CN112083627A - 光源装置和图像投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光源装置和图像投影装置。该光源装置包括：第一光源，其被构造为发射第一颜色光；第二光源，其被构造为发射具有与所述第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光；波长转换元件，其被构造为，将所述第一颜色光转换为具有与所述第一颜色光的波长不同的波长的第三颜色光并发射所述第三颜色光，并且按原样发射所述第二颜色光；以及包括导光面的光学系统，所述导光面被构造为将来自所述第一光源的所述第一颜色光和来自所述第二光源的所述第二颜色光引导至所述波长转换元件，所述光学系统被构造为发射来自所述波长转换元件的所述第二颜色光和所述第三颜色光的组合光。

Description

光源装置和图像投影装置
技术领域
本发明涉及适合于图像投影装置(投影器)等的光源装置。
背景技术
一些投影器将从激光二极管发射的光作为激发光发射到荧光体(荧光部件)，将包括通过荧光体的波长转换而生成的荧光的照明光引导至光调制元件以对其进行调制，并且投影图像。
要求投影器基于诸如sRGB和DCI的颜色标准进行颜色再现。然而，实际上尚未将具有适当发射光谱的材料用作荧光体的材料。因此，日本特许第(“JPs”)5979416号公报和5928383号公报公开了一种投影器，其配设有与荧光体分离的辅助光源，以便补偿仅缺乏荧光的波长区域中的光量。
然而，在日本特许第5979416号公报和5928383号公报中公开的投影器中，在从荧光体发射的荧光的光谱和来自所添加的辅助光源的光的光谱叠加的波长区域中，仅其中一种光可以被使用并且光使用效率低。
发明内容
本发明提供了光源装置和使用该光源装置的图像投影装置，光源装置和图像投影装置中的各个可以使用辅助光源提高颜色再现性，并可以有效地利用来自波长转换元件的转换光的光谱。
根据本发明的一方面的光源装置包括：第一光源，其被构造为发射第一颜色光；第二光源，其被构造为发射具有与所述第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光；波长转换元件，其被构造为，将所述第一颜色光转换为具有与所述第一颜色光的波长不同的波长的第三颜色光并发射所述第三颜色光，并且按原样发射所述第二颜色光；以及包括导光面的光学系统，所述导光面被构造为将来自所述第一光源的所述第一颜色光和来自所述第二光源的所述第二颜色光引导至所述波长转换元件，所述光学系统被构造为发射来自所述波长转换元件的所述第二颜色光和所述第三颜色光的组合光。具有上述光源装置的图像投影装置还构成了本发明的其他方面。
通过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示出了根据本发明的第一实施例的光源装置的构造。
图2示出了根据第一实施例的光源装置的变型。
图3示出了根据第一实施例的导光面上的光束分布。
图4示出了根据第一实施例的导光面的光谱特性。
图5A和图5B示出了根据第一实施例的导光面的光谱特性。
图6示出了从根据第一实施例的光源装置发射的光的光谱。
图7示出了根据本发明的第二实施例的光源装置的构造。
图8示出了根据第二实施例的从荧光体发射的光的强度分布。
图9示出了根据本发明的第三实施例的光源装置的构造。
图10示出了根据第三实施例的导光面上的光束分布。
图11示出了根据本发明的第四实施例的光源装置的构造。
图12示出了根据本发明的第五实施例的光源装置的构造。
图13示出了根据第五实施例的导光面上的光束分布。
图14A至图14C示出了根据第五实施例的导光面上的光谱特性。
图15A至图15C说明了本发明的第六实施例。
图16示出了包括根据各实施例的光源装置的投影器的构造。
具体实施方式
现在参照附图描述根据本发明的实施例。
第一实施例
图1示出了根据本发明的第一实施例的光源装置100的构造。附图标记1表示作为激发光源的第一光源，其发射蓝光(第一颜色或有色光)，并且附图标记2表示作为辅助光源的第二光源，其发射波长不同于蓝光的红光(第二颜色光)。从第一光源1发射的蓝光和从第二光源2发射的红光入射到设置在光源装置(稍后描述的聚光透镜11)的光轴AX上的导光面10。在本实施例中，二向色镜用于导光面10。
