CN103201678B - 照明装置和使用其的投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

所公开的照明装置被提供有：荧光体轮（14）；颜色合成棱镜（20），其具有二向色表面（21a-21c）并且被布置为使得所述二向色表面（21a-21c）的膜表面与从荧光体轮（14）发射的荧光的光束的中心光线相交，并且垂直于包含所述中心光线的平面；蓝色激光器（11）；红色激光器（10）；以及激励光源（12，13）。从垂直于上述平面的方向看，在荧光光束的中心光线的一侧上布置蓝色激光器（11）、红色激光器（10）和激励光源（12，13）。

Description

照明装置和使用其的投影型显示装置
技术领域
本发明涉及投影型显示装置的照明装置。
背景技术
专利文件1描述了使用荧光体(phosphor)来作为光源的投影机。
在专利文件1中描述的投影机的主要部分由光源装置、冷却风扇、显示元件和投影侧光学系统构成。
光源装置包括：其中荧光(fluorescent)颜色是红色的发光装置；其中荧光颜色是绿色的发光装置；其中荧光颜色是蓝色的发光装置；以及，第一和第二二向色镜，它们组合来自这些发光装置的每种颜色的荧光。
每一个发光装置包括：柱形状的旋转体，其中，在外周上形成荧光层；驱动源，其旋转该旋转体；准直透镜，其将从荧光层发射的荧光光束转换为平行光束；激励光源；以及，反射镜，其在朝向荧光层的方向上反射来自激励光源的激励光。利用准直透镜将被反射镜反射的激励光照射到荧光层上。从荧光层发射的荧光被准直透镜转换为平行光束。
从蓝色发光装置发射的蓝色荧光进入第一二向色镜的一个表面，并且从绿色发光装置发射的绿色荧光进入第一二向色镜的另一个表面。第一二向色镜具有透射蓝光但是反射绿光的属性，并且因此将入射的蓝色和绿色荧光组合。
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，并且从红色发光装置发射的红色荧光进入第二二向色镜的另一个表面。第二二向色镜具有透射蓝光和绿光但是反射红光的属性，并且因此将入射的蓝色、绿色和红色荧光组合。
每一个发光装置被布置于腔内，向该腔供应来自冷却风扇的空气流。通过向每一个发光装置供应来自冷却风扇的空气流来冷却每一个发光装置。
在上述投影机中，来自光源装置的光被照射到显示元件，并且在这个显示元件中形成的图像然后被投影侧光学系统投影在屏幕上。
除了上述投影机之外，专利文件2描述了使用发光二极管(LED)来作为光源的投影机。
在专利文件2中描述的投影机具有照明光学系统，该照明光学系统包括：其中布置了多个红色LED的红色LED阵列；其中布置了多个绿色LED的绿色LED阵列；其中布置了多个蓝色LED的蓝色LED阵列；以及，十字二向色棱镜，其组合来自这些LED阵列的红色、绿色和蓝色的颜色的每一个的光束。
在上述投影机中，来自照明光学系统的光被照射在数字微器件(DMD)内，并且由DMD形成的图像被投影透镜投影在屏幕上。
现有技术的文献
专利文件
专利文件1：日本未审查专利申请公布No.2010-197497
专利文件2：日本未审查专利申请公布No.2003-186110
发明内容
在紧凑高亮度投影机的发展中的最近进展已经产生了对于更紧凑并且具有更大亮度的照明装置(在专利文件1中描述的光源装置和在专利文件2中描述的照明光学系统)的需求，以便可以实现这样的投影机。
因为构成照明装置的的光源，诸如LED或激励光源(例如，半导体激光器)，散发大量的热量，用于冷却这些光源的冷却设备通常被提供在投影机内部以限制热量对于其他部件的影响。取决于照明装置的配置(特别是，每一个光源的布置)，该冷却设备可以变为大型结构，导致在投影机尺寸上的增大。结果，照明装置必须被配置为避免在冷却设备的尺寸上的增大。
在专利文件1中描述的投影机中，每种颜色的发光装置可以被一个冷却风扇冷却，由此，可以限制在冷却设备的尺寸上的增大。然而，在专利文件1中描述的投影机中，发光装置采用荧光体，并且该装置因此大于诸如半导体激光器或LED的固态光源，并且该光源装置的微型化变得成问题。
另一方面，在专利文件2中描述的投影机中，因为LED被用作光源，所以与专利文件1中描述的装置相比，更容易实现具有更大紧凑度的照明光学系统(照明装置)。然而，在专利文件2中描述的投影机受到下述问题的影响。
以绿色激光器或绿色LED形式的高亮度部件尚未被大量生产，并且当前，正在使用低亮度部件。结果，在专利文件2中描述的投影机中的LED通过被布置为阵列来实现高亮度。
然而，其中来自光源的光被照射在显示元件上并且在显示元件中形成的图像被投影透镜投影的投影型显示装置受到被称为“集光率”的约束的影响，该“集光率”由光源的面积和发散角确定。如果没有使得光源的面积和发散角的乘积的值等于或小于显示元件的面积和由投影透镜的f数所确定的接收角(立体角)的乘积的值，则来自光源的光不能被用作投影光。因此，即使以阵列排列多个LED，也不能超出集光率的限制来改善光亮度。
在专利文件2中描述的照明光学系统中，因为由于上述集光率的限制导致限制了LED半导体芯片的面积或LED的数量，所以难以获得其量足够大的输出光。因此，在专利文件2中描述的照明光学系统中实现较高亮度是困难的。
而且，在专利文件2的投影机中，每种颜色的LED阵列被布置为面向十字二向色镜的不同表面。当提供用于以这种方式布置的每种颜色的LED阵列的冷却设备时，通常可以使用下面两种方法。
在第一方法中，对于每一个LED阵列提供冷却设备。然而，在该情况下，必须提供多个冷却设备，并且这导致在投影机尺寸上的增大。
