CN112180662A - 光源装置和投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光源装置和投影仪，具备透射型的波长转换层，能够调整白平衡。本发明的光源装置包括：发光部，其射出第1波段的第1光；波长转换层，其将第1光的一部分转换为第2波段的第2光，将第2光和第1光的另一部分从第2表面射出；以及偏振分离元件，其与波长转换层的第2表面对置地设置，使具有第1波段和第1偏振方向的第3光反射，使具有第1波段和第2偏振方向的第4光透过，使具有第2波段和第1偏振方向的第5光反射，使具有第2波段和第2偏振方向的第6光透过。通过控制向波长转换层入射的第1光中的具有第1偏振方向的光的光量和具有第2偏振方向的光的光量，来控制第4光的光量。

Description

光源装置和投影仪
技术领域
本发明涉及光源装置和投影仪。
背景技术
作为在投影仪等中使用的光源装置，提出了利用在向荧光体照射从光源射出的激励光时从荧光体发出的荧光的光源装置。在下述专利文献1中，公开了具备固体光源单元、分色镜、荧光发光板、第1相位差板、反射板和第2相位差板的光源装置。在该光源装置中，使用第2相位差板，调整入射到分色镜的光中包含的P偏振光和S偏振光的比率。由此，调整入射到荧光发光板的光的量和入射到反射板的光的量，来调整白平衡。
在下述的专利文献2中公开了一种光源装置，该光源装置具备：射出蓝色光的发光元件；将蓝色光转换为黄色光的透射型的波长转换元件；使黄色光传播的导光体；以及配置在导光体的射出面的反射型偏振元件。在该光源装置中，从导光体射出的光中的一个偏振方向的光被反射型偏振元件反射，再次入射到波长转换元件，被波长转换元件的反射膜反射。此时，一部分光通过偏振方向旋转而转换为透过反射型偏振元件的光，被再利用为照明光。
专利文献1：日本特开2012-137744号公报
专利文献2：日本特开2011-138627号公报
在专利文献2那样的具备透射型波长转换元件的光源装置中，也如专利文献1那样，要求能够调整白平衡的结构。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的一个方式的光源装置具备：发光部，其射出具有第1波段的第1光；波长转换层，其具有所述第1光入射的第1面以及与所述第1面不同的第2面，将所述第1光的一部分转换为具有与所述第1波段不同的第2波段的第2光，将所述第2光和所述第1光的另一部分从所述第2面射出；以及偏振分离元件，其与所述波长转换层的所述第2面对置地设置，使从所述第2面射出的具有所述第1波段和第1偏振方向的第3光反射，使从所述第2面射出的具有所述第1波段和与所述第1偏振方向不同的第2偏振方向的第4光透过，使从所述第2面射出的具有所述第2波段和所述第1偏振方向的第5光反射，使从所述第2面射出的具有所述第2波段和所述第2偏振方向的第6光透过，所述光源装置通过控制向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第1偏振方向的光的光量和向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第2偏振方向的光的光量，来控制所述第4光的光量。
本发明一个方式的光源装置也可以具备:检测部,其检测透过所述偏振分离元件的所述第4光及所述第6光；以及控制部，其通过将所述检测部的检测结果与规定值进行比较，来控制向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第1偏振方向的光的光量和向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第2偏振方向的光的光量。
本发明的一个方式的光源装置也可以具备相位差元件，该相位差元件设置在所述发光部与所述波长转换层之间，从所述发光部射出的所述第1光入射到该相位差元件，所述控制部通过使所述相位差元件旋转，来控制向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第1偏振方向的光的光量和向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第2偏振方向的光的光量。
在本发明的一个方式的光源装置中，也可以是，所述发光部能够绕与所述第1偏振方向及所述第2偏振方向交叉的旋转轴旋转，所述控制部通过使所述发光部旋转，来控制向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第1偏振方向的光的光量和向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第2偏振方向的光的光量。
本发明的一个方式的光源装置也可以具备光学元件，该光学元件设置于所述波长转换层的所述第1面，使所述第1光透过，使所述第2光反射。
在本发明的一个方式的光源装置中，也可以是，被所述偏振分离元件反射的所述第3光从所述波长转换层的所述第2面入射到所述波长转换层，被转换为所述第2光。
在本发明的一个方式的光源装置中，也可以是，被所述偏振分离元件反射的所述第5光从所述波长转换层的所述第2面入射到所述波长转换层，从所述第2面入射到所述波长转换层的所述第5光的一部分被转换为所述第6光。
