CN104820335B - 光源光学系统、使用其的光源装置及图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光源光学系统、使用其的光源装置及图像显示装置。所述光源光学系统将来自光源的蓝光引导到荧光体。所述荧光体将该蓝光转换为荧光光，并发出荧光光和非转换光。此外，光源光学系统包括具有用于将蓝光引导到荧光体的第一区域和用于将荧光光和非转换光引导到透镜胞元的第二区域的光学元件。蓝光入射在第一区域上，荧光光和非转换光入射在光学元件的第一区域和第二区域上。沿着透镜胞元的光轴的方向所观察的所述第一区域的面积和透镜胞元的各个透镜胞元的面积具有预定的关系。

Description

光源光学系统、使用其的光源装置及图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种光源光学系统、使用该光源光学系统的光源装置及诸如投影仪的图像显示装置，尤其涉及一种使用激光二极管(LD)光源的光源装置及安装了使用LD光源的光源装置的投影显示装置。

背景技术

近年来，开发了可以利用用于将从LD光源接收到的蓝光转换为绿光和红光的荧光体来显示彩色图像的投影仪。

在US2010/0328632和US2011/0292349中讨论了这种投影仪的示例。

US2010/0328632讨论了除了作为荧光光而发出的绿光和红光之外、还利用来自LD光源的蓝光来显示彩色图像的技术。旋转荧光轮，所述荧光轮包括可以透过来自LD光源的蓝光的扩散层和作为荧光体(荧光粉)的荧光层。如果使用来自LD光源的蓝光照射扩散层，则蓝光穿过荧光层并通过反射镜被引导到照明光学系统。另一方面，如果使用来自LD光源的蓝光照射荧光层，则在光源的方向上发出绿光和红光并通过分色镜将绿光和红光引导到照明光学系统。

US2011/0292349讨论了如下一种技术，即，除了作为荧光光而发出的绿光和红光之外，还使用从与LD光源分开设置的蓝色发光二极管(LED)发出的蓝光，从而显示彩色图像。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于将来自光源的光引导到包括多个透镜胞元(lens cell)的复眼透镜的光源光学系统，该光源光学系统包括：波长转换元件，其被构造成将从所述光源发出的光转换为具有与从所述光源发出的光的波长不同的波长的转换光，并发出所述转换光和具有与从所述光源发出的光的波长相同的波长的非转换光；以及包括第一区域和第二区域的光学元件，所述第一区域将来自所述光源的光通过透镜单元引导到所述波长转换元件，所述第二区域将所述转换光和所述非转换光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导，其中，来自所述光源的光入射在所述光学元件的所述第一区域上，所述转换光和所述非转换光入射在所述光学元件的所述第一区域上和所述第二区域上，并且，其中，当沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的所述第一区域的面积是A，沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的各个透镜胞元的面积是B，并且n是自然数时，满足：B×(n-0.1)≤A≤B×(n+0.1)。

根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是例示能够安装根据本发明的示例性实施例的光源装置的投影显示装置的结构的视图。

图2A、图2B和图2C是例示根据本发明的第一示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图3A和图3B是例示在本发明的第一示例性实施例中使用的来自光源的光和荧光光的光谱特性的视图。

图4A、图4B和图4C是例示在本发明的第一示例性实施例中所使用的光学元件的视图。

图5A和图5B是例示在本发明的第一示例性实施例中使用的光学元件的光谱反射特性的视图。

图6A、图6B和图6C是例示根据本发明的第二示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图7A和图7B是例示在本发明的第二示例性实施例中使用的光学元件的光谱反射特性的视图。

图8A和图8B是例示在本发明的第二示例性实施例中使用的光学元件的其他形态的视图。

图9A、图9B和图9C是例示根据本发明的第三示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图10是例示在本发明的第三示例性实施例中使用的光学元件的第一区域的光谱反射特性的视图。

图11A、图11B和图11C是例示根据本发明的第四示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图12是例示在本发明的第四示例性实施例中所使用的光学元件的第一区域的光谱反射特性的视图。

图13A、图13B和图13C是例示根据本发明的第五示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图14A、图14B和图14C是例示根据本发明的第六示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图15A、图15B和图15C是例示根据本发明的第七示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图16是例示根据本发明的其他示例性实施例的会聚光学系统的结构的视图。

图17是例示根据本发明的各个示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图18是例示根据本发明的各个示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图19A和图19B是例示根据本发明的各个示例性实施例的光源装置的结构的视图。

图20A、图20B、图20C和图20D是例示根据本发明的各个示例性实施例的光源装置的变型例的结构的视图。

图21A和图21B是例示根据本发明的第二示例性实施例的光源装置的变型例的结构的视图。

图22是例示根据本发明的第二示例性实施例的光源装置的变型例的结构的视图。

具体实施方式

荧光体将来自LD光源的蓝光的波长转换为绿光和红光的波长。然而，不是所有的蓝光的波长都被转换。因此，还存在波长未被荧光体转换并且从荧光体返回到LD光源的非转换光。

返回到LD光源的非转换光趋于升高LD光源的温度并降低LD光源的发光效率。因此，返回到LD光源的非转换光可能会导致诸如降低将要被投影的图像的亮度的功能下降。

本发明的实施例公开了一种能够减少从波长转换元件返回到光源的非转换光的量的光源光学系统。本发明的实施例旨在提供一种使用能够投影比相同类型的传统装置更亮的图像的光源光学系统的光源装置和图像显示装置。

以下将参照附图以示例的方式来描述本发明的适当的示例性实施例。然而，根据实施本发明的装置的结构和各种条件，在这些示例性实施例中所描述的组件的形状和组件的相对布置可以被适当地改变。也就是说，组件的形状不被定义为将本发明的范围局限于以下示例性实施例。

(投影显示装置的结构的说明)

首先，参照图1，给出投影显示装置100的结构的说明，所述投影显示装置100是能够安装根据本发明的示例性实施例的光源装置的图像显示装置。

显示装置(投影显示装置)100包括光源装置21、偏光板20、分色镜22、相位板(波长选择相位板)23和偏振光束分光器(PBS)(10a和10c)。

此外，显示装置100包括针对各个颜色的λ/4板(红色λ/4板24r、绿色λ/4板24g和蓝色λ/4板24b)。

此外，显示装置100包括针对各个颜色的液晶面板(反射型液晶面板)(红色液晶面板25r、绿色液晶面板25g和蓝色液晶面板25b)，所述液晶面板是光调制元件。

此外，显示装置100包括分光棱镜26和投影透镜30。也就是说，显示装置100是所谓的反射型液晶投影仪。

光源装置21是根据下述的本发明的任一示例性实施例的光源装置。

偏光板20被构造成仅透过从光源装置21接收到的白光(红光11r、绿光11g和蓝光11b)当中的s偏振光(红色s偏振光12r、绿色s偏振光12g和蓝色s偏振光12b)。

分色镜22被构造成具有反射在绿色波长范围内的光以及透过在红色波长范围内的光和在蓝色波长范围内的光的反射特性。

相位板23透过在蓝色波长范围内的偏振光而不改变该偏振光的偏振方向。另一方面，相位板23被构造成将在红色波长范围内的偏振光的偏振方向改变90度。

PBS被构造成反射s偏振光并透过p偏振光。

λ/4板对倾斜入射光给予往返λ/2的相位差，从而提高PBS对倾斜入射光的检光效果。

液晶面板根据图像信号来改变入射在液晶面板上的光的偏振方向。此外，液晶面板发出图像光(红图像光13r、绿图像光13g和蓝图像光13b)。通过液晶面板来改变图像光的偏振方向。

分光棱镜26被构造成具有反射在绿色波长范围内的光以及透过在红色波长范围内的光和在蓝色波长范围内的光的反射特性。

投影透镜30被构造成将在分光棱镜26中合成的光引导到屏幕。

给出了直到来自光源装置21的白光11到达投影透镜30为止的过程的描述。

在来自光源装置21的白光11当中，仅s偏振光穿过偏光板20并被引导到分色镜22。在s偏振光当中，绿色s偏振光12g被反射并引导到PBS 10a，红色s偏振光12r和蓝色s偏振光12b穿过分色镜22并被引导到PBS 10c。

引导到PBS 10a的绿色s偏振光12g被PBS 10a反射并引导到绿色λ/4板24g。绿色s偏振光12g的偏振方向被绿色液晶面板25g改变，并且绿色s偏振光12g被绿色液晶面板25g反射。在来自绿色液晶面板25g的光当中，p偏振光作为绿色图像光13g被引导到分光棱镜26。

