CN206946176U - 光源单元 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及光源单元。该光源单元具有：具有窗口的壁，该壁被设置在容纳被固态光源的输出光照射的光隧道的光隧道侧循环单元和容纳被光隧道的出射光激发的荧光轮的荧光轮侧循环单元之间；设置在光隧道侧循环单元中的光隧道侧热接收热沉；设置在荧光轮侧循环单元中的荧光轮侧热接收热沉；利用热管连接到光隧道侧热接收热沉和荧光轮侧热接收热沉的热辐射热沉；和冷却热辐射热沉的冷却风扇。

Description

光源单元
该申请基于在2016年4月22日提交的日本专利申请No.2016-085975并且要求其优先权利益，该申请的公开通过应用以其整体并入本文。
技术领域
本实用新型涉及一种在例如投影仪中使用的光源单元，并且更特别地涉及一种采用防止尘土侵入的构造(在下文中称作“防尘构造”)的光源单元，并且涉及一种光源单元的冷却方法。
背景技术
具有比常规使用的汞灯长的使用寿命的固态光源诸如LD(激光二极管：半导体激光器)和LED(发光二极管)越来越多地被用作投影仪的光源。
然而，对于实现长期无需维护的操作而言，防止由尘土的侵入和附着引起的亮度降低的防尘构造是必要的。如在专利文献1(日本未审定专利申请公报No.2014-092599)中所公开地，一种方法采用循环冷却构造，该循环冷却构造封装整个光源单元，使得存在用于实现密封空间的最小间隙、利用循环风扇循环内部空气，并且利用由热接收热沉和热辐射热沉构成的热交换器向外部排放内部热量以抑制内部空气温度的任何增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本未审定专利申请公报No.2014-092599
实用新型内容
本实用新型所要解决的问题
因为要求光源单元供应白光，所以当LD被用作固态光源时，使用发射红色(R)激光的红色半导体激光器(R-LD)、发射蓝色(B)激光的蓝色半导体激光器(B-LD)，和最后供应用于激发荧光体的激发激光的激发半导体激光器(激发-LD)。通过将上述激光的每一种与由于激发光而发射的荧光组合而获得白光，并且从光源单元供应该白光。
常规光源单元的循环冷却构造将整个光源单元取作单个循环单元。在使用激发半导体激光器和荧光体的构造的情形中，发射荧光的荧光体产生大量的热并且整个光源单元内部的空气的温度增加也是大的。
与对于B-LD相比，对于R-LD，由于高温而引起的亮度降低更大，并且当光源单元中的温度增加并且每一个LD附近的温度升高时，R-LD的亮度遭受比B-LD的亮度大得多的降低，从而导致所供应的白光的颜色改变。因此，为了维持R-LD的亮度，必须增加R-LD的数目或者必须增加用于驱动R-LD的电流值，但是因为这些措施还导致产生的热量增加和内部空气的温度增加，所以相对于R-LD的电输入，亮度效率减小。
在LED的情形中，在半导体激光器中的上述现象也类似地发生。
本实用新型实现了一种光源单元和一种光源单元的冷却方法，该方法减小了红色固态光源附近的温度增加并且减小了红色固态光源亮度的降低。
问题解决方案
根据本实用新型的光源单元包括：
光隧道侧循环单元，其容纳被固态光源的输出光照射的光隧道；
荧光轮侧循环单元，其容纳被光隧道的出射光激发的荧光轮；
第一壁，其被设置在光隧道侧循环单元和荧光轮侧循环单元之间并且设置有窗口，光隧道的出射光经过该窗口；
光隧道侧热接收热沉，其被设置在光隧道侧循环单元中；