用作导光面10的二向色镜可以是施加到诸如玻璃的基板的整个表面的二向色涂层，或者是如图2所示施加到基板30的比来自聚光透镜11的光的光束直径大的一部分的二向色涂层。这同样适用于稍后描述的其他实施例中的导光面。
如从光轴AX延伸的光轴方向(聚光透镜11侧)观察的图3所示，来自第一光源1的蓝光20和来自第二光源2的红光21分别入射到不同的区域。导光面10被构造为单个表面，并且包括蓝光20入射的第一区域20a和红光21入射的第二区域21a，使得这些区域彼此不交叠。如图4所示，导光面10在其整个表面上具有如下特性：反射具有大约440nm至470nm的波长的蓝光和具有大约630nm至650nm的波长的红光，并透射具有其他波长的光。导光面10反射蓝光20和红光21，并且将蓝光20和红光21引导至作为波长转换元件的荧光体12。
导光面10可以具有以下特性：如图5A所示，蓝光入射的第一区域反射蓝光并透射具有其他波长的光，如图5B所示，红光入射的第二区域反射红光并透射具有其他波长的光。导光面10可以具有透射蓝光和红光二者并反射具有其他波长的光的特性。
在导光面10上反射的蓝光20和红光21经由聚光透镜11朝向荧光体12会聚。作为聚光光学系统的聚光透镜11包括具有正光焦度的一个或多个透镜并且使来自导光面10的光朝向荧光体12会聚，并且如稍后所描述，使从荧光体12发射的光会聚并使其准直。导光面10和聚光透镜11构成光学系统。
入射到荧光体12的蓝光20(激发光)的一部分被荧光体12转换为荧光(转换光)，作为波长比蓝光20更长的黄光(第三颜色光)，并且从荧光体12向聚光透镜11发射荧光。波长未被转换的蓝光20的剩余非转换光作为蓝光向聚光透镜11发射。根据本实施例的荧光体12是反射型荧光体，并且包括：转换激发光的波长并发射荧光的部件；在与激发光的入射方向不同的方向使荧光和非转换光散射的部件；保持这些部件的部件；以及配设有反射膜的基板。
入射到荧光体12的红光(辅助光)也没有经过波长转换，而是作为红光向聚光透镜11发射。由此，如图6所示，通过将作为激发光的蓝光、作为荧光的黄光和作为辅助光的红光进行组合而获得的白光从荧光体12行进至聚光透镜11。然后，如上所述，作为散射光的白光被聚光透镜11准直并从光源装置100发射。
此时，组合光的一部分，蓝光和红光，被导光面10朝向第一光源1和第二光源2反射。然而，导光面10的大小被设置为使得其小于来自聚光透镜11的组合光的光束直径，并且几乎不影响组合光的白色。更具体地，可以满足以下条件：
A/B<1.0
其中，A是当从光轴方向(波长转换元件侧)观察时的导光面10的面积，并且B是来自聚光透镜11的组合光的光束面积。
被导光面10朝向第一光源1侧和第二光源2侧反射的光成为损耗。为了尽可能减小损耗，可以满足以下条件：
A/B≤0.5。
为了减小其中组合了多种有色光的组合光的颜色不均匀性，可以满足以下条件：
A/B≤0.2。
图16示出了作为包括根据本实施例的光源装置100的图像投影装置的投影器的构造。从光源装置100发射的白光100a被照明光学系统200转换成照明光200a，并入射到光调制元件300。照明光学系统200通过如下操作来生成照明光200a：将作为来自光源装置100的非偏振光的白光100a转换成线性偏振光，将白光100a转换成在光调制元件300上形成具有均匀亮度的照射区域的光，并且将白光100a分离成三色RGB光束。
光调制元件300包括透射型或反射型液晶面板、数字微镜设备等。驱动电路600根据从外部输入的图像信号来驱动光调制元件300。从而，光调制元件300根据输入的图像信号调制照明光200a，并生成图像光300a。图像光300a经由投影光学系统400被投影到诸如屏幕的投影表面(目标表面)500上。投影光学系统400组合颜色分离的图像光300a并放大图像光300a。由此，显示作为彩色图像的投影图像。
在图16所示的投影器中，可以使用稍后描述的其他实施例的光源装置代替根据本实施例的光源装置100。
第二实施例
图7示出了根据本发明的第二实施例的光源装置100A的构造。根据本实施例的光源装置100A与根据第一实施例的光源装置100的不同之处在于导光面10A的布置，除此之外，它们彼此相似并且通过与第一实施例中相同的附图标记来指定与第一实施例中的元件对应的元件。
