CN103221735A

CN103221735A - 光源设备、照明设备和投影型显示设备

Info

Publication number: CN103221735A
Application number: CN2010800702339A
Authority: CN
Inventors: 松原正晃
Original assignee: NEC Display Solutions Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: WO2012066654A1; CN103221735B; US20130222772A1; EP2642178B1; EP2642178A4; US9046750B2; JPWO2012066654A1; EP2642178A1; JP5497912B2

Abstract

一种光源设备包括：激发光源（12、13）；荧光体单元（14）；二向色镜（51a），其将由激发光源（12、13）输出的激发光向荧光体单元（14）反射，并且使从荧光体单元（14）放出的荧光透射通过；以及准直透镜（15），其被安装在二向色镜（51a）和荧光体单元（14）间，并且其焦距根据波长而不同。荧光体单元（14）被布置在由准直透镜（15）在其荧光波长下的焦距规定的位置。准直透镜（15）包括低色散透镜（15a、15b）和高色散透镜（15c）。

Description

光源设备、照明设备和投影型显示设备

技术领域

本发明涉及使用荧光体的光源设备。

背景技术

一些最近的投影仪使用将荧光体用作光源的光源设备。光源设备包括供应激发光的激发光源，以及通过由激发光源供应的激发光引起的激发来发出荧光（可见光）的荧光体单元。

在上述投影仪中，从荧光体单元发出的荧光光束照射在显示元件上，并且由显示元件形成的图像光通过投影透镜投影在屏幕上。

在上述光源设备中，然而，激发光总是照射在荧光体单元的相同区域上，因此，如果激发光的强度高，由激发光引起的对荧光体的损坏（诸如烧坏）可能发生。

因此，已经提出了一种投影型显示设备，其中，能够减轻由于激发光对荧光体的损坏（专利文献1）。

在专利文献1中所述的投影型显示设备包括：发光二极管，其供应紫外光；色轮，其将由发光二极管供应的紫外光转换成可见光；空间调制器，其由来自色轮的可见光照射；以及投影透镜，其将来自空间调制器的调制光投影到屏幕上。

色轮包括：透明基板，其能够旋转；荧光体层，其形成在透明基板的一个表面上；以及可见光反射层，其形成在透明基板的另一表面上并且透射紫外光并反射可见光。

在使色轮旋转的同时，使来自发光二极管的紫外光照射在色轮的可见光反射层的表面上。所照射的紫外光到达荧光体层并激发荧光体。从荧光体发出的荧光从荧光体轮出射为可见光。

在从荧光体发出的荧光中，指向透明基板的荧光在穿过透明基板后，在可见光反射层处反射向透明基板侧。来自可见光反射层的反射光透射通过透明基板和荧光体层。

根据上述投影型显示设备，旋转色轮使得激发光的光斑在荧光体层上移动，由此，能够减轻由于激发光对荧光体的损坏。

现有技术的文献

专利文献

专利文献1：日本未审专利公开号2004-341105

发明内容

然而，在专利文献1中描述的投影型显示设备要求用于旋转色轮的旋转驱动系统，这导致设备具有更大的尺寸和增加的成本。

本发明的目的是提供紧凑和低成本光源设备，其能够在不使用旋转驱动系统的情况下，减轻由激发光引起的对荧光体的损坏。

本发明的另一目的是提供使用该光源设备的照明设备和投影型显示设备。

用于实现上述目的的本发明的光源设备包括：

荧光体单元，该荧光体单元由于由激发光引起的激发来发出荧光；

激发光源单元，该激发光源单元供应激发光；

反射单元，该反射单元将从激发光源单元供应的激发光向荧光体单元反射，并且透射从荧光体单元发出的荧光，以及

准直透镜，该准直透镜被设置在反射单元和荧光体单元之间，并且其焦距根据波长而不同；

其中：

荧光体单元被设置在由准直透镜在从荧光体单元发出的荧光的波长下的焦距确定的位置；并且

准直透镜包括具有负光焦度（negative power）的至少一个第一透镜和具有正光焦度（positive power）的至少一个第二透镜，第二透镜的阿贝数小于第一透镜的阿贝数。

