CN104049448A - 光源单元、发光设备及图像投射设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光源单元、发光设备及图像投射设备。一种光源单元，包括具有反射面的第一反射器；具有反射面的第二反射器；多个光源；以及布置在第一反射器和第二反射器之间的聚光光学系统。从多个光源发出的光束在第一反射器的反射面上的第一反射位置处反射，然后在第二反射器的反射面上的第二反射位置处反射。与第一反射位置相比，第二反射位置更接近聚光光学系统的光轴。聚光光学系统构造成当光束在第一反射器和第二反射器之间反射时，光束穿过聚光光学系统至少两次。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有多个光源的光源单元、一种具有所述光源单元的发光设备以及一种使用所述发光设备的图像投射设备。
背景技术
个人计算机的屏幕图像、视频图像以及存储在存储卡中的图像数据可被传送至已知为投射器图像投射设备，其可将图像投射至屏幕上。这些图像投射设备包括发光单元，发光单元使用高强度放电灯(例如，超高压汞灯)作为光源。放电灯可以低成本发出高强度光，但是在开灯之后需要一定时间来稳定地发出光。考虑到放电灯的这种问题，作为放电灯的替代光源，固体发光元件已发展为光源，固体发光元件是例如发光二极管(LED)、红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的激光二极管(LD)或有机电致发光器件(OEL)。
通过使用固体发光元件作为投影器的光源，可设想投影器的高速启动，并且可减少环境负担。例如，使用固体发光元件的光源单元可包括比如为蓝色激光二极管的第一光源(激发光源)和荧光材料，其中从蓝色激光二极管发出的作为激发光的激光束照射至荧光材料，激光束激发荧光材料以产生R、G和B光，使用诸如数字微镜装置(DMD)的光调制元件调制R、G和B光用于为各个像素分级，以产生彩色投射图像。
在使用激光二极管作为光源的图像投射设备中，如何确保光量成为重要问题，已提出将大量激光二极管以矩阵图案布置在平面上，或在两个维度上密集地布置大量激光二极管。
例如，可设想合成从以行和列布置在平面上的多个光源发出的光的构造，其中多个矩形反射镜以阶梯状图案布置，以缩短从各行中的光源发出的光通量之间的间隔，并缩短从各列中的光源发出的光通量之间的间隔。
考虑到光传输光学系统的紧凑尺寸和较高光效率，如果大量光源(例如，激光二极管)布置为激光光源，则从激光光源的各个光源(例如，激光二极管)发出的光需要聚焦在大致一个点处。
如果将从激光光源(光源)至光聚焦点的距离设定成较小，则在光聚焦点处的光入射角变得更大，在后面的光学部分的光利用效率变得较低，且光学系统的尺寸变得较大。
相比之下，如果将从激光光源(光源)至光聚焦点的距离设定成较大，则光聚焦点的波动由于激光、发光点和光学系统的公差而变得较大，这样，后面的光学部分利用从光源发出的光的光利用效率变得较低。这可通过增加透镜直径来解决，但是较大的透镜增加了光学系统的尺寸。
在上述构造中，光通量的横截面面积通过使用反射镜合成光束来减小。因为多个反射镜用于合成光束，所以需要设定和调整每个反射镜，需要用于以阶梯状图案布置多个反射镜的空间，这样，变得难以设计具有紧凑尺寸的光源单元。
发明内容
在本发明的一个方面中，设想了一种光源单元。该光源单元包括具有反射面的第一反射器；具有反射面的第二反射器；多个光源；以及布置在第一反射器和第二反射器之间的聚光光学系统。从多个光源发出的光束在第一反射器的反射面上的第一反射位置处反射，然后在第二反射器的反射面的第二反射位置处反射。与第一反射位置相比，第二反射位置更接近聚光光学系统的光轴。聚光光学系统构造为当光束在第一反射器和第二反射器之间反射时，使光束穿过聚光光学系统至少两次。
附图说明
参考附图，通过以下详细说明，可容易获得和理解对本发明及本发明的随后优点和特征的更完整评估。附图中：
