光源装置以及包括光源装置的图像投影仪技术领域
本发明涉及使用激光的光源装置以及包括光源装置的图像投影仪。
背景技术
现今，传统地，已知一种图像投影仪，该图像投影仪使用存储在个人计算机的屏幕、
视频图像以及存储卡等等中的图像数据来将图像投射在屏幕上。该图像投影仪被配置成通
过从利用被称为DMD(数字微镜装置)的微镜显示元件、液晶板等等的光源装置发出的光
来将图像投射在屏幕上。
近年来，图像投影仪的光源装置采用发光二极管(LED)、激光二极管(LD)以及诸如
有机EL(电致发光)等等的半导体元件作为光源。
顺便说说，激光是具有准直的(aligned)波面和大直线性的相干光。因此，有这样
的可能性，如果激光直接进入人眼，那么将给视网膜带来阻碍。此外，因为激光具有大的
能量强度，所以有激光在被照射至人的皮肤时影响人体的可能性。
因此，已知一种技术，在该技术中，减轻高输出的激光的能量密度的漫射部件被设置
在激光的行进光路中，以致激光被直接发射至图像投影仪的外部，以便有助于改善在包括
激光源的图像投影仪的光源装置中的激光的安全性(参见日本专利申请公报第
2010-231063号)。
如果高输出的激光持续被照射至由玻璃制成的漫射部件，那么该漫射部件趋向于产生
热破裂并且损坏。换句话说，因为玻璃具有非常小的热导率，所以，膨胀力仅仅通过激光
的照射而被局部添加至加热部分。因此，在加热部分与加热部分周边之间出现热应力差，
并且当热应力差超过玻璃的破裂极限时，在漫射部件中出现热破裂。
重要的是，不要使漫射部件破裂，以防止激光直接泄漏至图像投影仪的外部，而不使
激光被漫射。
然而，在如上所述的日本专利申请公报第2010-231063号中公开的技术假定，如果漫
射部件背离激光的行进光路，那么激光不被泄漏至外部。该技术没有考虑即使漫射部件没
有背离激光的行进光路，通过使漫射部件的一部分破裂，漫射部件在激光的行进光路中也
不处于正常状态的情形。因此，有必要考虑激光安全性的进一步改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种光源装置，该光源装置能够通过减少漫射部件接收的热量并
且抑制由热应力导致的漫射部件的损坏来防止高输出的激光泄漏至图像投影仪的外部而
没有漫射激光。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的光源装置包括发射激光的光源部分、漫射和
反射从光源装置发射的激光的反射和漫射部件、以及冷却反射和漫射部件的冷却器。
附图说明
图1是显示根据本发明的实施例1的光源装置的主要配置的光学图。
图2是在图1中显示的光源装置的光路切换盘的平面视图。
图3是在图1中显示的光源装置的颜色成分切换盘的平面视图。
图4是在图1中显示的光源装置的反射和漫射部件的示意性视图。
图5是显示根据本发明的实施例2的光源装置的主要配置的光学图。
图6是显示根据本发明的实施例3的光源装置的主要配置的光学图。
图7是显示根据本发明的实施例3的反射和漫射部件的放大的视图。
图8是显示根据本发明的实施例4的光源装置的主要配置的光学图。
图9是示意地显示根据本发明的实施例5的图像投影仪的一个实例的光学图。
具体实施方式
以下将参考附图描述根据本发明的实施例。
[实施例1]
如图1至4所示，第一实施例是根据本发明的光源装置的实例。光源装置包括发射激
光的光源部分、发射和漫射从光源装置发射的激光的反射和漫射部件、以及冷却反射和漫
射部件的冷却器。