本发明的照明设备包括：

上述光源设备；

第一和第二固态光源，该第一和第二固态光源发出的光颜色彼此不同；以及

颜色组合装置，该颜色组合装置将从光源设备供应的荧光与从第一和第二固态光源供应的第一和第二光组合。

本发明的投影型显示设备包括：

上述光源设备；

第一和第二固态光源，该第一和第二固态光源发出的光颜色彼此不同；

显示元件，该显示元件空间调制由颜色组合装置组合的组合光以生成调制光；以及

投影光学系统，该投影光学系统投影由显示元件生成的调制光。

附图说明

图1是示出本发明的示例性实施例的光源设备的示意图。

图2是示出关于图1中所示的光源设备的二向色镜的P-偏振光和S-偏振光的光谱透射特性的图。

图3A是示出激发光的照射区域的例子的示意图。

图3B是示出激发光的照射区域的另一例子的示意图。

图3C是示出激发光的照射区域的另一例子的示意图。

图3D是示出激发光的照射区域的另一例子的示意图。

图3E是示出激发光的照射区域的另一例子的示意图。

图3F是示出激发光的照射区域的另一例子的示意图。

图3G是示出激发光的照射区域的另一例子的示意图。

图3H是示出激发光的照射区域的另一例子的示意图。

图4是示出计算用于图3A-3H中所示的照射区域中的每一个的光利用效率的结果的图。

图5是用于描述用于计算图4中所示的特性的、配备有图1中所示的光源设备的投影型显示设备的示意图。

图6A是用于描述图1中所示的光源设备的准直透镜的设计数据的例子的视图。

图6B示出根据面板尺寸得出面板侧的光学扩展量（etendue）的结果。

图6C示出基于根据面板尺寸的光源侧光学扩展量得出最大发光面积的结果。

图6D示出与对应于图6A中所示的表面编号2的非球面有关的系数的例子。

图7是示出配备有本发明的光源设备的照明设备的构造的示意图。

图8是示出关于位于图7中所示的照明设备的三个二向色镜的最后一级中的二向色镜的P-偏振光和S-偏振光的光谱透射特性的图。

图9是示出配备有本发明的光源装置的投影型显示设备的例子的示意图。

参考数字的说明

12，13 激发光源

14 荧光体单元

15，18，19 准直透镜

51a 二向色镜

具体实施方式

接下来，将参考附图，描述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光源设备的构造的示意图。

参考图1，光源设备是在诸如投影仪的投影型显示设备中使用的设备，包括：激发光源12和13；荧光体单元14；准直透镜15、18和19；二向色镜51a和光路改变反射镜52和53。

在图1中，由具有箭头的实线（粗实线）示出从激发光源12和13供应的激发光的光路和从荧光体单元14发出的荧光的光路中的每一个。各个颜色的光路均仅通过中心光线的光路指示，但光实际上是由多个光线组成的光束。

荧光体单元14包括基板和在基板的一个表面上形成的荧光体层。透明基板被用作该基板，在该透明基板上设置反射所发出的荧光颜色的反射膜，并且以均匀厚度将荧光体层施加到该反射膜上。

形成荧光体层的荧光体发出的颜色例如是绿色，并且通过比绿色波长短的波长的激发光激发该荧光体使得从荧光体层发出绿色荧光。该荧光体颜色可以是除绿色以外的颜色，例如，可以是红色或蓝色。

激发光源12和13是供应比绿色荧光的波长短的波长的S-偏振激发光的光源并且由以蓝色激光或蓝色LED为代表的固态光源组成。当荧光体发出的颜色是除绿色外的颜色时，激发光源12和13供应比该颜色的荧光的波长更短的波长的S-偏振激发光。

从激发光源12供应的激发光以约45°的入射角照射在二向色镜51a上。从激发光源13供应的激发光的光路被反射镜52和53改变，然后以约45°的入射角照射到二向色镜51a中。

二向色镜51a将来自激发光源12和13的激发光向荧光体单元14反射并透射从荧光体单元14发出的荧光（绿色）。

图2示出关于二向色镜51a的P-偏振光和S-偏振光的光谱透射特性。在图2中，由点划线示出关于S-偏振光的光谱透射特性，并且由虚线示出关于P-偏振光的光谱透射特性。低波长侧的光谱（激发）是从激发光源12和13供应的激发光的光谱。

将截止波长定义为透射率变为50%时的波长。将二向色镜51a关于作为S-偏振光进入的光的截止波长设定成反射等于或短于蓝色波段的波长的光并且透射其他波段的光（包括绿色和红色波段）。将二向色镜51a关于作为P-偏振光进入的光的截止波长设定成短于关于S-偏振光的截止波长的波长。能够借助例如介电多层膜的材料、层数、膜厚度和折射率来调整截止波长的设定。

在具有图2所示的光谱透射特性的二向色镜51a中，波长等于或短于蓝色波段的S-偏振光被反射，并且绿色和红色波段的波长的S-偏振光和P-偏振光穿过二向色镜51a。

再参考图1，准直透镜15用来将从荧光体单元14的荧光体区域发出的绿色荧光（发散光）转换成平行光束（第一作用），并且在荧光体单元14上提供特定散焦量（defocus amount）的状态下会聚来自激发光源12和13的激发光（第二作用）。这里，具有散焦量的状态是指激发光没有被会聚在荧光体14的一个点上。