另外，与绿色s偏振光12g类似地，被引导到PBS 10c的红色s偏振光12r和蓝色s偏振光12b作为红色图像光13r和蓝色图像光13b被分别引导到分光棱镜26。

被引导到分光棱镜26的红色图像光13r、绿色图像光13g和蓝色图像光13b被合成在一起，并且所合成的图像光被引导到投影透镜30。从而，可以在屏幕上投影并显示彩色图像。

以下描述可适用于光源装置21的结构。

根据本发明的示例性实施例的光源装置包括光源1、荧光体(波长转换元件)5、镜(光学元件)3、透镜(准直透镜)2和透镜单元(聚光透镜单元)4。

光源1是LD光源，并且如图3A中所示，发出具有约448nm峰值(中心)波长的蓝光。也就是说，在本发明的示例性实施例中，来自光源1的光是蓝光。

荧光体5(参见图2A)将蓝光B1转换(调制)为具有与蓝光B1的波长不同的波长的荧光光(转换光)，并发出荧光光和具有与蓝光B1的波长相同的波长的非转换光。如图3B中所示，荧光光主要包含绿光和红光。

镜3包括具有将蓝光B1引导到荧光体5的特性的区域31(第一区域)，以及具有在与光源1的方向不同的方向上引导荧光光和非转换光的特性的区域32(第二区域)。

透镜2被构造成将蓝光B1转换(使准直)为平行(准直的)光束。

透镜单元4被构造成具有正折射光焦度(positive refractive power)以将蓝光B1引导到荧光体5，并且还将荧光光和非转换光引导到镜3。在本发明的示例性实施例中，透镜单元4包括总共三个透镜。

此外，根据本发明的示例性实施例的光源装置在区域31中包括分色镜、PBS和开口部中的任一者。

分色镜被构造成将具有与蓝光B1的波长相同的波长的光引导到荧光体5，并且还在与光源1的方向不同的方向上引导具有与蓝光B1的波长不同的波长的光。换句话说，分色镜透过具有与来自光源1的光的波长相同的波长的光，并且还反射具有与从光源1发出的光的波长不同的波长的光。

PBS被构造成将p偏振光和s偏振光(p偏振光和a偏振光中的各个是线性偏振光)中的一者引导到荧光体5，并且还在与光源1的方向不同的方向上引导另一者。换句话说，PBS将p偏振光和s偏振光中的一者透过到荧光体5，并且在与光源1的方向不同的方向上反射未透过的偏振光。

在以下示例性实施例中将描述根据本发明的示例性实施例的光源装置的具体结构。

图2A、图2B和图2C是例示根据本发明的第一示例性实施例的光源装置的结构的视图。

组件，即光源1、透镜2、镜3、透镜单元4和荧光体5，从光源1开始以上述顺序排列在一条直线上。也就是说，荧光体5被设置在蓝光B1从光源1向镜3行进的方向上。具体地，透镜2被设置在光源1和镜3之间，透镜单元4被设置在镜3和荧光体5之间。在本发明的各个示例性实施例中，光源光学系统包括镜3和荧光体5，光源装置包括光源1和光源光学系统。

首先，参照图2A，给出蓝光B1到达荧光体5之前蓝光B1的行进路径(光学路径)的描述。从光源1向荧光体5行进的蓝光B1首先被透镜2准直为近似的平行光，并入射在镜3的区域31(第一区域)上。如图2A中所示，分色镜311被设置在区域31中，所述分色镜311具有透过蓝光B1并反射具有比蓝光B1的波长更长的波长的可见光的特性。分色镜311的反射特性如图5A中所示。因此，入射在区域31上的蓝光B1穿过区域31，并从区域31向荧光体5行进。从区域31向荧光体5行进的蓝光B1被透镜单元4会聚(聚焦)在荧光体5的表面上。为了实现这个目的，透镜单元4具有正折射光焦度。然后，蓝光B1到达荧光体5。

接下来，给出直到荧光体5将蓝光B1的一部分转换为具有与蓝光B1的波长不同的波长的荧光光并发出荧光光和具有与蓝光B1的波长相同的波长的非转换光为止的过程的描述。荧光体5包括诸如钇铝石榴石(YAG)的作为主材料的荧光材料，并利用蓝光B1作为激发光来发出作为荧光光的、具有图3B中所示的光谱的光。也就是说，在本示例性实施例中，荧光光(转换光)包括绿光和红光。此外，不是入射在荧光体5上的所有蓝光B1都被转换为荧光光。还存在保持相同波长而不被转换的非转换光。也就是说，在本示例性实施例中，非转换光是蓝光。荧光体5被固定在镜或金属上。因此，荧光体5不透过任何光并反射所有的光。

接下来，参照图2B给出直到从荧光体5发出的荧光光到达镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。当从荧光体5向透镜单元4行进时，荧光光和非转换光没有确定的发出方向而以随机方向发出。为了将以随机方向发出的荧光光和非转换光转换为平行光并将该平行光从荧光体5引导到镜3，在荧光体5和镜3之间放置透镜单元4。如图4A中所示，如上所述的透镜单元4使横截面7的横截面积大于横截面6的横截面积。横截面7是从透镜单元4发出的光束在与镜3平行放置的平面(与图4A中纸面平行的平面)S(基准面)上的横截面。另外，横截面6是蓝光B1在平面S上的横截面。如图4A中所示，可以理解横截面6小于区域31，蓝光B1入射在区域31上。作为另一种选择，平面S可以被定义为与连接镜3的上端和下端的直线平行的平面。

如图4B中所示，可以有多个区域31。在图4A、图4B和图4C中，区域31表示镜3的区域31被垂直地投影到平面S上的区域(第一投影区域)。区域32表示镜3的区域32被垂直地投影到平面S上的区域。因此，在图4A、图4B和图4C中，通过将区域31和区域32合并而获得的区域表示镜3被垂直地投影到平面S上的区域(第二投影区域)。

此外，如图4C中所示，区域31可以被设置在偏离镜3的中心位置的位置处。具体地，镜3的区域31被垂直地投影到平面S上的区域的重心和镜3被垂直地投影到平面S上的区域的重心是相互偏心的。当两个重心的坐标相互不一致时重心是相互偏心的。换句话说，构造光源装置(镜3和透镜单元4)，以使得从荧光体5发出并且沿透镜单元4的光轴通过的光线被入射在区域32上。另外，换句话说，区域31被设置在与透镜单元4的光轴偏移或光轴的延长线的位置。

相对地，非转换光的反射光在中心比在其他区域具有更高的强度。因此，如图4B和图4C中所示，镜3在其中心具有这样的区域，该区域具有反射非转换光的特性。使用这样的结构，能够将更多的非转换光引导到照明光学系统侧。上述情况也适用下描的示例性实施例。

如上所述，蓝光B1被透镜2引导而入射在区域31上，并且荧光光和非转换光被透镜单元4引导而入射在区域31和区域32上。如图4A、图4B和图4C中所示，在平面S上，区域31被构造成具有比蓝光B1的光束的横截面积更大的横截面积。此外，在平面S上，区域32被构造成具有比横截面积7更大的横截面积。

如图2A中所示，在区域32中设置具有反射可见光的特性的分色镜321，该可见光具有比435nm更长的波长。分色镜321的反射特性如图5B中所示(对于435nm或更高的波长100％地反射)。在荧光光中，入射在区域32上的荧光光RG32是具有比435nm更长的波长的可见光。因此，荧光光RG32被分色镜321反射并在与光源1的方向不同的方向上被引导。在荧光光当中，与荧光光RG32类似，入射在区域31上的荧光光RG31也是具有比蓝光B1的波长更长的波长的可见光。因此，荧光光RG31被分色镜311在与光源1的方向不同的方向上引导。在本示例性实施例中，照明光学系统(未示出)被设置在与光源1的方向不同的方向上。

接来下，参照图2C，给出直到非转换光到达镜3并被引导到照明光学系统或返回到光源1为止的过程的描述。如上所述，蓝光B1被入射在区域31上，并且荧光光和非转换光被入射在区域31和区域32上。如上所述，在区域32中设置具有反射可见光的特性的分色镜321，该可见光具有比435nm更长的波长。

在非转换光当中，入射在区域32上的非转换光B32具有与蓝光B1的波长相同的波长。因此，非转换光B32被分色镜321反射并在与光源1的方向不同的方向上被引导。

在非转换光当中，与非转换光B32类似，入射在区域31上的非转换光B31也具有与蓝光B1的波长相同的波长。因此，非转换光B31被分色镜311引导而穿过区域31并从镜3返回到光源1。