图1为根据第一示例实施例的光源单元的示意性侧视图；
图2为图1的光源单元的光源组件的前视图；
图3为根据第一示例实施例的光源单元的示意性侧视图；
图4为根据第二示例实施例的光源单元的示意性侧视图；
图5为根据第三示例实施例的光源单元的示意性侧视图；
图6示出当第一示例实施例的光源单元的光源的耦合透镜移动时的光路；
图7示出当第二示例实施例的光源单元的光源的耦合透镜移动时的光路；
图8示出示出当第三示例实施例的光源单元的光源的耦合透镜移动时的光路；
图9A示出用于图1的光源单元的光聚焦点的条件；
图9B示出用于图6的光源单元的光聚焦点的条件；
图10A示出用于图4的光源单元的光聚焦点的条件；
图10B示出用于图7的光源单元的光聚焦点的条件；
图11A示出用于图5的光源单元的光聚焦点的条件；
图11B示出用于图8的光源单元的光聚焦点的条件；
图12示出第一示例实施例的光学系统的参数；
图13示出第二示例实施例的光学系统的参数；
图14示出第三示例实施例的光学系统的参数；以及
图15为发光设备和具有光源单元的图像投射设备的示意性构造。
附图意在描述本发明的示例实施例，但不应被认为是限制本发明的范围。除非明确地指出，附图不被认为是按比例绘制的，且相同或类似的参考数字在几个视图中都指示相同或类似的组件。
具体实施方式
现在给出本发明示例性实施例的描述。应注意，尽管诸如第一、第二等的术语在此可用于描述多个元件、组件、区域、层和/或部分，但是应理解的是这种元件、组件、区域、层和/或部分在此是不受限的，因为这种术语是相对的，即，只用于区分一个元件、组件、区域、层和/或部分与另一元件、组件、区域、层和/或部分。因此，例如，在不脱离本发明的教导的情况下，下文讨论的第一元件、组件、区域、层和/或部分可称为第二元件、组件、区域、层和/或部分。
此外，应注意，在此所用的术语只用于描述特定实施例的目的，不意在限制本发明。因此，例如，如本文所使用的，单数形式的“一个”及其变体，以及“所述”意在还包括复数形式，除非本文以别的方式清楚指出。而且，术语“包括”和/或其变体在用于该说明书中时明确了所声称特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但未排除一个或多个特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或附加。
此外，尽管在附图所示说明视图中为清楚起见使用了特定术语，但是本发明不限于这样选择的特定术语，而是应理解为各个特定元件包括具有类似功能，以类似方式操作及实现类似结果的所有技术等同物。现在参考示图，在下文中描述根据示例实施例的设备或系统。
该说明书描述了一种使用布置在平面上的多个光源的光合成方法的构造。具体而言，光源单元包括：具有反射面的第一反射器；具有反射面的第二反射器；多个光源；以及布置在第一反射器和第二反射器之间的聚光光学系统。从多个光源发出的光束在第一反射器的反射面上的第一反射位置处反射，然后在第二反射器的反射面的第二反射位置处反射。与第一反射位置相比，第二反射位置更接近聚光光学系统的光轴。聚光光学系统构造为当光束在第一反射器和第二反射器之间反射时，使光束穿过聚光光学系统至少两次。
(第一示例实施例)
图1是根据第一示例实施例的光源单元1的示意性侧视图，图2是光源单元1中包括的光源的示意性前视图。为了简化示图，图1示出布置两个光源的构造，但是光源单元1可布置有多个光源，如图2所示，例如十个光源。此外，图2示出光源和耦合透镜的构造。
例如，光源单元1包括光源组件2、聚光透镜L1、第一反射镜10和第二反射镜9。
光源组件2包括在两个维度上以圆形图案布置的多个光源11-1至11-10和多个耦合透镜12-1至12-10。
聚光透镜L1用作聚光光学系统以产生从光源组件2中的各个光源发出的光束的会聚光，其中产生该会聚光，同时减小光束朝向圆心的横截面面积。
第一反射镜10用作第一反射器，第二反射镜9用作第二反射器。
多个光源11-1至11-10和多个耦合透镜12-1至12-10以绕聚光透镜L1的光轴的同心圆形图案布置(图2)。