在第二方法中，利用空气导管，来自单个冷却设备的空气流被供应到每种颜色的LED阵列。然而，使用这样的空气导管的冷却系统变为大型部件，并且因此导致在投影机尺寸上的增大。
在如上所述的专利文件2中描述的照明光学系统中，限制在冷却设备尺寸上的增大成问题。
本发明的目的是提供一种照明装置和配备有该照明装置的投影型显示装置，该照明装置紧凑并且具有高亮度，在该照明装置中，冷却设备不大。
为了实现上述目的，本发明的照明装置包括：
激励光源单元，该激励光源单元供应激励光；
荧光体单元，该荧光体单元通过由从激励光源单元供应的激励光所导致的激励来发射荧光；
第一和第二固态光源，对于它们而言，发射的光的颜色不同；以及
第一至第三反射单元，每一个反射单元配备有二向色膜，二向色膜的膜表面与从荧光体单元发射的荧光的光束的中心光线交叉，而且，与包含该中心光线的平面正交；
当从垂直于该平面的方向看时，激励光源单元与第一和第二固态光源被布置在荧光光束的中心光线的一侧上；
第一反射单元的二向色膜被提供在从激励光源单元供应的激励光的光束与从荧光体单元发射的荧光的光束交叉的位置处，并且都朝向荧光体单元反射来自激励光源单元的激励光，并且透射来自荧光体单元的荧光；
第二反射单元的二向色膜被提供在从第一光源单元供应的第一光的光束与来自第一反射单元的荧光的光束交叉的位置处，并且都朝向第三反射单元反射来自第一光源单元的第一光，并且透射来自第一反射单元的荧光；并且
第三反射单元的二向色膜被提供在从第二光源单元供应的第二光的光束与荧光的光束和来自第二反射单元的第一光的光束交叉的位置处，并且都透射荧光和来自第二反射单元的第一光，并且在透射的光的传播方向上反射来自第二光源单元的第二光。
本发明的投影型显示装置包括：
上述的照明装置；
冷却风扇，该冷却风扇向激励光源单元以及构成照明装置的第一和第二固态光源供应空气流；
显示元件，该显示元件对从照明装置发射的光进行空间调制；以及
投影光学系统，该投影光学系统投影在显示元件中形成的图像光。
附图说明
图1是示出作为本发明的第一示例性实施例的照明装置的配置的示意图。
图2是示出构成在图1中所示的照明装置的颜色组合棱镜的棱镜的示意图。
图3是示出构成在图1中所示的照明装置的颜色组合棱镜的另一个棱镜的示意图。
图4是示出构成在图1中所示的照明装置的颜色组合棱镜的另一个棱镜的示意图。
图5是示出关于在图1中所示的照明装置的二向色表面(膜)的P偏振光和S偏振光的光谱透射特性的图形。
图6是示出关于在图1中所示的照明装置的另一个二向色表面(膜)的P偏振光和S偏振光的光谱透射特性的图形。
图7是示出在图5中所示的二向色表面的光谱透射特性上叠加的在图6中所示的二向色表面的光谱透射特性的图形。
图8是示出其中在相同的基板表面上提供在图1中所示的照明装置的每一个光源的单元的示例的示意图。
图9是示出其中在图8中所示的单元中提供冷却风扇的配置的示意图。
图10是示出作为本发明的第二示例性实施例的照明装置的配置的示意图。
图11是示出配备有本发明的照明装置的投影型显示装置的示例的示意图。
图12是示出在图1中所示的照明装置的颜色组合棱镜的每一个棱镜的接合状态的示意图。
附图标号的说明
10红色激光器
11蓝色激光器
12、13激励光源
14荧光体轮
15-19准直透镜
20颜色组合棱镜
22光路改变棱镜
具体实施方式
接下来参考附图描述本发明的示例性实施例。
第一示例性实施例
图1是示出作为本发明的第一示例性实施例的照明装置的配置的示意图。
参见图1，该照明装置是在诸如投影机的投影型显示装置中使用的装置，并且包括：红色激光器10、蓝色激光器11、激励光源12和13、荧光体轮14、准直透镜15-19、颜色组合棱镜20以及光路改变棱镜22。
在图1中，通过具有箭头的实线(粗线)示出从红色激光器10供应的红色激光的光路、从蓝色激光器11供应的蓝色激光的光路、从激励光源12和13供应的激励光的光路以及从荧光体轮14发射的绿色荧光的光路。白色箭头是其中红色激光、蓝色激光和绿色激光被组合的光，并且是本示例性实施例的照明装置的输出光。所有的每种颜色的光路仅由中心光线的光路来指示，并且实际上是由多条光线构成的光束。
红色激光器10和蓝色激光器11是固态光源，诸如半导体激光器或LED，在LED中，激光二极管是代表性的。红色激光器10供应在红色波长带中具有峰值波长的S偏振激光(以下指示为红色激光)。蓝色激光器11供应在蓝色波长带中具有峰值波长的S偏振激光(以下称为蓝色激光)。
荧光体轮14由在其上沿着一个表面的外周形成荧光体区域的轮构成。荧光体轮14的中心部分由链接到在附图中未示出的电机的输出轴的旋转轴(或该输出轴)支撑，荧光体轮14接收由电机实现的旋转驱动，并且以固定速度旋转。在荧光体区域中形成的荧光体的发射颜色是绿色，并且由于通过在波长上比该绿色波长更短的激励光进行的荧光体的激励，从荧光体区域发射绿色荧光。
激励光源12和13是供应波长比绿色荧光的波长更短的S偏振激励光的光源，并且由固态光源构成，在该固态光源中，例如，蓝色激光器或蓝色LED是代表性的。激励光源12和13的输出光的峰值波长可以与蓝色激光器11相同或可以与其不同。
准直透镜15是下述部件：该部件将从荧光体轮14的荧光体区域发射的绿色荧光(发散光)转换为平行光束，并且由两个凸透镜15a和15b与一个凹透镜15c构成。准直透镜15不限于在图1中所示的透镜配置，并且可以是使得能够将从荧光体区域发射的绿色荧光转换为平行光束的任何透镜配置。
