CN114585968A - 光源装置、图像投影装置和光源光学系统 - Google Patents

Abstract

一种光源装置包括:激发光源，配置为射出第一颜色光；光学部件，具有配置为反射第一颜色光的反射面；波长转换单元，包括波长转换部件，由光学部件反射的第一颜色光入射到该波长转换部件上，波长转换部件配置为将第一颜色光的至少一部分转换成具有与第一颜色光不同波长的第二颜色光，并射出所述第二颜色光；以及聚光元件，配置为聚光从波长转换单元发射的第一颜色光。包括第一光路的直线不与由聚光元件聚光的光束相交，第一光路是从激发光源发射的光束的中心到反射面上的第一颜色光的中心的光路。

Description

光源装置、图像投影装置和光源光学系统

技术领域

本发明公开的实施例涉及光源装置、图像投影装置和光源光学系统。

背景技术

目前，放大投影各种图像或运动图像的投影仪(或图像投影装置)正在广泛使用。投影仪是使光源射出的光聚焦到诸如数字微镜器件(DMD)或液晶显示器的空间光调制元件，并将来自于通过影像信号调制的空间光调制元件的射出光作为彩色影像显示到屏幕上。

在现有技术中，例如将高亮度的超高压水银灯作为投影仪的光源使用，但由于寿命短，所以需要频繁进行维护。因此，近年来，使用激光光源或LED光源等来代替超高压水银灯的投影仪正在增加。这是因为，与超高压水银灯相比，激光光源和LED光源的寿命长，另外，因其单色性，颜色再现性也良好。

在投影仪中，是通过向DMD等图像显示元件照射例如颜色的三原色即红色、绿色、蓝色等3种颜色来形成影像的。虽然可以用激光光源来生成全部的该3种颜色，但由于绿色激光和红色激光的发光效率比蓝色激光低，因此不优选。因此而使用的方法是将蓝色激光作为激发光照射到荧光体上，从通过荧光体进行波长转换后的荧光光来生成红色光和绿色光。

由于在荧光体中会聚光及照射数十W的激发光，因此会引起烧坏或温度上升导致的效率降低及经年变化。因此，通过在圆板上形成荧光体层并使其旋转，来使得激发光的照射位置不集中于一点。该圆板被称为荧光体轮。在荧光体轮中，荧光体沿圆板的外周形成为扇形或圆环形状。

作为使用如上所述的DMD及荧光体轮的光源装置的一例，JP-4711156-B(JP-2011-013320-A)提出了一种装置，其中，为了简化装置整体，将荧光体轮的一部分作为透射板。在JP-4711156-B公开的技术中，是通过反射镜来多次反射穿透荧光体轮的激发光，并引导到与荧光光相同的方向。由此，就成为激发光和荧光在同一光路中合成并照射到DMD上的结构了。

此外，作为使用如上所述的DMD及荧光体轮的光源装置的另一例，JP-5817109-B(JP-2012-123179-A)提出了一种装置，其中，为了装置整体小型化，提出将荧光体轮的一部分作为反射板。在JP-5817109-B公开的技术中，是使用位相延迟器(1/4波片)及偏振光分离元件分离光路，来通过荧光体轮在与荧光光为相同的方向上反射激发光，以使得反射的激发光不返回到激发光源里。由此，就成为激发光和荧光在同一光路中合成并照射到DMD上的结构了。

引文列表

专利文献

【专利文献1】JP-4711156-B(JP-2011-013320-A)

【专利文献2】JP-5817109-B(JP-2012-123179-A)

发明内容

技术问题

但是，在上述JP-4711156-B中，由于激发光的光路是迂回的，所以装置整体就变得大型化。另一方面，在上述JP-5817109-B中，由于使用位相延迟器和偏振光分离元件，所以成本就会变高。另外，朝向荧光体轮的激发光的光路和从荧光体轮反射的激发光的光路穿透位相延迟器或偏振光分离元件中的同一部位。因此，这些光学元件上的聚光密度上升成为破损等的原因，而可能会导致可靠性下降的情况的发生。

本发明的目的在于，提供一种能够实现小型化和低成本化的光源装置、具有该光源装置的图像投影装置及具有该光源装置的光源光学系统。

解决问题的方案

根据本发明的一个方面，一种光源装置包括激发光源，光学部件，波长转换单元，以及聚光元件。所述激发光源射出第一颜色光。所述光学部件具有反射所述第一颜色光的反射面。所述波长转换单元包括波长转换部件，由所述光学部件反射的所述第一颜色光入射到该波长转换部件上。所述波长转换部件将所述第一颜色光的至少一部分转换成具有与所述第一颜色光不同波长的第二颜色光，并射出所述第二颜色光。所述聚光元件聚光从所述波长转换单元发射的所述第一颜色光。包括第一光路的直线不与由所述聚光元件聚光的光束相交，在此，所述第一光路是从所述激发光源发射的光束的中心到所述反射面上的所述第一颜色光的中心的光路。

本发明的有益效果

本发明的实施例能够提供一种能实现小型化和低成本化的光源装置、具有该光源装置的图像投影装置及具有该光源装置的光源光学系统。

附图说明

附图旨在描绘本发明的实施例，不应被解释为限制其范围。附图不应视为按比例绘制，除非有明确标注。同样，相同或相似的标号在多个视图中表示相同或相似的组件。

图1A和1B是根据本发明的实施例的光源装置的示意图，其中，图1A是光源装置的光学配置的示意图，图1B是投射到图1A的光源装置的二向色镜上的激发光的示例的示意图。

图2是根据本发明的另一个实施例的光源装置的光学配置的示意图。

图3是根据本发明的另一个实施例的光源装置的光学配置的示意图。

图4是根据本发明的另一个实施例的光源装置的光学配置的示意图。

图5A、5B和5C是根据本发明的又一个实施例的光源装置的示意图，其中，图5A是光源装置的光学配置的示意图，图5B是从入射开口面侧观察光源装置中的棒状积分器的面对图，图5C是从出射开口部面观察上述棒状积分器的面对图。

图6A和6B是根据本发明的又一个实施例的光源装置的示意图，其中，图6A是激发光的光路的光学配置的示意图，图6B是实施例中荧光的光路的光学配置的示意图。

图7是根据本发明的实施例的棒状积分器的光学特性的示意图。

图8是根据本发明的另一个实施例的棒状积分器的示意图。

图9是根据本发明的第一实施例的光源装置和根据本发明的实施例的包括该光源装置的投影仪的光学配置的示意图。

图10A和10B是根据第一实施例的光源装置的示意图，其中，图10A是蓝色激光光路的光学配置的示意图，图10B是荧光光路的光学配置的示意图。

图11是根据第一实施例的光源装置具有的光源单元的主要部分的图示。

图12是根据第一实施例的光源装置的二向色镜的配置的示例的正视图。

图13A和13B是根据第一实施例的光源装置具有的荧光体单元的结构的图示，其中，图13A是从蓝光入射方向看荧光体单元的正视图，图13B是从与蓝光入射方向正交的方向看荧光体单元的侧视图。

图14A和14B是根据第一实施例的光源装置具有的色轮的结构的图示，其中，图14A是色轮从蓝光和荧光的入射方向的正视图，图14B是色轮从与蓝光和荧光的入射方向正交的方向的侧视图。

图15A和15B是根据第一实施例的光源装置具有的光隧道的图示，其中，图15A是光入射到光隧道的入射开口部的实例的模式图，图15B是光入射到光隧道的入射开口部的另一实例的模式图。

图16A和16B是根据本发明第二实施例的光源装置的光路的示意图，其中，图16A是蓝色光的光路的光学配置的示意图，图16B是荧光的光路的光学配置的示意图。

图17是可应用于根据第二实施例的光源装置的二向色镜的配置示例的正视图。

图18A和18B是根据本发明的第三实施例的光源装置的示意图，其中，图18A是蓝色激光光路的光学配置的示意图，图18B是荧光光路的光学配置的示意图。

图19A和19B是根据本发明的第四实施例的光源装置的示意图，其中，图19A是蓝色激光光路的光学配置的示意图，图19B是荧光光路的光学配置的示意图。

图20是根据第四实施例的光源装置具有的荧光体单元的结构的示意性侧视图。

图21A和21B是根据本发明的第五实施例的光源装置的示意图，其中，图21A是从面对光源的射出面的方向观察的光源装置的光学配置图，图21B是通过将图21A的光源装置围绕垂直轴旋转90度获得的光源装置的光学配置图。

图22A和22B示出根据本发明第五实施例的光源装置的一部分，其中，图22A是示出蓝光入射到二向色镜的状态的光路图，图22B是示出蓝光入射到荧光体单元的状态的光路图。

图23A和23B是根据本发明第六实施例的光源装置的示意图，其中，图23A是从横向侧方向观察光源装置的光学配置图，图23B是从平面方向观察光源装置的光学配置图。

图24A和24B是根据第二实施例的光源装置的示意图，用于与第六实施例进行比较，其中，图24A是从横向侧方向观察光源装置的光学配置图，图24B是从平面方向观察光源装置的光学配置图。

图25是根据本发明的第七实施例的光源装置的正视图。

图26是根据第七实施例的比较例的光源装置的正视图。

图27是根据本发明的实施例的光混合元件的示例的透视图，示出亮度不均匀的出现的示例。

图28A和28B是根据本发明的第八实施例的光源装置中的棒状积分器的透视图，图28C和28D是棒状积分器的亮度不均匀的出现实例的说明。

图29A和29B是根据本发明的第九实施例的光源装置的图示。

图30是根据本发明的第十实施例的光源装置的图示。

图31是根据本发明第十一实施例的光源装置的图示。

图32是根据本发明第十二实施例的光源装置的图示。

图33是根据本发明第十二实施例的光源装置的图示。

图34是根据本发明第十二实施例的光源装置的图示。

具体实施方式

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式的“一”，“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。

在描述附图中所示的实施例时，为了清楚起见采用特定术语。然而，本说明书的公开内容不旨在限于如此选择的特定术语，并且应当理解，每个特定元件包括具有相似功能，以相似方式操作并且获得相似结果的所有技术等同物。

本发明公开的一些实施例在下面进行描述，但是这里没有指出任何限制，可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种应用和修改。在下面提到的附图中，相同的参考代码用于公共元件，其描述适当地省略。