光隧道侧循环风扇，其供应已经流通经过光隧道侧热接收热沉的气体，并且使该气体通过光隧道侧循环单元并且朝向光隧道侧热接收热沉循环；
荧光轮侧热接收热沉，其被设置在荧光轮侧循环单元中；
荧光轮侧循环风扇，其供应已经流通经过荧光轮侧热接收热沉的气体，并且使该气体通过荧光轮侧循环单元并且朝向荧光轮侧热接收热沉循环；
热辐射热沉，其利用热管连接到光隧道侧热接收热沉和荧光轮侧热接收热沉；和
冷却风扇，其冷却热辐射热沉。
根据本实用新型的光源单元的冷却方法包括以下步骤：
在光隧道侧循环单元中容纳光隧道，其中固态光源的输出光被照射到该光隧道中；
在荧光轮侧循环单元中容纳被光隧道的出射光激发的荧光轮；
在光隧道侧循环单元和荧光轮侧循环单元之间设置第一壁，所述第一壁设置有允许光隧道的出射光通过的窗口；
在光隧道侧循环单元中设置光隧道侧热接收热沉；
利用光隧道侧循环风扇向光隧道侧循环单元供应并且循环已经流通经过光隧道侧热接收热沉的气体并且将气体导向到光隧道侧热接收热沉；
在荧光轮侧循环单元中设置荧光轮侧热接收热沉；
利用荧光轮侧循环风扇，供应并且循环已经流通经过荧光轮侧循环单元中的荧光轮侧热接收热沉的气体并且将气体导向到荧光轮侧热接收热沉；
利用热管将热辐射热沉连接到光隧道侧热接收热沉和荧光轮侧热接收热沉；并且
利用冷却风扇冷却热辐射热沉。
本实用新型的效果
本实用新型使得能够减小R-LD附近温度增加并且减小R-LD亮度的任何降低。
附图说明
图1是根据本实用新型的光源单元100的示例性实施例的透视图。
图2是根据本实用新型的光源单元100的示例性实施例的上平面视图。
图3是光源单元100的前视图。
图4是沿着图2中的线A-A截取的截面视图。
图5是沿着图2中的线B-B截取的截面视图。
图6是沿着图3中的线C-C截取的截面视图。
图7是沿着图3中的线D-D截取的截面视图。
图8示出光源单元100的内部构造。
图9示出光源单元100的内部构造。
具体实施方式
接着参考附图描述本实用新型的示例性实施例。
图1和图2分别是根据本实用新型的光源单元100的示例性实施例的透视图和上平面视图。本示例性实施例的冷却单元包括：LT侧循环单元1，所述LT侧循环单元1设置有被来自每一个半导体激光器的光照射并且均衡且发射光的光隧道(LT)；和PW侧循环单元2，所述PW侧循环单元2设置有响应于来自LT侧循环单元1的激发光产生荧光的荧光轮(PW)。
如在图中所示，激发-LD 4、R-LD 5和激发-LD 9被设置在LT侧循环单元1中，并且冷却翅片6、发从其发射白光的发射端口7和B-LD 8被设置在PW侧循环单元2中。热沉冷却风扇3被设置在LT侧循环单元1和PW侧循环单元2之间的上表面上。
图3是光源单元100的前视图，并且图8和图9示出内部构造。在图9中，省略了热沉冷却风扇3以更清楚地示出内部构造。
如在图3中所示，壁11(第一壁)被设置在LT侧循环单元1和PW侧循环单元2之间。由玻璃或者激光能够通过的材料实现的光学构件构成的窗口15和16形成在壁11中，由此光能够在LT侧循环单元1和PW侧循环单元2之间通过，但是，因为气体不能通过，所以气体的流动受到阻挡。
光隧道侧热接收热沉10和LT侧循环风扇36被设置在LT侧循环单元1的上部上，并且PW侧热接收热沉14和PW侧循环风扇31被设置在PW侧循环单元2的上部上。LT侧热接收热沉10利用LT侧热管48连接到LT侧热辐射热沉13，并且PW侧热接收热沉14利用PW侧热管47连接到PW侧热辐射热沉46。LT侧热辐射热沉13和PW侧热辐射热沉46被设置在LT侧循环单元1和PW侧循环单元2外部，并且热沉冷却风扇3被设置在上方。以此方式，LT侧循环单元1和PW侧循环单元2内的热被排放到外部。