准直透镜16将从红色激光器10供应的红色激光(发散光)转换为平行光束。准直透镜17将从蓝色激光器11供应的蓝色激光(发散光)转换为平行光束。准直透镜18将从激励光源12供应的激励光(发散光)转换为平行光束。准直透镜19将从激励光源13供应的激励光(发散光)转换为平行光束。
当从垂直于包含来自荧光体轮14的绿色荧光的中心光线的平面的方向观看时，红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13位于中心光线的一侧上。
红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13被布置为使得在同一方向上发射光。更具体地，红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的每一个的光轴相互平行。红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的每一个的输出光从相同的一侧入射到颜色组合棱镜20。
颜色组合棱镜20是被成形为长方体并且由四个棱镜20a-20d构成的二向色棱镜。
棱镜20a和20d是直角棱镜，它们的形状和大小是大体相等的。图2给出了被用作这些棱镜20a和20d的直角棱镜的示意表示。
如图2中所示，直角棱镜是直角等腰三角形棱镜，并且具有5个表面P10-P14。在图2中，附图标号P10-P14具有下划线，以实线来下划的附图标号指示可视的表面，并且以虚线下划的附图标号指示隐藏的表面。
表面P10和P11是相互正交的矩形表面(对应于当从侧面观看时构成直角三角形的两个正交边的表面)。表面P12是倾斜表面(对应于当从侧面看时构成直角三角形的斜边的表面)。表面P13和表面P14是与表面P10-P12的每一个正交的侧表面。由表面P11和表面P12形成的角度是θ1。
棱镜20b是梯形形状的棱镜(方形柱)。图3给出了被用作棱镜20b的梯形形状的棱镜的示意表示。
在图3中所示的梯形棱镜是通过切除直角等腰三角形棱镜的顶点(形成直角的点)而获得的形状，并且具有6个表面P20-P25。在图3中，附图标号P20-P25具有下划线，以实线来下划的附图标号指示可视的表面，并且以虚线下划的附图标号指示隐藏的表面。
表面P20和P21是梯形的相对的倾斜表面，并且包含表面P20的平面正交于包含表面P21的平面。表面P25是构成梯形的上表面的表面，并且表面P22是形成梯形的底表面的表面。表面P25和表面P22平行。表面P23和表面P24是正交于表面P20-P22的每一个的侧表面。由表面P20和表面P22形成的角度θ2与由表面P21和表面P22形成的角度相等。角度θ2与图2中所示的由表面P11和表面P12形成的角度θ1相等。
棱镜20b的表面P20的形状和大小与棱镜20a的表面P12(倾斜表面)的形状和大小大体相等。如图1中所示，棱镜20a的表面P12和棱镜20b的表面P20接合在一起，并且在这个接合表面上形成二向色表面(膜)21a。
棱镜20c是平行四边形形状的棱镜(斜棱镜)。图4给出了被用作棱镜20c的平行四边形形状的棱镜的示意表示。
如图4中所示，该平行四边形形状的棱镜具有6个表面P30-P35。在图4中，附图标号P30-P35具有下划线，以实线来下划的附图标号指示可视的表面，并且以虚线下划的附图标号指示隐藏的表面。
表面P30-P33是矩形表面，表面P30和表面P32被布置得彼此面对，并且表面P31和表面P33被布置得彼此面对。表面P30的形状和大小与棱镜20b的表面P21的形状和大小大体相等。表面P32的形状和大小与棱镜20d的表面P12(倾斜表面)的形状和大小大体相等。
表面P34和表面P35是与表面P30-P33的每一个正交的侧表面，并且被成形为平行四边形。由表面P30和表面P33形成的角度是θ3(＝180°–θ2)。
如图1中所示，棱镜20c的表面P30和棱镜20b的表面P21接合在一起，并且在这个接合表面上形成二向色表面(膜)21b。棱镜20c的表面P32和棱镜20d的表面P12(倾斜表面)接合在一起，并且在接合表面上形成二向色表面(膜)21c。
当通过例如棱镜20a-20d形成颜色组合棱镜20时，设置正交参考表面S1和S2，并且棱镜20a-20d与作为参考的这些参考表面S1和S2接合，以形成如图12中所示的颜色组合棱镜20。棱镜20b的表面P22和棱镜20c的表面P33与参考表面S1匹配，并且棱镜20d的表面P11与参考表面S2匹配。棱镜20b-20d在该状态中接合。当还接合棱镜20d至棱镜20c时，棱镜20d的有角部分(由表面P11和表面P12形成的角)与参考表面S1匹配。棱镜20a进一步接合到棱镜20b。当还接合棱镜20a至20b时，棱镜20a的有角部分(由表面P11和表面P12形成的角)与参考表面S1匹配。
通过上述的接合方法，使得在棱镜20a和20c之间的棱镜20b是梯形，据此，即使当棱镜20a和20c大于设计值时，也可以防止在棱镜20a的有角部分(由表面P10和表面P12形成的角)和棱镜20c的有角部分(由表面P30和表面P31形成的角)之间的干涉。
或者，可以通过三角形棱镜来构成棱镜20b。更具体地，通过缺少在图3中形成表面P25的切端部分的棱镜(三角形棱镜)来形成棱镜20b。然而，在该情况下，在应用基于在图12中所示的参考表面S1和S2的接合方法的情况下，当棱镜20a和20c大于设计值时，棱镜20a和20c将在一些情况下干涉。必须以高精度来成形和接合棱镜20a-20c，以防止该干涉的出现。