如在第一实施例中所述，来自聚光透镜11的组合光的一部分被导光面10反射并且成为损耗。当从荧光体12发射的光在与光轴AX正交的平面内具有均匀的强度时，无论导光面10的位置如何，损耗都是恒定的。然而，假设如图8所示，从荧光体12发射的光在光轴AX上(在0度角处)具有最大强度，并且随着距光轴AX的距离增加而变弱。然后，当将导光面10放置在光轴AX上时，损耗变大。
因此，本实施例通过使导光面10A从光轴AX偏心或通过将导光面10A设置在远离光轴AX的位置处，来减小损耗。虽然图7示出了在纸面的面内方向上的偏心，但是相对于光轴AX的偏心可以在纸面的深度方向上(未示出)。
第三实施例
图9示出了根据本发明的第三实施例的光源装置100B的构造。由于除了导光面10B的构造以外，根据本实施例的光源装置100B与根据第一实施例的光源装置100相同，因此通过与第一实施例中相同的附图标记来指定与第一实施例中的元件对应的元件。
与第一实施例类似，根据本实施例的导光面10B也设置在光轴AX上。根据第一实施例，导光面10是单个表面。另一方面，如从光轴方向观察的图10所示，根据本实施例的导光面10B包括具有第一区域20a的第一导光面10a、以及具有第二区域21a的第二导光面10b，第一区域20a接收来自第一光源1的蓝光20并将蓝光20引导至荧光体12，第二区域21a接收来自第二光源2的红光21并将红光21引导至荧光体12。第一导光面10a和第二导光面10b分别具有图5A和图5B所示的特性。
第四实施例
图11示出了根据本发明的第四实施例的光源装置100C的构造。由于除了导光面10C的构造以外，根据本实施例的光源装置100C与根据第三实施例的光源装置100B相同，因此通过与第三实施例中相同的附图标记来指定与第三实施例中的元件对应的元件。
与第三实施例类似，根据本实施例的导光面10C也包括具有第一区域20a的第一导光面10a、以及具有第二区域21a的第二导光面10b，第一区域20a接收来自第一光源1的蓝光20并将蓝光20引导至荧光体12，第二区域21a接收来自第二光源2的红光21并将红光21引导至荧光体12。然而，本实施例将第一导光面10a和第二导光面10b二者设置在相对于光轴AX偏心的位置处或远离光轴AX的位置处。第一导光面10a和第二导光面10b被设置在彼此分离的位置。
如上所述，由于第一导光面10a和第二导光面10b彼此分离，并且被设置在相对于光轴AX偏心的位置处，因此各导光面具有较小的面积，并且可以使各导光面上的光损耗较小。虽然图11示出了在纸面的面内方向上的偏心，但是可以使用相对于光轴AX的在纸面的深度方向上(未示出)的偏心。
第五实施例
图12示出了根据本发明的第五实施例的光源装置100D。由于除了具有第三光源3和导光面10D的构造以外，根据本实施例的光源装置100D与根据第四实施例的光源装置100C相同，因此通过与第四实施例中相同的附图标记来指定与第四实施例中的元件对应的元件。
根据本实施例的光源装置100D除了具有发射红光21的第二光源2以外，还具有作为发射绿光22的辅助光源的第三光源3。类似于第四实施例，导光面10D具有彼此分离并且分别相对于光轴AX偏心的第一导光面10a和第二导光面10b。虽然图12示出了第一导光面10a位于光轴AX上，但是第一导光面10a实际设置在相对于光轴AX偏心的位置，如从光轴方向观察的图13所示。
导光面10D还包括具有第三区域22a的第三导光面10c，第三区域22a接收来自第三光源3的绿光22并将绿光22引导至荧光体12。第三导光面10c设置在远离第一导光面10a和第二导光面10b并且相对于光轴AX偏心的位置。
如图14A和图14B所示，第一导光面10a和第二导光面10b分别具有与图5A和图5B所示的特性相同的特性。另一方面，如图14C所示，第三导光面10c具有如下特性：反射具有大约520nm至大约540nm的波长的绿光并且透射其他颜色的光。
入射到荧光体12的作为辅助光的绿光22作为绿光朝向聚光透镜11发射，而不进行类似于红光的波长转换。绿光与类似地从荧光体12发射以形成白光的蓝光(非转换光)、黄光(荧光)和红光(辅助光)组合，并从光源装置100D发射。
本实施例中的绿光22可以与红光21一起被视为第二颜色光，并且针对绿光22设置的第三光源3和第三导光面10c(第三导光面22a)也可以被分别视为第二光源和第二导光面(第二区域)。可替换地，绿光22可以被视为第四颜色光。
第六实施例
