CN103676428A - 照明光源装置和投影装置以及投影装置的控制方法 - Google Patents

照明光源装置和投影装置以及投影装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种照明光源装置，包括：将光源发射的光分成发射用于荧光体的激发光的第一光路和照射照明光的第二光路的光路分岔部件；设置在第一光路中的第一扩散器；以及设置在第二光路中的第二扩散器，所述第二扩散器具有大于第一扩散器的扩散度。

Description

照明光源装置和投影装置以及投影装置的控制方法
技术领域
本发明涉及对照明光源装置和配备有该照明光源装置的投影装置的改进，以及所述投影装置的控制方法。
背景技术
例如，对于在会议上的使用等，已知投影个人计算机（以下简称为“PC”）等的屏幕信息的投影装置的照明光源装置将高亮度放电灯（例如，超高压汞灯）作为光源。
放电灯以低廉的成本提供高亮度，另一方面，在打开后它需要特定的时间以稳定地发光。
因此，建议使用例如红色（R）、绿色（G）或蓝色（B）发光二极管或有机EL装置的固态发光元件作为放电灯的替代光源。
通过应用固态发光装置作为投影装置的照明光源，可以高速启动投影装置。与此同时，可以最小化环境问题。
如同使用固态发光元件的照明光源装置一样，例如，用于投影彩色图像的技术是已知的（例如，参见JP2011-13316A）。彩色图像投影技术是这样的，使用蓝色激光二极管作为第一光源和发射自蓝色激光二极管的照射激光束作为荧光体的激发光。通过激发荧光体，生成每个RGB彩色光。液晶光调制元件等按每像素调制每个RGB彩色光，然后，实现彩色图像投影。
上述JP2011-13316A中所描述的照明光源装置包括具有多个固态发光源的固态光源组、从固态发光源组聚集光的聚光光学系统、校准来自聚光光学系统的大部分光的准直光学系统、使得来自准直光学系统的光的面内光强度分布均匀的透镜积分器、以及扩散和透射来自聚光光学系统的光、设置在聚光光学系统聚集光的聚光位置附近的透射/扩散光学组件。
按照JP2011-13316A中所描述的照明光源装置，因为在被扩散后，斑状光可入射到集成透镜的光学系统，因此可以获得高亮度照明光并且提高光的利用效率。因此，可以获得具有均匀和稳定的发光强度的照明光。
照明光源装置也是已知的（例如，参见JP2010-85745A）。照明光源装置包括具有荧光发光部分和透射/扩散部分的荧光板、发射能够激发荧光体的具有特定波长带宽的光的第一光源，以及发射来自荧光板的荧光和发射具有与发射自所述荧光板的荧光和发射自第一光源的光不同的波长带宽的光的第二光源。照明光源装置还包括引导发射自所述荧光板的每个波长带宽的光的导光系统、以及分别控制第一和第二光源的点亮的光源控制部分。
根据公开JP2011-13316A和JP2010-85745A，可以减少用于屏幕照明光的光的亮度的不均匀性（发光强度的不均匀性）。但是，由于激发光直接照射荧光体轮（phosphor wheel）的荧光体的配置，不论每单位时间（一秒）荧光体的转数如何，荧光体的每单位（一秒）照射时间是固定的，使得如果激发光连续地照射荧光体的微区域，荧光体的荧光特性仍有退化的可能性。
另一方面，为了防止照射屏幕的光的亮度的不均匀性和荧光的亮度的不均匀性（发光强度的不均匀性），考虑将从光源发射的光分成用于激发荧光体的光路和用于照射屏幕的光路，并且将扩散部件设置在两个光路中。但是，如果简单地采用这样的构造，存在由光源发射的、用于激发荧光的光的光强度损失较大的缺点。即，荧光的效率降低。
在这方面，考虑仅具有一个设置在用于照射屏幕的光路中的扩散部件的光源装置。但是，如果这样，降低了荧光的产生效率，其结果是来自所述光源的、用于激发荧光体的光的功率密度太高。
发明内容
本发明是考虑到以上描述的情况做出的。本发明的一个目的是提供一种当通过将来自光源的光分成用于激发荧光的光路和用于照射屏幕的光路来使用来自光源的光时，能够降低用于照射屏幕的光的亮度的不均匀性，同时避免降低从荧光体产生的荧光的产生效率的照明光源装置，一种合并了该照明光源装置的投影装置，以及该投影装置的控制方法。
根据本发明的一个实施例的照明光源装置包括将光源发射的光分成发射用于荧光体的激发光的第一光路和照射照明光的第二光路的光路分岔部件；设置在第一光路中的第一扩散器；以及设置在第二光路中的第二扩散器，所述第二扩散器具有大于第一扩散器的扩散度。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例1的照明光源装置的光学视图。
图2是示出图1中照明光源装置中的荧光体轮的放大的平面视图。
图3是示出图1中照明光源装置中的反射/透射轮的放大的平面视图。
图4是根据本发明的实施例2的投影装置的说明性视图并且图示了合并了图1中照明光源装置的投影装置的构造的示例。
图5是图示图3中的反射/透射轮的旋转角度位置和从第一照明光学系统的光源发射的光的光路之间的关系的说明性视图。
图6A和图6B是示出在一个图像帧中，照射图像生成器的光的颜色、每个光源的开-关定时和图4中的照明光源装置中的反射/透射轮的旋转角度之间的关系的示例的说明性视图。
图7是示出根据本发明的实施例3的照明光源装置的光学视图。
图8A和图8B是对来自图7中的照明光源装置的照明光的扩散的说明性视图。图8A图示了激发光的扩散状态，其中，在来自第一照明光学系统的激发光不穿过荧光体轮的光路上设置仅一个透射/扩散板。图8B图示了激发光的扩散状态，其中，在来自第一照明光学系统的激发光不穿过荧光体轮的光路上设置两个透射/扩散板。