相比这下，如果使用在图3中所示的梯形形状的棱镜20b，则在棱镜20a和20c之间出现与表面P25的宽度对应的间隔，并且因为可以将在棱镜20a和20c之间的干涉限制到该程度，所以可以以成形和接合棱镜20a-20c时所要求的精度承受特定量的容限。
所有的二向色表面21a-21c由电介质多层膜构成。二向色表面21a-21c以此顺序沿着从荧光体轮14发射的绿色荧光的光束布置，并且被准直透镜15转换为平行光束。
二向色表面21a和21b具有相同的膜特性。图5示出关于这些二向色表面21a和21b的P偏振光和S偏振光的光谱透射特性。在图5中，交错的长短划线示出关于S偏振光的光谱透射特性，并且虚线示出了关于P偏振光的光谱透射特性。B-LD是从蓝色激光器11供应的蓝色激光的光谱，并且在这个光谱的较低波长侧上的光谱(激励)是从激励光源12和13供应的激励光的光谱。蓝色激光的光谱可以是与激励光的光谱相同的波长带。
截止波长被定义为透射率变为50％的波长。关于作为S偏振光入射的光，二向色表面21a和21b的截止波长被设置为使得反射等于或短于蓝色波长带的波长的光，并且透射其他波长带(包括绿色和红色波长带)的光。关于作为P偏振光入射的光，二向色表面21a和21b的截止波长被设置到比关于S偏振光的截止波长更短的波长侧。可以通过材料、层的数量、膜厚和电介质多层膜的折射率来调整截止波长的设置。
在具有在图5中所示的光谱透射特性的二向色表面21a和21b中，反射具有等于或短于蓝色波长带的波长的S偏振光，并且透射绿色和红色波长带的光。
图6示出关于二向色表面21c的P偏振光和S偏振光的光谱透射特性。在图6中，实线示出了关于S偏振光的光谱透射特性，并且点线示出了关于P偏振光的光谱透射特性。R-LD是从红色激光器10供应的红色激光的光谱。
关于作为S偏振光入射的光，二向色表面21c的截止波长被设置为反射等于或大于红色波长带的波长的光，并且透射其他波长带(包括绿色和蓝色波长带)的光。关于作为P偏振光入射的光，二向色表面21c的截止波长被设置到比关于S偏振光的截止波长更长的波长侧。也在该情况下，可以通过材料、层的数量、膜厚和电介质多层膜的折射率来调整截止波长的设置。
在具有图6中所示的光谱透射特性的二向色表面21c中，反射具有等于或长于红色波长带的波长的S偏振光，并且透射绿色和蓝色波长带的S偏振光。
在本示例性实施例的照明装置中，从激励光源12供应并且被准直透镜18转换为平行光束的激励光入射到颜色组合棱镜20的棱镜20a的表面P10。利用光路改变棱镜22，从激励光源13供应并且被准直透镜19转换为平行光束的激励光入射到颜色组合棱镜20的棱镜20a的表面P10。光路改变棱镜22是平行四边形形状的棱镜，并且用于改变来自激励光源13的激励光的光路。
从蓝色激光器11供应并且被准直透镜17转换为平行光束的蓝色激光入射到颜色组合棱镜20的棱镜20c的表面P31。从红色激光器10供应并且被准直透镜16转换为平行光束的红色激光入射到颜色组合棱镜20的棱镜20d的表面P10。
在颜色组合棱镜20中，入射在棱镜20a的表面P10的每一个激励光以大约45°的入射角入射到二向色表面21a。二向色表面21a反射在棱镜20a的表面P11的方向上入射的激励光。
由二向色表面21a反射的激励光从棱镜20a的表面P11出射。利用准直透镜15，在荧光体轮14的荧光体区域中聚集从棱镜20a的表面P11出射的激励光。
如图1中所示，当从与包含准直透镜15的光轴(或来自荧光体轮14的绿色荧光的中心光线)并且正交于二向色表面21a的平面垂直的方向上观看时，由二向色表面21a反射的、来自激励光源12的激励光的中心光线和由二向色表面21a反射的、来自激励光源13的激励光的中心光线围绕准直透镜15的光轴处于大体线性对称的位置关系。结果，利用准直透镜15，来自激励光源12的激励光的中心光线和来自激励光源13的激励光的中心光线聚集，并且激励光照射在荧光体区域上的大体相同的位置。
在荧光体轮14的荧光体区域中，通过激励光的照射来激励荧光体。从激励的荧光体发射绿色荧光。
从荧光体轮14的荧光体区域发射的绿色荧光(发散光)被准直透镜15转换为平行光束，并且然后入射到颜色组合棱镜20的棱镜20a的表面P11。
图7示出二向色表面21a-21c的每一个的光谱透射特性的叠加。在图7中，点线示出关于S偏振光的光谱透射特性，并且交错的长短划线示出关于P偏振光的光谱透射特性。由在图7的中心的实线示出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)，并且实际上，所有该光被二向色表面21a-21c透射。
在颜色组合棱镜20中，从棱镜20a的表面P11入射的绿色荧光以大约45°的入射角入射到二向色表面21a。二向色表面21a透射入射的绿色荧光。
来自二向色表面21a的绿色荧光的透射光束以大约45°的入射角从棱镜20b侧入射到二向色表面21b。来自蓝色激光器11的蓝色激光以大约45°的入射角从棱镜20c侧入射到二向色表面21b。
二向色表面21b被安置在蓝色激光器11的光轴和来自荧光体轮14的绿色荧光的光束的中心光线(更具体地，包括荧光体轮14和准直透镜15的系统的光轴)的交点。
二向色表面21b将来自蓝色激光器11的蓝色激光朝向二向色表面21c反射，并且透射来自二向色表面21a的绿色荧光的透射的光束。以这种方式，来自蓝色激光器11的蓝色激光和来自二向色表面21a的绿色荧光被颜色组合。
来自二向色表面21b的光束(蓝色激光+绿色荧光)从棱镜20c侧入射到二向色表面21c。来自红色激光器10的红色激光从棱镜20d侧以大约45°的入射角入射到二向色表面21c。
