CN105842969B - 光源装置和具有光源装置的投影仪 - Google Patents

光源装置和具有光源装置的投影仪 Download PDF

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Abstract

光源装置具有多个半导体激光器，其中荧光体的发光效率的恶化可减小。在聚光区域中，具有希望的尺寸和纵横比的聚光点形状(光束形状)可被获得。光源装置和使用该光源装置的投影仪能够以低的制造成本提供。光源装置1包括具有半导体激光器12A，12B和准直透镜13的多个光源10A，10B，将来自光源10A，10B的光会聚的聚光透镜20，布置在光源10A，10B和聚光透镜20之间并且被构造成允许来自光源的光穿过其中的光学部件70，以及具有荧光体32并且被构造成允许由聚光透镜20会聚的光穿过其中的荧光体轮30。光学部件70具有从垂直于准直透镜13的光轴的平面倾斜的倾斜光学表面74，该倾斜光学表面对于每个光源10A，10B具有不同的倾斜角。一些半导体激光器12A，12B是使它的聚光点形状的短轴在第一方向对准的第一半导体激光器12A，一些半导体激光器是使它的聚光点形状的短轴在不同于所述第一方向的第二方向对准的第二半导体激光器12B。光扩散层布置在第一半导体激光器12A或第二半导体激光器12B的发射光的光路上。光散射层72被布置在第一半导体激光器12A或者第二半导体激光器12B的发射光的光路上。投影仪包括光源装置1。

Description

光源装置和具有光源装置的投影仪
技术领域
本公开涉及光源装置和具有光源装置的投影仪。
背景技术
近年来，分时(time-sharing)类型的投影仪已经变得流行起来，其中，多个波长的光以分时方式提取(extracted)，提取的多个波长的光被相继地调制以形成和投射图像。通过这样的光源装置，从光源发射的光例如白光被允许入射到以恒定速度自旋的旋转轮上，多个波长的光(例如，蓝光，绿灯，红光)可以以分时方式被提取。
还有，已经提出了一种光源装置，包括被构造成发射单个波长的光的光源例如半导体激光器，以及旋转轮，在旋转轮中荧光层被布置成替代滤色器，从光源例如半导体激光器发射的单个波长的光被允许入射到旋转轮上以使得多个波长的光以分时方式被提取。例如，从半导体激光器发射的蓝光可通过荧光体(phosphor)转换为绿光或红光。
这样的装置的一个例子在JP 2011-133782A中被提出，其中为了在投射光时获得均匀亮度，每个都发射基本上椭圆形横截面的光的多个激光源被布置成以使得激光源的椭圆形横截面的长轴方向相继地变化以当从多个激光源发射的光被聚在荧光体层上时加宽所述投影区域。
还有，在JP 2012-215633A中提出的装置中，多个激光源以彼此一定间隔布置并且设置在发射表面侧处并且与相应的激光源对应的准直透镜以偏移的(shifted)距离布置以使得激光源的光聚在荧光体层上的不同点上，以使得光密度可在当激励所述荧光体时减小。
还有，在JP 2012-159603A中提出的装置中，衍射光学元件设置在激光源和荧光体轮之间以使得激光束可聚在荧光体层上的多个点上，由此光密度可在当激励所述荧光体时减小。
如在JP 2011-133782A中示出的光源装置中，在其中每个都发射基本上椭圆形横截面的光的多个激光源被布置成以使得激光源的椭圆形横截面的长轴方向相继地变化的情况下，激光源的长轴方向需要分别被调节。另外，激光束被聚在相同位置，导致在中心部分光密度高以及荧光体发光效率降低。
在JP 2012-215633A中示出的光源装置的情况下，激光源的光被聚在不同点上，允许聚光点的变化，但是从准直透镜发射的平行光由于它的小的聚光直径而具有高的光密度，其可导致发光效率降低。此外，在JP 2011-133782A和JP 2012-215633A中示出的光源装置中，在聚光透镜的聚光区域处的光束形状取决于半导体激光器的远场图案或近场图案，以使得希望尺寸的光束形状和/或希望纵横比的光束形状难以获得。
在JP2012-159603A中示出的光源装置的情况下，衍射光学元件的使用要求高的成本。
发明内容
根据本公开的一个实施例的光源装置包括：多个光源，每个光源具有半导体激光器和准直透镜；会聚来自于光源的光的聚光透镜；布置在光源和所述聚光透镜之间的光学部件；以及具有荧光体并且允许由聚光透镜会聚的光穿过其中的荧光体轮。光学部件具有倾斜光学表面，该倾斜光学表面从垂直于准直透镜的光轴的平面倾斜，所述倾斜光学表面对于所述光源中的每个具有不同的倾斜角。一些半导体激光器是使它的聚光点形状的短轴在第一方向对准的第一半导体激光器，一些半导体激光器是使它的聚光点形状的短轴在不同于所述第一方向的第二方向上对准的第二半导体激光器。光扩散层布置在第一半导体激光器或第二半导体激光器的发射光的光路上。光扩散层布置在第一半导体激光器或者第二半导体激光器的发射光的光路上。
根据本公开的一个实施例的投影仪包括根据以上所述的实施例的光源装置，通过基于图像数据相继地调制由光源装置发射的多个波长的光来形成图像的光调制装置，以及放大和投射所述图像的投影装置。
如上所述的，根据本公开的一个实施例的光源装置使用多个半导体激光器，并可减小荧光体的发光效率的降低。进一步地，在光源装置中，具有希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可在它的聚光区域获得，光源装置能够以低的制造成本提供。因此，使用光源装置的投影仪能够以低的制造成本提供。
附图说明
图1A是包括示意性平面图的示意图，其示出根据本公开的一个实施例的光源装置；
图1B是包括示意性侧视图的示意图，其示出根据本公开的一个实施例的光源装置；
图2A到2C是示出根据本公开的某些实施例的光源装置的聚光区域的形状和光强度分布(横截面光强度)的形状的示意图；
图3A到3C是示出在改变形成有多个准直透镜并且具有光扩散层的透镜阵列的位置的情况下聚光区域的形状和横截面光强度的形状的示意图；
图4A和4B是根据本公开的一个实施例的荧光体轮的示意性的平面示意图；
图5是示出激励光的强度和荧光体的输出强度之间的关系的曲线图；
图6A到6D是示出根据本公开的其他实施例的光学部件的示意图；
图7是示出具有根据本公开的一个实施例的光源的投影仪100的构造的示意图；
图8是包括示意性的平面视图的示意图，其示出根据本公开的一个其他实施例的光源装置。
具体实施方式
根据本公开的实施例1的光源装置包括每个具有半导体激光器和准直透镜的多个光源，会聚来自于光源的光的聚光透镜，布置在光源和所述聚光透镜之间的光学部件，以及具有荧光体并且允许由聚光透镜会聚的光穿过其中的荧光体轮。光学部件具有倾斜光学表面，该倾斜光学表面从垂直于准直透镜的光轴的平面倾斜，并且对于所述光源中的每个具有不同的倾斜角度。一些半导体激光器是使它的聚光点的形状的短轴在第一方向对准的第一半导体激光器，一些半导体激光器是使它的聚光点的形状的短轴在不同于所述第一方向的第二方向上对准的第二半导体激光器。光扩散层布置在第一半导体激光器或第二半导体激光器的发射光的光路上。光扩散层布置在第一半导体激光器或者第二半导体激光器的发射光的光路上。
根据本实施例，布置在光源和聚光透镜之间的光学部件具有倾斜光学表面，该倾斜光学表面从垂直于准直透镜的光轴的平面倾斜，并且对于所述光源中的每个具有不同的倾斜角。由此，从光源发射的光通过聚光透镜被会聚在荧光体轮上(也就是说，在荧光体上)的不同位置。通过该构造，在荧光体上的聚光区域处的光密度可降低，以使得从荧光体发射的光可被有效地利用。