在当前示例性实施例中，通过构造上使用由于折射率根据波长改变的色散而使图像的大小和位置偏移的现象，来实现具有第一和第二作用的准直透镜15。

更具体地说，准直透镜15由两个凸透镜15a和15b以及一个凹透镜15c组成。透镜15a和15b是具有正光焦度的高色散透镜。透镜15c是具有负光焦度的低色散透镜。

由于在包括具有正光焦度的高色散透镜和具有负光焦度的低色散透镜的准直透镜15中出现色散，通过波长改变折射率，由此在对于荧光的波长的焦距和对于激发光的波长的焦距间出现差异。

因此，如果荧光体单元14被设置在准直透镜15的荧光波长的焦距的位置处，能够将从荧光体单元14发出的绿色荧光（发散光）转换成平行光束，并且在荧光体单元14上具有特定散焦量的状态下会聚来自激发光源12和13的激发光，由此实现第一和第二作用。

借助第一和第二作用，在不使用旋转驱动系统的情况下，能够减轻由激发光引起的对荧光体的损坏，并且能够防止光利用效率的降低。

接下来，以具体的术语描述借助第一和第二作用，同时实现减轻由激发光引起的对荧光体的损坏和防止光利用效率降低的原理。

说明首先考虑当改变准直透镜15的透镜15a和荧光体单元14间的距离x（mm）时，在荧光体单元14上由激发光照射的区域和从该照射区域发出的荧光的光利用效率之间的关系。这里，由激发光照射的区域对应于荧光体单元14上的激发光的光斑的大小。

图3A-3H给出了当在1.00mm至1.35mm的范围上以0.05mm的增量改变距离x(mm)时，由激发光照射的区域的示意性表示。由激发光源12和13供应的激发光的波长为445nm。

图3A是当距离x(mm)为1.00mm时的照射区域的例子。该照射区域的面积为0.03mm²（=0.25mm×0.30mm）。

图3B是当距离x(mm)为1.05mm时的照射区域的例子。该照射区域的面积为0.005mm²（=0.1mm×0.05mm）。

图3C是当距离x(mm)为1.10mm时的照射区域的例子。该照射区域的面积为0.0025mm²（=0.05mm×0.05mm）。

图3D是当距离x(mm)为1.15mm时的照射区域的例子。该照射区域的面积为0.015mm²（=0.15mm×0.1mm）。

图3E是当距离x(mm)为1.20mm时的照射区域的例子。该照射区域的面积为0.05mm²（=0.25mm×0.2mm）。

图3F是当距离x(mm)为1.25mm时的照射区域的例子。该照射区域的面积为0.0875mm²（=0.35mm×0.25mm）。

图3G是当距离x(mm)为1.30mm时的照射区域的例子。该照射区域的面积为0.22mm²（=0.55mm×0.4mm）。

图3H是当距离x(mm)为1.35mm时的照射区域的例子。该照射区域的面积为0.27mm²（=0.6mm×0.45mm）。

如图3A-3H所示，照射区域的大小根据距离x的值改变。当距离x为1.10mm时，照射区域的大小为最小，并且在这种状态下，荧光体单元14被设置在准直透镜15对波长为445nm的光的焦距附近。

图4示出借助计算机计算对于图3A-3H中所示的照射区域中的每一个的光利用效率的结果。在该计算中，使用图5中所示的最小所需构造的投影型显示设备，在该投影型显示设备中应用本示例性实施例的光源设备。

在图5所示的例子中，透射通过二向色镜51a的荧光通过光学系统照射在DMD46上。

该光学系统包括：复眼透镜40和41、物镜42、反射镜43、会聚透镜44和全内反射（TIR）棱镜45。

在由二向色镜51a透射的荧光的前进方向中，将复眼透镜40和41、物镜42和反射镜42按该顺序布置。

在由反射镜43反射的光的前进方向中，将会聚透镜44和TIR棱镜45按该顺序布置。

复眼透镜40和41是用于获得DMD46的照射表面上的矩形和均匀照明光的部件，每个由多个微透镜组成，并且被布置成使得微透镜具有一一对应关系。

透射通过复眼透镜40和41的光通过物镜42、反射镜43和会聚透镜44照射到TIR棱镜45中。

TIR棱镜45由两个三角棱镜组成。由会聚透镜44会聚的光从三角棱镜中的一个的侧面进入TIR棱镜45。在TIR棱镜45中，入射光在三角棱镜的斜面上经受全反射，并且该反射光从三角棱镜的另一表面向DMD46出射。因为两个三角棱镜接合的表面也是全反射面，因此，在两个表面间需要空气层。因此，当两个三角棱镜接合在一起时，通过插入间隔物并且然后接合棱镜，在两个三角棱镜间提供空气层。

