CN102696157A

CN102696157A - 光源单元、照明装置及显示器

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Publication number: CN102696157A
Application number: CN201180004797.7A
Authority: CN
Inventors: 高桥一幸; 三浦幸治; 大岩达矢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: US9735550B2; EP3460928A3; EP2600473A4; WO2012014798A1; EP2600473A1; EP2600473B1; US20130021581A1; JPWO2012014798A1; EP3460928A2; CN102696157B; JP5978997B2

Abstract

本发明公开一种显示装置及一种照明装置，其中，可通过使用发出两种以上波长的光的多个光源而减小所述装置的尺寸。红色激光器（11R）、绿色激光器（11G）、蓝色激光器（11B）、微透镜部（116）及微棱镜（117）被整合于光源单元（11）中的基板上。从各激光光源发出的各激光束穿过微透镜部（116）并进入微棱镜（117）。在微棱镜（117）处转换各入射光的光路，使得所述光路之间的距离变短（各入射光的光轴变得彼此更加接近）。作为上述整合的结果，可通过使用微型尺度的微透镜部及微棱镜合成各激光束的光路。

Description

光源单元、照明装置及显示器

技术领域

本发明涉及适用于例如便携式投影仪中的光源单元、照明装置以及显示器。

背景技术

光学模块是投影仪（投影型显示器）的主要组件之一，其通常由包括光源的照明光学系统（照明装置）及包括光学调制装置的投射光学系统（投影光学系统）构成。近年来，在此种投影仪的领域中，一种被称为微型投影仪的小型（掌上型）轻量便携式投影仪已开始被广泛投入使用。在过去，对于此种微型投影仪，一直利用LED（发光二极管）作为光源。

同时，近来激光器已作为一种新型光源而受到关注。例如，继具有高功率输出的蓝色半导体激光器及红色半导体激光器被商业化之后，绿色半导体激光器的开发也已发展至更接近可实用的水平。在此种背景下，已提出一种利用三原色（包括红色（R）、绿色（G）、及蓝色（B））的单色激光器（半导体激光器）的投影仪（例如，参见PTL1及PTL2）。使用此种单色激光器能实现色彩再现范围广且功耗减小的投影仪。

引用文献列表

专利文献

PTL1：日本专利特开第2009-188056号公报

PTL2：国际专利WO2007/116935

发明内容

然而，在上述投影仪中，因为从各半导体激光器发出的光被用作用于图像显示的照明光，所以需要执行各颜色光的光路合成（颜色合成），这会导致光学系统呈大型结构。具体而言，光合成需要使用占据宽的排列空间的光学构件（例如，二向色棱镜及二向色镜）。这已成为妨碍投影仪进一步小型化（减轻重量）的因素。

鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种光源单元、照明装置及显示器，所述光源单元、照明装置及显示器能够通过使用发出具有两种以上波长的光的多个光源而实现小型化。

本发明的光源单元包括：多个光源，用于发出具有两种以上波长的光；微透镜部，包括多个微透镜，各所述微透镜布置成与各所述光源相对；以及微棱镜，其对从所述多个光源经由所述微透镜部进入的各入射光束执行光路转换，以缩短所述光束的光路之间的距离。所述多个光源、所述微透镜部及所述微棱镜被整合于基材上。

本发明的照明装置包括本发明的上述光源单元。

本发明的显示器包括：本发明的上述光源单元；以及光学调制装置，其用于基于图像信号调制从所述光源单元发出的光。

应注意，本发明的微透镜及微棱镜中的用语“微”意指微观尺度，而非按字面限制于任何微米级尺度，其还包含毫米级以及任何其他尺度。

在本发明的光源单元、照明装置、及显示器中，将所述多个光源、微透镜部及微棱镜整合于基材上能使从所述多个光源发出的光在透射过微透镜部之后进入微棱镜中。微棱镜对各入射光束执行光路转换，以缩短各光束的光路之间的距离（以使各入射光束的光轴彼此更为接近），从而发出所得的光。

在本发明的光源单元及显示器中，将所述多个光源、微透镜部及微棱镜整合于基材上，这使得易于通过使用微观尺度的微透镜部及微棱镜而将从所述多个光源发出的光引导至同一光路。换言之，可将从所述多个光源发出的光合成于微小区域中。这能够通过使用发出两种以上波长的光的所述多个光源而实现小型化。

附图说明

图1为显示根据本发明第一实施例的显示器的总体结构的图；

图2为显示图1所示的光源单元的简化结构的示意图；

图3为用于阐释图1所示微透镜部及微棱镜的详细结构及操作的示意图；

图4为显示根据比较例1的显示器的总体结构的图；

图5为显示根据比较例2的显示器的总体结构的图；

图6为用于阐释图1所示微透镜部的操作的示意图；

图7为用于阐释图1所示延迟板的操作的示意图；

图8为显示根据本发明第二实施例的显示器的总体结构的图；

图9为显示图8所示的光源单元的简化结构的模式图；以及

图10为显示根据变形例的光源单元的简化结构的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来详细阐述本发明的各实施例。应注意，将按以下所给出的顺序提供说明。