进一步地，一些半导体激光器是使它的聚光点的形状的短轴在第一方向对准的第一半导体激光器，一些半导体激光器是使它的聚光点的形状的短轴的不同于第一方向的第二方向对准的第二半导体激光器，以及光扩散层布置在第一半导体激光器或者第二半导体激光器的发射光的光路上，以使得不同尺寸的聚光点形状(即，聚光点的光束形状，在下文中可缩写成“光束形状”)得以产生。由此，希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可在聚光透镜的聚光区域处获得。
进一步地，昂贵的部件例如衍射光学元件的使用不是要求的。由此，根据本实施例，使用多个半导体激光器以及其中荧光体的发光效率的降低可减小并且进一步地具有希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可在它的聚光区域处获得的光源装置可以低的制造成本提供。
措辞“光学部件具有关于每个光源不同的不同倾斜光学表面”包括不同的倾斜角的情况以及其中相同的倾斜角的倾斜光学表面被布置在不同方向上的情况。还包括，其中一些光源可具有相同的倾斜角并且被布置在相同的方向上的情况。进一步地，在其中相同倾斜角的倾斜角被布置在相同方向上且彼此相邻的情况下，彼此相邻的倾斜光学表面可一体地形成。光学部件形成为对应于每个光源，其中一个光学构件可设置成对应于多个光源。光学部件针对每个光源形成，以使得非常适当的聚光点形状(光束形状)可获得，由此，细致的调节可得以执行。
根据本公开的实施例2的光源装置具有如在实施例1中描述的构造，其中光扩散层形成在光学部件的光学表面上。
根据本实施例，光扩散层形成在光学部件的光学表面上，以使得具有希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可在紧凑的光源装置中获得。
还有，在光扩散层可设置在光学部件的倾斜光学表面上的某些情况下，以及在光扩散层可设置在垂直于光学部件的准直透镜的光轴的光学表面上的情况下。
根据本公开的实施例3的光源装置具有如实施例1或2中所述的多个光源的构造，其中，在所述多个光源中，具有由向相反方向倾斜180°提供的倾斜光学表面的两个第一光源和具有由向相反方向倾斜180°提供的倾斜光学表面的两个第二光源至少被包括。
根据本实施例，具有由向相反方向倾斜180°提供的倾斜光学表面的两个第一光源和具有由向相反方向倾斜180°提供的倾斜光学表面的两个第二光源至少被包括，以使得由第一光源形成的两个聚光点形状(光束形状)和由第二光源形成的两个聚光点形状(光束形状)可在相对于聚光透镜的光轴对称的位置处得以获得。由此，加宽到使聚光透镜的光轴在中心的预定程度的聚光点形状(光束形状)可被获得。
根据本公开的实施例4的光源装置具有如在实施例1到3之一中所述的构造，其中光学部件的倾斜光学表面的斜倾形成在使半导体激光器的聚光点形状的长轴在中心的旋转方向上。
根据本实施例，光学部件的倾斜光学表面的斜倾形成在使半导体激光器的聚光点形状的长轴在中心的旋转方向(还可称为聚光点形状的短轴的方向)上。由此，其中从半导体激光器发射的光重叠的区域可减小且聚光区域中的光密度的降低可被适当地获得。
在根据本公开的实施例5的光源装置中，第一方向和第二方向以成90度角度地布置。
根据本实施例，第一方向和第二方向以90度的角度布置，以使得通过使用光扩散层，具有希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可被可靠地获得。
根据本公开的实施例6的光源装置具有如实施例1中所述的构造，其中光扩散层形成在所述光学部件的光学表面上。
根据本实施例，光源被固定在支撑构件的相同平面上，以使得由光源产生的热可通过更宽的平面释放，其有助于实现更长的操作寿命。
根据本公开的实施例7的光源装置具有如在实施例1到6之一中所述的构造，其中倾斜光学表面以相对于垂直于每个准直透镜的光轴的平面成0.25到2度范围内的倾斜角得以形成。
根据本实施例，倾斜光学表面以相对于垂直于每个准直透镜的光轴的平面成0.25到2度范围内的倾斜角得以形成，以使得光可在不同位置处以适当的范围会聚。
根据本公开的实施例8的光源装置具有如在实施例1到7之一所述的构造，其中每个准直透镜被布置在不同于允许发射平行光的沿着光轴的位置的位置。
根据本实施例，每个准直透镜被布置在不同于允许发射平行光的沿着光轴的位置的位置，以使得在荧光体上的聚光区域中的光密度可减小，以及聚光点形状(光束形状)的尺寸也可被调节。
根据本公开的实施例9的光源装置具有如在实施例1到8之一中所述的构造，其中支撑构件是散热构件。
根据本实施例，支撑构件用作散热构件，以使得光源可被有效地冷却以及部件的数目也可减少以促进光源装置的小型化。
根据本公开的实施例10的光源装置具有如在实施例1到9之一中所述的构造，其中光源发射在370纳米到500纳米的波长带的光。
根据本公开的实施例11的光源装置具有如在实施例1到10之一中所述的构造，其中荧光体之一发射包含红光的光。
即使被构造成发射包括红光的光的荧光体趋向于由于温度升高而呈现波长转换效率的大的下降，根据本实施例，在荧光体上的聚光区域中的光密度可减小，以使得波长转换效率的降低可减小。
根据本公开的一个实施例的投影仪包括根据以上所述的实施例的光源装置，通过基于图像数据相继地调制由光源装置发射的多个波长的光来形成图像的光调制装置，以及放大和投影所述图像的投影装置。
如上所述的，根据本公开的一个实施例的光源装置使用多个半导体激光器，并且可减小荧光体的发光效率的降低。进一步地，在光源装置中，具有希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可在它的聚光区域处得以获得，光源装置可以以低的制造成本提供。因此，使用光源装置的投影仪可以以低的制造成本提供。
接下来，根据本公开的某些实施例的光源装置和装备有光源的投影仪将参照附图更详细地进行描述。
光源装置的综述
首先，参照图1A和图1B，根据本公开的一个实施例的光源装置将被描述。图1A是示意性的平面视图，其示出根据本公开的一个实施例的光源装置，以及示出光源装置1的平面视图。还有，在图1A的左侧处，示出了半导体激光器等的前视图，其中光源装置10A，10B的半导体激光器12A，12B从聚光透镜20侧观察。进一步地，用于限定轴的示意图示出在图1A的下部中央以示出从单个半导体激光器发射的激光的远场图案和近场图案。图1B是示意性的侧向侧视图，其示出根据本公开的一个实施例的光源装置，示出光源装置的侧向侧视图。还有，在图1B的左侧处，示出了半导体激光器等的前视图，其中光源装置10A，10B的半导体激光器12A，12B从聚光透镜20侧被观察。进一步地，用于限定轴的示意图被示出在图1A的下部中央以示出从单个半导体激光器发射的激光的远场图案和近场图案。在图1A和图1B的半导体激光器等的前视图中，从箭头A看到的光源装置1对应于本实施例的光源装置的平面视图(图1A)，以及从箭头B看到的光源装置对应于本实施例的光源装置的侧向的侧视图(图1B)。
