CN104635410A - 照明光源装置以及图像投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明光源装置和图像投影装置，其目的在于提供有助于延长马达使用寿命且能够防止尘埃附着到萤光体和光学元件上引起光利用效率下降的照明光源装置。照明光源装置(100)具备：发射励起光的光源(1a)、用来驱动作为波长转换部件的可转动荧光体(5)转动的马达(6)、用来会聚光源(1a)发射的励起光的励起光会聚光学系统(101)、用来形成收纳光源(1a)和荧光体(5)以及励起光会聚光学系统(101)的密闭空间的筐体(18)，其中，马达(6)被设置为至少有一部分突出到所述筐体(18)以外。

Description

照明光源装置以及图像投影装置

技术领域

本发明涉及照明光源装置和图像投影装置，具体涉及减小用于这些装置中的元件发热所产生的影响，防止元件上附着尘埃。

背景技术

现在经常用投影仪作为图像投影装置，将图像投影到屏幕上用以视听。投影的图像一般基于个人计算机画面或录像画面，进而还有基于存储卡等中保存的图像数据。

上述投影仪能够将光源发射的光被会聚到被称之为数字微镜器件(DMD)的微镜显示元件或液晶板上，在屏幕上显示彩色图像。

以往，上述投影机主要采用高亮度放电灯作为光源，但是近年来，投影机经常采用结合发射励起光的固体发光元件和吸收励起光并将光转换到具有规定波长带域的萤光体构成的光源装置。

对于固体发光元件，有不少方案提倡使用发光二极管(LED)和激光二极光(LD)，或者利用有机EL等半导体元件。

用荧光材料的填料分散到有机粘结剂中形成复合材料，而后将该复合材料涂布在基板上，便形成荧光体。可以用透明玻璃板或金属板、陶瓷等作为基板。

上述光源装置与放电灯相比，例如在颜色重现性能、发光效率、光利用效率、以及使用寿命等方面有望得到提高改善。由于是点光源(或平行光束)，照明系统设计方便，颜色合成也相对简单，进而，该光源装置还有一个优点，即能够减小作为投影透镜分辨率之一的NA(孔径系数)值。

光源装置，尤其是用于要求具有高亮度的图像投影装置的光源装置通常用激光二极管作为发光装置，激光二极管发射的励起光经过会聚后光密度提高，照射到荧光体上。

为此，在荧光体中与光会聚点对应的部位上，荧光材料即便有微小的光损失，也会产生高热量，该光损失引起的发热与改变励起光波长时产生的发热互相作用，使得荧光体温度大幅度上升。

荧光体成为高温后会引起以下诸问题，即荧光体中含有的有机粘结剂变质、荧光材料的荧光发光量下降(温度消光)，荧光体波长转换效率下降。

为了解决上述萤光体温度上升引起的问题，专利文献1(JP特开2012－181431号公报)提出用马达驱动设有萤光体的基体转动，使得励起光的会聚光点相对于萤光体相对移动的方案。

该方案提出的构成中包含发射励起光的发光装置、受马达驱动而转动的转动荧光板、以及位于转动荧光板的萤光层一侧对面，用多片叶片向励起光照射位置吹风的离心吹风扇。

上述方案中，会聚光点所对应的萤光体部位即便发热，该部位也立即离开会聚光点，并且在下一次受会聚光点照射之前受到周围空气的冷却。因此，与某个特定部位受到励起光连续照射的情况相比，该方案能够抑制萤光体温度上升。

另一方面，如果萤光体上附着尘埃，光将受到尘埃吸收或散乱，从而产生光利用效率下降问题。

对此，专利文献2(JP特开2012－18762号公报)提供一种用于防止萤光体上附着尘埃的方案。该方案包含收纳光源的光源收纳部、以及用来收纳在马达驱动下转动的萤光体的萤光体转轮收纳部。

上述方案具备能够以互相独立的空间分别构成收纳光源收纳部和萤光体转轮收纳部的筐体，并封闭萤光体转轮收纳部使其与外部隔绝。

上述方案中的萤光体转轮被收纳与外部隔绝的密闭空间中，因而能够防止尘埃直接附着到萤光体层上。而且与专利文献1的方案相同，会聚光点所对应的萤光体部位即便发热，该部位也立即离开会聚光点，并且在下一次受会聚光点照射之前受到周围空气的冷却。