1.第一实施例（使用将三种（R、G、B）激光器芯片整合于单个封装体中的光源单元的显示器的示例）

2.第二实施例（使用将两种（R、B）激光器芯片整合于单个封装体中的光源单元的显示器的示例）

3.变形例（将三种（R、G、B）无封装的激光器芯片安装于基板上的光源单元的示例）

[第一实施例]

[显示器1的总体结构]

图1显示本发明第一实施例的显示器（显示器1）的总体结构。显示器1是将图像（图像光）投影至屏幕30图像投影平面）上的投影仪，显示器1包括照明装置1A及光学系统（显示光学系统），以使用来自照明装置1A的照明光执行图像显示。

[照明装置1A]

照明装置1A沿光轴Z具有光源单元11、扩束透镜（expander lens）14以及蝇眼透镜（fly-eye lens）15。

光源单元11将发出不同波长的光的两种以上的光源容置于单个封装体中（将两种以上的光源整合于单个封装体中）。根据此实施例，使用R、G、B三种激光光源（红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B）。除红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B之外，光源单元11还具有将在下文中阐述的微透镜部116、微棱镜117以及延迟板118（图1中未显示）。光源单元11的详细结构将在后续进行说明。

扩束透镜14是用于扩大入射光的光束直径的透镜。

在蝇眼透镜15上，例如多个透镜以二维方式排列于基板上，蝇眼透镜15旨在使入射光的平面内亮度分布均匀。在此实施例中，从蝇眼透镜15发出的光在图像显示时被用作照明光。

（显示光学系统）

上述显示光学系统例如包括：偏振分束器（polarization beam splitter，PBS）16、反射型液晶面板17（光学调制装置）及投影透镜18（投影光学系统）。

偏振分束器16是如下的光学构件：其选择性地透过特定的偏振光（例如，p偏振光），同时选择性地反射另一种偏振光（例如，s偏振光）。这使得来自照明装置1A的照明光（例如，s偏振光）被选择性地反射进入反射型液晶面板17中，并使得从反射型液晶面板17发出的图像光（例如，p偏振光）被选择性地透射而进入投影透镜18中。

反射型液晶面板17例如是由LCOS（硅基液晶）等构成，其根据从显示器控制部（图中未显示）提供的图像信号调制来自照明装置1A的照明光，同时反射所述照明光，从而发出图像光。在反射型液晶面板17上，图像光朝着与光入射时不同的偏振方向发出。例如，光出射时的偏振方向相对于光入射时的偏振方向（例如，s偏振光）旋转90度（例如，p偏振光）。

投影透镜18是用于执行将从反射型液晶面板17发出的图像光投影（放大投影）至屏幕30上的透镜，投影透镜18由三片透镜18a、18b、及18c构成。

[光源单元11的详细结构]

图2示意性地显示光源单元11的结构。例如，光源单元11具有例如位于板状支撑板110上的用作散热器等的芯柱112，红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B分别安装于此芯柱112上。红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B以预定间距平行地设置于芯柱112上，并使出射光的远场图案（far field pattern，FFP）的长轴方向彼此一致。每一激光器均经由接合线113与端子111相连接，且端子111穿过支撑板110而被引出至外侧。

红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B由设置于支撑板110上的密封构件114（封装体）进行密封。换言之，如上所述，红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B被容置于单个封装体中。密封构件114具有窗114a（开口）作为其一部分，每一激光束均朝着窗114a发出。保持器115（保持构件）配合于密封构件114的此窗114a。

在保持器115中，保持有微透镜部116及微棱镜117。图3选择性地放大显示邻近保持器115的光学构件（红色激光器11R、绿色激光器11G、蓝色激光器11B、微透镜部116、微棱镜117、以及将在下文中阐述的延迟板118）。如图所示，此实施例具有如下结构：其将三种被封装的激光器、以及微观尺度（被缩放至与封装体相当）的微透镜部116和微棱镜117整合于基板（在此实施例中为支撑板110）上。

微透镜部116包括多个具有NA（数值孔径）转换功能的微透镜，具体而言，包括与激光光源相同数目的此种微透镜（在此实施例中为三个微透镜116a至116c）。微透镜116a至116c被设置成分别与红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B相对，并使用具有遮光作用的侧壁116s来将这些微透镜隔开。通过这些微透镜116a至116c，来自红色激光器11R的出射光（红色激光束Lr）、来自绿色激光器11G的出射光（绿色激光束Lg）、及来自蓝色激光器11B的出射光（蓝色激光束Lb）被基本平行化。

考虑到小型化及光学利用效率，这些微透镜116a至116c的直径被设定成适当的值，作为示例，可在0.8mm至1.0mm的范围内。此外，优选的是，微透镜116a至116c中每一者的孔径数均为0.26以上，以确保对于例如具有各波长的辐射角（20度至45度的垂直方向θ⊥）的光束，几何光学利用率均为70%以上（将在下文中详细阐述）。

微棱镜117对来自红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B的经由微透镜部116进入的各入射光执行光路转换，以缩短所述光的光路之间的距离。理想地，执行光路转换以使入射至微棱镜117中的入射光的光路在光发出后彼此近似一致。换言之，微棱镜117校正由于光源单元11中的各激光器的排列布局（各激光器的发光点位置的偏移）而引起的各颜色光的光轴偏移（光路偏移）。