图9是示出根据本发明的实施例4的照明光源装置的光学视图。
图10是图9中第一照明光学系统的局部放大视图。
图11是图示由图10中第一照明光学系统的聚光元件聚集的光斑(spot)区域的说明性视图。
图12是示出根据本发明的实施例5的照明光源装置的光学视图。
图13是图12中的照明光源装置的反射/透射轮的平面视图。
图14是图示图13中的反射/透射轮的旋转角度位置的说明性视图。
图15是图12中照明光源装置的荧光体轮的平面视图。
图16是图示图15所示的荧光体轮的旋转角度位置的说明性视图。
图17A和图17B是示出在一个图像帧中，图12中的照明光源装置的照射图像生成器的光的颜色、反射/透射轮的旋转角度位置和图12中示出的荧光体轮之间的关系的示例的说明性视图。
具体实施方式
在下文，将参考附图描述本发明的实施例。
[实施例1]
图1图示了根据本发明的照明光源装置的第一实施例。图1中，数字1示出一照明光学系统。
照明光学系统1的构造
在所示的实施例中，照明光学系统1具有两个照明光源（以下称为光源）2和3。光源2（激发光源）包含在第一照明光学系统1A中。光源3包含在第二照明光学系统1B中。
第一照明光学系统1A示意性地包括作为第一光学元件的耦合透镜2a、作为反射/透射部件的反射/透射轮2b、全反射镜2c和作为荧光体部件的荧光体轮2e。这里，数字01示出了第一照明光学系统1A的光轴。
在光源2的发射光路中设置反射/透射轮2b。通过反射/透射轮2b的透射区域和反射区域（将在后面描述）将发射光路分成透射光路和反射光路。
第二照明光学系统1B示意性地包括耦合透镜3a、二向色镜(dichroicmirror)3b和二向色镜3c。该二向色镜3b和二向色镜3c也可用在第一照明光学系统1A中。数字02示出了第二照明光学系统1B的光轴。
荧光体轮2e设置在由反射/透射轮2b的反射区域形成的反射光路上，并且包括圆盘形基底2g和荧光体2h。聚光元件2i设置在荧光体轮2e前面。
光源2是发出具有小波长的激发光作为照明光的固态发光元件。例如，产生蓝色激光作为可见光的蓝色激光二极管可用作光源2。同时，可代替蓝色激光二极管使用发射蓝色光的发光二极管作为光源2。这里，光源2发出波长为λA（400nm<λA<450nm）的光。
光源3是发出具有大于λB的较长波长λC的照明光的固态光源元件。例如，波长λC的波长范围是620nm<λC<750nm。光源3发射红光。为便于描述，每次仅示意性地图示每个光源2和3中的一个。然而，光源2和光源3的数量并不限于上述，并且可使用包含多个发光二极管的发光阵列作为光源。
图2图示了从形成荧光体2h的一侧观察到的荧光体轮2e的圆盘形基底2g。圆盘形基底2g包括反射部件。以类似环形的形状形成荧光体2h。圆盘形基底2g是由驱动部分2f绕旋转轴2j可旋转地驱动的。
可替换地，例如，可代替圆盘形基底2g使用矩形基底。在这种情况下，荧光体2h形成在矩形基底2g上，沿基底的纵向方向延伸。该矩形基底沿相对波长为λA的光线的垂直和纵向方向周期性地往复运动。
波长为λA的照明光作为激发光激发荧光体2h，并且荧光体2h产生波长为λB的荧光。例如，波长λB的波长范围是495nm<λB<570nm，并且荧光体2h产生绿光作为照明光。
二向色镜3b具有透射波长为λA和λC的光并且反射波长为λB的光的光学特性。二向色镜3c具有反射波长为λA的光并且透射波长为λB和λC的光的光学特性。
驱动部分2n绕作为中心的旋转轴2m可旋转地驱动反射/透射轮2b。如图3所示，反射/透射轮2b具有由两条径向边界区域线2r1和2r2以及弧段线2r3′所包围的扇形透射区域2q。例如，透射区域2q的角度范围是90度。如果透射区域2q是凹口形状，则可以实现节省材料。
反射/透射轮2b的透射区域2q以外的区域是完全反射波长为λA的光的反射区域2p。这里，反射区域2p的角度范围是270度。反射区域2p起到全反射波长为λA的光的作用。
反射/透射轮2b的反射区域2p的角度范围如上所述以旋转轴2m为中心是270度。但是，它并不总是限于该角度。通过旋转反射/透射轮2b，反射区域2p和透射区域2q互相切换，但可以通过使该轮往复运动以及使圆盘形基底2g往复运动来切换它们。
反射/透射轮2b倾斜地包括在第一照明光学系统1A的光路的光轴中。在实施例1中，反射/透射轮2b与光轴01成45度。但是，只要该轮可以在波长为λA的激发光的光路上切换，就不限于这一角度。此外，当扩散板设置在反射/透射轮2b的透射区域2q时，有控制从激光二极管发射的激光束的散斑图案(speckle pattern)的效果。
反射/透射轮2b与图像数据同步地适当地旋转，从而，根据应该由图像数据提供的颜色选择第一照明光学系统1A的透射光路和反射光路。这里，例如，反射/透射轮2b每秒旋转30次，并且在一帧期间旋转一周（例如，每秒1/30）。
在透射/扩散板2b和二向色镜3b之间的反射光路中，设置透射/扩散板2v1作为第一透射/扩散部件（第一扩散部件）。该透射/扩散板2v1起到扩散和透射反射区域2p反射的激发光并且然后将该光导向荧光体轮2e的作用。
这里，反射光路是用于激发荧光体2h的光源2发射的光的路径。
在反射/透射轮2b和全反射镜2c之间的透射光路中，设置透射/扩散板2v2作为第二透射/扩散部件（第二扩散部件）。该透射/扩散板2v2具有扩散和透射经过透射区域2q透射的激发光并且将其导向二向色镜3c作为照明光的作用。
这里，透射光路是用于照射未示出的屏幕的光源2发射的光的路径。
