CN108255004A - 光源装置和图像投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光源装置和图像投影装置。一种光源装置，包括：多个光源，各个光源具有光发射区域；光学特征转换器，光学特征转换器被配置为生成特征不同于来自所述多个光源的入射光的特征的出射光；以及第一光学系统，第一光学系统被配置为在光学特征转换器上的多个被照射区域中的各个被照射区域上照射入射光。各个照射区域的形状与光发射区域的形状不相似。

Description

光源装置和图像投影装置
技术领域
本发明涉及在图像投影装置(以下称为“投影仪”)等当中使用的光源装置。
背景技术
一个投影仪使用激光二极管(“LD”)作为光源，将来自LD 的光照射到光学特征转换元件(诸如荧光体)上，将作为照明光的出射光从转换元件引导到光调制元件(诸如液晶显示元件和数字微镜设备)，并投影图像。日本专利公开第(JP)2014-209184号公开了使用通过来自LD的光激发荧光体而生成的荧光光作为照明光的投影仪。
上述投影仪可以通过增加LD的数量和各个LD的输出来提高所投影的图像的亮度。但是，随着入射光密度变得较高，光学特征转换元件可能降低转换效率并且其性能劣化。例如，由于随着入射光密度增加的所谓照度饱和现象，荧光体表现出较低的荧光转换效率。而且，随着荧光体的温度上升，荧光体劣化。
发明内容
本发明提供了一种光源装置以及使用该光源装置的投影仪，该光源装置可以抑制光学特征转换元件的转换效率和性能的降低并生成明亮的光。本发明提供了一种光源装置和使用该光源装置的投影仪，它们各个都具有高的光利用效率。
根据本发明的一个方面的光源装置包括多个光源(各个光源具有光发射区域)、光学特征转换器(光学特征转换器被配置为生成具有不同于来自多个光源的入射光的特征的出射光)，以及第一光学系统 (第一光学系统被配置为在光学特征转换器上的多个被照射区域中的各个被照射区域上照射入射光)。各个照射区域的形状与光发射区域的形状不相似。
从以下参考附图对示例性实施例的描述中，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1A和1B例示了根据本发明的第一实施例的光源装置的构造。
图2A至2C例示了激光二极管。
图3A和3B例示了在光源装置中使用旋转对称凸透镜用于聚光器光学系统的构造。
图4例示了由旋转对称凸透镜形成的光源的光发射区域和光源图像(束斑)。
图5A至5C例示了根据第一实施例的光源单元中的聚光器光学系统的具体例子。
图6例示了由图5A至5C所示的聚光器光学系统形成的光源的光发射区域和光源图像(束斑)。
图7例示了第一实施例的变型。
图8例示了第一实施例的另一个变型。
图9例示了第一实施例的又一个变型。
图10A和10B例示了根据本发明第二实施例的光源装置的构造。
图11A和11B例示了根据本发明第三实施例的光源装置的构造。
图12A和12B例示了根据本发明第四实施例的投影仪的构造。
图13例示了根据本发明第五实施例的投影仪的构造。
图14A和14B例示了根据本发明第六实施例的投影仪的构造。
图15例示了根据本发明第六实施例的光源图像和光转换元件之间的关系。
图16A和16B例示了根据本发明第七实施例的光源装置的构造。
图17例示了根据本发明第八实施例的光源装置的构造。
图18例示了根据本发明第八实施例的光源图像和光转换元件之间的关系。
图19例示了根据本发明第九实施例的光源装置的构造。
图20例示了全息(hologram)元件1300的构造。
图21示意性地例示了微构造表面1302。
图22A和22B例示了根据第九实施例的强度分布。
图23例示了第九实施例的第一变型。
图24例示了第九实施例的第二变型。
图25例示了第九实施例的第三变型。
图26例示了第九实施例的第四变型。
图27例示了第九实施例的第五变型。
图28例示了根据本发明的第十实施例的光源装置的构造。
图29A至29D例示了玻璃构件130的构造和功能。
具体实施方式
现在参考附图，将给出本发明的实施例的描述。
第一实施例
图1A和1B例示了根据本发明的第一实施例的光源装置100的构造。如图所示，从左到右的方向被设置为Z方向。将与Z方向正交的两个相互正交的方向设置为X方向(第一方向)和Y方向(第二方向)。图1A例示了光源装置100的XZ截面，并且图1B例示了光源装置100的YZ截面。