作为使用数字微镜器件(DMD)和荧光体轮的光源装置，为了使装置整体小型化，已知有将荧光体轮的一部分作为反射板的装置。在该光源装置中，是在光路上配置位相延迟器(1/4波片)及偏振光分离元件，来通过荧光体轮在与荧光光为相同的方向上反射激发光，以使得反射的激发光不返回到激发光源里。

在具有这种构成的光源装置中，由于在激发光的光路上配置了位相差板和偏振光分离元件，所以不仅限制了装置的小型化，还导致成本变高。另外，朝向荧光体轮的激发光的光路和从荧光体轮反射的激发光的光路穿透位相差板或偏振光分离元件中的同一部位。因此，这些光学元件上的聚光密度上升成为破损等的原因，而可能会导致可靠性下降的情况的发生。

本发明的工作者们着眼于这样的光源装置内的结构成为阻碍装置主体的小型化及低成本化的因素的同时，还着眼于成为可靠性降低的因素的问题。然后，发现了在光源装置内，以朝向荧光体轮的激发光的光路和从荧光体轮反射的激发光的光路不重叠的方式来形成会有助于装置主体的小型化和低成本化及可靠性的提高，并想到了本发明。

本发明的至少一个实施例提供一种光源装置，包括射出激发光的光源、具有对光源射出的激发光进行反射的反射面的光学部件，以及具有被光学部件反射的激发光射入、并将激发光的至少一部分转换成与激发光为不同波长的荧光光并射出的波长转换部件的波长转换单元。在这种光源装置中，在将投影在光学部件的反射面上的激发光的投影像中心设为点P，将从波长转换单元射出的激发光的光束设为光束Q时，点P与光束Q被配置为不相交。

根据本发明的至少一个实施例，从波长转换单元射出的激发光束的光束不与从光源射出的激发光的投影像中心相交，因此能够防止激发光透过光学部件上的同一部位，因此能够抑制因聚光密度的上升而导致光学构件破损的情况，能够提高可靠性。另外，不需要为了分离从波长转换单元射出的激发光的光路而准备位相差板或偏振光分离元件等的特别的光学元件。因此，能够减少部件数量，降低制造成本，并且能够使装置小型化。

图1A和图1B所示是根据本发明的实施例的光源装置100的概要的模式图。图1A所示是根据本发明的实施例的光源装置100的构成要素的说明图。图1B所示是投影到光源装置100的二向色镜102的反射面102a上的激发光的说明图。图1B所示是从来自光源101的激发光的行进方向来表示的反射面102a。

如图1A所示，光源装置100包括作为激发光源的光源101、以及作为光学部件一例的二向色镜102。光源装置100还包括作为波长转换单元(波长转换器)的一例的荧光体单元103以及作为光混合元件的一例的棒状积分器104。

根据本发明实施例的光源装置100不限定于图1所示的结构，可以进行适当变更。例如，光源装置100可以仅包括光源101、二向色镜102和荧光体单元103。在具有这些光源101、二向色镜102及荧光体单元103的光源装置100中，通过除去光源101后的构成要素就构成了光源光学系统。

光源101射出激发光(在下文中，也称为“第一颜色光”)。二向色镜102具有对光源101射出的激发光进行反射并引导到荧光体单元103的反射面102a。对于二向色镜102的反射面102a以外的部分，可以具有使光源101射出的激发光和从荧光体单元103射出的荧光穿透的光学特性。

荧光体单元103具有反射或漫反射激发光的第一区域，和将激发光的至少一部分变换为与激发光不同波长的荧光光(也称为“第二颜色光”)并射出的第二区域。当激发光射入到荧光体单元103时，荧光体单元103将激发光和荧光光依次交替发射到激发光的射入面一侧(图1A所示的上侧)。棒状积分器104被设置为使得从荧光体单元103射出的激发光和荧光指向并射入到棒状积分器104，棒状积分器104将射入的激发光和荧光光混合并均匀化，将混合光发射到光源装置100的外部。

图1A所示是在光源101射出的激发光的光路上配置了荧光体单元103的第一区域的情况。从光源101射出的激发光在二向色镜102的反射面102a被反射到荧光体单元103一侧。由反射面102a反射的激发光在荧光体单元103的第一区域被该激发光的射入面一侧反射。棒状积分器104被配置在荧光体单元103的激发光的反射方向上。

在这样形成激发光的光路的光源装置100中，是将二向色镜102的反射面102a上的激发光的中心设为点P，将荧光体单元103射出的激发光的光束设为光束Q的。在光源装置100中，是以这些点P和光束Q不相交的方式来配置二向色镜102、荧光体单元103及棒状积分器104的。

关于反射面102a上的激发光的中心点P、换言之、被投影的激发光的投影像中心是如下来定义的。(1)投影在反射面102a上的激发光的投影范围的光强度分布是线对称或点对称时，将激发光的投影范围的最小外接圆的中心作为投影像中心。(2)投影在反射面102a上的激发光的投影范围的光强度分布是线对称或点对称以外时、即上述(1)以外的情况，就如图1B所示，在将投影在反射面102a上的激发光的总能量设为A，以任意的半径r的圆来切出其投影范围并将包含在圆内的光的总能量设为B时，将B/A在93％以上(B/A≥93％)且圆内的能量密度为最大时的半径r′的圆的中心设为投影像中心。

所谓激发光的投影范围是在投影于反射面102a上的激发光的能量分布中，具有最大能量的1/e²以上的能量的范围。能量密度通过将“圆内所含的能量”除以“圆的面积”来求得，即，能量密度通过以下的式子来求得：

能量密度＝(圆内所含的能量)/(圆的面积)

这样定义的激发光的投影像中心点P，是在点亮光源装置100内所具有的所有的光源101的状态下来判定的。

另外，荧光体单元103射出的激发光的光束Q是指在与激发光的传播方向垂直的面上的激发光的能量分布中，通过具有最大能量的1/e²以上的能量的范围的光线束。

根据本发明实施例涉及的光源装置100，从荧光体单元103射出的激发光的光束Q不与从光源101射出的激发光在反射面102a上的中心(激发光的投影像中心)相交。因此，能够防止激发光穿透二向色镜102上的同一部位的情况，能够抑制因聚光密度的上升而导致二向色镜102破损的情况。另外，不需要为了分离从荧光体单元103射出的激发光的光路而准备位相差板或偏振光分离元件等的特别的光学元件。因此，能够减少零件数量，降低制造成本，同时能够使装置小型化。

在图1A和1B所示的光源装置100中，说明的是荧光体单元103依次切换激发光和荧光光来射出的情况，即，是对于将激发光和荧光进行分时来射出的情况进行了说明。但是，关于荧光体单元103的构成并不限定于此，也可以构成为同时射出激发光和荧光。

例如，荧光体单元103代之以上述的第一、第二区域，具有在反射激发光的一部分的同时将激发光的其他部分转换为与激发光不同的荧光光的区域、即第三区域。通过设置在该第三区域的波长转换部件进行激发光的反射以及对荧光光的转换。该荧光体单元103有时被称为静止荧光体单元。当激发光射入时，荧光体单元103将激发光和荧光光一起射出到激发光的射入面一侧(图1A所示的上侧)。即使在具备这样的荧光体单元103的情况下，也能够获得与使用分时式的荧光体单元103时同样的效果。

在一些实施例中，在图1所示的光源装置100中，也可以设有将荧光体单元103射出的激发光及荧光光的一方或双方引导至棒状积分器104的导光机构。例如，导光机构由聚光透镜或折射透镜构成，并配置在荧光体单元103和棒状积分器104之间的光路上。通过设置这样的导光机构，能够将荧光体单元103射出的激发光和第二颜色光的至少一方有效地引导到棒状积分器104，并提高光的利用效率。

在根据本实施例的光源装置100中，为了提高射入的激发光和荧光的至少一方的利用效率，棒状积分器104的位置可以适当变更。图2表示本发明所涉及的光源装置的另一实施例。在图2中，对与图1A和图1B相同的构成赋予相同的符号并省略其说明。在图2中，表示在二向色镜102的表面上形成反射面102a的情况。在以下所示的附图中也是同样的。

如图2所示，考虑的是将从二向色镜102投影到荧光体单元103上的激发光的投影像中心作为点R的情况。这时，棒状积分器104优选配置在荧光体单元103的射出面103a上的点R的垂线上。通过如此配置棒状积分器104，当荧光光垂直地射出到荧光体单元103的射出面103a上时，因为能够使荧光光有效地射入到棒状积分器104，因此，能够提高荧光光的光利用效率。

在根据本实施例的光源装置100中，也可以配置聚光元件，该聚光元件配置在二向色镜102和荧光体单元103之间的光路上。该聚光元件对在二向色镜102反射的激发光进行聚光，使得从荧光体单元103射出的荧光光大致平行化。例如，聚光元件可以由聚光透镜构成。

图3表示根据本发明另一实施例的光源装置。在图3中，对与图1相同的构成赋予相同的符号并省略其说明。在图3所示的光源装置100中，在二向色镜102和荧光体单元103之间的光路上设有作为聚光元件的聚光透镜105。聚光透镜105对通过二向色镜102反射的激发光进行聚光，使得荧光体单元103射出的荧光光大致平行化。

图3表示连接上述反射面102a上的点P与聚光透镜105a的入射面105a上的投影像中心的直线L1。由二向色镜102的反射面102a反射并入射到聚光透镜105上的激发光将投影像投射在入射面105a上。另外，图3还表示点S，其是上述直线L1和荧光体单元103的入射面103b的交点，由聚光透镜105聚光的激发光入射到荧光体单元103的入射面103b。在光源装置100中，上述点S和投影在荧光体单元103上的激发光的投影像中心即点R被配置在不同的位置里。通过聚光透镜105的这种配置，可以使从荧光体单元103发散射出的激发光和荧光光平行化，从而可以有效地将平行化后的激发光和荧光光入射到棒状积分器104上，提高光的利用效率。

在图3所示的光源装置100中，上述直线L1优选与荧光体单元103的射入面103b垂直相交。通过将直线L1与荧光体单元103的射入面103b垂直相交，能够缩短二向色镜102和荧光体单元103之间的距离，并能够使光源装置100整体的尺寸小型化。

在光通过具有一定厚度的光学元件的情况下，入射面是光入射的面，出射面是光射出的面。例如，在图3所示的聚光透镜105中，从二向色镜102的反射面102a反射后入射的面为射入面105a，从射入面105a穿透聚光透镜105内并射出到荧光体单元103侧的面为射出面105b。

