CN115808836A - 一种光源装置以及投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光源装置以及投影显示装置。在将荧光与半导体激光器发出的蓝色光的一部分输出的光源装置中，寻求一种装置不会过度大型化的光源装置。该光源装置具备：激光光源，输出既定波长区域的光；第一二向色镜和第二二向色镜，具备反射既定波长区域的光而使荧光透射的特性，且被配置在激光光源的光轴上；第一聚光光学系统；荧光色轮，具备发出荧光的荧光区域以及反射区域；第四二向色镜，具备反射荧光的特性；第三二向色镜，具备使既定波长区域的光反射而使荧光透射的特性，且被配置为使反射后的既定波长区域的光的光轴与经第四二向色镜反射后的荧光的光轴重合；第二聚光光学系统；以及光颜色选择色轮，具备滤色片和扩散部。

Description

一种光源装置以及投影显示装置

技术领域

本发明涉及光源装置以及具备光源装置的投影显示装置。

背景技术

一直以来，作为用于投影显示装置的光源，已知一种光源装置，将半导体激光器(激光二极管或LD)发出的蓝色光(B光)作为激发光照射到荧光体(荧光材料)上，并将从荧光体得到的黄色光(Y光)、红色光(R光)、绿色光(G光)等与半导体激光器发出的蓝色光(B光)的一部分一起输出。

专利文献1中公开了一种光源装置，沿着色轮的圆周部分预先设置发出绿色光的荧光体、发出红色光的荧光体、以及透射窗，一边使色轮旋转，一边对圆周部分照射蓝色光。该光源装置采用了使由色轮的荧光体发出的绿色和红色的荧光与从色轮的透射窗透射的蓝色光向同一方向射出的光学系统。具体而言，使用两枚反射镜将从透射窗透射的蓝色光导向二向色镜，通过二向色镜使蓝色光的光路与荧光的光路汇合。在该光源装置中，由于将蓝色光与荧光以不同的光路导向二向色镜，因此需要确保较大的光路空间，难以实现装置的小型化。进而，出现了反射镜等光学部件数量增加的问题。

专利文献2中公开了一种光源装置，沿着色轮的圆周部分预先设置发出绿色光的荧光体、发出红色光的荧光体、以及镜面部，一边使色轮旋转，一边从蓝色激光光源(LD阵列)对色轮的圆周部分照射蓝色光。在该光源装置中，在蓝色激光光源(LD阵列)与色轮之间配置有在蓝色波段具有偏光特性的二向色镜以及1/4波长板。在该装置中，利用激光光源具有的偏光特性，使经镜面部反射后的蓝色光的光路与荧光的光路相同。因此，与专利文献1中公开的光源装置相比，能够实现小型化。

专利文献3中公开了一种光源装置，采用兼作激发光的蓝色光从激光光源射向聚光器件的光轴与聚光透镜的光轴为非共轴的结构。在该光源装置中，兼作激发光的蓝色光经反射镜反射后，从聚光透镜的下半部分透射并照射色轮。经色轮的反射面反射后的蓝色光从聚光透镜的上半部分透射并被导向导光装置。即便不使用如专利文献2那样的1/4波长板，与专利文献1的光源装置相比，也能够使装置小型化。

专利文献4中公开了一种光源装置，与专利文献3同样，采用兼作激发光的蓝色光从激光光源射向聚光器件的光轴与聚光器件的光轴为非共轴的结构。在该光源装置中，将具备反射特性不同的两个区域的分色器件配置在激光光源与荧光色轮之间。虽然是将蓝色光与荧光分时输出的结构的光学系统，但是由于兼作激发光的蓝色光的光路与荧光的光路为大致相同的路线，因此与专利文献1中公开的光源装置相比，能够实现小型化。

专利文献5中公开了一种光源装置，与专利文献3同样，采用兼作激发光的蓝色光从激光光源射向聚光透镜的光轴与聚光透镜的光轴为非共轴的结构。在该光源装置中，从反射镜20a透射再经色轮的反射面反射后的蓝色光再次从反射镜20a透射之后，经三个反射镜反射，光路变更270度，蓝色光的光轴被叠合为与荧光的光轴一致。虽然是无需使用如专利文献2那样的1/4波长板的结构，但是由于需要使用三个反射镜来使蓝色光的光路变更270度的空间，因此与专利文献3或专利文献4记载的装置相比，能实现小型化的效果较小。

专利文献6中公开了一种光源装置，与专利文献3同样，采用兼作激发光的蓝色光从激光光源射向聚光透镜的光轴与聚光透镜的光轴为非共轴的结构。在该光源装置中，荧光经两个反射镜反射，光路变更180度，荧光的光轴被叠合为与蓝色光的光轴一致。虽然是无需使用如专利文献2那样的1/4波长板的结构，但是由于需要使用两个反射镜来使荧光的光路变更180度的空间，因此与专利文献4记载的装置相比，能实现小型化的效果较小。

专利文献1：日本专利公开2010-256457号公报

专利文献2：日本专利公开2012-108486号公报

专利文献3：日本专利公开2014-75221号公报

专利文献4：日本专利公开2019-61237号公报

专利文献5：国际公开第2019/109449号

专利文献6：美国专利申请公开第2015/0267880号说明书

如前所述，专利文献2中记载的光源装置与专利文献1中记载的光源装置相比能够实现小型化，但是当其作为投影仪的照明光源来使用时，有可能产生投影图像的白平衡的劣化。从激光光源射出的P偏光的蓝色光在从二向色镜通过之后，直至被荧光色轮反射而返回到二向色镜为止的过程中，从P偏光向S偏光发生偏光转换，但是当该偏光转换未被精度良好地实施时，就会存在无法从二向色镜作为反射光而射出的偏光成分，产生蓝色光的光损耗，导致投影图像的白平衡发生劣化。