在红色激光器10的光轴和来自荧光体轮14的绿色荧光的光束的中心光线(更具体地，包括荧光体轮14和准直透镜15的系统的光轴)的交点处安置二向色表面21c。
二向色表面21c朝向棱镜20d的表面P11反射来自红色激光器10的红色激光，并且透射来自二向色表面21d的光束(蓝色激光+绿色荧光)。以这种方式，来自红色激光器10的红色激光和来自二向色表面21b的光束(蓝色激光+绿色荧光)被颜色组合。
来自二向色表面21c的光束(蓝色激光+绿色荧光+红色激光)从棱镜20d的表面P11出射。从棱镜20d的表面P11出射的该光(红色、绿色和蓝色)是本示例性实施例的照明装置的输出光。
如上所述的本示例性实施例的照明装置呈现出下面的行为和效果。
在专利文件1中描述的发光装置受到由于使用荧光体材料作为红色、绿色和蓝色光源的光源(照明装置)的使用而导致的照明装置的大尺寸的问题的影响。相比之下，在本示例性实施例的照明装置中，红色和蓝色光源由固态光源构成，并且，绿色光源由使用荧光体材料的光源构成。通过采用其中混和固态光源和使用荧光体材料的光源的混合光源，可以实现以紧凑大小和高亮度两者为特征的照明装置。
在本示例性实施例的照明装置中，二向色表面21a-21c被安置为与来自荧光体轮14的绿色荧光的光束的中心光线(更具体地，包括荧光体轮14和准直透镜15的系统的光轴)相交，而且被安置为与包括中心光线的平面正交。二向色表面21a-21c因此以此顺序从荧光体轮14侧起来布置，并且以该顺序，假定二向色表面21a-21c的每一个的膜特性具有在图5至图7中所示的特性。以这种方式，可以在颜色组合棱镜20的相同侧上以行来安置每一个热源，即，红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13。
利用上述配置，可以通过一个冷却风扇来同时冷却每一个热源。另外，不需要用于将冷却空气流从冷却风扇向热源引导的导管。结果，与在专利文件2中描述的配置相比，可以通过简单的配置来实现冷却系统。
另外，本示例性实施例的照明装置可以获得下面的效果。
通常，从荧光体发射的荧光的亮度随着照射在荧光体材料上的激励光的强度的增大而增大。
另外，取决于在荧光体材料上照射的激励光的聚集大小来确定在荧光体区域内的荧光大小。结果，利用准直透镜15聚集和照射激励光使得能够减小荧光大小，据此，可以消除由于集光率的限制而导致的光量减少的问题。
另外，本示例性实施例的照明装置使得能够在同一基板表面上形成红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13，由此便利每一个光源的光轴的对齐，并且使得能够以高精度来组装照明装置。
在上述情况下，可以在一行中安置红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的光源，据此可以通过单个冷却风扇来有效地冷却每一个光源。
而且，在上述情况下，可以在被提供有红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的基板的一部分上提供散热器，该散热器是排放来自红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的热能的热排放设备。以这种方式，可以增大冷却红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的光源的每一个的效果。
图8示出其中在同一基板表面上提供红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的每一个的配置的示例。
参见图8，在具有L形状的轮廓的基板23的同一基板表面上以行来安置红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13。在基板23的一部分上提供散热器24。
根据在图8中所示的配置，可以通过下述方式来有效地冷却每一个光源：使得空气流(冷却风)沿着红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的每一个的行流动。另外，可以通过由散热器实现的热排放的行为来进一步增大冷却效果。
图9示出其中在图8中所示的基板上已经安装冷却风扇的配置。
参见图9，在基板23的一端(红色激光器10所定位于的侧)上提供冷却风扇25。冷却风扇25例如是多叶片式风扇，并且配备有进入空气的流入端口25a和排放空气的流出端口25b。
从流出端口25b排放的空气流在其上提供了红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13的光源的每一个的基板表面上方沿着光源的行的方向流动。因此冷却每一个光源。
另外，从流出端口25b排放的空气流还被供应到散热器24。散热器24具有多个散热片，并且在这些散热片之间供应来自流出端口25b的空气流的一部分。可以通过在散热片和空气之间的热交换以及在散热片之间的空气的流动两者来提供有效的热排放。
另外，根据本示例性实施例的照明装置，其中在棱镜的接合表面上形成二向色表面21a、21c和21b的颜色组合棱镜20的使用使得能够同时执行二向色表面21a、21c和21b的倾斜度的调整或关于这些二向色表面的光路调整(包括光轴的调整)。以这种方式，可以简单地并以高精度来执行照明装置的组装。
上述示例性实施例的照明装置是本发明的一个示例，并且，照明装置的配置对于不偏离本发明的主旨并且对于本领域内的普通技术人员清楚的各种修改是开放的。