DMD46空间地调制从TIR棱镜45进入的光。来自DMD46的调制光（图像光）从三角棱镜的另一表面再次进入TIR棱镜45，并且该入射图像光不变更地穿过三角棱镜的接合面并从另一三角棱镜的侧面出射。

通过TIR棱镜45，从DMD46出射的调制光通过投影光学系统47投影到外部屏幕上。

图4示出在图5所示的构造中，对图3A-3H中所示的照射区域中的每一个，计算进入投影光学系统47的荧光量与从照射区域发出的荧光的光量的比值作为光利用效率的结果。

在图4中，由具有白色圆的实线示出的图示出了光利用效率关于距离x的变化，并且由具有黑色圆的虚线示出的图示出了照射区域的大小关于距离x的变化。

如图4所示，光利用效率的量值根据距离x的值改变。因为当距离x为1.20mm时，光利用效率的量值为最大值，因此，在该状态下，荧光体单元14被设置在准直透镜15对于荧光的波长（在此为绿色的波长）的焦距附近。换句话说，当距离x为1.20mm时，通过准直透镜15，到荧光的平行光束的转换程度处于最佳状态。

另一方面，因为当距离x为1.10mm时，照射区域的大小为最小，因此，在这种情况下，荧光体单元14被布置在准直透镜15对于445nm的波长（激发光的波长）的焦距附近。

根据图4所示的结果，准直透镜15的焦距根据波长而不同，并且将荧光体单元14布置在准直透镜15与荧光的波长对应的焦距的位置（例如距离x为1.2mm时的位置）使得能够增加光利用效率。在这种情况下，在包括特定散焦量的状态下，借助准直透镜15，将激发光会聚在荧光体单元14上，由此，荧光体单元14上的每单位面积的光能量密度减小，并且能够减轻对荧光体的损坏。

通常通过使用具有不同色散的两种类型的玻璃形成凸透镜和凹透镜中的每一个并且然后组合凸透镜和凹透镜来校正色差。在可见光的波长的范围内，通过凸透镜更强烈地会聚较短波长的光。另一方面，通过凹透镜更强烈地发散较短波长的光。凹透镜的发散作用小于凸透镜的会聚作用，但将具有低阿贝数（或倒易色散）的高色散玻璃用于凹透镜能够对于不同波长的光实现成像点匹配。

阿贝数（或倒易色散）是用于估计透明体的色散（由于波长的折射率变化）的指标。由下述公式表示阿贝数V_d。

v_d=(n_d–1)÷(n_F–n_C)

其中，“d”表示d线（587.5618nm），“F”表示F线（486.1327nm），并且“C”表示C线（656.2725nm）。阿贝数V_d高的情形称为低色散，相反，阿贝数的值低的情形称为高色散。通常，阿贝数V_d的值高于50的低色散玻璃称为“冕玻璃”，并且阿贝数V_d为50或更低的高色散玻璃称为“火石玻璃”。

色差的校正通常要求使用由具有正光焦度的低色散玻璃组成的透镜（凸透镜）和由具有负光焦度的高色散玻璃组成的透镜（凹透镜）的组合。

当准直透镜也用作会聚透镜时，能够准直荧光，此外，当借助色差校正抵消色差时，能够将激发光会聚在一个点。当使激发光的会聚斑小时，能量密度增加并且增加荧光发射的效率。在这种情况下，然而，荧光体可能会被激发光烧坏（损坏荧光体）。

在本示例性实施例中，相反，将准直透镜15构造成使得生成色差。更具体地说，准直透镜15包括具有正光焦度的高色散透镜15a和15b以及具有负光焦度的低色散透镜15c。这些透镜15a-15c的组合处于当执行上述色差校正时的组合的完全相反的关系。因此，实现上述第一和第二作用并且降低由激发光对荧光体的损坏。

图6A示出与准直透镜15的透镜15a-15c有关的设计数据的例子。

在图6A中，L1、L2和L3分别对应于透镜15a、15b和15c。表面编号1-6对应于透镜15a-15c的表面中的每一个，并且按在荧光体单元14侧的顺序分配编号。表面编号0指示荧光体单元14的表面。负值的曲率半径指示表面的形状当从荧光体单元14侧看时为凹。正值的曲率半径指示表面的形状当从荧光体单元14侧看时为凸。

透镜15a（L1）的荧光体单元14侧上的表面为平面，并且相反侧上的表面为凸面（曲率半径为-2.96967mm）。透镜15a的折射率为1.648，并且阿贝数为33.8。

透镜15b（L2）的荧光体单元14侧上的表面为凸面（曲率半径为17mm），并且相反侧上的表面也是凸面（曲率半径为17mm）。透镜15b的折射率为1.648，并且阿贝数为33.8。

