CN114761856A - 光源光学系统，光源装置和图像显示装置 - Google Patents

光源光学系统，光源装置和图像显示装置 Download PDF

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中村果澄
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Abstract

光源光学系统(2)包括:波长转换器(26)，第一色光(L1)入射到其上，波长转换器(26)将第一色光(L1)的至少一部分转换成不同于第一色光(L1)的第二色光(L2)；第一光学系统(23)，在第一色光(L1)的光路上设置于波长转换器(26)的上游，第一光学系统(23)包括光学元件(231、232)；反射面(24)，在光路上设置于第一光学系统(23)的下游；以及第二光学系统(25)，在光路上设置于反射面(24)的下游。反射面(24)反射第一色光(L1)和第二色光(L2)中的一种，满足条件表达式“0＜ΔL/D＜0.2”。

Description

光源光学系统，光源装置和图像显示装置
技术领域
本公开的实施例涉及一种光源光学系统，光源装置和图像显示装置。
背景技术
目前，放大和投影各种图像或运动图像的投影仪等作为图像投影设备或图像显示装置在本领域中众所周知。
例如，投影仪在本领域中为人们所公知，其配置成当光通过诸如数字微镜装置(DMD)和液晶显示器之类的空间光调制元件或被其反射时，将光源发射的光聚焦到屏幕上作为图像。
在这种已知的投影仪中，激光束源或发光二极管(LED)光源用作图像投影设备的光源(例如参照专利文献1、专利文献2和专利文献3)。
目前，在配备有激光束源的光源装置中，希望减小光源光学系统的尺寸并提高光源光学系统的效率。
引文列表
专利文献
【专利文献1】日本专利申请公开号2012-078488
【专利文献2】日本专利申请公开号2013-250285
【专利文献3】日本专利申请公开号2014-075221
发明内容
技术问题
本发明的实施例是鉴于这种情况而提供的，其目的是提供一种具有激励光源的光源光学系统，其中可以提高效率并减小尺寸。
解决问题的方案
一种光源光学系统包括:波长转换器，第一色光入射到其上，所述波长转换器配置为将所述第一色光的至少一部分转换成不同于第一色光的第二色光；第一光学系统，在所述第一色光的光路上设置在所述波长转换器上游，该第一光学系统包括多个光学元件；反射面，设置在所述光路的所述第一光学系统的下游；以及第二光学系统，设置在所述光路的所述反射面的下游，该第二光学系统包括多个光学元件，并且整体具有正光焦度。在上述光源光学系统中，所述反射面配置为反射所述第一色光和所述第二色光之一，其中，满足以下条件表达式:0＜ΔL/D＜0.2。在上述条件表达式中，P表示构成所述第一光学系统的所述多个光学元件中至少一个的光轴与包括所述反射面的面相交的第一交点，Q表示所述第二光学系统的光轴与包括所述反射面的面相交的第二交点，ΔL表示在与所述第二光学系统的光轴正交的方向P和Q之间的距离，以及D表示配置在所述第二光学系统的入射侧的所述多个光学元件之一的外径。
本发明的效果
根据本发明的一方面，可以提高采用激励光源的光源光学系统的效率，并且可以减小该光源光学系统的尺寸。
附图说明
附图旨在描述本发明的示例实施例，而不应被解释为限制其范围。除非明确说明，否则附图不应视为按比例绘制。而且，相同或相似的附图标记在若干视图中表示相同或相似的组件。
图1是表示根据本公开的实施例图像投影设备的结构的示意图。
图2是说明根据本公开的实施例的光源装置的结构的图。
图3是说明根据本公开的实施例的光源光学系统的结构的图。
图4是说明在如图3所示的配置或结构中由激光束在面B上形成的投影图像的图。
图5是说明在如图2所示的配置或结构中在波长转换器的入射角的图。
图6A和图6B是各自说明根据本公开的实施例的波长转换器的结构的图。
图7是说明根据本发明实施例的色轮的结构的图。
图8是说明根据本公开的实施例的第一条件表达式的中间值与入射到光均匀化装置的入口处的激光束的辐射强度之间的关系的图。
图9是说明根据本公开的实施例的包括多个发光点的光源的配置的图。
图10是说明根据本公开的实施例的包括多个发光点和多个准直透镜的光源的配置的图。
图11是说明根据本公开的实施例的光束轮廓如何根据第二光学系统和第三光学系统的合成倍率而变化的图。
图12是根据本公开的实施例说明波长转换器的多个发光点的间距和光束分布的示意图。
图13是说明根据本公开的第一数值示例的取决于不同入射角的激励光的激光束的强度分布的图。
图14是说明根据本公开的第一数值示例的入射到波长转换器的激光束的光斑形状和在光均匀化装置入口处的激光束的光斑形状的图。
图15是说明根据本公开的第二数值示例的取决于不同入射角的激励光的激光束的强度分布的图。
图16是说明根据本公开的第二数值示例的入射到波长转换器的激光束的光斑形状和在光均匀化装置入口处的激光束的光斑形状的图。
图17是说明根据本公开的第三数值示例的取决于不同入射角的激励光的激光束的强度分布的图。
图18是说明根据本公开的第三数值示例的入射到波长转换器的激光束的光斑形状和在光均匀化装置入口处的激光束的光斑形状的图。
图19是说明根据本发明的第四数值示例的在光均匀化装置入口处的激光束的光斑形状的图。
图20是说明根据本发明的第五数值示例的在光均匀化装置入口处的激光束的光斑形状的图。
图21是说明根据本公开的第六数值示例的光源光学系统的结构的图。
图22是说明根据本公开的第七数值示例的光源光学系统的结构的图。
图23是说明根据本公开的第七数值示例的光源光学系统的结构的另一个图。
图24是说明根据本公开的第八数值示例的光源光学系统的结构的图。
图25A和图25B是各自示出根据本公开的第八数值示例的波长转换器的结构的图。
图26是说明根据本公开的第九数值示例的光源光学系统的结构的图。
图27是说明根据本公开的第九数值示例的光源的结构的图。
图28是说明根据本公开的第九数值示例的光束和光源光学系统的配置或结构的图。
图29是说明根据本公开的第十数值示例的光源光学系统的结构的图。
具体实施方式