例如，激励光源的数量不限于两个，并且可以使用一个激励光源或三个或更多的激励光源。
另外，也可以在本示例性实施例的照明装置中提供用于引导从颜色组合棱镜20供应的光的光导设备或光学系统。
而且，取代荧光体轮14，也可以使用荧光体部，该荧光体部分包括其中在基板表面上形成荧光体材料的区域。
另外，可以将二向色表面21b和21c的位置逆转。换句话说，可以将二向色表面21a、21c和21b以此顺序从荧光体轮14侧起布置。在该情况下，也逆转红色激光器10和蓝色激光器11的位置。
而且，可以取代光路改变棱镜22而使用多个反射镜。
第二示例性实施例
图10是示出作为本发明的第二示例性实施例的照明装置的配置的示意图。
本示例性实施例的照明装置与第一示例性实施例不同在于：它配备有二向色反射镜51a-51c取代颜色组合棱镜20，并且进一步包括反射镜52和53取代光路改变棱镜22。该配置的其他部分与第一示例性实施例(包括修改)相同。在图10中，向与第一示例性实施例的构成元件相同的那些给出相同的附图标号。
二向色反射镜51a-51c的每一个分别对应于二向色表面21a-21c，并且全部由电介质多层膜构成。
二向色反射镜51a-51c每一个与从荧光体轮14发射的绿色荧光的光束的中心光线交叉，并且被安置为正交于包含中心光线的平面。二向色反射镜51a-51c被以此顺序从荧光体轮14侧起连续地安置。
当从垂直于上述平面的方向看时，在绿色荧光的光束的中心光线的一侧上布置红色激光器10、蓝色激光器11以及激励光源12和13。
二向色反射镜51a和51b的膜特性与二向色表面21a和21b的相同。换句话说，二向色反射镜51a和51b两者都具有在图5中所示的特性。
二向色反射镜51c的膜特性与二向色表面21c的相同。换句话说，二向色反射镜51c具有在图6中所示的特性。
在本示例性实施例的照明装置中，从激励光源12供应并且被准直透镜18转换为平行光束的激励光以大约45°的入射角入射到二向色反射镜51a。利用反射镜52和53，从激励光源13供应并且被准直透镜19转换为平行光束的激励光以大约45°的入射角入射到二向色反射镜51a。
二向色反射镜51a在荧光体轮14的方向上反射入射的激励光。利用准直透镜15，在荧光体轮的荧光体区域上聚集被二向色反射镜51a反射的激励光。
通过准直透镜15在荧光体区域上聚集来自激励光源12的激励光的中心光线和来自激励光源13的激励光的中心光线。结果，来自激励光源12的激励光和来自激励光源13的激励光被聚集，并且被照射在荧光体区域上的大体相同的位置上。
通过在荧光体轮14的荧光体区域中的激励光的照射来激励荧光体。从激励的荧光体发射绿色荧光。
从荧光体轮14的荧光体区域发射的绿色荧光(发散光)被准直透镜15转换为平行光束，然后入射到二向色反射镜51a。二向色反射镜51a透射入射的绿色荧光。
来自二向色反射镜51a的绿色荧光的透射光束以大约45°的入射角入射到二向色反射镜51b。在蓝色激光器11的光轴和来自荧光体轮14的绿色荧光的光束(更具体地，包括荧光体轮14和准直透镜15的系统的光轴)的相交处安置二向色反射镜51b。来自蓝色激光器11的蓝色激光以大约45°的入射角入射到二向色反射镜51b。
二向色反射镜51b朝向二向色反射镜51c反射来自蓝色激光器11的蓝色激光，并且透射来自二向色反射镜51a的绿色荧光的透射的光束，据此，来自蓝色激光器11的蓝色激光和来自二向色反射镜51a的绿色荧光被颜色组合。
来自二向色反射镜51b的光束(蓝色激光+绿色荧光)以大约45°的入射角入射到二向色反射镜51c。在红色激光器10的光轴和来自荧光体轮14的绿色荧光的光束(更具体地，包括荧光体轮14和准直透镜15的系统的光轴)的相交处安置二向色反射镜51c。来自红色激光器10的红色激光以大约45°的入射角入射到二向色反射镜51c。
二向色反射镜51c反射来自红色激光器10的红色激光，并且透射来自二向色反射镜51b的光束(蓝色激光+绿色荧光)，据此，来自红色激光器10的红色激光和来自二向色反射镜51b的光束(蓝色激光+绿色荧光)被颜色组合。
来自二向色反射镜51c的光束(蓝色激光+绿色荧光+红色激光)是本示例性实施例的照明装置的输出光。
以上描述的本示例性实施例的照明装置呈现出与第一示例性实施例相同的行为和效果。然而，本示例性实施例的照明装置需要保持构造，该保持构造分别地限制关于二向色反射镜51a-51c的反射镜的倾斜度。在一些情况下，必须调整这些反射镜的倾斜度和光路。结果，与本示例性实施例的照明装置相比，第一示例性实施例的照明装置使得能够更简单和更精确地调整反射镜的倾斜度或调整光路。
本示例性实施例的照明装置也允许在第一示例性实施例中描述的各种修改的应用(包括在图8和9中所示的配置)。
另外，可以使用在图1中所示的光路改变棱镜22来取代反射镜52和53。
另一个示例性实施例
该另一个示例性实施例的照明装置包括：激励光源单元，其供应激励光；荧光体单元，其通过源自从激励光源单元供应的激励光的激励而发射荧光；第一和第二固态光源，其中，发射的光的颜色不同；以及，第一至第三反射单元，它们每一个配备有二向色膜，该二向色膜的表面与从荧光体单元发射的荧光的光束的中心光线相交，并且第一至第三反射单元被安置为使得正交于包含中心光线的平面。
当从垂直于上述平面的方向观看时，激励光源单元以及第一和第二固态光源被安置在荧光光束的中心光线的一侧上。
第一反射单元的二向色膜被提供在从激励光源单元供应的激励光的光束与从荧光体单元发射的荧光的光束交叉的位置，并且既反射朝向荧光体单元来自激励光源单元的激励光又透射来自荧光体单元的荧光。