图15A至图15C示出了从光轴方向观察的根据本发明的第六实施例的光源装置中的导光面10。导光面10是类似于第一实施例的单个表面，并且在该单个表面中具有接收蓝光20的第一区域20a和接收红光21的第二区域20a。尽管第一实施例将第一区域20a和第二区域21a设置为使得它们彼此不交叠，但是本实施例将第一区域20a和第二区域21a设置为使得它们至少部分彼此交叠，如图15A至图15C所示。
更具体地，在图15A中，第一区域20a包括在第二区域21a中。即，整个第一区域20a与第二区域21a的一部分交叠。相反，第一区域20a可以包括第二区域21a。
在图15B中，第一区域20a的一部分和第二区域21a的一部分彼此交叠。在图15C中，整个第一区域20a和整个第二区域21a彼此交叠。这些仅是示例性的，并且可以任意设置第一区域20a和第二区域21a。
上述各实施例可以提供高效的光源装置和投影器，其提供第二光源2(和3)作为辅助光源以提高颜色再现性，并且可以最大化地利用荧光(第三颜色光)的光谱，该荧光作为来自荧光体12的转换光，该荧光体12作为波长转换元件。
以上实施例描述了用作波长转换元件的荧光体，但是可以使用除荧光体之外的波长转换元件，只要该波长转换元件将入射光转换成具有不同波长的光即可。上述各实施例讨论了仅将作为激发光的蓝光的一部分转换为荧光，但是可以将所有蓝光转换为荧光。
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种光源装置，其包括：
第一光源，其被构造为发射第一颜色光；
第二光源，其被构造为发射具有与所述第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光；
波长转换元件，其被构造为，将所述第一颜色光转换为具有与所述第一颜色光的波长不同的波长的第三颜色光并发射所述第三颜色光，并且按原样发射所述第二颜色光；以及
包括导光面的光学系统，所述导光面被构造为将来自所述第一光源的所述第一颜色光和来自所述第二光源的所述第二颜色光引导至所述波长转换元件，且所述光学系统被构造为发射来自所述波长转换元件的所述第二颜色光和所述第三颜色光的组合光。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述波长转换元件将所述第一颜色光的一部分转换为所述第三颜色光并发射所述第三颜色光，并且按原样发射所述第一颜色光的剩余部分，
其中，所述光学系统发射所述第一颜色光、所述第二颜色光和所述第三颜色光的组合光。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述导光面在单个表面中包括来自所述第一光源的所述第一颜色光入射的第一区域和来自所述第二光源的所述第二颜色光入射的第二区域。
4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域彼此不交叠。
5.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域至少部分彼此交叠。
6.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述导光面包括来自所述第一光源的所述第一颜色光入射的第一导光面和来自所述第二光源的所述第二颜色光入射的第二导光面，所述第二导光面不同于所述第一导光面。
7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光学系统包括聚光光学系统，所述聚光光学系统被构造为，使从所述导光面向所述波长转换元件行进的所述第一颜色光和所述第二颜色光朝向所述波长转换元件会聚，并使来自所述波长转换元件的组合光准直，
其中，相对于所述聚光光学系统的光轴偏心地设置所述导光面。
8.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，满足以下条件：
A/B<1.0，
其中，A是当从所述波长转换元件侧观察时所述导光面的面积，并且B是所述组合光的光束面积。
9.一种图像投影装置，其包括：
根据权利要求1至8中的任一项所述的光源装置；以及
光调制元件，其被构造为根据输入图像信号对从所述光源装置发射的光进行调制，并生成图像光，
其中，所述图像投影装置通过将所述图像光投影到目标表面上，来显示图像。
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