下面参照附图描述图像投影设备和用于图像投影设备的光源光学系统的实施例。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，作为图像显示设备或图像投影设备的投影机11包括光源装置12、光均匀化装置13、数字微镜装置(DMD)15、照明光学系统14和投影光学系统16。光源装置12具有光源光学系统2。光均匀化装置13用于使得从光源装置12发射的光均匀化。照明光学系统14是调节从光源装置12发射到DMD15的光的光学系统，DMD15是形成图像的空间光调制元件。投影光学系统16将由DMD15调制的光放大形成图像，并将该光投影到屏幕101上。
光均匀化装置13是一种光学元件，其中使用光隧道混合入射光并校准照度。光隧道由四片反射镜组合构成。在本实施方式的光均匀化装置13中，使用入口的缝隙尺寸为3.4mm×5.7mm的光隧道。但不受此限制，光均匀化装置13可由例如棒状积分器和蝇眼透镜构成。入口的缝隙尺寸也不限于上述结构。
照明光学系统14是调整用于DMD15的光的光学系统。
DMD15是一种数字微镜装置，配置为显示元件，其中多个微小镜面(微镜)排列在一个平面上。DMD15用作反射图像形成元件，其中每个微小镜面响应于照射而被驱动，通过反射形成图像。在本实施例中，DMD15用作空间光调制元件，将图像数据赋予到光中。但是对此没有任何限制，例如，可以采用透射液晶面板或反射液晶面板。
投影光学系统16在作为投影面的屏幕101上放大并投影由DMD15赋予图像数据的光，投影光学系统16例如包括至少一个透镜。
如下文所述的多个数值示例中每个符号的含义定义如下:
R:曲率半径，即非球面的近轴曲率半径。
D:面间距
Nd:折射率
νd:阿贝数
K:非球面的圆锥常数
Ai:i次的非球面常数
在第一个数学表达式中，C表示近轴曲率半径R的倒数，H表示距光轴的高度，K表示非球面的圆锥常数，Ai表示i次的非球面常数。
[数式.1]
Figure BDA0003661039840000051
如图2所示，光源装置12包括作为固体光源的激光光源21、分别对应于激光光源21的多个发光点21a的多个准直透镜22、第一光学系统23、二向色镜24、第二光学系统25、荧光体轮26、聚光透镜27和色轮28。以激光光源21作为光路的起点，按照上述顺序排列准直透镜22、第一光学系统23、二向色镜24、第二光学系统25、荧光体轮26、聚光透镜27和色轮28。
激光光源21是发射蓝光波段的光的固体光源，其中发光强度的中心波长为例如455纳米(nm)，作为使得设置在荧光体轮26的荧光材料激励的激励光。从多个激光光源21发射的蓝色激光是偏振状态一定的线偏振光，当入射到二向色镜24时成为S偏振光。在本实施例中，假设从多个激光光源21发射的激光的中心波长为455纳米(nm)，但不受此限制，只要是可以用作荧光体轮26的激励光源的光，也可以是其它波长。在本实施例中，假设作为多个点光源的多个发光点21a排列并用作激光光源21，但不受此限制，激光光源21可以由单个激光光源或多个激光光源排列而构成，如图2所示，由单个或多个激光光束组成的光束的中心线以虚线表示为主光束。
从多个激光光源21发出的激励光L0由分别对应于激光光源21的多个发光点21a的多个准直透镜22准直为大致平行光。成为大致平行光的激励光L0入射到第一光学系统23。第一光学系统23的光轴设置为通过作为激光光源21排列的多个发光点21a的中心。换句话说，第一光学系统23的光轴设置为与主光束匹配(一致)。
通过第一光学系统23的激励光L0由作为反射面的二向色镜24反射，该二向色镜24以相对第一光学系统23的光轴呈45度角配置。而且，如后详细说明那样，对二向色镜24表面涂布，以便反射激励光L0的波长域的光，并透射由荧光体轮26的荧光材料产生的荧光。在本实施例中，以相对第一光学系统23的光轴呈45度角配置平板状的二向色镜24，但不受此限制，可以使用棱镜型的二向色镜，也可以根据需要调整二向色镜的角度。使由二向色镜24反射的激励光L0的光路旋转90度，激励光L0入射到第二光学系统25。在本实施例中，第一光学系统23的光轴和第二光学系统25的光轴大致偏心。
如图3所示，在第一光学系统23、具有反射面的二向色镜24和第二光学系统25中，当A表示包括二向色镜24的入射面的面，P表示面A上与第一光学系统23的交点，Q表示面A和第二光学系统25的交点时，ΔL表示在与第二光学系统25的光轴正交的面内方向的第一交点P和第二交点Q的距离之中的最大距离。在这种结构中，当通过第一光学系统23的光轴中心的激励光L0被二向色镜24反射而入射到第二光学系统25时，从光路侧观察时，偏心仅为偏心量ΔL。换句话说，由二向色镜24反射的激励光L0以偏心状态入射到第二光学系统25。如上所述，第一光学系统23和第二光学系统25的几何学形状根据作为反射面的二向色镜24的设置角度或二向色镜24的光学设计而变化很大，但偏心量ΔL基本上是参照激励光L0的光路确定。偏心量ΔL只要第一光学系统23和第二光学系统25相对偏心即可。
在本实施例中，第二光学系统25由配置在二向色镜24和荧光体轮26之间的多个光学元件构成，第二光学系统25是整体上具有正光焦度的聚光光学系统。第二光学系统25包括配置在最入射侧的透镜251和配置在最出射侧的透镜252，换言之，透镜251是配置在二向色镜24侧的光学元件，透镜252是配置在荧光体轮26侧的光学元件。D表示配置在第二光学系统25最入射侧的透镜251的外径，B表示包含配置在第二光学系统25最入射侧的透镜251的面顶点、与第二光学系统25的光轴正交的平面。在从多个激光光源21射向荧光体轮26的激励光L0的光路上，如图4所示，由通过面B的激励光L0的光束形成在面B上的投射图像SL0与作为由荧光体轮26反射回来的第一色光L1形成在面B上的投射图像SL1重叠。在本实施例中，表示第一色光L1的光束面积的投射图像SL1作为强度变为等于或大于峰值强度的1/e2的部分面积，用斜线表示。透镜252在荧光体轮26侧的面最好由凹面或平面构成。
用通过第二光学系统25的激励光L0照射荧光体轮26。当激励光L0偏心入射并通过第二光学系统25时，激励光L0因第二光学系统25而偏心。因此，如图5所示的光束，激励光L0以倾斜角θ倾斜地入射到荧光体轮26。
如图6A所示，荧光体轮26是一种光学元件，因圆盘状转子安装在驱动电机269高速旋转，其被激励光L0照射的位置按实际变化。该荧光体轮26包括一个涂覆有荧光材料的荧光体区域261和一个反射激励光L0的激励光反射区域262。荧光体区域261可将入射激励光L0的波长转换为所涂覆的荧光材料发射的荧光波长。在本实施例中，假设单个荧光体区域261和单个激励光反射区域262，但不受其限制，可设置多个激励光反射区域262和多个荧光体区域261。可改变涂覆在荧光体区域261的荧光材料的类型以转换为各种波长的光。