首先，参照示出光源装置的平面视图的图1A，根据本公开的一个实施例的光源装置的综述将被描述。如图1A所示的，根据本实施例的光源装置1包括附连到散热构件60的光源10A，10B，光扩散层72，光学部件70，聚光透镜20，荧光体轮30，光接收透镜40，和旋转驱动单元50。
在本实施例中，蓝光从光源10A，10B发射，并且发射的蓝光穿过光扩散层72和光学部件70并进入到聚光透镜20中。光通过聚光透镜20会聚并入射在由旋转驱动单元50旋转的旋转荧光体轮30上。荧光体轮30由透光材料制成并且具有光入射侧和相反的光发射侧，电介质膜31形成在光入射侧上，荧光体区域32沿圆周方向形成在光发射侧上。更详细地，绿色荧光体区域，红色荧光体区域，和蓝色光透射区域被布置在圆周方向上。绿色荧光体在当用蓝光照射时发射绿光，红色荧光体在当用蓝光照射时发射红光。因此，当蓝光从聚光透镜20入射在荧光体轮30上，蓝光，红光和绿光从荧光体轮30分时地输出，并入射在光接收透镜40上。光的前进方向通过光接收透镜40被变化到预定方向。更具体地说，光的分布可通过光接收透镜40控制以获得散扩(spread)光或平行光，或者聚光到特定位置的光。
半导体激光器12A，12B希望地发射具有370纳米到500纳米的波长范围的光以及更希望地发射具有420纳米到500纳米的波长范围的光。
现在，光源10A和10B在下面将被更详细地描述。如在图1A和图1B中示出的，包括两个第一光源10A和两个第二光源10B的总共四个光源被附连在还用作支撑构件的散热构件60的光源安装表面上。
两个第一光源10A中的每个都包括一个壳体11和安装在一个壳体11上的发射蓝光的四个第一半导体激光器12A，以及四个准直透镜13，每个准直透镜都对应于每个第一半导体激光器12A。类似地，两个第二光源10B中的每个都包括一个壳体11和安装在一个壳体11上的发射蓝光的四个第二半导体激光器12B，四个准直透镜13每个对应于每个第二半导体激光器12B。第一光源10A具有至少一个第一半导体激光器12A，第二光源10B具有至少一个第二半导体激光器12B。如图1A和图1B中所示的，每个光源通过一个壳体设置，但是四个光源可通过一个壳体设置。
如上所述的，两个第一光源10A和两个第二光源10B被相邻地(即，相邻的侧向侧表面彼此接触)安装在散热构件60的一个安装表面上。
也就是说，在光源10中的所有光源被固定在支撑构件的同一平面上，以使得由光源产生的热可通过更宽的平面被释放，其有助于实现光源装置1的更长的工作寿命。
进一步地，支撑构件还用作散热构件60，以使得光源10A，10B可被有效地冷却以及部件的数目可减少以促进光源装置1的小型化。
接下来，参照图1A(光源的平面视图)，进一步的详细描述将被提供。半导体激光器被布置成以使得，在图1A的左侧的示出半导体激光器等的前视图的示意图中，被用于第一光源10A中的每个第一半导体激光器12A的近场图案的长轴(在该示意图中示出在图1A的下部部分的X轴)在光源装置1的垂直方向(也就是说，在该图的右/左方向)上被对准，被用于第二光源10B中的每个第二半导体激光器12B的近场图案的长轴在光源装置1的侧向方向(也就是说，在该图的上/下方向)上被对准。
在本实施例中，在图1A中的半导体激光器等的前视图中，在该图中的右/左方向称为第一方向，在该图中的上/下方向称为第二方向。也就是说，在本实施例中，第一方向和第二方向以90度的角度布置。换句话说，第一方向和第二方向形成90度的角度。在图1A和1B中，第一方向和第二方向被示出为该图中的上/下方向和该图中的右/左方向，但是任何其他适当的方向可被采用。进一步地，由第一方向和第二方向形成的角度在本实施例中是90度，但是任何其他适当的角度可被采用。
进一步地，在本实施例中，准直透镜13从光轴上的准直透镜在该处产生平行光的位置(即，焦点位置)偏移。通过该布置，更大的聚光区域可被获得并且会聚的光的光密度可减小，如下所述的。因此，聚光点的形状的短轴方向(即，远场图案的短轴方向)和半导体激光器12A的长轴(在图1A的下部部分处的示意图中的X轴)方向被对准，在导体层中的聚光点的形状的长轴方向(即，远场图案的长轴方向)和半导体激光器12A的短轴(在图1A中的下部部分处的示意图中的Y轴)方向被对准。
除了以上所述之外的适当的布置也可被采用，准直透镜13可布置在焦点位置处。在该情况下，在聚光区域处的远场图案的长轴方向和半导体激光器12A，12B的近场图案的长轴方向被对准，在聚光区域处的近场图案的短轴方向和半导体激光器12A，12B的短轴方向被对准。
从第一半导体激光器12A发射的光的光轴和相应的准直透镜13的光轴被分别对准，并且平行于聚光透镜20的光轴21。相似地，从第二半导体激光器12B发射的光的光轴和相应的准直透镜13的光轴被分别对准，并且平行于聚光透镜20的光轴21。
光学部件70相对于第一光源10A和第二光源10B中的每个被设置。光学部件70具有从垂直于准直透镜13的光轴的平面倾斜的倾斜光学表面74。接下来，倾斜光学表面74的倾斜方向将参照在图1A的左侧处示出半导体激光器等的前视图的示意图进行描述。在该示意图中，为了清楚地示出倾斜光学表面74的倾斜方向，相应的光学部件70的侧向侧形状被示意性地示出为叠加(superimposed)到半导体激光器等的前视图的周围。
更具体地说，在图1A中的半导体激光器等的示意性的前视图中，对应于在该图的左下部处的第一半导体激光器12A的光学部件70具有倾斜光学表面74，该倾斜光学表面74具有在聚光区域中的聚光点形状(即，远场图案)的短轴方向(也就是，半导体激光器12A的近场图案的长轴方向(在该附图中的右/左方向：第一方向))上的斜倾。更详细地，该斜倾被形成为以使得到该图中的左侧的侧面较高(即，厚度较大)以及该图中的右侧的侧面较低(即，厚度较小)。如上所述的，所述斜倾形成在聚光点形状(即，远场图案)的短轴方向上。换句话说，所述斜倾形成在使所述长轴在中心(centering)的旋转方向上。
在其中准直透镜13被布置在焦点位置的情况下，光学部件70的倾斜光学表面的斜倾被定向到在所述聚光区域中的聚光点形状的短轴方向。
在图1A中的半导体激光器等的示意性的前视图中，对应于在该图中的右上方处的第一半导体激光器12A的光学部件70具有在聚光区域中的聚光点形状(远场图案)的短轴方向(也就是，半导体激光器12A的近场图案的长轴方向(图中的右/左方向：第一方向))上的斜倾，以使得该图中的右侧较高且该图中的左侧较低，这与对应于在前视图中的左下部处的第一半导体激光器12A的光学部件70是相反的。
对应于该图中的右下部处的第二半导体激光器12B的光学部件70具有在聚光区域中的聚光点形状(远场图案)的短轴方向(也就是，半导体激光器12B的近场图案的长轴方向(图中的上/下方向：第二方向))上的斜倾，以使得该图的下侧较高且该图的上侧较低。
在图1A的半导体激光器等的示意性的前视图中，对应于该图中的左上部处的第二半导体激光器12B的光学部件70具有在聚光区域中的聚光点形状(远场图案)的短轴方向(也就是，长轴方向(图中的上/下方向：第二方向))上的斜倾，以使得该图中的上侧较高且该图中的下侧较低，这与对应于该图中的右下侧处的第二半导体激光器12B的光学部件70是相反的。
如上所述的，在本实施例中，光源装置包括：两个第一光源10A和两个倾斜光学表面74，该两个倾斜光学表面具有彼此相反的斜倾并且设置成分别对应于第一光源10A；以及两个第二光源10B和两个倾斜光学表面74，该两个倾斜光学表面具有彼此相反的斜倾并设置成分别对应于第二光源10B。还有，具有倾斜光学表面74的光学部件70被形成为对应于光源10A，10B的每个以使得倾斜光学表面74相对于相应的光源10A，10B的倾斜角彼此不同。