光源装置100包括多个光源110、多个准直透镜120、多个聚光器光学系统(第一光学系统)130、多个光学特征转换元件140以及多个捕获光学系统150(第二光学系统)。XZ截面和YZ截面是在各个准直透镜120、各个聚光器光学系统130和各个捕获光学系统 150中彼此正交且平行于光轴的两个截面。
光源110是固体光源，在这个实施例中是激光二极管 (“LD”)。图2A至2C例示了用于光源110的一般LD的构造。图2A例示了类似于图1A的XZ截面上的LD的内部构造。LD包括在其封装中具有双异质结构的光学半导体。在所述光学半导体中，包覆层111保持活性层112，并且在接收到电场时激活用于刺激发射的原子。在活性层中处于共振状态的激光束从半反射镜侧的解理表面 113发射。这个解理表面113的形状是LD的光发射区域的形状。
图2B例示了YZ截面上的LD的内部结构。图2C例示了从Z 方向观察的XY截面上的LD。如图2C所示，LD的光发射区域具有在Y方向上伸长的形状。
从光源(“LD”)110发射的光束(激光束)是发散光束，并且被设置于光源110正后方的准直透镜120准直化。针对一个光源 110提供一个准直透镜120。换句话说，光源110的数量等于准直器 120的数量。
从准直器透镜120发射出的光束在Z方向上行进，被聚光器光学系统130聚光到光学特征转换元件140上，并且照射到光学特征转换元件140上，从而形成束斑(照射区域)。
参考图3A、3B和4，将给出光源110的光发射区域和由聚光器光学系统130′在光学特征转换元件140上形成的束斑形状之间的关系的描述。图3A和3B例示了使用旋转对称双凸透镜(其可以是凸透镜)作为聚光器光学系统130′的光源装置100′。由于光源110的光发射区域与光学特征转换元件140在光学上共轭，因此，由于双凸透镜的聚光作用，光发射区域的(光源)图像在光学特征转换元件140 上形成。
虽然图3B中光源110与光学特征转换元件140没有看起来共轭，但是这个图是光发射区域及其图像形状的示意图并且在图3B中光束的光学路径是不准确的。
此时，如图4所示，光源110的光发射区域的共轭图像(光源图像)或束斑在光学特征转换元件140上形成。束斑具有沿Y方向伸长的形状，类似于光源110的光发射区域。换句话说，光源110的光发射区域和光学特征转换元件140上的束斑具有相似的形状(当然，其中一个是另一个形状的缩小或放大的形状)。
根据这个实施例的光学特征转换元件140是波长转换元件(诸如被配置为转换波长的荧光体)以及角度转换元件(诸如被配置为转换光束角度的漫射构件)。当接收到具体波长的激发光时，作为波长转换元件的代表性例子的荧光体生成与入射光的波长不同的出射光或者提供波长转换。由于照度饱和现象，这个荧光体的波长转换效率可能会降低。照度饱和是当入射光超过预定转换效率时发生热转换或发射非波长转换的光的现象。换句话说，即使对荧光体的入射光强度增加，出射的荧光也不相应地增加。此外，荧光体的粉末是无机材料，而用来固定粉末的粘结剂是有机材料，并且粘结剂由于热和光而劣化。随着入射光强度的增加以及粘结剂由于热和光而劣化，耐久性问题是不可避免的。由荧光体粉末制成的没有粘结剂的设备不会造成耐久性问题，但是造成照度饱和问题。
在图3A和3B中所示的旋转对称凸透镜用于聚光器光学系统 130＇中，光源110的光发射区域的共轭图像形成为光学特征转换元件 140上的束斑，如图4中所示。束斑在Y方向上具有细长形状的高光密度。而且，由于个体差异，光发射强度在LD中显著地分散。随着荧光体的照度饱和现象，这种照度散射在光源装置100′中变差。
为了解决这些问题，这个实施例减少了在光学特征转换元件140 上形成的束斑的光密度。因此，这个实施例使用以下构造。
图5A和5B例示了根据图1A和1B中所示的这个实施例的光源装置100中的聚光器光学系统130的具体结构例子。经准直透镜120 准直化的光束进入的聚光器光学系统130包括蝇眼透镜131和聚光器透镜132。蝇眼透镜131具有蝇眼透镜表面(第一蝇眼表面)131A 以及在光入射侧和光出射侧包括多个矩形透镜单元并将入射光束分成多个光束的蝇眼透镜表面(第二蝇眼表面)131B。聚光器透镜132 将由蝇眼透镜131划分的多个光束在光学特征转换元件140上成像，并将它们彼此叠加在光学特征转换元件140上。