在图6B中示出了荧光体轮26的截面图。该荧光体轮26包括金属基板263、在金属基板263上形成的反射层264、荧光体层265和反射防止涂层266。该反射层264作为反射涂层反射从荧光体层265发出的光的波长范围内的光。在本实施例中，荧光体层265是涂覆诸如Ce:YAG材料的稀土类荧光体材料的层。荧光体层265吸收蓝色频域的激励光L0，发射诸如黄色等不同颜色波长频域的光。但是，不限制于上述构成或结构，可以采用其它各种荧光体材料、磷光体或非线性光学晶体。反射防止涂层266减少在荧光体表面的反射，该反射防止涂层可以称为AR涂层。在本实施例中，使用金属基板263，因此，反射区域262仅由金属基板263构成，荧光体区域261由基板263、反射层264、荧光体层265和反射防止涂层266构成。但是，不限制于此，金属基板263可以例如由透明基板构成，反射区域262可以涂覆反射材料。
当用激励光L0照射反射区域262时，到达荧光体轮26的激励光L0反射为蓝色波长频域中的第一色光L1，同样地，当用激励光L0照射荧光体区域261时，激励光L0反射为黄色波长频域中的第二色光L2。如图5、图6A和图6B所示，当荧光体轮26旋转时，激励光L0照射的荧光体轮26的位置随时间变化。换句话说，反射光的波长根据荧光体轮26照射的位置或荧光体轮26被照射的时间长度而变化。如上所述，用作波长转换器的荧光体轮26在用包含蓝色波长频域中的第一色光L1的激励光L0照射荧光体轮26时反射第一色光L1，并将至少一部分激励光L0转换为黄色波长频域中的第二色光L2。
当由二向色镜24反射然后入射到第二光学系统25的光束的光轴与第二光学系统25的光轴斜交时，由荧光体轮26反射的第一色光L1和第二色光L2通过第二光学系统25的与入射到第二光学系统25时相比夹着光轴的相反侧的部分并射出。从第二光学系统25的透镜251射出的第一色光L1和第二色光L2被引导到聚光透镜27而不照射到二向色镜24。如上所述，在本实施例中，设为分离成第一色光L1和第二色光L2的激光束的光通量不通过二向色镜24，但不受此限制，可以调节用于二向色镜24的材料和第一色光L1和第二色光L2的波长频域，使得分离成第一色光L1和第二色光L2的激光束的光通量通过二向色镜24。或者，二向色镜24的尺寸可以增加，表面涂层的一半可以构造成反射激励光L0并通过第二色光L2，在这种构造中，表面涂层的剩余一半可以构造成透射激励光L0和第二色光L2。为了调节第一色光L1的辐射强度和第二色光L2的辐射强度的平衡，例如，可以在二向色镜24的至少一部分表面涂覆吸收第二色光L2的涂层。
第一色光L1和第二色光L2入射到聚光透镜27，透过色轮28和光调平装置13之后，第一色光L1和第二色光L2通过例如照明光学系统14、DMD15和投影光学系统16，投影到屏幕101上。
聚光透镜27作为具有正光焦度的第三光学系统，将通过第二光学系统25的第一色光L1和第二色光L2引导到光调平装置13。
在本实施例中，如图7所示，色轮28是盘状元件，分成蓝色区域28B、黄色区域28Y、红色区域28R和绿色区域28G四个区域。蓝色区域28B与由荧光体轮26的反射区域262反射的光的位置对应地同步旋转。与上述相同，黄色区域28Y、红色区域28R和绿色区域28G中的每一个配置为分别与由荧光体区域261反射的光对应。由于在蓝色区域28B配置透射扩散板，可以减少激光光源21的相干性，可以减少屏幕101上的斑点图案。由于黄色区域28Y具有与由荧光体区域261反射的第二色光L2相同颜色特性，因此，黄色区域28Y可以照原样透射波长频域。
红色区域28R和绿色区域28G中的每一个都使用二向色镜反射对于黄色波长频域不必要波长频域的光，结果，可以得到高纯度的彩色光。
在上述结构的光源装置12中，第二光学系统25满足以下所示的数式2，它称为第一条件表达式:
[数式2]
Figure BDA0003661039840000091
第一条件表达式用于确定第一光学系统23和第二光学系统25的偏心量ΔL。如果第一条件表达式的中间值超过上限，则激励光L0在荧光体轮26上的光点尺寸趋于增加，在这种情况下，需要增加第二光学系统25的外径尺寸。此外，在第二光学系统25的中途，第一色光L1和第二色光L2产生不希望的晕影，这将在后面详细描述。此外，有可能使激光束的利用效率降低。相反，如果第一条件表达式的中间值低于下限，则入射在荧光体轮26的第一色光L1趋向于返回到光源侧而没有足够的分离，例如，在这种情况下，担心激光束的利用效率降低或光源的输出功率变得不稳定。
然而，只要满足第一条件表达式，表示第二光学系统25的最靠近二向色镜24侧的透镜251的外径D值落在合适范围内，表示第二光学系统25的光轴与入射到第二光学系统25的激励光L0的主光束的光轴之间的偏移的指标ΔL值落在合适范围内，因此，可以提高采用激励光源的光源光学系统的效率，并且可以减小这种光源光学系统的尺寸。
图8是表示本实施例的第一条件表达式的中间值与入射到光均匀化装置13的入射口的激励光L0的辐射强度之间关系的图。从第一条件表达式的中间值超过上限值的点开始，由于偏心量ΔL而产生的形状变化和透镜面的反射率增大，入射到光均匀化装置13的入射口的光通量显著下降。当第一条件表达式的中间值低于下限值0.05时，由于二向色镜24产生的晕影等，效能下降。
从图8可以看出，优选第一条件表达式落在如下范围内：
0.05＜ΔL/D＜0.2
当假设包括第一色光L1并入射到用作波长转换器的荧光体轮26的激励光L0的入射角为θ时，入射角θ满足以下所示的第二条件表达式：
[数式3]
0＜|θ|＜50
第二条件表达式涉及入射到荧光体轮26的激光束的入射角。如本领域所知，入射到荧光体轮26的激光束以一定程度的宽度或角度发散，并不是如一些图所示那样激光束以特定角度入射到荧光体轮26。但是，优选入射到荧光体轮26的激光束的等于或多于80％的激光束满足第二条件表达式。如果第二条件表达式的中间值超过上限，换句话说，当入射角θ增加到过大程度时，第一光学系统23的光出射侧的表面上的激光束的反射率趋于增加，荧光体轮26的表面上的反射率趋于增加，为此，担心转换为第二色光L2的变换系数减小。相反，如果第二条件表达式的中间值低于下限，换句话说，当入射角θ减小到过小程度时，在荧光体轮26反射的第一色光L1趋于通过二向色镜24再次返回到激光光源21侧，为此，担心例如激光光源21的输出功率变得不稳定。
