风扇3的冷却空气可经由通孔15c经过通风孔2。
[0061]在轴流式风扇3供应的冷却空气中，在风扇径向外侧的冷却空气被直接地吹至连接于光源支撑体13后面的散热片15，然后通过经过棒形翅片15b之间的间隙被引导至散热片15的径向外侧。通过这种配置，从光源支撑体13上的光源11-1至11-12经由光源支撑体13传输至散热片15的热可被冷却空气有效地消除，由此光源支撑体13上光源11-1至
11-12的冷却性能可增强。
[0062](第四示例实施方式)
[0063]对光源单元的第四示例实施方式给出描述。第四示例实施方式的光源单元Ic具有与第三示例实施方式的光源单元Ib几乎相同的配置，除了与第三示例实施方式的光源单元相比，布置导流器，如流向板(flow plate) 21,以进一步增强冷却性能,其中已经过通风孔2的冷却空气通过流向板21被引导至光源11-1至11-12。对第四示例实施方式的光源单元Ic与第三示例实施方式的光源单元Ib相比的不同点给出描述。
[0064]图9是可用作第四示例实施方式的光源单元的光源单元Ic的示意性前视图。图10是在图9中的直线A-A处切割的光源单元Ic的示意性剖视图。图11是在图10中的直线B-B处切割的光源单元Ic的示意性剖视图。
[0065]如图9和图10所示，在第四示例实施方式的光源单元Ic中，具有圆盘样形状的流向板21被布置在光源支撑体13前侧面对通风孔2的位置，其中流向板21被用作导流器，将已经过通风孔2的冷却空气引导至光源11-1至11-12。
[0066]如图9所示，流向板21与通风孔2基本上对齐，并且其直径大于通风孔2的直径。如图10和图11所示，流向板21经由多个间隔件21a (在第四示例实施方式中，12个间隔件)被布置在光源支撑体13前侧。[0067]在第四示例实施方式中，如图10中箭头所示，已经过通风孔2的冷却空气撞触面对通风孔2的流向板21后面，然后沿流向板21后面被引导至风扇径向外侧。通过这种配置，已经过通风孔2的冷却空气经过间隔件21a之间的间隙，并且在光源支撑体13上或之上流动，同时接触被布置在光源支撑体13前侧的光源11-1至11-12，并且流至光源支撑体13的风扇径向外侧。通过形成冷却空气的这种流动路径，已经过通风孔2的冷却空气可经过较接近光源11-1至11-12的空间，并且可优选地直接撞触光源11-1至11-12。因此，通过利用已经过通风孔2的冷却空气，可从光源11-1至11-12有效地获取热，并且可增强冷却性能。
[0068]进一步，在第四示例实施方式中，如图10所示，防尘过滤器5被布置在轴流式风扇3的进气侧，从而在通过轴流式风扇3吸入空气前从空气去除杂质颗粒如灰尘或类似物。通过布置防尘过滤器5，可抑制特别是防止灰尘对耦合透镜12-1至12-12的粘附，并且可抑制特别是防止诸如光量减少的问题。进一步，防尘过滤器5可被布置在轴流式风扇3的排气侧，诸如轴流式风扇3和散热片15之间的空间处。进一步，防尘过滤器5可被布置在散热片15的通孔15c的内部位置、进口侧和出口侧，以及通风孔2的内部位置、进口侧和出口侦U。进一步，防尘过滤器5可用于上述示例实施方式和下述示例实施方式的光源单元。
[0069](第五示例实施方式)
[0070]对可用于图像投射设备如投射机的光源单元的第五示例实施方式给出描述。在第五示例实施方式的光源单元Id中，从光源单元Id发射的光束通量的横截面面积减少，以缩短出射光束通量的光焦距，由此包括光源单元Id的投射机可在光源单元的光出射方向上尺寸紧凑。
[0071]图12是第五示例实施方式的光源单元Id的示意性剖视图。类似于前述示例实施方式，在第五示例实施方式的光源单元Id中，多个光源11-1至11-12 (在第五示例实施方式中，12个光源)和多个耦合透镜12-1至12-12被支撑和以圆形形式二维安排在光源支撑体13上。
