CN103189794A

CN103189794A - 照明设备以及使用其的投影型显示设备

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Publication number: CN103189794A
Application number: CN2010800697218A
Authority: CN
Inventors: 松原正晃; 齐藤裕之
Original assignee: NEC Display Solutions Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: WO2012053057A1; CN103189794B; JP5574458B2; JPWO2012053057A1; EP2631713A4; EP2631713A1; US8955985B2; EP2631713B1; US20130194552A1

Abstract

一种照明设备，包括：激发光源（12、13）；发射绿色荧光的荧光体轮（14）；将发射的荧光转换成平行光束的准直透镜（15）；红色激光器（10）；蓝色激光器（11）；将从激发光源（12、13）输出的激发光以及从红色激光器（10）输出的光组合的二向色镜（22），以及将从荧光体箔（14）发射的荧光，从红色激光器（10）输出的光以及从蓝色激光器（11）输出的光组合的正交二向色棱镜（20）。正交二向色棱镜（20）将从激发光源（12、13）输出的激发光向准直透镜（15）发射，且准直透镜（15）将入射的激发光聚焦到荧光体箔（14）上。

Description

照明设备以及使用其的投影型显示设备

技术领域

本发明涉及一种投影型显示设备的照明设备。

背景技术

专利文献1描述了一种使用荧光体作为光源的投影仪。

专利文献1中描述的投影仪具有光源设备，该光源设备包括荧光颜色是红色的发光设备、荧光颜色是绿色的发光设备、荧光颜色是蓝色的发光设备以及组合这些发光设备的各个颜色的荧光的第一和第二二向色镜。

各个发光设备都包括在外周边上形成荧光层的圆柱形旋转体、旋转该旋转体的驱动源、将荧光体层发射的荧光光束转换成平行光束的准直透镜、激发光源以及在朝向荧光体层的方向上反射来自激发光源的激发光的反射镜。由反射镜反射的激发光通过准直透镜照射在荧光体层上。从荧光体层发射的荧光通过准直透镜转换为平行光束。

从蓝色发光设备发射的蓝色荧光进入第一二向色镜的一个表面且从绿色发光设备发射的绿色荧光进入第一二向色镜的另一表面。第一二向色镜具有透射蓝色光但反射绿色光的性质，且因此组合入射的蓝色和绿色荧光。

在第一二向色镜中组合的荧光（绿色和蓝色）进入第二二向色镜的一个表面，且从红色发光设备发射的红色荧光进入第二二向色镜的另一表面。第二二向色镜具有透射蓝色和绿色光但反射红色光的性质，且因此组合入射的蓝色、绿色和红色荧光。

在上述投影仪中，来自光源设备的光照射到显示元件，且在该显示元件中形成的图像随后通过投影侧光学系统投影到屏幕上。

除了上述投影仪之外，专利文献2描述了一种使用发光二极管（LED）作为光源的投影仪。

专利文献2中描述的投影仪具有照明光学系统，其包括：其中布置多个红色LED的红色LED阵列、其中布置多个绿色LED的绿色LED阵列、其中布置多个蓝色LED的蓝色LED阵列，以及将来自这些LED阵列的红色、绿色和蓝色中的每一种的光束组合的正交二向色棱镜（cross dichroic prism）。

在上述投影仪中，来自照明光学系统的光照射进数字微镜设备（DMD），且由DMD形成的图像通过投影透镜投影到屏幕上。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本未审专利申请公布No.2010-197497

专利文献2：日本未审专利申请公布No.2003-186110

发明内容

紧凑型高亮度投影仪的开发中的新发展已经产生对更紧凑且具有更高亮度的照明设备（专利文献1中描述的光源设备以及专利文献2中描述的照明光学系统）的需要，以便实现这种投影仪。

在专利文献1中描述的投影仪中，可通过使用荧光作为光源来提供高亮度发光设备，但是这种类型的发光设备比诸如半导体激光器或LED的固态光源大，且因此难以实现具有更高紧凑度的光源设备。

另一方面，在专利文献2中描述的投影仪中，因为LED用作光源，因此与专利文献1中描述的设备相比更容易实现具有更高紧凑度的照明光学系统（照明设备）。但是，专利文献2中描述的投影仪遇到下述问题。

使用绿色激光器或绿色LED形式的高亮度部件至今不能量产，且目前使用低亮度部件。因此专利文献2中描述的投影仪中的LED可以通过布置成阵列而实现高亮度。

但是，其中来自光源的光照射在显示元件上且在显示元件中形成的图像通过投影透镜投影的投影型显示设备受所谓“光学扩展量（etendue）”的限制，光学扩展量由光源面积以及发散角决定。如果光源面积和发散角的乘积值不能等于或小于由投影透镜的焦距比数决定的显示元件的面积和接收角（立体角）的乘积值，则来自光源的光不能用作投影光。因此，即使多个LED在阵列中对齐，也不能将亮度提升超过光学扩展量的限制。