本发明的一个方式的投影仪具有：本发明的一个方式的光源装置；光调制装置，其根据图像信息对来自所述光源装置的光进行调制；以及投射光学装置，其投射由所述光调制装置调制后的光。
附图说明
图1是第1实施方式的投影仪的概略结构图。
图2是第1实施方式的光源装置的概略结构图。
图3是表示相位差板和旋转调整机构的立体图。
图4是表示相位差板及控制部的示意图。
图5是表示光量监视用反射镜相对于重叠透镜的配置的图。
图6是表示白平衡调整的思想的流程图。
图7A是表示通过相位差板前的光的偏振状态的图。
图7B是表示通过相位差板后的光的偏振状态的图。
图8是表示向波长转换元件入射的光的偏振比与从反射型偏振元件射出的光的白平衡的关系的第1例的图。
图9是表示向波长转换元件入射的光的偏振比与从反射型偏振元件射出的光的白平衡的关系的第2例的图。
图10是表示向波长转换元件入射的光的偏振比与从反射型偏振元件射出的光的白平衡的关系的第3例的图。
图11是第2实施方式的光源装置的概略结构图。
图12是表示发光部和旋转调整机构的立体图。
图13是发光部的主视图。
图14是表示发光部的基准姿势的一例的主视图。
标号说明
1：投影仪；4R、4G、4B：光调制装置；6：投射光学装置；11、53：光源装置；14、55：发光部；25：反射型偏振元件(偏振分离元件)；27：传感器单元(检测部)；28：控制部；32：波长转换层；32a：第1面；32b：第2面；33：分色镜(光学元件)；L1：第1光；L2：第2光；L3：第3光；L4：第4光；L5s：第5光；L6p：第6光。
具体实施方式
[第1实施方式]
以下，使用图1～图10对本发明的第1实施方式进行说明。
另外，在以下的各附图中，为了易于观察各构成要素，有时根据构成要素的不同而使尺寸以不同的比例尺示出。
首先，对本实施方式的投影仪的一例进行说明。
图1是示出本实施方式的投影仪1的概略结构的图。
如图1所示，本实施方式的投影仪1是在屏幕SCR上显示彩色影像的投射型图像显示装置。投影仪1具有照明装置2、颜色分离光学系统3、光调制装置4R、光调制装置4G、光调制装置4B、合成光学系统5以及投射光学装置6。关于照明装置2结构，将在后面进行说明。
颜色分离光学系统3具备第1分色镜7a、第2分色镜7b、反射镜8a、反射镜8b、反射镜8c、中继透镜9a以及中继透镜9b。颜色分离光学系统3将从照明装置2射出的白色光LW分离为红色光LR、绿色光LG和蓝色光LB，将红色光LR导向光调制装置4R，将绿色光LG导入光调制装置4G，将蓝色光LB导入光调制装置4B。
场透镜10R配置在颜色分离光学系统3和光调制装置4R之间，使入射的光大致平行化后向光调制装置4R射出。场透镜10G配置在颜色分离光学系统3和光调制装置4G之间，使入射的光大致平行化后向光调制装置4G射出。场透镜10B配置在颜色分离光学系统3和光调制装置4B之间，使入射的光大致平行化后向光调制装置4B射出。
第1分色镜7a使红色光成分透过，使绿色光成分和蓝色光成分反射。第2分色镜7b使绿色光成分反射，使蓝色光成分透过。反射镜8a使红色光成分反射。反射镜8b及反射镜8c使蓝色光成分反射。
透过了第1分色镜7a的红色光LR被反射镜8a反射，透过场透镜10R入射到红色光用的光调制装置4R的图像形成区域。被第1分色镜7a反射的绿色光LG进一步被第2分色镜7b反射，透过场透镜10G入射到绿色光用的光调制装置4G的图像形成区域。透过第2分色镜7b后的蓝色光LB经过中继透镜9a、入射侧的反射镜8b、中继透镜9b、射出侧的反射镜8c以及场透镜10B，入射到蓝色光用的光调制装置4B的图像形成区域。
光调制装置4R、光调制装置4G以及光调制装置4B分别根据图像信息对入射的色光进行调制，形成图像光。光调制装置4R、光调制装置4G、以及光调制装置4B分别由液晶光阀构成。虽然省略了图示，但在光调制装置4R、光调制装置4G以及光调制装置4B的光入射侧分别配置有入射侧偏振板。在光调制装置4R、光调制装置4G以及光调制装置4B的光射出侧分别配置有射出侧偏振板。
合成光学系统5将从光调制装置4R、光调制装置4G以及光调制装置4B射出的各图像光合成而形成全彩的图像光。合成光学系统5由将4个直角棱镜贴合而成的俯视呈大致正方形状的十字分色棱镜构成。在将直角棱镜彼此贴合而成的大致X字状的界面上形成有电介质多层膜。
从合成光学系统5射出的图像光被投射光学装置6放大投射，在屏幕SCR上形成图像。即，投射光学装置6投射由光调制装置4R、光调制装置4G以及光调制装置4B调制后的光。投射光学装置6由多个投射透镜构成。
对本实施方式的照明装置2的一例进行说明。
图2是示出照明装置2的概略结构的图。
如图2所示，照明装置2具有光源装置11以及均匀化照明光学系统12。
光源装置11具备：发光部14、相位差板21(相位差元件)、聚光透镜22、波长转换元件23、准直透镜24、反射型偏振元件25(偏振分离元件)、光量监视用反射镜26、传感器单元27(检测部)、控制部28以及旋转机构29。
发光部14具有光源单元15和准直光学系统16。发光部14射出由激光构成的具有第1波段的第1光L1。