进而，因具备独立空间，抑制光源产生的热量传到萤光体上，这也有利于抑制发热引起萤光体光转换效率的下降，抑制波长转换部件产生热量使得光源冷却效率下降，进而抑制发光效率下降。

但是，上述方案因收纳萤光体的空间与设置驱动萤光体转动的马达的空间为同一个空间，因此，萤光体发热引起周围空气温度上升会影响到马达，不利于马达的使用寿命。也就是说，萤光体原本是通过密闭空间中周围的空气来冷却的，但是周围温度随着时间逐渐上升，使得马达温度超过正常温度，从而发生马达使用寿命下降的问题。

对此，可以考虑将萤光体和马达设置在开放空间，用外部空气来冷却。然而，这样外部尘埃便容易进入，使萤光体上容易附着尘埃。

发明内容

本发明是鉴于上述现有技术中的问题提出的解决方案，其目的在于提供一种能够防止尘埃附着到萤光体和光学元件上引起光利用效率下降的照明光源装置以及图像投影装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种照明光源装置，其中具备：光源，用来发射励起光；马达，用来驱动作为波长转换部件的可转动荧光体转动；励起光会聚光学系统，用来会聚所述光源发射的励起光；以及，筐体，用来形成收纳所述光源、所述荧光体、以及所述励起光会聚光学系统的密闭空间，其中，所述马达被设置为至少有一部分突出到所述筐体以外。

本发明的效果在于，在被收纳在具有密闭空间的筐体内的元件中，马达的至少一部分突出到筐体以外，为此，马达受到外部而不是密闭空间的冷却。据此，即便荧光体产生的热量使得密闭空间内的马达周围气氛温度上升，也能够抑制马达升温，防止马达使用寿命下降。同时，由于阻止外部尘埃进入，因而能够防止励起光或荧光体层发射的光被尘埃吸收或散乱现象的发生，抑制光利用效率下降。

附图说明

图1是本发明实施方式涉及的照明光源装置的结构示意图。

图2是图1所示照明光源装置中的光路转换板的结构示意图。

图3是图1所示照明光源装置中的色成分转换盘的结构示意图。

图4是本发明另一种实施方式涉及的照明光源装置的结构示意图。

图5是本发明再一种实施方式涉及的照明光源装置的结构示意图。

图6是图5所示照明光源装置中荧光板的驱动机构的示意图。

图7是采用本发明实施方式涉及的照明光源装置的图像投影装置的结构示意图。

具体实施方式

以下参考附图描述本发明的实施方式。

图1所示的照明光源装置100具备光源部1、光路转换盘3、用来会聚从光路转换盘3射出的光的励起光会聚光学系统101、构成萤光体的萤光体转轮5、分光镜9、以及聚光镜14和16。

以下详述上述各部。

光源部1包含作为发射激光(励起光)的光源的激光二极管(LD)1a、耦合静1b、以及聚光镜1c。

激光二极管保持体2上设有多个激光二极管1a，对应于各个激光二极管1a，相应地设有多个耦合镜1b。

激光二极管1a发射的激光受到耦合镜会聚后，作为平行光束射往聚光镜1c。

聚光镜1c用来会聚经过各耦合镜1b后成为平行光束的激光。在此描述的是发射蓝色成分光的激光二极管1a，但其同样适用于发射绿色成分激光和发射红色成分激光的激光二极管。此外还可以用LED来代替激光二极管(LD)。

光路转换盘3作为光路转换部，在其上面，例如蓝色成分的激光经过聚光镜1c成为圆点形状的光点。为了防止混色等，激光光点被定为具有适当大小。激光也可以经过未图示反射镜发射后之射往光路转换盘3。