在专利文献2中描述的照明光学系统中，因为LED半导体芯片的面积或LED的数量由于上述光学扩展量限制而受到限制，因此难以获得足量的输出光。因此难以借助专利文献2中描述的照明光学系统实现更高的亮度。

本发明的目的是提供一种同时具有紧凑度和高亮度特点的照明设备，以及配备这种照明设备的投影型显示设备。

为了实现上述目的，本发明的照明设备包括：

激发光源单元，其提供激发光；

荧光体单元，其利用从激发光源单元提供的激发光引起的激发而发射荧光；

准直透镜，其将荧光体单元发射的荧光转换成平行光束；

第一固态光源，其提供第一光，该第一光的峰值波长被设定在第一波长带中，在第一波长带中的波长比从荧光体单元发射的荧光的波长长；

第二固态光源，其提供第二光，该第二光的峰值波长被设定在不同于第一波长带的第二波长带中；

二向色镜，在其中将从激发光源单元提供的激发光以及从第一固态光源提供的光组合并出射作为组合光；以及

颜色组合装置，其设置有第一至第四表面，由二向色镜组合的光被提供至第一表面，且从被提供至第一表面的组合光，激发光从第二表面向荧光体单元出射，第一光从第四表面出射，从荧光体单元发射的荧光被提供至第二表面，被提供至第二表面的荧光从第四表面出射，从第二固态光源提供的第二光被提供至第三表面，并且被提供至第三表面的第二光从第四表面出射；

其中准直透镜将从颜色组合装置的第二表面出射的激发光会聚在荧光体单元上。

本发明的投影型显示设备包括：

上述照明设备；

显示元件，其对从照明设备出射的光进行空间调制；以及

投影光学系统，其投影由显示元件形成的图像光。

附图说明

图1是示出作为本发明的示例性实施例的照明设备构造的示意图。

图2是示出图1中所示的照明设备的激发光源单元构造的示意图。

图3是示出图1中所示的照明设备的第一二向色表面（膜）的P偏振光和S偏振光的光谱透射特性的曲线图。

图4是示出图1中所示的照明设备的第二二向色表面（膜）的P偏振光和S偏振光的光谱透射特性的曲线图。

图5是示出当从图1中所示的照明设备的一部分的侧面观察时的激发光的光路的示意图。

图6是示出叠加在图3中所示的第一二向色表面的透射特性上的图4中所示的第二二向色表面的透射特性的曲线图。

图7是示出图1中所示的照明设备的绿色荧光、红色激光以及蓝色激光的光路的示意图。

图8是配备三个激发光源的照明设备的激发光源部分的俯视图。

图9是配备三个激发光源的照明设备的激发光源部分的侧视图。

图10是配备本发明的照明设备的投影型显示设备的实例的示意图。

附图标记说明

10 红色激光

11 蓝色激光

12，13 激发光源

14 荧光体轮

15－19 准直透镜

20 正交二向色棱镜

21 反射镜

22 二向色镜

具体实施方式

以下参考附图说明本发明的示例性实施例。

图1是示出本发明的示例性实施例的照明设备构造的示意图。

参考图1，在诸如投影仪的投影型显示设备中使用的照明设备包括：红色激光器10、蓝色激光器11、激发光源12和13、荧光体轮14、准直透镜15－19、正交二向色棱镜20、反射镜21以及二向色镜22。

为方便起见，在图1中仅示出从激发光源12和13提供的激发光的光路，且未示出从红色激光器10提供的红色激光的光路、从蓝色激光器11提供的蓝色激光的光路以及从荧光体轮14发射的绿色荧光的光路。此外，虽然图1中所示的激发光的光路仅示出中心光束的光路，但是激发光实际上是通过由多个光线组成的光线束构成的。

红色激光器10和蓝色激光器11是诸如以激光器二极管为代表的半导体激光器或LED的固态光源。红色激光器10提供在红色波长带内具有峰值波长的S偏振光（以下指示为红色激光）。蓝色激光器11提供在蓝色波长带内具有峰值波长的S偏振激光（以下指示为蓝色激光）。