微棱镜117例如由多个相接合的棱镜构成，其在所述棱镜的接合表面上具有二向色性涂覆膜117a至117c（光学功能膜）。二向色性涂覆膜117a至117c被形成为分别与微透镜116a至116c相对，其在反射性及透射性方面具有波长选择性（具有反射或透射选择波长的光的功能）。在此实施例中，例如，与微透镜116a相对的二向色性涂覆膜117a被形成为反射绿色光及蓝色光，同时透射红色光。此外，与微透镜116b相对的二向色性涂覆膜117b被形成为至少反射绿色光并透射蓝色光。此外，与微透镜116c相对的二向色性涂覆膜117c被形成为至少反射蓝色光。此种微棱镜117的尺寸例如根据微透镜116a至116c的透镜直径及透镜空间间隔等而被设定成适当的值。延迟板118附接于此微棱镜117（光出射侧）上。

延迟板118具有当光以两种偏振方向（例如，s偏振光及p偏振光）入射时使这两种偏振方向彼此接近的功能。理想地，延迟板118使这些偏振方向彼此近似一致。作为延迟板118的具体示例，优选为半波长板，其具有通过将一个偏振方向旋转90度而使该偏振方向与另一偏振方向一致的功能。应注意，所述具体示例并非限制于此种半波长板，且将两种偏振方向转换成圆偏振光的四分之一波长板也可适用。

如上所述，此种延迟板118设置于微棱镜117上，且微棱镜117的光出射侧的表面的一部分足以作为延迟板118的布置区域。尽管细节将在下文中进行阐述，从微透镜部116侧进入的各入射光均以微棱镜117所合成的各光路发出，因此，仅须将延迟板118设置在与至少其出射光路（光轴Z上的光路）相对应的选择区域。应注意，延迟板118的布置位置并非限制于微棱镜117的光出射侧，延迟板118也可设置于微棱镜117的光入射侧。具体而言，延迟板118可设置于微棱镜117与微透镜部116之间、或设置于微透镜部116与红色激光器11R、绿色激光器11G、或蓝色激光器11B之间。

[显示器1的操作及效果]

（显示操作）

在显示器1中，在照明装置1A中，从光源单元11发出的激光束在其光束直径首先被扩束透镜14扩大之后进入蝇眼透镜15中，以经蝇眼透镜15均化（在平面内亮度分布方面）。因此，激光束作为照明光从蝇眼透镜15（照明装置1A）朝显示光学系统发出。

从照明装置1A以此种方式发出的照明光首先进入偏振分束器16以在偏振分束器16中反射选择的偏振光（例如，s偏振光），并随后进入反射型液晶面板17。在反射型液晶面板17上，在根据图像信号调制此入射光的同时反射此入射光，从而使其作为图像光向偏振分束器16侧发出。此图像光透过偏振分束器16，这是因为其以相对于入射时旋转90度的偏振方向发出（例如，其被转换成p偏振光）。透过偏振分束器16的图像光被投影透镜18朝屏幕30投影（放大投影）。

如上所述，基于从光源单元11发出的激光束而执行图像显示，且所述激光束是由如下所述的三原色R、G、及B的合成激光束构成。在显示器1中，能够基于R、G、B的各颜色分量而实现全色图像显示。

（光源单元11中的操作）

（1.R、G、B光路合成）

如图3所示，在光源单元11中，当各颜色的激光束（Lr、Lg及Lb）首先从红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B发出时，各出射光均会进入微透镜部116中。更具体而言，红色激光束Lr进入微透镜116a中，绿色激光束Lg进入微透镜116b中，蓝色激光束Lb进入微透镜116c中。各入射激光束Lr、Lg及Lb在微透镜116a至116c中各自被基本平行化，以朝着微棱镜117发出。以此种方式，从红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B发出的各激光束Lr、Lg及Lb均经由微透镜部116而进入微棱镜117中。

例如，在微棱镜117中，对各入射激光束Lr、Lg、及Lb执行随后的光路转换。

具体而言，通过使用分别与微透镜116a至116c相对形成的二向色性涂覆膜117a至117c，将激光束Lr、Lg、及Lb的各颜色光的光路合成于显示器1的光轴Z上。更具体而言，经微透镜116a入射的红色激光束Lr经二向色性涂覆膜117a透射，并随后经微棱镜117透射，同时保持与入射时几乎相同的光路，沿光轴Z发出。另一方面，经微透镜116b入射的绿色激光束Lg通过被二向色性涂覆膜117b反射而被引导至与红色激光束Lr相同的光路，且随后被二向色性涂覆膜117a进一步反射，以从微棱镜117发出。此外，经微透镜116c入射的蓝色激光束Lb首先被二向色性涂覆膜117c反射，并随后经二向色性涂覆膜117b透射。随后，与绿色激光束Lg一样，蓝色激光束Lb通过被二向色性涂覆膜117a反射而被引导至与红色激光束Lr相同的光路，以从微棱镜117发出。