激发激光被照射到其中的激发光隧道(激发LT)17和红色激光被照射到其中的R-LT 18被设置在LT侧循环单元1内部，并且连接到冷却翅片6的荧光轮12被设置在PW侧循环单元2内部。
图4是沿着图2中的线A-A截取的截面视图，图5是沿着图2中的线B-B截取的截面视图，图6是沿着图3中的线C-C截取的截面视图，并且图7是沿着图3中的线D-D截取的截面视图。
如在图6中所示，从设置在LT侧循环单元1的上部上的激发-LD 4和激发-LD9发射的激发激光通过透镜19和28与反射镜18、27、23和24照射到激发LT 17中，并且通过窗口15照射到PW侧循环单元2中。
在PW侧循环单元2中，具有激发激光的波长的光被透射具有绿色波长的光的二向色镜37朝向荧光轮12反射并且返回。荧光轮12是在其上形成响应于激发激光的激发而发射绿色荧光的荧光体的可旋转构件，并且所发射的绿色荧光因此通过二向色镜37、被反射镜36和32返回，并且被导向到PW侧循环单元2下方。
在荧光轮12中产生的热的一部分被从连接到荧光轮12的冷却翅片6辐射，但是大部分的热被辐射到PW侧循环单元2内部。此时，PW侧循环单元2和LT侧循环单元1被壁11分离并且不存在任何气体侵入或者外流，由此在荧光轮12中产生的热对于LT侧循环单元1的影响是极轻微的。
如在图7中所示，从设置在LT侧循环单元1下方的R-LD 5和R-LD 34发射的红色激光通过透镜21和29与反射镜22、30、25和26照射到R-LT 18中并且通过窗口16照射到PW侧循环单元2中。
在PW侧循环单元2中，具有红色波长的光被透射具有蓝色波长的光的二向色镜46朝向反射镜45反射并且返回。从B-LD 8发射并且通过透镜44、反射镜43和二向色镜46的蓝色激光照射到反射镜45中，并且蓝色激光与红色激光一起照射到二向色镜33中。
除蓝色激光和红色激光之外，被反射镜32返回的绿色荧光照射到二向色镜33中，并且通过具有蓝色和红色波长的光的通过以及具有绿色波长的光的反射，由这三种颜色实现的白光被朝向发射端口7发射。
在LT侧循环单元1中，LT侧循环单元1内部的气流如在图4中所示由LT侧循环风扇36和壁20(第二壁)形成。LT侧循环单元1内部的气体通过经过设置在LT侧循环单元1的上部上的LT侧热接收热沉10而被冷却，并且利用邻近于LT侧热接收热沉10的LT侧循环风扇36而被供应到LT侧循环单元1。
壁20被设置在LT侧循环风扇36和LT侧热接收热沉10之间，以便分隔开利用LT侧循环风扇36供应到LT侧循环单元1的冷却流和被朝向LT侧热接收热沉10导向的冷却流。因此，冷却流如由图4的箭头示出地经过内部构件并且然后到达LT侧热接收热沉10。其温度由于由内部构件产生的热而增加的气体在LT侧热接收热沉10处经历热交换，但是因为LT侧热接收热沉10和LT侧热辐射热沉13如在图9中所示地被LT侧热管48连接，所以由LT侧热接收热沉10接收的热移动到LT侧热辐射热沉13并且被图8中所示的热沉冷却风扇3冷却。因此，已经经过LT侧热接收热沉10的气体的温度降低，并且然后通过再次利用LT侧循环风扇36向LT侧循环单元1供应气体而使内部构件被冷却。
在PW侧循环单元2中，PW侧循环单元2中的气流如在图5中所示地由PW侧循环风扇31和壁35(第三壁)形成。PW侧循环单元2内部的气体通过经过设置在PW侧循环单元2的上部上的PW侧热接收热沉14而被冷却并且然后利用邻近于PW侧热接收热沉14的PW侧循环风扇31而被供应到PW侧循环单元2。