在根据本实施例的光源装置100中，可以设有折射光学元件，该折射光学元件配置在聚光透镜105和棒状积分器104之间。折射光学元件将作为聚光元件的聚光透镜105平行化的激发光和荧光光中的至少一个聚光，并将聚光后的光引导到棒状积分器104。折射光学元件例如是折射透镜。图4描述具有这种结构的根据本发明实施例的光源装置100。在图4中，与图3所示实施例相同的部件用相同的参考数字表示，并且省略重复描述。

在图4所示的光源装置100中，是在聚光透镜105和棒状积分器104之间的光路上设有作为折射光学元件的折射透镜106。折射透镜106对由聚光元件即聚光透镜105所平行化的激发光和荧光光的至少一种进行聚光，并引导至棒状积分器104的射入开口部104a。通过如此地设置折射透镜106，由于能够使得由聚光透镜105平行化的激励光和荧光光的至少一种有效地射入到棒状积分器104，所以就提高了光利用效率。

在图4所示的光源装置100中，从射入到棒状积分器104里的激发光和荧光光的至少一种的均匀化和均值化的观点出发，优选选择棒状积分器104的配置位置。更具体来说，在棒状积分器104的内周截面具有长方形状时，入射到棒状积分器104的激发光的椭圆形截面的长边可以配置成与棒状积分器104的内周截面的长边相对应。

更进一步地，在图4所示的光源装置100中，从抑制二向色镜102的反射面102a上的激发光的晕影的观点出发，优选选择光源101的配置。更具体来说就是，在光源101的发光面具有长方形状时，优选以激发光的宽度变窄的方式来配置。

图5A、5B和5C描述根据本发明的另一个实施例的光源装置。在图5A、5B和5C中，对与图4所示实施例的部件相同的部件赋予相同的符号并省略其说明。图5A描述根据本实施例的光源装置100。图5B是光源装置100具有的棒状积分器104的射入开口部104a的说明图，图5C是光源装置100具有的光源101的说明图。图5B所示是从荧光体单元103一侧来表示的棒状积分器104的射入开口部104a。图5C所示是从二向色镜102一侧来表示的光源101的发光面。

在图5A所示的光源装置100中，将通过折射透镜106折射聚光的激发光和荧光光的至少一种所投影的棒状积分器104的射入开口部104a上的投影像中心设为点T。将连接该点T和投影在荧光体单元103上的激发光的投影像中心即点R的直线设为直线L2。如图5B所示，棒状积分器104的射入开口部104a是具有长边LE₁和短边SE₁的长方形状。另外，如图5C所示，光源101的发光面101a是具有长边LE₂和短边SE₂的长方形状。

在光源装置100中，优选的是包含直线L1和直线L2的面、即包含图5A所示纸面的平面和棒状积分器104的射入开口部104a的短边SE₁大致平行。即，优选的是以图5B所示棒状积分器104的短边SE₁与图5A所示纸面平行的方式来配置棒状积分器104。通过这样配置棒状积分器104，能够以射到与棒状积分器104的射入开口部104a的长边LE₁对应的内侧面上的方式来射入激发光等。因此，能够增加棒状积分器104内部的激发光等的反射次数，使得激发光等均匀化，能够抑制激发光等中的颜色不均的发生。

在光源装置100中，优选的是包含直线L1和直线L2的面、即包含图5A所示纸面的平面和光源101的发光面101a的短边SE₂大致平行。即，优选的是以图5C所示发光面101a的短边SE₂与图5A所示纸面平行的方式来配置光源101。通过这样配置光源101，能够使得在包含直线L1和直线L2的面的延伸方向上延伸的光束的宽度变窄，能够抑制二向色镜102的反射面102a上的晕影，能够抑制光利用效率的降低。另外，能够使荧光体单元103反射的光不与二向色镜102干涉，从而能够抑制光利用效率的降低。

在根据本发明的实施例的光源装置100中，棒状积分器104优选根据折射透镜106和杆积分器104的相对位置配置。例如，优选投影到棒状积分器104的射入开口部104a上的投影像中心、投影到棒状积分器104的射入开口部104a上的荧光光的投影像中心、以及折射透镜106的光轴在一点相交。

图6A和6B描绘了根据本发明的另一个实施例的光源装置100的概要。在图6A和6B中，对与图5A、5B和5C中所示的实施例相同的构成赋予相同的符号并省略其说明。图6A描绘光源装置100中激发光的光路，图6B描绘光源装置100中荧光光的光路。为便于说明，图6A和6B还描绘了沿着光传播方向配置的一对聚光透镜105₁和105₂。

在图6A和6B所示的光源装置100中，由折射透镜106聚光的激发光和荧光中的至少一种，投射到棒状积分器104的入射开口部104a上的投影像中心是上述点T。而且，折射透镜106配置成使折射透镜106的光轴LA通过该点T。因此，投射到棒状积分器104的入射开口部104a上的激发光和荧光的投影像中心与折射透镜106的光轴LA在一点相交。这样的配置使得激发光和荧光入射到棒状积分器104的入射开口部104a的中心，从而抑制在棒状积分器104的入射开口部104a上产生晕映，提高了光的利用效率。此外，还可以抑制由于零件公差引起的光源装置100内的光学元件互相错开引起的光的利用效率的降低。

在根据本实施例的光源装置100中，折射透镜106的配置优选从将入射到棒状积分器104的入射开口部104a上的激发光和荧光的角度设定在一定范围内的观点进行选择。注意的是，所谓相对于入射开口部104a的光线的角度是指光线与平行于入射开口部104a的面的法线之间的角度。例如，在光源装置100中，优选相对于入射开口部104a的激发光的光线的最大入射角小于相对于入射开口部104a的荧光的光线的最大入射角。

如图6A所示，角度θ₁是激发光的光线相对于入射开口部104a的最大入射角。如图6B所示，角度θ₂是荧光的光线相对于入射开口部104a的最大入射角。在光源装置100中，优选角度θ₁设定得小于角度θ₂。设定激发光的入射角θ₁小于荧光光的入射角θ₂可以抑制设置在光源装置100的下游的光学系统中的晕映的发生，从而提高光的利用效率。

在根据本发明的实施例的光源装置100中，激发光的入射角θ₁和荧光光的入射角θ₂可以设置为互相相等。通过将激发光的入射角θ₁设置为与荧光光的入射角θ₂相等，能使得投射到DMD或屏幕上的激发光的分布基本上与投射到DMD或屏幕上的荧光光的分布相同，因此，可以抑制激发光等的颜色不均匀性。

在本实施例的光源装置100中，优选根据激发光的入射角θ₁和荧光光的入射角θ₂的关系来选择棒状积分器104的光学特性。例如，优选光源装置100的棒状积分器104由玻璃棒状积分器构成，将全反射条件设定为大于激发光的入射角θ₁和第二颜色光的入射角θ₂。

本发明的光源装置100包含的棒状积分器104的光学特性参照图7进行说明。在图7中，棒状积分器104是玻璃棒状积分器。棒状积分器104的全反射条件设为角度θglass。在这种情况下，角度θglass被设定为大于激发光的射入角θ₁和荧光的射入角θ₂。由此，因为能够防止棒状积分器104内部的激发光等的损失，就能够提高光利用效率。

在本实施例的光源装置100中，构成光混合元件的棒状积分器104如图8所示，优选的是射入开口部104a比射出开口部104b小的锥形形状。通过这样使棒状积分器104为锥形状，因为能够减小从棒状积分器104射出的光的射出角，所以能够抑制配置在光源装置100后级的光学系统中的晕影，并且能够提高光利用效率。

以下，对根据本发明的一些实施例的光源光学系统、光源装置以及图像投影装置进行说明。根据本发明的一些实施例的光源光学系统、光源装置以及图像投影装置是本发明实施例的示例，可以适当变更。另外，也可以适当地组合各个实施例。

第一实施例

图9是设有根据本发明的第一实施例的光源装置20的投影仪(也称为“图像投影装置”)1的结构概要图。如图9所示，投影仪1包括框体10、光源装置20、照明光学系统30、图像形成元件(也称为“图像显示元件”)40、投影光学系统50和冷却装置60。

框体10收纳有光源装置20、照明光学系统30、图像形成元件40、投影光学系统50和冷却装置60。光源装置20例如射出包含与RGB的各色对应的波长的光。关于光源装置20的内部结构，将在后面进行详细说明。

照明光学系统30通过后述的光源装置20的光隧道29所均匀化后的光来大致均匀地照明图像形成元件40。照明光学系统30具有例如1个以上的透镜和1面以上的反射面等。

图像形成元件40通过调制由照明光学系统30照明的光、即来自光源装置20的光源光学系统的光来形成图像。图像形成元件40例如由数字微镜器件(DMD)或液晶显示元件构成。图像形成元件40与照明光学系统30所照射的蓝色光、绿色光、红色光、黄色光同步地驱动微小镜面并生成彩色图像。

投影光学系统50将图像形成元件40形成的彩色图像放大投影到未图示的屏幕、即被投影面上。投影光学系统50例如包括1枚以上的透镜。冷却装置60对带有投影仪1内的热的各元件及装置进行冷却。

图10A和图10B描绘了根据第一实施例的光源装置20。图10A描绘光源装置20中的蓝色激光的光路，图10B描绘光源装置20中的荧光光的光路。

如图11A所示，光源装置20具有依次配置在光的传播方向上的激光光源(激发光源)21、耦合透镜22、第一光学系统23、作为光学部件一例的二向色镜24。光源装置20还具有第二光学系统25、作为波长转换单元一例的荧光体单元26、折射光学系统27、色环28以及作为光混合元件一例的光隧道29。

在图10中，为了便于说明，省略了色环28。关于色环28，参见图9，色环28配置在折射光学系统27和光隧道29之间。如图9所示，在本实施例中，是将色环28作为光源装置20的构成要素来说明的。但是，关于光源装置20的构成不限于此，也可以是不包括色环28的构成。

如图10A和10B所示，激光光源21例如以阵列状来配置多个射出激光的光源。激光光源21例如射出发光强度的中心为455nm的蓝色频带的光(蓝色激光)。以下，蓝色激光被简称为蓝色光。从激光光源21射出的蓝色光是偏光方向为一定方向的线偏振光，也用作激发后述的荧光体单元26所具有的荧光体的激发光。