这使得在光源单元11中，从互不相同的光路进入微棱镜117中的激光束Lr、Lg、及Lb被合成于光轴Z（Lout）上，以作为上述照明光被发出。

（比较例1）

此处，图4显示此实施例的比较例1的显示器（显示器100）的总体结构。如上述显示器1一样，比较例1的显示器100是将图像光投影至屏幕30上的投影仪，其包括具有红色激光器101R、绿色激光器101G、及蓝色激光器101B的照明装置101、以及作为显示光学系统（投影光学系统）的投影透镜105（105a、105b、及105c）。

照明装置101具有均化光学系统102R、102G、及102B，以及分别位于红色激光束、绿色激光束、及蓝色激光束的光路上的光学调制装置（透射型液晶装置）103R、103G、及103B。均化光学系统102R、102G、及102B分别由全息图（hologram）（102R1、102G1、及102B1）及场镜（field lens）（102R2、102G2、及102B2）构成。此外，设有用于合成各颜色的光路的二向色棱镜104。

在比较例1的显示器100中，在照明装置101中，从红色激光器101R发出的光经均化光学系统102R透射，并随后由光学调制装置103R调制，以作为图像光发出。类似地，从绿色激光器101G发出的光经均化光学系统102G透射，并随后由光学调制装置103G调制，以作为图像光发出。此外，从蓝色激光器101B发出的光经均化光学系统102B透射，并随后由光学调制装置103B调制，以作为图像光发出。在二向色棱镜104中对以此种方式从光学调制装置103R、103G、及103B发出的彩色图像光执行颜色合成（光路合成）。

然而，在此种照明装置101中，排列有作为红色激光器101R、绿色激光器101G、及蓝色激光器101B的半导体激光器封装体、及用于光路合成的二向色棱镜（正交棱镜）104，其中各半导体激光器封装体的外形尺寸均为约φ5.6mm且总长度均为约3.5mm（不包括引线部）。因此，对用于投影仪的照明装置而言，尺寸变得过大，这使得难以实现小型的投影仪。此外，为确保光学利用率，需要使用具有高NA且具有大的外径形状的场镜102R2、102G2、及102B2，这会限制小型化。

（比较例2）

图5显示比较例2的显示器（显示器200）的总体结构。如上述显示器1一样，比较例2的显示器200也是用于将图像光投影至屏幕30上的投影仪。显示器200包括具有红色激光器201R、绿色激光器201G、及蓝色激光器201B的照明装置201、作为显示光学系统的光学调制装置（透射型液晶装置）208、偏振分束器209、以及投影透镜210（投影光学系统）。

照明装置201具有反射镜202B、二向色镜202R及202G、聚光透镜203、漫射装置204a及204b、驱动部205、光积分棒（rod integrator）206、以及透镜207。

在比较例2的显示器200中，在照明装置201中，从蓝色激光器201B发出的光被反射镜202B反射，并随后经二向色镜202R及202G选择性地透射，以进入聚光透镜203中。此外，从红色激光器201R发出的光被反射镜202R选择性地反射，并随后经二向色镜202G选择性地透射，以进入聚光透镜203中。另一方面，从绿色激光器201G发出的光被二向色镜202G选择性地反射，以进入聚光透镜203中。彩色激光束被合成于这样的各自的光路中：在各自的光路中，各种光借助反射镜202B以及二向色镜202R及202G而以此种方式进入聚光透镜203中。彩色合成光被聚光透镜203会聚于光积分棒206的入射端面上。此时，驱动部205驱动漫射装置204a及204b，且所述会聚光被漫射而进入光积分棒206中。随后，在光积分棒206中被均化的光穿过透镜207，作为照明光从照明装置201发出。此照明光经由偏振分束器209、光学调制装置208、及投影透镜210而被投影（放大投影）至屏幕30上。

然而，与上述比较例1一样，同样在照明装置201中，需要排列对应于R、G、及B的各个半导体激光器封装体、用于光路合成的二向色镜等等。因此，对用于投影仪的照明装置而言，尺寸变得过大，这使得难以实现小型的投影仪。

相反，在此实施例中，如上所述，在光源单元11中，红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B被容置于单个封装体（密封构件114）中，且微透镜部116及微棱镜117由设置于密封构件114上的保持器115保持。换言之，此实施例具有如下结构：其将容置于封装体的微小区域中的三种（R、G、B）激光器芯片、以及微观尺度几乎等于所述封装体的微透镜部116及微棱镜117整合于基板上。这使得从红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B发出的各激光束Lr、Lg及Lb经由微透镜部116而进入微棱镜117中，从而使得各激光束Lr、Lg及Lb的光路被合成于此微棱镜117上。因此，在此实施例中，光源单元11及照明装置1A的尺寸变得尤其适用于微型投影仪。

（2.微透镜部116的操作）

此外，在此实施例中，期望微透镜116a至116c中的每一者在排列于光源单元11中的微透镜部116中满足以下所给出的条件表达式（1）。此处，图6示意性地显示以最近的距离相邻布置的两个微透镜（平行布置的多个微透镜中的第i微透镜及第（i+1）微透镜）。在图6中，第i微透镜的有效直径、孔径数、及焦距分别为D（i）、NA（i）、及f（i），且第（i+1）微透镜的有效直径、孔径数、及焦距分别为D（i+1）、NA（i+1）、及f（i+1）。此外，当i为1以上的整数、第i光源（与第i微透镜相对的光源）的波长为λ（i）、且第i微透镜与第（i+1）微透镜的光轴之间的距离（光源（发光点）之间的距离）为Δ（i）时，将满足以下条件表达式（2）及（3）。