荧光体轮14由在其上沿一个表面的外周边形成荧光体区域的轮构成。荧光体轮14的中心部由链接至附图中未示出的马达的输出轴的旋转轴（或该输出轴）支撑，荧光体轮14接收通过马达实现的旋转驱动并以固定速度旋转。形成在荧光体区域中的荧光体所发射的颜色是绿色，且由于荧光体被波长小于该绿色波长的激发光激发，因此从荧光体区域发射绿色荧光。

激发光源12和13是提供波长比绿色荧光的波长短的S偏振激发光的光源，且由例如以蓝色激光器或蓝色LED为代表的固态光源构成。激发光源12和13的输出光的峰值波长可以与蓝色激光器11相同或不同。

准直透镜15是将从荧光体轮14的荧光体区域发射的绿色荧光（发散光）转换成平行光束的部件，且由两个凸透镜15a和15c以及一个凹透镜15c构成。准直透镜15不限于图1中所示的透镜构造，且可以是使得能够将从荧光体区域发射的绿色荧光转换成平行光束的任意透镜构造。

准直透镜16将从红色激光器10提供的红色激光（发散光）转换成平行光束。准直透镜17将从蓝色激光器11提供的蓝色激光（发散光）转换成平行光束。准直透镜18将从激发光源12提供的激发光（发散光）转换成平行光束。准直透镜19将从激发光源13提供的激发光（发散光）转换成平行光束。

激发光源12和13被布置为使得它们的光轴在以预定距离隔开的状态下交叉且不在同一平面内相交（更优选地，包含一个光轴的第一平面和包含另一光轴的第二平面是平行的，且两个光轴在从垂直于第一和第二平面的方向观察时正交），且在这些激发光源12和13的光轴相交的位置处提供反射镜21。

图2是当从激发光源13的光轴的方向观察时，由图1中的虚线包围的激发光源部分（激发光源12和13、准直透镜18和19以及反射镜21）的示意图。

如图2中所示，从激发光源12提供且通过准直透镜18转换成平行光束的激发光被提供至反射镜21。另一方面，从激发光源13提供且通过准直透镜19转换成平行光束的激发光穿过反射镜21周围的空间。这些光轴在激发光源12的光轴和激发光源13的光轴交叉的位置处以距离d隔开。

距离d被设定为使得从激发光源13提供且通过准直透镜19转换成光束的激发光在不被反射镜21遮挡的情况下被提供至二向色镜22。

红色激光器10的光轴平行于激发光源12的光轴。二向色镜22被提供在红色激光器10的光轴与激发光源13的光轴交叉的位置处（等同于红色激光的中心光线与来自激发光源12的激发光的中心光线交叉的位置）。在红色激光器10的光轴以距离d/2与激发光源13的光轴交叉的位置处，红色激光器的光轴与激发光源12的光轴以及激发光源13的光轴中的每一个隔开。换言之，红色激光器10的光轴位于激发光源12的光轴和激发光源13的光轴之间的中点。

从红色激光器10提供并通过准直透镜16转换成平行光束的红色激光进入二向色镜22的一个表面。红色激光对二向色镜22的一个表面的入射角约为45°。

另一方面，来自反射镜21的激发光的反射光进入二向色镜22的另一表面。从激发光源13提供并通过准直透镜19转换成平行光束的激发光也进入二向色镜22的另一表面，但是入射位置不同于来自反射镜21的激发光的反射光的入射位置。这两束激发光对二向色镜22的另一表面的入射角约为45°。

来自红色激光器10的红色激光在二向色镜22的一个表面上反射且该反射光向正交二向色棱镜20前进。来自反射镜21的激发光的反射光以及来自激发光源13的激发光都透射过二向色镜22，且该透射激发光向正交二向色棱镜20前进。

正交二向色棱镜20由四个直角棱镜20a－20d构成，其中形成直角的表面接合在一起。

由直角棱镜20a和20b的接合表面以及直角棱镜20c和20d的接合表面形成一致的第一表面，且由介电多层膜组成的第一二向色表面（膜）1a形成在该第一平面上。

由直角棱镜20a和20d的接合表面以及直角棱镜20b和20c的接合表面形成一致的第二表面，且由介电多层膜组成的第二二向色表面（膜）1b形成在该第二平面上。

第一二向色表面1a和第二二向色表面1b被布置为使得膜表面彼此相交（优选正交）。第一二向色表面1a透射红色激光并反射蓝色激光以及激发光。第二二向色表面1b反射红色激光并透射蓝色激光以及激发光。