透镜15c的荧光体单元14侧上的表面为平面，并且相反侧上的表面为凹（曲率半径为16.43mm）。透镜15c的折射率为1.517，并且阿贝数为64.2。

表面编号2的表面为非球面，并由诸如图6D中所示的系数规定。其中，k是圆锥系数，并且αi是非球面系数。由下述等式给出位移量z：

[等式1]

z = \frac{{cr}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}} + a_{1} r^{2} + a_{2} r^{4} + a_{3} r^{6} + a_{4} r^{8} + a_{5} r^{10}

r²＝x²+y²

根据上述的本示例性实施例的光源设备，荧光体单元14被布置在由准直透镜15的与荧光波长对应的焦距确定的位置，因此，能够将从荧光体单元14发出的几乎所有绿色荧光（发散光）转换成平行光束，由此能提高光利用效率。

此外，准直透镜15由具有正光焦度的高色散透镜15a和15b以及具有负光焦度的低色散透镜15c组成，由此，通过波长改变焦距。因此，当荧光体单元14被布置在由准直透镜15的与荧光波长对应的焦距确定的位置时，在荧光体单元14上提供特定散焦量的状态下，准直透镜15会聚来自激发光源12和13的激发光。由此减小每单位面积的光能量密度，由此，能够减轻由激发光引起的对荧光体的损坏。

此外，根据本示例性实施例的光源设备，消除了诸如在专利文献1中所述的对旋转驱动系统的需要，由此使该设备相应地更小并且能够降低该设备的成本。

本示例性实施例的光源设备进一步显示出下述作用和效果。

图5中所示的投影型显示设备遇到称为光学扩展量的限制，光学扩展量由荧光体单元14上的光照射区域的面积和从该激发光照射区域发出的荧光的发散角确定。通过使激发光照射区域的面积（更具体地说，发出荧光的面积）和发散角的乘积的值等于或小于作为显示元件的DMD46的面积和由投影光学系统47的F数确定的接受角（立体角）的乘积的值，能够在不浪费的情况下，接收和投影来自荧光体单元14的荧光。

如果荧光体单元14上的激发光的照射区域（光斑大小）在由光学扩展量的极限限定的范围内，光利用效率基本上是相同的，与照射区域的大小无关。

接下来，将详细地描述光学扩展量和荧光体单元14上的激发光的光斑大小间的关系。

首先描述能够在DMD46（面板）侧上接收的光学扩展量。

面板侧光学扩展量由下述等式表示。

[等式2]

这里，E_面板指示面板侧光学扩展量，S_面板指示面板的面积，并且Fno指示投影光学系统47的F数。

图6B示出使用上述等式根据面板大小得出的面板侧光学扩展量的结果。图6B示出对于0.2英寸面板和0.3英寸面板中的每一个，当F数从1.8改变到2、2.2和2.4时的光学扩展量的值（mm²/sr）。0.2英寸面板和0.3英寸面板的高宽比均为4：3。

接下来，描述能够在荧光体单元14（光源）侧上接收的光学扩展量。

由下述等式来表示光源侧光学扩展量。

[等式3]

E_光源＝S_光源×π×sin²θ

这里，E_光源指示光源的光学扩展量，S_光源指示光源的发光面积，并且θ指示光源的立体角。

图6C示出使用上述等式根据面板大小得出的光源的光学扩展量和由这些结果得出最大发光面积。图6C示出对于0.2英寸面板和0.3英寸面板中的每一个，当F数从1.8改变成2、2.2和2.4时的最大发光面积的值（mm）。例如，当F数为2.4，当满足光学扩展量的极限时，能够在0.2英寸面板中接收的发光面积（发光大小）达到φ0.8mm。

照射到荧光体单元14中的激发光在荧光体层内扩散，由此荧光的发光面积变得大于荧光体单元14上的激发光的光斑大小（光束半径）。考虑到此，如果假定荧光体单元14的发光大小是激发光的光斑大小的两倍，当在F数为2.4，面板尺寸为0.2英寸时，通过使激发光的光斑大小不大于φ0.4mm，将满足光学扩展量的条件。相反，如果激发光的光斑大小不大于φ0.4mm，因为将与光斑大小无关地满足光学扩展量的条件，因此，投影型显示设备的光利用效率将不会下降。

减小激发光的光斑大小导致损坏荧光体的可能性，因此，优选地在满足光学扩展量的条件的范围内增加激发光的光斑大小。

准直透镜15起将激发光会聚在荧光体单元14上和将荧光转换成平行光束的作用。为在满足光学扩展量的条件的范围内，使激发光的光斑大小尽可能大，此外，还将来自荧光体单元14的荧光转换成平行光束，准直透镜15在激发光的波段中的焦距优选地与准直透镜15在荧光（绿色）的波段中的焦距不同。