Δ（i）/(f（i）+f（i+1）)≥0.26……（1）

λ（i）>λ（i+1）……(2)

f（i）≥f（i+1）……(3)

可按下述方式导出此条件表达式（1）。换言之，以下表达式（4）表达相邻光源之间的距离（发光点之间的距离）与透镜（有效直径）的关系，而以下表达式（5）则表达微透镜中的孔径数、焦距及有效直径的关系。根据表达式（4）及（5）导出表达式（6）。

Δ（i）≥(D(i)/2+D(i+1)/2)……(4)

NA（i）=D(i)/(2·f(i))→D(i)=2·f(i)·NA（i）……(5)

Δ（i）≥f(i)·NA（i）+f（i+1）·NA（i+1）……(6)

当使所需亮度在相邻微透镜之间相等时，在上述表达式（6）中建立NA（i）=NA（i+1）（微透镜的孔径数为NA），并建立以下所给出的表达式（7）。

Δ（i）/(f（i）+f（i+1）)≥NA……(7)

同时，在现有的微型投影仪中，亮度效率的参考指标值为10（lumen/W）。使用根据光学效率、电效率、光源效率、发光率（luminosityfactor）等的预定定义表达式来计算此亮度效率。光学效率具体包括：几何光学效率（70%）、组成部件的透射率（80%）、及偏振光的效率（90%），而电效率具体包括：孔径比（92%）及反射率（60%）。此外，激光光源的发光效率（luminous efficiency）在大约从20至25（W/W）的范围内（根据具体的波长而定），且发光率使用通常的恒定值。为根据这些不同的角度而实现理想亮度10（lumen/W），期望微透镜的孔径数为0.26以上。通过在上述表达式（7）中考虑此值而获得上述条件表达式（1）。

例如，当如本实施例一样使用三种激光光源R、G、B时，可通过在设计中采用以下值来满足条件表达式（1）。

λ（1）=640nm，λ（2）=525nm，λ（3）=445nm

f（1）=1.8mm，f（2）=1.8mm，f（3）=1.8mm

Δ（1）=1.0mm，Δ（2）=1.0mm

此时，当i=1、2时，根据条件表达式（1）获得的值变成如下所示的0.277。此外，在此情形中，对于微棱镜117，例如可使用具有1mm×1mm×3mm的尺寸的棱镜。

i=1：Δ（1）/(f（1）+f（2）)=0.277

i=2：Δ（2）/(f（2）+f（3）)=0.277

（3．考虑FFP形状的各激光光源的排列）

此外，在此实施例中，在此种光源单元11中，通过将红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B设置成使激光束Lr、Lg及Lb的FFP的长轴方向彼此近似一致而得到以下操作。

图7A显示从红色激光器11R发出的红色激光束Lr的FFP及偏振方向，而图7B显示从绿色激光器11G（蓝色激光器11B）发出的绿色激光束Lg（蓝色激光束Lb也相同）的FFP及偏振方向。如图所示，例如，对于分别从红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B发出的各激光束Lr、Lg、及Lb而言，FFP均呈椭圆形形状，所述椭圆形形状在XY平面中沿X方向具有短轴且沿Y方向具有长轴。换言之，激光束Lr、Lg、及Lb的FFP的长轴方向沿Y方向彼此一致。

例如，这将减少在使用具有I切口形状的透镜时的光学损失。一般而言，例如常常在设备厚度受限时使用具有I切口形状的透镜，使用此种透镜会根据切口方向而缩窄光学有效范围。如上所述，通过使激光束Lr、Lg、及Lb的所有FFP的长轴方向（即，FFP的形状）与I切口方向（较宽有效直径的方向）一致，可减少任何光学损失。

（4.延迟板118的操作）

此外，根据此实施例，在光源单元11中，例如，延迟板118设置于微棱镜117上，从而得到以下操作。

如上所述，尽管期望激光束Lr、Lg、及Lb的FFP的长轴方向（FFP的形状）彼此一致，然而此时在各激光束Lr、Lg、及Lb中偏振方向互不相同。具体而言，红色激光束Lr的偏振方向P1r变得与FFP的长轴方向（Y轴方向）相同（图7（A））。另一方面，绿色激光束Lg（蓝色激光束Lb）的偏振方向P1gb变得与FFP的短轴方向（X轴方向）相同（图7（B））。如上所述，尽管当各激光束的偏振方向互不相同（此情形中存在两种偏振方向）时在R、G、B中激光束的FFP形状匹配，然而仍可出现以下缺点。换言之，例如，如本实施例一样，当与显示光学系统中的反射型液晶面板17及偏振分束器16相结合地执行光路分离（光路转换）时，理想的是使照明光的偏振方向相一致。因此，期望从光源单元11发出的激光束中的彩色光的偏振方向与偏振方向中的一个方向相一致。

