CN109388005B - 光源装置及投射装置 - Google Patents

Abstract

本发明抑制旋转波长转换元件的荧光体层的劣化。投射装置(100)的光源装置(10)具备具有通过来自激光光源库(121、…、12n)的蓝色激光而被激发的黄色用荧光体层、绿色用荧光体层(30y、30g)的荧光体轮(24)，自荧光体层被分时性地放射的黄色及绿色的放射光(扩散光)通过透镜(22)而被聚光，入射至色轮(32)。于色轮形成红色二向色过滤器部(36)，红色成分自黄色光分离。将色轮以色轮的入射面的法线方向相对于透镜的光轴倾斜的方式配置。由于来自色轮的反射光的一部分偏离透镜的有效口径的范围，故向荧光体轮的返回光减少，荧光体层的劣化被抑制。

Description

光源装置及投射装置

技术领域

本发明涉及一种光源装置及投射装置，尤其例如涉及一种将来自单色激光的激光照射于荧光体轮(旋转波长转换元件)，通过色轮(color wheel)(旋转分色元件)将来自荧光体轮的放射光进行分光的、DLP(注册商标：Digital Light Processing)方式的光源装置以及使用该光源装置的投射装置。

背景技术

于专利文献1揭示背景技术的一例。该专利文献1中，通过蓝色激光对形成于荧光体轮的荧光体层的荧光体进行激发而进行波长转换为黄色光，并且使蓝色光自透明区域透射，分别入射至色轮。自于色轮形成的透明区域取出蓝色光(B)，于通过二向色过滤器而形成的红色透射区域自黄色光取出红色光(R)，于通过二向色过滤器而形成的绿色透射区域自黄色光取出绿色光(G)，自通过二向色过滤器而形成的黄色透射区域取出截断了蓝色的黄色光(Y)。通过DMD(Digital Micromirror Device)或LCOS(Liquid Crystal onSilicon)对如上述的各色彩成分进行空间调制(spatial modulation)，自投射透镜投射影像。

现有技术文献

专利文件

专利文献1：WO2015/145940A1

发明内容

本发明所要解决的技术问题

若如背景技术般，荧光体轮与色轮被平行地配置，则于通过色轮而自黄色光提取各色彩成分时的未透射的残存光成分于色轮被反射，该反射光作为返回光而再回到荧光体轮。因此，存在如下问题：因该返回光的能量而荧光体层损伤，特性劣化。尤其是使用高输出激光的情形时，该倾向显著。

因此，本发明的主要目的在于提供一种新颖的投射装置。

本发明的其他目的在于提供一种能够尽可能地抑制荧光体层的劣化的投射装置。

解决问题的手段

第一发明为一种光源装置，其包括：旋转波长转换元件，其具有通过来自光源的光而被激发的荧光体层；透镜，其将放射自荧光体层的放射光进行聚光；以及旋转分色元件，其与旋转波长转换元件同步被旋转，具有接受通过透镜而被聚光的光的入射面，且具有将特定的色彩成分自被入射至入射面的光分离的二向色过滤器部，将旋转分色元件以入射面的法线方向相对于透镜的光轴倾斜的方式配置。

第一发明中，透镜(实施例中为22)将放射自旋转波长转换元件的光进行聚光且使其向旋转分色元件入射，将来自旋转分色元件的反射光进行聚光而返回旋转波长转换元件。此时，由于使旋转分色元件的入射面相对于光轴倾斜A度，故于通过旋转分色元件取出特定色彩时的残存成分，被反射至自光轴偏离该倾斜角度A的两倍的量的方向。因此，若来自旋转分色元件的反射光于偏离倾斜角度A的两倍的方向前进，则该反射光的一部分自透镜的有效口径偏离，结果，不会回到荧光体轮。因此，与返回光全部回到旋转波长转换元件的情形相比，自旋转分色元件向旋转波长转换元件的返回光的光量即能量变小。因此，与旋转分色元件相对于光轴垂直的情形相比，旋转波长转换元件中的荧光体层的损伤的程度变小，可抑制荧光体层的劣化。

第二发明依附于第一发明，是以大于0度且10度以下的角度范围设定旋转分色元件的倾斜角度的光源装置。

第二发明中，将旋转分色元件的倾斜角度A设定于相对于光轴大于0度且10度以下的范围(0＜A≦10)。若将旋转分色元件的相对于透镜的光轴的倾斜角度A设大，则相应于此，旋转波长转换元件的荧光体层的表面中的，由来自旋转分色元件的反射光(返回光)造成的峰照度及温度上升变小，荧光体层的损伤程度变小。然而，随着倾斜角度A变大而分色特性变差。因此，旋转分色元件的倾斜角度A优选设为相对于光轴大于0度且10度以下的范围。