聚光器光学系统130可以在光学特征转换元件140上形成具有均匀照度分布和低光密度的束斑，如图6中所示。束斑的形状(第二形状)与光源110的光发射区域的形状(第一形状)具有不相似的形状。更具体而言，束斑的形状是通过在彼此正交的两个方向(X和Y方向)中的至少一个方向(其是X方向)上扩展光源110的光发射区域的形状而制造的形状。结果，这个实施例提供了更明亮且更高效的光源装置，与图4中所示的束斑在光学特征转换元件140上形成的情况相比，它可以更好地确保光学特征转换元件140的转换特征(或光利用效率)和耐久性。
入射在光学特征转换元件140上的光在其特征被转换的同时作为发散光从光学特征转换元件140被发射。这种发散光(出射光)被捕获光学系统150准直化并从光源装置100发射。多个捕获光学系统 150彼此相邻而在其间没有间隔地布置(更具体而言，使其透镜表面彼此相邻)。这个实施例形成作为集成的光学构件的多个聚光器光学系统130。
这种构造消除了多个聚光器光学系统130之间的空间，并且从荧光体(光学特征转换元件)发射的发散光束不会以显著不同的入射角进入界面，并且不太可能提供不均匀的照度分布。特别地，由于从正面看这些光束的缺陷较少或者不均匀度较低，因此这个实施例可以提供降低由下面的照明光学系统照亮的目标表面上的不均匀照度的效果。
换句话说，光学系统(准直器)可以位于荧光体(光学特征转换元件)的正后方，使得与荧光体的距离与光学系统的焦距近似地一致。如本文所使用的，近似地一致覆盖光学系统(准直器)的焦距的60％至150％或85％至120％的范围。在这种情况下，即使当荧光体和光学系统没有彼此集成时，来自荧光体的发散光束也可以容易地被取入并且光利用效率可以容易地提高。
更具体而言，在荧光体和光学系统彼此集成的情况下，可以更有效地降低不均匀的照度分布，并且可更容易获得高的捕获角度。在定义荧光体和光学系统之间的距离时，有必要定义各个位置。在本文中，光学系统的位置是与各个荧光体对应的光学系统(第一光学系统)中的折射表面(弯曲表面)中的表面顶点的位置或距荧光体最远的位置。此外，荧光体的位置是在荧光体的出射侧的表面(或入射侧的表面、或者从入射侧的表面到出射侧的表面的任意表面)的位置。
光学特征转换元件140和捕获光学系统150彼此相邻地布置，而在它们之间没有空间。换句话说，它们彼此光学附接。这是因为，在从光学特征转换元件140以宽角度范围发射的特征转换光和捕获光学系统150在光学上彼此远离的情况下，从光学特征转换元件140发射的光不进入捕获光学系统150并且可能造成损失。换句话说，在光学特征转换元件140和捕获光学系统150彼此光学附接的情况下，可以高效地捕获宽角度范围内的出射光并且实现高的光利用效率。
光学特征转换元件140和捕获光学系统150彼此光学地附接(或者不带居间空间地布置)并不意味着光学特征转换元件140和捕获光学系统150如图所示地彼此直接接触。例如，如图5C所示，可以在透光基板S上形成多个光学特征转换元件140，透光基板S用于保持所述多个光学特征转换元件140，透光基板S上的与光学特征转换元件相反的表面和捕获光学系统150可以直接彼此接触。这种构造使得捕获光学系统150能够高效地捕获从光学特征转换元件140发射的发散光。
此外，捕获光学系统150的焦距可以比聚光器光学系统130中的聚光器透镜132的焦距短。这种构造使得能够高效地捕获从光学特征转换元件发射的发散光。
如图7中所示，光学特征转换元件140可以保持在聚光器光学系统130中的聚光器透镜132与捕获光学系统150之间。这种构造可以减小光学界面并且实现更高的光利用效率。在这种构造中，当光学特征元件140是荧光体时，可以在聚光器透镜132的表面上形成透射来自光源110的具体波长的(激发)光但是反射与来自光源110的具体波长的(激发)光不同的荧光光(波长转换光)的分色表面(膜)D。由此，分色表面D可以向原来的发射方向返回从荧光体朝着光源侧行进的荧光光，并且可以实现更高的光利用效率。如图所示，分色表面D可以在聚光器透镜132的入射表面或聚光器透镜132的出射表面上形成。
这个实施例可以根据光源110和光学特征转换元件140的组合来选择来自光源装置100的出射光。表1指示所述组合与出射光之间的说明性关系。
表1