此外，如果有在配置于荧光色轮前面的聚光透镜处发生偏光紊乱而从圆偏光转化为椭圆偏光的成分，则在二向色镜处作为S偏光的光而反射的光量减少，导致白平衡的降低。为了抑制椭圆偏光的产生，有一种在聚光透镜中使用石英玻璃等热膨胀系数小的材料的方法，但是这样的材料由于价格高昂，因此在成本方面较为不利。而且，由于热膨胀系数小的光学材料的种类有限，因此还存在光学材料选择范围变窄、光学设计上的自由度减小等问题。

关于这一点，在专利文献3～专利文献6记载的光源装置中，对于使蓝色光射出，由于未利用光源的偏光特性，因此不会发生在专利文献2记载的光源装置中可能会发生的问题，但是有可能发生别的问题。

专利文献3中记载的光源装置结构简单且实现了小型化，但是从输出光在光路截面上的分布来看，荧光相对于聚光透镜的光轴对称性良好地分布，与此相对，用于显示的蓝色光仅分布于聚光透镜的单侧这一半的部分。因此，入射至导光装置(光通道)后，两者的指向性变为不同，在对光调制面板进行照明时，使画面内产生颜色深浅不均(色斑)。此外，还可能产生在位于聚光透镜光轴附近的二向色镜的端部，丢失一部分输出光或者光路被扰乱的问题。

在专利文献4记载的光源装置中，成为使经荧光色轮反射后的蓝色光在由分色器件分离为两个光束之后入射至聚光器件的结构。但是，由于蓝色光的两个光束与荧光并不同轴，因此难以使两者的强度分布等同，从而成为产生颜色深浅不均的主要原因。

而且，就生产率及成本而言，难以简单地制造出分色器件。例如，在以将分色部与分光(光分割)部相邻地粘结的方式来制作分色器件时，如果不以极高的精度进行粘结，就会引起光损耗，而现实中难以通过常规的粘合技术来达到该精度。此外，在一体式设置而非粘结时，现实中难以用低成本来制作出透射特性及反射特性不同的分色部与分光部这两个区域。

在专利文献5记载的光源装置中，由于经色轮的反射面反射后的蓝色光经三个反射镜反射，光路变更270度，蓝色光的光轴被叠合为与荧光的光轴一致，因此颜色深浅不均的产生得到抑制，但是由于需要使用三个反射镜的光路空间，因此装置的小型化并不充分。

在专利文献6记载的光源装置中，由于荧光经两个反射镜反射，光路变更180度，荧光的光轴被叠合为与蓝色光的光轴一致，因此颜色深浅不均的产生得到抑制，但是由于需要使用两个反射镜的光路空间，因此装置的小型化并不充分。

因此，在将荧光与半导体激光器发出的蓝色光之中未作为激发光使用的一部分作为照明光输出的光源装置中，寻求一种装置不会过度大型化的光源装置，其中荧光是将半导体激光器发出的蓝色光作为激发光照射到荧光体而得到的。与此同时，寻求一种即便不使用石英玻璃制等价格高昂的聚光透镜，也在色平衡的面内均匀性上优异且光利用效率高的光源装置。此外，寻求一种具备这样的光源装置且能获得白平衡良好的高亮度投影图像的投影仪装置。

发明内容

本发明的第一方面为一种光源装置，其特征在于，具备：第一激光光源，输出第一波长区域的光；第一二向色镜，具备反射所述第一波长区域的光而使荧光透射的特性，且被配置在所述第一激光光源的光轴上；第一聚光光学系统；能够旋转的荧光色轮，具备荧光区域和反射区域，当被所述第一波长区域的光照射时，所述荧光区域发出所述荧光，所述反射区域反射所述第一波长区域的光；第二二向色镜，具备使所述第一波长区域的光反射而使所述荧光透射的特性；反射器件，具备使所述第一波长区域的光反射的特性，且被配置为使反射后的所述第一波长区域的光的光轴与所述第一聚光光学系统的光轴平行；第三二向色镜，具备使所述第一波长区域的光反射而使所述荧光透射的特性；第二聚光光学系统；第四二向色镜，具备使所述荧光反射的特性，且被配置为使反射后的所述荧光的光轴与所述第二聚光光学系统的光轴一致；以及光颜色选择色轮，能够与所述荧光色轮同步旋转，且具备滤色片和扩散部，所述第一二向色镜被配置为，使所述第一激光光源发出的所述第一波长区域的光朝向所述第一聚光光学系统的一部分而反射，经所述第一二向色镜反射后的所述第一波长区域的光被所述第一聚光光学系统的所述一部分聚光到所述荧光色轮的所述荧光区域或所述反射区域，所述荧光区域发出的所述荧光的一部分被所述第一聚光光学系统的所述一部分聚光，并从所述第一二向色镜透射而入射至所述第四二向色镜，所述荧光区域发出的所述荧光的另一部分被所述第一聚光光学系统的与所述一部分不同的部分聚光，并从所述第二二向色镜透射而入射至所述第四二向色镜，入射至所述第四二向色镜的所述荧光的一部分和所述荧光的另一部分向所述第三二向色镜被反射，并从所述第三二向色镜透射而入射至所述第二聚光光学系统，经所述反射区域反射后的所述第一波长区域的光被所述第一聚光光学系统的与所述一部分不同的部分聚光，并被所述第二二向色镜反射而入射至所述反射器件，入射至所述反射器件的所述第一波长区域的光被反射而入射至所述第三二向色镜，并被所述第三二向色镜反射而入射至所述第二聚光光学系统，入射至所述第二聚光光学系统的所述荧光和所述第一波长区域的光被所述第二聚光光学系统朝向所述光颜色选择色轮聚光，所述光颜色选择色轮通过所述滤色片过滤所述荧光，且通过所述扩散部使所述第一波长区域的光扩散，以进行输出。