如上所述，在本示例性实施例中，光源装置被构造成将非转换光B32、荧光光RG31和荧光光RG32引导到在与光源1的方向不同的方向上设置的照明光学系统中。该结构使得能够显示彩色图像。此外，传统上，大部分非转换光返回到光源1，然而在本示例性实施例中，仅部分非转换光在与光源1的方向不同的方向上被引导。这样能够减少从荧光体5返回到光源1的非转换光的量，并提高光源1的发光效率，从而投影更亮的图像。进一步地，在本示例性实施例中，能够将非转换光(该非转换光是蓝光)引导到照明光学系统。这样消除了除了光源1之外还要单独准备用于发出蓝光的光源的需要。

图6A、图6B和图6C是例示根据本发明的第二示例性实施例的光源装置的结构的视图。与根据本发明的第一示例性实施例的光源装置类似地，根据本示例性实施例的光源装置包括光源1、透镜2、镜3、透镜单元4和荧光体5。

本示例性实施例与第一示例性实施例的不同在于光源1和荧光体5之间的位置关系。在第一示例性实施例中，举例说明了光源1、镜3和荧光体5以直线排列的结构。与此相反，在本示例性实施例中，光源1、镜3和荧光体5没有以直线排列。也就是说，荧光体5被设置在蓝光B1被镜3反射的方向上。

首先，参照图6A，给出直到蓝光B1到达荧光体5为止的过程的描述。直到蓝光B1被输入到镜3的区域31为止的过程与第一示例性实施例的过程类似。然而，在本示例性实施例中，如图6A中所示，在区域31中设置分色镜312，该分色镜312具有反射蓝光B1并透过具有比蓝光B1的波长更长的波长的可见光的反射特性。分色镜312的反射特性如图7A中所示。因此，入射在区域31上的蓝光B1被分色镜312反射并被引导到荧光体5。然后，蓝光B1到达荧光体5。

本示例性实施例在以下方面与第一示例性实施例类似：荧光体5将蓝光B1的一部分转换为具有与蓝光B1的波长不同的波长的荧光光，并发出荧光光和具有与蓝光B1的波长相同的波长的非转换光。

接下来，参照图6B，给出直到从荧光体5发出的荧光光到达镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。直到荧光光从透镜单元4行进到镜3的过程与第一示例性实施例的过程类似。如图6A中所示，在区域32中设置不论波长如何都透过光的透过部件322。透过部件322的特性如图7B中所示。在荧光光当中，入射在区域31上的荧光光RG31具有比蓝光B1的波长更长的波长。因此，荧光光RG31穿过区域31。此外，在荧光光当中，入射在区域32上的荧光光RG32也穿过区域32并被引导到照明光学系统。

图8A和图8B是例示镜3的变型例的视图。图8A例示了透过部件322具有与分色镜312的宽度相同的宽度的结构。在本示例性实施例中，甚至具有图8A中例示的结构的镜3也能够减少从荧光体5返回到光源1的非转换光的量。此外，在图8A中例示的结构中，镜3被垂直地投影到平面S上的投影面积小于图4A、图4B和图4C中例示的结构的投影面积。也就是说，图8A中例示的结构可以使镜3的尺寸更小。而且，透过部件322不是由玻璃部件而是由树脂部件制成，从而能够减少表面反射并进一步提高光的利用效率。

此外，如图8B中所示，仅在区域31中设置光学部件。换句话说，在区域32中设置有开口部。也就是说，可以不设置透过部件322而可以仅设置分色镜312。换句话说，横截面7的横截面积可以大于图8B中例示的区域31的面积。横截面7是从透镜单元4发出的光束在与分色镜312平行放置的平面S上的横截面。此外，图8B中例示的区域31的面积是分色镜312垂直地投影到平面S上的投影区域的面积。可选地，与分色镜312平行的平面S可以被定义为与连接分色镜312的上端和下端的直线平行的平面。

在图8B例示的结构中，使用支撑杆8来固定分色镜312。此外，在图8B中例示的结构中，需要在气相沉积中掩蔽的面积被限制为仅分色镜312的面积。这样能够降低制造成本。

接下来，参照图6C，给出直到非转换光到达镜3并被引导到照明光学系统或返回到光源1为止的过程的描述。直到非转换光从透镜单元4行进到镜3为止的过程与第一示例性实施例的过程类似。与荧光光RG32类似地，入射在区域32上的非转换光B32穿过区域32并被引导到照明光学系统。另一方面，入射在区域31上的非转换光B31被分色镜312反射，该分色镜312具有反射蓝光B1并透过具有比蓝光B1的波长更长的波长的可见光的反射特性。被分色镜312反射的非转换光B31从区域31返回到光源1。

如上所述，在本示例性实施例中，同样与第一示例性实施例类似地，非转换光的一部分在与光源1的方向不同的方向上被引导。这样能够减少从荧光体5返回到光源1的非转换光的量，并提高光源1的发光效率，从而投影更亮的图像。

图9A、图9B和图9C是例示根据本发明的第三示例性实施例的光源装置的结构的视图。

本示例性实施例与第一示例性实施例的不同在于：使用LD的偏振特性，并且镜3具有PBS特性。

在图9A、图9B和图9C中，镜3的表面法线在纸面内。因此，在垂直于纸面的方向上振动的偏振光被定义为s偏振光，并且在纸面内振动的线性偏振光被定义为p偏振光。s偏振光被例示为“●●●”，P偏振光被例示为“|||”。此外，包括p偏振光和S偏振光的偏振光被例示为将“●●●”和“|||”两者结合，以使“●●●”和“|||”彼此相邻。包括p偏振光和s偏振光的偏振光是p偏振分量和s偏振分量以某种比例组合在一起的光。因此，包括p偏振光和s偏振光的偏振光是指包括p偏振光和s偏振光的线性偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光。此外，非偏振光被例示为“|●|”。非偏振光是线性偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光混合在一起的光。

在本示例性实施例中的光源1是LD，并发出p偏振光B1p，所述p偏振光B1p是具有448nm波长的蓝光并且也是p偏振光。也就是说，在本示例性实施例中，来自光源1的光是p偏振光B1p。

首先，参照图9A，给出直到p偏振光B1p到达荧光体5为止的过程的描述。到p偏振光B1p被入射在镜3的区域31上为止的过程与第一示例性实施例的过程类似。然而，在本示例性实施例中，在区域31中设置PBS 313，所述PBS 313具有针对蓝光、透过p偏振光并反射s偏振光的特性。因此，由于入射在区域31上的p偏振光B1p是p偏振光，因此，p偏振光B1p穿过区域31并被引导到荧光体5。然后，偏振光B1p到达荧光体5。

接下来，给出直到荧光体5将p偏振光B1p的一部分转换为具有与p偏振光B1p的波长不同的波长的荧光光、并发出荧光光和具有与p偏振光B1p的波长相同的波长的非转换光为止的过程的描述。

荧光体5将p偏振光B1p的一部分转换为与p偏振光B1p的波长不同的、处于非偏振状态的荧光光，在所述非偏振状态下荧光光的偏振方向被扰乱。此外，荧光体5具有发出未被转换为荧光光的剩余的p偏振光B1p、作为通过使剩余的p偏振光B1p的偏振方向随机化的非偏振光的性能。因此，在本示例性实施例中，荧光光RG31、荧光光RG32、非转换光B31和非转换光B32作为非偏振光从荧光体5行进到镜3。

接下来，参照图9B，给出直到从荧光体5发出的荧光光到达镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。在荧光光从透镜单元4行进到镜3为止的过程与第一示例性实施例的过程类似。如上所述，在区域31中设置PBS 313，所述PBS 313具有针对蓝光、透过p偏振光并反射s偏振光的特性。此外，PBS 313还具有反射具有比蓝光的波长更长的波长的光的特性。PBS 313的反射特性如图10中所例示。因此，在荧光光当中，入射在区域31上的荧光光RG31被PBS 313反射并被引导到设置在与光源1的方向不同的方向上的照明光学系统。另一方面，在区域32中设置不论波长如何都反射可见光的镜323。因此，在荧光光当中，与荧光光RG31类似地，入射在区域32上的荧光光RG32被镜323反射并被引导到照明光学系统。

接下来，参照图9C，给出直到波长未被荧光体5转换的非转换光到达镜3并被引导到照明光学系统或返回到光源1为止的过程的描述。在非转换光从透镜单元4行进到镜3之前的过程与第一示例性实施例的过程类似。如上所述，在区域31中设置PBS 313，所述PBS313具有针对蓝光、透过p偏振光并反射s偏振光的特性。作为另一种选择，PBS 313可以具有针对蓝光透过p偏振光并反射还包括不同于蓝光的可见光的s偏振光的特性。因此，在非转换光当中，入射在区域31上的非转换光B31中的p偏振光B31p穿过区域31并返回到光源1。另一方面，在非转换光B31当中，s偏振光B31s被PBS 313反射并被引导到设置在与光源1的方向不同的方向上的照明光学系统。此外，在非转换光当中，与s偏振光B31s类似地，入射在区域32上的非转换光B32被不论波长如何都反射可见光的镜323引导到照明光学系统。