反射/透射轮2b起到光路分岔部件的作用，其将照明源2发出的光分成将光用于激发荧光体2h的光路和将光用于照射屏幕的光路。这里，第一扩散部件和第二扩散部件包括透射/扩散部件，但它们并不总限于上述。
这里，反射光路是激发光通过荧光体轮2e的路径，并且透射光路是激发光不通过荧光体轮2e的路径。但是，通过改变二向色镜3b和3c的的光学特性以及荧光体轮2e的光学布置，透射光路有可能是激发光通过荧光体轮2e的光路，并且发射光路有可能是激发光不通过荧光体轮2e的光路。
透射/扩散板2v1相较于透射/扩散板2v2被设置得更远离反射/透射轮2b。稍后将描述这么做的原因，但在这之前先描述波长为λA、λB和λC的光线的射线路径。
波长为λA的激发光发射自光源2并且通过耦合透镜2a将其导向反射/透射轮2b。如果反射/透射轮2b的透射区域2q在第一照明光学系统1A的发射光路中，则波长为λA的激发光透射通过透射区域2q并被导向设置在透射光路中的透射/扩散板2v2。
透射通过透射区域2q的激发光透射通过透射/扩散板2v2并被该板扩散、导向全反射镜2c和二向色镜3c，并由二向色镜3c反射，最后作为来自照明光学系统1的照明光射出。因为透射/扩散板2v2已经扩散了该照明光，因此改善了从光源2发出的激发光的均匀性。
当反射/透射轮2b的反射区域2p在第一照明光学系统1A的发射光路上时，波长为λA的激发光被反射区域2p反射并被导向设置在第一照明光学系统1A的反射光路中的透射/扩散板2v1。
被导向透射/扩散板2v1的激发光透射通过透射/扩散板2v1的同时被其扩散，并被导向二向色镜3b，并透射通过二向色镜3b。
透射通过二向色镜3b的波长为λA的激发光由聚光元件2i聚集，并照射荧光体2h的微小区域2hm（参考图2）。然后，荧光体2h的微小区域2hm被激发并产生波长为λB的荧光。
波长为λA的激发光和波长为λB的荧光被圆盘形基底2g反射，由聚光元件2i聚集，并被重新导向二向色镜3b。波长为λA的光穿过二向色镜3b。波长为λB的光由二向色镜3b反射并透射通过二向色镜3c，然后作为绿色荧光从照明光学系统1射出。
如图2所示，波长为λA的光被以光斑方式照射到荧光体2h的微小区域2hm。在这方面，如果波长为λA的光连续照射荧光体2h的相同微小区域2hm，则可以降低荧光体2h的生成效率或使得发光性能退化。
然而，根据实施例1，圆盘形基底2g总是绕旋转轴2j可旋转地驱动，由波长为λA的光照射的荧光体2h的微小区域2hm随时间变化。因此，可以避免波长为λA的光的能量在相同的微小区域2hm上的持续集结，并且可防止荧光体2h的发光性能的退化。
此外，通过反射/透射轮2b，在单位时间内（一秒），激发光的发射光路可以被交替切换到透射光路和反射光路。可以缩短每单位时间激发光对荧光体的发射时间。因此，可以进一步防止荧光体的荧光特性的退化。
此外，由于透射/扩散板2v1被设置在激发光穿过荧光体轮2e的光路中，可以降低激发光的功率集结。因此，可以避免由激发光的功率密度过高导致的荧光的生成效率的退化，并且可以避免由荧光体2e的旋转导致的荧光性能的退化。此外，通过反射/透射轮2b切换光路的多重协同作用，也可进一步避免荧光性能的退化。
此后，透射/扩散板2v1相较于透射/扩散板2v2被设置地更远离反射/透射轮2b的原因描述如下。
如果透射/扩散板2v1和透射/扩散板2v2使用具有相同的折射特性、配置和厚度的相同的材料，即，如果设置了具有相同的扩散角度范围的材料，当透射/扩散板2v1和透射/扩散板2v2被布置成具有到反射/透射轮2b的相同的距离时，波长为λA的光的扩散度是相同的。
然而，在此，由于被波长为λA的光激发的波长为λB的荧光是由荧光体2h所产生的散射光，所述荧光相较于波长为λA的光具有更好的均匀性的，即，该荧光在光强度方面具有较低的不均匀性。
与上述相反，从光源2发射的用作屏幕照明光的波长为λA的光是具有来源于光源2的强度分布属性的强光，并且照明光比波长为λB的荧光光在光强度方面具有相对较高的不均匀性。
因此，为了避免由于用于激发荧光体2h的光的功率密度过高引起的荧光生成效率的下降，可以考虑下面的布置。设置在用于激发荧光体2h的波长为λA的光的光路中的透射/扩散板2v1和反射/透射轮2b之间的距离被设置为与设置在用于照亮屏幕的波长为λA的光的光路中的透射/扩散板2v2和反射/透射轮2b之间的距离相同。然后，用于激发荧光体2h的光的扩散度被设置为与用于照射屏幕的波长为λA的光的扩散度相同。然而，仍可能会出现问题，这是因为即使可以降低荧光的光强度的不均匀性，入射到聚光元件2i的波长为λA的光的光强度变低，并且来自荧光体轮2e的波长为λB的荧光的光强度变低。
换句话说，存在荧光生成效率降低的问题。
为了增加入射到荧光体轮2e的波长为λA的光的光强度，可以考虑增加聚光元件2i的透镜直径。然而，如果增加聚光元件2i的透镜直径，则有整个光谱光学系统的尺寸增加的不便。
因此，为了避免由于波长为λA的光的功率密度过大引起的荧光生成效率的下降，可以考虑下面的布置。设置在用于激发荧光体2h的波长为λA的光的光路中的透射板2v1和反射/透射轮2b之间的距离被设置为与设置在用于照亮屏幕的波长为λA的光的光路中的透射/扩散板2v2和反射/透射轮2b之间的距离相同。然而，即使可以提高波长为λB的荧光的均匀性，这样的布置也是有缺点的。
因此，在实施例1中，透射/扩散板2v1被设置为比透射/扩散板2v2更加远离反射/透射轮2b，因此可以避免荧光体2h产生的荧光的生成效率的退化。