图3是示出相对于第一二向色表面1a的P偏振光和S偏振光的光谱透射特性的曲线图。在图3中，点划线示出相对于S偏振光的光谱透射特性，且虚线示出相对于P偏振光的光谱透射特性。B-LD是从蓝色激光器11提供的蓝色激光的光谱，且进一步朝向短波长一侧的光谱（激发）是从激发光源12和13提供的激发光的光谱。蓝色激光的光谱可以具有与激发光的光谱的波长带相同的波长带。

截止波长定义为透射率变成50％处的波长。相对于作为S偏振光进入的光的第一二向色表面1a的截止波长被设定为，使得波长带短于蓝色光的光被反射且其他波长带（包括绿色和红色波长带）的光被透射。相对于作为P偏振光进入的光的第一二向色表面1a的截止波长被设定至从相对于S偏振光的截止波长的较短波长侧。可以通过材料、层数、膜厚以及介电多层膜的折射率调整截止波长的设定。

在具有图3中所示的光谱透射特性的第一二向色表面1a中，波长带短于蓝色光的波长带的S偏振光被反射且绿色和红色的波长带的S偏振光被透射。

图4是示出相对于第二二向色表面1b的P偏振光和S偏振光的光谱透射特性的曲线图。在图4中，实线指示相对于S偏振光的光谱透射特性，且虚线示出相对于P偏振光的光谱透射特性。R-LD是从红色激光器10提供的红色激光的光谱。

相对于作为S偏振光进入的光的第二二向色表面1b的截止波长被设定为，使得波长带长于红色的光被反射且其他波长带（包括绿色和蓝色波长带）的光被透射。相对于作为P偏振光进入的光的第二二向色表面1b的截止波长被设定为朝向比相对于S偏振光的截止波长长的波长侧。在这种情况下，也可以借助材料、层数、膜厚以及介电多层膜的折射率调整截止波长的设定。

在具有图4中所示的光谱透射特性的第二二向色表面1b中，波长带长于红色的S偏振光被反射且绿色和蓝色波长带的S偏振光被透射。

来自红色激光器10的红色激光以及来自激发光源12和13的激发光从正交二向色棱镜20的四个侧面中由直角棱镜20c组成的侧面进入正交二向色棱镜20。另一方面，来自蓝色激光器11的蓝色激光从四个侧面中由直角棱镜20a（与由直角棱镜20c构成的侧面相对的侧面）组成的侧面进入正交二向色棱镜20。

在正交二向色棱镜20中，来自激发光源12和13的激发光被第一二向色表面1a反射。被第一二向色表面1a反射的激发光的反射光从上述四个侧面中由直角棱镜20b构成的侧面出射。

而且，在正交二向色棱镜20中，来自红色激光器10的红色激光被第二二向色表面1b反射。该反射光的前进方向是与被第一二向色表面1a反射的激发光的前进方向相反的方向。被第二二向色表面1b反射的反射红色激光从上述四个侧面中由直角棱镜20d构成的侧面（与由直角棱镜20b构成的侧面相对的侧面）出射。

此外，在正交二向色棱镜20中，来自蓝色激光器11的蓝色激光被第一二向色表面1a反射。该反射光的前进方向与被第二二向色表面1b反射的红色激光的前进方向相同。被第一二向色表面1a反射的蓝色激光的反射光从由直角棱镜20d构成的侧面出射。

从由直角棱镜20b构成的侧面出射的激发光经过准直透镜15并会聚在荧光体轮14的荧光体区域中。在荧光体区域中，荧光体材料被激发光照射。从激发的荧光体材料中发射绿色荧光。

图5是当从正交二向色棱镜20的四个侧面中由直角棱镜20a构成的侧面观察照明设备时，来自激发光源12和13的激发光的光路的示意图。为方便起见，省略红色激光器10、蓝色激光器11、准直透镜16以及反射镜21。

在图5中，在由粗线（实线）示出的光路中，在附图的上侧上的光路是来自激发光源13的激发光13a的中心光线的光路，且在下侧上的光路是来自激发光源12的激发光12a的中心光线。虽然图5中示出了激发光12a和13a的中心光线的光路，但是激发光12a和13a实际上是光束。

如图5中所示，由第一二向色表面1a反射的来自激发光源12和13的激发光12a和13a通过由三个透镜15a－15c构成的准直透镜15会聚在荧光体轮14的荧光体区域上。

来自第一二向色表面1a的激发光12a的中心光线以及来自第一二向色表面1a的激发光13a的中心光线在位置关系上是关于准直透镜15的光轴基本上线性对称的。因此，激发光12a的中心光线以及激发光13a的中心光线通过准直透镜15会聚在荧光体区域上的一个点处，且因此荧光体区域12a上的激发光的光束的光斑正好与激发光13a的光束的光斑重合。