壁35被设置在PW侧循环风扇31和PW侧热接收热沉14之间，以便分隔开利用PW侧循环风扇31供应到PW侧循环单元2的冷却流和被朝向PW侧热接收热沉14导向的冷却流。因此，冷却流如由图5的箭头示出地在内部构件周围通过并且到达PW侧热接收热沉14。其温度由于由内部构件产生的热而增加的气体在PW侧热接收热沉14中经历热交换，但是因为PW侧热接收热沉14和PW侧热辐射热沉46如在图9中所示地由PW侧热管47连接，所以在PW侧热接收热沉14处接收的热被传递到PW侧热辐射热沉46并且被图8中所示的热沉冷却风扇3冷却。因此，离开PW侧热接收热沉14的气体具有较低的温度，并且通过利用PW侧循环风扇31再次向PW侧循环单元2供应气体而使内部构件被冷却。
因为在PW侧循环单元2中产生的热量多于在LT侧循环单元1中产生的热量，所以与设置的单个LT侧循环风扇36相对照，设置了两个PW侧循环风扇31。另外，与用于LT侧热接收热沉10和LT侧热辐射热沉13的相比，更大的构件用于PW侧热接收热沉14和PW侧热辐射热沉46更大的构件。
因为利用LT侧热管48连接到LT侧热接收热沉10的LT侧热辐射热沉13和利用PW侧热管47连接到PW侧热接收热沉14的PW侧热辐射热沉46相邻，所以这些构件能够被单个热沉冷却风扇3冷却以因此实现一种紧凑的构造。
虽然在本示例性实施例中，LT侧热辐射热沉13和PW侧热辐射热沉46被设置成分别与LT侧热接收热沉10和PW侧热接收热沉14对应的热辐射热沉，但是这些构件可以被用于LT侧热接收热沉10和PW侧热接收热沉14的单个公共热辐射热沉替代。如在本示例性实施例中那样使用分离的构件增加了布置的自由度。可替代地，使用单个构件能够减小构件的数目。
在如在上文中描述地构造的本示例性实施例中，从激发LD 4和激发LD 9到激发LT17，在激发LT 17上的光学排列基本是中心对称的，并且激发LT 17被布置在光源单元100的中心附近。由于来自激发LD 4和激发LD 9的激发激光的会聚，大量所产生的热被施加到激发LT 17，但是因为LT侧循环风扇36被布置于激发LT 17上方并且因为激发LT 17如在图4和图9中所示地被布置在紧随从LT侧循环风扇36到LT侧循环单元1的冷却流供应的位置处，所以激发LT 17被有效率地冷却。
由激发LD 4和激发LD 9供应以产生绿色光(G光)的激发激光的功率大于由R-LD 5和R-LD 34供应的红色激光的功率，并且激发LT 17因此产生比R-LT 18多的热。在本示例性实施例中，将激发LT 17比R-LT 18更靠近LT侧循环风扇36布置产生了一种有利于冷却的构造。
另外，PW侧循环风扇31如在图5和图9中所示地被布置于荧光轮12上方，但是荧光轮12被布置在PW侧循环风扇31附近并且因此被有效率地冷却。
另外，虽然在上述示例性实施例中，半导体激光器被用作固态光源，但是还可以使用LED。
如在前面的解释中描述的，在本示例性实施例中，通过插入作为分隔壁的中心壁，包括R-LD 5和R-LD 34的LT侧循环单元1与包括荧光轮12的PW侧循环单元2被划分。
上述构造的采用将循环通过包括R-LD 5和R-LD 34的LT侧循环单元1与包括荧光轮12的PW侧循环单元2的气体分离，因而由荧光轮12产生的热引起的温度增加仅仅在PW侧循环单元2中产生并且LT侧循环单元1中的温度增加仅仅由包括在LT侧循环单元1中的构件产生的热产生，并且因此，上述构造能够限制R-LD 5和R-LD 34的环境温度的增加和亮度的降低这两个方面。