第三发明为具备第一或第二发明的光源装置的投射装置。

发明效果

根据本发明，由于将旋转分色元件以入射面的法线方向相对于透镜的光轴倾斜的方式配置，故与旋转波长转换元件和旋转分色元件为平行的情形相比，可使返回旋转波长转换元件(例如荧光体轮)的来自旋转分色元件(例如色轮)的返回光变少，故能够尽可能地抑制旋转波长转换元件的荧光体层的劣化即特性的劣化。

本发明的上述目的、其他目的、特征及优点，由参照附图而进行的以下的实施例的详细说明而更加明瞭。

附图说明

图1是示出本发明的一实施例的投射装置的外观的立体图。

图2是示出作为图1实施例的主要部分的光源装置的一实施例的图解图。

图3是俯视地示出图2所示的光源装置所含有的荧光体轮的图解图。

图4是俯视地示出图2所示的光源装置所含有的色轮的图解图。

图5是示出提取图2实施例的黄色成分(Y)、绿色成分(G)或红色成分(R)时的光路的一例的图解图。

图6示出提取图2实施例的蓝色成分(B)时的光路的一例的图解图。

图7是示出来自色轮的反射光(返回光)与透镜的有效口径的关系的图解图。

图8是示出色轮的倾斜角度为0度时的荧光体轮的荧光体层的表面的照度分布的一例的图解图。

图9是示出色轮的倾斜角度为3度时的荧光体轮的荧光体层的表面的照度分布的一例的图解图。

图10是示出色轮的倾斜角度为5度时的荧光体轮的荧光体层的表面的照度分布的一例的图解图。

图11是示出色轮的倾斜角度为10度时的荧光体轮的荧光体层的表面的照度分布的一例的图解图。

图12是示出色轮的倾斜角度为15度时的荧光体轮的荧光体层的表面的照度分布的一例的图解图。

图13是示出色轮的倾斜角度为20度时的荧光体轮的荧光体层的表面的照度分布的一例的图解图。

图14是将图2实施例的荧光体轮的荧光体层的表面的最大峰照度以与色轮的倾斜角度的关系示出的图表，纵轴表示最大峰照度，横轴表示倾斜角度。

图15是将图2实施例的色轮的分光特性以与色轮的倾斜角度的关系示出的图表，纵轴表示透射率，横轴表示波长。

图16是示出作为图1实施例的主要部分的光源装置的其他实施例的图解图。

具体实施方式

＜第一实施例＞

参照图1，本发明的一实施例的投射装置100包含壳体102，于该壳体102的内部例如内设有图2所示的光源装置10。全彩的影像信号从该光源装置10(的空间调制元件40)被输出，该全彩的影像信号自形成于壳体102的上面的投射口104，被朝向投射屏幕(未图示)投射。此外，图1中为了简化附图，省略形成于壳体102的通气口等。

光源装置10如图2详细地所示，具备多个激光光源库121、…、12n，各激光光源库121、…、12n分别含有输出蓝色激光的多个激光二极管12a、12a、…。自各激光二极管12a出射的蓝色激光，通过相对于光轴往右倾斜45度而设置的二向色镜(dichroic mirror)141…、14n而分别被反射，于该图中向左方向被进行光路转换。

本实施例中，较最后段的二向色镜14n前面的二向色镜14使自后段入射的蓝色激光透射，故所有来自激光光源库121、…、12n的蓝色激光通过配置于二向色镜141的左侧的聚光透镜16而被聚光，被入射至配置于聚光透镜16的左侧的扩散器18。经过扩散器18的大致平行光(蓝色激光)被入射至二向色镜20。

本实施例中，通过增减激光光源库12与二向色镜14的组数，可增减能够输出的影像信号的亮度。例如，若于一个激光光源库12与二向色镜14的组数设为1000lm(流明)，则于四个为4000lm。

本实施例中，二向色镜20是向与镜141、…、14n相反侧(左)倾斜45度而设置，入射面反射蓝色光。因此，经过平行光透镜的蓝色激光于二向色镜20被反射，朝向该图的上方向被进行光路转换。