聚光透镜L1布置在第一反射镜10和第二反射镜9之间。
在图1示出的光源单元1中，多个光源11-1至11-10、第二反射镜9、多个耦合透镜12-1至12-10、聚光透镜L1、第一反射镜10以该顺序从左至右布置，其中图1中的最左侧为光辐射侧。
第二反射镜9和多个耦合透镜12-1至12-10的位置可相互交换，但是，与聚光透镜L1相比，第二反射镜9和多个耦合透镜12-1至12-10布置在光辐射侧。
例如，多个光源11-1至11-10均是诸如激光二极管的半导体激光器，从光源组件2发出的各个光的颜色可为同一颜色，或彼此不同的颜色。多个耦合透镜12-1至12-10均是由玻璃或塑料制成的凸透镜。
光源11-1至11-10和相应耦合透镜12-1至12-10面向彼此，使得光源11-1至11-10的光轴和相应耦合透镜12-1至12-10的曲率中心轴线彼此对准。耦合透镜12-1至12-10均包括准直透镜，其将从光源发出的光转变为平行光或会聚光。
通过以上述构造布置光源11-1至11-10和耦合透镜12-1至12-10，从各个光源11-1至11-10发出的光通过相应耦合透镜12-1至12-10(面向相应光源11-1至11-10)，然后进入聚光透镜L1。
然后，通过使用诸如面向耦合透镜12-1至12-10的聚光透镜L1的单个聚光透镜，可获得关于第一反射镜10朝着圆心倾斜的大致锥形光。
因为光源组件2构造为具有光源11-1至11-10和耦合透镜12-1至12-10的组合，耦合透镜12-1至12-10将从光源11-1至11-10发出的光转变为平行光或会聚光(即使从光源11-1至11-10发出的光是发散光也如此)，所以使光通过耦合透镜12-1至12-10可有效地利用从光源发出的光。
如图3(a)所示，第一反射镜10具有反射面10a，第二反射镜9具有反射面9a，第一反射镜10和第二反射镜9布置成反射面10a和反射面9a面向彼此。在示例实施例中，第一反射镜10和第二反射镜9均为单个反射镜。如图3(a)所示，通过使用形成在支撑器30中的保持部件31、32、33、34、35，可将光源11-1至11-10、耦合透镜12-1至12-10、聚光透镜L1、第二反射镜9和第一反射镜10支撑在支撑器30中。
例如，支撑器30由诸如铝的金属和成型树脂制成，支撑器30可与保持部件31至35一体形成，或者支撑器30和保持部件31至35可分离地形成，然后结合在一起成为整体化单元。
第一反射镜10由诸如玻璃板的平行板制成。可通过将银膜或诸如铝层的电介质多层沉积在第一反射镜10的一个表面上而在第一反射镜10的一个表面上形成用作反射镜的反射面10a。第一反射镜10通过保持部件35保持在支撑器30中。
第一反射镜10包括用于使光束通过的通光部分。例如，通光部分可为开口部10b，其设置在第一反射镜10的中央部分，其中该开口部10b例如形成为通孔。替代地，通光部分可形成为不具有诸如通孔的开口。例如，可通过将铝层沉积在玻璃板上而不将铝沉积在对应于开口部10b的位置来形成通光部分，这意味着铝层以环形图案形成在玻璃板上，且未形成铝层的环形图案中央部分可用作通光部分，其可用于替代开口部10b，其中可以节省用于通孔的加工成本。如上所述，通光部分可形成在透明板上，或者可形成为光可通过的通孔，其中透明板不存在于通光部分处。
第二反射镜9由诸如玻璃板的平行板制成。可通过将银膜或诸如铝层的电介质多层沉积在第二反射镜9的一个表面上而在第二反射镜9的一个表面上形成用作反射镜的反射面9a。第二反射镜9通过保持部件34保持在支撑器30中，同时保持部件34保持第二反射镜9的非反射侧，而不会遮挡光的光路。与具有用于各个光源的反射镜的构造相比，通过使用单个第一反射镜10和单个第二反射镜9，可更容易进行光聚焦点的位置调整。
从光源组件2的光源11-1至11-10发出的光束有效地进入相应耦合透镜12-1至12-10，并变为大致平行光或大致聚焦光，然后，光束通过聚光透镜L1。