[0072]进一步，类似于前述示例实施方式，光源支撑体13形成有在以圆形形式二维安排的光源11-1至11-12的内部具有圆形形状的通风孔2。
[0073]进一步，类似于第三示例实施方式和第四示例实施方式，散热片15被布置在光源支撑体13的后面。散热片15形成有通孔15c，其与光源支撑体13的通风孔2连通，由此来自轴流式风扇3的冷却空气可经由通孔15c经过通风孔2。
[0074]第五示例实施方式的光源单元Id包括第一反射镜9，其被用作第一导光部件，处于以圆形形式安排的光源11-1至11-12的内部。第一反射镜9用于将进入第一反射镜9的光引导至光源单兀I的光出射方向。进一步，第五不例实施方式的光源单兀Id包括第二反射镜10，其被用作第二导光部件，以将从以圆形形式二维安排的光源11-1至11-12发射的光引导至第一反射镜9。从光源11-1至11-12发射的光在第二反射镜10上作为反射光反射，并且该反射光入射第一反射镜9。入射第一反射镜9的反射光在第一反射镜9上反射，然后从光源单元Id出射。
[0075]第一反射镜9例如是由存在于以圆形形式二维安排的光源11-1至11-12和通风孔2之间的光源支撑体13的表面支撑的环形板。如图12所示，第一反射镜9可被布置，同时第一反射镜9向通风孔2出口端突出，而不对经过通风孔2的冷却空气造成过多流动干扰。第一反射镜9可由例如环形玻璃板制成，其中铝层沉积在该板的一个表面上，以形成被用作反射部分的反射面。
[0076]第二反射镜10例如是由被提供于光源支撑体13表面的单元侧壁8的边缘支撑的环形板，其中单元侧壁8包围以圆形形式二维安排的光源11-1至11-12。第二反射镜10被布置在一定位置，以将从各光源11-1至11-12发射的光反射至第一反射镜9,该第一反射镜9被布置在对应于以圆形形式安排的光源11-1至11-12的内部的位置。第二反射镜10可由例如环形玻璃板制成，其中铝层沉积在该板一个表面上，以形成被用作反射部分的反射面。
[0077]从光源11-1至11-12发射并经过耦合透镜12_1至12_12的光在第二反射镜10处被反射，然后被布置在以圆形形式安排的光源11-1至11-12内部的第一反射镜9反射，然后光从光源单元Id出射。通过重复这种光反射，从光源11-1至11-12发射的光通量的横截面面积可逐渐减少，由此可从光源单元Id出射密度增加的光通量。进一步，通过减少从光源单元Id出射的光通量的横截面面积，出射光束通量的光焦距可缩短，由此包括光源单元Id的投射机可在光源单元Id的光出射方向上尺寸紧凑。
[0078]在第五示例实施方式中，在第二反射镜10的光反射次数是一次，并且在第一反射镜9的光反射次数是一次,然后光从光源单兀Id以光出射方向出射。但是，在第二反射镜10的光反射次数可通过增加组成第二反射镜10的镜部件被设置成两次或更多次，以使从光源11-1至11-12发射的光反射至第一反射镜9。光反射次数越多，从光源单元Id出射的光通量的横截面面积越小。
[0079]进一步，第二导光部件中使从光源11-1至11-12发射的光反射至第一反射镜9的组件不限于反射光从而改变光路的镜子，还可以是折射光从而改变光路的其他光路改变部件。进一步，第一导光部件中将光引导至光源单元I的光出射方向的组件不限于镜子，还可以是折射光从而改变光路的其他光路改变部件。
[0080]进一步，在第五示例实施方式中，支撑多个光源11-1至11-12和多个耦合透镜
12-1至12-12的光源支撑体13以及支撑第二反射镜10的单元侧壁8可构成光源单元I的外壳，其中光源支撑体13和单兀侧壁8可被统称为光源外壳。一般,优选光源外壳具有与外部环境尽可能少地连通的开口，以防止杂质颗粒如来自空气的灰尘侵入。因此，在通常情况下，光出射口，如第二反射镜10的圆形孔10a，可被可使光通过的透明部件诸如玻璃覆盖。