如在图1A中的平面视图中示出的，在本实施例中，倾斜光学表面74形成在每个光学部件70的发射侧表面上。也就是，倾斜光学表面74形成在远离光源10的一侧上。其他适当的构造也可被采用。例如，倾斜光学表面74可形成在光学部件70的入射侧上，也就是，更靠近光源10的一侧上，或者倾斜光学表面74形成在光学部件70的入射侧和发射侧二者上。在其中倾斜光学表面形成在每个光学部件70的入射侧和发射侧二者上的情况下，非锥形(non-tapered)板光学部件70可以以相对于光源10的相应单元成一定角度地进行布置。
进一步地，如由图1A的左侧的半导体激光器等的前视图中的点示意性地示出的，光扩散层72被设置到相应的光学部件70，该光学部件70对应于第一半导体激光器12A。如在图1A中的平面视图中示出的，在本实施例中，光扩散层72形成在相应的光学部件70的发射侧表面上。也就是说，光扩散层72形成在更靠近光源10的一侧上。其它适当的构造也可被采用。例如，光扩散层72可形成在光学部件70的发射侧上，也就是，远离光源10的一侧上。光扩散层72可布置在准直透镜13和聚光透镜20之间，且在从第一半导体激光器12A发射的光的光路上的适当位置处。在光扩散层72形成在远离光学部件70的位置处的情况下，光扩散层72可具有足以自我支撑的强度。
接下来，在图1B(光源的侧视图)中示出的构造将被描述。图1B是如从该图的左侧的半导体激光器等的前视图中的箭头B侧看到的光源装置的侧视图，并且对应于从图1A中的平面视图中示出的状态向前转动90度的光源装置1。
在图1B的左侧的半导体激光器等的前视图中，对应于该图的右下侧处的第一半导体激光器12A的光学部件70具有在聚光区域中的聚光点形状(即，远场图案)的短轴方向(也就是，半导体激光器12A的近场图案的长轴方向(该图的上/下方向：第一方向))上的斜倾，以使得该图中的下侧较高(即，较厚)且该图中的上侧较低(即，较薄)。
在图1B左侧的半导体激光器等的前视图中，对应于该图左上侧处的第一半导体激光器12A的光学部件70具有在所述聚光区域中的聚光点形状(即，远场图案)的短轴方向(也就是，半导体激光器12A的近场图案的长轴方向(在该图中的上/下方向：第一方向))上的斜倾，以使得该图中的上侧较高且该图中的下侧较低，这与对应于在该图中的右下侧处的第一半导体激光器12A的光学部件70是相反的。
在图1B中的左侧的半导体激光器等的前视图中，对应于在该图的左下侧处的第二半导体激光器12B的光学部件70具有在聚光区域中的聚光点形状(即，远场图案)的短轴方向(也就是，半导体激光器12A的近场图案的长轴方向(在该图中的左/右方向：第二方向))上的斜倾，以使得该图中的左侧较高且该图中的右侧较低。
在图1B中的左侧的半导体激光器等的前视图中，对应于在该图中的左上侧处的第一半导体激光器12A的光学部件70具有在聚光区域中的聚光点形状(即，远场图案)的短轴方向(也就是，半导体激光器12A的近场图案的长轴方向(在该图中的上/下方向：第一方向))上的斜倾，以使得该图中的右侧较高且该图中的左侧较低，这与对应于在所述前视图中的左下侧处的第二半导体激光器12B的光学部件70是相反的。
如上所述的，所述斜倾形成在聚光点形状(即，远场图案)的短轴方向上。换句话说，所述斜倾形成在使所述聚光点形状(即，远场图案)的长轴在中心的旋转方向上。
通过如上所述的构造，从与聚光透镜20的光轴21平行的第一光源10A和第二光源10B发射的光的传播方向在光学部件70的倾斜光学表面处朝向较低(较薄)方向弯曲并且以相对于光轴21成预定角度地入射在聚光透镜0上。如上所述的，与四个光源10A，10B对应的倾斜光学表面74的倾斜方向彼此不同，以使得来自于四个光源的光被会聚在荧光体部分32上的不同位置处。图1A和1B描述了所述光被会聚在设置于荧光体轮30的入射侧表面上的电介质膜31的表面位置上，但是电介质膜31非常薄且荧光体轮30既无助于光的会聚又无助于光的扩散，以使得可假定来自于光源的光被会聚在荧光体部分32上的不同位置处。
在穿过扩散层72的情况下，光变成扩散光，并且光的散扩形状在聚光位置处得以获得。光学部件70和光扩散层72稍后在下面将被更详细地描述。
如上所述的，荧光体轮30具有形成在入射侧上的电介质膜31和以圆环形状形成在发射侧上的荧光体区域32。图4A和4B是根据一个实施例的荧光体轮的示意图。图4A示出荧光体轮30的入射侧，图4B示出荧光体轮30的发射侧。绿色荧光体区域，红色荧光体区域，和蓝色光透射区域被布置在荧光体轮30上。绿色荧光体区域具有：被构造成透射蓝光并反射绿光并形成在入射侧上的电介质膜31G；以及发射绿色波长带的光并被施加在发射侧上的荧光体32G。以相似的方式，红色荧光体区域具有：被构造成透射蓝光并反射红光并形成在入射侧上的电介质膜31R；以及发射红色波长带的光并施加在发射侧上的荧光体32R。蓝色光透射区域具有：被构造成透射蓝光并形成在入射侧上的电介质膜31B；以及荧光体没有施加在发射侧上。但是被构造成如在发射侧上透射蓝光的电介质膜32B可形成在发射侧上。为了减小亮度和色度的不均匀性，扩散剂例如SiO2，TiO2，Ba2SO4等的粒子优选地被施加。
形成在荧光体轮30的绿色荧光体区域和红色荧光体区域上的电介质膜31G，31R被构造成透射蓝光并反射与每个所述区域对应的波长的光。因此，从荧光体32G，32R朝向半导体激光器12侧发射的光可由光接收透镜40侧反射。由此，从荧光体发射的光能被有效地使用。
施加在荧光体轮的绿色荧光体区域中的荧光体32G优选地可发射包括大约500到大约560纳米的波长带的绿色荧光。绿色荧光体的具体的例子包括β-Si6-zABzOzN8-Z:EA,BA3AB5O12:Ce,Ca8MgSi4O16CB2:EA,Ba3Si6O12N2:EA,和(Sr,Ba,Ca)Si2O2N2:EA。
施加在荧光体轮的红色荧光体区域中的荧光体32R优选地可发射包括大约600到大约800纳米的波长带的红色荧光。红色荧光体的具体例子包括(Sr,Ca)ABSiN3:EA,CaABSiN3:EA,SrABSiN3:EA,和K2SiF6:Mn。
在荧光体轮30上的绿色荧光体区域、红色荧光体区域和蓝色光透射区域的比例可根据需要确定。例如，在投影仪中使用荧光体轮30的情况下，适当的比例可由投影仪所需要的白色的色度以及荧光体的效率等计算。在本实施例中，绿色和红色荧光体区域被分别设定到150度，蓝色光透射区域被设定到60度。
进一步地，在本实施例中，绿色、红色和蓝色三个区域被提供，但是四个或以上的区域可被提供。其中白光由蓝光和黄光形成的白光区域可被提供，和/或绿色、红色和蓝色区域的数量可分别增加到两个。
荧光体轮30由透光的盘状构件制成并且它的中央被固定到旋转驱动单元50的驱动轴50a。高透光率的材料例如玻璃，树脂，蓝宝石等，可被用于荧光体轮30。在图4A中，指示为“SP”的区域是其中来自于光源10且由聚光透镜20会聚的入射光被照射的区域(聚光区域)。进一步地，在图4B中，指示为“FL”的区域是其中荧光体层在接收来自于所述光源10的入射光时发射光的区域(荧光区域)。