本发明的第二方面为一种光源装置，其特征在于，具备：第一激光光源，输出第一波长区域的光；第二激光光源，输出第二波长区域的光；第一二向色镜，具备反射所述第一波长区域的光而使荧光透射的特性，且被配置在所述第一激光光源的光轴上；第一聚光光学系统；能够旋转的荧光色轮，具备荧光区域和反射区域，当被所述第一波长区域的光照射时，所述荧光区域发出所述荧光，所述反射区域反射所述第一波长区域的光；第二二向色镜，具备使所述第一波长区域的光反射而使所述荧光透射的特性；反射器件，具备使所述第一波长区域的光反射的特性，且被配置为使反射后的所述第一波长区域的光的光轴与所述第一聚光光学系统的光轴平行；第三二向色镜，具备使所述第一波长区域的光反射而使所述第二波长区域的光和所述荧光透射的特性；第二聚光光学系统；第四二向色镜，具备使所述第二波长区域的光透射并且使所述荧光反射的特性，且被配置为使反射后的所述荧光的光轴与所述第二聚光光学系统的光轴一致；以及光颜色选择色轮，能够与所述荧光色轮同步旋转，且具备滤色片和扩散部，所述第二激光光源被配置为，使输出的所述第二波长区域的光的光轴与所述第二聚光光学系统的光轴一致，从所述第二激光光源输出的所述第二波长区域的光从所述第四二向色镜和所述第三二向色镜透射而入射至所述第二聚光光学系统，所述第一二向色镜被配置为，使所述第一激光光源发出的所述第一波长区域的光朝向所述第一聚光光学系统的一部分而反射，经所述第一二向色镜反射后的所述第一波长区域的光被所述第一聚光光学系统的所述一部分聚光到所述荧光色轮的所述荧光区域或所述反射区域，所述荧光区域发出的所述荧光的一部分被所述第一聚光光学系统的所述一部分聚光，并从所述第一二向色镜透射而入射至所述第四二向色镜，所述荧光区域发出的所述荧光的另一部分被所述第一聚光光学系统的与所述一部分不同的部分聚光，并从所述第二二向色镜透射而入射至所述第四二向色镜，入射至所述第四二向色镜的所述荧光的一部分和所述荧光的另一部分向所述第三二向色镜被反射，并从所述第三二向色镜透射而入射至所述第二聚光光学系统，经所述反射区域反射后的所述第一波长区域的光被所述第一聚光光学系统的与所述一部分不同的部分聚光，并被所述第二二向色镜反射而入射至所述反射器件，入射至所述反射器件的所述第一波长区域的光被反射而入射至所述第三二向色镜，并被所述第三二向色镜反射而入射至所述第二聚光光学系统，入射至所述第二聚光光学系统的所述荧光、所述第一波长区域的光以及所述第二波长区域的光被所述第二聚光光学系统朝向所述光颜色选择色轮聚光，所述光颜色选择色轮通过所述滤色片过滤所述荧光，且通过所述扩散部使所述第一波长区域的光和所述第二波长区域的光扩散，以进行输出。

根据本发明，在将荧光与半导体激光器发出的蓝色光之中未作为激发光使用的一部分作为照明光而输出的光源装置中，能够防止装置过度大型化，其中荧光是将半导体激光器发出的蓝色光作为激发光照射到荧光体而得到的。与此同时，即便不使用石英玻璃制等价格高昂的聚光透镜，也能够实现在色平衡的面内均匀性上优异且光利用效率高的光源装置。进而，能够实现一种具备这样的光源装置且能获得白平衡良好的高亮度投影图像的投影仪装置。

附图说明

图1的(a)是示出实施方式1所涉及的光源装置100的光学系统的概要结构的图；图1的(b)是示出激光光源101B中的蓝色半导体激光器与准直透镜的配置的图。

图2的(a)是用于对实施方式1中的蓝色光的行进路线进行说明的图；图2的(b)是用于对实施方式1中荧光体发出的荧光的行进路线进行说明的图。

图3的(a)是在实施方式1中使用的荧光色轮120a的主视图；图3的(b)是在实施方式1中使用的光颜色选择色轮130a的主视图。

图4的(a)是示出在实施方式1中从激光光源101B输出的光的发光光谱的图；图4的(b)是示出荧光体的发光特性的图。

图5的(a)是示出实施方式中的二向色镜201a、201b、201c、201d的光学特性的图；图5的(b)是示出实施方式中的二向色镜202a的光学特性的图。

图6的(a)是示出在实施方式中光线在第一聚光透镜系统105内通过的范围的图；图6的(b)是示出在实施方式中光线在第二聚光透镜系统109内通过的范围的图。

图7的(a)是示出在实施方式中蓝色光束经由光颜色选择色轮130a入射至光通道140并传播的状态的图；图7的(b)是示出在实施方式中荧光经由光颜色选择色轮130a入射至光通道140并传播的状态的图。