光源单元15具有射出第1光L1的多个半导体激光器17。第1光L1的第1波段例如为440nm～450nm，发光强度的峰值波长例如为445nm。即，第1光L1是蓝色光。多个半导体激光器17在与照明光轴AX1正交的一个平面内被配置为阵列状。在本实施方式中，例如9个半导体激光器17以阵列状配置为3行3列，但半导体激光器17的数量及配置没有特别限定。半导体激光器17也可以射出具有445nm以外的峰值波长、例如455nm或460nm的峰值波长的第1光L1。
准直光学系统16由多个准直透镜18构成。准直透镜18与各半导体激光器17对应地设置，在与照明光轴AX1正交的一个平面内配置成阵列状。准直透镜18将从对应的半导体激光器17射出的第1光L1转换为平行光。另外，照明光轴AX1被定义为从阵列状配置的多个半导体激光器17中的处于中心的半导体激光器17射出的第1光的中心轴。
从发光部14的各半导体激光器17射出的第1光L1是具有特定的偏振方向的线偏振光。在本实施方式中，第1光L1例如是S偏振光，但也可以是P偏振光。另外，在光源装置11中，相位差板21、波长转换元件23及反射型偏振元件25的光所入射的面与照明光轴AX1垂直且相互平行地配置。因此，S偏振光相对于相位差板21、波长转换元件23及反射型偏振元件25均为S偏振光，P偏振光相对于相位差板21、波长转换元件23及反射型偏振元件25均为P偏振光。因此，在以下的说明中，将这些线偏振光简称为S偏振光或P偏振光，省略相对于哪个光学元件为S偏振光或P偏振光的记载。
相位差板21设置在准直光学系统16与聚光透镜22之间的光路上。相位差板21被设置成能够在与照明光轴AX1垂直的面、即第1光L1入射的面内旋转。相位差板21由相对于第1光L1的峰值波长即445nm来说的1/2波长板构成。相位差板21的光学轴与入射到相位差板21的第1光L1的偏振轴交叉。另外，相位差板21的光学轴可以是相位差板21的快轴或慢轴中的任意一个。
如上所述，第1光L1在从发光部14射出的时刻仅包含S偏振分量。但是，由于第1光L1的偏振轴与相位差板21的光学轴交叉，所以通过使第1光L1透过相位差板21，将S偏振分量的一部分转换为P偏振分量。其结果，透过相位差板21的第1光L1成为S偏振分量和P偏振分量以规定的比例混合存在的光。
用于使相位差板21旋转的旋转机构29连接于相位差板21。相位差板21的旋转机构29的结构将在后面叙述。
聚光透镜22使从相位差板21射出的第1光L1聚光，入射到波长转换元件23。聚光透镜由凸透镜构成。
波长转换元件23具备基材31、波长转换层32以及分色镜33(光学元件)。基材31、分色镜33以及波长转换层32从第1光L1入射的波长转换元件23的第1面23a朝向第2面23b依次层叠。
基材31由透光性材料构成。另外，构成基材31透光性材料优选具有高的导热率。
波长转换层32具有第1光所入射的第1面32a以及与第1面32a不同的第2面32b。波长转换层32将具有第1波段的第1光L1的一部分转换为具有与第1波段不同的第2波段的第2光L2。这样，第1光L1的一部分被转换为第2光L2，第1光L1的另一部分不被转换为第2光L2，因此，从波长转换层32射出包含第1光L1的另一部分L11和第2光L2的白色光LW。即，从波长转换层32的第2面32b射出包含第1光L1的另一部分L11和第2光L2的白色光LW。因此，波长转换层32是第1光从第1面32a入射、从第2面32b射出包含第1光L1的另一部分L11和第2光L2的白色光LW的透射型波长转换层。同样地，波长转换元件23是第1光从第1面23a入射、从第2面23b射出包含第1光L1的另一部分L11和第2光L2的白色光LW的透射型波长转换元件。
波长转换层32可以包含陶瓷荧光体，也可以包含单晶荧光体。第2波段例如为490nm～750nm。即，第2光L2是包含绿色光成分及红色光成分的黄色光。
波长转换层32例如包含钇铝石榴石(YAG)系荧光体。以含有铈(Ce)作为活化剂的YAG:Ce为例，作为波长转换层32，可以使用将包含Y2O3、Al2O3、CeO3等构成元素的原料粉末混合而使其固相反应得到的材料、通过共沉淀法或溶胶凝胶法等湿式法得到的Y-Al-O非晶粒子、通过喷雾干燥法、火焰热分解法、热等离子体法等气相法得到的YAG粒子等。
入射到波长转换层32的第1光L1中的未被转换为第2光L2的第1光L1的另一部分L11在偏振方向被保存的状态下从波长转换层32射出。因此，当入射到波长转换层32的第1光L1包含P偏振光和S偏振光时，入射到波长转换层32的第1光L1中包含的P偏振光的光量与S偏振光的光量之比和从波长转换层32射出的第1光L1所包含的P偏振光的光量与S偏振光的光量之比相等。另一方面，在波长转换层32中对第1光L1进行波长转换而成的第2光L2是包含P偏振分量和S偏振分量的光。在以下说明中，将P偏振光的光量与S偏振光的光量之比称为偏振比。
分色镜33设置于波长转换层32的第1面32a。即，分色镜33设置在基材31和波长转换层32之间。分色镜33使第1光L1透过，使第2光L2反射。分色镜33由电介质多层膜构成。电介质多层膜例如由SiO2和TiO2交替层叠多个而成的膜构成。即，电介质多层膜具有交替层叠多个折射率互不相同的2种电介质膜而成的结构。构成电介质多层膜的各电介质膜的层数、膜厚没有特别限定。
准直透镜24使从波长转换元件23射出的白色光LW大致平行化。准直透镜24由凸透镜构成。