从激光光源21射出的光只要是能够激发后述的荧光体的波长的光即可，并不限定于蓝色波长频带的光。另外，在第一实施例中，激光光源21具有多个光源，但并不限定于此，也可以由1个光源来构成。另外，激光光源21可以是在基板上以阵列状来配置多个光源的构成，但并不限定于此，也可以是其他的配置构成。

耦合透镜22是将激光光源21射出的蓝色光射入并转换为平行光、即准直光的透镜。以下所说的“平行光”不限于完全被平行化后的光，而是包括大致平行化的光的概念。耦合透镜22的数量只要与激光光源21的光源的数量对应即可，可以根据激光光源21的光源数量的增减来增减。

在本实施例的光源装置20中，通过这些激光光源21和耦合透镜22来构成光源单元。例如，激光光源21是由以行和列来配置的多个的激光二极管构成。即，光源单元是由这些激光二极管和被配置在激光二极管的射出面一侧的耦合透镜22来构成。

图11表示包括在第一实施例的光源装置20的光源单元的主要部分的说明图。如图11所示，在光源单元中，耦合透镜22与激光二极管21A相向而对地来配置。在光源单元中，从各激光二极管21A射出的蓝色光的发散角之中，将行方向或列方向中较大方向的发散角设为θ。将相邻的激光二极管21A的间距设为P，将激光二极管21A的发光点到耦合透镜22的距离设为L。各激光二极管21A的配置间隔(P/Ltanθ)被设定为满足以下所示(式1)。

1≤P/Ltanθ≤4(式1)

更为优选的是，各激光二极管21A的配置间隔被设定为满足以下的(式2)。

P/Ltanθ＝2(式2)

通过满足(式2)，因为能够一边减小激光光源21的发光面，一边使各激光二极管21A的光仅射入到对应的耦合透镜22里，所以就能够防止射入到相邻的耦合透镜22里，并且能够抑制光的利用效率的降低。

光源单元所具备的多个激光二极管21A优选配置在同一基板上。通过将多个激光二极管21A配置在同一基板上，因为能够减小从光源单元射出的光的区域，所以就能够抑制光路上的各种光学元件中的光的晕影，并提高光利用效率。

在图9中，第一光学系统23作为整体具有正光焦度(plus power)，并从激光光源21一侧朝向荧光体单元26一侧依次配置具有大口径透镜23a和负透镜23b。大口径透镜23a构成大口径元件，是具有正光焦度并对从耦合透镜22射出的平行光进行聚光及合成的透镜。由大口径透镜23a及负透镜23b构成的第一光学系统23一边使得从耦合透镜22成为大致平行光射入的蓝色光的光束会聚，一边将其引导到二向色镜24。

二向色镜24相对于从第一光学系统23射出的蓝色光的传播方向被倾斜地配置。更具体来说，沿着从第一光学系统23射出的蓝色光的传播方向，前端侧以向下方倾斜的状态来配置。二向色镜24具有的光学特性是对通过第一光学系统23变成大致平行光的蓝色光进行反射以外，还透射由荧光体单元26转换了的荧光光、即第二颜色光。例如，在二向色镜24中实施使其具有上述光学特性那样的涂层。

图12所示是第一实施例的光源装置20具有的二向色镜24的构成的一个例示。在图12中，是从第一光学系统23一侧射出的蓝色光的射入方向来表示二向色镜24的。如图12所示，二向色镜24被分割成两个区域24A、24B。以下，为了便于说明，将区域24A、24B分别称为第一区域24A、第二区域24B。

第一区域24A具有的光学特性是对第一光学系统23的负透镜23b射出的蓝色光进行反射以外，还透射由后述的荧光体单元26的荧光体从蓝色光转换的荧光光。第一区域24A构成图1所示的反射面102a。第二区域24B具有的光学特性是透射这些蓝色光及荧光。

第一区域24A配置在第一光学系统23的光轴上，但不配置在第二光学系统25的光轴上，以接近第一光学系统23侧的姿态配置。另一方面，第二区域24B不配置在第二光学系统25的光路上，比起第二光学系统25的光路，以更远离第一光学系统23的姿态配置。

第二光学系统25作为整体具有正光焦度，并从激光光源21一侧朝向荧光体单元26一侧依次具有正透镜25A和正透镜25B。第二光学系统25对二向色镜24反射的蓝色光进行聚光并引导到荧光体单元26。另外，第二光学系统25对于从荧光体单元26发出的荧光光进行平行化。另外，第二光学系统25构成聚光元件的一例。

从第二光学系统25引导来的蓝色光射入到荧光体单元26中。荧光体单元26是对于以下功能进行切换的单元，即，对于第二光学系统25射出的蓝色光进行反射的功能，和将蓝色光用作激发光并通过荧光体来转换到与蓝色光不同的波长区域的荧光光的功能。由荧光体单元26转换后的荧光光例如是发光强度的中心为550nm的黄色的波长区域的光。

图13A和13B描述根据第一实施例的光源装置20具有的荧光体单元26。在图13A中，从蓝色光的射入方向来表示荧光体单元26，在图13B中，从与蓝色光的射入方向正交的方向来表示荧光体单元26。图13所示的荧光体单元26的构成所示是一例，并不限定于此，可以进行适当变更。

如图13A和13B所示，荧光体单元26具有作为基板的圆盘部件26A，以及通过圆盘部件26A的中心并将垂直于该圆盘部件26A的平面的直线作为旋转轴26B来旋转驱动的作为驱动单元的驱动电机26C。圆盘部件26A例如可以使用透明基板或铝等金属基板，但并不限定于此。

荧光体单元26的圆盘部件26A的圆周方向的大部分，在第一实施例中大于270°的角度范围划分为荧光区域26D。圆周方向的小部分，在第一实施例中小于90°的角度范围划分为激发光反射区域26E。激发光反射区域26E构成了对通过二向色镜24反射的激发光进行反射或漫反射的第一区域的一例。荧光区域26D构成了将通过二向色镜24反射的激发光进行转换并射出荧光光的区域的一例。荧光区域26D的构成是从下层一侧朝向上层一侧依次层叠了反射涂层26D1、荧光体层26D2和防反射涂层(AR涂层)26D3。

反射涂层26D1具有对荧光体层26D2的荧光光的波长区域的光进行反射的特性。在圆盘部件26A由反射率高的金属基板来构成的情况下，也可以省略反射涂层26D1。换句话说，也可以使圆盘部件26A具有反射涂层26D1的功能。

作为荧光体层26D2，例如可以是，将荧光体材料分散到有机/无机的粘结剂内、直接形成荧光体材料的结晶、或使用Ce:YAG系等的稀土类荧光体。荧光体层26D2构成了将激发光的至少一部分转换为与激发光不同波长的荧光光并射出的波长转换部件的一例。荧光体层26D2的荧光光的波长频带例如可以使用黄色、蓝色、绿色、红色波长频带。在第一实施例中是以使用具有黄色波长频带的荧光光的情况为例来说明的。另外，在本实施例中，作为波长转换元件使用的是荧光体，但也可以使用磷光体、非线性光学晶体等。

防反射涂层26D3具有防止光在荧光体层26D2的表面上反射的特性。

在激发光反射区域26E上层叠有反射涂层26E1，该反射涂层26E1具有反射从第二光学系统25引导来的蓝色光的波长区域的光的特性。因此，激发光反射区域26E是反射面。在圆盘部件26A由反射率高的金属基板来构成的情况下，也可以省略反射涂层26E1。即，也可以圆盘部件26A本身具有反射涂层26E1的功能。

若一边对荧光体单元26照射蓝色光(称为“第一颜色光”)一边由驱动电机26C驱动圆盘部件26A旋转，则相对荧光体单元26的蓝色光的照射位置随着时间而移动。其结果，射入到荧光体单元26的蓝色光的一部分在作为波长转换区域的荧光区域26D转换成与蓝色光的波长不同的荧光光(称为“第二颜色光”)并射出。另一方面，射入到荧光体单元26中的蓝色光的其他部分在激发光反射区域26E直接以蓝色光被反射并射出。在此所说的“蓝色光的一部分”以及“蓝色光的其他部分”意味在时间轴上区分的一部分和其他部分。

荧光区域26D和激发光反射区域26E的数量、范围等具有自由度，可以进行各种设计变更。例如，也可以将各两个的荧光区域和激发光反射区域以在圆周方向间隔90°的方式来交替配置。

回到图10A和10B，进一步对光源装置20的结构进行说明。折射光学系统27由对第二光学系统25射出的蓝色光及荧光光进行聚光的透镜构成。从荧光体单元26射出的蓝色光及荧光光穿透二向色镜24后，由折射光学系统27折射聚光，并射入到色环28(参照图9)。色环28是将荧光体单元26生成的蓝色光和荧光光分离为期望的颜色的部件。

图14A和14B是根据第一实施例的光源装置20具有的色环28的概要构成的说明图。图14A是从蓝色光及荧光光的射入方向来表示色环28，图14B是从与蓝色光及荧光光的射入方向正交的方向来表示色环28。如图14A和14B所示，色环28具有圆环形状部件28A，和作为驱动单元以旋转轴28B为中心来旋转驱动圆环形状部件28A的驱动电机28C。

圆环形状部件28A具有沿圆周方向划定的多个区域，即，扩散区域28D、三个滤波区域28R、28G和28Y。扩散区域28D是用于使从荧光体单元26射出的蓝色光透射及扩散的区域。滤波区域28R是使得荧光体单元26射出的荧光光之中包含红色成分的波长区域的光透过的区域。同样地，滤波区域28G、28Y是分别使得荧光体单元26射出的荧光光之中包含绿色成分和黄色成分的波长区域的光透过的区域。

在以上的说明中，色环28是具有使得荧光光之中的红色成分、绿色成分、黄色成分的光分别透过的区域的。但是，对于色环28的结构，并不限定于此，例如也可以具有使荧光中的红色成分和绿色成分的光分别透过的区域。

色环28中的各区域的面积比例是基于投影仪1的设计规格的。但是，例如色环28中的扩散区域28D透过的是从荧光体单元26射出的蓝色光，所以只要使激发光反射区域26E的面积相对于荧光体单元26的圆盘部件26A的整个面积的比例，与扩散区域28D的面积相对于色环28的整个面积的比例为一致即可。