通过聚光透镜L1的光束可由第一反射镜10的反射面10a朝向耦合透镜12-1至12-10反射，并再次通过聚光透镜L1，然后光束由布置在光源组件2一侧的第二反射镜9的反射面9a朝向第一反射镜10反射。然后，光束再次通过聚光透镜L1，并被引导至第一反射镜10的反射面10a。在该情况中，将第一反射镜10和第二反射镜9之间的光反射次数的数量设为一次，在这种反射之后，光从第一反射镜10的用作通光部分的开口部10b出射。
如果将第一反射镜10和第二反射镜9之间的光反射次数的数量设为多次，则光在第一反射镜10的反射面10a和第二反射镜9的反射面9a之间反复反射多次，同时当在第一反射镜10的反射面10a和第二反射镜9的反射面9a之间反射时通过聚光透镜L1，然后，光从第一反射镜10的开口部10b出射。
在该构造中，从各个光源11-1至11-10发出的光进入聚光透镜L1，并由聚光透镜L1折射，然后朝向第一反射镜10的反射面10a出射，然后入射至反射面10a。
入射至反射面10a的光由反射面10a朝向第二反射镜9反射，并再次进入聚光透镜L1，在聚光透镜L1中折射，然后由第二反射镜9的反射面9a朝向第一反射镜10(第一反射器)反射，而后再次进入聚光透镜L1并在聚光透镜L1中折射，然后入射至第一反射镜10(第一反射器)。然后，从第二反射镜9(第二反射器)的反射面9a反射至第一反射镜10(第一反射器)的光从第一反射镜10的开口部10b出射。
在上述构造中，与第一反射镜10(第一反射器)的反射面10a上的反射位置相比，从光源11-1至11-10发出的光在第二反射镜9(第二反射器)的反射面9a上的反射位置处变得更接近聚光透镜L1的光轴。在第一示例实施例中，由各第一反射镜10和第二反射镜9反射的次数的数量被设定为一次。
如上所述，从多个光源11-1至11-10发出且从耦合透镜12-1至12-10出射的光在第一反射镜10和第二反射镜9之间反射给定的次数，例如，一次或多次，这样，用于合成从光源11-1至11-10发出的光束的距离可较短，光源单元1在尺寸上可紧凑。
合成的光束可变成光束通量K，同时横截面面积减小，由此可增加光束通量K的光密度，在该情况下可发射出具有高光密度的光束通量K。
此外，在第一示例实施例中，即使各个光源11-1至11-10和耦合透镜12-1至12-10的附接位置因公差而有所波动，从光源11-1至11-10发出的光束仍共同进入聚光透镜L1，在该情况下可抑制光聚焦点的波动，其中，不再需要对于各个光源和耦合透镜的调整机构，并且调整过程可简化，可降低光源的成本。
此外，从光源11-1至11-10发出的光束在通过聚光透镜L1时，由于聚光透镜L1的折射效应而倾斜地进入聚光透镜L1，且变得更接近第一反射镜10的中央部分，在该情况下，光束可以较短距离合成。
因为聚光透镜L1位于第一反射镜10和第二反射镜9之间，所以从光源11-1至11-10发出的光束通过聚光透镜L1多次。因此，与光束通过聚光透镜L1仅一次的构造相比，将光束从光源组件2聚集至一个点所需的聚光透镜L1的屈光能力可设得较小。
因此，球差可被设得较小，即使光源11-1至11-10的发光点位置和耦合透镜12-1至12-10的位置由于公差而波动，仍可减少光聚焦点的波动。
通过将聚光透镜L1布置在第一反射镜10和第二反射镜9之间，可将第一反射镜10和第二反射镜9之间的光路长度设得较长。在该构造的情况下，可将从光源11-1至11-10到光聚焦点的距离设得较短，这样，光传输光学系统在尺寸上可是紧凑的。
在图3的构造中，可将在第一反射镜10和第二反射镜9处的光反射次数的数量设为一次。
此外，通过调节聚光透镜L1的焦距，可将在第一反射镜10和第二反射镜9处的光反射次数的数量设为多次。在该构造中，从光源11-1至11-10发出的光束通过聚光透镜L1聚集和折射，然后，光在第一反射镜10的反射面和第二反射镜9的反射面之间反复反射，而后，光从形成在第一反射镜10中央部分的通光部分出射。如果光在第一反射镜10和第二反射镜9之间反复反射多次，则合成从光源11-1至11-10发出的光束的距离可缩短。此外，与对应于光的一次反射的光通量K的横截面面积相比，对应于多次反射的光通量K的横截面面积可减小，这样，光通量K的密度可增加，可发射出具有高亮度的光通量，另外，可减小光源单元或设备的尺寸。