反射型偏振元件25设置在准直透镜24和均匀化照明光学系统12之间的光路上。即，反射型偏振元件25隔着准直透镜24与波长转换层32的第2面32b对置地设置。反射型偏振元件25使从第2面32b射出的蓝色的S偏振光(具有第1波段和第1偏振方向的第3光)反射，使从第2面32b射出的蓝色的P偏振光(具有第1波段和第2偏振光方向的第4光)透过，使从第2面32b射出的黄色的S偏振光(具有第2波段和第1偏振光方向的第5光)反射，使从第2面32b射出的黄色的P偏振光(具有第2波段和第2偏振方向的第6光)透过。
反射型偏振元件25由例如由铝等构成的多个金属细线以微细的间距设置于基材的一面的线栅型偏振元件构成。在使用线栅型偏振元件的情况下，能够提高反射型偏振元件25的耐热性。但是，作为反射型偏振元件25，也可以使用利用了有机材料的反射型偏振元件。
均匀化照明光学系统12具有第1透镜阵列35、第2透镜阵列36和重叠透镜37。
第1透镜阵列35具有用于将从反射型偏振元件25射出的白色光LW分割为多个部分光束的多个第1透镜351。多个第1透镜351在与照明光轴AX1正交的面内排列成矩阵状。
第2透镜阵列36具有与第1透镜阵列35的多个第1透镜351对应的多个第2透镜361。第2透镜阵列36与重叠透镜37一起使第1透镜阵列35的各第1透镜351的像成像于光调制装置4R、4G、4B的图像形成区域的附近。多个第2透镜361在与照明光轴AX1正交的面内排列成矩阵状。
重叠透镜37将从第2透镜阵列36射出的各部分光束聚光并在光调制装置4R、4G、4B的图像形成区域附近相互重叠。由此，第1透镜阵列35、第2透镜阵列36及重叠透镜37使白色光LW的面内光强度分布均匀化。
在第2透镜阵列36和重叠透镜37之间的光路上设置有光量监视用反射镜26。光量监视用反射镜26配置为与照明光轴AX1成45°的角度。光量监视用反射镜26使入射的光的一部分透过，对其余的光进行反射。透过了光量监视用反射镜26的光入射到重叠透镜37，被光量监视用反射镜42反射的光入射到传感器单元27。传感器单元27的详细结构将在后面叙述。
图5是表示光量监视用反射镜26相对于重叠透镜37配置的主视图。
如图5所示，光量监视用反射镜26被保持部件41保持，该保持部件41避开重叠透镜37的光入射区域R而配置。重叠透镜37的光入射区域R是指从第2透镜阵列36射出的多个部分光束分别入射的区域。光量监视用反射镜26配置在形成白色光LW的二次光源像Z的位置。
在本实施方式的情况下，光量监视用反射镜26配置在第2透镜阵列36和重叠透镜37之间的光路上的二次光源像Z的形成位置。因此，即使在光路中配置光量监视用反射镜26而取出光的一部分，也不会在作为被照明区域的红色光用的光调制装置4R、绿色光用的光调制装置4G和蓝色光用的光调制装置4B中产生照度不均。因此，如果能够容许1个二次光源像的量的照度下降，则光量监视用反射镜26也可以未必是使一部分的光透过并反射其余的光的反射镜，也可以是对全部的光进行反射的反射镜。
以下，对相位差板21的旋转机构29进行说明。
图3是表示相位差板21和旋转机构29的立体图。
如图3所示，在相位差板21中设有圆形的板体21a和从板体21a向外侧突出的棒状部21b。相位差板21由保持部件43可旋转地保持。相位差板21的棒状部21b向保持部件43的外侧突出。相位差板21通过棒状部21b向沿着保持部件43的端面43c的方向、即箭头A所示的方向移动而旋转。
图4是表示相位差板21及控制部28的示意图。
如图4所示，在相位差板21的棒状部21b与保持部件43的壁部43a之间的空间中插入有弹簧44。另外，在马达45的旋转轴45a的前端固定有螺纹部件46。当通过马达45的旋转使螺纹部件46旋转时，螺纹部件46向图4的箭头A1的方向按压棒状部21b，相位差板21逆时针旋转。当解除螺纹部件46按压棒状部21b的力时，相位差板21在弹簧44的作用下顺时针旋转，返回中立位置。随着相位差板21的旋转，相位差板21的光学轴21ax旋转。
传感器单元27具备检测蓝色光的强度的蓝色光用传感器47、检测黄色光的强度的黄色光用传感器48以及分离蓝色光和黄色光的分色镜49。从光量监视用反射镜26取出的白色光LW入射到传感器单元27，通过分色镜49分离为蓝色光LB1和黄色光LY1。蓝色光LB1的强度由蓝色光用传感器47检测。黄色光LY1的强度由黄色光用传感器48检测。这样，传感器单元27检测透过反射型偏振元件25的蓝色的P偏振光及黄色的P偏振光。
来自传感器单元27的蓝色光LB1的强度检测结果和黄色光LY1的强度检测结果被输出到控制部28。控制部28使相位差板21旋转来改变相位差板21的光学轴21ax的方向，使得蓝色光LB1的强度与黄色光LY1的强度之比接近基准值。蓝色光LB1的强度与黄色光LY1的强度之比的基准值也可以是基于由传感器单元27测定的投影仪1的使用开始时刻的初始的蓝色光LB1的强度和黄色光LY1的强度而决定的值。或者，作为蓝色光LB1的强度与黄色光LY1的强度之比的基准值，也可以使用投影仪1的设计值。
控制部28通过使相位差板21旋转，控制向波长转换层32入射的第1光L1中的S偏振光的光量和P偏振光的光量。进而，控制部28通过控制向波长转换层32入射的第1光L1中的S偏振光的光量和P偏振光的光量，来控制从反射型偏振元件25射出的蓝色的P偏振光的光量。
在此，设想由于投影仪使用时的经时变化而从半导体激光器17射出的光的输出下降的情况。基于图6的流程图说明本实施方式的应对在该情况下产生的白平衡的偏移的对策的思想。