在上文中描述的每一个示例性实施例中，在绘图中所示构造仅仅是实例，并且本实用新型不限于这些构造。
所有的或者部分的上述示例性实施例能够如在下文中示出的那样予以描述，但是不限于以下构造。
虽然已经特别地参考其示例性实施例特别地示出并且描述了本实用新型，但是本实用新型不限于这个实施例。本领域普通技术人员将会理解，在不偏离如由权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以在其中实现在形式和细节方面的各种改变。
此外，部分的或者所有的示例性实施例能够如在以下附记中那样予以描述。然而，本实用新型不限于以下附记。
(附记1)
一种光源单元，包括：
光隧道侧循环单元，所述光隧道侧循环单元容纳被固态光源的输出光照射的光隧道；
荧光轮侧循环单元，所述荧光轮侧循环单元容纳被所述光隧道的出射光激发的荧光轮；
第一壁，所述第一壁被设置在所述光隧道侧循环单元和所述荧光轮侧循环单元之间并且设置有窗口，所述光隧道的所述出射光经过所述窗口；
光隧道侧热接收热沉，所述光隧道侧热接收热沉被设置在所述光隧道侧循环单元中；
光隧道侧循环风扇，所述光隧道侧循环风扇供应已经流通经过所述光隧道侧热接收热沉的气体，并且使该气体通过所述光隧道侧循环单元并且朝向所述光隧道侧热接收热沉；
荧光轮侧热接收热沉，所述荧光轮侧热接收热沉被设置在所述荧光轮侧循环单元中；
荧光轮侧循环风扇，所述荧光轮侧循环风扇供应已经通过所述荧光轮侧热接收热沉的气体，并且使所述气体通过所述荧光轮侧循环单元并且朝向所述荧光轮侧热接收热沉循环；
热辐射热沉，所述热辐射热沉利用热管连接到所述光隧道侧热接收热沉和所述荧光轮侧热接收热沉；和
冷却风扇，所述冷却风扇冷却所述热辐射热沉。
(附记2)
如在附记1中阐述的光源单元，其中所述热辐射热沉由光隧道侧热辐射热沉和荧光轮侧热辐射热沉构成，所述光隧道侧热辐射热沉对应于所述光隧道侧热接收热沉设置，所述荧光轮侧热辐射热沉对应于所述荧光轮侧热接收热沉设置。
(附记3)
如在附记1或2中阐述的光源单元，其中：
光隧道由第一光隧道和第二光隧道构成，所述第一光隧道被发射激发所述荧光体的激发光的固态光源的出射光照射，所述第二光隧道被发射具有规定波长的光的固态光源的出射光照射；并且
设置在所述第一壁中的所述窗口由第一窗口和第二窗口构成，所述第一窗口允许所述第一光隧道的所述出射光通过，所述第二窗口允许所述第二光隧道的所述出射光通过。
(附记4)
如在附记3中阐述的光源单元，其中与所述第二光隧道相比，所述第一光隧道被布置成更靠近所述光隧道侧循环风扇。
(附记5)
如在附记1至4中的任何一项中阐述的光源单元，进一步包括第二壁，所述第二壁被设置在所述光隧道侧循环风扇和所述光隧道侧热接收热沉之间，以便分隔开利用所述光隧道侧循环风扇供应到所述光隧道侧循环单元的气体和被导向到所述光隧道侧热接收热沉的气体。
(附记6)
如在附记1中6中的任何一项中阐述的光源单元，进一步包括第三壁，所述第三壁被设置在所述荧光轮侧循环风扇和所述荧光轮侧热接收热沉之间，以便分隔开利用所述荧光轮侧循环风扇供应到所述荧光轮侧循环单元的气体和被导向到所述荧光轮侧热接收热沉的气体。
(附记7)
如在附记6中阐述的光源单元，其中在被所述第三壁分隔开的空间中，所述荧光轮被布置成更靠近所述荧光轮侧循环风扇。
(附记8)
一种光源单元的冷却方法，包括以下步骤：
在光隧道侧循环单元中容纳光隧道，其中固态光源的输出光被照射到所述光隧道中；
在荧光轮侧循环单元中容纳被所述光隧道的出射光激发的荧光轮；