第二反射单元的二向色膜被提供在从第一光源单元供应的第一光的光束与来自第一反射单元的荧光的光束相交的位置，并且既朝向第三反射单元反射来自第一光源单元的第一光又透射来自第一反射单元的荧光。
第三反射单元的二向色膜被提供在从第二光源单元供应的第二光的光束与来自第二反射单元的第一光的光束以及荧光的光束交叉的位置，并且既透射来自第二反射单元的第一光和荧光又在透射光的传播方向上反射来自第二光源单元的第二光。
荧光体单元可以是在图1中所示的荧光体轮14。第一固态光源可以由在图1或图10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在图1或图10中所示的蓝色激光器11和准直透镜17构成。或者，第二固态光源可以由红色激光器10和准直透镜16构成，并且第一固态光源可以由蓝色激光器11和准直透镜17构成。
激励光源单元可以由在图1或图10中所示的激励光源12和13构成。第一至第三反射单元可以由在图1中所示的颜色组合棱镜20构成，或者可以由在图10中所示的二向色反射镜51a-51c构成。
当第一固态光源是蓝色激光器11并且第二固态光源是红色激光器10时，第一和第二反射单元的二向色膜的关于第一偏振光(更具体地，S偏振光)的截止波长被设置为使得反射蓝色波长带的光，并且透射至少绿色波长带的光，并且，第三二向色表面的关于第一偏振光的截止波长被设置为使得透射蓝色和绿色波长带的每一个的光，并且反射红色波长带的光。
相比之下，当第一固态光源是红色激光器10并且第二固态光源是蓝色激光器11时，第一和第三反射单元的二向色膜的关于第一偏振光的截止波长被设置为反射蓝色波长带的光，并且透射红色和绿色波长带的每一个的光。第二二向色表面的关于第一偏振光的截止波长被设置为透射至少绿色波长带的光，并且反射红色波长带的光。
在第一示例性实施例中描述的各种修改可以被应用到该另一个示例性实施例的照明装置。该照明装置呈现与第一和第二示例性实施例的前述照明装置相同的行为和效果。
上述的本发明的照明装置可以被应用到所有类型的投影型显示装置，其中投影机是代表性的。
一种投影型显示装置包括：本发明的照明装置；显示元件，其对从这个照明装置供应的光进行空间调制；以及，投影光学系统，其投影由显示元件形成的图像。该显示元件例如是DMD或液晶板。
图11示出配备有本发明的照明装置的投影型显示装置的示例。
参见图11，该投影型显示装置包括：DMD46，其是显示元件；作为第一示例性实施例的照明装置；用于将来自照明装置的光引导到DMD46的光学系统；冷却风扇，其冷却照明装置；以及，投影光学系统47，其将在DMD46中形成的图像光投影到屏幕(未示出)上。
该光学系统包括：复眼透镜40和41、场透镜42、反射镜43、聚光透镜44和全内反射(TIR)棱镜45。
复眼透镜40和41、场透镜42、反射镜43以此顺序被安置在从颜色组合棱镜20的棱镜20d的表面P11出射的光(红色、绿色和蓝色)的传播方向上。
聚光透镜44和TIR棱镜45以此顺序被安置在由反射镜43反射的光的传播方向上。
复眼透镜40和41是用于获得作为矩形照明并且在DMD46的照射表面上均匀的照明光的元件，每一个由多个微透镜构成，并且被安置为使得具有相互一对一的对应。
利用场透镜42、反射镜43和聚光透镜44，已经穿过复眼透镜40和41的光入射到TIR棱镜45。
TIR棱镜45由两个三角形棱镜构成，并且由聚光透镜44聚集的光从一个三角形棱镜的侧表面入射到TIR棱镜45内。在TIR棱镜45中，入射光被三角形棱镜的倾斜表面全反射，并且该反射光从三角形棱镜的另一个表面朝向DMD46出射。两个三角形棱镜结合的表面也是全反射表面，并且因此在该两个表面之间需要空气层。因此，当结合两个三角形棱镜时，通过向两个三角形棱镜粘附插入的隔离器来在这两个三角形棱镜之间保持空气层。
DMD46对从TIR棱镜45入射的光进行空间调制。来自DMD46的调制光(图像光)再一次从三角形棱镜的另一个表面照射到TIR棱镜45内，并且该照射图像光不变地透射穿过三角形棱镜的结合表面，并且从另一个三角形棱镜的侧表面出射。
从TIR棱镜45的另一个三角形棱镜的侧表面出射的图像光被放大，并且被投影光学系统47投影在外部屏幕上。
通过控制激励光源12和13、红色激光器10和蓝色激光器11的发光定时，颜色红色、绿色和蓝色的每一个的光束以时分的方式从颜色组合棱镜20出射。在这些时分中出射的每种颜色的光束经受使用DMD进行的空间调制，据此可以获得每种颜色的图像光。
冷却风扇排放空气流。激励光源12和13、红色激光器10和蓝色激光器11的光源的每一个被提供在从冷却风扇排放的空气流的传播方向上。冷却风扇的空气流被供应到每一个光源以冷却每一个光源。如图9中所示的构造可以被应用为冷却风扇。
可以在上述投影型显示装置中使用前述的第二示例性实施例或另一个示例性实施例的照明装置。

Claims (11)

1.一种照明装置，包括：
激励光源单元，所述激励光源单元供应激励光；
荧光体单元，所述荧光体单元被从所述激励光源单元供应的激励光激励以发射荧光；
第一和第二固态光源，每一个源的发射的光的颜色彼此不同；
颜色组合棱镜，所述颜色组合棱镜包括第一直角棱镜、第二直角棱镜、梯形形状的棱镜和平行四边形形状的棱镜；以及
第一至第三反射单元，每一个单元包括二向色膜，所述二向色膜的膜表面被安置为与从所述荧光体单元发射的所述荧光的光束的中心光线交叉，而且与包含所述中心光线的平面正交；
其中：