于二向色镜20被反射的平行光，通过形成透镜22的两个聚光透镜22a及22b，于作为旋转波长转换元件的荧光体轮24上被聚光。

荧光体轮24如图3所示，含有例如由玻璃、塑胶或金属构成的圆板26，于该圆板26的一主面(图示中为下侧面)的外周缘，残留形成为一部分的透明部28，形成具有既定的径方向中的宽度的黄色用荧光体层30y以及绿色用荧光体层30g。通过聚光透镜22a及22b而被聚光为圆锥状的蓝色激光(圆锥前端)，于荧光体层30y及30g的宽度的大致中央，被照射于荧光体层30y及30g上。

荧光体轮24如周知般，设置于圆板26的中心的旋转轴(未图示)连结于同步马达(未图示)的输出轴，因此，通过同步马达，例如以120Hz的旋转速度被旋转。其中，马达也可为步进马达(stepping motor)。

另一方面，上述透明部28于圆板26中，中心角为约60度的圆弧，黄色用荧光体层30y作为中心角为约200度的圆弧而形成，绿色用荧光体层30g作为中心角为约100度的圆弧而形成。因此，若蓝色激光被聚光于荧光体轮24的下面(入射面)，则分时性地透射透明部28，而蓝色激光于图示中被出射至荧光体轮24的上方，荧光体层30y及30g分别被激发，分别产生黄色及绿色的各自的放射光。

于荧光体轮24产生的黄色及绿色的各自的放射光，于透镜22的透镜22b及22a成为大致平行光而经过二向色镜20，于透镜22的透镜22c被聚光，入射至色轮32的上面(图示中)。也就是，透镜22于自荧光体轮24朝向色轮32或其反方向，将光进行扩散/聚光。

色轮32如图4所示，包含由玻璃或塑胶构成的透明圆板34，于该透明圆板34的一主面，在约100度的中心角形成红色的红色二向色过滤器部36，剩余的部分(中心角约260度的范围)设为维持透明。也就是，于色轮32形成有红色二向色过滤器部36以及透明部38。该色轮32如周知般，设置于透明圆板34的中心的旋转轴(未图示)连结于同步马达(未图示)的输出轴，因此，通过同步马达例如以120Hz的旋转速度，与前述的荧光体轮24同步被旋转。马达也可以为步进马达。

如上所述，通过透镜22被聚光的黄色及绿色的光被入射至色轮32，但于各自的光被入射至透明部38时，黄色及绿色的光直接透射色轮32，被输出至色轮32的下方面侧。另一方面，黄色光入射至红色二向色过滤器部36时，黄色光所含有的红色成分通过该红色二向色过滤器部36而被输出至色轮32的下方面侧。因此，红色成分(R)、绿色成分(G)以及黄色成分(Y)自色轮32被输出，被输入至如含有DMD的DLP(注册商标)芯片的空间调制元件40。

也就是，红色成分(R)、绿色成分(G)以及黄色成分(Y)通过图5所示的路径被输入至例如空间调制元件40。其中，这些色彩成分相应于色轮32的旋转位置(位相)而被分时性地输出。另外，需要留意的是，图5中，以细线表示朝向荧光体轮24的一次光，以单点链线表示除此之外者，但若两者重迭则变得无法判别，因此有意地改变光路的大小(径)。

此外，本实施例的光源装置10中，蓝色部分(B)通过与上述的色彩成分不同的路径。

也就是，从激光光源库121、…、12n经过二向色镜141、…、14n而入射至二向色镜20的蓝色激光，通过该二向色镜20被往上方向反射。其后，通过荧光体轮24的透明部28并经过透镜42、镜44、透镜46而被设为大致平行光，进一步经过镜48、镜49及扩散器50，于二向色镜20的、与来自激光光源库121、…、12n的蓝色激光被反射的面相反的面被反射，于透镜22的透镜22c被聚光，而被入射至色轮32。

色轮32中，红色二向色过滤器部36以外的区域为透明部38，因此，通过透镜22c被聚光的蓝色成分(B)直接被输入至空间调制元件40。也就是，蓝色成分(B)通过图6所示的路径被输入至空间调制元件40。