如图2所示，光路转换盘3以光路时分割用转盘构成，其中具有反射区域3a和透射区域3b，而沿着转动方向光被分割为第一区域的光和第二区域的光，在此，反射区域3a用来反射第一区域的光，透射区域3b不用来反射而是让第二区域的光透射。光路转换盘3被设置为相对于聚光镜11的光轴倾斜(在此相对于该光轴的倾斜角度为45度)。

光路转换盘3如图1所示，可在作为驱动源的步进马达4的驱动下转动。图2中的标记4a表示步进马达的驱动轴。

图2所示的光路转换盘3的反射区域3a中蓝色成分激光入射的表面上设有反射膜。而在光路转换盘3的透射区域3b中蓝色成分激光入射的表面上形成反射防止膜，该反射防止膜的相反一侧表面上形成扩散面。

扩散面用于去除激光斑点。此外，还可以在光路转换盘3上设置转动扩散板，用以取代上述扩散面。

以下描述光源1发射的光的光路。

通过透射区域3b的蓝色成分激光的光路经过备用于作为励起光光学系统101的聚光镜11以及反射镜12，入射可转动的荧光体即荧光体转轮5。入射荧光体转轮5的蓝色成分激光从荧光体转轮5射出后，经过荧光会聚光学系统102的分色镜9和聚光镜16，入射光通道17。还可以用上述各光学系统兼顾为位于荧光体转轮5前方的聚光镜14。光通道17利用具备以内表面为反射面的导光路的公知结构。

荧光体转轮5以转动圆盘构成，图1中的标记6是作为荧光体转轮5的驱动源的步进马达。

入射光路转换盘3中反射区域3a的激光经由聚光镜7以及反射镜8后，通过用于作为荧光会聚光学系统102的分色镜9以及聚光镜16，入射光通道17。

荧光体转轮5上涂布荧光膜5a，该荧光膜5a受到光源部1发射的蓝色成分激光照射后产生荧光，该荧光包含与该蓝色成分激光不同的绿色成分荧光和红色成分荧光。

通过转动荧光体转轮5，能够防止激光照射同一个部位，抑制荧光膜5a变质。

可以用两种荧光材料的混合物作为荧光膜5a的荧光材料，例如受到蓝色成分激光照射，励起后发生绿色成分荧光的荧光材料和发生红色成分荧光的荧光材料(产生黄色成分的荧光材料)的混合物，但本发明的荧光材料不受此限制。

在蓝色成分激光透射之后射往荧光体转轮的光路上设有构成励起光会聚光学系统的聚光镜11、反射镜12、分色镜9、以及聚光镜14。

聚光镜11起到会聚透过透射区域3b的蓝色成分激光，并将该激光转换成平行光的作用。

分光镜9用来使蓝色成分激光透射后射往荧光体，同时还用来反射蓝色成分以外成分的激光色成分的荧光，使该荧光射往作为色成分转换部的色成分转换盘10的功能。

聚光镜14用来将平行光束以光点形状会聚到荧光体5上，并将在荧光体转轮5上产生的荧光转换成平行光束的功能。

分光镜9和色成分转换盘10之间设有构成荧光会聚光学系统102的聚光镜16。受到分色镜9反射的荧光被聚光镜16会聚后射往色成分转换盘10，透过色成分转换盘10的光射往光通道17。

以下描述以上述构成为对象的本实施方式的特征。

图1所示的构成的特征在于，收纳荧光体转轮5的筐体(照明系统的筐体18)的密闭空间内部设有能够防止步进马达6周围气氛温度上升引起步进马达温度上升的结构。

如图1所示，位于光源部1和色成分转换盘0之间光路上的各光学元件被设置在照明系统筐体18内部的密闭空间之中，与外界隔绝。

在照明系统筐体18内部，上述光学元件中以荧光体转轮5为驱动对象的步进马达6被设为至少有一部分突出到照明系统筐体的外部。另外在图1所示的构成中，位于上述光路上的光学元件中，驱动荧光体转轮5以外的光路转换盘3转动的步进马达4也被设为其中一部分突出到照明系统筐体18以外。

据此，步进马达4和6的发热可通过突出到照明系统筐体18外的突出部分散热，因而在照明系统筐体18内部步进马达4和6周围气氛温度上升的情况下马达温度上升也能够得到抑制。