与此相反，由于透射/扩散板2v2被设置在反射/透射轮2b附近并且远离稍后描述的积分器，可以保证波长为λA的光的扩散度。可以防止作为波长为λA的光依原样被用于照亮屏幕的结果的光强度的不均匀性。
波长为λC的照明光通过耦合透镜3a被导向二向色镜3b并透射通过二向色镜3b和3c，然后将其作为来自照明光学系统1的红色照明光射出。
二向色镜3c是汇合被反射/透射轮2b分离的透射光路和反射光路的光路汇合元件。它形成一个汇合的光路。在此，它起到汇合激发光穿过荧光体轮2e的光路、激发光不穿过荧光体轮2e的光路和波长为λC的光的光路的作用。
根据实施例1，透射/扩散板2v1和反射/透射轮2b之间的距离长于透射/扩散板2v2和该轮之间的距离。然而，具有比透射/扩散板2v2的扩散角小的扩散角的材料也可用于透射/扩散板2v1。
在这种情况下，可以获得具有较低光强度不均匀性的波长为λA的照明光，同时避免了从荧光体2h产生的波长为λB的荧光的生成效率的退化。这在即使设置在用于激发荧光体2h的波长为λA的光的光路中的透射/扩散板2v1和反射/透射轮2b具有与设置在用于照亮屏幕的波长为λA的光的光路中的透射/扩散板2v2和反射/透射轮2b之间的距离相同的距离的情况下也可以实现。
此外，在实施例1中，透射/扩散板2v1被设置在第一照明光学系统1A的反射光路中，透射/扩散板2v2被设置在第一照明光学系统1A的透射光路中。然而，如用虚线示出的第二照明光学系统1B的发射光路中，可以设置第三透射/扩散部件的透射/扩散板2v3。通过均匀地扩散波长为λA的光、波长为λB的荧光和波长为λC的照明光，有可能避免用于照亮屏幕的光的光强度的不均匀性。
实施例2
图4是图示了合并了实施例1的照明光学系统1的投影装置10的构造的示例。图4中，使用与实施例1中相同的数字和字母表示类似的要素，这里省略对其详细的说明。
投影装置10包括控制照明光学系统1的控制器11、聚光元件12、积分器(integrator)13、聚光元件14、反射镜15、图像生成器16和投影透镜17。聚光元件12、积分器13、聚光元件14和反射镜15包含在将从二向色镜3c发射的照明光导向图像生成器16的照射光学系统中。投影透镜17包含在投影由图像生成器生成的投影图像的投影光系统中。通过该投影光系统将投影图像投影并显示在未示出的屏幕上。
由透射/扩散板2v1、2v2和2v3均匀扩散的波长为λA、λB和λC的照明光被聚光元件12聚集并被积分器13按平面状均匀地扩散。因此，所述光以进一步去除了光强度的不均匀性的状态通过聚光元件14和反射镜15照射到图像生成器16。稍后将描述控制器11的构造和操作，在这之前先解释图像生成器16的构造和操作。
（图像生成器16的构造/操作）
图像生成数据被输入到图像生成器16中。例如，该图像生成器16包括，公知的DMD（数字微镜装置）。
所述DMD包括按像素单位的微镜。微镜的角度是由两个位置（two-position）控制，并且通过控制该两个位置控制的重复时间间隔，使得可实现灰度控制。
在此，在一个图像帧时段内，按照时间顺序开启和照射每个R（红色：波长为λC），G（绿色：波长λB）和B（蓝色：波长为λA）光。与每个RGB彩色光的照射定时同步，基于每显示像素的图像生成数据由微镜驱动信号驱动图像生成器16。由此，使用眼睛的后象现象基于图像生成数据生成全彩色的图像。
（控制器11的构造/操作）
控制器11包括CPU（中央处理单元），ROM（只读存储器）和RAM（随机存取存储器），控制器11使用RAM作为工作存储器，基于已预先存储在ROM中的程序完全控制投影装置10的整体运动。
此外，控制器11包括到外部信息装置的未示出的接口，并且，例如，它可以扫描来自个人计算机的图像数据。然后，控制器11处理扫描的图像数据并生成上述适合用于驱动图像生成器16的图像生成数据。
将图像生成数据输入到驱动信号生成器18。该驱动信号生成器18基于该图像生成数据产生驱动信号。该驱动信号被输出至图像生成器16。
控制器11控制光源2和3的发光，并且还控制驱动部分2f和2n的旋转。在下文中，参照图5、图6A和图6B解释由控制器11进行控制的一个实施例。
如图5所示，反射/透射轮2b穿过第一照明光学系统1A的发射光路沿旋转轴2m旋转。在这点上，代替第一照明光学系统1A的发射光路，用虚线示出等同于发射光路的圆形光斑区域2s。当反射/透射轮2b旋转一周时，反射区域2p和透射区域2q之间的边界区域线2r1和2r2的每个横穿光斑区域2s一次。
如图5中示意性地示出，在反射/透射轮2b上，在旋转轴2m附近围绕旋转轴2m形成圆形的旋转角度位置-检测图案Sp。
在面对旋转角度位置-检测图案Sp的位置点配备有作为编码器的一部分包括的图像接收器Sx（在图4中示出）。当光斑区域2s相对地横穿(cross)旋转角度位置-检测图案Sp的一部分时，通过图像接收器Sx接收横穿该区域时的检测图案。
图像接收器Sx和旋转角度-检测图案Sp被包括在旋转角度位置检测传感器中。
图像接收器Sx将接收信号输出到CPU。旋转角度位置-检测图案Sp与旋转角度位置一一对应。由此，CPU可以检测反射/透射轮2b的旋转角度位置。根据图像数据控制光源2和3的开-关；并且该控制与旋转角度位置同步。
这里，代替合并了旋转角度检测图案Sp和图像接收器Sx的旋转角度检测传感器，可以使用其电阻值随旋转角度成比例地改变的电位表作为旋转角度位置-检测传感器。此外，加速度传感器可以附接到反射/透射轮2b的旋转轴2m，并且它可被用于检测反射/透射轮2b的旋转角度位置。
此外，在图5中，为了便于描述，假设水平线是基本位置、0度，旋转一周期间使用顺时针方向上的适当的角度说明反射/透射轮2b的旋转角度位置。