当半导体激光器17的输出下降时(图6中的S1)，激发波长转换层32的荧光体的第1光L1的光量随之下降。第1光L1的光量的下降等效于第1光L1的光密度(每单位面积的光量)的下降(图6的S2)。
一般而言，荧光体具有如下这样的特性：在激励光的光密度下降时，将激励光转换为荧光时的转换效率上升。因此，即使第1光L1的光量下降，当由转换效率的提高引起的第2光L2的增加量超过由第1光L1的光量下降引起的第2光L2的减少量时，从波长转换层32射出的第2光L2的光量增加(图6的S3)。这里，以第2光L2的光量增加的情况为例进行说明，但也存在第2光L2的光量减小的情况。但是，在任一种情况下，相对于投影仪1刚开始使用后的状态，白平衡都被破坏。
这里，随着半导体激光器17的输出下降，第1光L1的光量和第2光L2的光量都下降。但是，由于荧光体的转换效率上升，所以第2光L2的光量与第1光L1的光量之比相对增加(图6的S4)。其结果，蓝色的第1光L1和黄色的第2光L2的比率变化，相对于经时变化前，白色光LW的白平衡破坏(图6的S5)。具体而言，黄色的第2光L2的光量相对于蓝色的第1光L1的光量相对增加，因此合成第1光L1和第2光L2而成的白色光LW偏黄。
在此，传感器单元27测定从光量监视用反射镜26取出的光中包含的蓝色光LB1的光量以及黄色光LY1的光量(图6的S6)。在控制部中预先存储有根据投影仪1的使用开始时刻的初始的强度值决定的蓝色光强度与黄色光强度之比的基准值。控制部28将传感器单元27测定的当前的蓝色光和黄色光的光量比与已存储的基准光量比进行比较。其结果，在测定的光量比与基准光量比之差超过容许范围的情况下，使相位差板21旋转，使得当前的光量比接近基准光量比(图6的S7)。
通过使相位差板21旋转规定的角度，能够调整从相位差板21射出的S偏振光的光量与P偏振光的光量之比。在该例子中来说，由于白平衡的偏移，白色光偏黄，因此只要相对地增加从反射型偏振元件25射出的蓝色光的光量即可。为了增加从反射型偏振元件25射出的蓝色光的光量，由于反射型偏振元件25使P偏振光透过，所以相对地增加第1光L1中包含的P偏振光的光量，相对地减少S偏振光的光量即可。由此，与白平衡偏移时相比，透过反射型偏振元件25的蓝色光的光量相对增加，因此白色光的偏黄感变淡，能够修正白平衡(图6的S8)。
使用图7A及图7B说明通过使相位差板21旋转规定角度能够调整从相位差板21射出的S偏振光的光量与P偏振光的光量的比例的情况。
图7A是表示通过相位差板21之前的光的偏振状态的图。图7B是表示通过相位差板21后的光的偏振状态的图。
在本实施方式情况下，通过相位差板21之前的第1光L1是S偏振光(线偏振光)。如图7A所示，相位差板21被设定为S偏振光的偏振方向P1与相位差板21的光学轴21ax以角度θ交叉。
第1光L1通过相位差板21后，如图7B所示，偏振方向P1顺时针旋转角度2θ，成为偏振方向P2。此时，产生S偏振分量BLs和P偏振分量BLp，S偏振分量BLs的光量与P偏振分量BLp的光量之比为cos(2θ)∶sin(2θ)。例如θ＝2°时，S偏振分量BLs的光量与P偏振分量BLp的光量之比为14.3：1。因此，在图7A及图7B的配置中，通过增大旋转角θ，能够相对地增加P偏振光相对于S偏振光的光量。
以下，举出具体的数值例说明本实施方式的光源装置11中的白平衡的调整方法。
图8是表示白平衡调整的第1例的图。图9是表示白平衡调整的第2例的图。图10是表示白平衡调整的第3例的图。
在以下的数值例中，假定波长转换层32透过第1光L1的20％，第1光L1的80％被波长转换而变为第2光L2。另外，假定在波长转换层32中，波长转换前的第1光L1的光量与波长转换后的第2光L2的光量相等。此外，假定由波长转换层32生成的第2光L2中包含的P偏振光的光量与S偏振光的光量彼此相等。另外，假定波长转换层32和反射型偏振元件25不吸收光。
第1例是向波长转换层32入射的第1光L1的偏振比为P偏振光：100％、S偏振光：0％的情况。
如图8所示，在全部由P偏振光L1p构成的第1光L1入射到波长转换层32的情况下，由于透过波长转换层32的光的偏振方向被保存，入射到波长转换层32的第1光L1中的20％光量的蓝色P偏振光LBp透过波长转换层32。蓝色P偏振光LBp成为透过反射型偏振元件25的第4光L4。
另一方面，入射到波长转换层32的第1光L1中的80％光量的黄色的第2光L2从波长转换层32射出。反射型偏振元件25具有使S偏振光反射、使P偏振光透过的特性，因此，在黄色的第2光L2中，50％光量的S偏振光L5s(第5光)被反射型偏振元件25反射，50％光量的P偏振光L6p(第6光)透过反射型偏振元件25。即，相对于入射到波长转换层32的第1光L1，从反射型偏振元件射出40％光量的黄色P偏振光L6p。
由反射型偏振元件25反射的S偏振光L5s之后再次入射到波长转换层32，重复被分色镜33反射及在波长转换层32内散射，由此S偏振分量的一部分被转换为P偏振分量，成为包含S偏振分量和P偏振分量的光而从波长转换层32射出。其中，P偏振分量透过反射型偏振元件25。另一方面，从波长转换层32射出的S偏振光被反射型偏振元件反射，重复上述作用。
第2例是向波长转换层32入射的第1光L1的偏振比为P偏振光：50％、S偏振光：50％的情况。