在本示例性实施例的光源设备中，根据校正色差的逆向的考虑，通过组合具有正光焦度的透镜和具有负光焦度的透镜来构成准直透镜15，此外，由高色散玻璃构成具有正光焦度的透镜和由低色散玻璃构成具有负光焦度的透镜在构造上生成色差，导致焦距随波长而不同。

准直透镜15在由光学扩展量的上述条件确定的照射区域内，在特定光斑大小中，将激发光会聚在荧光体单元14上。以这种方式，能够防止光利用效率减小以及能减小对荧光体的损坏。

例如，通过将准直透镜15构造成使得在激发光（例如蓝色）的波长中的焦距比在荧光（例如绿色）的波长中的焦距短5%-10%，能够使激发光的光斑增加到满足光学扩展量的条件的范围内的特定大小。以这种方式，能够可靠地防止光利用效率减小并且能够降低激发光对荧光体的损坏。

本示例性实施例的光源设备能够进一步获得下述效果。

典型地，当色差仅受具有正光焦度的透镜控制时，该控制仅取决于阿贝数。阿贝数取决于在透镜中使用的玻璃材料，因此，仅由具有正光焦度的透镜组成的准直透镜引起与控制色差有关的设计自由度非常有限的问题。

根据本示例性实施例的光源设备，准直透镜15的色差受具有正光焦度的透镜和具有负光焦度的透镜的组合控制。在这种情况下，能够通过具有正光焦度的透镜的阿贝数和具有负光焦度的透镜的阿贝数的关系来控制色差，由此，增加了与控制色差有关的设计自由度。

上述本示例性实施例的光源设备是本发明的一个例子，并且在不脱离本发明的精神的范围内，对本领域的普通技术人员显而易见的对其构造的修改是开放的。

例如，具有正光焦度的高色散透镜和具有负光焦度的低色散透镜中的每一个的透镜数目可以是一个或可以是两个或更多。

此外，激发光源的数量不限于两个。激发光源的数量可以是一个或可以是三个或更多。

接下来，描述应用本发明的光源设备的照明设备。

图7是示出应用本发明的光源设备的照明设备的构造的示意图。

参考图7，该照明设备是在诸如投影仪的投影型显示设备中使用的设备，并且包括：红色激光器10、蓝色激光器11、激发光源12和13、荧光体单元14、准直透镜15-19、二向色镜51a、51b和51c，以及光路改变反射镜52和53。

激发光源12和13、荧光体单元14、准直透镜15和二向色镜51a与在图1中所示的光源设备中所述的部件相同，在此省略冗余说明。

在图7中，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、从激发光源12和13供应的激发光的光路，以及从荧光体轮14发出的绿色荧光的光路每个均由具有箭头的实线（粗实线）示出。白箭头是已经组合红色激光、蓝色激光和绿色荧光的光并且是本示例性实施例的照明设备的输出光。所有的各个颜色的光路仅示出中心光线的光路，并且实际上由多个光线组成的光束构成。

红色激光器和蓝色激光器11是固态光源，诸如LED或诸如激光二极管的半导体激光器。红色激光器10供应在红色波段中具有峰值波长的S-偏振激光（在下文中，简称为红色激光）。蓝色激光器11供应在蓝色波段中具有峰值波长的S-偏振激光（在下文中，简称为蓝色激光）。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，或可以不同。

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

红色激光器10、蓝色激光器11和激发光源12和13每个均被布置成在相同方向中发出光。更具体地说，红色激光器10、蓝色激光器11和激发光源12和13的光轴中的每一个相互平行。

所有二向色镜51a-51c由介电多层膜构成。二向色镜51a-51c被布置成与从荧光体单元14发出的绿色荧光光束的中心光线交叉。从荧光体单元14侧将二向色镜51a-51c按该顺序布置。可以将二向色镜51a-51c布置成与包含荧光光束的中心光线的平面正交。

二向色镜51a和51b的膜特性相同。换句话说，二向色镜51a和51b均具有图2所示的特性。

二向色镜51c的膜特性不同于二向色镜51a和51b的特性。

图8示出二向色镜51c的关于P-偏振光和S-偏振光的光谱透射特性。在图8中，实线示出关于S-偏振光的光谱透射特性，并且虚线示出关于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。

二向色镜51c关于作为S-偏振光进入的光的截止波长被设定成反射等于或大于红色波段的波长的光并且透射其他波段（包括绿色和蓝色波段）的光。二向色镜51c关于作为P-偏振光进入的光的截止波长被设定成长于关于S-偏振光的截止波长的波长。同样在这种情况下，能够通过例如介电多层膜的材料、层数、膜厚度和折射率来调整截止波长的设定值。