如果光斑区域2s在透射区域2q中并且光源2是开启的，如上所述，波长为λA的光（蓝色）透射通过透射区域2q。如果光斑区域2s在反射区域2p中并且光源2是开启的，如上所述，波长为λA的光（蓝色）被反射区域2p反射。
图6A说明了一个图像帧和反射/透射轮2b的旋转角度之间的关系。示出了边界区域线2r2的旋转角度位置和一个图像帧（一般称为第n帧）之间的关系，假设当边界区域线2r2在水平方向上时该角度为0度。
在实施例2中，在一个图像帧时段内（例如，时间=三十分之一秒）应说明，五-颜色-照明光被生成为红（Rn）、绿（Gn）、黄（Yn）、蓝（Bn）、品红（Mn）色光。
边界区域线2r2的旋转角度位置被均分为每个90度的四个时段，而其中最后一个时段进一步被平均分为两个。因此，一帧的时段被一共划分为5个时段。每个时段被表示为“a”至“e”。在每个“a”至“e”时段内，红（Rn）、绿（Gn）、蓝（Bn）、黄（Yn）和品红（Mn）光束照射到图像生成器16。
每个时段“a”至“c”的旋转角度范围为90度，而每个时段“d”和“e”的旋转角度范围为45度。在实施例2中，如果反射/透射轮2b以恒定的速度旋转，每个“a”至“c”时段是1/120秒，每个“d”和“e”时段是1/240秒。
图6B示出了按照每个时段“a”至“d”的光源2和3的开-关定时以及反射/透射轮2b的反射/透射定时。在时段“a”中，如果光斑(spot)区域（发射光路）2s在反射区域2p中，且由控制器11关闭光源2并开启光源3；则来自第二照明光学系统1B的红色（Rn）照明光照射到图像生成器16。
在时段“b”中，如果光斑区域（发射光路）2s在反射区域2p中，且由控制器11开启光源2并关闭光源3；则来自第一照明光学系统1A的波长为λA的光激发荧光体2h，绿色（Gn）照明光照射到图像生成器16。
在时段“c”中，如果光斑区域（发射光路）2s在反射区域2p中并且由控制器11一同开启光源2和光源3两者；则照明光学系统1发射绿色和红色照明光，因此，按照加色法的原理，黄色（Yn）照明光照射图像生成器16。
在时段“d”中，如果光斑区域（发射光路）2s在透射区域2q中，且由控制器11开启光源2并且关闭光源3；则发射第一照明光学系统1A的波长为λA的光作为来自照明光学系统1的照明光，因此，蓝色（Bn）照明光照射图像生成器16。
在时段“e”中，如果光斑区域（发射光路）2s在透射区域2q中并且由控制器11一同开启光源2和光源3两者；则从照明光学系统1同时发发射蓝色（Bn）和红色（Rn）光。因此，按照加色法的原理，品红色（Mn）照明光照射图像生成器16。
如上所述，根据实施例2，在一帧的每个划分为五段的时段中，每种红色、绿色、蓝色、黄色和品红色颜色的光可以照射到图像生成器16。通过控制每种红色、绿色、蓝色、黄色和品红色颜色光的照射定时和每个DMD角度的两位置控制，使用眼睛的后象现象，可以同时生成全色图像并控制灰度。
在此，在实施例2中，一帧的时段被解释为被划分为五段，并且反射/透射轮2b的旋转角度位置对应于所述五种颜色，但其并不总限于上述。
另外，在实施例2中，因为在包括在荧光体轮2e中的圆盘形基底2g中使用反射部件，可以一起使用反射/透射轮2b的反射区域2p所形成的反射光路。因此，可以实现照明光学系统1的小型化。
实施例3
图7是示出根据本发明的实施例3的照明光源装置的光学视图。图8A和图8B是对图7所示照明光源装置的照明光的扩散的说明性视图。图8A示出了当在来自第一照明光学系统1A的光不穿过荧光体轮的光路上设置仅一个透射/扩散板时的光的扩散状态。图8B示出了当在来自第一照明光学系统1A的光不穿过荧光体轮的光路上设置两个透射/扩散板时的来自第一照明光学系统的光的扩散状态。
在实施例3中，如图7所示，将不同于透射/扩散板2v2的另一个透射/扩散板2v2’设置在来自第一照明光学系统1A的波长为λA的光不穿过荧光体轮2e的光路中。如图8A所示，当只设置一个板时，波长为λA的平行光束发射到第二透射/扩散板2v2。然后，透射/扩散板2v2扩散波长为λA的平行光束并可以获得具有适当的强度分布的扩散光束。扩散光束的扩散角度将根据透射/扩散板2v2的折射特性、厚度、形状等决定。
如果将不同于透射/扩散板2v2的透射/扩散板2v2’设置在波长为λA的光不穿过荧光体轮2e的光路中，如图8B所示，由透射/扩散板2v2扩散的扩散光束被导向透射/扩散板2v2’并被进一步扩散。如图8B所示，相较于图8A所示，扩散光束的强度分布变为一平缓坡度。因此，波长为λA的光被进一步扩散并可获得均匀的照明光。其它构造与实施例1类似，因此在此省略其详细描述。
与实施例1类似，如果在反射/透射轮2b的透射区域2q中设置扩散板，则出现可以控制从激光二极管射出的激光的散斑图案的效果。此外，类似于实施例1，如图1用虚线所示，可以将透射/扩散板2v3设置在第二照明光学系统1B的发射光路中作为第三透射/扩散部件。在这点上，可以均匀扩散波长为λA、λB和λC的光。因此，可以避免照明光的光强度的不均匀性。
实施例4
实施例4是这样的，如图9和图10所示，在实施例1中所描述的照明光学系统1A进一步包括设置在发射光路中的聚光元件2w、设置在透射光路中的耦合透镜2x和设置在反射光路中的耦合透镜2x’。聚光元件聚集波长为λA的光并形成反射/透射轮2b中的光斑形状区域2s’。聚光元件2w可沿光轴01由未示出的驱动步骤驱动。
根据实施例4，如图10所示，从光源2发出的波长为λA的光通过耦合透镜2a聚集，并被作为平行光束导向聚光元件2w，然后，被聚光元件2w聚集，并且最后被导向反射/透射轮2b。