从荧光体轮14的荧光体区域发射的绿色荧光（发散光）在通过准直透镜15转换成平行光束之后从正交二向色棱镜20的四个侧面中由直角棱镜20b构成的侧面进入正交二向色棱镜20。

图6示出叠加在第一二向色表面1a的透射特性上的第二二向色表面1b的透射特性。在图6中，虚线示出相对于S偏振光的光谱透射特性，且点划线示出相对于P偏振光的光谱透射特性。在图6中中央部分中由实线指示的曲线是来自荧光体轮14的绿色荧光的光谱。

来自荧光体轮14的绿色荧光是随机偏振光（包含S偏振光和P偏振光两者），且实际上该光全部通过第一二向色表面1a和第二二向色表面1b透射。绿色荧光的透射光束从上述四个侧面中由直角棱镜20d构成的侧面出射。

以下说明本示例性实施例的照明设备的操作。

如图1中所示，来自激发光源12和13的激发光从由正交二向色棱镜20的直角棱镜20c构成的侧面进入正交二向色棱镜20。

在正交二向色棱镜20中，激发光由第一二向色表面1a反射，且该激发光的反射光通过准直透镜15会聚在荧光体轮14的荧光体区域上。

在荧光体轮14上，荧光体材料在由激发光照射的区域中被激发，且从该荧光体材料中发射绿色荧光。

如图7中所示，来自荧光体轮14的绿色荧光通过准直透镜15转换成平行光束，且该平行光束从由直角棱镜20b构成的侧面进入正交二向色棱镜20。

来自红色激光器10的红色激光通过准直透镜16转换成平行光束，且该平行光束从由直角棱镜20c构成的侧面进入正交二向色棱镜20。

来自蓝色激光器11的蓝色激光通过准直透镜17转换成平行光束，且该平行光束从由直角棱镜20a构成的侧面进入正交二向色棱镜20。

在正交二向色棱镜20中，第一二向色表面1a透射红色激光和绿色荧光并反射蓝色激光，且第二二向色表面1b透射蓝色激光和绿色荧光并反射红色激光。换言之，在正交二向色棱镜20中，组合红色和蓝色激光以及绿色荧光，且该组合光（红色、蓝色和绿色）从由直角棱镜20d构成的侧面出射。

上述本示例性实施例的照明设备展现以下作用和效果。

专利文献1中描述的发光设备遇到发光设备尺寸较大的问题，这是因为其使用了使用荧光体材料的光源（发光设备）作为红色、绿色和蓝色光源。相反，在本示例性实施例的照明设备中，红色和蓝色光源由固态光源制成，且绿色光源由使用荧光材料的光源制成。通过使用混合了固态光源和使用荧光体的光源的混合光源，照明设备可同时实现紧凑尺寸和高亮度的特点。

此外，根据本示例性实施例的照明设备，来自激发光源12和13的激发光以及来自红色激光器10的红色激光从相同方向进入由正交二向色棱镜20的直角棱镜20c构成的侧面。与激发光的光路与红色激光的光路隔开地提供的结构相比，这种构造使得能够实现上述混合光源，其具有与将激发光的光路叠加在红色激光的光路上对应的提高紧凑度。

此外，本示例性实施例的照明设备可获得以下效果。

从荧光体材料发射的荧光的亮度通常随照射在荧光体材料上的激发光的强度而增大。根据本示例性实施例的照明设备，激发光通过准直透镜15并会聚在荧光体轮14的荧光体区域上，且因此，照射荧光体区域的激发光的强度可以通过会聚效应而增大，且可以增大从荧光体区域发射的绿色荧光的亮度。此外，根据照射荧光体材料的激发光的会聚尺寸决定荧光体区域中的荧光的尺寸。因此，会聚和照射该光可以降低荧光尺寸。

而且，本示例性实施例的照明设备可以获得以下效果。

通常，在来自两个激发光源的激发光会聚在荧光体区域上的一个点上时，来自一个激发光源的激发光是S偏振光且来自另一激发光源的激发光是P偏振光，且在通过偏振分束器组合该激发光之后，执行偏振转换，以便S偏振光或P偏振光的偏振分量转换成另一偏振分量。执行这种类型的偏振转换的元件引起高成本且会导致设备尺寸的增大。

相反，在本示例性实施例的照明设备中，来自激发光源12的激发光通过反射镜21在正交二向色棱镜20的方向上反射，但是来自激发光源19的激发光穿过反射镜21周围的空间。通过反射镜21反射的激发光以及穿过反射镜21周围空间的激发光穿过二向色镜22、第一二向色表面1a以及准直透镜15，且会聚在荧光体轮14的荧光体区域上。荧光体轮14被布置在准直透镜15的组合焦点位置处。因此，通过使多个激发光进入准直透镜15的不同位置，多个激发光可以会聚在荧光体轮的相同位置处。换言之，入射在准直透镜的不同位置上的激发光实现了激发光的组合。