就此而言，延迟板118设置于微棱镜117上，以使以上述偏振方向P1r及P1gb发出的激光束Lr、Lg、及Lb彼此接近。例如，通过使用预定的半波长板作为延迟板118，对于红色激光束Lr而言，偏振方向P1r被旋转90度，且红色激光束Lr沿与短轴方向（X）相同的偏振方向P2r发出。另一方面，因为此种半波长板对于绿色激光束Lg及蓝色激光束Lb（其中偏振方向P1gb最初指示FFP形状的短轴方向（X轴方向））不起作用，所以这些激光束保持与入射时相同的偏振方向（P2gb）发出。以此种方式，延迟板118的使用使得激光束Lr、Lg、及Lb的偏振方向可彼此一致。这也使光源单元11适用于使用上述偏振光来执行光路分离的显示光学系统。

如上所述，在本发明的此实施例中，光源单元11具有如下结构：其整合容置于单个封装体中的红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B、以及微观尺度几乎等于所述封装体的微透镜部116及微棱镜117。这能够在不像上述比较例1及2一样提供大型光学系统的情况下合成激光束Lr、Lg、及Lb的光路。因此，可通过使用发出两种以上波长的光的多个光源来实现小型化。

[第二实施例]

图8显示本发明第二实施例的显示器（显示器2）的总体结构。如上述第一实施例的显示器1一样，显示器2是用于将图像投影至屏幕30上的投影仪，然而包括光源单元12的照明装置2A的结构不同于上述第一实施例。应注意，将使用相同的附图标记来表示与第一实施例相同的组成部件，并酌情省略相关的说明。

[照明装置2A的结构]

照明装置2A沿光轴Z具有光源单元12、扩束透镜14、合成棱镜19以及蝇眼透镜15。照明装置2A还设置有与合成棱镜19相对的绿色LED20G、以及耦合透镜21（透镜21a及21b）。换言之，在此实施例中，R及B两个分量是基于来自激光光源的出射光，且G分量是基于来自LED的出射光。

（光源单元12）

如上述第一实施例的光源单元11一样，光源单元12将两种以上的光源容置于单个封装体中。然而，在此实施例中，仅R及B两种激光光源（红色激光器11R及蓝色激光器11B）被容置于单个封装体中。

图9示意性地显示光源单元12的结构。如上述光源单元11一样，光源单元12例如具有位于支撑板110上的芯柱112、以及分别安装于此芯柱112上的红色激光器11R及蓝色激光器11B。此外，红色激光器11R及蓝色激光器11B以预定间距平行地设置于芯柱112上，并使出射光的FFP的长轴方向彼此一致。各激光器经由接合线113与用于外部连接的端子111相连接。

这些红色激光器11R及蓝色激光器11B由支撑板110上的密封构件114进行密封，并被容置于单个封装体中。此外，保持器115配合于设置在密封构件114上的窗114a，且微透镜部126及微棱镜127被保持于此保持器115中。换言之，此实施例也具有如下结构：其整合其中容置有R及B两种激光器的封装体、以及微观尺度几乎等于所述封装体的微透镜部126及微棱镜127。

如上述第一实施例的微透镜部116一样，微透镜部126包括与激光光源相同数目的具有NA转换功能的微透镜（在此实施例中为两个微透镜126a及126b）。这些微透镜126a及126b被分别设置成与红色激光器11R及蓝色激光器11B相对。通过这些微透镜126a及126b，来自红色激光器11R的红色激光束Lr及来自蓝色激光器11B的蓝色激光束Lb均基本被平行化。对于微透镜126a及126b的直径、孔径数等而言，如上述微透镜部116（116a至116c）一样，期望考虑到小型化及光学利用效率（亮度效率）而对其进行设定。

如上述第一实施例的微棱镜117一样，微棱镜127对各入射光执行光路转换，以缩短所述光的光路之间的距离（理想地使各光路彼此一致）。此外，微棱镜127由多个相接合的棱镜构成，其在所述棱镜的接合表面上分别具有二向色性涂覆膜127a及127b（光学功能膜）。二向色性涂覆膜127a及127b分别被形成为与微透镜126a及126b相对，其在反射性及透射性方面具有波长选择性（具有反射或透射选择波长的光的功能）。在此实施例中，例如，与微透镜126a相对的二向色性涂覆膜127a被形成为至少反射蓝色光并透射红色光。另一方面，与微透镜126b相对的二向色性涂覆膜127b被形成为至少反射蓝色光。例如根据微透镜126a及126b的透镜直径、透镜空间间隔等将此微棱镜127的尺寸设定成适当的值。与上述第一实施例一样，在此微棱镜127（光出射侧）上的发光光路（光轴Z）上附接有延迟板118。

合成棱镜19将基于来自光源单元12的出射光的激光束（红色激光束Lr与蓝色激光束Lb的合成光）及基于从绿色LED 20G发出的光的光束（绿色LED光）合成在光轴Z上。绿色LED 20G是发出绿色光的发光二极管。耦合透镜21例如由两片透镜21a及21b构成，其基本平行于从绿色LED 20G发出的光。

[照明装置2A（显示器2）的操作及效果]

在照明装置2A中，从光源单元12发出的激光束在其光束直径被扩束透镜14扩大之后进入合成棱镜19中。另一方面，从绿色LED 20G发出的LED光在其被耦合透镜21基本上平行化之后进入合成棱镜19中。当激光束及LED光在合成棱镜19中被合成后，合成的光经蝇眼透镜15透射，作为照明光从照明装置2A发出。此照明光穿过显示光学系统（偏振分束器16、反射型液晶面板17、及投影透镜18）而成为图像光，从而被投影至屏幕30上。