[0081]但是，在第五示例实施方式中，透明部件不被布置在用作光源单元I的光出射口的第二反射镜10的圆形孔IOa处，而将第二反射镜10的圆形孔IOa设置为开口。通过这种配置，经过光源支撑体13的通风孔2从光源支撑体13后侧供应至光源支撑体13前侧的冷却空气可从圆形孔IOa被排放至光源单元I外。如果透明部件被布置在第二反射镜10的圆形孔IOa处，则需要光源外壳形成另一开口或孔，以将冷却空气有效地从光源外壳排放，其中光源外壳的刚度降低。
[0082]在第五示例实施方式中，开口如圆形孔IOa可被用作光出射口 IOa和冷却空气排放口，由此较大的冷却空气排放口可以获得，而不降低光源外壳的刚度。通过这种配置，冷却空气可从光源外壳有效地排放，由此冷却空气的冷却性能可保持在较高水平。进一步，在第五不例实施方式中，第二反射镜10的圆形孔IOa (可用作光出射口 IOa)被布置在面对通风孔2出口的位置。因此，在冷却空气经过光源单元Id时冷却空气流速的降低变小，因此可获得增强的冷却性能。
[0083]进一步，当第五示例实施方式中的光出射口 IOa (B卩，圆形孔IOa)被用作冷却空气排放口时，在光出射口 IOa发生冷却空气从光源外壳内侧至外侧的强吹。通过这种配置，SP使光出射口 IOa是上述开口，杂质颗粒如灰尘也不可轻易侵入光源外壳中，由此可几乎没有杂质颗粒侵入光源外壳。
[0084](第六示例实施方式)
[0085]对可用于图像投射设备如投射机的光源单元的第六示例实施方式给出描述。第六示例实施方式的光源单元Ie具有与上述第五示例实施方式的光源单元Id几乎相同的配置，除了与第五示例实施方式的光源单元Id相比，第六示例实施方式的光源单元Ie的冷却空气流动路径配置不同。对第六示例实施方式的光源单元Ie与第五示例实施方式的光源单元Id相比的不同点给出描述。
[0086]图13是第六示例实施方式的光源单元Ie的示意性剖视图。如图13所示，第一反射镜9被布置在第六示例实施方式的光源单元I中光源支撑体13前侧面对通风孔2的位置。具有圆盘样形状的第一反射镜9可具有将已经过通风孔2的冷却空气引导至光源11-1至11-12的导流器功能以及第一导光部件功能。
[0087]在第六示例实施方式中，面对通风孔2的第一反射镜9的后侧充当导流器，并且第一反射镜9的前侧充当第一导光部件。第一反射镜9的表面可被整体抛光成反射面，或可仅将第一反射镜9中接收来自第二反射镜10的反射光的部分表面抛光成反射面。
[0088]类似于第三示例实施方式的流向板21，第一反射镜9与通风孔2基本对齐，并且其直径大于通风孔2的直径。进一步，如图13所示，第一反射镜9经由多个间隔件9a (在第六示例实施方式中，12个间隔件)被布置在光源支撑体13前侧。
[0089]在第六示例实施方式中，已经过通风孔2的冷却空气撞触面对通风孔2的第一反射镜9的后面，然后沿第一反射镜9的后面被引导至风扇径向外侧。通过这种配置，已经过通风孔2的冷却空气经过间隔件9a之间的间隙，并在光源支撑体13上或之上流动，同时接触被布置在光源支撑体13前侧的光源11-1至11-12。通过这种配置，已经过通风孔2的冷却空气可经过更接近光源11-1至11-12的空间，并且优选可直接撞触光源11-1至11-12。因此，可从光源11-1至11-12有效地获取热。
[0090]进一步，在第六示例实施方式中，已经过通风孔2和然后在光源11-1至11-12空间附近的冷却空气撞触单元侧壁8的内壁。然后，冷却空气撞触第二反射镜10的反射面，然后到达第一反射镜9前侧，然后通过第二反射镜10的光出射口 IOa (即，第二反射镜10的内部)从光源单元I离开。通过形成这种冷却空气流动路径，冷却空气被吹至第二反射镜10的反射面，由此第二反射镜10可被有效冷却。
[0091]从光源11-1至11-12发射的大部分光在第二反射镜10的反射面上被反射，但小部分光被第二反射镜10吸收，并且吸收的光变成热。然后，通过第二反射镜10的逐渐积累的热的作用，第二反射镜10的光学性质可由于热作用而随时间改变，然后导致反射面上的失真。在第六示例实施方式中，第二反射镜10可通过冷却空气被有效冷却，由此可抑制第二反射镜10由于热作用的光学性质改变。