图8的(a)是示出在实施方式中对光颜色选择色轮130a的扩散部赋予的扩散功能与光利用率之间的关系的图；图8的(b)是示出经扩散部扩散的蓝色光的强度分布的图。

图9的(a)是示出实施方式中使用的第一二向色镜201a、第二二向色镜201b的端部形态的一例的典型图；图9的(b)是示出实施方式中使用的第一二向色镜201a、第二二向色镜201b的端部优选形态的一例的典型图。

图10是示出实施方式2所涉及的光源装置200的光学系统的概要结构的图。

图11的(a)是示出实施方式3所涉及的光源装置300的光学系统的概要结构的图；图11的(b)是用于对实施方式3中的激光光源101B的结构进行说明的图。

图12是示出实施方式4所涉及的光源装置400的光学系统的概要结构的图。

图13的(a)是示出实施方式5所涉及的光源装置500的光学系统的概要结构的图；图13的(b)是示出使用扩散板115时的蓝色光束Bout的光束剖面(高斯分布)的图；图13的(c)是示出使用平顶(トップハット)器件116时的蓝色光束Bout的光束剖面的图。

图14是示出实施方式6所涉及的光源装置600的光学系统的概要结构的图。

图15的(a)是示出实施方式7所涉及的光源装置700的光学系统的概要结构的图；图15的(b)是示出激光光源101B中的蓝色半导体激光器与准直透镜的配置的图；15的(c)是示出激光光源101R中的红色半导体激光器与准直透镜的配置的图。

图16的(a)是实施方式6中使用的荧光色轮120b的主视图；图16的(b)是实施方式6中使用的光颜色选择色轮130b的主视图。

图17是示出实施方式6中的二向色镜202b的光学特性的图。

图18是示出实施方式8所涉及的投影显示装置1000的光学系统的概要结构的图。

附图标记说明

100……光源装置

101B、101R……激光光源

102……蓝色半导体激光器

102R……红色半导体激光器

103……准直透镜

105……第一聚光透镜系统

105A、105B……凸透镜

108……聚光透镜

109……第二聚光透镜系统

110……凹透镜

111……凸透镜

115……扩散板

116……平顶器件

120a、120b……荧光色轮

130a、130b……光颜色选择色轮

140……光通道

150……照明透镜

160……光调制器件

171……棱镜

172……棱镜

180……投影镜头

190……投影屏幕

200……光源装置

201a……第一二向色镜

201b……第二二向色镜

201c……第三二向色镜

201d……二向色镜

202A……第四二向色镜

202b……二向色镜

212……反射器件

300……光源装置

400……光源装置

500……光源装置

502……凸透镜

503……凹透镜

504……准直光学系统

600……光源装置

700……光源装置

1000……投影显示装置

PH……荧光区域

RL……反射区域

具体实施方式

下面参考附图，对本发明的实施方式所涉及的光源装置和投影显示装置进行说明。其中，以下所示的实施方式为举例说明，例如，对于细节部分的技术方案，在不脱离本发明宗旨的范围内，本领域技术人员可以适当加以变更来实施。

另外，在以下实施方式的说明所参考的附图中，只要没有特别说明，则附以相同参考编号来表示的单元具有同样的功能。

此外，在以下的说明中，例如，当记为正X方向时，指向与图示的坐标系中的X轴箭头所指的方向相同的方向，当记为负X方向时，指向与图示的坐标系中的X轴箭头所指的方向成180度而相反的方向。此外，当仅记为X方向时，是指其为与X轴平行的方向，而不论与图示的X轴箭头所指的方向是否相同。这同样适用于X之外的方向。

[实施方式1]

图1的(a)是示出实施方式1所涉及的光源装置的光学系统的概要结构的图。为了便于说明，在该图中省略了用于设置光学元器件的机械结构、机箱、电气布线等。

(光源装置的结构)

光源装置100具备激光光源101B、准直透镜系统504、第一二向色镜201a、第二二向色镜201b、第三二向色镜201c、第四二向色镜202a、由凸透镜105A和凸透镜105B构成的第一聚光透镜系统105(第一聚光光学系统)、第二聚光透镜系统109(第二聚光光学系统)、扩散板115、反射器件212、能够旋转的荧光色轮120a、能够旋转的光颜色选择色轮130a、以及光通道140。

激光光源101B例如采用中心波长在455nm附近振荡的蓝色半导体激光器102。在图4的(a)中示例出从激光光源101B输出的光的发光光谱。另外，作为激光光源101B，也可以采用中心波长在455nm之外的半导体激光器。

为每个蓝色半导体激光器102设置有准直透镜103。一般而言，半导体激光器发出的光束具有既定角度的扩展，通过设置准直透镜103，从而能够抑制光束的扩展，使大致平行的光束从激光光源101B射出。其中，准直透镜103与安装蓝色半导体激光器102的封装可以为一体式，也可以设为分体。当设为分体时，可以紧接在多个蓝色半导体激光器102的后面独立地配置透镜阵列来构成光源模组。

如图1的(b)所示，在激光光源101B中，蓝色半导体激光器102与准直透镜103的配对在XY面内被配置为阵列状，向正Z方向射出蓝色光束。在图1的(b)中，示例出4×4的阵列，但配对的配置方法并不限于此例，纵横排列的配对的数量可以适当变更。