当从垂直于所述平面的方向看时，所述激励光源单元与所述第一和第二固态光源被布置在所述荧光的所述光束的所述中心光线的一侧上；
所述第一反射单元是所述第一直角棱镜和所述梯形形状的棱镜接合在一起的表面；
所述第二反射单元是所述梯形形状的棱镜和所述平行四边形形状的棱镜接合在一起的表面；
所述第三反射单元是所述平行四边形形状的棱镜和所述第二直角棱镜接合在一起的表面；
所述第一反射单元的所述二向色膜被提供在从所述激励光源单元供应的所述激励光的光束与从所述荧光体单元发射的所述荧光的所述光束的所述中心光线交叉的位置，朝向所述荧光体单元反射来自所述激励光源单元的所述激励光，并且透射来自所述荧光体单元的所述荧光；
所述第二反射单元的所述二向色膜被提供在从所述第一固态光源供应的第一光的光束与来自所述第一反射单元的所述荧光的所述光束交叉的位置，朝向所述第三反射单元反射来自所述第一固态光源的所述第一光，并且透射来自所述第一反射单元的所述荧光；并且
所述第三反射单元的所述二向色膜被提供在从所述第二固态光源供应的第二光的光束与从所述第二反射单元供应的所述第一光的所述光束以及所述荧光的所述光束两者交叉的位置，透射来自所述第二反射单元的所述第一光和所述荧光，并且在透射的光的传播方向上反射来自所述第二固态光源的所述第二光。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述激励光源单元以及所述第一和第二固态光源被提供在同一基板表面上。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，在一个方向上以行布置所述激励光源单元以及所述第一和第二固态光源。
4.根据权利要求2所述的照明装置，进一步包括热排放单元，所述热排放单元被提供于在其上提供了所述激励光源单元以及所述第一和第二固态光源的所述基板的一部分上，并且将来自所述激励光源单元以及来自所述第一和第二固态光源的热能排放到空间中。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中：
所述第一和第二直角棱镜的每一个包括直角表面和倾斜表面；
所述第一反射单元的所述二向色膜形成在通过将所述第一直角棱镜的所述倾斜表面接合到所述梯形形状的棱镜的相对的倾斜表面之一而提供的接合表面上；
所述第二反射单元的所述二向色膜形成在通过将所述平行四边形形状的棱镜的相对的倾斜表面之一接合到所述梯形形状的棱镜的另一个相对的倾斜表面而提供的接合表面上；并且
所述第三反射单元的所述二向色膜形成在通过将所述平行四边形形状的棱镜的另一个相对的倾斜表面接合到所述第二直角棱镜的所述倾斜表面而提供的接合表面上。
6.根据权利要求1所述的照明装置，进一步包括准直透镜，所述准直透镜将从所述荧光体单元发射的所述荧光转换为平行光束；
其中，所述准直透镜将从所述激励光源单元供应并且被所述第一反射单元的所述二向色膜反射的所述激励光聚集在所述荧光体单元上。
7.根据权利要求6所述的照明装置，其中，所述激励光源单元包括第一和第二激励光源，并且从所述第一激励光源供应并且被所述第一反射单元的所述二向色膜反射的激励光的中心光线和从所述第二激励光源供应并且被所述第一反射单元的所述二向色膜反射的激励光的中心光线处于围绕所述准直透镜的光轴的线性对称位置关系。
8.根据权利要求1所述的照明装置，其中：
所述荧光体单元发射绿色荧光；
所述第一固态光源供应峰值波长在蓝色波长带中并且偏振状态是第一偏振的蓝色激光；
所述第二固态光源供应峰值波长在红色波长带中并且偏振状态是所述第一偏振的红色激光；
所述激励光源单元供应峰值波长在所述蓝色波长带中并且偏振状态是所述第一偏振的激励光；
所述第一和第二反射单元的所述二向色膜的关于所述第一偏振的截止波长被设置为使得所述蓝色波长带的光被反射，并且至少绿色波长带的光被透射；并且
所述第三反射单元的所述二向色膜的关于所述第一偏振的截止波长被设置为使得所述蓝色和绿色波长带的光被透射，并且所述红色波长带的光被反射。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其中：
所述荧光体单元发射绿色荧光；
所述第一固态光源供应峰值波长在红色波长带中并且偏振状态是第一偏振的红色激光；
所述第二固态光源供应峰值波长在蓝色波长带中并且偏振状态是所述第一偏振的蓝色激光；
所述激励光源单元供应峰值波长在所述蓝色波长带中并且偏振状态是所述第一偏振的激励光；
所述第一和第三反射单元的所述二向色膜的关于所述第一偏振的截止波长被设置为使得所述蓝色波长带的光被反射，并且绿色波长带和所述红色波长带的光被透射；并且
所述第二反射单元的所述二向色膜的关于所述第一偏振的截止波长被设置为使得至少所述绿色波长带的光被透射，并且所述红色波长带的光被反射。
10.一种投影型显示装置，包括：
根据权利要求1所述的照明装置；
冷却风扇，所述冷却风扇向构成所述照明装置的所述激励光源单元以及所述第一和第二固态光源供应空气流；
显示元件，所述显示元件对从所述照明装置发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在所述显示元件中形成的图像光。
11.根据权利要求3所述的照明装置，进一步包括热排放单元，所述热排放单元被提供于在其上提供了所述激励光源单元以及所述第一和第二固态光源的基板的一部分上，并且将来自所述激励光源单元以及来自所述第一和第二固态光源的热能排放到空间中。
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