如图9所示，在光源单元12中，当红色激光束Lr及蓝色激光束Lb从红色激光器11R及蓝色激光器11B发出时，各出射光均进入微透镜部126中。更具体而言，红色激光束Lr进入微透镜126a中，而蓝色激光束Lb则进入微透镜126b中。各入射激光束Lr及Lb各自在微透镜126a及126b中被基本平行化，以朝着微棱镜127发出。在微棱镜127中，对各入射激光束Lr及Lb执行预定的光路转换。具体而言，通过使用二向色性涂覆膜127a及127b，激光束Lr及Lb的彩色光的光路被合成于显示器2的光轴Z上。更具体而言，经微透镜126a入射的红色激光束Lr透射过二向色性涂覆膜127a，且随后透射过微棱镜127，同时保持与入射时几乎相同的光路，以在光轴Z上发出。另一方面，经微透镜126b入射的蓝色激光束Lb首先被二向色性涂覆膜127b反射。随后，其通过被二向色性涂覆膜127a反射而被引导至与红色激光束Lr相同的光路，以从微棱镜127发出。

这使得在光源单元12中，从互不相同的光路进入微棱镜127中的激光束Lr及Lb被合成于光轴Z上而发出。以此种方式合成的红色激光束Lr及蓝色激光束Lb在合成棱镜19中与绿色LED光合成。因此，来自照明装置2A的出射光最终成为具有R、G及B三原色的成分的光。

此外，同样在此实施例中，期望微透镜部126中的各微透镜126a及126b满足上述条件表达式（1）。例如，当如本实施例一样使用R及B两种激光光源时，可通过在设计中采用以下值而满足条件表达式（1）。

λ（1）=640nm，λ（2）=445nm

f（1）=1.35mm，f（2）=1.35mm

Δ（1）=0.8mm

此时，当i=1时，根据条件表达式（1）获得的值会变成如下所示的0.296。此外，在此情形中，对于微棱镜127，例如可使用具有0.8mm×0.8mm×1.6mm的尺寸的棱镜。

i=1：Δ（1）/(f（1）+f（2）)=0.296

此外，同样在本实施例中，如上述第一实施例一样，红色激光器11R及蓝色激光器11B被设置成使激光束Lr及Lb的FFP的长轴方向彼此近似一致，从而使光学损失减少。

此外，红色激光束Lr及蓝色激光束Lb从光源发出之后的偏振方向互不相同，因为延迟板118设置于微棱镜127上，这使得这些偏振方向可彼此近似一致。

因此，如上述第一实施例一样，在显示器2中，可实现全色图像显示。此外，对容置于单个封装体中的R及B两种激光光源、以及微透镜部126及微棱镜127进行整合能够以适用于微型投影仪的尺寸实现光源单元12（照明装置2A）。因此，可获得与上述第一实施例等效的效果。

[变形例]

随后，提供关于本发明的变形例的说明。尽管此变形例适用于第一实施例及第二实施例两者，然而此说明是通过以使用第一实施例所述的三种激光器芯片的情形为例进行的。在下文中，将使用相同的附图标记表示与第一实施例中相同的组成部件，并酌情省略相关的说明。

图10显示变形例的光源单元（光源单元13）的简化结构。如上述第一实施例的光源单元11一样，此变形例的光源单元13将三种激光光源（红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B）、以及微透镜部116及微棱镜117整合（层压）于支撑板130上。

具体而言，如上述光源单元11一样，光源单元13例如具有：位于支撑板130上的芯柱112，以及分别安装于此芯柱112上的红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B。此外，红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B以预定间距平行地设置于芯柱112上，并使出射光的FFP的长轴方向彼此一致。各激光器经由接合线113与用于外部连接的端子131相连接。此外，在红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B的光出射侧，设置有微透镜部116及微棱镜117。

然而，在此变形例中，与本发明的第一实施例不同，三种激光光源（红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B）、微透镜部116、及微棱镜117沿支撑板130的平面内方向S进行层压。具体而言，本变形例具有层压结构：其中表面上安装有红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B的芯柱112、微透镜部116、及微棱镜117被附接于支撑板130的一个主面上。此外，如第一实施例一样，在微棱镜117的光出射侧附接有延迟板118。换言之，与上述第一实施例及第二实施例不同，此变形例具有如下结构：其中各光源均未被封装，而是与微透镜部116及微棱镜117一同安装于基板上。

如本变形例一样，红色激光器11R、绿色激光器11G、及蓝色激光器11B无须被容置于单个封装体中。将这些激光器与微透镜部及微棱镜一同整合于同一基板上的微小区域中的结构能够获得与第一实施例等效的效果。

尽管此处通过引用实施例及变形例来阐述本发明，然而本发明并非限制于这些实施例等，并且允许作出各种修改。例如，在上述实施例等中，是针对其中光源单元中的多个光源全部为激光光源的情形进行说明，然而光源并非限制于此，也可包括其他光源（例如，LED），或可将激光光源与LED组合安装。此外，各激光光源的数目、布置（排列顺序）等并非限制于上文所述。