其中，利用如实施例的投射装置100中的空间调制元件40的具体的空间调制控制已为周知，此处省略更进一步的说明。

本实施例的光源装置10中，将作为旋转波长转换元件的荧光体轮24与作为旋转分色元件的色轮32偏离互相平行而配置。

若荧光体轮24与色轮32为平行，则透镜22的光轴52相对于荧光体轮24及色轮32两者呈垂直，于透镜22被聚光的来自荧光体轮24的光被垂直(直角)地入射至色轮32的入射面。因此，已通过红色二向色过滤器部36从该黄色光提取(分离)了红色成分的剩余的光成分，从色轮32的入射面垂直地反射，通过透镜22，直接回到荧光体轮24。因此，荧光体轮24的荧光体层30y因回归反射光(返回光)的能量而损伤，产生荧光体层30y的特性劣化。此情形若投射装置100的输出越为高输出化，即来自激光光源库121、…、12n的光能量越大，则越显著地显现。

相对于此，若如实施例般将荧光体轮24与色轮32偏离互相平行而配置，则来自色轮32的反射光(返回光)对荧光体轮24的荧光体层30y造成损伤的程度减轻。其原因在于，从色轮32向荧光体轮24的再回归的反射光的光量即能量变小。

具体而言，荧光体轮24相对于设置在荧光体轮24与色轮32之间的透镜22的光轴52垂直或大致垂直地(实质上垂直地)配置，以色轮32的入射面的法线方向相对于该光轴52倾斜的方式配置色轮32。也就是，色轮32倾斜倾斜角度A(图2)的量而配置。

如上所述使色轮32的入射面相对于光轴52倾斜A度时，反射至从光轴52偏离了该倾斜角度A的两倍的量的方向。另一方面，为了尽可能地抑制成本，将透镜22的光路的粗细，即各透镜22a～22c、特别是透镜22c的有效口径，设计成必需的最小的大小。因此，若来自色轮32的反射光向偏离倾斜角度A的方向前进，则如图7所示，该返回光的一部分从透镜22(透镜22c)的有效口径偏离，结果变得不会回到荧光体轮24。其中，图7中，虚线表示荧光体轮24与色轮32互相平行的状态，即，色轮32的入射面的法线方向相对于透镜22的光轴52不倾斜时的返回光。也就是，从色轮32向荧光体轮24的再回归的反射光的光量即能量变小。因此，与色轮32不倾斜而色轮32的入射面相对于光轴52为垂直的情形相比，荧光体轮24中荧光体层30y的损伤的程度变小。因此，可抑制荧光体层的劣化。

图8～图13为示出由荧光体轮24的荧光体层30y的表面的来自色轮32的反射光而得的照度分布(能量分布)的模拟照片。

图8为上述倾斜角度A为0度的情形，即，色轮32不倾斜时的照度分布图。此情形时，可知于荧光体层表面形成有以红色表示的较大的高照度区域(高能量区域)。也就是，由反射光即返回光而得的荧光体层表面的峰照度大。

图9为上述倾斜角度A为3度的情形时的照度分布图。此情形时，荧光体层表面的高照度区域与图8的情形相比小。因此，荧光体层表面的由返回光(反射光)而得的峰照度稍小。

图10为倾斜角度A为5度的情形时的照度分布图。此情形时，荧光体层表面中高照度区域几乎消失，且与图9的情形相比变得更小。因此，荧光体层表面的由返回光而得的峰照度小。

图11为倾斜角度A为10度的情形时的照度分布图。此情形时，荧光体层表面中高照度区域消失，荧光体层表面的由返回光而得的峰照度更小。

图12为倾斜角度A为15度的情形时的照度分布图。此情形时，荧光体层表面的由返回光而得的峰照度更小。

图13为倾斜角度A为20度的情形时的照度分布图。此情形时，荧光体层表面的由返回光而得的峰照度进一步更小。

如上所述，若将色轮32的相对于透镜22的光轴52的倾斜角度A设大，则相应于此，于荧光体轮24的荧光体层30y、30g的表面的、由来自色轮32的反射光(返回光)而得的峰照度及温度上升变小，荧光体层的损伤的程度变小。

进一步，图8～图13的照度分布图，换言之，可谓表示有荧光体轮24的荧光体层30y的表面的主要由返回光而得的峰照度。观察图8时，色轮32的倾斜角度A的关系，由于倾斜角度A为0度时可明了地确认红色的高照度区域，故最大峰照度大，若如图9～图13般倾斜角度A变大，则最大峰照度渐渐变小。