图8例示了表1中的具体例子1和3。两个光源110A和110B 中的每一个包括多个蓝色LD。光学特征转换元件140是荧光体。光源110A在Z方向上发射光，而光源110B在Y方向上发射光。一般而言，从LD发射的光是线性偏振光，因此在图8中的例子中光源 110A和110B布置成使得从光源110A和110B发射的线性偏振光束的偏振方向可以彼此正交。偏振反射元件160位于提供给光源110A 和110B中的每一个的准直透镜120与通常用于光源110A和110B的聚光器光学系统130之间。偏振反射元件160包括线栅偏振板等，并且反射来自光源110B的线性偏振光和透射来自光源110A的线性偏振光。由于这种构造，偏振反射元件160将来自光源110A的光束和来自光源110B的光束彼此组合，并且组合的光经由聚光器光学系统130被照射到光学特征转换元件(荧光体)140上。结果，这个实施例提供了可以发射较亮的光的小型光源装置。
图9例示了表1中的具体例子2。三个光源110R、110G和 110B中的每一个包括多个红色LD、绿色LD和蓝色LD。从这些光源110R、110G和110B发射的红光、绿光和蓝光由相交的分色镜 170A和170B组合成白光，并且白光经由聚光器光学系统130进入作为漫射材料的光学特征转换元件140。这种构造也实现了可以发射较亮的光的小型光源装置。
虽然这个实施例将光学特征转换元件140提供给各个光源110，但是可以将一个(集成的)光学特征转换元件140提供给多个光源 110，并且光学特征转换元件140上的不同照射区域可以接收来自多个光源110的光。一个光源110可以包括多个光源(LD)。这将适用于另一个实施例。
第二实施例
图10A和10B例示了根据本发明第二实施例的光源装置100A 的构造。该实施例使用与第一实施例相同的基本构造。但是，聚光器光学系统130A包括仅在XZ截面上具有折光力(或者在XZ截面上的折光力不同于YZ截面上的折光力)的圆柱形凹透镜133，以及凸透镜134。
这个实施例提供了由于圆柱形透镜133在XZ截面上具有比YZ 截面上更高的光密度的效果而引起的焦点偏移。这种构造可以减小 XZ截面上的光密度，并确保光学特征转换元件140的转换效率和耐久性与第一实施例中的转换效率和耐久性相当。
代替上面的构造，聚光器光学系统130A可以包括复曲面透镜，其中XZ截面上的焦距(或折光力)不同于YZ截面上的焦距。圆柱形凹透镜133可以被圆柱形凸透镜代替，并且可以通过在光学特征转换元件140之前聚焦光而在光学特征转换元件140上形成作为模糊图像的束斑。换句话说，聚光器光学系统130A可以在XZ和YZ截面上具有不同的折光力，从而提供减小在光学特征转换元件140上形成的束斑的光密度的效果。
第三实施例
图11A和11B例示了根据本发明第三实施例的光源装置100B的构造。这个实施例中的聚光器光学系统130B包括玻璃棒状积分器。
从光源110发射的光被取入作为聚光器光学系统130B的玻璃棒状积分器，在积分器的出口处被转换成具有均匀强度分布的光，并被照射到光学特征转换元件140上。这种构造可以减小XZ截面上的光密度，并且确保与第一实施例的转换效率和耐久性相当的光学特征转换元件140的转换效率和耐久性。
聚光器光学系统130B可以包括通过附接多个反射镜而制造的被称为光隧道的元件。聚光器光学系统130B可以包括设置于棒状积分器的入射侧或出口侧的透镜。
第四实施例
图12A和12B例示了根据本发明第四实施例的图像投影装置 (投影仪)的构造。投影仪包括根据第一实施例的光源装置100。光源装置100可以用根据第二和第三实施例的光源装置100A和100B 中的每一个代替。
从光源装置100发射的光经由蝇眼透镜200和偏振转换元件300 通过聚光器透镜400被聚光并且照亮光调制元件500。蝇眼透镜200、偏振转换元件300和聚光器透镜400构成照明光学系统。光调制元件 500包括液晶显示元件、数字微镜设备等，并且根据图像信号调制来自照明光学系统的入射光。
这个实施例形成在偏振转换元件300附近的光学特征转换元件 140上形成的束斑的(二次光源)图像。偏振转换元件300正确地转换仅透过预定区域的光的偏振。另一方面，光源装置100在光学特征转换元件140上形成束斑，因此可以高效地在偏振转换元件300上的预定区域上形成光源图像，并且高效地转换偏振。
这个实施例可以提供一种投影仪，其能够使得具体的偏振光高效地进入光调制元件500并投影明亮的图像。
第五实施例
图13例示了根据本发明第五实施例的投影仪的构造。这个实施例使用与第四实施例的基本构造相同的基本构造。但是，这个实施例包括第一实施例中针对光源装置100C描述的两个光源装置100-1、 100-2。根据第二和第三实施例，光源装置100-1和100-2可以用光源装置100A和100B替换。