图1是显示根据本发明的光源装置的主要部分的光学图。光源装置1主要由作为发射
激光的光源的激光二极管(LD)1a、耦合透镜1b、第一聚光透镜1c、激光二极管保持器2、
以及散热器(散热板)19组成。注意，作为其它实例，散热器(散热板)19可以不被设
置在光源部分上。
激光二极管1a被设置在激光二极管保持器2上。耦合透镜1b被设置在激光二极管保
持器2的前面侧，以面向激光二极管1a。释放在作为光源的激光二极管1a中产生的热量
的散热器19被设置在激光二极管保持器2的背面侧。散热器19由诸如铝、铜等等的具有
良好的导热性的金属形成。
从激光二极管1a发射出的激光P通过耦合透镜1b被凝聚，并且作为平行光通量被引
导至第一聚光透镜1c。第一聚光透镜1c实施了凝聚通过耦合透镜1b被形成为平行光通量
的激光P。
这里，虽然在实例中描述了激光二极管1a被配置成发射蓝色成分的激光P，但是，可
以使用发射蓝色成分或者红色成分的激光的激光二极管。此外，代替激光二极管，可以使
用至少一个LED(发光二极管)。虽然该实例通过利用单个激光二极管1a以及单个耦合透
镜1b来被描述，但是根据需要，可以使用多个激光二极管和多个耦合透镜。
蓝色成分的激光P被引导至作为光路切换部分的光路切换盘3。在光路切换盘3中，
激光P被形成为点状的形状。激光P的点状的形状被调整为具有适当地最佳尺寸，以防止
颜色混合等等。
如图2所示，光路切换盘3由光路时间划分旋转盘组成，光路时间划分旋转盘包括在
旋转方向上被划分的反射区域3a以及透射区域3b。光路切换盘3相对于第一聚光透镜1c
的光轴O被倾斜地布置(在该实例中，相对于光轴45度)。
光路切换盘3由作为驱动源的第一步进马达4可旋转地驱动。这里，在图2中的参考
标号4a显示第一步进马达4的驱动轴。
光路切换盘3的反射区域3a包括反射膜，该反射膜被设置为反射蓝色成分的激光P。
另一方面，光路切换盘3的透射区域3b包括抗反射膜，该抗反射膜被设置为透射蓝色成
分的激光P而没有反射(参见图2)。
第三聚光透镜11、光路折叠镜12、光路合成光学元件9、第四聚光透镜14、以及荧
光体轮5被设置在前进光路或者第二光路中，在前进光路或者第二光路上，透射通过透射
区域3b的蓝色成分的激光P前进(参见图2)。
第三聚光透镜11凝聚通过透射区域3b以及第一聚光透镜1c形成为点状的形状的蓝
色成分的激光P，以将其转换成平行光通量。被凝聚的蓝色成分的激光P在光路折叠镜12
上被反射朝向光路合成光学元件9(参见图1)。
光路合成光学元件9例如由分色镜组成。分色镜透射蓝色成分的激光P，并且具有反
射如下所述的绿色荧光G(以下，称为荧光G)以及红色荧光R(以下，称为荧光R)的光
学特性。分色镜起到将蓝色成分的激光P、以及荧光G和荧光R的光路结合的作用。
荧光体轮5由旋转盘组成，并且由在图1中示出的第二步进马达6可旋转地驱动。环
形的荧光膜5a沿着荧光体轮的圆周方向被形成在荧光体轮5上。荧光材料(通过蓝色成
分的激光P的激励来产生荧光G和荧光R)的混合材料(产生黄色荧光的材料)被用于荧
光膜5a。然而，荧光体轮不局限于这个材料。例如，可以使用具有从绿色成分的波长范围
至红色成分的波长范围的荧光分布特性的荧光材料。
透射通过光路合成光学元件9的蓝色成分的激光P通过第四聚光透镜14被凝聚，以
便以点状的形状被照射至荧光膜5a。荧光膜5a通过激光P被激励，以产生荧光G和荧光
R。
如图1所示，荧光G、荧光R、以及在荧光膜5a上被反射的一部分激光P通过第四聚