[0092](图像投射设备)
[0093]对应用一个或多个上述光源单元或设备示例实施方式的图像投射设备如投射机给出描述。
[0094]图14是应用上述光源单元示例实施方式其中一种(其中例如应用光源单元Ie)的图像投射设备20的示意性配置。图像投射设备20包括例如光源单元le、棒形积分器16、中继透镜17、图像生成面板18和投射透镜19。棒形积分器16、中继透镜17和图像生成面板18共同构成光传输光学系统，并且投射透镜19构成投射光学系统。棒形积分器16用作光量均衡单元。中继透镜17用作将光传输至图像生成面板18的光传输光学系统，其光量通过棒形积分器16均衡，图像生成面板18用作图像生成器。投射透镜19用作投射光学系统，放大和投射由图像生成面板18生成的图像。
[0095]从光源11-1至11-12发射的光束聚集，然后以光束通量从光源单元Ie出射。具体地，光束通量入射棒形积分器16,该棒形积分器16均衡从光源11-1至11-12发射的光束的光量。棒形积分器16合成颜色和均衡光量，同时光束通量在棒形积分器16中重复全反射，然后光从棒形积分器16出射。从棒形积分器16出射的光入射中继透镜17，然后照射图像生成面板18。然后，图像利用投射透镜19投射到屏幕上。
[0096]在图像投射设备20中，图像生成面板18可以是基于调制信号生成图像的透过型面板(pass-through type panel),但其他装置如反射型面板或微镜装置面板如数字微镜装置(DMD)也可应用。进一步，棒形积分器16是光强度均衡单元的实例，其他光强度均衡单元也可应用。进一步，中继透镜17和投射透镜19不是上述示例实施方式的限制性实例。
[0097]通过将上文示例实施方式中描述的上述光源单元用于图像投射设备20，从多个光源发射的光束可合成为具有高光强度和横截面面积减小的光束通量，并且进入棒形积分器16的入射角可变小。因此,照射在图像生成面板18上的光面积可减小，由此可应用具有较小数值孔径(NA)的投射透镜19，其意味着F值较大的透镜。因此，投射透镜19可容易被设计和生产，并且成像性能可容易保持在足够好的水平。因此，图像投射设备20可应用多个光源，同时增强散热性能和均衡光强度的性能。
[0098]进一步，通过减小从光源单元出射的光束通量的横截面面积，出射光束通量的光焦距可缩短，由此棒形积分器16可被进一步接近光源单元布置，并且图像投射设备20可在光源单元的光出射方向上尺寸紧凑地被设计。
[0099]在上述示例实施方式中，光源11-1至11-12以圆形形式二维安排，但配置不限于此。例如，当光源以分散形式二维安排时，光源可以栅格形式、多边形形式或类似形式安排。光源可以光源之间的平均间距安排，或可以光源之间的非平均间距安排。
[0100]上述光源单元示例实施方式可具有下列特征。
[0101]在上述一个或多个光源单元中，发光元件，如光源11-1至11-12，在发光元件支撑体如光源支撑体13上以分散形式以二维方向被布置，并且从发光元件组合体发射的光从光源单元出射至另一装置，如棒形积分器16。在这种光源单元中，发光元件支撑体，如光源支撑体13，具有在发光元件组合体二维方向内部(光源11-1至11-12内部)的通风孔2，并且从发光元件组合体发光侧的后侧供应的冷却空气经过通风孔2，至发光元件组合体的发光侧。
[0102]当发光元件组合体包括如上以二维方向安排的发光元件时，处于发光元件组合体发光侧的发光元件支撑体的内侧部分对应于被在发光元件支撑体内侧部分周围安排的发光元件升温的空气包围的部分。因此，在发光元件支撑体内侧部分，热可积累并且温度可增力口。在任一种上述光源单元中，发光元件支撑体的内侧部分可利用还未从发光元件获取热的冷却空气被有效冷却，由此可增强发光元件组合体的冷却性能。