光源装置100-1使用作为光源110的蓝色LD和黄色荧光体，蓝光用作光学特征转换元件140-1的激发光，黄色荧光体发射作为荧光的黄光。另一方面，光源装置100-2使用作为光源110的蓝色LD以及用于光学特征转换元件140-2的漫射材料，并且发射蓝光作为漫射光。来自光源装置100-1的黄光和来自光源装置100-2的蓝光被作为光组合元件的分色镜600组合，并且作为白光被引导到照明光学系统 (200、300、400)，从而照亮光调制元件500。
这个实施例可以提供一种能够高效地生成白光并投影明亮图像的投影仪。
第六实施例
图14A和14B例示了根据本发明第六实施例的投影仪的构造。这个实施例也使用根据第一实施例的光源装置100，但是光源图像的成像关系不同于第四和第五实施例中的成像关系。在第四和第五实施例中，在光学特征转换元件140上形成的束斑的图像是通过蝇眼透镜 200在偏振转换元件400附近被成像的。
另一方面，这个实施例提供临界照明，其中在光学特征转换元件 140上形成的束斑的图像直接在光调制元件500上形成。换句话说，捕获光学系统150和聚光器透镜700使光学特征转换元件140和光调制元件500彼此光学共轭。聚光器透镜700会聚来自多个光学特征转换元件140中的每一个的光，并将由这些光束形成的多个束斑的(二次光源)图像叠加在光调制元件500上。
在临界照明中，光源的不均匀照度会造成被照射表面上的不均匀照度分布，但是这个实施例使多个光源图像叠加并均匀化，从而消除了不均匀的照度分布。
图15例示了根据这个实施例的光源110的光发射区域、蝇眼透镜131的出口侧蝇眼透镜表面131B上的光源图像、光学特征转换元件140上的束斑，以及用于光调制元件150的被照射区域。光源110 的光发射区域具有沿Y方向伸长的形状。
在这个实施例中，光学特征转换元件140上的束斑与光调制元件 500光学共轭，因此照明区域需要具有与光调制元件500的纵横比相同的纵横比的矩形形状。换句话说，与光学特征转换元件140共轭的聚光器光学系统130中的蝇眼透镜131的蝇眼透镜表面131A和131B中的各个透镜单元可以具有与光调制元件500的纵横比相同的纵横比。
由于作为光源110的光发射区域的图像的光源图像在出口侧蝇眼透镜表面131B中的透镜单元LC上形成，因此透镜单元LC的纵横比被设置为使得其纵向方向与光源110上的光发射区域的纵向方向一致。
当用蝇眼透镜131代替棒状积分器时，这种关系是适用的。
第七实施例
图16A和16B例示了根据本发明第七实施例的投影仪的构造。这个实施例使用与第六实施例的基本构造相同的基本构造。但是，代替第六实施例中使用的聚光器透镜700，这个实施例通过使多个捕获光学系统150A的至少一部分偏心而使得来自多个光学特征转换元件 140中的每一个的光会聚并叠加。
这个实施例使用比第六实施例更少的工作光学构件。
第八实施例
图17例示了根据本发明第八实施例的投影仪中的光源装置100D 的部分构造。光源装置100D将从两个光源装置100发射的光束通过作为组合光学系统的组合棱镜900组合并将组合的光引导到未示出的照明光学系统。光源装置100可以用根据第二和第三实施例的光源装置100A和100B中的每一个来代替。
从两个光源装置100中的每一个发射的各个光束由凸透镜800聚光，并聚焦在组合棱镜900上。组合棱镜900具有两个反射表面。从一个光源装置100发射的光束在一个反射表面上形成束斑，并且从另一个光源装置100发射的光束在另一个反射表面上形成束斑。从两个光源装置100发射的光束被组合棱镜900反射并组合，并被引导到照明光学系统。这种构造可以组合来自两个光源装置100的光束，而不管这些光束的偏振方向和波长如何。
即使在这个实施例中，如图18中所示，光源110的光发射区域和在蝇眼透镜131的出口侧蝇眼透镜表面131B上形成的光源图像中的每一个都具有沿Y方向伸长的形状。另一方面，在组合棱镜900 的反射表面上形成的束斑具有通过在Y和X方向(或者当从X方向观看时是Z方向)扩展光发射区域和光源图像而产生的矩形形状。在组合棱镜900的反射表面上形成的束斑在Y方向上比在X方向 (Z方向)上长。这种形状关系使得来自两个光源装置100的光束能够被组合，而不降低亮度。
两个光源装置100中的光学特征转换元件140上作为光源图像的两个束斑在组合棱镜900上的两个反射表面上形成。当Y方向上的各个束斑的形状比X方向(Z方向)上各个束斑的形状长时，这两个束斑形成近似方形的组合光斑。结果，照明光学系统能够以很少的损失从合成棱镜900取得组合的光。