第二光学系统25的在荧光体轮26侧的光学元件的面优选凹面或平面。由于这样的结构，不仅可以减少第二光学系统25出射面上的第一色光L1的反射，而且可以减少第二光学系统25入射面上的第二色光L2的反射，从而提高效率。
在本实施例中，当假设平面B是包含第二光学系统25的入射侧面顶点、与第二光学系统25的光轴正交的平面时，光学系统设计成使得光路中的第一色光L1的光束通过面B时的投影面积SL1小于第二光学系统25的透镜251向面B的投影面积SL0的四分之一。换句话说，第二光学系统25的透镜251充分大于光路中的第一色光L1通过面B的投影面积SL1。由于这种结构，由荧光体轮26反射或散射并通过第二光学系统25出射的第一色光L1的光通量可以与入射在第二光学系统25的第一色光L1的光通量充分地分开。
在本实施例中，具有光源装置12，其中射出包含第一色光L1的激励光LO的多个发光点21a二维排列成阵列状。并且，如图9所示，当假定Smax表示二维排列成阵列状的多个发光点21a之中任意一对之间的最大距离时，希望最大距离Smax满足以下所示的第三条件表达式：
[数式4]
Figure BDA0003661039840000111
如果第三条件表达式的中间值超过上限，则需要增加第一光学系统23和第二光学系统25的减小比例，以获得发射到荧光体轮26的光的光斑直径的所需尺寸。但是，在荧光体轮26上的激光光源21的多个发光点21a中的每一个的光斑直径可能减小，在这种结构中，聚光密度趋向于增加，荧光体区域261的转换效率趋向于降低。为了避免这种情况，希望在第三条件表达式的范围内确定激光光源21的尺寸，由此，可以提高光源装置12的转换效率，并且，也可以减小第一光学系统23和第二光学系统25的尺寸。
此外，在本实施例中，光源装置12包括多个准直透镜22，它们以一对一的方式设置在激光光源21的与多个发光点21a对应的光出射侧的位置。在本实施例中，当将多个发光点21a的发散角成为最大的方向设为X方向时，满足以下所示第四条件表达式，在第四条件表达式中，θx表示X方向的发散角，Px表示激光光源21的多个发光点21a在X方向上的间距，L表示多个准直透镜22与激光光源21的光出射侧面之间的距离。
[数式5]
Figure BDA0003661039840000112
当满足上述第四条件表达式时，多个发光点21a的每对之间的距离减小，并且激光光源21的整体分布成为密集状态，因此，当用光照射荧光体轮26时，可以容易地获得均匀的分布，并且提高荧光体轮26的转换效率。如果第四条件表达式的中间值超过上限，多个发光点21a之间的间隔增大，在这种情况下，为了照射到荧光体轮26上，需要增加减小率。相反，如果第四条件表达式的中间值低于下限，在荧光体轮26上可以容易地获得均匀分布，但是，从面对多个准直透镜22的多个发光点21a发出光，此外，从相邻发光点21a发出的光往往作为杂散光入射到荧光体轮26上，不合适。
此外，在本实施例中，荧光体轮26包括用作波长转换区域并将激励光L0转换为第二色光L2的荧光体区域261，以及用作透射反射区域并将激励光L0反射为第一色光L1的反射区域262。当荧光体轮26旋转时，荧光体轮26能够以可切换的方式将包括第一色光L1的激励光L0分离为蓝色波长频域的第一色光L1和黄色波长频域的第二色光L2。由于这种结构，不再需要以单独的方式准备多种不同颜色的光源，并且可以容易地简化或减小结构。
此外，可以在荧光体轮26的荧光体层265的入射面侧设置覆盖膜，以便反射具有被荧光体层265吸收的波长频域的第一色光L1之外的激励光L0。由于这种结构，可以使用不采用时分方法的白色光源作为光源。
此外，在本实施例中，荧光体轮26设有与荧光体轮26连接的驱动电机269，该驱动电机269用作驱动器，驱动荧光体轮26旋转。由于这样的结构，荧光体轮26上的照射位置随时间变化，因此，可以防止激励光L0集中在一个点上引起的老化等，并且可以防止荧光体轮26由于热引起的劣化等。并且可以防止荧光体轮26的亮度饱和。
此外，在本实施例中，光源装置12包括二向色镜24，通过使用二向色镜24，第一色光L1和第二色光L2从荧光体轮26引导到光均匀化装置13的光路可以共用，而不需要使用波长板，因此，光源光学系统可以小型化。
在本实施例中，具有正光焦度的聚光透镜27将由荧光体轮26反射的第一色光L1和第二色光L2引导到光均匀化装置13。当第二光学系统25和聚光透镜27具有合成放大率β时，该合成放大率β满足以下所示第五条件表达式：
[数式6]
2.3＜|β|＜3.5
第五条件表达式是有效地将第二色光L2的光通量引导到光均匀化装置13的条件表达式。如图11所示，如果第五条件表达式的中间值超过上限，则入射角减小，入射到光均匀化装置13的图像尺寸趋于增大，结果，在激光光束上产生晕影，激光光束的利用效率降低。相反，如果第五条件表达式的中间值低于下限，则在光均匀化装置13的入口处形成的图像尺寸趋于减小。在这种结构中，入射到光均匀化装置13上的光通量增加，但是入射角增加，在光均匀化装置13之后的光学系统中的激光束发生晕影，结果，激光束利用效率降低。
在本实施例中，第一色光L1是蓝色波长频域的光，第二色光L2是黄色波长频域的光。
如上所述，在本实施例中，第一色光L1设为蓝色波长频域的光，第二色光L2设为红色、黄色和绿色中任何一种波长频域的光，由于这种结构，通过光合成可以获得白色光。
此外，当第一色光L1入射到荧光体轮26上时，希望至少50％的第一色光L1作为P偏振光入射到荧光体轮26上。由于这种结构，可以防止在荧光体轮26表面上的反射，因此，可以期望提高波长转换效率。
在当激励光L0入射到二向色镜24上时，二向色镜24反射激励光L0的本实施例的结构中，还希望至少50％的入射光作为S偏振光入射到二向色镜24上。当二向色镜24构造成透射激励光L0时，希望至少50％的入射光作为P偏振光入射到二向色镜24上。由于这种结构，可以防止二向色镜24表面上的反射，因此，可以期望提高激光束的利用效率。
在本实施例中，当将第一光学系统23的光出射侧的光学元件的外径设为D2时，满足以下所示的第六条件表达式：
[数式7]
Figure BDA0003661039840000131
如果第六条件表达式的中间值超过上限值，则难以分离蓝色波长频域的光，即第一色光L1。相反，如果第六条件表达式的中间值低于下限值，则光的聚光程度增加，因此，在用该光照射荧光体轮26的位置上的能量密度增加，向荧光的转换效率降低。