如上所述，在本示例性实施例中，可以使作为入射在区域31上的非转换光B31的一部分的s偏振光B31s和入射在区域32上的非转换光B32在与光源1的方向不同的方向上被引导。因此，在本示例性实施例中，与第一和第二示例性实施例相比，能够引导更多的蓝光到照明光学系统并投影更亮的图像。

图11A、图11B和图11C是例示根据本发明的第四示例性实施例的光源装置的结构的视图。

本示例性实施例在光源1和荧光体5之间的位置关系上不同于第三示例性实施例。更具体地说，在第三示例性实施例中，光源1、镜3和荧光体5以直线排列。与此相反，在本示例性实施例中，光源1、镜3和荧光体5不以直线排列。此外，在以上示例性实施例中的光源1发出p偏振光B1p，所述p偏振光B1p是具有448nm的波长的蓝光并且也是p偏振光。与此相反，在本示例性实施例中的光源1发出s偏振光B1s，所述s偏振光B1s是具有448nm波长的蓝光并且也是s偏振光。也就是说，在本示例性实施例中，来自光源1的光是s偏振光B1s。

首先，参照图11A，给出直到偏振光B1s到达荧光体5为止的过程的描述。到偏振光B1s被入射在镜3的区域31为止的过程与第三示例性实施例中的过程类似。在区域31中设置PBS 314，所述PBS 314具有针对蓝光透过p偏振光并反射s偏振光的特性。此外，PBS 314还具有透过具有比蓝光的波长更长的波长的可见光的特性。PBS 314的反射特性如图12中所示。由于入射在区域31上的s偏振光B1s是s偏振光，因此s偏振光B1s被PBS 314反射并引导到荧光体5。然后，s偏振光B1s到达荧光体5。

本示例性实施例与第三示例性实施例的类似之处在于：荧光体5将s偏振光B1s的一部分转换为具有与s偏振光B1s的波长不同的波长的荧光光，并发出荧光光和具有与s偏振光B1s的波长相同的波长的非转换光。

接下来，参照图11B，给出直到从荧光体5发出的荧光光到达镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。到荧光光从透镜单元4行进到镜3为止的过程与第三示例性实施例的过程类似。如上所述，PBS 314具有针对蓝光透过p偏振光并反射s偏振光的特性，并且还具有透过具有比蓝光的波长更长的波长的可见光的特性。因此，在荧光光当中，入射在区域31上的荧光光RG31穿过区域31并被引导到照明光学系统。另一方面，在区域32中设置有不论波长如何都透过可见光的透过部件324。因此，在荧光光当中，与荧光光RG31类似地，入射在区域32上的荧光光RG32也穿过区域32并被引导到照明光学系统。

接下来，参照图11C，给出直到波长未被荧光体5转换的非转换光到达镜3并被引导到照明光学系统或返回到光源1为止的过程的描述。到非转换光从透镜单元4行进到镜3为止的过程与第三示例性实施例的过程类似。如上所述，在区域31中设置PBS 314，所述PBS314具有针对蓝光透过p偏振光并反射s偏振光的特性。非转换光通过透镜单元4的引导而从透镜单元4行进到镜3，以使得非转换光作为平行光而入射在区域31和区域32上。因此，在入射在区域31上的非转换光B31当中，p偏振光B31p穿过区域31并被引导到照明光学系统。另一方面，在非转换光B31当中，s偏振光B31s被PBS 314反射并返回到光源1。此外，在非转换光当中，入射在区域32上的非转换光B32被不论波长如何都透过可见光的透过部件324引导到照明光学系统。

如上所述，在本示例性实施例中，可以使作为入射在区域31上的非转换光B31的一部分的p偏振光B31p和入射在区域32上的非转换光B32在与光源1的方向不同的方向上进行引导。因此，在本示例性实施例中，与第一和第二示例性实施例相比，能够引导更多量的蓝光到照明光学系统并投影更亮的图像。

图13A、图13B和图13C是例示根据本发明的第五示例性实施例的光源装置的结构的视图。本示例性实施例的特征在于：在区域31中设置开口部315。

首先，参照图13A，给出直到蓝光B1到达荧光体5为止的过程的描述。到蓝光B1被入射在镜3的区域31上为止的过程与第一示例性实施例的过程类似。如上所述，由于开口部315被设置在区域31中，因此蓝光B1穿过区域31并被引导到荧光体5。然后，蓝光B1到达荧光体5。

本示例性实施例与第一示例性实施例的类似之处在于：荧光体5将蓝光B1的一部分转换为具有与蓝光B1的波长不同的波长的荧光光，并且发出荧光光和具有与蓝光B1的波长相同的波长的非转换光。

接下来，参照图13B，给出直到从荧光体5发出的荧光光到达镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。到荧光光从透镜单元4行进到镜3为止的过程与第一示例性实施例的过程类似。在区域32中设置分色镜325，与第一示例性实施例中的分色镜321类似地，分色镜325具有反射具有比435nm更长的波长的可见光的特性。因此，在荧光光当中，入射在区域32上的荧光光RG32被分色镜325反射并引导到照明光学系统。另一方面，入射在区域31上的荧光光RG31穿过开口部315并返回到光源1。

接下来，参照图13C，给出直到未被荧光体5转换波长的非转换光到达镜3并被引导到照明光学系统或返回到光源1为止的过程的描述。到非转换光从透镜单元4行进到镜3为止的过程与第三示例性实施例的过程类似。在非转换光中，入射在区域32上的非转换光B32被分色镜325反射并引导到照明光学系统。另一方面，在非转换光中，入射在区域31上的非转换光B31穿过开口部315并返回到光源1。

如上所述，在本示例性实施例中，能够减少从荧光体5返回到光源1的非转换光的量，而无需在区域31中设置诸如分色镜或PBS的光学部件。

图14A、图14B和图14C是例示根据本发明的第六示例性实施例的光源装置的结构的视图。在本示例性实施例中，与第一示例性实施例类似地，光源1、元件3和荧光体5以直线排列。另外，在本示例性实施例中，λ/4板41和镜42被设置在与荧光体5的方向不同的方向上。此外，在本示例性实施例中，蓝光B1(来自光源1的光)是包括p偏振光和s偏振光的偏振光，以使得偏振光的主要分量是s偏振光B1s，并且少许p偏振光B1p被添加到偏振光中。

首先，参照图14A，给出直到在蓝光B1当中，p偏振光B1p到达荧光体5且s偏振光B1s在与荧光体5的方向不同的方向上被引导为止的过程的描述。到蓝光B1被入射在区域31上为止的过程与第一示例性实施例的过程类似。然而，在本示例性实施例中，不同于第一示例性实施例，在区域31中设置PBS 316，所述PBS 316具有与第三示例性实施例的特性类似的特性。因此，在入射在区域31上的蓝光B1当中，p偏振光B1p(p偏振光)穿过区域31并被引导到荧光体5。然后，p偏振光B1p到达荧光体5。另一方面，在蓝光B1当中，s偏振光B1s(s偏振光)被区域31反射并在与荧光体5的方向不同的方向上被引导。在本示例性实施例中，λ/4板41和镜42被设置在与荧光体5的方向不同的方向上。

本示例性实施例与第三示例性实施例的类似之处在于：荧光体5将p偏振光B1p的一部分转换为具有与p偏振光B1p的波长不同的波长的荧光光，并发出荧光光和具有与p偏振光B1p的波长相同的波长的非转换光。

接来下，参照图14B，给出直到从荧光体5发出的荧光光到达镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。在荧光光从透镜单元4行进到镜3之前的过程与第三示例性实施例的过程类似。在区域32中设置具有与镜323的特性类似的特性的镜326。设置在区域31中的PBS 316具有与PBS 313的特性类似的特性。因此，到荧光光RG31、荧光光RG32和非转换光B32被引导到照明光学系统之前的过程与第三示例性实施例的过程类似。此外，到p偏振光B31p穿过区域31并返回到光源1之前的过程也与第三示例性实施例的过程类似。此外，到s偏振光B31s在与光源1的方向不同的方向上被引导之前的过程也与第三示例性实施例的过程类似。

接下来，参照图14C，给出直到在与荧光体5的方向不同的方向上被引导的s偏振光B1s返回到镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。λ/4板41和镜42被设置在与从镜3朝向荧光体5的方向不同的方向上，并且λ/4板41被设置在镜3和镜42之间。