在具有图8所示的光谱透射特性的二向色镜51c中，等于或大于红色波段的波长的S-偏振光被反射，并且绿色和蓝色波段的波长的S-偏振光和P-偏振光穿过二向色镜51c。

在本示例性实施例的照明设备中，由激发光源12供应并通过准直透镜18被转换成平行光束的激发光以约45°的入射角进入二向色镜51a。由激发光源13供应并且通过准直透镜19被转换成平行光束的激发光通过反射镜52和53而以约45°的入射角进入二向色镜51a。

二向色镜51a在荧光体单元14的方向上反射入射的激发光。由二向色镜51a反射的激发光通过准直透镜15会聚在荧光体单元14的荧光体区域中。

在荧光体单元14的荧光体区域中，通过激发光的照射，荧光体经受激发。从激发的荧光体发出绿色荧光。

从荧光体单元14的荧光体区域发出的绿色荧光（发散光）由准直透镜15转换成平行光束，然后进入二向色镜51a。入射的绿色荧光穿过二向色镜51a。

来自二向色镜51a的绿色荧光的透射光束以约45°的入射角进入二向色镜51b。二向色镜51b被布置在蓝色激光器11的光轴和来自荧光体单元14的绿色荧光的光束（更具体地说，包括荧光体单元14和准直透镜15的系统的光轴）的交叉处。来自蓝色激光器11的蓝色激光以约45°的入射角进入二向色镜51b。

二向色镜51b将来自蓝色激光器11的蓝色激光向二向色镜51c反射并且透射来自二向色镜51a的绿色荧光的透射光束，由此，颜色组合来自蓝色激光器11的蓝色激光和来自二向色镜51a的绿色荧光。

来自二向色镜51b的光束（蓝色激光+绿色荧光）以约45°的入射角进入二向色镜51c。二向色镜51c被布置在红色激光器10的光轴和来自荧光体14的绿色荧光的光束（更具体地说，包括荧光体单元14和准直透镜15的系统的光轴）的交叉处。来自红色激光器10的红色激光以约45°的入射角进入二向色镜51c。

二向色镜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镜51b的光束（蓝色激光+绿色荧光），由此，颜色组合来自红色激光器10的红色激光和来自二向色镜51b的光束（蓝色激光+绿色荧光）。

二向色镜51b和51c是组合蓝色激光、绿色荧光和红色激光的颜色组合装置。来自二向色镜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设备的输出光。

上述本示例性实施例的照明设备也显示出与上述光源设备的示例性实施例相同的作用和效果。

上述本示例性实施例的照明设备对在上述光源设备的示例性实施例中所述的各种改进也是开放的。

此外，二向色镜51a-51c可以由长方体二向色棱镜构成。

二向色棱镜由第一和第二直角棱镜、梯形棱镜和平行四边形棱镜构成。第一和第二直角棱镜的每一个具有直角面和斜面，第一直角棱镜的斜面与梯形棱镜的相对斜面中的一个接合，并且对应于二向色镜51a的二向色膜被形成在该接合面上。

平行四边形棱镜的相对斜面中的一个被接合到梯形棱镜的另一相对斜面，并且对应于二向色镜51b的二向色膜被形成在该接合面上。

平行四边形棱镜的另一相对斜面被接合到第二直角棱镜的斜面，并且对应于二向色镜51c的二向色膜被形成在该接合面上。

替代地，二向色棱镜可以由第一至第三直角棱镜和平行四边形棱镜构成。

第一至第三直角棱镜中的每一个具有直角面和斜面，第一直角棱镜的斜面被接合到第二直角棱镜的直角面中的一个，并且对应于二向色镜51a的二向色膜被形成在该接合面上。

平行四边形棱镜的两个相对面中的一个被接合到第二直角棱镜的另一直角面，并且对应于二向色镜51b的二向色膜被形成在该接合面上。

平行四边形棱镜的两个相对面中的另一个被接合到第三直角棱镜的斜面，并且对应于二向色镜51c的二向色膜被形成在该接合面上。

替代地，在本示例性实施例的照明设备中，可以使用十字二向色棱镜（cross-dichroic prism），来代替二向色镜51b和51c。

十字二向色棱镜由第一至第四直角棱镜构成，其中，将形成直角的表面接合在一起。通过第一和第二直角棱镜的接合面与第三和第四直角棱镜的接合面形成一致的第一平面，并且在该第一平面上形成具有与二向色镜51b相同的膜特性的二向色膜。

通过第一和第四直角棱镜的接合面与第二和第三直角棱镜的接合面形成与第一平面交叉的一致的第二平面，在该第二平面上形成具有与二向色镜51c相同的膜特性的二向色膜。

此外，可以在本示例性实施例的照明设备中提供用于引导从二向色镜51c供应的光的光学系统或光导装置。

另外，可以颠倒二向色镜51b和51c的位置。换句话说，可以从荧光体单元14侧将二向色镜51a、51c和51b按该顺序布置。在这种情况下，也可以颠倒红色激光器10和蓝色激光器11的位置。