驱动电机28C在圆周方向上驱动圆环形状部件28A旋转。若圆环形状部件28A在圆周方向上旋转，则从荧光体单元26射出的蓝色光依次射入扩散区域28D、滤波区域28R、28G和28Y。从荧光体单元26射出的蓝色光及荧光光穿透色环28，依次射出蓝色光、绿色光、红色光和黄色光。透过色环28的各区域的光朝着光隧道29射入。

光隧道29是以四个反射镜为四棱柱的内侧的方式来形成的光学元件，是通过使从四棱柱的一端射入的光由内部的反射镜多次反射以对光的分布进行均匀化的光均匀化元件。光隧道29配置为使得通过折射光学系统27聚光的蓝色光及荧光光射入。在第一实施例中，作为光混合元件的一例使用光隧道29，但并不限定于此，也可以使用上文说明的棒状积分器、复眼透镜等。

图15A和15B表示从光的射入方向看到的第一实施例的光源装置20具有的光隧道29的射入开口部29A的两个例子。图15A和15B表示光隧道29的射入开口部29A上的蓝色光的投影范围。如图15A和15B所示，光隧道29稍微倾斜地配置。光隧道29的倾斜角根据光源装置20所要求的性能而变化。

第一实施例所涉及的光源装置20的光源单元，如上所述，具有激光二极管21A配置成阵列状的激光光源21。如图15A和15B所示，从激光二极管21A射出投影在光隧道29的射入开口部29A的蓝色光等的投影截面成为椭圆形状。在如图15A所示例中，配置为投影到射入开口部29A上的蓝色光等的椭圆形状投影截面的长轴与射入开口部29A的短边大致平行。这样，通过设定射入开口部29A上的蓝色光等的投影范围，能够抑制光隧道29引起的蓝色光等的晕影。

如图15B所示，射入开口部29A上的蓝色光等的投影范围也可以配置为椭圆形状投影截面的长轴与射入开口部29A的长边大致平行。这里所说的椭圆形状是指投影范围的纵向方向的强度分布的半峰全宽(FWHM)和横向方向的强度分布的半峰全宽(FWHM)之间有差的形状。即，是不具有各向同性的强度分布的形状。

对具有这种构成的光源装置20中的蓝色光的光路(以下，适当称为“蓝色光光路”)进行说明。所谓蓝色光光路是指图10A所示的激光光源21射出的激发光之中，由荧光体单元26的激发光反射区域26E(参照图13A)反射的光所行进的光路。

从激光光源21射出的蓝色光通过耦合透镜22转换成平行光。从耦合透镜22射出的蓝色光通过第一光学系统23的大口径透镜23a聚光及合成后，经负透镜23b，作为聚光光，入射到二向色镜24。二向色镜24使得入射光在第一区域24A反射，该反射光朝向第二光学系统25。第一区域24A构成了对从激光光源21射出的蓝色光进行反射的反射面102a(参照图1A和图1B)。上述激发光的投影像中心的点P形成在第一区域24A。

如上所述，二向色镜24的第一区域24A相对于第二光学系统25的光轴配置为偏离到第一光学系统23一侧。因此，蓝色光光路射入到第二光学系统25,更具体来说,入射到正透镜25A的第一光学系统23侧的一部分。然后，蓝色光以与第二光学系统25的光轴之间具有角度的状态接近地行进，从第二光学系统25，更具体来说，从正透镜25B射出。从第二光学系统25射出的蓝色光射入到荧光体单元26。

若向着荧光体单元26的蓝色光射入到激发光反射区域26E，则蓝色光在激发光反射区域26E被正反射。在激发光反射区域26E正反射的蓝色光射入到第二光学系统25，更具体来说，入射到正透镜25B的与第一光学系统23侧相反侧的一部分。然后，蓝色光以与第二光学系统25的光轴之间具有角度的状态远离地行进，从第二光学系统25，更具体来说，从正透镜25A射出。

从第二光学系统25的正透镜25A射出的蓝色光穿透二向色镜24的第二区域24B。从荧光体单元26正反射的蓝色光的光束，或者从第二光学系统25射出并透过二向色镜24的第二区域24B的蓝色光的光束构成上述激发光的光束Q。如上所述，二向色镜24的第二区域24B具有透射激发光和荧光光的光学特性。因此，即使蓝色光的光束(光束Q)和二向色镜24相交的情况下，也能够抑制光利用效率的降低。

透过二向色镜24的第二区域24B的蓝色光射入到折射光学系统27。蓝色光以与折射光学系统27的光轴之间具有角度的状态接近地行进，经由图9所示色环28，射入到光隧道29。蓝色光在光隧道29的内部多次反射并均匀化后，射入到配置在光源装置20的外部的照明光学系统30。

接着，参照图10B对本实施例所涉及的光源装置20中的荧光光的光路(以下适当称为“荧光光路”)进行说明。在图10B中，为了便于说明，省略了荧光光的光路的一部分。所谓荧光光路是指激光光源21射出的激发光之中，在荧光体单元26的荧光区域26D波长转换的光所行进的光路。

从激光光源21射出的蓝色光被引导到荧光体单元26之前，荧光光路与上述蓝色光光路相同。在此，射入到荧光体单元26的蓝色光设为射入到荧光区域26D。射入荧光区域26D的蓝色光成为对于荧光体的激发光，由荧光体进行波长转换，例如，成为包含黄色的波长区域的荧光光的同时，由反射涂层26D1和荧光体层26D2进行朗伯反射(Lambertianreflectance)。

由荧光区域26D朗伯反射的荧光光通过第二光学系统25转换成平行光。从第二光学系统25射出的荧光光透过二向色镜24射入到折射光学系统27。荧光光以与折射光学系统27的光轴之间具有角度的状态接近地行进，经由色环28射入到光隧道29。荧光光在光隧道29的内部多次反射并均匀化后，射入到配置在光源装置20的外部的照明光学系统30。

这样，在第一实施例所涉及的光源装置20中，是使得从激光光源21射出的蓝色光的光路在荧光体单元26的反射前和反射后不同。更具体地说明如下。确定从激光光源21投影到二向色镜24的第一区域24A上的蓝色光的投影像中心的点。在图1中用点P表示该投影像中心的点。形成蓝色光光路，使得该点P和从荧光体单元26反射的蓝色光的光束(图1中所示的光束Q)不相交。通过这样构成，防止蓝色光透过二向色镜24上的同一部位，能够抑制因聚光密度的上升导致的二向色镜24破损的情况，能够提高可靠性。

另外，不需要为了分离从荧光体单元26射出的激发光的光路而准备位相差板或偏振分光器等构成的偏振光分离元件等的特别的光学元件。因此，能够减少部件数量，降低制造成本，同时能够使光源装置20小型化。更进一步地，不使用操作位相差板或偏振光分离元件等的偏振的光学部件，因此，能够抑制光学部件的反射率、透射率和吸收率等引起的光利用效率的降低。

在第一实施例所涉及的光源装置20中，从激光光源21射出的蓝色光是偏振方向为一定方向的直线偏振光。另外，具有多个激光光源21的光源单元配置为直线偏振光的朝向全部相同，从光源单元射出的光的直线偏振光的方向一致。直线偏振光的朝向可以由配置光源单元的朝向确定。

如图15A和15B所示，当与光隧道29的倾斜一致，使得光源单元倾斜时，直线偏振光朝向会改变。在直线偏振光的朝向发生变化的情况下，构成为由偏振光分离元件等操作偏振光场合，透过偏振光分离元件时，光利用效率可能会降低。在第一实施例所涉及的光源装置20中，没有采用操作偏振光的构成，因此，能够防止因激光光源21的倾斜引起的光利用效率的降低。

第二实施例

第二实施例所涉及的光源装置201的二向色镜的构成与第一实施例所涉及的光源装置20不同。以下，说明图16A和16B所示的第二实施例所涉及的光源装置201的构成，以与第一实施例所涉及的光源装置20的不同点为中心说明。图16A表示光源装置201的蓝色光的光路，图16B表示光源装置201中的荧光光的光路。在图16A和16B中，对与上述第一实施例相同的构成赋予相同的符号并省略其说明。在图16B中，为了便于说明，省略了荧光光的光路的一部分。

图16A和16B所示的光源装置201仅仅二向色镜241构成这一点上与第一实施例所涉及的光源装置20不同。二向色镜241与第一实施例的二向色镜24同样地倾斜配置，另一方面，具有比二向色镜24短的长度。由于二向色镜241的尺寸构成短，因此，能够使光源装置201小型化。二向色镜241具有与作为上述二向色镜24的一部分的第一区域24A同样的光学特性。

图17表示第二实施例所涉及的光源装置201具有的二向色镜241的构成的一个例示。图17表示从第一光学系统23侧射出的蓝色光(激发光)的射入方向看到的二向色镜241。二向色镜241仅由单一的区域241A构成。

区域241A与第二实施例的上述第一区域24A同样，具有对第一光学系统23射出的蓝色光进行反射、使得由荧光体单元26的荧光体从蓝色光转换的荧光光透过的光学特性。区域241A配置在与第一区域24A相同的位置。即，区域241A配置在第一光学系统23的光路上。但是，区域241A与第二光学系统25的光轴相比，配置在偏向第一光学系统23侧的位置。

参照图16A及图16B来对具有这种构成的光源装置201中的蓝色光光路及荧光光路进行说明。如图16A所示，从激光光源21射出的蓝色光在荧光体单元26的激发光反射区域26E反射，射出到第二光学系统25。在此之前与第一实施例的蓝色光光路相同。在第二实施例所涉及的光源装置201中，从第二光学系统25射出的蓝色光不透过二向色镜241。从荧光体单元26射出的蓝色光的光束(与图1A所示的光束Q相当)不与二向色镜24相交。另一方面，荧光光路如图16B所示，与第一实施例的荧光光路即使不相同也相似。

在根据第二实施例的的光源装置201中，使得从激光光源21射出的蓝色光的光路在荧光体单元26的反射前和反射后不同。因此，与第一实施例所涉及的光源装置20同样地，在可靠性优异的同时，能够实现小型化和低成本化。

特别是，在光源装置201中，能够使二向色镜241的宽度比第二光学系统25的宽度小，因此，能够减小光源装置201的尺寸。更进一步地，由于由荧光体单元26反射的蓝色光的光路不透过二向色镜241，因此，能够抑制由该二向色镜241的透射率引起的光利用效率的降低。