在本实施例中，光源装置12包括:发射包含第一色光L1的激励光L0的激光光源21；接收作为入射光的激励光L0并将至少一部分激励光L0转换为与第一色光L1不同的第二色光L2的荧光体轮26；二向色镜24；以及作为聚光光学系统的具有正光焦度的第二光学系统25。二向色镜24和第二光学系统25以从激光光源21侧开始的顺序排列在激光光源21和荧光体轮26之间的光路上。二向色镜24反射第一色光L1并透射第二色光L2，或者二向色镜24透射第一色光L1并反射第二色光L2。当假设R表示从激光光源21发射的光束的主光线与包含二向色镜24的反射面的面A的交点，T表示面A与第二光学系统25的光轴的交点，ΔLO表示与第二光学系统25的光轴正交的方向上R和T之间的距离，D表示设置在第二光学系统25的入射侧的透镜251的外径时，满足如下所述的第七条件表达式：
[数式8]
Figure BDA0003661039840000141
由于这种结构，激光光源21的主光线和作为聚光光学系统的第二光学系统25的光轴在第七条件表达式的范围内互相偏心，因此，由荧光体轮26反射的第一色光L1与光入射到第二光学系统25时相比从第二光学系统25的光轴的不同侧射出。如上所述，第一色光L1与光入射到第二光学系统25时相比在第二光学系统25内通过不同的光路，能分离第一色光L1的光路，有助于装置的小型化。
下面给出本发明的一些具体的数值例子。当然，下面数值例子中给出的具体数值是作为例子给出的，这些数值不受任何限制。表中的面编号表示每个面，非球面的面的面编号用星号(*)表示，并描绘这些非球面的面的非球面系数。
第一数值实施例
以下表1和表2描述本发明的第一数值实施例，表2描述表1中用星号(*)表示的面的非球面系数。
表1
Figure BDA0003661039840000151
表2
K A4 A6 A8
第6面 -0.5587 3.41E-05 -2.47E-07 -2.11E-09
第7面 -10.8169 4.86E-05 -6.31E-07 2.28E-09
在第一数值实施例中，第一光学系统23和第二光学系统25之间的偏心量(即位移量)ΔL为2.35mm，第二光学系统25的透镜251在入射侧的外径D为23.5mm，第一光学系统23的透镜在光出射侧的外径D2为12.3mm，第二光学系统25和聚光透镜27的合成放大率β为2.88。
在本实施例中，如图9所示，激光光源21采用多个发光点21a二维排列成阵列状的激光二极管(LD)光源。也可以使用排列有多个激光二极管(LD)的金属块或在基板上将多个激光二极管(LD)芯片排列为阵列状，即多芯片制品作为激光光源21。在本数值实施例中，激光光源21的多个发光点21a中的最大距离Smax对应于图8所示的对角线距离，因此，在本数值实施例中Smax设为23mm。如图10所示，当将到达多个准直透镜22的距离L设为4.3mm，且X表示作为发光点21a的激光二极管(LD)的最大发散角方向时，X方向的发散角θx为45度，X方向的多个发光点21a的间距Px为6mm。
图12是示出当根据本实施例排列成阵列的多个发光点21a的间距Px改变时，紧接在准直透镜22之后的激光束的轮廓和入射到荧光体轮26的位置的激光束的轮廓的图。
如图12所示，如果欲使入射到荧光体轮26的荧光材料上的激光束轮廓的整体尺寸为一定，当间距宽时，与窄时相比，需要增加光学系统的缩小系数。但是，如果增加光学系统的缩小系数，在荧光体轮26上对应于发光点21a的光点直径趋向于减小，聚光密度增加，荧光体区域261的转换效率降低。为了避免这种情况，最好将间距Px确定在合适的范围内，以便用荧光材料上的光点轮廓填充空间。在本实施例中，间距Px设定为6mm的特定值，但是，对此没有任何限制，间距Px可以根据例如光学系统的设计、缩小系数的差异和荧光体轮26的尺寸适当改变。如上所述，当发光点21a的间距Px确定在合适范围内时，在荧光体轮26上获得空间均匀的分布，并且荧光体区域261的转换效率提高。
图13是示出根据本数值实施例的与变化的入射角θ相关的激励光L0的激光束的强度分布的图。
如图13所示，在本数值实施例中，在强度等于或大于峰值强度的1/e2的范围内激光束的入射角θ的分布范围为5至30度。如上所述，如果满足第二条件表达式中的激励光L0的入射角θ的范围，则可以控制第二光学系统25在荧光体轮26侧的面的反射率，提高激光束的利用效率。
图14是根据本数值实施例说明在荧光体轮26上的光斑形状和在光均匀化装置13入口处的光斑形状的图。
如上所述，在本实施例中，采用入口的狭缝尺寸为3.4mm×5.7mm的光隧道，由于这种结构，从图14可以看出，当激光束的光通量入射到光均匀化装置13上时，激光束几乎不发生晕影。
第二数值实施例
在下面给出的表3和表4中描述本公开的第二数值实施例。
表3中标以星号(*)的面的非球面系数列在表4中。关于光学系统中透镜面，本数值实施例的构成或结构与第一数值实施例相同，只有表示第一光学系统23和第二光学系统25之间光轴位移的ΔL改变为ΔL＝3.5mm。
表3
Figure BDA0003661039840000171
表4
K A4 A6 A8
第6面 -0.5587 3.41E-05 -2.47E-07 -2.11E-09
第7面 -10.8169 4.86E-05 -6.31E-07 2.28E-09
图15是示出根据本数值实施例的随入射角θ变化的激励光L0的激光束的强度分布的图。在本实施例中，入射角θ落在10到40度的合适范围内，显然满足第二条件表达式。
图16是根据本数值实施例说明在荧光体轮26上的光点形状和在光均匀化装置13入口处的光点形状的图。
从图中可以看出，当激光束入射到光隧道的入口处时，激光束几乎不发生晕影。
第三数值实施例
表5和表6说明了本发明的第三数值实施例。表5中标以星号(*)的面的非球面系数参照表6。关于光学系统中透镜的透镜面，本数值实施例的构成或结构与第一数值实施例相同，表示第一光学系统23和第二光学系统25之间在光轴上的位移的ΔL变为4.7mm，并且表示第一光学系统23的光出射侧的光学元件的外径的D2变为14mm。
表5
Figure BDA0003661039840000181
表6
K A4 A6 A8
第6面 -0.5587 3.41E-05 -2.47E-07 -2.11E-09
第7面 -10.8169 4.86E-05 -6.31E-07 2.28E-09
图17是示出根据本数值实施例的与变化的入射角θ相关的激励光L0的激光束的强度分布的图。
在本数值实施例中，落在20到45度的合适范围内，显然满足第二条件表达式。
图18是根据本数值实施例说明在荧光体轮26上的光点形状和在光均匀化装置13入口处的光点形状的图。