上述构造消除了偏振转换元件的需要，且因此能实现相对的低成本和小尺寸的设备。此外，用于将从荧光体轮14发射的绿色荧光转换成平行光束的准直透镜15还可作为用于将来自激发光源12和19中的每一个的激发光会聚在荧光体轮14的荧光体区域上的会聚透镜。以此方式，可实现进一步降低成本和尺寸的设备。

对于本领域技术人员显而易见的是，上述本示例性实施例的照明设备是本发明的一个实例且该设备的构造可以在不脱离本发明要点的范围内进行各种改进。

例如，激发光源的数量不限于两个，且可以使用一个激发光源或三个或更多的激发光源。

图8示出设置有三个激发光源的照明设备的激发光源部分的上表面，且图9示出从该侧观察（从沿着激发光源13的光轴的方向观察）的激发光源部分。

除图1和图2中所示的激发光源12和13、准直透镜18和19以及反射镜21组成的激发光源部分的构造之外，图8和图9中所示的激发光源包括准直透镜23、激发光源24以及反射镜25。

如图8中所示，当从上方观察时，反射镜25被布置为使得在激发光源12、13和24中的每一个的光轴相交处的部分中以约90°与反射镜21相交。如图9中所示，当从侧面观察时，反射镜25被以一定间隔布置以便不与反射镜21重叠。

准直透镜23将从激发光源24提供的激发光（发散光）转换成平行光束。

从激发光源12提供并通过准直透镜18转换成平行光束的激发光照射进反射镜21。从激发光源24提供并通过准直透镜23转换成平行光束的激发光照射进反射镜25。从激发光源13提供并通过准直透镜19转换成平行光束的激发光透射通过反射镜21和25之间的空间。

类似于激发光源12和13，激发光源24的光轴和激发光源13的光轴在不在相同平面中相交的情况下彼此交叉，且同时保持以距离d隔开（更优选地，包含一个光轴的第一平面和包含另一光轴的第二平面是平行的，且两个光轴在从垂直于第一和第二平面的方向观察时以直角交叉）。

由反射镜21反射的来自激发光源12的激发光、由反射镜25反射的来自激发光源24的激发光以及透射穿过反射镜21和25之间的空间的来自激发光源13的激发光都进入图1中所示的二向色镜22。在二向色镜22中，来自反射镜21的激发光的中心光束照射到的第一点且来自反射镜25的激发光的中心光束照射的第二点处于与作为中心的、来自激发光源13的激发光的中心光束照射的第三点呈点对称的位置关系。

被二向色镜22透射的来自激发光源12、13和24的激发光被图1中所示的第一二向色表面1a反射，且在进一步穿过准直透镜15之后，会聚在荧光体轮14的荧光体区域的点上。

根据采用如图8和9中所示的三个激发光源的构造，与采用两个激发光源的构塑造相比能获得更高强度的激发光，由此能进一步提高绿色荧光的亮度。

由一个激发光源构成激发光源部分消除了例如图1中所示的激发光源12、准直透镜18以及反射镜21的需要。在这种情况下，激发光源13和红色激光器10的光轴可以被布置为彼此正交。

在本示例性实施例的照明设备中，可以提供光学系统以及光导装置用于引导从正交二向色棱镜20提供的光。

此外，可以使用包括其中在基底表面上形成荧光体材料的区域的荧光体单元来代替荧光体轮14。

当激发荧光颜色是绿色的荧光体材料时，使用波长短于绿色的激发光。本示例性实施例被构造为使得激发光的光路叠加在红色激光的光路上，且因此正交二向色棱镜的反射表面的性质被设计为分离红色激光和激发光。红色激光的波长被从激发光的波长中充分地分离，且因此能容易地设计这种反射表面的性质。

激发光的光路叠加在蓝色激光的光路上的构造也是可能的。在这种情况下，正交二向色棱镜的反射表面的性质被设计为分离蓝色激光和激发光。但是，蓝色激光的波长接近激发光的波长，且因此难以获得能可靠地分离蓝色激光和激发光的反射表面。