第三实施例

以下，说明根据图18A和18B所示的第三实施例的光源装置202。光源装置202与第二实施例所涉及的光源装置201的不同之处是，具有第一光源单元和第二光源单元，并具有将来自第二光源单元的激发光合成到来自第一光源单元的激发光的偏振光光学部件。第一光源单元由激光光源21及耦合透镜22构成。第二光源单元由激光光源211及耦合透镜221构成。

图18A表示第三实施例的光源装置202中的蓝色激光的光路，图18B表示第三实施例的光源装置202中的荧光的光路。在图18A和图18B中，关于与上述第二实施例相同的构成赋予相同的符号并省略其说明。在图18B中，为了便于说明，省略了荧光光的光路的一部分。

如图18A和18B所示，光源装置202设有构成第二光源单元的激光光源211及耦合透镜221。第二光源单元配置为使得从激光光源211射出的激光与从第一光源单元的激光光源21射出的激光正交。

激光光源211具有与激光光源21相同的构成。即，激光光源211以阵列状配置激光二极管，作为多个射出激光的光源，例如射出发光强度的中心为455nm的蓝色光。激光光源21、211都构成为射出P偏振光。耦合透镜221与上述耦合透镜22同样，是使得从激光光源211射出的蓝色光入射并转换为平行光即准直光的透镜。

光源装置202具有构成偏振光光学部件的1/2波长板222及偏振光分离元件223。1/2波长板222与多个耦合透镜221相向而对地配置。1/2波长板222将从激光光源211射出的蓝色光的P偏振光成分转换为S偏振光成分。偏振光分离元件223配置在从激光光源21射出的蓝色光以及从激光光源211射出的蓝色光的光路上。偏振光分离元件223具有对蓝色光的S偏振光成分进行反射的同时，还透射蓝色光的P偏振光成分的光学特性。

从激光光源21射出的蓝色光的P偏振光成分透过偏振光分离元件223，并射入到第一光学系统23的大口径透镜23a。另一方面，从激光光源211射出的蓝色光的P偏振光成分由1/2波长板222转换成S偏振光后，由偏振光分离元件223反射，并射入到第一光学系统23的大口径透镜23a。这样，来自第二光源单元的蓝色激发光合成到来自第一光源单元的蓝色激发光。

参照图18A及图18B对具有这种构成的光源装置202的蓝色光光路及荧光光路进行说明。如图18A及图18B所示，由偏振光分离元件223合成并射入到第一光学系统23的大口径透镜23a之后的蓝色光光路及荧光光光路即使与第二实施例不相同也相似。

在根据第三实施例的光源装置202中，使得从激光光源21射出的蓝色光的光路在荧光体单元26的反射前和反射后不同。因此，与第二实施例所涉及的光源装置201同样，在可靠性优异的同时，能够实现小型化和低成本化。特别是，在光源装置202中，将来自第二光源单元的激发光合成到来自第一光源单元的激发光中，因此，能够提高激发光的亮度，提高光利用效率。另外，用构成偏振光光学部件的1/2波长板222及偏振光分离元件223操作偏振光，因此，无论从光源射出的光是否混有偏振光成分，都能够实现光路的分离及合成。

第四实施例

以下，说明图19所示第四实施例所涉及的光源装置203。光源装置203在设有与上述荧光体单元26不同的荧光体单元261这一点，与第二实施例所涉及的光源装置201不同。以下，关于第四实施例所涉及的光源装置203的构成，以与第二实施例所涉及的光源装置201的不同点为中心来说明。

图19A表示光源装置203中的蓝色激光的光路。图19B表示光源装置203中的荧光的光路。在图19A和图19B中，对与上述第二实施例的部件相同的构成赋予相同的符号并省略其说明。在图19B中，为了便于说明，省略了荧光光的光路的一部分。

第四实施例所涉及的光源装置203设有不驱动旋转的荧光体单元(以下，适当地称为“固定荧光体单元”)261，来代替驱动旋转的上述荧光体单元26。静止荧光体单元261在对从激光光源21射出的蓝色光(激发光)的一部分原样不变地反射的同时，将蓝色光的其他部分转换为荧光光射出。

图20表示第四实施例所涉及的光源装置203具有的静止荧光体单元261的构成。图20从相对蓝色光的射入方向正交的方向表示静止荧光体单元261。如图20所示，静止荧光体单元261构成为在反射激发光的反射部件261a上，层叠作为波长转换部件的荧光体261b。例如，反射部件261a和荧光体261b在俯视时具有矩形形状。荧光体261b涂布在反射部件261a上。

荧光体261b将射入的蓝色光(激发光)之中例如80％转换成荧光光。当蓝色光射入静止荧光体单元261时，蓝色光的80％对荧光体261b起着作为激发光的作用，由荧光体261b进行波长转换。由此，例如成为包含发光强度的中心为550nm的黄色的波长区域的荧光光的同时，因荧光体261b及反射部件261a的作用朗伯反射。

射入到静止荧光体单元261的蓝色光(激发光)的例如20％不作为激发光起作用，而由反射部件261a反射。因此，当蓝色光射入到静止荧光体单元261时，蓝色光和荧光光同时射出。

参照图19A及图19B对具有这种构成的光源装置203中的蓝色光光路及荧光光路进行说明。如图19A及图19B所示，光源装置203中的蓝色光光路及荧光光路除了静止荧光体单元261中的波长转换及反射之外，与第二实施例相同。

在第四实施例所涉及的光源装置203中，使得从激光光源21射出的蓝色光的光路在静止荧光体单元261的反射前和反射后不同。因此，与第二实施例所涉及的光源装置201同样，在可靠性优异的同时，能够实现小型化和低成本化。尤其是，在光源装置203中，通过静止荧光体单元261同时射出蓝色光和荧光光，因此，无需驱动荧光体单元旋转，能够降低装置的制造成本。能够省略旋转驱动用的电机，因此，在实现静音化的同时，还能够防止因电机寿命引起的可靠性的降低。

第五实施例

下面，说明图21A和21B所示的第五实施例。基本构成与第二实施例相同，因此，说明特征构成部分。图21A和21B都表示本实施例的结构。在图21A和21B中，将垂直方向设为X方向，将与X方向正交、从光源单元的光线的射出方向设为Y方向，将与X方向和Y方向都正交的方向设为Z方向。图21B表示从使得图21A绕X轴旋转90°的方向看到的构成。

在图21A和21B中，当将连接从光源单元射出的光束的大致中心和上述点P的直线设为直线L0时，直线L0构成为使得与包含直线L1和光束Q的面垂直相交。这种结构可以减小图21A中Z轴方向的尺寸。此外，可以同时实现后文描述的偏振光方向的条件1和2，可以提高光利用效率。

图22A表示在本实施例中蓝色光入射到二向色镜102时的状态。图22B表示蓝色光入射到荧光体单元26时的状态。如图22A所示，蓝色光优选相对二向色镜102以S偏振光入射。将其设为“偏振光条件1”。如图22B所示，蓝色光优选相对荧光体单元26以P偏振光入射。将其设为“偏振光条件2”。这是由于一般当光相对面以一个角度入射时，S偏振光的反射率高。由此，在二向色镜102以S偏振光反射，使得反射率进一步提高，在荧光体区域抑制表面反射，以P偏振光入射，使得更多的蓝色光入射到荧光体。

本实施例的结构用二向色镜102和荧光单元26使偏振光方向旋转90°,因此，满足了偏振光条件1和偏振光条件2，提高了光利用效率。

第六实施例

图23表示根据本发明的第六实施例的光源装置。图23A是根据本实施例的光源装置的侧视图，图23B是使得图23A的光源装置绕Z轴旋转90°的顶视图。图24A和24B表示与第六实施例相比较的上述第二实施例。图24A是根据本发明的第六实施例的光源装置的侧面图，图24B是使得图24A的光源装置绕Z轴旋转90°的顶视图。

在本实施例中，如图23A和23B所示，反射镜110设置在二向色镜102的前面，使得来自光源的照明光的光路弯曲。由此，可以减小Z轴方向的尺寸。Y轴方向的尺寸几乎与图24B所示的第二实施例的尺寸相同。

在本实施例中，旋转型荧光体单元26的直径φ为50～60mm，在小型光源装置中，荧光体单元26成为大型部件，因此，Y轴方向和Z轴方向的尺寸，荧光体单元26的尺寸占支配地位。因此，利用以反射镜110折叠光路而产生的荧光体单元26的平面方向的投影空间，将构成部件配置在该投影空间内，可以大幅度使光源装置小型化。

图23B表示这样的结构。如图23B所示，当从X轴方向观察时，若配置为将所有透镜的面顶点T位于圆盘状荧光体单元26的投影面内，则整个光源装置成为接近于立方体的小型。

另外，也可以使得反射镜110具有调节荧光体单元26表面的蓝色光的聚光程度的功能。例如，当反射镜110是漫反射面时，反射镜110可以使得照射到荧光体单元26的蓝色光扩散，使荧光体单元26上的蓝色光的聚光程度均匀，提高荧光体单元26的转换效率。

第七实施例

图25表示根据本发明第七实施例的光源装置。图26表示相对第七实施例的比较例。根据第七实施例的光源装置20通过热管125连接到散热器120并被其冷却。在本实施例中，投影光学系统50的光轴和从光源装置20射出的激发光的射出方向互相垂直。

在图26所示的比较例中，当光源装置20和散热器120能够设置的空间通过热管125连接时，热管125需要弯曲，从而导致冷却效率降低。因此，为了获得预定的散热量，散热器120变大。

另一方面，根据本实施例，由于热管125可以连接到散热器120而不被大大弯曲，因此，冷却效率不会如此降低，从而能有效地冷却光源装置20。

如图25所示，由于散热器120可以配置在与投影光学系统50邻接的空间，因此，可以有效地利用该空间，从而可以使投影机整体进一步小型化。在本实施例中，作为冷却装置的一例使用热管，但例如也可以使用回路热管，或者可以直接将散热器等散热部件设置在光源。

在根据本发明的实施例的光源装置中，由于激发光倾斜地入射到光混合元件，因此，有时因光混合元件的尺寸，在光隧道出口处产生亮度不均匀。由于亮度不均匀直接成为屏幕上的亮度不均匀，因此，优选产生亮度不均匀，以便容易地观看屏幕上的图像。例如，一般来说，投影图像中出现的亮度不均匀与左右方向相比，优选垂直方向。并且，靠近人的视线的下侧明亮时，更容易看到投影图像。因此，如图27所示，优选使激发光入射到光混合元件，使得屏幕上的下方向变得明亮。