图4是根据第二示例实施例的光源单元1A的示意性侧视图。与第一示例实施例不同，第二示例实施例的聚光光学系统包括多个聚光透镜。具体而言，聚光光学系统包括聚光透镜L1和反向面向聚光透镜L1的聚光透镜L2。在第二示例实施例中，聚光透镜L1和L2位于第一反射镜10和第二反射镜9之间。在第二示例实施例中，通过各个第一反射镜10和第二反射镜9反射的光反射次数可设为一次。
当光源单元具有两个透镜时，例如，当光源单元1A具有聚光透镜L1和L2时，与第一示例实施例相比，每个透镜的曲率半径可设得比第一示例实施例更小，这样，球差可得到抑制。因此，即使光源11-1至11-10的发光点的位置和耦合透镜12-1至12-10的位置由于公差而波动，仍可减少光聚焦点的波动。
此外，在第二示例实施例中，诸如聚光透镜L1和L2的两个透镜位于第一反射镜10和第二反射镜9之间，但布置关系不限于此。例如，第一反射镜10和第二反射镜9中的一个可位于聚光透镜L1和L2之间，或者第一反射镜10和第二反射镜9二者可位于聚光透镜L1和L2之间。
在这些布置的情况下，当光束在第一反射镜10和第二反射镜9之间反射时，可调整光通过聚光透镜L1和L2的次数，并可调整光的聚焦能力，这样，可调整光聚焦点的z方向位置。
在第二示例实施例中，使用诸如聚光透镜L1和L2的两个透镜，但是透镜的数量可以是三个或更多个。通过增加透镜的数量，可进一步抑制球差，因此，即使光源11-1至11-10的发光点的位置和耦合透镜12-1至12-10的位置由于公差而波动，仍可进一步减少光聚焦点的波动。
图5是根据第三示例实施例的光源单元1B的示意性侧视图。与第一示例实施例不同，光源单元1B具有使用非球面形状构件的聚光光学系统。具体而言，聚光光学系统使用非球面透镜L3。在第三示例实施例中，由各个第一反射镜10和第二反射镜9反射的光反射次数被设为一次。
从光源11-1至11-10发出的光束在第一反射镜10和第二反射镜9之间反射时通过非球面透镜L3(用作聚光透镜)多次，其中光在非球面透镜L3中通过的位置每次都不同。因此，通过使具有非球面形状的聚光透镜(如使用非球面透镜L3)作为聚光透镜，各个光入射位置的曲率半径可设在合适的水平，这样可增加设计的自由度，因此，即使光源11-1至11-10的发光点位置和耦合透镜12-1至12-10的位置由于公差而波动，仍可减少光聚焦点的波动。
如果将第一示例实施例、第二示例实施例和第三示例实施例中的第一反射镜10和第二反射镜9之间的反射次数设为多次，则与一次反射相比，将光束从光源组件2聚集至一个点所需的聚光透镜L1的屈光能力可设得较小。因此，球差可被设得较小，即使光源11-1至11-10的发光点位置和耦合透镜12-1至12-10的位置由于公差而波动，仍可进一步减少光聚焦点的波动。
描述了一种抑制第一示例实施例、第二示例实施例和第三示例实施例中的光聚焦点波动的构造。
图6示出当第一示例实施例的光源单元1(图1)的光源的耦合透镜朝着光源单元1的内部移动0.5mm时的光路(合成了多个光通量的方向)。图7示出当第二示例实施例的光源单元1A(图4)的光源的耦合透镜朝着光源单元1A的内部移动0.5mm时的光路(合成了多个光通量的方向)。图8示出当第三示例实施例的光源单元1B(图5)的光源的耦合透镜朝着光源单元1B的内部移动0.5mm时的光路(合成了多个光通量的方向)。耦合透镜的这些移动呈现为耦合透镜的波动。
图9至11示出在耦合透镜移动或不移动的情况下，光源单元1(第一示例实施例)、光源单元1A(第二示例实施例)和光源单元1B(第三示例实施例)的光聚焦点处的辐射分布。图9A、图10A和图11A分别示出图3、图4和图5中示出的光源单元的光聚焦点处的辐射分布。图9B、图10B和图11B分别示出在移动0.5mm时图6、图7和图8中示出的光源单元的光聚焦点处的辐射分布，其中未考虑设计公差。