λ/4板41改变偏振光B1s的偏振方向，所述偏振光B1s是针对蓝光B1要在与从镜3朝向荧光体5的方向不同的方向上被引导的光。

镜42将被λ/4板41改变了偏振方向的光再次引导到λ/4板41。然后，镜42还将被λ/4板41再次改变了偏振方向的光在从λ/4板41朝向镜3的方向上进行引导。

更具体地说，s偏振光B1s被入射在λ/4板41上，s偏振光B1s的偏振方向被λ/4板41改变。然后，s偏振光B1s被镜42反射，并再次入射在λ/4板41上，s偏振光B1s的偏振方向再次被λ/4板41改变。如上所述，s偏振光B1s被入射在λ/4板41上两次，以使得s偏振光B1s被转换为p偏振光B319p并被入射在区域31上。如上所述，由于PBS 316被设置在区域31中，因此p偏振光B319p穿过PBS 316并被引导到照明光学系统。

如上所述，在本示例性实施例中，来自光源1的光的主要分量是p偏振光，并且少许s偏振光被添加到该光中。在根据本示例性实施例的结构中，用于发出这种光的光源和PBS被结合在一起。同样，使用该构造，能够减少返回到光源的非转换光的量，从而投影更亮的图像。此外，在本示例性实施例中，不同于第三和第四示例性实施例，能够将p偏振光和s偏振光二者都引导到照明光学系统。

在与光源1的方向不同的方向上所设置的照明光学系统包括复眼透镜。如果复眼透镜的各透镜胞元的对角线长度大于p偏振光B319p的光束直径，则复眼透镜的透镜胞元被不均匀地照明。这导致从复眼透镜引导到液晶面板上的光的亮度不均匀。

由此，在本示例性实施例中，复眼透镜的各透镜胞元的对角线长度小于p偏振光B319p的光束直径。因此，能够均匀地照射复眼透镜的透镜胞元，并且还能够均匀地照亮液晶面板。

图15A、图15B和图15C是例示根据本发明的第七示例性实施例的光源装置的结构的视图。本示例性实施例在光源1和荧光体5之间的位置关系上与第六示例性实施例不同。更具体地说，在第六示例性实施例中，光源1、镜3和荧光体5以直线排列。与此相反，在本示例性实施例中，光源1、镜3和荧光体5不以直线排列。此外，与第六示例性实施例中的蓝光B1类似地，本示例性实施例中的作为来自光源1的光的蓝光B1是包括p偏振光B1p和s偏振光B1s的偏振光。

首先，参照图15A，给出直到在蓝光B1当中偏振光B1s到达荧光体5，并且偏振光B1p在与荧光体5的方向不同的方向上被引导为止的过程的描述。到蓝光B1被入射在区域31上之前的过程与第二示例性实施例的过程类似。然而，在本示例性实施例中，不同于第二示例性实施例，在区域31中设置具有与第四示例性实施例的特性类似的特性的PBS 317。因此，在入射在区域31上的蓝光B1当中，偏振光B1s(s偏振光)被PBS 317反射并引导到荧光体5。然后，偏振光B1s到达荧光体5。另一方面，在蓝光B1当中，偏振光B1p(p偏振光)穿过区域31并在与荧光体5的方向不同的方向上被引导。在本示例性实施例中，与第六示例性实施例类似地，在与荧光体5的方向不同的方向上设置λ/4板41和镜42。

本示例性实施例与第四示例性实施例的类似之处在于：荧光体5将s偏振光B1s的一部分转换为具有与s偏振光B1s的波长不同的波长的荧光光，并发出荧光光和具有与s偏振光B1s的波长相同的波长的非转换光。

接下来，参照图15B，给出直到从荧光体5发出的荧光光到达镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。到荧光光从透镜单元4行进到镜3之前的过程与第四示例性实施例的过程类似。在区域32中设置具有与镜324的特性类似的特性的镜327。在区域31中设置的PBS 317具有与PBS 314的特性类似的特性。因此，到荧光光RG31、荧光光RG32和非转换光B32被引导到照明光学系统之前的过程与第四示例性实施例的过程类似。此外，到s偏振光B31s被PBS 317反射并返回到光源1之前的过程也与第四示例性实施例的过程类似。另外，到p偏振光B31p在与光源1的方向不同的方向上被引导之前的过程也与第四示例性实施例的过程类似。

接下来，参照图15C，给出直到在与荧光体5的方向不同的方向上被引导的偏振光B1p返回到镜3并被引导到照明光学系统为止的过程的描述。与第六示例性实施例类似地，偏振光B1p的偏振方向被λ/4板41改变，并且偏振光B1p被镜42被再次入射在λ/4板41上。然而，在第六示例性实施例中，偏振光B1s被转换为偏振光B319p并返回到镜3，然而，在本示例性实施例中，偏振光B319s(s偏振光)返回到镜3。返回到镜3的偏振光B319s被入射在区域31上并被PBS 317反射。然后，偏振光B319s被引导到照明光学系统。

如上所述，在本示例性实施例中，与第六示例性实施例类似地，也能够将p偏振光和s偏振光二者都引导到照明光学系统。

在本示例性实施例中，在照明光学系统中包括的复眼透镜的各个透镜胞元的对角线长度小于s偏振光B319s的光束直径。因此，与第六示例性实施例类似地，能够均匀地照亮液晶面板。

(其他示例性实施例)

在以上示例性实施例中，作为能够安装根据本发明的示例性实施例的光源装置的投影显示装置的结构，示出了反射型液晶投影仪作为示例。然而，本发明不限于此。作为另一种选择，可以使用任何图像显示装置，例如投影仪或利用透过式液晶面板的电视。

此外，在以上示例性实施例中，作为能够安装根据本发明的示例性实施例的光源装置的投影显示装置的结构，作为示例，来自光源装置的光被首先入射在偏光板上。然而，本发明不限于此。例如，可以设置使用复眼透镜和偏振转换元件的、用于将非偏振光转换为线性偏振光的积分器来替代偏光板，只要使用投影显示装置即可。

此外，在以上示例性实施例中，作为能够安装根据本发明的示例性实施例的光源装置的投影显示装置的结构，示出了投影透镜作为示例。然而，本发明不限于此。例如，可以采用使用可安装和可拆卸的投影透镜的结构，只要使用投影显示装置即可。

此外，在以上示例性实施例中，描述了利用用于发出蓝光的LD光源的光源装置作为示例。然而，本发明不限于此。例如，可以使用蓝色LED光源，只要光源发出在蓝色波长范围内的光即可。此外，例如，可以使用用于发出绿光或红光的LD光源，只要能够显示彩色图像即可。此外，在以上一些示例性实施例中，示出了利用用于发出包括p偏振光和s偏振光的偏振光的LD光源的光源装置作为示例。然而，本发明不限于此。例如，可以使用用于发出非偏振光的LED光源，只要减少返回到光源的非转换光的量即可。此外，作为用于发出圆偏振光的光源，例如可以将λ/4板和LD光源结合在一起。

此外，在以上示例性实施例中，作为示例，示出了仅包括LD光源作为用于发出蓝光的光源的光源装置。然而，本发明不限于此。例如，除了LD光源以外还可以包括蓝色LED光源，只要减少返回到光源的非转换光的量即可。在添加了蓝色LED光源的结构中，非转换光的一部分被引导到照明光学系统，从而能够进一步地减少蓝色LED光源的输出。

此外，在以上示例性实施例中，被构造成将白光(可见光)引导到照明光学系统的光源装置和投影显示装置被描述为示例。然而，本发明不限于此。作为一种选择，投影显示装置可以被构造成仅投影红外光和紫外光来替代可见光，或除红外光和紫外光以外还投影可见光。或者，可以使用安装在该投影显示装置上的光源装置。

此外，在以上一些示例性实施例中，针对蓝光描述了使用用于透过p偏振光并反射s偏振光的PBS的光源装置的结构作为示例。然而，本发明不限于此。例如，针对蓝光可以使用具有反射p偏振光并透过s偏振光的特性的PBS，只要减少返回到光源的非转换光的量即可。

此外，在以上一些示例性实施例中，作为示例描述了使用具有透过蓝光并反射波长比蓝光的波长更长的可见光的特性的分色镜的光源装置的结构。然而，本发明不限于此。作为另一种选择，可以根据来自光源的光的波长来适当地改变分色镜的反射特性，只要减少返回到光源的非转换光的量即可。此外，可以提供诸如用于不论波长如何都反射光的镜来替代第二区域中的分色镜的反射方法，只要减少返回到光源的非转换光的量即可。作为另一种选择，可以在第二区域中提供诸如用于不论波长如何都透过光的玻璃的透过方法。