光透镜14被凝聚成平行光通量，并且此后，被再次引导至光路合成光学元件9。荧光G和
荧光R在光路合成光学元件9上被反射，以便被引导至第五聚光透镜16。在荧光膜5a上
被反射的一部分激光P透射通过光路合成光学元件9，以便被引导至光路折叠镜12。
注意，因为通过荧光体轮5的旋转，激光P被照射的荧光膜5的位置每小时改变，所
以荧光膜5a的劣化被抑制。当激光被照射至荧光膜5a时，激光P在荧光体轮5上没有被
散射成相干光。因此，只要激光P被照射至荧光膜5a，在考虑人眼的安全性上就没有问题。
颜色成分切换盘10被设置在通过第五聚光透镜16凝聚的荧光G和荧光R前进的前进
光路上(参见图1)。颜色成分切换盘10通过第三步进马达15被可旋转地驱动。
如图3所示，颜色成分切换盘10由颜色成分时间划分旋转盘组成，颜色成分时间划
分旋转盘包括被形成为被周边划分的第一扇状区域10a、第二扇状区域10b、以及第三扇
状区域10c。第一扇状区域10a在旋转方向上透射蓝色成分的激光P，第二扇状区域10b
透射绿色荧光并且吸收或者反射红色荧光，以及第三扇状的区域10c透射红色荧光并且吸
收或者反射绿色荧光。这里，图3中的参考标号15a显示第三步进马达15的驱动轴。
在光路合成光学元件9上反射的荧光G和荧光R以及透射通过光路合成光学元件9的
蓝色成分的激光P通过第五聚光透镜16被凝聚、分别经过颜色成分切换盘10的第一至第
三扇状区域10a、10b以及10c，并且被引导至光通道17。光通道17是减少光量的不匀性
并且使光量均等的部件。注意，复眼透镜可以被使用来代替光通道17。
作为颜色成分切换盘10的激光P的透射区域的扇状区域10a例如可以由透明玻璃或
缺口部分，或者只透射蓝色成分的波长带的滤光器组成。
第二聚光透镜7以及反射和漫射部件被设置在反射在光路切换盘3的反射区域3a上
的蓝光的激光P前进的前进光路(第一光路)上。第二聚光透镜7起到将在光路切换盘3
上反射的蓝色成分的激光P转换成平行光通量，并且将其引导至反射和漫射部件8的作用。
这里，反射和漫射部件8包括在相同的光轴上一体设置的或者彼此接近的反射部件8b
和漫射部件8a。在该实施例中，作为反射和漫射部件8的一个实例，漫射部件8a和反射
部件8b被一体形成。作为另一个实例，在图1中通过双点划线显示的漫射部件8a可以在
第二聚光透镜7和反射部件8b之间的相同的光轴上与反射部件8b分开，以及被设置成接
近于反射部件8b。
在图4中，反射和漫射部件8的漫射部件8a以及反射部件8b被一体形成。反射和漫
射部件8包括基座部分8c，基座部分8c由诸如聚碳酸酯树酯、聚苯乙烯树脂或者聚甲基
丙烯酸甲酯树脂的透明部件组成。漫射部件8a由基座部分8c以及漫射面形成，并且反射
部件8b由基座部分8c以及反射面形成。
漫射部件8a被设置在反射和漫射部件8的表面侧上，在漫射部件8a上，激光P穿透。
漫射表面被形成在漫射部件8a的表面上。注意，抗反射膜被设置在激光P进入的漫射部
件8a的入射侧。漫射部件8a使激光P漫射，并且被用于去除相干特性。
激光P在反射和漫射部件8的漫射部件8a的表面上被漫射，透射通过漫射部件8a在
基座部分8c上成为漫射光Pa、Pb和Pc，此后，在反射部件8b的反射面上被反射，并且
再次在透射通过基座部分8c时进一步被漫射。以这种方式，与激光只透射通过反射和漫
射部件8一次的情况相比，因为激光P的漫射整形被执行两次，所以漫射性能可以被提高。
同时，在漫射部件8a和反射部件8b是如图1中双点划线显示的分开的情形下，即使激光