通过在计算机程序上准备各个光源单元的模式以及模拟聚光面4上的辐射分布并绘制数据，制备了图9至图11中示出的辐射分布。为了简化附图，图9至图11仅示出两个光源和两个耦合透镜，例如关于x轴对称布置的光源11-1和11-6以及耦合透镜12-1和12-6。另外，在图9至图11的情况下，从光源至光聚焦点的距离设为具有相同的距离。
如图9A所示，当第一示例实施例中没有移动(即，没有偏离)时，来自多个光源的光束聚焦在一个点，束直径为约1mm。然而，如图9B所示，当存在移动(即，偏离)时，来自多个光源的光束不聚焦在一个点，其中各个光聚焦点位置彼此偏离，并且光聚焦点位置具有约11mm的宽度。
如图10A所示，当第二示例实施例中没有移动(即，没有偏离)时，来自多个光源的光束聚焦在一个点，束直径为约1mm。然而，如图10B所示，当存在移动(即，偏离)时，来自多个光源的光束不聚焦在一个点，其中各个光聚焦点位置彼此偏离，并且光聚焦点位置具有约10mm的宽度。
如图11A所示，当第三示例实施例中没有移动(即，没有偏离)时，来自多个光源的光束聚焦在一个点，束直径为约1mm。然而，如图11B所示，当存在移动(即，偏离)时，来自多个光源的光束不聚焦在一个点，其中各个光聚焦点位置彼此偏离，并且光聚焦点位置具有约8.8mm的宽度。
基于这些用于光聚焦点的辐射分布，与使用一个聚光透镜的第一示例实施例相比，使用多个聚光透镜的第二示例实施例可抑制光聚焦点的波动，因为通过使用诸如两个的多个聚光透镜，与第一示例实施例的曲率半径相比，每个聚光透镜的曲率半径可被设为更小。因此，可抑制球差，即使光源11-1至11-10的发光点位置和耦合透镜12-1至12-10的位置由于公差而波动，仍可进一步减少光聚焦点的波动。在该构造的情况中，可将光有效地引导至光聚焦点之后的光学系统，这样可设想具有高效率的光传输光学系统。
如果聚光光学系统使用非球面形状构件(如第三示例实施例所公开)，则与使用两个聚光透镜用于聚光光学系统的第二示例实施例相比，可抑制发生移动时的光聚焦点位置的偏离。通过使用非球面形状的聚光透镜，即使光源11-1至11-10的发光点位置和耦合透镜12-1至12-10的位置由于公差而波动，仍可进一步减少并抑制光聚焦点的波动。
在上述各个光源单元中，由第一反射镜10和第二反射镜9反射的光从第一反射镜10的中心位置发出作为光通量K，而诸如用作通光部分的开口部10b的光出射位置不限于第一反射镜10的中心部分。另外，第二反射镜9的位置不限于支撑器30的中心位置。通光部分的位置和第二反射镜9的位置可根据出射方向和角度而变化。
在上述各个光源单元中，耦合透镜12-1至12-10及光源11-1至11-10共轴布置，但是耦合透镜12-1至12-10可关于各个光源的光轴离心布置。在该构造的情况下，从光源发出的光束在从耦合透镜12-1至12-10出射之后变为横截面面积减小的会聚光，与共轴构造相比，优选地，可将聚光透镜L1的屈光能力设为较小。
在上述各个光源单元中，光源组件2以绕聚光透镜L1、L2和L3的光轴的同心圆形图案布置，但是还可使用其它布置。例如，光源组件2可以半圆弧图案布置，这是一种同心圆形图案，或者，光源组件2可以矩形图案布置。另外，光源组件2的直径不限于图中所示直径。例如，通过减小光源组件2的直径，光源单元在垂直于z方向(即，光轴方向)的x方向和y方向上的尺寸可减小，这样，光源单元、发光设备以及后面描述的图像投射设备可在尺寸上是紧凑的。
描述第一至第三示例实施例的光学系统的参数。第一至第三示例实施例中各个部件的面对面距离定义为如图12、图13和图14所示。另外，当透镜凸向z方向时，定义曲率半径为+，透镜在-z侧的表定义面为R1，R1的相对面定义为R2。另外，透镜之间的面对面距离为透镜曲率中心轴线之间的距离。因为第一示例实施例使用一个聚光透镜，所以将参数放入L1部分中。另外，a1表示y方向上的从光聚焦点至光源的发光点的高度。