从图中可以看出，当激光束入射到光隧道的入口处时，激光束几乎不发生晕影。
第四数值实施例
本发明的第四数值实施例参照表7和表8。表7中标以星号(*)的面的非球面系数在表8中描述。在本数值实施例中，除了对应于面编号10和11的聚光透镜27的构成或结构之外，光学系统中透镜的透镜面的结构与第一数值实施例相同。第一光学系统23和第二光学系统25之间的偏心量(即位移量)ΔL为2.35mm，第二光学系统25的透镜251在入射侧的外径D为23.5mm，第二光学系统25和聚光透镜27的合成放大率β为2.3。
表7
Figure BDA0003661039840000191
表8
K A4 A6 A8
第6面 -0.5587 3.41E-05 -2.47E-07 -2.11E-09
第7面 -10.8169 4.86E-05 -6.31E-07 2.28E-09
图19是根据本数值实施例说明在光均匀化装置13的入口处的光点形状的图。
从图中可以看出，当激光束入射到光隧道的入口处时，激光束几乎不发生晕影。
第五数值实施例
本发明的第五数值实施例在下面的表9和表10中说明。表9中标以星号(*)的面的非球面系数在表10中说明。在本数值实施例中，除了对应于面编号10和11的聚光透镜27的结构之外，光学系统中透镜的透镜面的构成与第一数值实施例相同。第一光学系统23和第二光学系统25之间的偏心量ΔL为2.35mm，第二光学系统25的透镜251在入射侧的外径D为23.5mm，第二光学系统25和聚光透镜27的合成放大率β为3.5。
表9
Figure BDA0003661039840000201
表10
K A4 A6 A8
第6面 -0.5587 3.41E-05 -2.47E-07 -2.11E-09
第7面 -10.8169 4.86E-05 -6.31E-07 2.28E-09
图20是根据本数值实施例说明在光均匀化装置13的入口处的光点形状的图。
如图20所示，同样在本示例中，当激光束入射到光均匀化装置13的入口处时，在激光束上几乎不发生晕影。
第六数值实施例
如图21所示，在本发明的第六数值实施例中，第一光学系统23由一对透镜构成，入射侧的透镜231的光轴偏离光出射侧的透镜232的光轴。偏心量与ΔL一致。同样，在本发明的本数值例的结构中，如图21所示，当第一交点P和第二交点Q被定义时，满足第一条件表达式。由于这种结构，整个光学系统可以小型化。如上所述，为了获得第一光学系统23和第二光学系统25的偏心量ΔL，在构成第一光学系统23之中的入射侧的透镜231的光轴与反射面相交的第二交点Q处，配置为与第二光学系统25的光轴正交，在构成第一光学系统23之中的射出侧的透镜232的光轴与反射面相交的第一交点P处，相对于第二光学系统25偏心偏心量ΔL。
表11
Figure BDA0003661039840000211
图12
K A4 A6 A8
第6面 -0.5587 3.41E-05 -2.47E-07 -2.11E-09
第7面 -10.8169 4.86E-05 -6.31E-07 2.28E-09
后面将详细描述在本数值实施例中用于第一至第七条件表达式的数值。
第七数值实施例
图22是说明根据本发明第七数值实施例的光源装置12的结构的图。
如图22所示，从激光光源21发出并通过第一光学系统23的激励光L0透过作为反射面的二向色镜24并通过第二光学系统25，在荧光体轮26上分离为第一色光L1和第二色光L2反射。反射的第一色光L1和第二色光L2再次通过第二光学系统25后，在二向色镜24都被反射，被反射的第一色光L1和第二色光L2透过聚光透镜27和色轮28并入射到光均匀化装置13的入口。此后的光学系统与图1所示相同，因此省略说明。
在本实施例中，激光光源21的多个发光点21a发射光强度的中心波长为455纳米(nm)的蓝色波长频域的光。在本实施例中，多个发光点21a配置成发射的光在入射到二向色镜24上时成为P偏振光。在本实施例中，二向色镜24具有反射面，并由包括第一区域241和第二区域242的两个分离区域构成。在从第一光学系统23入射来的激励光L0照射的第一区域241，透射包括第一色光L1的激励光L0中的蓝色波长频域的光，在通过第二光学系统25而来的光照射的第二区域242，反射对应于第一色光L1的蓝色波长频域的光，并反射由荧光体轮26波长转换的第二色光L2的黄色波长频域的光。此外，第一区域241和第二区域242表面都涂覆有分色涂层，以反射第二色光L2，结果，在第一区域241可根据需要透射第一色光L1并反射第二色光L2。在本实施例中，二向色镜24配置成平面，但不受此限制，也可采用棱镜型二向色镜24。
另外，在本实施例中，第一光学系统23和第二光学系统25的光轴在光路上基本上偏心。偏心量参照图23定义如下:
当假定A表示二向色镜24的包含激励光L0的入射面的面，P表示面A与第一光学系统23的光轴的第一交点，Q表示面A与第二光学系统25的光轴的第二交点，偏心量ΔL等于第一交点P与第二交点Q在与第二光学系统25的光轴正交的平面上的最大距离。由于这种结构，如图23中一些激光束用虚线示意性地所示，用相对于第二光学系统25的光轴斜入射通过第二光学系统25的光来照射荧光体轮26，因此，通过第二光学系统25的第一色光L1可以在以下两种情况之间采取不同的光路，即在用光照射荧光体轮26之前的光路和在光被荧光体轮26反射之后的光路。
后面将详细描述在上述第七数值实施例中为第一至第七条件表达式采用的数值。
第八数值实施例
图24是说明根据本发明第八实施例的光源装置12的结构的图。
在不使用色轮28和不使用聚光透镜27这两点上，本数值实施例与其他数值实施例不同。
图25A和图25B分别是示出根据本实施例的荧光体轮26的配置或结构的图。
荧光体轮26包括圆周方向形成为单一带状的荧光体区域261。如图25A和25B所示，荧光体区域261包括金属基板263、形成在金属基板263上的反射层264、荧光体层265和反射涂层267。该反射涂层透射第一色光L1和第二色光L2，但反射包含在激励光L0中的其余光。反射层264用作反射涂层，反射从荧光体层265发出的光的波长范围内的光。本实施例中的荧光材料等与本公开的上述实施例中所述的相同，因此省略其说明。
由荧光体轮26反射的激励光L0包括第一色光L1、第二色光L2和激励光L0的其它成分，再次通过第二光学系统25，然后入射到光均匀化装置13的入口处。
后面将详细描述在上述第八数值实施例中为第一至第七条件表达式采用的数值。