P的漫射整形是一次，反射和漫射部件也具有漫射特性。
在反射和漫射部件8上反射的蓝色成分的激光P被引导至光路合成元件9(参见图1)。
透射通过光路合成元件9的蓝色成分的激光P通过如上所述的第五聚光透镜16被凝
聚，并且透射通过颜色成分切换盘10的扇形区域10a，并且此后被引导至光通道17(参
见图1)。
光通道17具有减少光量变化的有利效果。在实例中，如果该有利效果被获取到，那
么替代品可以被用于光通道。例如，复眼透镜可以被使用来代替光通道。
是作为冷却器的一个实例的吹风机的轴流风扇20被设置成接近于作为散热板的散热
器19(参见图1)。
根据第一实施例的吹风机被配置成使得冷却空气在光源部分以及反射和漫射部件中
的一个至另一个上冲击，或者同时在它们上冲击。作为一个实例，在第一实施例中，从轴
流风扇20排出的冷却空气从散热器19和反射和漫射部件8中的一个被供给至另一个，或
者同时被供给至散热器19和反射和漫射部件8两者。这里，在图1中，箭头显示从轴流
风扇20引导至散热器19和反射和漫射部件8的空气的方向。注意，在散热器19没有被
用作光源部分1的情形下，冷却空气同时被供给至激光二极管1a和反射和漫射部件8两
者。
作为可供选择的，从轴流风扇20排出的冷却空气可以从散热器19和反射和漫射部件
8中的一个被供给至另一个，因为其足以同时带走在激光二极管1a中产生的热量和在反射
和漫射部件8中产生的热量。在散热器19不被用作光源部分1的情形下，冷却空气可以
从激光二极管1a和反射和漫射部件8中的一个被供给至另一个。注意，根据第一实施例
的冷却器可以被布置为对漫射部件8a直接进行冷却操作。
以这种方式，轴流风扇20的配置使得能够同时带走在激光二极管1a中产生的热量和
在反射和漫射部件8中产生的热量，并且因此高效地冷却它们，并且防止在光源装置的尺
寸、成本以及噪声上的增加。
即使从光源部分1发射的激光具有非常高的输出，通过将冷却空气引导至反射和漫射
部件8，也可以减小在反射和漫射部件8上的温度分布的差异，抑制局部热应力的发生以
及由于热裂纹导致的破损。因为反射和漫射部件8没有破裂，所以光总是被漫射，并且因
此可以提供安全光源装置，而没有直接泄漏强激光至光源装置的外部。
此外，至反射和漫射部件8的冷却空气的引导使得可以去除粘附于反射和漫射部件8
的灰尘，以维持光学性能。
(实施例2)
图5图解根据第二实施例的光源装置。
作为一个实例，根据第二实施例的冷却器具有电子冷却元件、热管以及吹风机中的至
少任一个被提供的配置。在图5中，相同的参考标号被附接至与图1中的部分相类似的部
分，并且省略其的详细说明。
在第二实施例中，作为冷却器的一个实例的电子冷却元件21被设置在反射和漫射部
件8的反射部件8b上。注意，在如双点划线所示的漫射部件8a相对于反射和漫射部件8
被分开设置在第二聚光透镜7和反射部件8b之间的光路中的情形下，电子冷却元件21被
布置成与光路外的周边接触，以直接冷却漫射部件8a。电子冷却元件21是包括两种类型
的金属结并且采用珀尔帖效应的半导体元件，在珀尔帖效应中，如果电流被施加至两种金
属的结，则在一种金属中发生吸热，并且热量转移至另一种金属，以产生热量。
作为冷却器，不仅冷却反射和漫射部件8的电子冷却元件21被使用，而且可以使用
轴流风扇20和电子冷却元件21的组合。当通过利用轴流风扇20冷却电子冷却元件21时，
有必要根据在使用的电子冷却元件21中产生的热量适当地优化轴流风扇20的冷却性能。
如果电子冷却元件21没有被充分地冷却，则因为没有被足够地获得珀尔帖效应，所以反