此外，与光源110的光发射区域的形状和蝇眼透镜表面131B的光源图像的形状类似，蝇眼透镜131的入射侧和出口侧上的蝇眼透镜表面131A和131B的透镜单元LC在Y方向上比在X方向上长。这种构造可以提供更高的光利用效率。
第九实施例
图19例示了根据本发明第九实施例的光源装置100的构造。在这个实施例中，聚光器光学系统(第一光学系统)130包括全息元件 1300。如图20中所示，全息元件1300包括在基板1301的表面上的微结构表面1302。
图21示意性地例示了微结构表面1302。在这个实施例中，基板 1301是石英基板，并且微结构表面1302在其表面上形成。微结构表面1302可以通过诸如蚀刻和纳米压印的技术形成，并且这个实施例对于蚀刻形成多次曝光。更多的曝光可以创建复杂的形状并提高衍射效率。这个实施例通过三次曝光形成八相微结构。
入射到全息元件1300上的光在全息元件1300的微结构表面 1302上衍射，并在光学特征转换元件140上形成期望的分布。图 22A例示了全息元件1300的微结构表面1302的强度分布，并且图 22B例示了光学特征转换元件140的强度分布。如图22B中所示，这个实施例也可以使照射区域的形状与光发射区域的形状不相似。
由于全息元件1300能够以期望的尺寸实现平坦的强度分布，因此这个实施例可以降低光密度并确保转换效率和耐久性。当然，可以通过改变微结构图案来形成任意图案，诸如矩形分布和圆形分布。透镜可以位于全息元件和光学特征转换元件之间。
这个实施例的变型
参考图23至27，将给出这个实施例的变型的描述。
虽然图19中所示的光源装置使用荧光体作为光学特征转换元件，但是图23中所示的这个变型使用漫射板作为光学特征转换元件140，其漫射入射光或者转换入射光的行进方向。此外，图23中所示的变型提供红色光源110R、绿色光源110G和蓝色光源110B，以便在没有荧光体的情况下生成白光。各个彩色光源都是被配置为发射相应彩色光的激光二极管或LED。来自这些彩色光源的彩色光束经由准直透镜120R、120G，120B以及全息元件1300R、1300G和1300B被分色镜170A和170B彼此组合，并且组合的光经由漫射板140进入捕获光学系统150。
图24中所示的变型通过偏振分束器160将来自被配置为发射蓝色P偏振光的光源110P的光束和来自被配置为发射蓝色S偏振光的光源110S的光束组合，并将组合的光引导到光学特征转换元件140。在这个实施例中，光学特征转换元件140是黄色荧光体。在各个光源的行进方向上提供准直透镜以及全息元件1300P和1300S中对应的一个。全息元件1300S可以是旋转90°的全息元件1300P。
图25中所示的变型提供光学特征转换元件140作为反射镜M上的荧光体。来自图19中所示的光源110、准直透镜120和全息元件 1300的蓝光透过分色镜170，并且经由捕获光学系统150被引导到光学特征转换元件140。透过光学特征转换元件140、在反射镜M上被反射并返回到分色镜170的荧光(黄色)在系统分色镜170上被反射并被引导到后续的系统。虽然在图25中未示出，但是蓝色光源可以与光源110分开提供，使得蓝光可以透射通过分色镜170并被引导到后续的系统。
图19中所示的光源装置100可以使用进行图26中所示的 Koehler照明的用于照明光学系统的光源装置，或者使用进行图27 中所示的临界照明的用于照明光学系统的光源装置。
第十实施例
参考图28和29A-29D，将给出根据本发明第十实施例的光源装置100的构造的描述。第九实施例与这个实施例之间的区别在于，这个实施例用具有用于第一光学系统130的四角锥形状的玻璃构件(棱镜)代替全息元件，如图28中所示。该玻璃构件130被设置为使得其顶点面向光学特征转换元件140，如图28和29A中所示。如图29B中所示，入射在玻璃构件130上的光被分成四个光束，如图29C 和29D中所示，彼此叠加，并且形成近似矩形的分布。这种构造也可以使照射区域的形状与光发射区域的形状不相似。
如图28中所示，可以提供多个玻璃构件130，或者可以将多个玻璃构件130布置在单个透明基板上。
以上实施例中的每一个仅仅是说明性的，并且可以对本发明的各个实施例进行各种变化和修改。例如，多个第一光学系统130可以被单个基板上的多个微结构表面或单个第一光学系统130代替。此外，代替多个捕获光学系统150，例如，具有大直径透镜的透镜系统可以捕获光。