激光光源101B发出的光束经准直透镜系统504(准直光学系统)使其光束直径被调整为D1。准直透镜系统504在图中是将一枚凸透镜502与一枚凹透镜503组合构成的，但也可以设为其他结构。激光光源101B的输出光作为用于激发荧光体的激发光以及用于显示的蓝色光(B)来使用。激发光的光束直径根据所使用的蓝色半导体激光器102的排列数量而适当设定，与之相应地，适当设计构成准直透镜系统的透镜的数量及材质、形状等光学规格以及配置间隔等。

在图1的(a)中，将准直透镜系统504的光轴表示为光轴OX1。准直透镜系统504的光轴OX1被设定为，相对于激光光源101B发出的整个光束的截面垂直且从中心通过。另外，如后面参考图11的(a)和图11的(b)所述，如果激光光源101B能够输出直径为D1且大致平行的光束，则不一定需要设置准直透镜系统504。在该情况下，将相对于激光光源101B发出的整个光束的截面垂直且从中心通过的轴定义为光轴OX1。

在光轴OX1上，相对于光轴OX1倾斜45度而配置有第一二向色镜201a。在图5的(a)中以实线示出第一二向色镜201a的光学特性。为参考起见，在该图中以虚线示出波长在445nm附近的蓝色光(B光)，第一二向色镜201a具有反射蓝色光(B光)而对于绿色光(G光)或红色光(R光)或者包含这两种光的黄色光(Y光)则透射的光学特性。具有这种特性的第一二向色镜201a例如可以通过在透明的玻璃基板等上蒸镀介质多层膜来形成。

激光光源101B的输出光被第一二向色镜201a反射，在其光路上，设置有由凸透镜105A和凸透镜105B构成的第一聚光透镜系统105(第一聚光光学系统)。第一聚光透镜系统105能够使激光光源101B的输出光聚光到荧光色轮120a上。在图1的示例中，由两枚凸透镜105A、105B构成第一聚光透镜系统105，但第一聚光透镜系统105的结构并不限于此例，也可以由一个或三个以上透镜构成。此外，透镜的形状、材质等也可适当选择。即，除了球面之外，还可以使用非球面或自由曲面等透镜。如果使用BK7等价格低廉的光学材料，则能够以低廉的价格提供光源装置。

在本实施方式中，光轴OX1与第一聚光透镜系统105的光轴OX2彼此正交。而且，各光学元器件被配置为，使得激光光源101B的输出光在经第一二向色镜201a反射后射向荧光色轮120a时，在构成第一聚光透镜系统105的凸透镜105A、凸透镜105B的左半部分(Z方向负侧的那一半)的区域内通过。即，经第一二向色镜201a反射后的蓝色光被第一聚光透镜系统105的一部分聚光。

在第一聚光透镜系统105的聚光位置，配置有荧光色轮120a。在图3的(a)中示出荧光色轮120a的主视图。荧光色轮120a以圆板状的玻璃板或金属板为基体，在其圆周附近的表面上设置有荧光区域PH和反射区域RL。荧光区域PH上包覆有荧光体，当被激发光(激光光源101B的输出光)照射时，根据荧光体的种类而发出红色(R色)或绿色(G色)或黄色(Y色)的荧光。反射区域RL是用于将激光光源101B的输出光反射的区域，未涂布荧光体。反射区域RL优选预先进行镜面加工以高效率地反射蓝色激光。

荧光色轮120a的基材适合采用热导率高的金属，为了提高空气冷却效率，也有在基材上设置凹凸部或空孔的情况。荧光色轮120a与电机相连接，电机以旋转轴C1为中心进行旋转，从而使聚光到荧光色轮120a上的蓝色光依次照射反射区域RL和荧光区域PH。在图3的(a)的示例中，荧光区域PH上分色涂布有G用荧光体、R用荧光体、Y用荧光体，并不是必须用这三种颜色的荧光体进行分色涂布，而是可以根据光源装置100的规格而适当地变更材料或分色涂布方法。

在图4的(b)中示例出荧光体的发光光谱。分别地，虚线31示出G用荧光体的发光光谱，单点划线32示出Y用荧光体的发光光谱，实线33示出R用荧光体的发光光谱。在各曲线中，在与作为激发光的蓝色光的波长相对应的位置处也存在峰值，但这并非源自荧光体的发光，而是表示蓝色光的一部分被荧光体散射而未被用于激发。另外，图4的(b)是举例说明，在实施方式中使用的荧光体并不限于此种发光特性的材料。

回到图1的(a)，沿着第一聚光透镜系统105的光轴OX2观察，在第一二向色镜201a和第二二向色镜201b的前面配置有第四二向色镜202a。第四二向色镜202a的反射面相对于第一聚光透镜系统105的光轴OX2倾斜45度配置。

在图5的(b)中以实线示出第四二向色镜202a的光学特性。为参考起见，在该图中以虚线示出波长为445nm附近的蓝色光(B光)。第四二向色镜202a具有对于绿色光(G光)或红色光(R光)或者包含这两种光的黄色光(Y光)进行反射的光学特性。即，第四二向色镜202a具有反射荧光色轮120a发出的荧光的光学特性。具有这种特性的第四二向色镜202a例如可以通过在透明的玻璃基板等上蒸镀介质多层膜来形成。