射和漫射部件8的吸热效果减小。
以这种方式，电子冷却元件21的供应使得可以将反射和漫射部件8的内侧维持在预
定的温度，并且因此，即使强输出的激光被发射，也安全地冷却反射和漫射部件，以及防
止反射和漫射部件8破裂。因此，因为光可以总是被漫射，所以可以提供安全光源装置，
而没有直接泄漏强激光至光源装置的外部。
(实施例3)
图6和7图解根据第三实施例的光源装置。
作为一个实例，根据第三实施例的冷却器具有电子冷却元件、热管以及吹风机中的至
少任一个被提供的配置。在图6中，相同的参考标号被附接至与图1中的部分相类似的部
分，并且省略其的详细说明。
在第三实施例中，作为冷却器的一个实例的热管22被设置在反射和漫射部件8的反
射部件8b上。注意，在如双点划线所示的漫射部件8a相对于反射和漫射部件8被分开设
置在第二聚光透镜7和反射部件8b之间的光路中而没有一体设置漫射部件8a和反射部件
8b的情形下，热管22被设置在反射和漫射部件8的周边，以便能够转移漫射部件8a的热
量(参见图6)。作为可供选择的，冷却器不仅可以是热管，也可以是电子冷却元件21或
者轴流风扇20与热管22的组合。
热管22包括由具有高热导率的材料组成的管子以及密封地被包含在管子中的挥发性
液体(液压流体)。当对管子和液体中的一个加热时，通过吸热，液压液体发生蒸发，并
且热量转移至管子和液体中的另一个。然后，热量被释放以产生液压液体的冷凝
(condensation)，由此允许热量转移。
图7图解反射和漫射部件8。四根热管22被显示在图7中。该四根热管从封闭位置至
激光P进入反射和漫射部件8的中心点被沿径向地布置。
热管22的供应使得可以产生热量转移的高速操作，并且防止反射和漫射部件8破裂，
因为激光冲击的反射和漫射部件8的一部分与其的周边之间的温差被减小且被均一化。因
此，因为光可以总是被漫射，所以可以提供安全光源装置，而没有直接泄漏强激光至光源
装置的外部。
(实施例4)
图8图解根据第四实施例的光源装置。在第四实施例中，作为一个实例的吹风机被
连接到使反射和漫射部件8与光源部分1相通的流动通道形成部分23，以将冷却空气从光
源部分以及反射和漫射部件中的任何一个供给至另一个，或者同时供给冷却空气。注意，
如果由图8中的双点划线所示的漫射部件8a与反射部件分开地被设置，那么流动通道形
成部分23被连接以与光源部分1和漫射部件8a相通。在图8中，相同的参考标号被附接
至与图1中的部分相类似的部分，并且省略其的详细说明。
在第四实施例中，轴流风扇20被连接到流动通道形成部分23的光源部分侧，以使得
作为吹风机的轴流风扇20将冷却空气从光源部分1供给至反射和漫射部件8。在图8中，
从轴流风扇20引导至散热器19和反射和漫射部件8的箭头显示空气的方向。作为可供选
择的，轴流风扇20可以被安装在反射和漫射部件侧，以形成从反射和漫射部件8至光源
部分1的冷却空气流。此外，作为吹风机的轴流风扇20可以被连接在反射和漫射部件8
与光源部分1之间的流动通道的中间部分，以同时供给冷却空气至光源部分1与反射漫射
部件8中的每一个。
从轴流风扇20排出的冷却空气被吹向散热器19，并且当冷却空气经过散热器19时，
在激光二极管1a中产生的热量被带走。从散热器19排出的热流沿着流动通道形成部分
23流动，并且被引导至反射和漫射部件8。被引导至反射和漫射部件8的热流带走在反射
和漫射部件8中产生的热量，并且然后通过接近于反射和漫射部件8设置的出口被排出至
光源装置的外部。