根据各个实施例，第一光源装置可以抑制光学特征转换元件的转换效率下降并且抑制光学特征转换元件劣化，并且稳定地生成明亮的光。此外，第二光源装置可以提高从光学特征转换元件发射的光的利用效率并生成明亮的光。而且，第三光源装置可以提高出射光的利用效率。使用这些光源装置的图像投影装置可以投影明亮且高质量的图像。
在本说明书中，光学特征转换器可以包括多个光学特征转换元件或集成的光学特征转换元件。第一光学系统包括一个或多个光学元件。各个光学元件可以被认为是第一光学系统。
其它实施例
本发明的(一个或多个)实施例也可以由系统或装置的计算机实现，其中计算机读出并执行记录在存储介质(其也可以被更完整地称为“非临时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)，以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能，和/或计算机包括用于执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，以及由系统或装置的计算机通过例如从存储介质中读出并执行计算机可执行指令以便执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能和/或控制一个或多个电路执行上述 (一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能所执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元 (CPU)、微处理单元(MPU))并且可以包括独立计算机或独立处理器的网络来读出和执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以从例如网络或存储介质中提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(诸如压缩盘(CD)、数字多样化盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备、存储卡等等当中的一种或多种。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以便涵盖所有此类修改和等效结构及功能。

Claims (26)

1.一种光源装置，包括：
多个光源，各个光源均具有光发射区域；以及
光学特征转换器，光学特征转换器被配置为生成特征不同于来自所述多个光源的入射光的特征的出射光，
其特征在于，所述光源装置还包括第一光学系统，第一光学系统被配置为在光学特征转换器上的多个被照射区域中的各个被照射区域上照射入射光，
其中各个照射区域的形状与光发射区域的形状不相似。
2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，照射区域的形状对应于通过在彼此正交的两个方向中的至少一个方向上扩大光发射区域的形状而产生的形状。
3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，第一光学系统从光源侧起依次包括第一蝇眼表面和第二蝇眼表面。
4.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，第一光学系统在彼此正交且平行于第一光学系统的光轴的截面上具有彼此不同的折光力。
5.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，第一光学系统包括棒状积分器。
6.如权利要求1所述的光源装置，还包括用于所述多个光源中的各个光源的准直透镜，使得经准直透镜准直化的光进入第一光学系统。
7.如权利要求6所述的光源装置，还包括光组合元件，所述光组合元件设置于准直透镜和第一光学系统之间，并且被配置为组合与来自准直透镜的光不同的光束并将组合的光束引入第一光学系统。
8.如权利要求1所述的光源装置，还包括多个第二光学系统，所述多个第二光学系统中的各个第二光学系统被提供给光学特征转换器上的各个被照射区域，并且被配置为将发散光准直化为出射光，
其中光学特征转换器和所述多个第二光学系统被布置成在光学特征转换器和第二光学系统之间没有居间的空间。