回到图1的(a)，中间隔着第一聚光透镜系统105，在荧光色轮120a的相反侧，相对于光轴OX2倾斜45度而配置有第二二向色镜201b。第二二向色镜201b与第一二向色镜201a同样，具有在图5的(a)中以实线示出的光学特性。即，第二二向色镜201b具有反射蓝色光(B光)而对于绿色光(G光)或红色光(R光)或者包含这两种光的黄色光(Y光)则透射的光学特性。具有这种特性的第二二向色镜201b例如可以通过在透明的玻璃基板等上蒸镀介质多层膜来形成。

在被第二二向色镜201b反射的蓝色光(B光)的光路上，与第二二向色镜201b平行地配置有反射器件212。换言之，沿着准直透镜系统504的光轴OX1观察，在第二二向色镜201b的更前面，与第二二向色镜201b平行地配置有反射器件212。

反射器件212是反射蓝色(B色)光的反射镜。反射器件212优选针对蓝色(B色)光具有95％以上的反射率，例如可以通过在玻璃基板等上形成介质多层膜来制作。或者，也可以使用AL蒸镀等在反射镜基板上形成反射膜。反射器件212被设置为，使反射后的蓝色光光束的中心(光轴)与后述的经第四二向色镜202a反射后的荧光光束的中心(光轴)在第三二向色镜201c上重合。

第三二向色镜201c与第一二向色镜201a及第二二向色镜201b同样，具有在图5的(a)中以实线示出的光学特性。即，第三二向色镜201c具有反射蓝色光(B光)而对于绿色光(G光)或红色光(R光)或者包含这两种光的黄色光(Y光)则透射的光学特性。具有这种特性的第三二向色镜201c例如可以通过在透明的玻璃基板等上蒸镀介质多层膜来形成。

经反射器件212反射后的蓝色(B色)光被第三二向色镜201c反射而向正Z方向前进，在其前进路线上，设置有第二聚光透镜系统109(第二聚光光学系统)。第二聚光透镜系统109被配置为，其光轴OX3与蓝色(B色)光束的中心轴及荧光光束的中心轴一致。第二聚光透镜系统109被设定为既定的NA，以便与后述的显示装置的投影镜头180(图18)的F值相符合，其将蓝色(B色)光和荧光朝向光通道140的入射口聚光。第二聚光透镜系统109在图中典型地表示为单一的凸透镜，但实际上并不限于单透镜，也可以组合多个透镜来构成。

在第二聚光透镜系统109与光通道140之间，配置有光颜色选择色轮130a。光颜色选择色轮130a与电机相连接，电机以旋转轴C2为中心进行旋转，从而使光颜色选择色轮130a旋转。对每个电机进行控制，以使光颜色选择色轮130a与荧光色轮120a同步地进行旋转。

在图3的(b)中示出光颜色选择色轮130a的主视图。在光颜色选择色轮130a上，设置有滤片部和扩散部。

在滤片部中设置有用于从荧光中去除不需要的光谱成分的光学滤片，例如，在R用滤片部中设置有用于从荧光色轮120a的R用荧光体区域所发出的荧光中去除不需要的光谱成分而提高红色的色纯度的光学滤片。同样地，在G用滤片部中设置有用于从荧光色轮120a的G用荧光体区域所发出的荧光中去除不需要的光谱成分而提高绿色的色纯度的光学滤片，在Y用滤片部中设置有用于从荧光色轮120a的Y用荧光体区域所发出的荧光中去除不需要的光谱成分而提高黄色的色纯度的光学滤片。另外，滤片部并不具有使透射的荧光扩散的作用。

此外，B用扩散部设置有用于使蓝色光的光束适当扩散的扩散面。关于扩散部的作用效果，将在后面详细描述。

(光源装置的运转)

下面对具有上述结构的光源装置100的运转进行说明。

(蓝色光的输出运转)

首先，对从激光光源101B输出蓝色光(B色光)，蓝色光(B色光)照射荧光色轮120a的反射区域RL的时段的装置运转进行说明。

图2的(a)是用于对从激光光源101B输出的蓝色光(B色光)的行进路线进行说明的图。图2的(a)示出了在照射荧光色轮120a的反射区域RL的时段从激光光源101B输出的蓝色光(B色光)作为用于图像显示的蓝色光(B色光)成分而被输入至光通道140的状态。另外，如后面参考图2的(b)所说明的那样，在照射荧光色轮120a的荧光区域PH的时段从激光光源101B输出的蓝色光(B色光)作为用于激发荧光体的激发光来发挥作用。

首先，在激光光源101B中，从每个蓝色半导体激光器102输出的蓝色的激光束被准直透镜103准直化为大致平行。由于激光束之间彼此空出间隔而平行地行进，因此严格来说也可以称为空间离散的激光束群，但由于每个蓝色半导体激光器102被配置得极为靠近，因此也可以将激光束群统一视为一个光束来对待。即，激光光源101B可以被视为发出一个蓝色光束的光源。

该蓝色光束经准直透镜系统504使其光束直径被调整为D1，并沿着光轴OX1前进。从准直透镜系统504通过的蓝色光束入射至第一二向色镜201a，由于第一二向色镜201a如前所述具有图5的(a)所示的特性，因此蓝色光束被反射而射向第一聚光透镜系统105，光路偏转90度。

若将经第一二向色镜201a反射后的蓝色光束(B色光)设为Bin，则蓝色光束Bin受到第一聚光透镜系统105(凸透镜105a、凸透镜105b)的聚光作用而被聚光到荧光色轮120a上的反射区域RL。