另外，可以使用平行四边形棱镜来代替反射镜52和53，用于改变光路。

另一示例性实施例

另一示例性实施例的光源设备包括：荧光体单元，其通过由激发光引起的激发来发出荧光；激发光源单元，其供应激发光；反射单元，其将从激发光源单元供应的激发光向荧光体单元反射，并且透射从荧光体单元发出的荧光；以及准直透镜，其被设置在反射单元和荧光体单元之间，并且其焦距根据波长不同。

荧光体单元被布置在由准直透镜的与从荧光体单元发出的荧光波长对应的焦距确定的位置处。该准直透镜包括具有负光焦度的至少一个第一透镜和具有正光焦度的至少一个第二透镜，第二透镜的阿贝数低于第一透镜的阿贝数。

激发光源单元可以由图1中所示的激发光源12和13构成。反射单元可以由图1中所示的二向色镜51a构成。准直透镜可以由图1中所示的准直透镜15构成。

该另一示例性实施例的光源设备还显示出与前述示例性实施例相同的作用和效果。

上述本发明的光源设备可以适用于以投影仪为代表的所有类型的投影型显示设备。

该投影型显示设备包括：第一和第二固态光源，其发出的光颜色彼此不同；颜色组合装置，其将从光源设备供应的荧光与从第一和第二固态光源供应的第一和第二光组合；显示元件，其空间调制由颜色组合装置组合的组合光来生成调制光；以及投影光学系统，其投影由显示元件生成的调制光。该显示元件例如是DMD或液晶面板。

图9示出配备有本发明的光源设备的投影型显示设备的例子。

参考图9，投影型显示设备包括：作为显示元件的DMD46；第二示例性实施例的照明设备；光学系统，其用于将来自照明设备的光引导到DMD46；以及投影光学系统47，其将由DMD46形成的图像光（调制光）投影到屏幕（图中未示出）上。

光学系统包括复眼透镜40和41、物镜42、反射镜43、会聚透镜44和全内反射（TIR）棱镜45。这些部件与图5中所示相同。

通过控制照明激发光源12和13、红色激光器10和蓝色激光器11的时序，按时分从颜色组合棱镜20发出颜色红、绿和蓝中的每一个的光束。通过使用DMD46来空间调制按时分发出的各个颜色的光束，能够获得各个颜色的图像光。

可以在上述投影型显示设备中使用上述另一示例性实施例的光源设备。

Claims

1.一种光源设备，包括：

荧光体单元，所述荧光体单元通过由激发光引起的激发来发出荧光；

激发光源单元，所述激发光源单元供应所述激发光；

反射单元，所述反射单元将从所述激发光源单元供应的所述激发光向所述荧光体单元反射，并且透射从所述荧光体单元发出的所述荧光；以及

准直透镜，所述准直透镜被设置在所述反射单元和所述荧光体单元之间，并且所述准直透镜的焦距根据波长而不同；

其中：

所述荧光体单元被设置在由所述准直透镜在从所述荧光体单元发出的所述荧光的波长下的焦距确定的位置处；并且

所述准直透镜包括具有负光焦度的至少一个第一透镜和具有正光焦度的至少一个第二透镜，所述第二透镜的阿贝数小于所述第一透镜的阿贝数。

2.根据权利要求1所述的光源设备，其中，所述第二透镜被设置为比所述第一透镜更朝向所述荧光体单元侧。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的光源设备，其中，所述准直透镜被构造成使得在从所述激发光源单元供应的所述激发光的波长处的焦距比在从所述荧光体单元发出的所述荧光的波长处的焦距短5%至10%。

4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的光源设备，其中，所述激发光源单元包括第一和第二激发光源，并且由所述反射单元反射的、来自所述第一激发光源的激发光的中心光线和由所述反射单元反射的、来自所述第二激发光源的激发光的中心光线处于绕所述准直透镜的光轴线性对称的位置关系。

5.一种照明设备，包括：

根据权利要求1至4中的任何一项所述的光源设备；

第一和第二固态光源，所述第一和第二固态光源发出的光颜色彼此不同；以及

颜色组合装置，所述颜色组合装置将从所述光源设备供应的荧光与从所述第一和第二固态光源供应的第一和第二光组合。

6.一种投影型显示设备，包括：

根据权利要求1至4中的任何一项所述的光源设备；

第一和第二固态光源，所述第一和第二固态光源发出的光颜色彼此不同；

颜色组合装置，所述颜色组合装置将从所述光源设备供应的荧光与从所述第一和第二固态光源供应的第一和第二光组合；

显示元件，所述显示元件空间调制由所述颜色组合装置组合的组合光以生成调制光；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生成的所述调制光。