此外，在本发明的上述第二实施例中，红色激光器及蓝色激光器设置于光源单元12中，而绿色LED则设置于光源单元的外侧，由此，R激光束及B激光束与LED光G的合成光被用作照明光，然而，激光波长与LED波长的组合并非限制于此。

此外，在上述实施例等中，采用反射型液晶面板作为光学调制装置的示例，然而，光学调制装置并非限制于此，例如，也可使用透射型液晶面板、DMD（数字微镜装置）等等。

此外，在上述实施例等中，通过具体列举照明装置及显示器的每一组成部件（光学系统）而进行说明，然而，并非必须设置所有这些组成部件，或者还可设有其它组成部件。

此外，在上述实施例等中，采用投影仪（尤其是微型投影仪）作为本发明的显示器的示例，然而，显示器并非限制于此，例如直视型显示器或光刻机（例如步进器（stepper））也可适用。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种光源单元，包括：

多个光源，其用于发出两种以上波长的光；

微透镜部，其包括多个微透镜，各所述微透镜布置成与各所述光源相对；

微棱镜，其对从所述多个光源经由所述微透镜部进入的各入射光束执行光路转换，以缩短所述光束的光路之间的距离；以及

延迟板，其用于使所述入射光束的第一偏振方向与第二偏振方向彼此更加接近，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向彼此不同，其中，

所述多个光源、所述微透镜部及所述微棱镜被整合于基材上。

2.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述微棱镜执行所述光路转换，以使所述入射光束的所述光路近似一致。

3.如权利要求1或权利要求2所述的光源单元，其中，所述微棱镜与各所述微透镜相对且具有光学功能膜，所述光学功能膜反射选择的波长的光并透射其它选择的波长的光。

4.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述多个光源包括红色激光器、绿色激光器及蓝色激光器中的两种以上激光器。

5.如权利要求4所述的光源单元，其中，所述多个光源为红色激光器、绿色激光器及蓝色激光器。

6.如权利要求4或权利要求5所述的光源单元，其中，从所述多个激光器发出的光束的远场图案中的长轴方向彼此近似一致。

7.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述延迟板使所述第一偏振方向与所述第二偏振方向彼此近似一致。

8.如权利要求7所述的光源单元，其中，

所述第一偏振方向与所述远场图案中的长轴方向相同，而所述第二偏振方向与所述远场图案中的短轴方向相同；且

所述延迟板为半波长板，其通过选择性地将所述第一偏振方向旋转90度而使所述第一偏振方向与所述第二偏振方向彼此近似一致。

9.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述多个光源被容置于单个封装体中。

10.如权利要求9所述的光源单元，包括：

密封构件，其位于所述基材上，用于密封所述多个光源，且在所述多个光源的发光侧上具有开口；以及

保持构件，其用于保持所述微透镜部及所述微棱镜，且与所述密封构件的所述开口相配合。

11.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述多个光源、所述微透镜部及所述微棱镜沿作为所述基材的基板的平面内方向层压于所述基板上。

12.一种照明装置，包括光源单元，所述光源单元包括：

多个光源，其用于发出两种以上波长的光；

13.一种显示器，包括：

光源单元；以及

光学调制装置，其用于基于图像信号调制从所述光源单元发出的光，

其中，所述光源单元包括：

多个光源，其用于发出两种以上波长的光；

微棱镜，其对从所述多个光源经由所述微透镜部进入的各入射光束执行光路转换，以缩短所述光束的光路之间的距离；及

延迟板，其用于使所述入射光束的第一偏振方向与第二偏振方向彼此更加接近，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向彼此不同，且

14.如权利要求13所述的显示器，还包括：

投影光学系统，其用于将所述光学调制装置所调制的光投影至表面上。

Claims

1.一种光源单元，包括：

多个光源，其用于发出两种以上波长的光；

微透镜部，其包括多个微透镜，各所述微透镜布置成与各所述光源相对；以及

微棱镜，其对从所述多个光源经由所述微透镜部进入的各入射光束执行光路转换，以缩短所述光束的光路之间的距离，其中，

7.如权利要求4或权利要求5所述的光源单元，还包括：

延迟板，其用于使所述入射光束的第一偏振方向与第二偏振方向彼此更加接近，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向彼此不同。

8.如权利要求7所述的光源单元，其中，所述延迟板使所述第一偏振方向与所述第二偏振方向彼此近似一致。

9.如权利要求8所述的光源单元，其中，

10.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述多个光源被容置于单个封装体中。

11.如权利要求10所述的光源单元，包括：

12.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述多个光源、所述微透镜部及所述微棱镜沿作为所述基材的基板的平面内方向层压于所述基板上。

13.一种照明装置，包括光源单元，所述光源单元包括：

多个光源，其用于发出两种以上波长的光；

14.一种显示器，包括：

光源单元；以及

其中，所述光源单元包括：

多个光源，其用于发出两种以上波长的光；

微透镜部，其包括多个微透镜，各所述微透镜布置成与各所述光源相对；及

微棱镜，其对从所述多个光源经由所述微透镜部进入的各入射光束执行光路转换，以缩短所述光束的光路之间的距离，且

15.如权利要求14所述的显示器，还包括：