在所述光隧道侧循环单元和所述荧光轮侧循环单元之间设置第一壁，所述第一壁设置有允许所述光隧道的出射光通过的窗口；
在所述光隧道侧循环单元中设置光隧道侧热接收热沉；
利用光隧道侧循环风扇供应并且循环已经流经通过所述光隧道侧热接收热沉的气体，并且将该气体导向到所述光隧道侧热接收热沉；
在所述荧光轮侧循环单元中设置荧光轮侧热接收热沉；
利用所述荧光轮侧循环单元中的荧光轮侧循环风扇供应并且循环已经通过所述荧光轮侧热接收热沉的气体，并且将所述气体导向到所述荧光轮侧热接收热沉；
利用热管将热辐射热沉连接到所述光隧道侧热接收热沉和所述荧光轮侧热接收热沉；并且
利用冷却风扇冷却所述热辐射热沉。
附图标记列表
1 光隧道侧循环单元
2 荧光轮侧循环单元
3 热沉冷却风扇
10 光隧道侧热接收热沉
11 壁
13 荧光轮侧热辐射热沉
14 荧光轮侧热接收热沉
15、16 窗口
31 荧光轮侧循环风扇
36 光隧道侧循环风扇
46 荧光轮侧热辐射热沉

Claims (7)

1.一种光源单元，包括：
光隧道侧循环单元，其容纳被固态光源的输出光照射的光隧道；
荧光轮侧循环单元，其容纳被所述光隧道的出射光激发的荧光轮；
第一壁，其被设置在所述光隧道侧循环单元和所述荧光轮侧循环单元之间并且被设置有窗口，所述光隧道的所述出射光经过所述窗口；
光隧道侧热接收热沉，其被设置在所述光隧道侧循环单元中；
光隧道侧循环风扇，其供应已经流通经过所述光隧道侧热接收热沉的气体，并且使该气体通过所述光隧道侧循环单元并且朝向所述光隧道侧热接收热沉循环；
荧光轮侧热接收热沉，其被设置在所述荧光轮侧循环单元中；
荧光轮侧循环风扇，其供应已经流通经过所述荧光轮侧热接收热沉的气体，并且使该气体通过所述荧光轮侧循环单元并且朝向所述荧光轮侧热接收热沉循环；
热辐射热沉，利用热管来将所述热辐射热沉连接到所述光隧道侧热接收热沉和所述荧光轮侧热接收热沉；以及
冷却风扇，其冷却所述热辐射热沉。
2.根据权利要求1所述的光源单元，其中，
由光隧道侧热辐射热沉和荧光轮侧热辐射热沉来构成所述热辐射热沉，所述光隧道侧热辐射热沉被设置为对应于所述光隧道侧热接收热沉，所述荧光轮侧热辐射热沉被设置为对应于所述荧光轮侧热接收热沉。
3.根据权利要求1所述的光源单元，其中：
由第一光隧道和第二光隧道来构成光隧道，所述第一光隧道被发射用于激发所述荧光体的激发光的固态光源的出射光来照射，所述第二光隧道被发射具有规定波长的光的固态光源的出射光来照射；并且由第一窗口和第二窗口来构成被设置在所述第一壁中的所述窗口，所述第一窗口允许所述第一光隧道的出射光通过，所述第二窗口允许所述第二光隧道的出射光通过。
4.根据权利要求3所述的光源单元，其中，
与所述第二光隧道相比，所述第一光隧道被布置成更靠近所述光隧道侧循环风扇。
5.根据权利要求1所述的光源单元，进一步包括第二壁，所述第二壁被设置在所述光隧道侧循环风扇和所述光隧道侧热接收热沉之间，以便分隔开利用所述光隧道侧循环风扇供应到所述光隧道侧循环单元的气体和被导向到所述光隧道侧热接收热沉的气体。
6.根据权利要求1所述的光源单元，进一步包括第三壁，所述第三壁被设置在所述荧光轮侧循环风扇和所述荧光轮侧热接收热沉之间，以便分隔开利用所述荧光轮侧循环风扇供应到所述荧光轮侧循环单元的气体和被导向到所述荧光轮侧热接收热沉的气体。
7.根据权利要求6所述的光源单元，其中，
在被所述第三壁分隔开的空间中，所述荧光轮被布置成更靠近所述荧光轮侧循环风扇。
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