此外，再一个基片可被增加在荧光体轮30的发射侧处并且带通滤波器可被提供。通过该构造，更纯的绿颜色和更纯的红颜色的光可被获得。
回到图1A和图1B，旋转驱动单元50是无刷直流电机并且被布置成以使得它的驱动轴和聚光透镜20的光轴彼此平行。进一步地，驱动电机50被固定成以使得荧光体轮30的平面变为垂直于驱动轴50a。旋转驱动单元50的旋转速度基于再生的运动图像的帧频(每秒的帧数，由[fps]的单位表示)进行确定。例如，在再生60[fps]的运动图像的情况下，旋转驱动单元50(即，荧光体轮30)的旋转速度可被确定到每分钟60转的整数倍。
从荧光体轮30发射的光的前进方向通过光接收透镜40被变为预定方向并且从光源装置1发射。更具体地说，光的分布可由光接收透镜40控制以获得散扩光或平行光或会聚到特定位置的光。在其中光源装置1被用作投影仪的光源的情况下，从光源装置1发射的光被聚到光调制装置，由光调制装置形成的图像被放大并且由投影装置投影到屏幕上。此时，由通过光调制装置形成的图像的尺寸和从投影装置投射出的光的散扩角之间的关系计算的光学扩展量(etendue)可影响光接收透镜40的NA和荧光体的发光区域的尺寸。
也就是：
(由光调制装置形成的图像的尺寸)x(投射角)＝(荧光区域FL)x(光接收透镜NA)。
荧光体以近似朗伯(Lambertian)分布发射光，以使得光接收透镜40优选地具有最大可能的NA。同时，荧光区域FL优选地是小的。在其中荧光体区域侧的光学扩展量大于投射侧的光学扩展量的情况下，差值对应于效率的降低。
如上所述的，光接收透镜40具有高的NA，以使得荧光区域FL优选地尽可能的小。然而，小的荧光区域FL会导致来自于光源10的光的高的光密度。在本实施例中，荧光区域FL的尺寸优选地在大约1.5到2毫米的范围，以使得来自于光源10的光优选地具有2毫米或更小的尺寸，因为聚光区域SP的尺寸为2。如上所述的尺寸是具有多个光源10的整个聚光区域的尺寸而不是单个光源10的聚光区域的尺寸。
接下来，光学部件将被描述。根据本公开的某些实施例的光学部件70将在下面参照图1A被更详细地描述。如上所述的，从第一光源10A(即，第一半导体激光器12A)发射的使它的聚光点形状(会聚的光点的形状)的短轴方向(半导体激光器的近场图案的长轴方向)布置在第一方向上(在图1A的左侧的半导体激光器等的前视图中的右/左方向)的光穿过相应的准直透镜13并进入到形成在图1A中的左侧上的光学部件70的入射表面上的扩散层72中。此时，从准直透镜13发射的光平行于聚光透镜20的光轴21，光轴70的入射表面和形成在光学部件70的入射表面上的光扩散层72的入射表面被布置成垂直于聚光透镜20的光轴21。因此，从准直透镜13发射的光垂直地进入到光扩散层72的入射表面上。入射在光扩散层72上的光在当穿过光扩散层72时变为扩散光并且进入到光学部件70中。光扩散层72的作用稍后在下面将被更详细地描述。
光学部件70具有是倾斜光学表面74的发射侧表面，所述倾斜光学表面74具有在是第一半导体激光器12A的聚光点形状(即，远场图案)的短轴的方向的第一方向上的斜倾。因此，光以与聚光透镜20的光轴21成预定角度地从光学部件70发射，并且不改变所述角度地进入到聚光透镜20中(参见图1B中的侧视图)。也就是说，光以预定角度(例如0.25到2度)与聚光透镜20的光轴21不平行地入射在聚光透镜20上。进一步地，如在图1A的左侧的半导体激光器等的前视图中所示的，分别对应于两个第一光源10A的两个光学部件70被布置成以使得倾斜光学表面74的斜倾在彼此相反的方向上。
因此，从分别对应于两个第一光源10A的两个光学部件70发射的光穿过聚光透镜20被聚在荧光体轮30上(也就是说，荧光体区域32上)的不同位置处。
以相似的方式，从第二光源10B(即，第二半导体激光器12B)发射的使它的聚光点形状的短轴方向(即，半导体激光器的近场图案的长轴方向)布置在第二方向(图1A中的左侧的半导体激光器等的前视图中的上/下方向)的光穿过相应的准直透镜13并进入到光学部件70中。此时，从准直透镜13发射的光平行于聚光透镜20的光轴21，光学部件70的入射表面被布置成垂直于聚光透镜20的光轴21。因此，从准直透镜13发射的光垂直地进入光学部件70的入射表面上。
光学部件70具有是倾斜光学表面74的发射侧表面，所述倾斜光学表面74具有在是第二半导体激光器12A的聚光点形状的短轴方向(即，半导体激光器的近场图案的长轴方向)的第二方向上的斜倾。因此，光从光学部件70以与聚光透镜20的光轴21成预定角度地发射，并且不改变所述角度地进入聚光透镜20(参见图1A中的平面视图)。也就是说，光以预定角度(例如0.25到2度)不平行于聚光透镜20的光轴21地入射在聚光透镜20上。进一步地，如在图1A的左侧的半导体激光器等的前视图中所示的，两个光学部件70被布置成以使得倾斜光学表面74的斜倾在彼此相反的方向上。
因此，从分别对应于两个第二光源10B的两个光学部件70发射的光穿过聚光透镜20被聚在荧光体轮30上(也就是说，荧光体区域32上)的不同位置。
倾斜光学表面74的斜倾被形成在聚光点形状的短轴方向上。由此，其中从半导体激光器12发射的光重叠的区域可减小并且在聚光区域中的光密度的适当的降低可被获得。如在本实施例中的，在其中准直透镜13从焦点偏移的情况下，倾斜光学表面74朝向半导体激光器12的近场图案的长轴方向取向。同时，在其中准直透镜13被布置到焦点的情况下，倾斜光学表面74取向为朝向半导体激光器12的近场图案的短轴方向。
接下来，参照图2A到2C，将给出聚光点形状的例子的描述，所述聚光点形状是通过将从两个第一光源10A和两个光源10B发射的光穿过聚光透镜20而聚在荧光体轮30上而获得的，所述两个第一光源10A和两个光源10B分别设置有具有如上所述的倾斜光学表面的相应光学部件70。
图2A示出平板形状的光学部件70的横截面光强度和聚光点形状，其中入射侧的光学表面和发射侧的光学表面彼此平行，并且倾斜光学表面74没有设置。图2B示出在其中布置对应于第二半导体激光器12B的两个光学部件70的情况下的聚光点形状和横截面光强度。图2C示出对应于在图1A和图1B中示出的实施例的情况，其示出在其中布置有与第一半导体激光器12A对应的两个光学部件70和与第二半导体12B对应的两个光学部件70的情况下的聚光点形状和横截面光强度。
在图2B或者图2C的情况下，在竖直方向更长的椭圆形的两个聚光点通过分别对应于第二半导体激光器12B的两个光学部件70并排形成在侧向方向上(当在该图上看时)。因此，如在图2B和图2C的下侧处的横截面光强度的示意图中示出的，从第二光源10B发射的光没有聚在一个斑点处(参见图2A的横截面光强度的示意图)，而是在光强度曲线中分开为两个峰。
在图2C中，除了在竖直方向上更长的椭圆形的两个聚光点通过分别对应于第二半导体激光器12B的两个光学部件70并排形成在侧向方向上(当在该图中看时)之外，在侧向方向上更长的椭圆形的两个聚光点通过分别对应于第一半导体激光器12B的两个光学部件70被并排形成在竖直方向上(在当在该图中看时)。因此，从第一光源10A发射的光也在光强度曲线中分开为两个峰。由此，在图2C的聚光点形状下，会聚的光分开为四个峰。
在图1A和图1B中，光学部件70具有在相反方向上倾斜的具有相同的倾斜角的倾斜光学表面74，但是具有不同的倾斜角的倾斜光学表面也可以被采用。
当单个聚光区域的峰值光强度被假定为初始峰值光强度Po时，在图2B和图2C中的情况下的峰值光强度由以下给出：