如图9所示，在包含均具有50％的光量的P偏振光L1p和S偏振光L1s的第1光L1入射到波长转换层32的情况下，由于透过波长转换层32的光的偏振方向被保存，因此入射到波长转换层32的第1光L1中的、10％光量的蓝色的P偏振光L12p和10％光量的蓝色的S偏振光L12s透过波长转换层32。10％光量的蓝色P的偏振光L12p成为透过反射型偏振元件25的第4光L4。另外，10％光量的蓝色的S偏振光L12s被反射型偏振元件25反射而成为第3光L3。
另外，在波长转换层32中生成的第2光L2的作用与第1例中的第2光L2的作用相同。
在第2例的情况下，透过波长转换层32的蓝色的S偏振光L12s被反射型偏振元件25反射后，再次入射到波长转换层32。再次入射的蓝色的S偏振光L12s的一部分被转换为黄色的第2光L2。这样，蓝色的S偏振光L12s通过被反射型偏振元件25反射，能够再次贡献于波长转换。
第3例是向波长转换层32入射的第1光的偏振比为P偏振光：10％、S偏振光：90％的情况。
如图10所示，在包含具有10％的光量的P偏振光L1p和具有90％的光量的S偏振光L1s的第1光L1入射到波长转换层32的情况下，由于透过波长转换层32的光的偏振方向被保存，因此入射到波长转换层32的第1光L1中的、2％光量的蓝色的P偏振光L13p和18％光量的蓝色的S偏振光L13s透过波长转换层32。2％光量的蓝色的P偏振光L13p成为透过反射型偏振元件25的第4光L4。18％光量的蓝色的S偏振光L13s被反射型偏振元件25反射而成为第3光L3。
另外，在波长转换层32中生成的第2光L2的作用与第1例中的第2光L2的作用相同。
另外，在第3例的情况下也与第2例同样，透过波长转换层32的蓝色的S偏振光L13s被反射型偏振元件25反射后，再次入射到波长转换层32，能够贡献于波长转换。
另外，在图8～图10中，关于在由反射型偏振元件25暂时反射后偏振方向被转换、向反射型偏振元件25入射2次以上后透过反射型偏振元件25的黄色光，省略了图示。
以上，如图8～图10所示，入射到波长转换层32的第1光L1中的S偏振光的比例越多，透过反射型偏振元件25的P偏振光的蓝色光LBp、L12p、L13p(第4光L4)光量越减少，由反射型偏振元件25反射的S偏振光的蓝色光L12s、L13s(第3光L3)的光量越增加。随之，在波长转换层32中再次被波长转换的黄色光的光量也增加。
即，入射到波长转换层32的第1光L1中的S偏振光L1s的比例越多，蓝色光在白色光中所占的光量越减少，黄色光在白色光中所占的光量越增加，因此得到偏黄的白色光。相反，入射到波长转换层32的第1光L1中的P偏振光L1p的比例越多，蓝色光在白色光中所占的光量越增加，黄色光的光量越减少，得到偏蓝的白色光。这样，根据本实施方式的光源装置11，能够调整白色光的白平衡。
在具备透射型波长转换元件或透射型波长转换层的以往的光源装置中，提出了通过改变波长转换元件的厚度，对蓝色光的光量与黄色光的光量之比进行调整。但是，在这种情况下，对波长转换元件的厚度进行控制较难，无法避免厚度的偏差，因此，难以将蓝色光的光量与黄色光的光量之比调整为所希望的值。另外，一旦制作了波长转换元件，蓝色光的光量与黄色光的光量之比就被固定为规定值，因此无法应对白平衡的经时变化。在将光源装置应用于投影仪的情况下，例如也可以考虑通过降低任意的光调制装置的光量来调整白平衡。但是，在这种情况下，存在投射图像变暗的问题。
针对这些问题，本实施方式的光源装置11具备具有透射型波长转换层32的透射型波长转换元件23，通过使相位差板21适当旋转，能够调整从反射型偏振元件25射出的白色光LW的白平衡，因此不需要精密地控制波长转换层32的厚度，能够应对白平衡的经时变化。
另外，根据本实施方式的投影仪1，由于使用了上述光源装置11，所以无需为了白平衡的调整而降低光调制装置4R、4G、4B的光量，能够减少投射图像变暗的可能性。
另外，在本实施方式光源装置11中，由于在波长转换层32与反射型偏振元件25间设置有准直透镜24，因此入射到反射型偏振元件25的光被进一步平行化，入射到反射型偏振元件25的光的入射角分布变窄。由此，能够抑制反射型偏振元件的偏振分离特性的降低，因此能够抑制光利用效率的降低。
另外，作为调整向波长转换层32入射的第1光L1的偏振比的单元，也可以代替使本实施方式的相位差板21旋转的单元，而采用以下的第1变形例或第2变形例。
(第1变形例)
预先准备光透过时的相位差分别不同的多种相位差板，从多种相位差板中选择能够得到所希望的光量比的1片相位差板，将所选择的相位差板用于光源装置11。在应对白平衡的经时变化的情况下，只要将现有的相位差板适当更换为具有不同相位差的相位差板即可。
在该结构中，无法如使相位差板旋转的上述实施方式那样使蓝色光和黄色光的光量比连续地变化，得到的光量比的值是离散的。但是，由于不需要相位差板的旋转机构，因此能够简化光源装置11的结构。
(第2变形例)
预先准备光透过时的相位差彼此相等的多片相位差板，重叠多片相位差板来用于光源装置，以得到所希望的光量比。在应对白平衡的经时变化的情况下，只要适当变更重叠相位差板的片数即可。
第2变形例的结构也与第1变形例的结构同样，得到的光量比的值是离散的。但是，由于不需要相位差板的旋转机构，因此能够简化光源装置11的结构。
另外，也可以代替改变重叠相位差板片数，而是预先准备厚度各不相同的多片相位差板，从中选择具有能够得到所希望的光量比的厚度的相位差板。