表1至7示出第一至第三示例实施例的面对面距离、曲率半径、厚度、折射率、阿贝数和非球面系数。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
描述具有上述光源单元中任一个的发光设备和图像投射设备。图15是具有发光设备100的诸如投影仪器200的图像投射设备的示意性构造。
发光设备100可使用上述第一至第三示例实施例的光源单元1、1A和1B中的任一个作为光源单元。如果使用了尺寸紧凑的光源单元1、1A和1B中的任一个，则发光设备100和投影仪200在尺寸上也是紧凑的。例如，当使用第三示例实施例的光源单元1B(其在第一反射镜10和第二反射镜9之间反射来自光源的光束多次)时，合成光束的单元的尺寸在光轴方向(图15的z方向)上是紧凑的，因此，发光设备100和投影器200可在尺寸上是紧凑的。
如图15所示，例如，投影器200包括具有光源单元1的电源单元100、用作光量均匀化单元的积分棒201、图像产生面板203、中继透镜202和投射透镜204。中继透镜202用作光传输光学系统，以将光(其光强度通过积分棒201均匀化)传输至图像产生面板203。投射透镜204用作投影光学系统，以放大和投射由图像产生面板203产生的图像。
在图15的情况下，投影器200的图像产生面板203为基于调制信号产生图像的透过型面板，但是还可使用其它面板，例如反射型面板和数字微镜器件(DMD)面板。另外，积分棒201是光量均匀化单元的示例，可使用其它光量均匀化单元。另外，中继透镜202是光传输光学系统的一个示例，投射透镜204是投影光学系统的一个示例。
在发光设备100中，光源单元用于发出多种颜色光，在多种颜色之间，光源单元产生并发出至少一种颜色的光。具体而言，例如，发光设备100包括光源单元1、耦合透镜421至422、光源单元440、耦合透镜441、反射镜204、分色镜208和442、具有透过区域和反射区域的反射/透过轮400以及荧光材料轮207。
光源单元1发出例如具有蓝色波长A的光，而光源单元440发出例如具有与波长A不同的红色波长C的光。另外，例如，分色镜442反射具有波长A的光，透过具有其它波长的光，而分色镜208反射具有波长B的光，透过具有其它波长的光。
描述具有波长A且从光源单元1发出的光的光路。当反射/透过轮400的反射区域位于具有波长A的光的光路中时，光入射至反射/透过轮400，然后以给定角度反射。具有波长A的光从反射/透过轮400反射并出射，然后通过耦合透镜421，而后在分色镜442处以给定角度反射，通过分色镜208，然后进入积分棒201。
当反射/透过轮400的透过区域位于具有波长A的光的光路中时，光入射至反射/透过轮400，然后通过反射/透过轮400，而后经由耦合透镜422入射至反射镜204。然后，光在反射镜204处以给定角度反射，而后通过分色镜208，入射至荧光材料轮207。入射至荧光材料轮207的具有波长A的光经由聚光元件230辐射至荧光材料231。
荧光材料231由具有波长A的光激发，并发射具有比波长A长的波长B的光。具有波长B的光由板232反射，然后经由聚光元件230入射至分色镜208，以给定角度由分色镜208反射，并进入积分棒201。荧光材料231可以环形图案形成在荧光材料轮207的整个外围上。
从光源单元440发射的具有波长C的光经由耦合透镜441入射至分色镜442。具有波长C的光通过分色镜442，进一步通过分色镜208，然后进入积分棒201。进入积分棒201的各个光出射至中继透镜202，然后经由中继透镜202辐射至图像产生面板203，而后利用投射透镜204投射至外部屏幕上。
通过采用上述光源单元用于投影器200，从多个光源发出的光束可合成为具有高光强度和减小的横截面面积的光束通量K，并且可将到积分棒201的入射角设为较小。因此，辐射在图像产生面板203上的光面积可减小，由此，可使用具有较小数值孔径(NA)(这意味着较大的F数透镜)的投射透镜204。因此，投射透镜204可易于设计和制造，成像性能可易于保持在足够好的水平上。上述图像投射设备200的尺寸紧凑，同时使用多个光源并均匀化光强度。