这里，散热器19的材料或者放热表面面积、轴流风扇20的空气量等等根据在激光二
极管1a中产生的热量被适当地设置，以致从散热器19排出的热流变为低温，在该低温，
反射和漫射部件8不会被热量损坏。通过最佳地设置散热器19和轴流风扇20，从散热器
19排出的热流的温度是比反射和漫射部件8的表面温度低的温度，以在它们之间产生大的
温差，由此允许反射和漫射部件8冷却。
以这种方式，激光二极管1a以及反射和漫射部件8的线性布置使得可以通过利用单
个的轴流风扇20同时排出在激光二极管1a中产生的热量以及反射和漫射部件8的热量。
此外，激光二极管1a以及反射和漫射部件8的线性布置使得可以减少空气路径中的压力
损失，以允许热流高效地排出。此外，激光二极管1a以及反射和漫射部件8的线性布置
使得可以高效地冷却反射和漫射部件8，而没有增加反射和漫射部件8专用的冷却风扇。
因此，可以防止反射和漫射部件8破裂。如上所述，因为光可以总是被漫射，所以可以
提供安全光源装置，而没有直接泄漏强激光至光源装置的外部。
(实施例5)
图9显示本发明的第五实施例以及其中根据第一实施例的光源装置被安装的图像投影
仪的示意性配置。在图9中，与被附接至第一实施例中显示的光源装置的组件的参考标号
相同的参考标号被附接至光源装置，并且省略其的详细说明。
被引导至光源装置的光通道17的蓝色(B)成分的激光P、荧光G、以及荧光R通过
第六聚光透镜25被凝聚为平行光通量。此后，该平行光通量通过光路折叠镜26和反射
镜27被引导至诸如已知的数字微镜装置(DMD)的图像形成面板13(图像产生器)。
图像形成面板13通过图像处理器18被控制。图像数据被输入至图像处理器18，并且
根据图像数据，调制信号被输入至数字微镜装置(DMD)。
数字微镜装置13包括微镜显示元件。根据图像数据，每一个微镜显示元件被调制，
由此每一个颜色成分的光被反射在图像形成面板13上，并且通过投影透镜系统28，作为
图像形成光被投射在屏幕S上。因此，彩色图像被放大地形成在屏幕S上。注意，虽然
第五实施例已通过利用根据调制信号来形成图像的反射型图像形成面板作为图像形成面
板13被描述，但是，可以使用透射型图像形成面板。
根据该图像投影仪，从光源装置1发射出的激光P在荧光膜5a上被散射或者即使激
光没有在荧光膜5a上被散射，也在反射和漫射部件8上被漫射。因此，不出现在人眼的
安全性上的问题。
此外，根据该图像投影仪，因为激光二极管1a被冷却，并且反射和漫射部件8可以
与该激光二极管同时被有效地冷却，所以可以实现在光源装置的尺寸、成本以及噪声上的
减小。换句话说，即使从光源部分1发射出的激光P具有很高的输出，也可以通过冷却器
减小在反射和漫射部件8上的温度分布差异、抑制局部热压力的产生、以及防止反射和漫
射部件8通过热裂纹而被损坏。
以这种方式，反射和漫射部件8被适当地冷却，由此不用担心反射和漫射部件8的损
坏的可能性，并且因为光可以总是被漫射，所以可以连续地提供安全图像投影仪，而没有
直接泄漏强激光至光源装置的外部。
根据本发明，即使反射和漫射部件持续由高输出的激光照射，也可以减小反射和漫射
部件接收到的热量，并且抑制通过热应力产生的反射和漫射部件的损坏。因此，具有可
以防止高输出的激光直接泄漏至图像投影仪的外部而没有被漫射的有利效果。
虽然本发明的几个实施例已被描述，但是，应该注意到，本发明不局限于这些实施例，
本领域技术人员可以对实施例进行各种修改和改变，只要这种修改和改变在由权利要求所
定义得本发明的范围内即可。