发明人等检验根据倾斜角度A的变化而最大峰照度会呈现何种变化，将其表示于图14的图表。由此图表可知，将倾斜角度A设为5度时，荧光体轮24的荧光体层30y的表面的最大峰照度与倾斜角度A＝0度时相比减少约25％，将倾斜角度A设为10度时，最大峰照度与倾斜角度A＝0度时相比减少约40％。然而，即使将倾斜角度设为15度以上，最大峰照度的减少几乎接近饱和，来自色轮32的返回光的影响消失，成为仅蓝色激光的入射光的最大峰照度。

另一方面，如图15的图表所示，相应于倾斜角度A，色轮32中的红色成分(570nm)的分光特性变化。于倾斜角度A为0度、3度及5度时，分光特性未如此恶化，但于倾斜角度为10度、15度及20度时，分光特性变广(broad)，红色成分的色彩纯度变差。产生所谓的色彩模糊。

通过如上述的发明人等的一系列的实验，得知优选将倾斜色轮32的倾斜角度A设定于大于0度且10度以下的角度范围(0＜A≦10)。原因在于若倾斜角度A为15度以上，则色彩纯度降低，由此产生投射影像的品质降低。

也就是，色轮32的倾斜角度A优选设为色轮32的分光特性不变广的范围，且红色成分(波长570nm)的透射率为0％～10％的范围。

[第二实施例]

第一实施例中，色轮32于附图上往右上倾斜，但该色轮32如图16所示，也可于附图上以往左上倾斜的倾斜方向设置。其中，倾斜角度A也可与第一实施例同样地设定。该第二实施例中，也与第一实施例同样地，能够尽可能地抑制荧光体轮24中荧光体层30y的损伤乃至劣化。

上述的第一实施例及第二实施例中，自作为旋转波长转换元件的荧光体轮24与作为旋转分色元件的色轮32之间导入单色激光(蓝色激光)，从荧光体轮24的色轮32侧的内面对形成于该内面的荧光体层30y及30g照射蓝色激光。

然而，蓝色激光的照射方向如于背景技术所引用的专利文献1般，可设为从荧光体轮的外面侧(与色轮为相反侧)的面进行照射。

进一步，第一实施例及第二实施例中，于色轮32通过从放射自荧光体轮24的黄色光进行分离而取出红色成分，从色轮32直接输出放射自荧光体轮24的黄色光及绿色光以及经过其他路径的蓝色光。

然而，可通过色轮32分离任意的色彩成分。如专利文献1，也可从荧光体轮放射黄色光，通过色轮从该黄色光分离红色成分、绿色成分及蓝色成分。此情形时，由于提取各色彩成分时的残存成分再回归反射至荧光体轮，故若如上述的各实施例般使旋转分色元件倾斜，则对荧光体层的劣化防止有效。

重点是，本发明可全部应用于光源装置，该光源装置具有将放射自旋转波长转换元件的荧光体层的光，通过进行聚光的透镜22而入射至旋转色分离元件，从该入射光将所欲的波长的色彩成分通过旋转分色元件进行分离或提取时的、自旋转分色元件向旋转波长转换元件回归的返回光。

上述实施例中使用了单色蓝色激光作为光源，但同样作为蓝色激光，例如也可以组合440nm与460nm等波长不同的激光。另外，也可以使用LED等激光元件以外的光源。

附图标记说明

100…投射装置

104…投射口

10…光源装置

121、…、12n…激光光源库

141、…、14n、20…二向色镜

22…透镜

24…荧光体轮

32…色轮

52…光轴

Claims (5)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

旋转波长转换元件，其具有通过来自光源的光而被激发的荧光体层；

透镜，其将放射自所述荧光体层的放射光进行聚光；以及

旋转分色元件，其与所述旋转波长转换元件同步被旋转，具有接受通过所述透镜而被聚光的光的入射面，且具有将特定的色彩成分自被入射至所述入射面的所述光分离的二向色过滤器部；

将所述旋转分色元件配置为:所述入射面的法线方向相对于所述透镜的光轴倾斜，反射自所述旋转分色元件的反射光的至少一部分不回到所述旋转波长转换元件。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，以大于0度且10度以下的角度范围设定所述旋转分色元件的倾斜角度。

3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，

所述光源装置包括多个激光光源库；

各激光光源库分别包含输出蓝色激光的多个激光二极管。

4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，

所述透镜在自所述旋转波长转换元件朝向所述旋转分色元件的方向或其反方向，将光进行扩散以及聚光。

5.一种投射装置，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的光源装置。

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