[第2实施方式]
下面，使用图11～图14对本发明的第2实施方式进行说明。
第2实施方式的投影仪的结构与第1实施方式相同，光源装置的结构与第1实施方式不同。因此，省略投影仪的说明。
图11是第2实施方式的照明装置的概略结构图。
在图11中，对与在第1实施方式中使用的图2相同的构成要素标注相同的标号而省略其说明。
如图11所示，照明装置52具备光源装置53和均匀化照明光学系统12。
光源装置53具备：发光部55、聚光透镜22、波长转换元件23、准直透镜24、反射型偏振元件25、光量监视用反射镜26、传感器单元27(检测部)、控制部28以及旋转机构56。发光部55能够绕与第1偏振方向和第2偏振方向交叉的旋转轴、即与S偏振的偏振方向和P偏振的偏振方向交叉的旋转轴旋转。
在本实施方式的情况下，控制部28通过使发光部55旋转，控制向波长转换层32入射的第1光L1中的S偏振光的光量和P偏振光的光量。进而，控制部28通过控制向波长转换层32入射的第1光L1中的S偏振光的光量和P偏振光的光量，控制从反射型偏振元件25射出的蓝色的P偏振光的光量。因此，在本实施方式中，在发光部55与聚光透镜22之间没有设置相位差板21。
图12是表示发光部55及旋转机构56的立体图。
如图12所示，发光部55具备具有多个半导体激光器58的光源单元59以及使光源单元59旋转的旋转机构56。旋转机构56具备框部60和棒状部61。框部60将光源单元59可旋转地保持。棒状部61从光源单元59的一端延伸，向框部60的外侧突出。光源单元59通过棒状部61向沿着框部60的端面60c的方向、即箭头A所示的方向移动而旋转。
通过使棒状部61向箭头A的方向移动而使光源单元59旋转的部分的具体结构与第1实施方式的图4所示的使相位差板21旋转的部分的结构大致相同。
图13是从X方向观察的光源单元59的主视图。
如图13所示，光源单元59具备多个半导体激光器58和保持多个半导体激光器58的保持部件63。半导体激光器58向X方向射出具有第1波段的第1光L1。在本实施方式中，光源单元59具备7个半导体激光器58。因此，作为光源单元59的整体，射出包含7条第1光L1的光。
半导体激光器58由CAN封装类型的半导体激光器构成。半导体激光器58包括半导体激光器芯片64和容纳半导体激光器芯片64的壳体65。壳体65由台座66和覆盖台座66的一面侧的罐体67构成。在图13例子中，一个半导体激光器芯片64各自收容在各壳体65的内部，但也可以是多个半导体激光器芯片64各自收容在各壳体65的内部。
保持部件63由从来自光源单元59的第1光L1的射出方向(X方向)观察的形状为圆形的板材构成。在板材上设有与多个半导体激光器58的个数对应、与罐体67的尺寸对应的7个孔。板材的材料没有特别限定，例如优选导热率高的金属。多个半导体激光器58各自通过在罐体67插通保持部件63的孔的状态下、台座66的一面与保持部件63的一面抵接而被保持部件63支承。保持部件63将多个半导体激光器58保持在旋转对称的位置。
多个半导体激光器58中的一个半导体激光器58a以位于光源单元59的中心部的方式配置于保持部件63。另外6个半导体激光器58b以包围中心的1个半导体激光器58a的方式在保持部件63中旋转对称地配置在中心的半导体激光器58a的周缘部。
周边的6个半导体激光器58b以沿着以中心的1个半导体激光器58a为中心与6个半导体激光器58b外接的假想圆的方式配置于保持部件63。在本实施方式中，假想圆与形成保持部件63的轮廓的圆大致一致。通过以上配置，在光源单元59中，将多个半导体激光器芯片64的发光中心彼此连接的多条直线k1～k3、m1～m3、n1～n3彼此所成的角度彼此相等，全部为60°。另外，在多个半导体激光器58中，相邻的半导体激光器58彼此的壳体65的台座66的部分相互抵接。
7个半导体激光器58以半导体激光器芯片64的朝向为相同的方向的方式配置。在光源单元59中，半导体激光器58以半导体激光器芯片64的长边与Z轴平行的方式配置。根据该配置，如符号LS的箭头所示，作为第1光L1，射出偏振方向与Z轴平行的线偏振光。在本实施方式情况下，偏振方向与Z轴平行的线偏振光是S偏振光。
半导体激光器芯片64具有射出光的发光区域64a。当沿着射出的第1光L1的中心轴的方向观察时，发光区域64a具有长方形状的平面形状。
图14是作为从照明装置2射出白色光LW时的基准姿势的光源单元59的主视图。
如上所述，在以半导体激光器芯片64的发光区域64a的长边与Z轴平行的方式配置了光源单元59的情况下(光源单元59的旋转为中立状态的情况，参照图13)，从所有的半导体激光器58对波长转换层32射出S偏振光的第1光L1。与此相对，在使用投影仪1时，即从照明装置2射出白色的照明光LW时，如图14所示，半导体激光器58配置成半导体激光器芯片64的发光区域64a的长边相对于Z轴形成规定的角度θ。
即，光源单元59从图13所示的姿势旋转规定的角度θ。若使光源单元59的角度θ从0°逐渐增大，则P偏振光相对于S偏振光的比例逐渐增加，当光源单元59的角度θ成为90°时，从光源单元59射出的第1光L1全部变化为P偏振光。这样，通过使光源单元59旋转，能够控制向波长转换层32入射的第1光L1中的P偏振光的光量和S偏振光的光量。
光源装置53的其他结构与第1实施方式的光源装置11的结构大致相同。