第九数值实施例
图26是说明根据本发明第九实施例的光源装置12的结构的图，注意，本实施例作为上述实施例的一种改进，对与例如图2所示的元件类似的元件给予相同的参考标记，并省略对这些元件的说明。
在本实施例中，不使用将从准直透镜22射出的光引导到二向色镜24的第一光学系统23。作为激光光源21，使用从多个发光点21a分别射出激励光L0的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。用准直透镜22将从多个发光点21a射出的光大致准直后入射到二向色镜24上。在本实施例中使用VCSEL时，如图27所示，从发光点21a射出的光的光束足够小，发光点21a之间的间距Px足够小，因此，即使不使用第一光学系统23，也可以减小照射在荧光体轮26上的大小。可以根据荧光体轮26和发光点21a的大小，省略第一光学系统23。在这种结构中，从VCSEL光源射出的光束的中心线对应于主光束的光轴，满足第七条件表达式。其中，R表示光轴与包括二向色镜24的反射面的面A相交的第一交点，T表示第二光学系统25的光轴与包括反射面的面A相交的第二交点，ΔLO表示在与第二光学系统25的光轴正交的方向上R和T之间的距离，D表示在第二光学系统25中配置在入射侧的透镜251的外径。
表13和表14说明本公开的第九数值实施例。
表13中标以星号(*)的面的非球面系数参照表14。
表13
Figure BDA0003661039840000241
表14
K A4 A6 A8
第1面 -0.5587 3.41E-05 -2.47E-07 -2.11E-09
第2面 -10.8169 4.86E-05 -6.31E-07 2.28E-09
在第9数值实施例中，聚光光学系统由具有正光焦度的非球面透镜和平凸透镜构成，聚光透镜27为双凸透镜。在本实施例中，聚光透镜27与第2光学系统25的激励光L0的入射侧顶点的间隔为32mm。
后面将详细描述在上述第九数值实施例中为第一至第七条件表达式所采用的数值。
第十数值实施例
图29是说明根据本公开的第十实施例的光源装置12的结构的图。
对于与例如图2所示相同的元件，附加相同的符号，省略其说明。在本实施例中，激光光源21在两个独立的基板上设置一对激光光源211和212。在本实施例中，光源装置12包括设置在激光光源212前面的1/2波长板97、反射镜96和设置在激光光源211的光出射侧的偏振光分束器(PBS)95。在本实施例中，从激光光源211和激光光源212发射的激光的所有偏振光方向互相相同，并假设特别是发射P偏振光，这同样适用于发射S偏振光的结构。当将1/2波长板97和反射镜96设置在激光光源212的光出射侧时，将从激光光源212发射的激励光L0由P偏振光转换为S偏振光，并由反射镜96和偏振光分束器95反射，然后入射到第一光学系统23。由于从激光光源211发射的激光是P偏振光，因此，激光光源211和激光光源212可以采用不同的多个发光点21a的任意一对之间的最大距离Smax值，在这种情况下，采用激光光源211和激光光源212的Smax值中较大的一个值。在本实施例中，使用互相相同的两个激光光源211和212，因此，与第一实施例中的Smax值相同的值可适用于本实施例中的Smax值。
表15-1和表15-2描述了上述数值实施例中的第一至第七条件表达式以及每个条件表达式中的变量。
表15-1
第一实施例 第二实施例 第三实施例 第四实施例 第五实施例
ΔL 2.35 3.5 4.7 2.35 2.35
D 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5
D2 12.3 12.3 14 12.3 12.3
Smax 23 23 23 23 23
Px 6 6 6 6 6
L 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3
θx 45 45 45 45 45
第一条件表达式 0.1 0.149 0.200 0.1 0.1
第二条件表达式 |θ|<28 |θ|<37 |θ|<45 |θ|<28 |θ|<28
第三条件表达式 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98
第四条件表达式 1.40 1.40 1.40 1.40 1.40
第五条件表达式 2.88 2.88 2.88 2.30 3.50
第六条件表达式 0.523 0.523 0.596 0.523 0.523
第七条件表达式 0.10 0.15 0.20 0.10 0.10
表15-2
第六实施例 第七实施例 第八实施例 第九实施例 第十实施例
ΔL 2.35 2.35 2.35 2.35 2.35
D 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5
D2 12.3 12.3 12.3 - 12.3
Smax 23 23 23 4 23
Px 6 6 6 6 6
L 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3
θx 45 45 45 45 45
第一条件表达式 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
第二条件表达式 |θ|<28 |θ|<28 |θ|<28 |θ|<28 |θ|<28
第三条件表达式 0.98 0.98 0.98 0.17 0.98
第四条件表达式 1.40 1.40 1.40 1.40 1.40
第五条件表达式 2.88 2.88 - 2.88 2.88
第六条件表达式 0.523 0.523 0.523 - 0.523
第七条件表达式 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
在上述所有数值实施例中，显然满足第一至第七条件表达式。
根据上述教导，许多附加的修改和变化是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求书的范围内，本发明的公开内容可以以不同于此处具体描述的方式实施，例如，在本公开内容和所附权利要求书的范围内，不同说明性实施方案的元件和/或特征可以相互组合和/或相互替代。例如，在上述实施方案中描述的一些元件可以被去除。此外，根据不同实施方案或修改的元件可以适当地组合。