P＝Po/(聚光区域的数目；在图2B中为2，在图2C中为4)。
也就是说，峰值光强度的值是通过初始峰值光强度Po除以聚光区域的数目而获得的。由此，在本例子中，图2B的情况下的峰值光强度相对于初始强度是1/2，图2C的情况下的峰值光强度相对于初始强度是1/4。
穿过具有倾斜光学表面74的光学部件70，来自于准直透镜13的光以与聚光透镜20的光轴成预定角度地入射在聚光透镜20上，所述角度的绝对值优选地在0.25到2度的范围内。通过倾斜角的绝对值在0.25到2度的范围内，在荧光体轮30上(在荧光体区域中)的聚光区域SP的区域(参见图4A)可减小到不太大。在图1A和图1B中示出的实施例中，除了采用关于光学部件70的相同的倾斜角的情况之外，适当的倾斜角可被采用，光学部件70可具有彼此不同的倾斜角。
接下来，光扩散层将被描述。在本实施例中，如上所述的，光扩散层72形成在与第一光源10A对应的光学部件70的入射表面上，也就是说，光扩散层72形成在从第一光源10A发射的光的光路上，以使得通过光扩散层72形成扩散光。由此，与没有光扩散层的情况相比，光可被聚在聚光区域中的更宽的区域中。如在图2C中所示的，从第一光源10A发射的光穿过光扩散层72和光学部件70并进入聚光透镜20中。光然后由聚光透镜20会聚以形成在该图的侧向方向上更长的椭圆形的聚光点。还有，从第二光源10B发射的光穿过光学部件70并进入聚光透镜20中。然后，光由聚光透镜20会聚以形成在该图中的竖直方向更长的椭圆形的聚光点。在该情况下，由第一光源10A形成的椭圆形的长轴的长度比由第二光源10B形成的椭圆形的长轴的长度更长。这是因为所述光通过形成在聚光区域上更大的形状(即，增加聚光点形状的尺寸)的光扩散层72变为扩散光。
因此，在本实施例中，具有侧向长的或纵向长的纵横比的聚光点形状(光束形状)可在聚光透镜20的聚光区域中的荧光体轮30上(即，在荧光体区域上)得以获得。因此，通过适当地选择光扩散层72的扩散强度，具有希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可被获得。
还有，光可穿过具有倾斜光学表面74的光学部件70被会聚在不同位置，其还允许调节聚光点形状(光束形状)的尺寸。例如，具有希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可以是纵向1.5毫米和侧向2毫米，但是任何其它适当的形状可被采用。1.5毫米的纵向长度和2毫米的侧向长度的形状可通过使用具有允许获得大约1.33(＝2毫米/1.5毫米)的纵横比的扩散系数的光扩散层得以产生。
光扩散层72的例子包括含有光扩散材料的层，所述光扩散材料包括例如SiO2，TiO2，Ba2SO4等的粒子。光扩散材料优选地具有直径在0.1到100微米的范围内的粒子，1到50微米的范围是更优选的。这样的层可通过涂覆等方式形成在光学部件70的表面上。光扩散层可由具有在其中的大量泡沫的材料制成，以及其他允许形成光扩散层的适当的材料和构造也可用于光扩散层。与光扩散层有关的其他实施例稍后在下面将被更详细地描述。
在本实施例中，对应于聚光点形状的纵横比的最佳扩散程度，即扩散角度，可通过设定光扩散主体、气泡等的尺寸和/或数量得以获得。进一步地，最佳扩散程度可根据来自于光源的光的强度、荧光体层的特征(例如，对受到高光密度的入射光、发光率等影响的波长转换效率的影响度)、光扩散层72和荧光体区域32之间的距离，进行设定。
根据本公开的实施例1的光源装置包括：每个具有半导体激光器和准直透镜的多个光源，会聚来自于光源的光的聚光透镜，布置在光源和所述聚光透镜之间的光学部件，以及具有荧光体并且允许由聚光透镜会聚的光穿过的荧光体轮。光学部件具有倾斜光学表面，该倾斜光学表面从垂直于准直透镜的光轴的平面倾斜，所述倾斜半导体激光器光学表面关于所述光源中的每个具有不同的倾斜角。一些半导体激光器是使它的聚光点形状的短轴在第一方向对准的第一半导体激光器，一些半导体激光器是使它的聚光点形状的短轴在不同于所述第一方向的第二方向上对准的第二半导体激光器。光扩散层布置在第一半导体激光器或第二半导体激光器的发射光的光路上。光扩散层布置在第一半导体激光器或者第二半导体激光器的发射光的光路上。
根据本实施例，布置在光源和聚光透镜之间的光学部件具有从垂直于准直透镜的光轴的平面倾斜的倾斜光学表面，该倾斜光学表面对于每个光源具有不同的倾斜角。由此，从光源发射的光通过聚光透镜被会聚在荧光体轮上(也就是说，荧光体上)的不同位置。通过该构造，在荧光体上的聚光区域处的光密度可减小，以使得从荧光体发射的光可被有效地使用。
进一步地，一些半导体激光器是使它的聚光点形状的短轴在第一方向对准的第一半导体激光器，一些半导体激光器是使它的聚光点形状的短轴在不同于第一方向的第二方向对准的第二半导体激光器，光扩散层被布置在第一半导体激光器或者第二半导体激光器的发射光的光路上，以使得不同尺寸的聚光点形状(即，聚光点的光束形状，在下文中可缩写成“光束形状”)得以产生。由此，希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可在聚光透镜的聚光区域处获得。还有，光可穿过具有倾斜光学表面74的光学部件74被会聚在不同位置，其还允许调节聚光点形状(光束形状)的尺寸。
还有，如图8所示的，扩散层72可设置在从具有第一半导体激光器12A的光源10A发射的光和从具有第二半导体激光器12B的光源10B发射的光的光路上，其中扩散层的扩散系数对于第一半导体激光器12A和第二半导体激光器12B可以是不同的。因此，通过适当地选择光扩散层72的扩散强度，具有希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可获得。
进一步地，昂贵的部件例如衍射光学元件的使用不是需要的。由此，根据本实施例，使用多个半导体激光器的光源装置可以以低的制造成本提供，其中荧光体的发光效率的降低可减小并且进一步地，具有希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)在它的聚光区域可被获得。
表述“光学部件具有对于每个光源不同的不同倾斜光学表面”包括不同的倾斜角的情况以及其中相同倾斜角的倾斜光学表面被布置在不同方向上的情况。还包括，其中一些光源可具有相同的倾斜角并且布置在相同方向上的情况。进一步地，在其中相同倾斜角的倾斜光学表面被布置在相同的方向上且彼此邻近的情况下，彼此邻近的倾斜光学表面可一体地形成。
光学部件针对每个光源形成，以使得非常适当的聚光点形状(光束形状)可被获得，由此，细致的调节可被执行。根据本实施例，光扩散层形成在光学部件的光学表面上，以使得具有希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可在紧凑的光源装置中获得。
在有些情况下，光扩散层72可设置在光学部件70的光学表面上，该光学表面垂直于准直透镜13的光轴，如图1A和图1B所示的；以及在某些情况下，光扩散层72可设置在光学部件70的倾斜光学表面上。还有，光扩散层72可作为独立部件提供并且被布置在从光源10发射的光的光路上、在光源和聚光透镜20之间的适当的位置处。