9.如权利要求1所述的光源装置，还包括多个第二光学系统，所述多个第二光学系统中的各个第二光学系统被提供给光学特征转换器上的各个被照射区域，并且被配置为将发散光准直化为出射光，
其中所述多个第二光学系统布置成在所述多个第二光学系统之间没有居间的空间。
10.如权利要求1所述的光源装置，还包括多个第二光学系统，所述多个第二光学系统中的各个第二光学系统被提供给光学特征转换器上的各个被照射区域，并且被配置为将发散光准直化为出射光，
其中各个第二光学系统的焦距比第一光学系统的焦距短。
11.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，光学特征转换器包括多个光学特征转换元件。
12.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，光学特征转换器包括集成的光学特征转换元件。
13.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，第一光学系统包括多个光学元件。
14.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，第一光学系统包括光学元件。
15.一种光源装置，包括：
多个光源；以及
光学特征转换器，光学特征转换器被配置为生成特征不同于来自所述多个光源的入射光的特征的出射光；
其特征在于，所述光源装置还包括多个光学系统，所述多个光学系统中的各个光学系统被提供给光学特征转换器上的来自所述多个光源的入射光的多个被照射区域中的各个被照射区域，并且被配置为将发散光准直化为出射光，
其中光学特征转换器和所述多个光学系统被布置成在光学特征转换器和光学系统之间没有居间的空间。
16.如权利要求15所述的光源装置，还包括透光基板，所述透光基板被提供在光学特征转换器和所述多个光学系统之间并且被配置为保持光学特征转换器。
17.一种光源装置，包括：
多个光源；以及
光学特征转换器，光学特征转换器被配置为生成特征不同于来自所述多个光源的入射光的特征的出射光，
其特征在于，所述光源装置还包括多个光学系统，所述多个光学系统中的各个光学系统被提供给光学特征转换器上的来自所述多个光源的入射光的多个被照射区域中的各个被照射区域，并且被配置为将发散光准直化为出射光，
其中所述多个光学系统被布置成在光学系统之间没有居间的空间。
18.如权利要求17所述的光源装置，其特征在于，所述多个光学系统被布置成使得光学系统的透镜表面彼此相邻。
19.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，光学特征转换器包括波长转换元件，所述波长转换元件被配置为生成作为波长与入射光不同的波长转换光的出射光。
20.如权利要求19所述的光源装置，还包括分色表面，所述分色表面离所述多个光源比离光学特征转换器更近，并且被配置为透射入射光和反射波长转换光。
21.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，光学特征转换器包括角度转换元件，所述角度转换元件被配置为转换入射光的光束角度并生成出射光。
22.如权利要求1至21中任一项所述的光源装置，其特征在于，第一光学系统包括全息元件。
23.如权利要求1至21中任一项所述的光源装置，其特征在于，第一光学系统包括具有四角锥形状的棱镜。
24.一种图像投影装置，被配置为使用由光调制元件调制的光来投影图像，其特征在于，所述图像投影装置包括：
如权利要求1至21中任一项所述的光源装置；以及
照明光学系统，被配置为通过对于来自所述多个光源的各个入射光叠加从光学特征转换器发射的出射光来照亮光调制元件。
25.如权利要求24所述的图像投影装置，还包括多个光源装置，
其中照明光学系统包括组合光学系统，所述组合光学系统被配置为将来自所述多个光源装置的光束彼此组合，并且将组合的光束引入光调制元件。
26.一种图像投影装置，被配置为使用由光调制元件调制的光来投影图像，其特征在于，所述图像投影装置包括：
如权利要求1至14中任一项所述的光源装置；以及
照明光学系统，被配置为通过对于来自所述多个光源的各个入射光叠加从光学特征转换器发射的出射光来照亮光调制元件，
其中，光发射区域、照射区域和照明光学系统的照明区域中的各个区域均具有在第一方向上比在与所述第一方向正交的第二方向上更长的形状。
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