本专利申请基于2019年11月29日向日本专利厅提出的日本专利申请No.2019-217523要求优先权，其全部公开内容通过引用结合于此。
附图标记列表
L1 第一色光
L2 第二色光
26 波长转换器(荧光体轮)
23 第一光学系统
24 反射面(二向色镜)
25 第二光学系统
27 光学元件(透镜)
D 光学元件外径
θ 入射角

Claims (16)

1.一种光源光学系统，包括:
波长转换器，第一色光入射到其上，所述波长转换器配置为将所述第一色光的至少一部分转换成不同于所述第一色光的第二色光；
第一光学系统，在所述第一色光的光路上设置在所述波长转换器上游，该第一光学系统包括多个光学元件；
反射面，设置在所述光路的所述第一光学系统的下游；以及
第二光学系统，设置在所述光路的所述反射面的下游，该第二光学系统包括多个光学元件，并且整体具有正光焦度，
其中，所述反射面配置为反射所述第一色光和所述第二色光之一，
其中，满足以下条件表达式:
0＜ΔL/D＜0.2
在此，
P表示构成所述第一光学系统的所述多个光学元件中至少一个的光轴与包括所述反射面的面相交的第一交点，
Q表示所述第二光学系统的光轴与包括所述反射面的面相交的第二交点，
ΔL表示在与所述第二光学系统的光轴正交的方向P和Q之间的距离，以及
D表示配置在所述第二光学系统的入射侧的所述多个光学元件之一的外径。
2.根据权利要求1所述的光源光学系统，
其中，满足以下条件表达式:
0＜θ＜50
在此,θ表示入射到所述波长转换器的第一色光的入射角。
3.根据权利要求1或2所述的光源光学系统，
其中，所述第二光学系统具有面对所述波长转换器的面，并且所述第二光学系统的所述面是凹面或平面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光源光学系统，
其中，假设包含所述第二光学系统的入射侧面的顶点并且与所述第二光学系统的光轴正交的平面B，
所述光路上的所述第一色光的光通量通过所述平面B时的投影面积小于所述第二光学系统的入射侧的多个光学元件之一的面的尺寸向所述平面B的投影面积的四分之一。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光源光学系统，
进一步包括包含多个发光点的激励光源，
其中，多个发光点二维阵列状排列以发射包括第一色光的激励光。
6.根据权利要求5所述的光源光学系统，
其中，满足以下条件表达式:
Smax/D＜2
在此,S表示所述激励光源的所述多个发光点的任意一对之间的距离，以及
Smax表示所述距离S的最大值。
7.根据权利要求5或6所述的光源光学系统，
进一步包括以一对一的方式设置在所述激励光源的所述多个发光点的光出射侧的多个准直透镜，
其中，所述激励光源在X方向具有最大发散角，
其中，满足以下条件表达式:
0.5＜Px/Ltanθx＜2
在此，
θx表示在所述X方向的所述最大发散角，
Px表示所述激励光源的所述多个发光点在X方向的间距，以及
L表示所述多个准直透镜和所述激励光源的光出射侧的面之间的距离。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的光源光学系统，
其中，所述波长转换器包括:
波长转换区域，配置为将所述激励光转换为所述第二色光，以及
透射反射区域，配置为透射或反射所述第一色光。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的光源光学系统，
其中，所述波长转换器包括波长转换区域，其配置为将所述激励光转换为所述第二色光，
其中，所述波长转换区域在入射侧具有涂层膜，并且其中所述波长转换区域配置为反射一部分激励光。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的光源光学系统，
进一步包括连接到所述波长转换器的驱动器，
其中，所述驱动器配置为驱动所述波长转换器，以使得所述波长转换器上的所述激励光的照射位置随着时间移动。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光源光学系统，
进一步包括第三光学系统，在光路上设置在所述第二光学系统下游，所述第三光学系统具有正光焦度，
其中，所述第三光学系统配置为将由所述波长转换器反射或透射的所述第一色光以及从所述波长转换器发射的所述第二色光引导到光均匀化装置，以及
其中，满足以下条件表达式:
2.3＜|β|＜3.5
在此，β表示所述第二光学系统和所述第三光学系统的合成放大率。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光源光学系统，
其中，所述第一色光是蓝色波长域的光，以及
其中，所述第二色光是绿色、黄色和红色中至少一色的波长域的光。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光源光学系统，
其中，当所述第一色光入射到所述波长转换器时，所述第一色光的至少50％是P偏振光。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光源光学系统，
其中，满足以下条件表达式:
0.1＜D2/D＜0.6
在此，D2表示所述第一光学系统的所述光学元件之一在光出射侧的外径。
15.一种光源装置，包括：
激励光源，配置为发射包括第一色光的激励光；
波长转换器，所述激励光入射到其上，所述波长转换器配置为将所述激励光的至少一部分转换成不同于所述第一色光的第二色光；
反射面；以及
聚光光学系统，具有正光焦度，所述反射面和所述聚光光学系统以从所述激励光源侧开始的顺序设置在所述激励光源和所述波长转换器之间的光路上，
其中，所述反射面配置为反射所述第一色光并透射所述第二色光，或者透射所述第一色光并反射所述第二色光，以及
其中，满足以下条件表达式:
0＜ΔLO/D＜0.2
在此，
R表示从所述激励光源发射的光通量的主光束与包含所述反射面的面A的交点，
T表示所述面A与所述聚光光学系统光轴的交点，
ΔLO表示在垂直于所述聚光光学系统的光轴的方向R和T之间的距离，
D表示设置在所述聚光光学系统的入射侧的光学元件的外径。
16.一种图像显示装置，包括:
根据权利要求15的光源装置；
图像形成元件，配置为形成图像；以及
投影光学系统，配置为将所述图像放大并投影到投影面上。
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