在本实施方式中，也具备具有透射型波长转换层32的透射型波长转换元件23，能够实现能够调整白平衡的光源装置53，能够应对白平衡的经时变化。即，在本实施方式中也能够得到与第1实施方式相同的效果。
另外，本发明的技术范围不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以施加各种变更。
例如，作为上述第1、第2实施方式共同的变形例，也可以在波长转换元件和反射型偏振元件之间不设置准直透镜。或者，也可以在波长转换元件和反射型偏振元件之间设置锥柱透镜来代替准直透镜。
另外，在上述实施方式中，作为检测白平衡的偏移的单元，使用了检测透过了反射型偏振元件的蓝色光的光量和黄色光的光量的传感器，但也可以使用例如拍摄从投影仪投射的图像并检测图像的颜色的单元，来代替该传感器。
另外，在上述实施方式中，列举了不能够旋转的固定型波长转换元件的例子，但本发明也能够适用于通过马达能够旋转的波长转换元件。
除此以外，波长转换元件、光源装置和投影仪的各结构要素的形状、数量、配置、材料等具体的记载不限于上述实施方式，能够适当进行变更。在上述实施方式中，示出了将本发明的光源装置搭载于使用了液晶光阀的投影仪的例子，但不限于此。也可以将本发明的光源装置搭载于使用数字微镜器件作为光调制装置的投影仪。
在上述实施方式中，示出了将本发明的光源装置搭载于投影仪的例子，但不限于此。本发明的光源装置还可以应用于照明器具、汽车的头灯等。

Claims (8)

1.一种光源装置，其具备：
发光部，其射出具有第1波段的第1光；
波长转换层，其具有所述第1光所入射的第1面以及与所述第1面不同的第2面，将所述第1光的一部分转换为具有与所述第1波段不同的第2波段的第2光，将所述第2光和所述第1光的另一部分从所述第2面射出；以及
偏振分离元件，其与所述波长转换层的所述第2面对置地设置，使从所述第2面射出的具有所述第1波段和第1偏振方向的第3光反射，使从所述第2面射出的具有所述第1波段以及与所述第1偏振方向不同的第2偏振方向的第4光透过，使从所述第2面射出的具有所述第2波段和所述第1偏振方向的第5光反射，使从所述第2面射出的具有所述第2波段和所述第2偏振方向的第6光透过，
所述光源装置通过控制向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第1偏振方向的光的光量以及向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第2偏振方向的光的光量，来控制所述第4光的光量。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述光源装置具备：
检测部，其检测透过所述偏振分离元件的所述第4光及所述第6光；以及
控制部，其通过将所述检测部的检测结果与规定值进行比较，来控制向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第1偏振方向的光的光量和向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第2偏振方向的光的光量。
3.根据权利要求2所述的光源装置，其中，
所述光源装置具备相位差元件，该相位差元件设置在所述发光部和所述波长转换层之间，从所述发光部射出的所述第1光入射到该相位差元件，
所述控制部通过使所述相位差元件旋转来控制向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第1偏振方向的光的光量和向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第2偏振方向的光的光量。
4.根据权利要求2所述的光源装置，其中，
所述发光部能够绕与所述第1偏振方向和所述第2偏振方向交叉的旋转轴旋转，
所述控制部通过使所述发光部旋转来控制向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第1偏振方向的光的光量和向所述波长转换层入射的所述第1光中的具有所述第2偏振方向的光的光量。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光源装置，其中，
所述光源装置具备光学元件，该光学元件与所述波长转换层的所述第1面对置地设置，使所述第1光透过，使所述第2光反射。
6.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
被所述偏振分离元件反射的所述第3光从所述波长转换层的所述第2面入射到所述波长转换层，被转换为所述第2光。
7.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
被所述偏振分离元件反射的所述第5光从所述波长转换层的所述第2面入射到所述波长转换层，从所述第2面入射到所述波长转换层的所述第5光的一部分被转换为所述第6光。
8.一种投影仪，其具备：
权利要求1至7中的任一项所述的光源装置；
光调制装置，其根据图像信息对来自所述光源装置的光进行调制；以及
投射光学装置，其投射由所述光调制装置调制后的光。
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