当反射区域2p在第一照明光学系统1A的发射光路中时，所聚集的波长为λA的光被反射区域2p反射并被导向耦合透镜2x’。然后，它被作为穿过耦合透镜2x’的平行光束导向透射/扩散板2v1，并且在被透射/扩散板2v1扩散后，经由聚光元件2i将其聚集，最后照射到荧光体2h。
当透射区域2q在第一照明光学系统1A的光路中时，所聚集的波长为λA的光透射穿过透射区域2q并被导向耦合透镜2x，并进一步作为穿过耦合透镜2x的平行光束被导向透射扩散板2v2。
在实施例4中，如图11所示，由于波长为λA的光束在被聚集后被发射到反射/透射轮2b，光斑区域2s’的范围可以比实施例1中第一照明光学系统1A的光斑区域2s的范围小。因此，可以缩短反射/透射轮2b的透射区域2q和反射区域2p之间的边界区域线2r1和2r2横穿光斑区域2s’的时间。
当边界区域线2r1和2r2横穿光斑区域2s’时，波长为λA的光（蓝色照明光）的一部分透射穿过透射区域2q，而该光的其余部分被反射区域2p反射并被导向荧光体2h，由此从照明光学系统1射出的照明光可以是混合的颜色光。通过减少光斑区域2s的大小能够提高颜色再现性（色彩纯度）。省略其他的构造或功能的详细描述，因为它们是与实施例1类似的。
实施例5
在实施例5中，照明光学系统1中只提供一种光源。该光源，类似于实施例1，发出具有与实施例1中波长为λA（蓝色）的光相同的波长的光。该光源在图12中以数字2示出。
如图13所示，作为反射/透射轮2b的机械构成要素，以横穿旋转轴2m的中心的线为中心以180度对称的位置形成反射区域2p和透射区域2q。除上述以外的包括全反射镜2c在内的其他构造与实施例1类似，所以将使用与图1中相同的数字和字母来表示这些元素。
在图13和图14中，有一穿过旋转轴2m的直通中心线将反射/透射轮2b划分为反射区域2p和透射区域2q。该直通中心线被旋转轴2m在中心点划分成两条线。该直通中心线的一侧是径向上的边界区域线2r1，该直通中心线的另一侧是径向上的边界区域线2r2。图14中，示出当水平方向是基本旋转角度位置“0”度时，边界区域线2r1在径向上的旋转角度位置。
如图15所示，荧光体轮2e的环形荧光体2h包括产生波长为λB（绿色）的荧光的半圆弧形荧光体2h’和产生与波长λB不同的波长为λC（红色）的荧光的半圆弧形荧光体2h’’。
在本实施例中，半圆弧形荧光体形成在圆盘形基底2g上，以180度划分该圆盘并产生不同波长的荧光，但其并不总限于上述。
在图15和图16中，圆盘形基底2g中有一条指示为半圆弧形荧光体2h’和半圆弧形荧光体2h’’之间的边界线的直线。它穿过圆盘形基底2g的旋转轴2j的中心。在该中心它被旋转轴2j划分成两条线。该直线的一侧是边界区域线2r3，该直线的另一侧是边界区域线2r4。此外，在图16中，示出当水平方向是基本旋转角度位置“0”度时，边界区域线2r3在径向上的旋转角度位置。
如图14所示，两条切线2r1’和2r2’从旋转轴线2m的中心向径向延伸并与光斑区域2s的外边缘相切。这两条切线形成的角度θ’可根据光斑区域2s的圆形的半径以及旋转轴2m的中心和光斑区域2s的中心（光轴01）之间的距离确定。在下文中，将给出不考虑光斑区域2s的大小的描述。
类似地，如图16所示，两条切线2r1’’和2r2’’从旋转轴线2j的中心向径向延伸并与光斑区域2s’’外边缘相切。这两条切线形成的角度θ’’可根据光斑区域2s’’的半径以及旋转轴2j的中心和光斑区域2s’’的中心之间的距离确定。在下文中，将类似地给出不考虑光斑区域2s’’的大小的描述。
这里，反射/透射轮2b旋转一次期间荧光体轮2e旋转四次并且角度θ’’为60度。当边界区域线2r3在从0度到90度的范围内时或当边界区域线2r3在从270度到360度的范围内时，荧光体轮2e的旋转角度位置对应于波长为λA的光能够照射半圆形荧光体2h’的位置。
当边界区域线2r3在从90度到270度的范围内时，荧光体轮2e的旋转角度位置对应于波长为λA的光能够照射半圆弧形荧光体2h’’的位置。
类似于实施例1，在反射/透射轮2b的反射光路上设置二向色镜3b并且将二向色镜3c设置在透射光路上。二向色镜3b起到透射波长为λA的光并反射波长为λB和λC的光的作用。二向色镜3c起到反射波长为λA的光并透射波长为λB和λC的光的作用。
驱动部分2f例如包括一个步进电机，圆盘形基底2g沿旋转轴2j为中心基于半圆弧形荧光体2h’和2h’’的规定的旋转角度位置可旋转地驱动。当开启光源2时，波长为λA的蓝色光照射在反射/透射轮2b上。
当透射区域2q在照明光学系统1的发射光路中时，波长为λA的蓝光穿过耦合透镜2a作为平行光束被导向透射区域2q。该光束透射穿过透射区域2q并被导向透射/扩散板2v2。被该板扩散之后，该光束被全反射镜2c和二向色镜3c反射，然后，它从照明光学系统1中射出。
当反射区域2p在照明光学系统1的发射光路中时，波长为λA的蓝光作为穿过耦合透镜2a的平行光束被导向反射区域2p。该光束被反射区域2p反射并被导向透射/扩散板2v1。被该板扩散之后，该光束透射穿过二向色镜3b并被导向聚光元件2i，然后，它通过该元件聚集并照射到荧光体2h。
当波长为λA的蓝光被聚集并照射荧光体2h的半圆弧形荧光体2h’时，使用该蓝光作为激发光产生波长为λB的荧光（绿光）。当波长为λA的蓝光被聚集并照射半圆弧形荧光体2h’’时，使用该蓝光作为激发光产生波长为λC的荧光（红光）。