激发光的光路叠加在蓝色激光的光路上的构造也是可能的。在这种情况下，关于激发光的波长，使用诸如紫外光的、具有比蓝色激光波长更短的波长的光。第一二向色表面1a具有反射蓝色激光的性质，且还透射激发光（紫外光）。第二二向色表面1b具有反射红色激光的波长的性质，透射蓝色激光且还反射激发光（紫外光）。换言之，第二二向色表面1b用作带通滤光片。与激发光的光路叠加在蓝色激光的光路上的构造相比，激发光的光路叠加在红色激光的光路上的构造简化了二向色表面的反射性质。

其他示例性实施例

根据另一示例性实施例的照明设备包括：激发光源单元，其提供激发光；荧光体单元，其利用从激发光源单元提供的激发光引起激发而发射荧光；准直透镜，其将从荧光体单元发射的荧光转换成平行光束；第一固态光源，其提供第一光，该第一光的峰值波长被设定在比从荧光体单元发射的荧光的波长长的第一波长带中；第二固态光源，其提供第二光，该第二光的峰值波长被设定在不同于第一波长带的第二波长带中；二向色镜，其将从激发光源单元提供的激发光以及从第一固态光源提供的光组合并出射为组合光；以及颜色组合装置，其设置有第一至第四表面，其中由二向色镜组合的光被提供至第一表面，在被提供至第一表面的组合光中，激发光从第二表面向荧光体单元出射，且第一光从第四表面出射，从荧光体单元照射的荧光被提供至第二表面，被提供至第二表面的荧光从第四表面出射，从第二固态光源提供的第二光被提供至第三表面，且被提供至第三表面的第二光从第四表面出射。准直透镜将从颜色组合装置的第二表面出射的激发光会聚在荧光体单元上。

荧光体单元可以是图1中所示的荧光体轮14。第一固态光源可以由图1中所示的红色激光器10和准直透镜16构成。第二固态光源可以由图1中所示的蓝色激光器11和准直透镜17构成。

激发光源单元可以是如图2中所示包括两个激发光源，或如图8中所示包括三个激发光源的构造。颜色组合装置可以是图1中所示的正交二向色棱镜20。二向色镜可以是图1中所示的二向色镜22。

该另一示例性实施例的照明设备展现类似于上述示例性实施例的照明设备的作用和效果。

如上所述的本发明的照明设备可以通常应用于以投影仪为代表的投影型显示设备。

投影型显示设备包括本发明的照明设备，对从该照明设备提供的光进行空间调制的显示元件，以及投影在显示元件中形成的图像光的投影光学系统。显示元件例如是DMD或液晶面板。

图10示出配备了本发明的照明设备的投影型显示设备的实例。在图10中，为方便起见，已经省略了激发光的光路。

参考图10，投影型显示设备包括：作为显示元件的DMD33，图1中所示的照明设备，用于将光从该照明设备引导到DMD33的光学系统，以及将在DMD33中形成的图像光投影在屏幕（未示出）上的投影光学系统34。

光学系统包括反射镜26和30，蝇眼透镜27和28，场透镜29，会聚透镜31以及全内反射（TIR）棱镜32。

反射镜26被布置在从正交二向色棱镜20的发射表面（直角棱镜20d的表面）出射的光（红色、绿色和蓝色）的前进方向上，且反射来自该发射表面的光。蝇眼透镜27和28、场透镜29以及反射镜30以此顺序被布置在由反射镜26反射的光的前进方向上。

蝇眼透镜27和28是用于在DMD33的被照明的表面上获得矩形照明和均匀照明光的元件，且每个都由多个微透镜构成，且被布置为使得微透镜具有相互一对一的相关性。

通过蝇眼透镜27和28透射的光经由场透镜29、反射镜30以及会聚透镜31而进入TIR棱镜32。TIR棱镜31由两个三角棱镜构造，且由会聚透镜31会聚的光从三角棱镜中的一个的侧面进入TIR棱镜32。在TIR棱镜32中，入射光在三角棱镜的倾斜表面上经历全反射，且该反射光从一个三角棱镜的另一表面向DMD33出射。两个三角棱镜接合的表面是全反射表面且在该两个表面之间需要空气层。因此，当两个三角棱镜接合在一起时，空气层例如通过粘附在两个三角棱镜之间插入的间隔物而保持在两个三角棱镜之间。

DMD33对从TIR棱镜32提供的进行光空间调制。来自DMD33的调制光（图像光）再次从该一个三角棱镜的该另一表面进入TIR棱镜，且进入的图像光随后在不改变的情况下穿过三角棱镜的接合表面并从另一三角棱镜的侧面出射。