在本实施方式中，将第一聚光透镜系统105的光轴OX2与蓝色光束Bin的光轴设为非共轴，即光轴之间相偏移的结构。这是为了使经荧光色轮120a的反射区域RL反射后的蓝色光能够作为用于图像显示的蓝色光(B色光)而无损射出。另外，反射区域RL被设置为，使相对于反射面的法线与聚光透镜系统105的光轴OX2平行。

在图6的(a)中示出光线在第一聚光透镜系统105内通过的范围。如图2的(a)和图6的(a)所示，朝向荧光色轮120a行进的蓝色光束Bin在第一聚光透镜系统105的左半部分区域、即聚光透镜系统105的光轴OX2的负Z方向侧的区域(聚光透镜的一部分)通过。

另一方面，若将经荧光色轮120a的反射区域RL反射后的蓝色光束(B色光)设为Bout，则蓝色光束Bout不会在与蓝色光束Bin相同的路线上逆行而通过第一聚光透镜系统105的左半部分区域。如图2的(a)和图6的(a)所示，蓝色光束Bout在第一聚光透镜系统105的右半部分区域、即第一聚光透镜系统105的光轴OX2的正Z方向侧的区域(与蓝色光束Bin通过的那一部分不同的部分)通过。

蓝色光束Bout在被第一聚光透镜系统105复原为与蓝色光束Bin相同的光束直径D1之后，向正X方向前进而入射至第二二向色镜201b。由于第二二向色镜201b如前所述具有图5的(a)所示的光学特性，因此蓝色光束Bout被反射而射向反射器件212。

蓝色光束Bout在到达反射器件212之前，从扩散板115通过，从扩散板115通过后的蓝色光束Bout成为直径随着前进而扩大的光束，而非平行光束。即，使得在其前面经反射器件212和第三二向色镜201c反射而朝向第二聚光透镜系统109前进时，蓝色光的光束直径扩大。

如前所述，反射器件212是具备反射蓝色光的光学特性的反射镜，其被配置为与第四二向色镜202a平行，且设置在使反射后的蓝色光束的中心(光轴)与经第四二向色镜202a反射后的荧光光束的中心(光轴)在第三二向色镜201c上相重合的位置。

经反射器件212反射后的蓝色光束被第三二向色镜201c反射而向正Z方向前进，在其前进路线上，设置有第二聚光透镜系统109(第二聚光光学系统)。第二聚光透镜系统109被配置为，其光轴OX3与蓝色光束的中心一致。

图6的(b)是示出第二聚光透镜系统109中光束所入射的部分的典型图。蓝色光束Bout的光束直径为D2，光束的中心轴与第二聚光透镜系统109的光轴OX3一致。由于蓝色光束Bout的直径被扩散板115扩大，因此D2＞D1成立。即，在第二聚光透镜系统109内通过时，与从第一聚光透镜系统105透射的时点相比，蓝色光束的直径与荧光光束的直径之间的差异减小。

第二聚光透镜系统109被设定为既定的NA，以便与后述的显示装置的投影镜头180(图18)的F值相符合。光束直径为D2的蓝色光束Bout被第二聚光透镜系统109朝向光通道140的入射口聚光。

关于荧光色轮120a的荧光区域PH发出的荧光的光路，将在后面描述，如图6的(b)所示，入射至第二聚光透镜系统109的蓝色光束Bout与由虚线所示的荧光光束为同轴，但若比较光束直径，则蓝色光束Bout与荧光相比直径较小。荧光色轮120a的荧光区域PH发出的荧光为朗伯发光，这是由于与经反射区域RL反射后的蓝色光相比，从荧光区域PH以更大的角度范围射出荧光。

照这样的话，由于入射至第二聚光透镜系统109时的光束直径的不同，蓝色光束Bout入射至光通道140的入射口时的入射角度分布(会聚角)与经第二聚光透镜系统109聚光后的荧光入射至光通道140的入射口时的入射角度分布(会聚角)可能会产生差异。如果入射角度分布(会聚角)产生差异，则在从光通道140的出口射出时，蓝色光与荧光的出射角度分布(扩展)会产生差异，在作为投影显示装置的照明光来使用时，可能会成为使显示画面内产生颜色深浅不均的原因。

因此，在本发明中，在荧光色轮120a与光通道140的入射口之间设置使蓝色光束Bout扩散但不使荧光扩散的光学单元，从而减少了入射至光通道140的入射口时入射角度分布(会聚角度)的不同，抑制了颜色深浅不均的产生。在实施方式1中，将该功能赋予在第二聚光透镜系统109与光通道140的入射口之间配置的光颜色选择色轮130a。

图7的(a)示出蓝色光束经由光颜色选择色轮130a入射至光通道140并传播的状态，图7的(b)示出荧光经由光颜色选择色轮130a入射至光通道140并传播的状态。从这些图中明显可知，经第二聚光透镜系统109聚光后的蓝色光在射向光颜色选择色轮130a时的会聚角αin(蓝)小于经第二聚光透镜系统109聚光后的荧光在射向光颜色选择色轮130a时的会聚角αin(荧光)。但是，如参考图3的(b)所说明的那样，在本实施方式的光颜色选择色轮130a中，在蓝色光透射的部分设置有使光束适当扩散的扩散部，在荧光透射的部分设置有进行过滤以去除不需要的光谱成分但不具有扩散作用的滤色片部。因此，蓝色光束如图7的(a)所示被扩散部扩散而入射至光通道140，另一方面，荧光如图7的(b)所示入射至光通道140而未受到扩散作用。其结果是，相比于会聚角αin(蓝)与会聚角αin(荧光)的差异，可以缩小蓝色光从光通道140射出时的扩展角αout(蓝)与荧光射出时的扩展角αout(荧光)的差异。