第八实施例

参照图28A、28B、28C和28D描述第八实施例。第八实施例的基本结构与第一实施例相同，因此，描述特征部分。第八实施例可以使用根据上述实施例的任何合适的光源装置。根据本发明的实施例的光源装置可以配置成使得入射到棒状积分器的激发光入射到与长边对应的内侧，这种结构可以减小棒状积分器出口处的亮度不均匀，这种亮度不均匀可能导致屏幕上的亮度不均匀。通过减小亮度不均匀，能观看“具有均匀亮度的图像”。如上所述，通常优选“减小屏幕上的亮度不均匀”。

然而，在一些情况下，通过“利用亮度不均匀”，可以容易地观看投影到屏幕上的映像。例如，当图像投影到位于人的眼睛高度之上的屏幕上时，换句话说，当观众朝上看屏幕观看映像时，当接近人的眼睛高度的“屏幕的下侧”更亮时，该图像更容易地观看。因此，在这种情况下，优选使激发光入射到棒状积分器，使得屏幕下侧变亮。

如图28A至28D所示，当激发光入射到“具有长度LE₁的长边的面”时，在屏幕的垂直方向上产生亮度不均匀。当激发光从图28A的左侧入射到棒状积分器时，屏幕的上侧如图28C所示变得更亮，当激发光从图28B的右侧入射到棒状积分器时，屏幕的下侧如图28D所示变得更亮。上侧和下侧哪一个变得更亮取决于棒状积分器的长度Lint、照明光学系统的结构、“使得从棒状积分器射出的光束投射的投影光学系统的结构”，因此，需要适当的设计，但是可以根据屏幕的上侧和下侧哪一个更亮来设计照明光学系统。

在下文中，本发明的另外四个实施例描述为第九实施例至第十二实施例。在第九至第十二实施例中，上述实施例中的激发光和荧光光的光路三维配置。如上文所述，在图5A中，优选包含直线L1和直线L2的面、即包含图5A所示纸面的面与棒状积分器104的入射开口部104a的短边SE₁大致平行，然而，在一些实施例中，包含直线L1和直线L2的面不一定平行于棒状积分器104的入射开口部104a的短边SE₁。换言之，棒状积分器104可以绕直线L2作若干旋转。

第九实施例

在根据图29A和29B所示的第九实施例的光源装置中，棒状积分器104的入射开口部的长边与包含直线L1和直线L2的面平行。本实施例的特征在于，包含入射到光学部件的激发光的光路和由光学部件反射向聚光元件的激发光的光路(光学部件前后的光路)的面不与包含聚光元件和波长转换单元之间的激发光的光路(波长转换单元前后的光路)的面平行。

图29A所示的结构与图5A所示的结构即使不相同也相似。在图5A中，包含直线L1和直线L2的面位于包含图5A纸面的面内。换句话说，在图5A中，直线L2与直线L1的延伸部分相交，然而，在这里描述的第九实施例中，直线L1的延伸部分不与直线L2相交。

描述图29A中的参考数字。L0表示从光源101发出的光束的大致中央部为起点到点P的光路(直线)。L1表示连接入射到聚光透镜105的激发光投影的、聚光透镜105的入射面105a上的投影像中心到反射面102a上的点P的光路(直线)。L12表示通过入射面105a上形成投影像的光束的大致中心点的光线从聚光透镜105的射出面105b射出向着反射点R行进的光路(直线)。Q表示从荧光体单元103射出的激发光的光束。Q1表示在反射点R反射并向聚光透镜105行进的光路。Q2表示由折射透镜106折射并向入射到棒状积分器104的点T行进的光路。光路Q1和Q2是表示光束的中心光线的光路，也将其称为光线Q1和Q2。假设中心光线是光束Q的代表光线，则光束Q的中心光线也可称为光线Q。另外，Q、Q1和Q2也可称为光束Q、光束Q1和光束Q2，作为包含光线Q、Q1和Q2的光束。U表示光线L1和光线L2的假想交点。V表示光线Q1和光线Q的假想交点。W表示光线Q和光线Q2的假想交点。

为了明确三维位置关系，光入射到反射面102a的方向定义为Z轴，并且右手系统的X、Y和Z坐标轴定义为如图29A和29B所示。图29A是从X轴的负侧观察YZ平面的图，图29B是从棒状积分器104侧观察图29A的状态的图，换句话说，是从Y轴的正侧观察ZX平面的图。

如图29A和29B所示，从光源101发出的光线直接或折返(在图29A中为直接)引导到二向色镜102，入射到二向色镜102的光线沿着直线L0行进。直线L0本身可以认为是光线。从光源101发出的光作为“以恒定宽度或离散方式传播的光束”处理，将“该光束的大致中心的光路”定义为直线L0。光源由单一或面对某面配列成阵列状的多个发光部构成，若是单一，其中心的光路成为直线L0，若是多个，多个配列的发光部的大致中心的光路成为直线L0。并不限定直线L0是发光部或发光部组的中心，设为光束的大致中心的光路。沿直线L0前进的光线在点P处反射，入射到聚光透镜105，因聚光透镜105的折射作用行进到点R。此时，荧光体单元103上的点R成为反射区域，在点R处进行正反射，正反射的光束Q1再次向聚光透镜105。光束Q1因聚光透镜105的折射作用折射，成为光束Q。光束Q因折射透镜106的聚光作用折射，成为光束Q2，向点T行进。

本来，通过聚光透镜镜105的光线在透镜边界处折射，向点R(在本示例中为聚光点)行进，但是，在图29A中，光线表示为在透镜内部的点U处折射。这是为了简化说明，以便正确地表达本实施例的特征，实际上，光线在通过透镜界面(例如，图3中的105a或105b)时折射。这同样适用于在点R处反射的光线Q1折射而成为光线Q的弯曲点V，光线Q因聚光透镜106的折射作用，在弯曲点W折射成为光线Q2的弯曲点W也同样。

在本实施例的光源装置100中，如图29B所示，包含直线L0和直线L1的平面PL1和包含直线L12和光束(光线)Q1的平面PL2“不是平行关系(互相不平行)”。而且，成为“包含沿着直线L1直线行进的光线的直线(直线L1的延伸)由于聚光透镜105的折射力而不与直线L2(点R的垂线)相交的构成”。在第九实施例的光源装置100中，棒状积分器104的入射开口部的长边与平面PL1平行。

第十实施例

图30所示的第十实施例的光源装置是上述第九实施例的变形例，棒状积分器104的入射开口部的长边相对于平面PL1顺时针旋转若干，这一点与第九实施例不同，在其他方面与第九实施例相同。

第十一实施例

图31所示的第十一实施例的光源装置也是上述第9实施例的变形例，棒状积分器104的入射开口部的长边相对于平面PL1逆时针旋转若干，这一点与第九实施例不同，在其他方面与第9实施例相同。

在第十和第十一实施例中，如图30和31所示，棒状积分器104的入射开口部的长边与平面PL1“接近平行”，使得入射到棒状积分器104的光的大部分入射到棒状积分器104的长边。根据第九至第十一实施例的光源装置的特征还在于，光源单元和荧光体单元103配置成使得当确定荧光体单元103的旋转中心轴时，成为其旋转中心轴不与光线L0相交的位置关系。在此，从光源101发出的光作为以恒定宽度或离散方式行进的光束处理，将上述光束的大致中心的光路定义为直线L0。由于光束具有恒定宽度(厚度)，偏心端可以与旋转中心轴线相交。在本发明中，从光源101发出的光，将沿着以恒定宽度或离散方式行进的光束的大致中心的光线(光路)的光路(直线)设为L0或L1。

在图29B、30和31中，旋转中心轴和光线L0不相交的状态被放大。由于这样构成，能使激发光等入射到对应于棒状积分器104的入射开口部104a的长边的内侧面，因此，伴随棒状积分器104内部的激发光等的反射次数增加，能使得激发光均匀化，能抑制激发光等的颜色不均匀的发生。此外，在第十实施例和第十一实施例中，当将连接点R和第一颜色光投影的棒状积分器的入射开口部上的投影像中心的直线定义为直线L2时，使得包含直线L1和直线L2的面与棒状积分器的入射开口部的短边方向不成为平行关系。换句话说，使得棒状积分器104围绕直线L2旋转。这种结构可以进一步增加在内部反射面上的反射次数，因此，可以获得均匀化的很大效果。

具体地说，在图30所示的实施例中，到达棒状积分器104的激发光的大量光线容易照射位于棒状积分器104长边侧的内部反射区域。换句话说，当激发光的光束宽度增加时，图30的第十实施例在长边侧具有比图31的第十一实施例更宽的内部反射区域。因此，图30的第十实施例更好。另一方面，如果采用平面PL1和平面PL2互相平行的配置，则光从棒状积分器的短边侧入射，这使得难以实现均匀性。因此，例如，通过使得平面PL1和平面PL2不平行，最好大于45度和小于135度，即设为“成为大致90度的位置关系”，平面PL1和棒状积分器104的长边方向对准时，不改变棒状积分器104的配置，使得激发光的入射方向偏向“大致90度”，能将多量光线导向位于棒状积分器104的长边侧的内部反射区域。因此，在均匀化方面有效。即使平面PL1和平面PL2形成的角度很小，但也具有角度，即不平行，能在形成角度方向使光路弯曲，从而导致装置小型化的效果。为了进一步减小装置容积，如果适当地设置平面PL1和平面PL2形成的角度可以获得更大的效果，如上所述，平面PL1和平面PL2形成的角度设置为大约90度(至少在大于45度和小于135度的范围内)，光路可以更立方地弯曲，能使得光学系统紧凑。

在图32中，从与图29A中的光源101相同的光源LT发出的光线向作为纸面的纵深方向的X轴的+方向前进，透过透镜LN1、LN2，在折返反射镜BM朝Z方向折返，向反射镜DM的反射面102a(参照图1A)行进。由折返反射镜BM折返后的光线相当于图29A、29B、30、31中所示的光路L0，其功能基本相同。即图29A至31中的二向色镜(反射镜)102相当于图32、33、34中的反射镜DM。