波长为λB和λC的荧光被聚光元件2i聚集并导向二向色镜3b。该光被二向色镜3b反射并透射穿过该二向色镜3c，然后被从照明光学系统1中射出。
向图像生成器16的照射定时的示例
图17A和图17B示意性地示出根据实施例5，在第n个图像帧中，RGB光的投射定时、反射/透射轮2b的旋转角度位置和荧光体轮2e的旋转角度位置之间的关系的示例。
如图17A所示描述反射/透射轮2b，当边界区域线2r2的旋转角度相对基本位置0度处于45度时，它开始旋转。相反，当边界区域线2r3在基本位置0度时，荧光体轮2e开始旋转。
下面的描述是基于在第n个图像帧中当反射/透射轮2b的旋转角度位置的范围从45度到135度时开启光源2。
为了便于描述，将一个图像帧的发光时段分为四个时段“a”、“b”、“c”、“d”。在时段“a”中，控制器11控制反射/透射轮2b的旋转角度位置，使得反射/透射轮2b的反射区域2p位于照明光学系统1的发射光路中。控制器11还控制荧光体轮2e的旋转角度位置，使得波长为λA的光可以照射荧光体轮2e的半圆弧形荧光体2h’。
因此，生成波长为λB的绿色（Gn）荧光。该绿色（Gn）荧光经由二向色镜3b和3c从照明光学系统1射出并照射图像生成器16。
在时段“b”中，控制器11控制反射/透射轮2b的旋转角度位置，使得反射/透射轮2b的反射区域位于第一照明光学系统1A的光路中。控制器11还控制荧光体轮2e的旋转角度位置，使得波长为λA的光可以照射荧光体轮2e的半圆弧形荧光体2h’’。
因此，生成波长为λC的红色（Rn）荧光并且该红色（Rn）荧光经由二向色镜3b和3c从照明光学系统1射出并照射图像生成器16。
在时段c中，控制器11控制反射/透射轮2b的旋转角度位置，使得反射/透射轮2b的透射区域2q可以位于第一照明光学系统1A的光路中。因此，波长为λA的光透射穿过透射区域2q并被全反射镜2c和二向色镜3c反射，然后，从照明光学系统1射出。
类似地，在时段“d”中，控制器11控制反射/透射轮2b的旋转角度位置，使得透射区域2q可以位于第一照明光学系统1A的光路中。因此，波长为λA的光透射穿过透射区域2q并被全反射镜2c和二向色镜3c反射，然后，从照明光学系统1射出。
在实施例5中，通过在一帧的时段内在反射/透射轮2b的角度范围从45度到135度的情况下开启光源2，每种RGB光可以照射图像生成器16。因此，可以形成全色图像以及投影白色光。
类似于实施例3，可以改变色调。例如，通过将时段“b”设置的更长，所投影的图像可以是浅红色的。此外，通过控制时段“a”、“b”、“c”和“d”可改变色温。
因为除照明光学系统1的光学组件之外与实施例2类似的构造可以适用于本实施例的投影装置，因此省略对其详细的描述。
根据实施例5，由于只需提供一个光源，可以减少照明光学系统1的光学元件的数量。因此，照明光学系统1的尺寸可以被最小化并且其成本可被降低。
另外，在构造方面，有可能在设计阶段决定光斑区域2s和2s’’的尺寸并事先记录在控制器11的RAM和其他元件中。也有可能首先决定光斑区域2s和2s’’的基本尺寸，然后通过操作计算由耦合透镜2a在光轴方向的驱动力导致的其尺寸的变化。另外，可将反射/透射轮2b和荧光体轮2e的旋转次数之间的关系记录为一个表格。
如上所述，在合并了照明光源装置的投影装置中，执行以下步骤：
旋转地驱动反射/透射轮2b的步骤；第一扩散步骤，在该步骤中，当发射光路穿过反射/透射轮2b的反射区域2p（光斑区域2s）时，激发光被扩散并导向荧光体；第二扩散步骤，在该步骤中，当发射光路穿过反射/透射轮2b的透射区域2q时，用于照亮屏幕的光被扩散并导向二向色镜3c（光路汇合元件）。
此外，执行检测反射/透射轮2b的旋转角度位置的步骤，以及使用上述检测结果计算反射/透射轮2b横穿发射光路的定时和控制光源2的开-关定时的控制步骤。
根据本发明的实施例，提供了将来自光源的光分成用于激发荧光体的第一光路和用于照射屏幕的第二光路的光路分岔部件；第一扩散部件设置在第一光路中，第二扩散部件设置在第二光路中，在每个光路中布置所述第一和第二扩散部件使得当第一和第二扩散部件被设置为与光源的距离相等时，如果比较它们的扩散度，第二扩散部件的扩散度高于第一扩散部件的扩散度。
因此，当通过将来自光源的光分成用于激发荧光体的光路和用于照射屏幕的光路来使用所述来自光源的光时，有可能减少用于照射屏幕的光的亮度的不均匀性并同时避免从荧光体生成的荧光的生成效率的降低。
此外，导向荧光体部件的光（激发光）的扩散量可以低于用于照射屏幕的光（照明光）的扩散量。可以相较于用于照射屏幕的光（照明光）的光强度的损失降低导向荧光体部件的光（激发光）的光强度的损失。
虽然上面已经描述了本发明的实施例，本发明并不限于此。应当理解，本领域技术人员可以在所描述的实施例和各方面做出不脱离本发明范围的变型。

Claims (20)

1.一种照明光源装置，包括：
光路分岔部件，其将光源发射的光分成发射用于荧光体的激发光的第一光路和照射照明光的第二光路；
第一扩散器，设置在第一光路中；以及
第二扩散器，设置在第二光路中，
所述第二扩散器具有大于第一扩散器的扩散度。
2.如权利要求1的照明光源装置，还包括：
光路汇合元件，其汇合第一和第二光路；
该第一扩散器具有第一透射/扩散部件，所述第一透射/扩散部件向荧光体部件透射和扩散激发光；以及
该第二扩散器具有第二透射/扩散部件，所述第二透射/扩散部件向光路汇合元件透射和扩散照明光。
3.如权利要求2的照明光源装置，其中，
第一透射/扩散部件和光路分岔部件之间的距离大于第二透射/扩散部件和该光路分岔部件之间的距离。
4.如权利要求1的照明光源装置，其中，