实际上，专利文献3(JP特开平11-245442号公报)已经揭示了让马达突出到筐体外用以抑制密闭用筐体一方温度上升的构成。

上述专利文献3公开了把需要免受发热影响的元件(转动多面镜)收纳到安装在筐体的框架等支持部上的密闭用筐体内部，而将马达安装在框体外。

但是，上述框架夹在密闭用筐体与马达之间，因而需要在框架外确保马达主机所占空间。设有马达的空间内部设置电路板，而为了让电路板上搭载的电子元件免受发热影响，尤其是需要保证充分的冷却空间，为此加大了马达的占有空间。

出于上述原因，马达主机占有的空间成为装置小型化的障碍。

对此，本实施方式中步进马达4和6的一部分突出到照明系统筐体18外，从而步进马达4和6的主机所占空间的一部分被包含在照明系统筐体18内部，有利于装置的小型化。

另一方面，在步进马达4和6突出到照明系统筐体18以外的部位上设置密封部件30，用来封闭筐体内部，即封闭照明系统筐体18内部，隔绝照明系统筐体18内部与外部的连通。

具体为，在步进马达4和照明系统筐体18之间以及步进马达6和照明系统筐体18之间镶嵌以人造橡胶等具有密封性能的密封部件30。

这样便封闭了相当于照明系统筐体18与外部连通部分的步进马达4和6的安装位置，防止后路尘埃从外部进入照明系统客体18内部。

图1所示的色成分转换盘10被设置在照明系统筐体1以外，但是本发明并不受此限制，可以根据需要将色成分转换盘10收纳在照明系统筐体18内部。

在此，色成分转换盘10受到驱动而转动，用以转换荧光颜色。以下详述色成分转换盘10的构成。

图3所示的色成分转换盘10受步进马达15驱动而转动，沿着转动方向具备蓝色成分荧光的透射区域、绿色成分荧光的透射区域、以及红色成分荧光的透射区域。

色成分转换盘10能够透射规定色成分的荧光，透射绿色成分荧光的区域吸收或反射红色成分荧光，而透射红色成分荧光的区域则吸收或反射绿色成分荧光。标记15a表示步进马达15的驱动轴。

例如用透明玻璃板、或者欠缺部、再或者仅允许透射所要波长带域的滤波器作为色成分转换盘10的蓝色成分透射区域。

受光路转换盘3的反射区域3a反射的蓝色成分激光的光路为将光源部1发射的蓝色成分激光引导到光通道17的光路。

上述光路上设有聚光镜7，该聚光镜7使受到光路转换盘3反射后的蓝色成分激光转换成平行光束后射往反射镜8。

经过反射镜8反射后，蓝色成分激光射往分色镜9。

分色镜9如上所述，用来让蓝色成分激光透射。为此，蓝色成分激光在透过分色镜9之后，射往聚光镜16，经过聚光镜16聚光后，入射色成分转换盘10。

而后透过色成分转换盘10的蓝色成分透射区域，射往内部构成为导光光路的光通道17。

光通道17具有减轻光量不均的效果。也可以用复眼透镜来代替光通道17。

另一方面，图1所示的照明筐体18下方设有用于支持作为光源的激光二极管1a的激光二激光保持体2，背面设有散热板21。散热板21用于冷却激光二极管1a的发热，用铝或铜等金属构成。

散热板21附近设有用以作为冷却风送风机的轴流式风扇22，该轴流式风扇22用来向散热板21送风。

光路转换盘3驱动源的步进马达4以及荧光体转轮5驱动源的步进马达6各自附近也分别设有轴流式风扇19和20，用这些轴流式风扇送风冷却步进马达4和6。

图1所示的轴流式风扇19和20被设置在能够向步进马达4和6突出到照明系统筐体18以外部分送风的位置上。

上述构成中照明系统筐体18内部收纳从光源部1到色成分转换盘10之间光路上的各种光学元件，照明系统筐体18内部内部空间封闭，因而尘埃难以进入照明系统筐体18内部附着到光学元件上。