[0103]在上述一个或多个光源单元中，导流器，如流向板21，被布置在发光元件组合体发光侧面对通风孔2的位置处，并且导流器将已经过通风孔2的冷却空气引导至发光元件组合体。通过这种配置，已经过通风孔2的冷却空气可从发光元件组合体有效地获取热，由此可增强冷却性能。
[0104]在上述一个或多个光源单兀中，散热器，如散热片15,与发光兀件支撑体一起被布置于发光元件组合体发光侧的后侧，以消散发光元件组合体的热，并且散热器具有通孔15c，其可与发光元件支撑体的通风孔2连通。通过这种配置，在不干扰经过通风孔2的冷却空气的流动的情况下，可获得由于散热器的冷却性能。
[0105]在上述一个或多个光源单元中，空气供应单元，如轴流式风扇3，被布置在发光元件组合体发光侧的后侧，以将冷却空气供应至通风孔2，并且部分由空气供应单元供应的冷却空气被引导至发光元件组合体的发光元件支撑体中发光侧的后侧。通过这种配置，通过应用一个空气供应单元，冷却空气可被供应至发光元件支撑体后侧和发光元件支撑体前侦牝以冷却发光元件支撑体。
[0106]在上述一个或多个光源单元中，空气供应单元，如轴流式风扇3，被布置在发光元件组合体的发光侧的后侧，以将冷却空气供应至通风孔2，并且防尘过滤器5被布置在空气供应单元进气侧、空气供应单元排气侧和通风孔2中至少一个位置处。通过这种配置，可抑制光源单元中杂质颗粒如灰尘在光学部件上的粘附，并且可抑制由于杂质颗粒粘附在光学部件上造成的光学性质退化，如光量减少。
[0107]在上述一个或多个光源单元中，光源外壳，例如由光源支撑体13和单元侧壁8组成，包围发光兀件支撑体和发光兀件组合体。光源外壳开设光出射口 IOa,从发光兀件组合体发射的光从该光出射口 IOa出射，并且已经过通风孔2的冷却空气可通过该光出射口 IOa排放到光源外壳夕卜侧。通过这种配置，在不降低光源外壳刚度的情况下，具有较宽面积的冷却空气排放口可以获得，由此冷却空气可从光源外壳被有效地排放，并且冷却空气的冷却性能可保持在较高水平。进一步，当光出射口 IOa (即，圆形孔IOa)用作冷却空气排放口时，在光出射口 IOa处发生冷却空气从光源外壳内侧向外侧的强吹。通过这种配置，即使光出射口 IOa是上述开口，杂质颗粒如灰尘不可轻易侵入光源外壳内部，由此，可几乎没有杂质颗粒侵入光源外壳。
[0108]在上述一个或多个光源单元中，布置第一导光部件如第一反射镜9和第二导光部件如第二反射镜10。第一导光部件被布置在发光元件组合体二维方向内部，并且第一导光部件将已入射第一导光部件的光引导至光源单元的光出射方向。从发光元件组合体发射的光入射第二导光部件，并且第二导光部件将该光的光路反射至第一导光部件。通过这种配置，可减小从发光元件组合体发射的光通量的横截面面积，并且可从光源单元出射密度增加的光通量。进一步，通过减小从光源单元出射的光通量的横截面面积，可缩短出射光束通量的光焦距，由此包括光源单元的投射机可在光源单元的光出射方向上尺寸紧凑。
[0109]在上述一个或多个光源单元中，第一导光部件被布置在发光元件组合体发光侧面对通风孔2的位置处，并且第一导光部件可用作导流器，将已经过通风孔2的冷却空气引导至发光元件组合体。通过这种配置，在不布置导流器一第一导光部件的其他部件一的情况下，可通过已经过通风孔2的冷却空气从发光元件组合体有效地获取热，并且可获得增强的冷却性能。
[0110]在上述一个或多个光源单元中，形成冷却空气的流动路径，使得已经过通风孔2的冷却空气撞触第二导光部件。通过这种配置，可抑制第二导光部件温度增加，并且可抑制由于热造成的第二导光部件光学性质改变。
[0111]图像投射设备，如图像投射设备20，可应用上述一个或多个光源单元；和光传输光学系统，以将从光源单元发射的光引导至图像生成器；以及投射光学系统，以放大和投射由图像生成器生成的图像。通过这种配置，可获得上述图像投射设备的效果。