由反射镜BM折返的光线成为在Z方向行进的光线L1，即图32中从右向左的方向，与图29B中从左到右的方向左右相反。然后，由反射镜DM朝纸面下方向折返，沿光路L1行进，由聚光镜LN3和LN4聚光，通过光路L12，在荧光体单元PW上的点R聚光。在荧光体单元PW上的反射区域，聚光的光源光反射，成为高速Q，再次由透镜LN4和透镜LN3聚光，不与反射镜DM干涉地通过反射镜DM的附近(因为光通过纸面前侧，在纸面纵深方向的位置不同)，并向透镜LN5行进。由透镜LN5聚光的光源光(激发光)到达棒状积分器LT。在此，棒状积分器LT配置成与YZ平面(纸面)平行的方向沿入射面的长边方向。实际上，也有以点R的垂线为中心多少旋转的场合，因此，记载为沿着长边。此外，沿着与纸面垂直的方向。此时，入射到棒状积分器LT的光线(激发光)是从相对图32的纸面纵深方向入射到棒状积分器LT的光线。换句话说，向棒状积分器LT的长边方向入射的光线多。

图33是使得图32绕Y轴旋转90度而获得的图。由反射镜DM折返朝下方行进的光线在荧光体单元PW的反射面反射而朝上行进，如图33所示，各自的光线互相不干涉地行进，由透镜LN5聚光，并通过色环CW向棒状积分器LT行进。在此，棒状积分器LT配置成与XY平面(图33中描绘的纸面)平行的方向沿着短边，入射到棒状积分器LT的光线(激发光)在图33中成为从相对纸面平行的方向入射到棒状积分器LT的光线。即，向棒状积分器LT的长边入射的光线多。

图34是从棒状积分器侧观察荧光体单元的图，对应于图31等，仅仅观察荧光体单元方向180度不同。如图32、33所示，平面PL1和平面PL2设置为大致90度。所谓大致90度是指大于45度和小于135度的角度范围。这种结构可以将光线L1与包含从荧光体单元PW发射的激发光的光束Q的光路分离。光束Q容易与反射镜DM分离。即使平面PL1沿棒状积分器LT的长边，当从棒状积分器LT的入射位置观察时，使得激发光的入射方向作大致90度旋转，因此，可以使得激发光从棒状积分器LT的短轴方向入射。

利用上述结构，不需要以往技术必要的偏振分束器(PBS)、波长板等，因此，结构简化，光路三维地弯曲，因此，能自如地改变到达棒状积分器时的光线方向。例如，可以使得激发光入射到对应于棒状积分器104的入射开口部104a的长边LE₁(参照图5B)的内侧面。由此，伴随激励光等在棒状积分器104内部的反射次数的增加，激发光等可以均匀化，可以抑制激发光等的颜色不均匀性的发生。

在上述各实施例中，所示的是本发明的适合的实施例，但本发明并不限定于该内容。特别地，在各实施例中例示的各部的具体形状及数值只不过是实施本发明时所进行的具体化的一例，本发明的技术范围不因为它们而作限定的解释。这样，本发明并不限定于在本实施例中所说明的内容，在不脱离其主旨的范围内，可以适当变更。

本专利申请基于在2019年11月1日提交的日本专利申请2019-200035、在2019年11月1日提交的日本专利申请2019-200042和在2019年11月1日提交的日本专利申请2019-200043并要求优先权，其全部公开内容通过引用引入。

附图标记列表

1 投影仪

10 框体

20 光源装置

21 激光光源

22 耦合透镜

23 第一光学系统

23a 大口径透镜

23b 负透镜

24 二向色镜

24A 区域(第一区域)

24B 区域(第二区域)

25 第二光学系统

25A、25B 正透镜

26 荧光体单元

27 折射光学系统

28 色环

29 光隧道

29A 射入开口部

30 照明光学系统

40 图像形成元件

50 投影光学系统

60 冷却装置

100 光源装置

101 光源

101a 发光面

102 二向色镜

102a 反射面

103 荧光体单元

103a 射出面

103b 入射面

104 棒状积分器

104a 入射开口部

104b 射出开口部

105 聚光透镜

105a 入射面

105b 射出面

106 折射透镜

201、202、203 光源装置

211 激光光源

221 耦合透镜

222 半波缓速器

223 偏振光分离元件

241 二向色镜

241A 区域

261 荧光体单元(固定荧光体单元)

261a 反射元件

261b 荧光体

Claims (17)

1.一种光源装置，包括:

激发光源，配置为射出第一颜色光；

光学部件，具有配置为反射所述第一颜色光的反射面；

波长转换单元，包括波长转换部件，由所述光学部件反射的所述第一颜色光入射到该波长转换部件上，所述波长转换部件配置为将所述第一颜色光的至少一部分转换成具有与所述第一颜色光不同波长的第二颜色光，并射出所述第二颜色光；以及

聚光元件，配置为聚光从所述波长转换单元发射的所述第一颜色光，

其中，包括第一光路的直线不与由所述聚光元件聚光的光束相交，在此，所述第一光路是从所述激发光源发射的光线的光束中心到所述反射面上的所述第一颜色光的中心的光路。

2.根据权利要求1所述的光源装置，

其中，包括所述第一光路的直线不与由第二光路和所述光束形成的平面平行而相交，在此，所述第二光路是从所述反射面上的所述第一颜色光的中心到所述聚光元件的光路。

3.根据权利要求1或2所述的光源装置，进一步包括:

光混合元件，配置为对从所述波长转换单元射出的所述第一颜色光和所述第二颜色光中的至少一个进行光混合；

导光器，配置为对从所述波长转换单元射出的所述第一颜色光和所述第二颜色光中的至少一个进行导向。

4.根据权利要求3所述的光源装置，

其中，所述光混合元件位于垂直于所述波长转换单元的射出面上的点的线上，

所述点是投影在所述波长转换单元上的所述第一颜色光的投影像的中心。

5.根据权利要求4所述的光源装置，进一步包括:

另一个聚光元件，设置在所述光学元件和所述波长转换单元之间的光路上，配置成对由所述光学元件反射的所述第一颜色光进行聚光，并使得从所述波长转换单元发出的所述第二颜色光大致平行，

其中，所述波长转换单元的所述射出面上的所述点在位置上不同于交点，

在此，L1表示连接所述光学部件的所述反射面上的所述第一颜色光的所述中心和由在所述反射面反射后入射到所述聚光元件的所述第一颜色光投影在所述另一聚光元件的入射面上的投影像的中心的直线，

所述交点是L1和所述波长转换单元的入射面的交点，由所述另一聚光元件聚光的所述第一颜色光入射到所述波长转换单元的所述入射面上。

6.根据权利要求3所述的光源装置，

其中，所述光混合元件是棒状积分器，

其中，当所述第一颜色光入射到所述棒状积分器时，所述第一颜色光首先入射到所述棒状积分器的入射开口部的具有长边的面。

7.根据权利要求6所述的光源装置，

进一步包括折射光学元件，配置成将从所述波长转换单元发出的所述第一颜色光和所述第二颜色光中的至少一个导向所述棒状积分器的所述入射开口部，

其中，投影到所述棒状积分器的所述入射开口部上的所述第一颜色光的投影像中心、投影到所述棒状积分器的所述入射开口部上的所述第二颜色光的投影像中心、以及所述折射光学元件的光轴在一点相交。

8.根据权利要求6或7所述的光源装置，

其中，第一入射角小于第二入射角，

所述第一入射角是以所述第一颜色光的光线中的最大角度入射到所述棒状积分器的所述入射开口部的第一颜色光的光线的入射角，

所述第二入射角是以所述第二颜色光的光线中的最大角度入射到所述棒状积分器的所述入射开口部的第二颜色光的光线的入射角。

9.根据权利要求8所述的光源装置，

其中，所述棒状积分器是玻璃棒状积分器，

其中，第三入射角满足所述棒状积分器的全反射条件，

所述第三入射角大于所述第一入射角和所述第二入射角的每一个。

10.根据权利要求6至9中任何一项所述的光源装置，

其中，所述激发光源包括配置成阵列的多个激光二极管，

其中，从所述多个激光二极管射出的所述第一颜色光投影到所述棒状积分器的所述入射开口部上的投影区域为椭圆形状，

其中，所述椭圆形状的长轴与所述棒状积分器的所述入射开口部的长边或短边大致平行。

11.根据权利要求1至10中任何一项所述的光源装置，

其中，所述激发光源包括光源单元，

所述光源单元包括:

按行和列排列的多个激光二极管；以及

多个耦合透镜，分别设于所述激光二极管的射出面侧，

其中，所述激光二极管的配置间隔满足1≤p/Ltanθ≤4的关系，

在此，θ是从所述激光二极管射出的所述第一颜色光在行方向的发散角和在列方向的发散角中的较大者，p是相邻的所述激光二极管的间距，L是从各激光二极管的发光点到对应的一个耦合透镜的距离。

12.根据权利要求4或5的光源装置，

其中，包括第一光路和第二光路的第一平面不平行于包括第三光路和第四光路的第二平面，

在此，所述第一光路是从所述激发光源射出的光线的光束的大致中心到所述反射面上的所述第一颜色光的中心的光路，

所述第二光路是从所述反射面上的所述第一颜色光的中心到所述聚光元件的光路，

所述第三光路是从所述聚光元件到所述波长转换单元的射出面上的点的光路，

所述第四光路是从所述波长转换单元的射出面上的点到所述聚光元件的光路。

13.根据权利要求12所述的光源装置，

其中，垂直于所述波长转换单元的射出面上的点的线不与包括所述第一光路的直线相交。

14.根据权利要求12或13所述的光源装置，

其中，由所述第一平面和所述第二平面形成的角度为大致90度。

15.一种图像投影装置，包括:

根据权利要求1至14中任一项所述的光源装置；

照明光学系统，配置为将从所述光源装置射出的光导向图像显示元件；以及

投影光学系统，利用由所述照明光学系统导向的光投影由所述图像显示元件产生的图像。

16.根据权利要求15所述的图像投影装置，

其中，所述投影光学系统的多个透镜共有的光轴与从所述激发光源射出的所述第一颜色光的射出方向不在同一平面上。

17.一种光源光学系统，包括:

光学部件，具有反射从激发光源射出的第一颜色光的反射面；以及

波长转换单元，包括波长转换部件，由所述光学部件反射的所述第一颜色光入射到该波长转换部件，所述波长转换元件配置成将所述第一颜色光的至少一部分转换为具有不同于所述第一颜色光波长的波长的第二颜色光，射出所述第二颜色光；

其中，在所述光学部件的所述反射面上的所述第一颜色光的中心不与由聚光元件聚光的光束相交。

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