进而，作为驱动源的步进马达4和6至少有一部分突出到照明系统筐体18以外。通过向该突出部分吹风，即使在荧光体转轮5的发热引起照明系统筐体18内部温度上升的情况下，也能够抑制马达温度上升，从而抑制发热所引起的马达各部分使用寿命下降。

在各台步进马达4和6与照明系统筐体18之间镶嵌密封部件30，这样，尘埃难以从各台步进马达与照明系统筐体18之间的接触部间隙进入照明系统筐体18内部，有效防止了尘埃的进入。

进而，密封部件30容易吸收伴随各台步进马达4和6转动而产生的振动，因而，抑制振动传播到照明系统客体18，进而抑制振动传播到照明系统筐体18中的光学元件，从而防止意外振动影响到光学元件，有利于光学元件长期保持良好的光学性能。

以下参考图4描述本发明的另一种实施方式涉及的照明光源装置的结构。对于图4中具有与图1所示元件具有相同标记的元件不再重复说明。

如图4所示，步进马达6的一部分突出到照明系统筐体18以外，该步进马达6背面(底面)一侧设有用来作为散热部件的散热器23。

在散热器23与步进马达6背面之间设有导热片24，该导热片24作为导热部件，具有良好导热性能。

上述构成中的导热片24的导热系数较大，因而散热器23能够有效传导步进马达6的轴承部周围的热量。

由轴流式风扇19排出的风吹向散热器23，经由散热器23时带走热量，有效冷却步进马达。为此，能够减小发热引起马达各部分使用寿命下降，使照明光源装置持续保持良好的光学性能。

以下参考图5和图6描述本发明的另一种实施方式涉及的照明光源装置的结构。对于图5和图6中具有与图1所示元件具有相同标记的元件不再重复说明。

与图1和图4所示的构成中抑制密闭空间内步进马达周围空气温度上升对马达产生的影响不同，图5和图6所示的构成防止密闭空间内部向步进马达6的传热，用以抑制马达因发热引起的性能下降。

如图5所示，荧光体转轮5的驱动源即步进马达6的主机所在位置远离荧光体转轮5，该主机具体被定位安装于照明系统筐体18的外侧。

在步进马达6的安装位置与照明系统筐体18之间镶嵌密封部件30。

密封部件30以人造橡胶形成，与图1所示相同，用来隔绝密封空间内部与外部的连通。

密封部件30不仅具有密闭功能，而且还可以具有绝热功能。也就是说，用具有绝热功能的材料或在人造橡胶中添加绝热材料，代替人造橡胶，形成密封部件30。

另一方面，如图5所示的照明光源装置的构成不同于图1所示的、将荧光体转轮5与步进马达6的输出轴直接形成在一起而受到驱动的构成。

图6所示的步进马达6上设有驱动齿轮31，同时荧光体转轮5设有从动齿轮32。

荧光体转轮5由轴承34支承，驱动齿轮31输出的传动动力通过同步传动带33传往从动齿轮32，用以驱动步进马达6转动。

荧光体转轮5和作为驱动源的步进马达6，尤其是步进马达6的主机如果被设置在远离荧光体转轮5，便能够减少荧光体转轮5的发热直接传送到步进马达6，有效冷却步进马达。

如果密封部件30具有绝热功能，则能够阻止发热从步进马达6的安装部位传送到马达主机，有利于抑制马达主机的温度上升。

这样，减轻发热引起的马达各部分使用寿命的下降，有利于照明光学装置长期保持良好的光学性能。

进而，与图2和图4所示相同，密封部件30容易吸收伴随各台步进马达4和6转动而发生的振动，从而抑制振动传播到照明系统筐体18，进而抑制振动传播到照明系统筐体内部收纳的光学元件。

以下描述图像投影装置，该图像投影装置采用具备上述构成的照明光源装置。

图7显示的图像投影装置200采用具备图1所示构成的照明光源装置100。

在以下的描述中，省略与图1所示照明光源装置100的构成中具有相同标记之处的说明，仅对一些关键之处进行说明。

图像投影装置200中照明光源装置100的照明系统筐体18上加设投影系统筐体29。

投影系统筐体29内部设有作为光学路径构成单元的聚光镜25、反射镜26和27，并在光学路径中分别具备作为图像形成元件的图像形成面板13、用于投影的投影光学部中的投影镜28。