根据本实施例，具有由向相反方向倾斜180°提供的倾斜光学表面的两个第一光源和具有由向相反方向倾斜180°提供的倾斜光学表面的两个第二光源被至少包括，以使得由第一光源形成的两个聚光点形状(光束形状)和由第二光源形成的两个聚光点形状(光束形状)可在相对于聚光透镜的光轴对称的位置处得以获得。由此，加宽到预定角度使聚光透镜的光轴在中心的聚光点形状(光束形状)可被获得。
根据本实施例，光学部件的倾斜光学表面的斜倾形成在使半导体激光器的聚光点形状的长轴在中心的旋转方向(还可称为“聚光点形状的短轴的方向”)上。由此，其中从半导体激光器发射的光重叠的区域可减少并且在该聚光区域中的光密度的减小可适当地获得。
根据本实施例，第一方向和第二方向以90度的角度布置，以使得通过使用光扩散层，具有希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可被可靠地获得。
根据本实施例，倾斜光学表面以相对于垂直于每个准直透镜的光轴的平面为0.25到2度的范围内的倾斜角形成，以使得光可在适当的范围内被会聚在不同位置。
进一步地，甚至在其中适合于发射在红色波长范围的光的荧光体32R趋向于呈现波长转换效率的大的降低的情况下，根据本实施例，在荧光体区域上的聚光区域中的光密度可减小，以使得波长转换效率的恶化可减少。
接下来，参照图3A到3C，准直透镜的位置和光强度之间的关系将被描述。在图3A到3C中，半导体激光器12、准直透镜13、光学部件70的布置被示意性地示出在这些图的上侧，聚光点形状(光束形状)和横截面光学强度被示出在这些图的下侧。在图3A和3B中，半导体激光器12、准直透镜13和光学部件70被描述。图3A示出其中准直透镜13被布置在光轴方向上发射平行光的位置处也就是布置在焦点位置处的情况。图3B示出其中准直透镜13从焦点位置(即，光轴方向上发射平行光的位置)偏移的情况。在图3C中，除了图3B示出的状态之外，光扩散层72被进一步地布置。
如图3A中所示的，在其中准直透镜13被布置在焦点位置(即，光轴方向上发射平行光的位置)处的情况下，在聚光区域的聚光点形状较小且峰值光强度较高(即，高的光密度)。如图3A所示的，在其中准直透镜13被布置在焦点位置(即，光轴方向上发射平行光的位置)处的情况下，在聚光区域的聚光点形状较小且峰值光强度较高(即，高的光密度)。由此，通过使准直透镜13从焦点位置(即，光轴方向上发射平行光的位置)偏移，聚光区域的面积可增加并且聚光的光密度可减小。
根据本实施例，每个准直透镜被布置在不同于沿着光轴允许发射平行光的位置的位置，以使得在荧光体上的聚光区域中的光密度可减小，以及聚光点形状(光束形状)的尺寸可被调节。
由此，通过使准直透镜13从焦点位置(即，光轴方向上发射平行光的位置)偏移，聚光区域的面积可增加并且聚光的光密度可减小。根据本实施例，第一方向和第二方向以90度的角度布置，以使得通过使用光扩散层，具有希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可被可靠地获得。
在图3A中，在将准直透镜13布置到焦点位置也就是说发射平行光的布置位置的情况下所述聚光点形状被示意性地示出为尺寸较小。但是根据用途，在本公开的某些实施例中，准直透镜13可布置到是光轴方向上发射平行光的配置位置的焦点位置。
存在或没有倾斜光学表面和光扩散层对荧光体的输出效率的影响
接下来，参照在图5中曲线图，讨论在存在或没有倾斜光学表面74的情况下和在存在或没有光扩散层72的情况下所述荧光体的输出效率。
图5示出在荧光体的光输出功率和光源的激励光输出功率之间的关系。在图5中，点线(A)指示没有倾斜光学表面74和光扩散层72二者的情况，虚线(B)指示存在倾斜光学表面74但是没有光扩散层72的情况，实线(C)指示存在倾斜光学表面74和光扩散层72二者的情况。
在由点线(A)指示的情况下，没有倾斜光学表面74和光扩散层72二者，随着激励输出功率的升高，荧光体的输出功率到达峰值并降低。在由虚线(B)指示的情况下，存在倾斜光学表面74但没有光扩散层72，随着激励输出功率的升高，荧光体的输出功率也升高，但是开始逐渐地饱和。
另一方面，在由实线(C)指示的情况下，存在倾斜光学表面74和光扩散层72二者，荧光体的输出功率的饱和可被抑制，以使得甚至在来自于光源10的高的输出功率的情况下，荧光体可被有效地使用。这是通过减小聚光区域的光密度得以实现的，荧光体的发光效率的降低也可以减小。
由此，通过倾斜光学表面74和光扩散层72的组合，从多个光源10发射的光被会聚在荧光体区域上的不同位置处且具有大的聚光直径，其足以减小光密度，以使得荧光体的发光效率的降低可充分地减小。
如上所述的，在根据本公开的某些实施例的光源装置1中，多个光源10的聚光区域通过具有倾斜光学表面74的光学部件70彼此偏移，以使得在荧光体区域上的聚光区域中的光密度可被减小。还有，通过使准直透镜13不聚光，荧光体的聚光区域的形状可扩展(expanded)而没有牺牲光学扩展量并且光密度可减小。进一步地，通过光扩散层，荧光体的聚光区域的形状可扩展，而没有牺牲光学扩展量并且光密度可减小。因此，光转换效率的恶化可减小，以使得荧光体可被有效地使用。进一步地，相同形状的光源10可与不同的布置结合，以使得没有牺牲大规模生产率。
除了在如上所述的实施例中示出的之外，适当数目的至少四个光源10可被采用，其中任何适当数目的半导体激光器12可被用于单个光源10中。
在以上提供的实施例的描述中，措辞“第一方向和第二方向相差90度”与“第一方向和第二方向以90度的角度布置”的意义是一样的。
光学部件的其他实施例
在如上所述的实施例中，采用具有倾斜光学表面74的光学部件70和光扩散层72二者的构造被使用，但是任何其它适当的构造可被采用。例如，构造可以使得光扩散层72没有被提供，用作光扩散层的光学部件70被提供在从第一半导体激光器12A或者第二半导体激光器12B发射的光的光路上。参照图6A到6D，光学部件的其它实施例在下面将被描述。图6A到6D是示出根据本公开的其它实施例的光学部件的示意图。
图6A示出其中以上所述的光学部件70和光扩散层72二者被提供的情况。同时，在图6B中示出的实施例中，替代单独地提供光扩散层，气泡被结合到光学部件70A中，或者由例如SiO2，TiO2，Ba2SO4的粒子组成的光扩散材料被结合以使穿过其的光扩散。还有，在这样的实施例中，为了获得最佳扩散程度，即，对应于聚光点形状所必需的纵横比的扩散角度，光扩散主体和气泡的尺寸和/或数量可被设定。至于气泡的尺寸和扩散主体的粒子尺寸，类似于以上所述的实施例的尺寸可被使用。
在图6C中示出的实施例中，单独的光扩散层没有被提供，替代地，光学部件70B由玻璃制成并且具有不同的屈折率(varying index)，其允许扩散穿过光学部件70B的光。还有，在本实施例中，对应于聚光点形状所需要的纵横比，折射率可被调节。
在图6D中示出的实施例中，单独的光扩散层没有被提供，替代地，不规则部形成在光学部件70C的表面上，其允许光的扩散。还有，在本实施例中，为了获得与聚光点形状所需要的纵横比对应的最佳的扩散系数，不规则部的尺寸和间距可被设定。
根据本公开的一个实施例的投影仪
接下来，参照图7，将给出其中在以上实施例中示出的光源装置1被用作单芯片(1-chip)DBP投影仪中的光源装置的情况的描述。图7是示出设置有在以上所述的实施例中示出的光源装置1的投影仪100的构造的示意图，其是从上方观察光源装置1和投影仪的示意性平面视图。