此外，在以上示例性实施例中，作为具有正光焦度的透镜单元，示出了包括三个透镜的结构作为示例。然而，本发明不限于此。例如，可以采用包括一个透镜、两个透镜或三个以上的透镜的结构，只要整个透镜单元具有正光焦度即可。作为包括三个透镜的聚光透镜单元，三个透镜可以以一体化的方式被附装到光源装置，或者三个透镜中的各个可以被独立地附装到光源装置。

表1描述了当透镜单元4包括四个透镜时的数值示例。

在表1中，表面编号是从光源1侧按顺序对各个透镜的表面分配的编号。此外，R表示曲率半径，d表示表面距离(距下一个表面的物理距离)，以及n_d和v_d分别表示玻璃材料的d-线的折射率和色散系数(Abbe number)。有效直径将光线在表面上穿过的有效区域表示为直径。

根据通过以下表达式(1)所表示的函数，表面编号的右侧添加有星号(*)的表面表示非球面形状，并且函数的系数表示在表2中。在表达式(1)中，X表示与图2A、图2B和图2C中的横截面平行的横截面在光轴方向上的坐标，Y表示与图2A、图2B和图2C中的横截面平行的横截面在与光轴正交的方向上的坐标。

如图16中所示，透镜单元4从光源1(未示出)侧按顺序包括具有正折射光焦度并在光源1侧凸起的凹凸透镜G1、具有正折射光焦度并在光源1侧凸起的凹凸透镜G2、具有负折射光焦度的球面透镜G3以及具有正折射光焦度且在光源1侧的表面具有非球面形状的非球面透镜G4。

该结构是用于满足以下针对透镜单元4的两个需求的最小结构。

首先，为了尽可能多地引入从荧光体5作为散射光发出的荧光光，透镜单元4以最大可能的角度引入荧光光，并且发出荧光光作为近似平行的光束。这样能够进一步增加光源装置的光使用效率。

其次，从荧光体5发出的荧光光是如图3B中所示的波长范围非常宽的的光。因此，由于各波长的折射率的不同，因此，当在照明光学系统中使用时，荧光光可能会导致色度的恶化和颜色的不均匀。因此，针对荧光光，除了球面像差以外，还需要适当地修正色差。

如上所述，期望透镜单元4应该以最大可能的角度引入荧光光。对于数值孔径(NA)，期望透镜单元4应该引入具有最大可能的NA的光线。然而，一般地，穿过球面透镜的外围部的光线比穿过中心部的光线被更强烈地折射，并且在从穿过中心部的光线与光轴相交的位置移位后的位置处与光轴相交。这会导致所谓的球面像差。也就是说，光线的NA越大，就越可能产生球面像差。因此，具有负折射光焦度的球面透镜G3引起与具有正折射光焦度的凹凸透镜G1和G2的像差相反的像差，从而抵消球面像差。

即使在球面像差被修正的情况下，由于各波长的折射率的不同，因而使各个波长的光线与光轴相交的位置被移位。这会引起所谓的轴向色差。因此，各自都具有大的色散系数(低色散)的凹凸透镜G1和G2与具有小的色散系数(高色散)的球面透镜G3被组合使用，以修正轴向色差。轴向色差的修正还可以修正由轴向色差引起的颜色耀斑(color flare)。

为了满足这些条件，在根据本数值实例的透镜单元4中，放置具有高色散负折射光焦度的双凹透镜作为球面透镜G3。此外，非球面透镜G4尤其用于修正穿过透镜的外围部的光线的折射角，从而修正无法被球面透镜G3消除的球面像差。

此时，如果形成球面透镜G3的折射光焦度相对于整个透镜单元4的折射光焦度和非球面透镜G4的折射光焦度过强，或者，相反地，过弱，则不能适当地进行以上修正。在本数值示例中，使用焦距来确定用于球面透镜G3和非球面透镜G4的折射光焦度的、能够进行适当修正的条件。

当球面透镜G3的焦距是f3、非球面透镜G4的焦距是f4并且整个透镜单元4的焦距是f时，期望应该满足以下条件：

1.0＜|f3/f|＜3.5

1.5＜|f3/f4|＜4.5

此外，更加期望应该满足以下条件：

1.8＜|f3/f|＜2.8

2.5＜|f3/f4|＜3.5

以上条件表达式的值和本示例性实施例中的透镜的焦距在表3中表示。

(表1)

(表2)非球面系数

表面编号 K A4 A6 A8 A10 A12

7 -3.5393 9.6030e-5 7.3267e-6 -1.1679e-7 -7.8246e-10

1.9452e-11

(表3)焦距和条件表达式的值

f 16.501

f1 44.436

f2 34.253

f3 -36.794

f4 11.994

|f3/f|＝2.23

|f3/f4|＝3.08

此外，在以上示例性实施例中，第一区域位于光学元件的中心，第二区域位于第一区域的外周。然而，本发明不限于此。例如，第一区域和第二区域可以位于偏离光学元件的中心的位置，只要减少返回到光源的非转换光的量即可。

此外，在以上的一些示例性实施例中，示出了在第一区域中设置分色镜的结构作为示例。然而，本发明不限于此。例如，可以使用分光棱镜，只要减少返回到光源的非转换光的量即可。

此外，在以上示例性实施例中，示出了以一体化的方式形成光学元件的结构作为示例。然而，本发明不限于此。例如，可以相互毗邻地设置具有相互不同的反射特性的独立的两种类型的镜，只要设置具有相互不同的特性的两个区域即可。

此外，在上述一些示例性实施例中，示出了使用分色镜和用于反射所有的可见光的镜的结构作为示例。作为另一种选择，这些元件可以为例如金属镜和电介质多层镜，只要能够实现以上示例性实施例中的特性即可。

此外，在以上示例性实施例中，示出了包括光源、透镜、镜、透镜单元和荧光体的结构作为示例。然而，本发明不限于此。例如，可以既不使用透镜也不使用透镜单元，或者，可以仅使用透镜或透镜单元，只要能够减少返回到光源的非转换光的量即可。

此外，在以上示例性实施例中，作为来自光源的光被入射在第一区域上的结构，透镜被放置在来自光源的光的行进方向上。然而，本发明不限于此。例如，来自多个光源的光可以被压缩、转换为平行光并入射在第一区域上，只要来自光源的光被入射在第一区域上即可。

此外，在以上示例性实施例中，示出了可以安装根据本发明的示例性实施例的光源装置的投影显示装置作为示例。然而，本发明不限于此。作为另一种选择，可以安装根据本发明的示例性实施例的光源装置作为例如针对液晶显示器或电子取景器的背光源。

此外，在以上示例性实施例中，区域31和复眼透镜之间的关系如图17中所示。参照图17，以下给出基于第二示例性实施例的描述。然而，图17中所示的结构也用于其他示例性实施例。

图17例示了在上述照明光学系统中所包括的复眼透镜40。针对来自荧光体5的光，入射在区域31上的非转换光返回到光源1侧，然而，入射在区域31上的荧光光穿过区域31并被入射在复眼透镜40上。另一方面，入射在区域32上的非转换光和荧光光二者都入射在复眼透镜40上。在图17至图22中，与复眼透镜40的透镜胞元的光轴平行的方向是z轴方向，来自光源1的光束的行进方向是x轴方向，以及与z轴方向和x轴方向正交的方向是y轴方向。此外，图18至图21A和图21B中例示的点线的椭圆是非转换光和通过透镜单元4而从荧光体5行进到镜3的荧光光的轮廓。

在此情况下，照明光学系统(未示出)包括作为第一复眼透镜的复眼透镜40、第二复眼透镜和聚光透镜。例如，考虑这样的情况：区域31的边与复眼透镜40的透镜胞元之间的界线不一致。在此情况下，当沿着复眼透镜40的透镜胞元的光轴方向进行观察时，预定的透镜胞元的局部区域与区域31重叠，其他区域与区域31不重叠。

也就是说，从荧光体5穿过区域31外部的非转换光被入射在透镜胞元的局部区域上。然而，由于区域31反射非转换光，因此非转换光没有入射在其他区域上。

换句话说，预定的透镜胞元包括非转换光被入射的区域和非转换光未被入射的区域。这可能会导致颜色不均匀。

作为第一复眼透镜的复眼透镜40的各个透镜胞元与液晶面板35光学地共轭。穿过复眼透镜40的透镜胞元的光束被第二复眼透镜和聚光透镜叠加到液晶面板35上。

因此，如果在复眼透镜40的预定的透镜胞元中出现颜色不均匀，则在所投影的图像中也可能会出现颜色不均匀。

因此，在本发明的各个示例性实施例中，沿着复眼透镜40的透镜胞元的光轴方向所观察的区域31的面积是A，沿着复眼透镜40的透镜胞元的光轴方向所观察的各个透镜胞元的面积是B，n是自然数。另外，n是1或更大的自然数。此时，根据本发明的示例性实施例的光源光学系统满足：