经过光通道17的光通过聚光镜25成为平行光束，而后受到反射镜27反射，射往图像形成面板13。

图像形成面板13在例如具有公知结构的未图示图像生成部的控制下，各色成分光受到图像形成面板13的反射后，通过投影镜28，照射屏幕S，从而在屏幕S上放大形成彩色图像。

在此用根据调制信号形成图像的反射型面板作为上述未图示图像形成面板13，除此之外还可以用透射型面板。另外，用光量均化装置作为光通道17的一个代表例，用投影镜28作为本发明涉及的投影光学系统的一个代表例。

上述光学路径构成单元、图像形成元件、用于投影光学部的元件，即位于色成分转换盘10与投影镜28之间的光学路径上的各种光学元件，被收纳在具有相对于外界密封的密闭空间的投影系统筐体29内。

投影系统筐体29的一部分上安装用于作为色成分转换盘10的驱动源的步进马达15。步进马达15被设置为其中至少有一部分突出到投影系统筐体29以外。

进而，在步进马达15和投影系统筐体29之间设有密封部件30，在投影系统筐体29和照明系统筐体18之间的连接部上也设有密封部件35，用来密封，防止外部尘埃进入。

图7所示照明系统筐体18与投影系统筐体29分开，但是本发明并不局限于此，可以根据需要将照明系统筐体18和投影系统筐体29构成为一体。

如上所述，在除光路以外的投影系统筐体29中，在步进马达15突出到筐体以外部分的安装位置上设置密封部件30，用以抑制装置外的尘埃进入。而且，步进马达作为驱动源，其中一部分突出到筐体以外，因而能够减轻马达放热引起温度上升造成的使用寿命下降，从而提供能够持续保持良好光学性能的图像投影装置。

Claims (10)

1.一种照明光源装置，其中具备：

光源，用来发射励起光；

马达，用来驱动作为波长转换部件的可转动荧光体转动；

励起光会聚光学系统，用来会聚所述光源发射的励起光；以及，

筐体，用来形成收纳所述光源、所述荧光体、以及所述励起光会聚光学系统的密闭空间，

其中，所述马达被设置为至少有一部分突出到所述筐体以外。

2.根据权利要求1所述的照明光源装置，其特征在于，具有荧光会聚光学系统，用于会聚所述荧光体发射的光，该荧光会聚光学系统被收纳在所述筐体之中。

3.根据权利要求1或2所述的照明光源装置，其特征在于，具有光路转换盘，用来按照时分割，对与从所述光源发射的光射往所述荧光体的光路不同的光路进行转换，该光路转换盘被收纳在所述筐体之中。

4.根据权利要求1所述的照明光源装置，其特征在于，在所述马达突出到所述筐体以外的部位上，设有密封部件，该密封部件用来隔绝该筐体内部与外部的连通。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的照明光源装置，其特征在于，在所述马达突出到所述筐体以外的部分的附近，设置用于向该马达送冷却风的送风机。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的照明光源装置，其特征在于，在所述马达突出到所述筐体以外的部分上设有散热部件。

7.根据权利要求6所述的照明光源装置，其特征在于，在所述散热部件与所述马达上设有该散热部件的部分之间设置具有良好导热性能的导热部件。

8.根据权利要求3所述的照明光源装置，其特征在于，所述密封部件使用人造橡胶形成。

9.一种图像投影装置，其中具备权利要求1至8中任意一项所述的照明光源装置，其特征在于，具备：

光学路径构成部，为该照明光源装置发射的光的光学路径；

图像形成元件，被设置在所述光学路径上；以及，

投影光学部，用来投影所述光学形成元件形成的所述图像。

10.根据权利要求9所述的图像投影装置，其特征在于，所述光学路径构成部、所述图像形成元件、以及所述投影光学部均被收纳在与外部密闭的投影系统筐体内，该投影系统筐体与所述照明光源装置之间的连接部用密封部件封闭。