从光源装置1发射的光被是空间光调制器的DMD(Digital Micromirror Device(数字微镜装置))元件110反射。然后，光通过使用投影装置例如投影透镜120被会聚并且投影到屏幕SC上。在DMD元件中，对应于投影到所述屏幕上的图像的像素的微镜被布置成矩阵。每个镜子的角度可改变来以微秒的量级打开/关闭发射到所述屏幕上的光。
进一步地，入射在投影透镜上的光的阴影由镜ON时间和镜OFF时间之间的比值进行改变，以使得基于投影图像的图像数据的描影法显示(shading display)可被实现。
在本实施例中，DMD元件被用作光学调制元件，但是任何其它适当的光学调制元件根据使用目的能被使用。进一步地，根据本发明的某些实施例的光源装置2和使用该光源装置2的投影仪不限于如上所述的实施例，并且本发明包括其它不同的实施例。
如上所述的，根据本公开的一个实施例的光源装置使用多个半导体激光器，并且可减小荧光体的发光效率的降低。进一步地，在所述光源装置中，具有希望尺寸和希望纵横比的聚光点形状(光束形状)可在它的聚光区域获得，光源装置能够以低的制造成本提供。因此，使用所述光源装置的投影仪能够以低的制造成本提供。
本公开的各个实施例已经被示出并描述，其中可对以上所述的构造进行修改，并且在所述实施例中的部件的组合以及顺序的改变可被实现，而没有背离本公开的范围和技术构思。
交叉参照相关申请
本申请要求2015年2月2日提交的日本专利申请第2015-018694号以及2016年1月22日提交的日本专利申请第2016-010866号的优先权，该两个日本专利申请均以援引方式整个被并入到本申请中。
附图标记列表
1 光源装置
10 光源单元
11 壳体
12 半导体激光器元件
13 准直透镜
20 聚光透镜
21 聚光透镜的轴
30 荧光体轮
31 电介质多层膜
32 荧光材料
40 光接收透镜
50 旋转驱动单元
50a 驱动轴
60 散热构件
70 光学部件
72 光扩散层
74 倾斜光学表面
100 投影仪
110 DMD元件
120 投影透镜
SC 屏幕
SP 聚光区域
FL 荧光体的光发射区域

Claims (20)

1.一种光源装置，包括：
多个光源，每个光源具有半导体激光器和准直透镜；
被构造成用于会聚来自于所述光源的光的聚光透镜；
光学部件，该光学部件布置在所述光源和所述聚光透镜之间，并且被构造成允许来自于所述光源的光穿过其中；以及
荧光体轮，该荧光体轮具有荧光体并且被构造成允许由所述聚光透镜会聚的光穿过其中；
其中，所述光学部件具有倾斜光学表面，该倾斜光学表面从垂直于所述准直透镜的光轴的平面倾斜，并且关于各光源具有不同的倾斜角；
其中，在所述多个光源中，一些半导体激光器是使聚光点形状的短轴在第一方向对准的第一半导体激光器，一些半导体激光器是使聚光点形状的短轴在不同于所述第一方向的第二方向对准的第二半导体激光器；以及
其中，光扩散层形成在从所述第一半导体激光器或者所述第二半导体激光器发射的光的光路中。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述光扩散层形成在所述光学部件的光学表面上。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述多个光源至少包括两个第一光源以及两个第二光源，其中，与该两个第一光源对应的光学部件的所述倾斜光学表面布置在不同方向上，但具有从垂直于所述准直透镜的光轴的平面倾斜的相同大小的倾斜角；与该两个第二光源对应的光学部件的所述倾斜光学表面被布置在不同方向上，但具有从垂直于所述准直透镜的光轴的平面倾斜的相同大小的倾斜角。
4.根据权利要求1到3之一所述的光源装置，其中，所述光学部件的所述倾斜角是以所述半导体激光器的聚光点形状的长轴为旋转中心旋转预定角度而形成。
5.根据权利要求1到3之一所述的光源装置，其中，所述第一方向和第二方向之间的角度是90度。
6.根据权利要求1到3之一所述的光源装置，其中，所述光源被固定在支撑构件的相同表面上。
7.根据权利要求1到3之一所述的光源装置，其中，所述倾斜光学表面以相对于垂直于每个准直透镜的光轴的平面成在0.25到2度的范围内的倾斜角而形成。
8.根据权利要求1到3之一所述的光源装置，其中，每个准直透镜布置在不同于允许发射平行光的沿着光轴的位置的位置。
9.一种光源装置，包括：
多个光源，每个光源具有半导体激光器和准直透镜；
被构造成用于会聚来自于所述光源的光的聚光透镜；
光学部件，该光学部件布置在所述光源和所述聚光透镜之间，并且被构造成允许来自于所述光源的光穿过其中；以及
荧光体轮，该荧光体轮具有荧光体并且被构造成允许由所述聚光透镜会聚的光穿过其中；
其中，所述光学部件具有倾斜光学表面，该倾斜光学表面从垂直于所述准直透镜的光轴的平面倾斜，并且关于各光源具有不同的倾斜角；
其中，在所述多个光源中，一些半导体激光器是使聚光点形状的短轴在第一方向对准的第一半导体激光器，一些半导体激光器是使聚光点形状的短轴在不同于所述第一方向的第二方向对准的第二半导体激光器；以及
其中，光扩散层布置在所述第一半导体激光器和所述第二半导体激光器的光路上，位于所述光源和所述聚光透镜之间的位置处；以及所述光扩散层关于从所述第一半导体激光器发射的光以及从所述第二半导体激光器发射的光呈现出不同的扩散系数。
10.根据权利要求9所述的光源装置，其中，所述光扩散层形成在所述光学部件的光学表面上。
11.根据权利要求9所述的光源装置，其中，所述多个光源至少包括两个第一光源以及两个第二光源，其中，与该两个第一光源对应的光学部件的所述倾斜光学表面布置在不同方向上，但具有从垂直于所述准直透镜的光轴的平面倾斜的相同大小的倾斜角；与该两个第二光源对应的光学部件的所述倾斜光学表面被布置在不同方向上，但具有从垂直于所述准直透镜的光轴的平面倾斜的相同大小的倾斜角。
12.根据权利要求9到11之一所述的光源装置，其中，所述光学部件的所述倾斜角是以半导体激光器的聚光点形状的长轴为旋转中心旋转预定角度而形成。
13.根据权利要求9到11之一所述的光源装置，其中，所述第一方向和第二方向之间的角度是90度。
14.根据权利要求9到11之一所述的光源装置，其中，所述光源被固定在支撑构件的相同表面上。
15.根据权利要求9到11之一所述的光源装置，其中，所述倾斜光学表面以相对于垂直于每个准直透镜的光轴的平面成在0.25到2度范围内的倾斜角而形成。
16.根据权利要求9到11之一所述的光源装置，其中，每个准直透镜被布置在不同于允许发射平行光的沿着光轴的位置的位置。
17.根据权利要求14所述的光源装置，其中，所述支撑构件包括散热构件。
18.根据权利要求9到11之一所述的光源装置，其中所述光源被构造成用于发射在370纳米到500纳米的波长带内的光。
19.一种光学装置，包括根据权利要求9到18之一所述的光源装置，其中，所述荧光体之一被构造成用于发射包含红光的光。
20.一种投影仪，包括：
根据权利要求9到19之一所述的光源装置；
光调制装置，该光调制装置被构造成通过基于图像数据相继地调制由光源装置发射的多个波长的光来形成图像；以及
被构造来放大和投射所述图像的投影装置。
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