第一透射/扩散部件的扩散角度小于第二透射/扩散部件的扩散角度。
5.如权利要求2至4任一项的照明光源装置，其中，
光路分岔部件包括反射/透射轮，所述反射/透射轮具有透射来自光源的光的透射区域和反射来自光源的光的反射区域；并且
反射/透射轮被可旋转地驱动。
6.如权利要求2至5任一项的照明光源装置，其中，
荧光体部件包括被可旋转地驱动的荧光体轮。
7.如权利要求6的照明光源装置，其中，
荧光体轮包括具有反射部件的圆盘形基底；
在圆盘形基底上形成类似环形的荧光体；并且
通过激发光源产生的荧光被圆盘形基底反射并被导向光路汇合元件。
8.一种照明光源装置，包括：
包含荧光体的荧光体部件，所述荧光体被来自激发光源的激发光激发，所述激发光源是照明光学系统的一部分；
反射/透射部件，其设置在激发光源的发射光路中，所述反射/透射部件具有透射来自激发光源的激发光的透射区域和反射该激发光的反射区域，所述反射/透射部件被配置以将激发光分成激发光穿过荧光体部件的第一光路和激发光不穿过荧光体部件的第二光路；
驱动部分，其驱动反射/透射部件使得发射光路交替地横穿透射区域和反射区域；
光路汇合元件，其汇合第一和第二光路；
设置在第一光路中的第一透射/扩散部件，该第一透射/扩散部件被配置以透射激发光并向荧光体部件扩散激发光；以及
设置在第二光路中的第二透射/扩散部件，该第二透射/扩散部件被配置以透射来自激发光源的激发光并向光路汇合元件扩散激发光，其中，
第一透射/扩散部件和反射/透射部件之间的距离大于第二透射/扩散部件和反射/透射部件之间的距离；并且
所述照明光学系统由第一照明光学系统和第二照明光学系统组成，所述第一照明光学系统设置在反射/透射部件的激发光源的发射光路上，所述第二照明光学系统具有发射与所述激发光和荧光体的波长不同的波长的光作为照明光的照明光源。
9.如权利要求8的照明光源装置，其中，
透射/扩散部件设置在第二照明光学系统的照明光源的发射光路上。
10.如权利要求8或9的照明光源装置，其中，
第一照明光学系统包括聚集来自激发光源的激发光以在反射/透射部件上形成光斑区域的光学元件，并且沿光轴方向驱动该光学元件使得可以控制光斑区域的大小。
11.如权利要求8至10任一项的照明光源装置，其中，
荧光体部件包括被可旋转地驱动的荧光体轮。
12.如权利要求11的照明光源装置，其中，
所述照明光学系统只包括第一照明光学系统，
荧光体被穿过荧光体在旋转方向上的旋转中心的直线划分为至少第一半圆弧形荧光体和第二半圆弧形荧光体；并且
每个划分后的荧光体通过激发光生成不同于彼此的彩色荧光。
13.如权利要求12的照明光源装置，其中，
激发光源是发射蓝色激光的激光光源；
第一半圆弧形荧光体具有由该激发光激发的荧光体部件并生成绿色荧光；以及
第二半圆弧形荧光体具有由该激发光激发的荧光体部件并生成红色荧光。
14.如权利要求12或13的照明光源装置，其中，
照明光学系统包括聚集来自激发光源的激发光并在反射/透射部件上形成光斑区域的光学元件，并且
沿光轴方向驱动该光学元件使得可以控制光斑区域的大小。
15.如权利要求8至14任一项的照明光源装置，其中，
第三透射/扩散部件设置在激发光不穿过荧光体部件的光路上。
16.一种使用如权利要求1至15任一项的照明光源装置的投影装置，包含：
照射光系统，其将照明光源装置的光路分岔部件发出的照明光导向生成投影图像的图像生成部分；
投影光系统，其投影图像生成部分生成的投影图像；以及
控制器，其划分图像数据的一帧的时段并根据图像数据和图像生成部分控制激发光源的开/关控制，所述控制器被配置以使用眼睛的后象现象生成对应于图像数据的投影图像。
17.如权利要求16的投影装置，其中，图像生成部分包括数字微镜装置。
18.一种控制包括如权利要求8的照明光源装置的投影装置的方法，包含以下步骤：
驱动照明光源装置的反射/透射部件；
当发射光路穿过反射/透射部件的反射区域时，扩散激发光并将激发光导向荧光体；以及
当发射光路穿过反射/透射部件的透射区域时，扩散激发光并将激发光导向光路汇合元件。
19.如权利要求18的控制投影装置的方法，还包括以下步骤：
检测反射/透射部件的位置；以及
基于检测结果计算反射/透射部件横穿发射光路的定时从而控制光源的开/关。
20.一种照明光源装置，包含：
包含荧光体的荧光体部件，所述荧光体被来自激发光源的激发光激发，所述激发光源是照明光学系统的一部分；
设置在激发光源的发射光路中的反射/透射部件，所述反射/透射部件具有透射来自激发光源的激发光的透射区域和反射该激发光的反射区域，所述反射/透射部件被配置以将激发光分成激发光穿过荧光体部件的第一光路和激发光不穿过荧光体部件的第二光路；
驱动部分，其驱动反射/透射部件使得发射光路交替地横穿透射区域和反射区域；
光路汇合元件，其汇合第一和第二光路；
设置在第一光路中的第一透射/扩散部件，该第一透射/扩散部件被配置以透射激发光并向荧光体部件扩散激发光；以及
设置在第二光路中的第二透射/扩散部件，该第二透射/扩散部件被配置以透射来自激发光源的激发光并向光路汇合元件扩散激发光，其中，
第一透射/扩散部件的扩散角度小于第二透射/扩散部件的扩散角度；并且
所述照明光学系统由第一照明光学系统和第二照明光学系统组成，所述第一照明光学系统设置在反射/透射部件的激发光源的发射光路上，所述第二照明光学系统具有发射与所述激发光和荧光体的波长不同的波长的光作为照明光的照明光源。
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