B×(n-0.1)≤A≤B×(n+0.1)

换句话说，面积A是在多个透镜胞元中的预定的透镜胞元的光轴方向上所观察的区域31的面积。以及，面积B是在多个透镜胞元中的预定的透镜胞元的光轴方向上所观察的预定的透镜胞元的面积。

更加期望根据本发明的示例性实施例的光源光学系统应该满足：

B×(n-0.05)≤A≤B×(n+0.05)

此外，更加期望根据本发明的示例性实施例的光源光学系统应该满足：

B×n＝A

当如图18和图19A所示，沿着复眼透镜40的透镜胞元的光轴方向所观察的区域31的面积A是沿着复眼透镜40的透镜胞元的光轴方向所观察的各个透镜组件的面积B的近似整数倍时，满足以上条件表达式。

换句话说，区域31的面积A和透镜胞元的面积B是通过在与复眼透镜40的透镜胞元的光轴正交的横截面上垂直地投影区域31和透镜胞元而获得的面积。

在本示例性实施例中，在来自区域31的光束中最外层的光线被入射在复眼透镜40的透镜胞元之间的界线上。换句话说，当在复眼透镜40的光轴方向上观察时，区域31的边与复眼透镜40的透镜胞元之间的界线相一致(重叠)。此时，如果满足以上条件表达式，则能够减少在复眼透镜40的透镜胞元中的颜色不均匀和在所投影的图像中的颜色不均匀。

也就是说，当在复眼透镜40的透镜胞元的光轴方向上观察时，并且当与复眼透镜40的各个透镜胞元的形状大致相似的形状被定义为单元形状时，区域31具有与单个单元形状相同的形状和大小的形状，或排列多个单元形状的形状。当在复眼透镜40的透镜胞元的光轴方向上观察时，单元形状的面积与复眼透镜40的透镜胞元的面积B相同。

在图18和图19A和图19B中，当复眼透镜40的各个透镜胞元的一边的尺寸是Fx且另一边的尺寸是Fy时，区域31的面积是4FxFy。也就是说，在透镜胞元的光轴方向上所观察的区域31的一边和另一边的尺寸是通过将Fx和Fy与相同的因子相乘而获得的。然而，本发明不限于此。例如，结构可以是：在透镜胞元的光轴的方向上所观察的区域31的一边的尺寸为Fx，而另一边的尺寸是2Fy。

也就是说，来自光源1的光束的行进方向是第一方向(y轴方向)，与复眼透镜40的透镜胞元的光轴平行的方向是第二方向(z轴方向)，并且与第一方向和第二方向正交的方向是第三方向(x轴方向)。

然后，当在复眼透镜40的透镜胞元的光轴的方向上观察时，复眼透镜40的各个透镜胞元在第一方向上的尺寸是Fy，区域31在第一方向上的尺寸是fy。此外，复眼透镜40的透镜胞元在第三方向上的尺寸是Fx，区域31在第三方向上的尺寸是fx，n是自然数。

此时，期望应该满足以下条件：

Fy×(n-0.1)≤fy≤Fy×(n+0.1)

Fx×(n-0.1)≤fx≤Fx×(n+0.1)

当在复眼透镜40的光轴的方向上观察时，区域31的边无需与复眼透镜40的透镜胞元之间的界线完全一致。

具体地，当在区域31的边和复眼透镜40的透镜胞元间的界线之间在第一方向上的距离是Ey时，在区域31的边与复眼透镜40的透镜胞元间的界线之间在第三方向上的距离是Ex。此时，可以仅需满足：

Ey/Fy≤0.05

Ex/Fx≤0.05

如图19B中所示，Ex和Ey是区域31的边和复眼透镜40的透镜胞元间的界线之间的全部偏移量。

在图18和图19中，区域31的面积A是4FxFy(各个透镜胞元的面积B的四倍)。然而，本发明的示例性实施例不限于此。

如图20A和图20B中所示，区域31的面积可以为2FxFy。区域31可以是如图20A中所示的在垂直方向上长，或者，可以是如图20B中所示的在水平方向上长。

此外，如图20C所示，区域31可以不是矩形而可以是十字形。

在此情况下，也期望区域31的边应当与复眼透镜40的透镜胞元之间的界线相一致，同时，区域31的面积A应当为透镜胞元的面积B的近似整数倍。

此外，如图20D中所示，如果设置多个区域31且没有被连接在一起，则期望各个区域31应该满足以上条件表达式，并且多个区域31的边应该与复眼透镜40的透镜胞元之间的界线相一致。

此外，可以改变第二示例性实施例以具有图21A和图21B中所示的结构。在区域31和区域32的排布方向上，图6A、图6B和图6C中所示的结构与图21A和图21B中所示的结构不同。

在图21A和图21B中所示的结构中，镜3被构造为使得区域31和区域32的排布方向与平行于来自光源1的光的行进方向和复眼透镜40的透镜胞元的光轴的横截面正交。

被构造成如图21A和图21B中所示的光源装置可以实现更小的光源装置。具体地，如图22中所示，在图21A和图21B中例示的结构能够使复眼透镜40和透镜单元4相互更加靠近。

如图22中所示，在透镜单元4中最靠近镜3侧放置的透镜的表面顶点与复眼透镜40的透镜胞元的表面顶点之间的距离为L。此外，在与来自光源1的光的行进方向和复眼透镜40的透镜胞元的光轴平行的横截面中镜3的长边的尺寸为D。然后，在与来自光源1的光的行进方向和复眼透镜40的透镜胞元的光轴平行的横截面中、在镜3的长边和复眼透镜40的透镜胞元的光轴之间的角度是θ。此时，期望根据本发明的各个示例性实施例的光源光学系统应该满足：

Dcosθ≤L＜5D

该结构能够实现更小的光源装置。

虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对下列权利要求的范围赋予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构及功能。

Claims (20)

1.一种用于将来自光源的光引导到包括多个透镜胞元的复眼透镜的光源光学系统，该光源光学系统包括：

波长转换元件，其被构造成将来自所述光源的光转换为具有与来自所述光源的光的波长不同的波长的转换光，并发出所述转换光和具有与来自所述光源的光的波长相同的波长的非转换光；以及

包括第一区域和第二区域的光学元件，所述第一区域将来自所述光源的光通过透镜单元引导到所述波长转换元件，所述第二区域将所述转换光和所述非转换光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导，

其中，来自所述光源的光入射在所述光学元件的所述第一区域上，所述转换光和所述非转换光入射在所述光学元件的所述第一区域和所述第二区域上，

其中，当沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的所述第一区域的面积是A，沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的各个透镜胞元的面积是B，并且n是自然数时，满足：B×(n-0.1)≤A≤B×(n+0.1)；

其中，在所述复眼透镜上，当在第一区域的边和所述复眼透镜的透镜胞元间的界线之间在第一方向上的距离是Ey，在第一区域的边和所述复眼透镜的透镜胞元间的界线之间在与第一方向正交的第二方向上的距离是Ex，所述复眼透镜的各个透镜胞元的边在第一方向上的尺寸是Fy，所述复眼透镜的各个透镜胞元的边在第二方向上的尺寸是Fx，满足以下条件：

Ey/Fy≤0.05以及

Ex/Fx≤0.05。

2.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，当与所述光学元件平行的平面是基准面，所述第一区域被垂直地投影到所述基准面上的区域是第一投影区域，并且所述光学元件被垂直地投影到所述基准面上的区域是第二投影区域时，所述第一投影区域的重心与所述第二投影区域的重心偏心。

3.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，所述第一区域包括 多个第一区域。

4.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，在所述第一区域中设置分色镜，所述分色镜被构造成将具有与来自所述光源的光的波长相同的波长的光引导到所述波长转换元件，并将具有与来自所述光源的光的波长不同的波长的光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导。

5.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，在所述第一区域中设置偏振光束分光器，所述偏振光束分光器被构造成将p偏振光和s偏振光中的任一个引导到所述波长转换元件，并将另一个偏振光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导。

6.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，在所述第一区域中设置开口部。

7.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，在所述第二区域中设置被构造成不论波长如何都反射光的反射面，并且