从TIR棱镜32的该另一三角棱镜的侧面出射的图像光被放大并通过投影光学系统34投影到外部屏幕上。

通过控制激发光源12和13、红色激光器10以及蓝色激光器11点亮的时间，以时分方式从由正交二向色棱镜20的直角棱镜20d构成的侧面（发射面）出射红色、绿色以及蓝色的各个颜色的光束。使用DMD33来空间调制以这些时分出射的各个颜色的光束使得能够获得各个颜色的图像光。

Claims

1.一种照明设备，包括：

激发光源单元，所述激发光源单元提供激发光；

荧光体单元，所述荧光体单元利用从所述激发光源单元提供的激发光引起的激发而发射荧光；

准直透镜，所述准直透镜将从所述荧光体单元发射的荧光转换成平行光束；

第一固态光源，所述第一固态光源提供第一光，所述第一光的峰值波长被设定在第一波长带中，在所述第一波长带中的波长比从所述荧光体单元发射的荧光的波长长；

第二固态光源，所述第二固态光源提供第二光，所述第二光的峰值波长被设定在不同于所述第一波长带的第二波长带中；

二向色镜，在所述二向色镜中将从所述激发光源单元提供的激发光以及从所述第一固态光源提供的光组合并出射作为组合光；以及

颜色组合装置，所述颜色组合装置设置有第一至第四表面，由所述二向色镜组合的光被提供至所述第一表面，且从被提供至所述第一表面的所述组合光，所述激发光从所述第二表面向所述荧光体单元出射，所述第一光从所述第四表面出射，从所述荧光体单元发射的所述荧光被提供至所述第二表面，被提供至所述第二表面的所述荧光从所述第四表面出射，从所述第二固态光源提供的所述第二光被提供至所述第三表面，并且被提供至所述第三表面的所述第二光从所述第四表面出射；

其中所述准直透镜将从所述颜色组合装置的所述第二表面出射的所述激发光会聚在所述荧光体单元上。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述激发光源单元包括：

第一和第二激发光源，所述第一和第二激发光源被设置为使得各个激发光源的光轴在以预定距离隔开的状态下彼此交叉，所述第一和第二激发光源中的每一个都提供具有第一偏振的激发光；以及

第一反射镜，所述第一反射镜被设置在所述第一和第二激发光源中的每一个的光轴交叉的位置处，并将从所述第一激发光源提供的所述第一偏振的激发光反射向所述二向色镜；

其中从所述第二激发光源提供的所述第一偏振的激发光穿过所述第一偏振分束器周围的空间并进入所述二向色镜。

3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述激发光源单元进一步包括：

第三激发光源，所述第三激发光源被设置为使得其光轴在以预定距离隔开的状态下与所述第二激发光源的光轴交叉，并提供具有所述第一偏振的激发光；以及

第二反射镜，所述第二反射镜被设置在所述第二和第三激发光源中的每一个的光轴交叉的位置处，并将从所述第三激发光源提供的所述第一偏振的激发光反射向所述二向色镜；

其中：

所述第一和第二反射镜被设置为，使得包含一个反射镜的膜表面的第一平面和包含另一反射镜的膜表面的第二平面正交，且在从垂直于所述第一和第二平面中的一个的方向上观察时，所述第一和第二反射镜被以预定间隔隔开地布置；以及

从所述第二激发光源提供的所述第一偏振的激发光穿过所述第一和第二偏振分束器之间的空间。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的照明设备，其中：

所述荧光体单元发射绿色荧光；

所述第一固态光源提供峰值波长被设定在红色波长带中的、具有所述第一偏振的光；

所述第二固态光源提供峰值波长被设定在蓝色波长带中的、具有所述第一偏振的光；

所述激发光源单元提供峰值波长被设定在蓝色波长带中的激发光；

所述颜色组合装置包括被设置为使得膜表面相互正交的第一和第二膜；

所述第一膜相对于所述第一偏振的截止波长被设定为使得所述绿色和红色波长带的光被透射且所述蓝色波长带的光被反射；

所述第二膜相对于所述第一偏振的截止波长被设定为使得所述绿色和蓝色波长带的光被透射且所述红色波长带的光被反射；以及

在所述颜色组合装置中，借助所述第一和第二膜将从所述第一表面进入的所述第一光、从所述第二表面进入的所述荧光以及从所述第三表面进入的所述第二光组合并从所述第四表面出射作为组合光，且借助所述第一膜将从所述第一表面进入的所述激发光反射向所述荧光体单元。

5.一种投影型显示设备，包括：

根据权利要求1至4中的任何一项所述的照明设备；

显示元件，所述显示元件对所述照明设备出射的光进行空间调制；以及

投影光学系统，所述投影光学系统投影由所述显示元件形成的图像光。