[0112]在上述一个或多个光源单元中，冷却空气可通过被布置在发光元件组合体二维方向内部的通风孔从发光元件支撑体的后侧被供应至发光元件组合体发光元件支撑体的发光侧。通过这种配置，还未从光源获取热的冷却空气可被直接供应至发光元件支撑体二维方向的内部，由此发光元件组合体发光侧的发光元件支撑体二维方向的内部可被有效冷却。
[0113]根据上述教导，可以进行多种另外的修改和变化。因此要理解，在所附权利要求的范围内，本发明的公开内容可以与本文具体描述不同的其他方式实践。例如，不同实例和示例性实施方式的要素和/或特征可在本公开和所附权利要求的范围内相互组合和/或相互替代。
【权利要求】
1.光源单元，包括: 多个发光元件，其以分散形式在二维方向上布置，以一起形成发光元件组合体，所述发光元件组合体被配置以向目标发射光；和 发光元件支撑体，其支撑所述发光元件组合体的所述多个发光元件， 其中所述发光元件支撑体包括: 通风孔，处于所述发光元件组合体在二维方向上的内部，并且被配置以使从所述发光元件组合体的发光侧的后侧供应的冷却空气经过所述通风孔至所述发光元件组合体的发光侧。
2.权利要求1所述的光源单元，进一步包括: 导流器，其被布置在所述发光元件组合体发光侧面对所述通风孔的位置处， 其中所述导流器将已经过所述通风孔的所述冷却空气引导至所述发光元件组合体。
3.权利要求1所述的光源单元，进一步包括: 散热器，其与所述发光元件支撑体一起被布置在所述发光元件组合体发光侧的后侧，以消散所述发光元件组合体的热， 其中所述散热器具 有通孔，所述通孔可与所述发光元件支撑体的所述通风孔连通。
4.权利要求1所述的光源单元，进一步包括: 空气供应单元，其被布置在所述发光元件组合体发光侧的后侧，以将冷却空气供应至所述通风孔， 其中部分通过所述空气供应单元供应的冷却空气被导向所述发光元件组合体的所述发光元件支撑体中发光侧的后侧。
5.权利要求1所述的光源单元，进一步包括: 空气供应单元，其被布置在所述发光元件组合体发光侧的后侧，以将冷却空气供应至所述通风孔，和 防尘过滤器，其被布置在所述空气供应单元的进气侧、所述空气供应单元的排气侧和所述通风孔中至少一个位置处。
6.权利要求1所述的光源单元，进一步包括: 光源外壳，其包围所述发光元件支撑体和所述发光元件组合体， 其中所述光源外壳包括光出射口，从所述发光元件组合体发射的光从所述光出射口出射，其中已经过所述通风孔的所述冷却空气可通过所述光出射口排放到所述光源外壳外。
7.权利要求1所述的光源单元，进一步包括: 第一导光部件；和 第二导光部件， 其中所述第一导光部件被布置在所述发光元件组合体的二维方向内部，其中所述第一导光部件将已经入射所述第一导光部件的光引导至所述光源单元的光出射方向， 其中从所述发光元件组合体发射的光入射所述第二导光部件，并且所述第二导光部件将所述光的光路反射至所述第一导光部件。
8.权利要求7所述的光源单元，其中所述第一导光部件被布置在所述发光元件组合体发光侧面对所述通风孔的位置处，并且所述第一导光部件可用作导流器，以将已经过所述通风孔的所述冷却空气引导至所述发光元件组合体。
9.权利要求7所述的光源单元，进一步包括所述冷却空气的流动路径，已经过所述通风孔的所述冷却空气通过所述流动路径撞触所述第二导光部件。
10.图像投射设备，包括: 权利要求1所述的光源单元； 光传输光学系统，其将从所述光源单元发射的光引导至图像生成器；和 投射光学系统，其 放大和投射由所述图像生成器生成的图像。
【文档编号】F21V8/00GK104007604SQ201410066651
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】西森丈裕, 藤田和弘, 村井俊晴, 前田育夫, 高桥达也 申请人:株式会社理光