上述光源单元1、1A和1B可应用于发光设备100和其他设备。例如，上述光源单元1、1A和1B可应用于使用仅从光源单元发出的光作为激发光来撞击荧光材料的发光设备，或者具有该发光设备的图像投射设备。另外，例如，发光二极管(LED)可用作红色和蓝色光，通过使用上述光源单元的激发光产生的荧光可用作绿色光。
在上述示例实施例中，使用多个光源的光源单元在尺寸上可以是紧凑的，提高了对来自光源的光的利用效率，而不增加光学系统的尺寸，并且使用上述光源单元的发光设备和图像投射设备在尺寸上可以是紧凑的。
在上述示例实施例中，从多个光源中的每一个发出的光束由聚光光学系统折射，并在第一反射器10和第二反射器9的反射面反射，其中在第一反射器10和第二反射器9的反射面反射的光束在光束穿过聚光光学系统时由聚光光学系统折射，并且第二反射器9的反射位置与第一反射器的反射位置相比更接近诸如聚光透镜的聚光光学系统的光轴。如上所述，从多个光源发出的光束在穿过聚光光学系统多次时，在反射镜的多个反射面之间反射给定次数，例如，一次或多次，这样，用于合成从光源发出的光束的距离可缩短，光源单元在尺寸上可紧凑。因此，具有上述高效率和紧凑光源单元的图像投射设备在尺寸上可以是紧凑的。
在上述教导下，可进行许多附加修改和变化。因此，可理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明的公开可在除了这里明确所述情况之外的情况中实行。例如，在本发明和所附权利要求的范围中，不同示例和说明性实施例的元件和/或特征可彼此组合及/或彼此取代。
Claims (8)
1.一种光源单元，包含：
具有反射面的第一反射器；
具有反射面的第二反射器；
多个光源；以及
聚光光学系统，布置在所述第一反射器和所述第二反射器之间，
其中，从所述多个光源发出的光束在所述第一反射器的反射面上的第一反射位置处反射，然后，在所述第二反射器的反射面上的第二反射位置处反射，
与所述第一反射位置相比，所述第二反射位置更接近所述聚光光学系统的光轴，
所述聚光光学系统构造成当所述光束在所述第一反射器和所述第二反射器之间反射时，所述光束穿过所述聚光光学系统至少两次。
2.如权利要求1所述的光源单元，其中，在从光出射面侧观察时，所述多个光源布置在所述第一反射器周围，
其中，所述第一反射器的反射面和所述第二反射器的反射面布置成面向彼此，
从所述多个光源发出的光束进入所述聚光光学系统，然后穿过所述聚光光学系统，出射到所述第一反射器的反射面，接着从所述第一反射器的反射面反射至所述聚光光学系统，而后穿过所述聚光光学系统，在所述第二反射器的反射面反射，随后出射到所述第一反射器。
3.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述聚光光学系统包括多个聚光透镜。
4.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述聚光光学系统采用非球面形状。
5.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述第一反射器由平行板制成，所述平行板具有能通光的中央部分。
6.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述多个光源是多个激光器元件，所述多个激光器元件与多个耦合透镜结合，所述多个耦合透镜将从所述激光器元件发出的光转换为平行光或会聚光，所结合的多个激光器元件和多个耦合透镜构造为光源组件。
7.一种用于发出多种颜色的光的发光设备，包含：
如权利要求1所述的光源单元，其中，所述光源单元产生并发出具有所述多种颜色中的至少一种颜色的光。
8.一种图像投射设备，包含：
如权利要求7所述的发光设备。
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