其中，所述波长转换元件沿从所述光源发出的光从所述光源向所述光学元件行进的光学路径而设置。

8.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，在所述第二区域中设置被构造成不论波长如何都透过光的透过面，并且

其中，所述波长转换元件沿来自所述光源的光被所述光学元件反射的光学路径而设置。

9.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，在所述第二区域中设置开口部，

其中，所述波长转换元件被设置在来自所述光源的光被所述光学元件反射的方向上，并且

其中，从所述透镜单元发出的光通量在与所述光学元件平行的平面上的横截面的面积大于所述第一区域垂直地投影到与所述光学元件平行的平面上的投影区域的面积。

10.根据权利要求1所述的光源光学系统，

其中，所述透镜单元被构造成具有正光焦度，以将来自所述光源的 光引导到所述波长转换元件，并且还将所述转换光和所述非转换光引导到所述光学元件。

11.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，从所述波长转换元件发出的并沿着所述透镜单元的光轴穿行的光线被构造成入射在所述第二区域上。

12.根据权利要求1所述的光源光学系统，其中，所述透镜单元从所述光学元件侧按顺序包括具有正折射光焦度并在所述光学元件侧凸起的凹凸透镜G1、具有正折射光焦度并在所述光学元件侧凸起的凹凸透镜G2、具有负折射光焦度的透镜G3和具有正折射光焦度的非球面透镜G4。

13.根据权利要求12所述的光源光学系统，其中，当透镜G3的焦距是f3，非球面透镜G4的焦距是f4，并且整个透镜单元的焦距是f时，满足：

1.0<|f3/f|<3.5

1.5<|f3/f4|<4.5。

14.根据权利要求1所述的光源光学系统，该光源光学系统还包括：

λ/4板，其被构造成转换在来自所述光源的光中、在与从所述光学元件朝向所述波长转换元件的行进方向不同的方向上被引导的光的偏振方向；以及

反射部件，其被构造成将偏振方向已被所述λ/4板转换的光再次引导到所述λ/4板，并且还将已被所述λ/4板再次转换偏振方向的光在从所述λ/4板朝向所述光学元件的方向上进行引导，

其中，所述λ/4板被设置在所述光学元件和所述反射部件之间。

15.一种光源光学系统，用于将来自光源的光引导到包括多个透镜胞元的复眼透镜，该光源光学系统包括：

波长转换元件，其被构造成将来自光源的光转换为具有与来自所述光源的光的波长不同的波长的转换光，并发出所述转换光和具有与来自所述光源的光的波长相同的波长的非转换光；以及

包括第一区域和第二区域的光学元件，所述第一区域具有将来自所 述光源的光通过透镜单元引导到所述波长转换单元的特性，所述第二区域具有将所述转换光和所述非转换光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导的特性，

其中，来自所述光源的光入射在所述第一区域上，所述转换光和所述非转换光入射在所述第一区域和所述第二区域上，并且

其中，所述光学元件被构造成使得所述第一区域和所述第二区域的布置方向与平行于来自光源的光的行进方向和所述透镜单元的光轴的横截面正交。

16.根据权利要求15所述的光源光学系统，其中，当所述透镜单元中的最靠近所述光学元件侧放置的透镜的表面顶点与透镜胞元的表面顶点之间的距离是L，在与从所述光源发出的光的行进方向和所述透镜胞元的光轴平行的横截面中所述光学元件的长边的尺寸是D，并且在与从所述光源发出的光的行进方向和所述透镜胞元的光轴平行的横截面中所述光学元件的长边与所述透镜胞元的光轴之间的角度是θ时，满足：

Dcosθ≤L<5D。

17.一种光源装置，该光源装置包括：

光源；以及

用于将来自所述光源的光引导到包括多个透镜胞元的复眼透镜的光源光学系统，

其中，所述光源光学系统包括：

波长转换元件，其被构造成将从所述光源发出的光转换为具有与从所述光源发出的光的波长不同的波长的转换光，并发出所述转换光和具有与来自所述光源的光的波长相同的波长的非转换光；以及

包括第一区域和第二区域的光学元件，所述第一区域具有将来自所述光源的光通过透镜单元引导到所述波长转换元件的特性，所述第二区域具有将所述转换光和所述非转换光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导的特性，

其中，来自所述光源的光入射在所述第一区域上，所述转换光和所 述非转换光入射在所述第一区域和所述第二区域上，

其中，当沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的所述第一区域的面积是A，沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的各个透镜胞元的面积是B，并且n是自然数时，满足：B×(n-0.1)≤A≤B×(n+0.1)；

其中，在所述复眼透镜上，当在第一区域的边和所述复眼透镜的透镜胞元间的界线之间在第一方向上的距离是Ey，在第一区域的边和所述复眼透镜的透镜胞元间的界线之间在与第一方向正交的第二方向上的距离是Ex，所述复眼透镜的各个透镜胞元的边在第一方向上的尺寸是Fy，所述复眼透镜的各个透镜胞元的边在第二方向上的尺寸是Fx，满足以下条件：

Ey/Fy≤0.05以及

Ex/Fx≤0.05。

18.一种光源装置，该光源装置包括：

光源；以及

用于将来自所述光源的光引导到包括多个透镜胞元的复眼透镜的光源光学系统，

其中，所述光源光学系统包括：

波长转换元件，其被构造成将来自所述光源的光转换为具有与来自所述光源的光的波长不同的波长的转换光，并发出所述转换光和具有与来自所述光源的光的波长相同的波长的非转换光；以及

包括第一区域和第二区域的光学元件，所述第一区域具有将来自所述光源的光通过透镜单元引导到所述波长转换单元的特性，所述第二区域具有将所述转换光和所述非转换光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导的特性，

其中，来自所述光源的光入射在所述第一区域上，所述转换光和所述非转换光入射在所述第一区域和所述第二区域上，并且

其中，所述光学元件被构造成使得所述第一区域和所述第二区域的布置方向与平行于来自光源的光的行进方向和所述透镜单元的光轴的横 截面正交。

19.一种图像投影装置，该图像投影装置包括：

光调制元件；

光源装置；以及

用于将来自所述光源装置的光引导到所述光调制元件的照明光学系统，

其中，所述光源装置包括：

光源；以及

用于将来自所述光源的光引导到包括多个透镜胞元的复眼透镜的光源光学系统，

其中，所述光源光学系统包括：

波长转换元件，其被构造成将从所述光源发出的光转换为具有与从所述光源发出的光的波长不同的波长的转换光，并发出所述转换光和具有与来自所述光源的光的波长相同的波长的非转换光；以及

包括第一区域和第二区域的光学元件，所述第一区域具有将来自所述光源的光通过透镜单元引导到所述波长转换元件的特性，所述第二区域具有将所述转换光和所述非转换光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导的特性，

其中，来自所述光源的光入射在所述第一区域上，所述转换光和所述非转换光入射在所述第一区域和所述第二区域上，

其中，当沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的所述第一区域的面积是A，沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的各个透镜胞元的面积是B，并且n是自然数时，满足：

B×(n-0.1)≤A≤B×(n+0.1)；

其中，在所述复眼透镜上，当在第一区域的边和所述复眼透镜的透镜胞元间的界线之间在第一方向上的距离是Ey，在第一区域的边和所述复眼透镜的透镜胞元间的界线之间在与第一方向正交的第二方向上的距离是Ex，所述复眼透镜的各个透镜胞元的边在第一方向上的尺寸是Fy， 所述复眼透镜的各个透镜胞元的边在第二方向上的尺寸是Fx，满足以下条件：

Ey/Fy≤0.05以及

Ex/Fx≤0.05。

20.一种图像投影装置，该图像投影装置包括：

光调制元件；

光源装置；以及

用于将来自所述光源装置的光引导到所述光调制元件的照明光学系统，

其中，所述光源装置包括：

光源；以及

光源光学系统，用于将来自光源的光引导到包括多个透镜胞元的复眼透镜，

其中，所述光源光学系统包括：

波长转换元件，其被构造成将来自所述光源的光转换为具有与来自所述光源的光的波长不同的波长的转换光，并发出所述转换光和具有与来自所述光源的光的波长相同的波长的非转换光；以及

包括第一区域和第二区域的光学元件，所述第一区域具有将来自所述光源的光通过透镜单元引导到所述波长转换单元的特性，所述第二区域具有将所述转换光和所述非转换光在与所述光源的方向不同的方向上进行引导的特性，

其中，来自所述光源的光入射在所述第一区域上，所述转换光和所述非转换光入射在所述第一区域和所述第二区域上，并且

其中，所述光学元件被构造成使得所述第一区域和所述第二区域的布置方向与平行于来自光源的光的行进方向和所述透镜单元的光轴的横截面正交。