在图8的(a)中示出对扩散部赋予的扩散功能与光利用率之间的关系。经扩散部扩散后的蓝色光的强度分布如图8的(b)所示为高斯分布，如果过于设大扩散功能，则控制设定角1/e2外侧的光不能有效入射至光通道140，光损耗增大，因此如图8的(a)所示，光利用率降低。因此，考虑显示画面内颜色深浅不均的抑制效果与确保蓝色光的光利用率之间的平衡来适当地设定扩散部的扩散功能。

(荧光的输出运转)

接着，对光源装置100输出荧光时的运转进行说明。即，对从激光光源101B输出蓝色光(B色光)，蓝色光(B色光)照射荧光色轮120a的荧光区域PH的时段的装置运转进行说明。

图2的(b)是用于对从荧光色轮120a输出的荧光的行进路线进行说明的图，其示出了在荧光区域PH发出的荧光作为用于图像显示的照明光被输入至光通道140的状态。荧光的光谱根据是荧光区域PH之中G用荧光体区域、Y用荧光体区域、R用荧光体区域中的哪一个发光的时段而不同，但在图2的(b)中由虚线所示的光路是每种颜色共同的。另外，作为激发光的蓝色光从激光光源101B到达荧光色轮120a为止的动作由于与在蓝色光的输出运转的说明中参考图2的(a)所描述的内容相同，因而在此省略说明。在图2的(b)中，对蓝色光的路线省略了图示。

在图2的(b)中，以虚线典型地示出了从荧光区域PH发出的荧光的光路，荧光由于是朗伯发光，因此从荧光区域PH以大角度范围朝向第一聚光透镜系统105的整体射出。即，如图6的(a)中由虚线所示，荧光在第一聚光透镜系统105的大致整个区域通过。经第一聚光透镜系统105聚光后的荧光成为向正X方向前进的平行光束，在第一聚光透镜系统105的光轴OX2的左侧(负Z方向侧)部分通过的光束入射至第一二向色镜201a。由于第一二向色镜201a如图5的(a)所示具备使绿色(G)、红色(R)、黄色(Y)中每种颜色的光都透射的光学特性，因此荧光从第一二向色镜201a透射而入射至第四二向色镜202a。

另一方面，在荧光之中，在第一聚光透镜系统105的光轴OX2的右侧(正Z方向侧)部分通过的光束则入射至第二二向色镜201b。由于第二二向色镜201b如图5的(a)所示具备使绿色(G)、红色(R)、黄色(Y)中每种颜色的光都透射的光学特性，因此荧光从第二二向色镜201b透射而入射至第四二向色镜202a。

由于第四二向色镜202a如图5的(b)所示具备使绿色(G)、红色(R)、黄色(Y)中每种颜色的荧光都反射的光学特性，因此荧光的行进方向偏转90度并朝向第三二向色镜201c而向正Z方向前进。由于第三二向色镜201c如图5的(a)所示具备使绿色(G)、红色(R)、黄色(Y)中每种颜色的荧光都透射的光学特性，因此荧光从第三二向色镜201c透射而入射至第二聚光透镜系统109。

如图6的(b)所示，入射至第二聚光透镜系统109的荧光与蓝色光束Bout同轴(同心)，但与蓝色光束Bout相比，光束直径更大。第二聚光透镜系统109如前所述被设定为既定的NA，以便与显示装置的投影镜头180的F值相符合，荧光朝向光通道140的入射口被聚光。

图7的(b)示出了荧光经由光颜色选择色轮130a入射至光通道140并传播的状态。本实施方式的光颜色选择色轮130a在荧光透射的部分设置有去除不需要的光谱成分但不具有扩散作用的滤片部。因此，荧光入射至光通道140而不受到扩散作用。如已经说明的那样，在本实施方式中，蓝色光从光通道140射出时的扩展角αout(蓝)与荧光射出时的扩展角αout(荧光)的差异缩小，因此能够抑制作为投影显示装置的照明光来使用时的面内颜色深浅不均。

这里，作为补充说明，对隔着光轴OX2对称配置的第一二向色镜201a和第二二向色镜201b进行描述。图9的(a)是示出端部形状的一例的典型图，图9的(b)是示出更优选的端部形状的一例的典型图。

在图9的(a)所示的示例中，第一二向色镜201a和第二二向色镜201b是设置为侧面SA相对于主面(光学面)大致垂直的板状部件。一般而言，在这样的板材的侧面难以设置与主面同样的均质的光学面，因此对侧面SA未施加光学处理。如图9的(a)所示，从第一聚光透镜系统105侧的主面(光学面)入射至第一二向色镜201a内的荧光中的大部分能够穿过第四二向色镜202a侧的主面(光学面)而向正X方向前进。但是，在第一聚光透镜系统105的光轴OX2的附近入射至第一二向色镜201a的荧光则到达未施加光学处理的侧面SA。荧光无法穿过未施加光学处理的侧面SA而向正X方向前进，从而产生不能作为照明光来使用的损耗。关于第二二向色镜201b也可以说是同样的。

因此，在图9的(b)所示的示例中，设法调整第一二向色镜201a及第二二向色镜201b的侧面SB的形状(方向)以减少到达侧面SB的荧光，从而抑制了荧光的损耗。即，使第一二向色镜201a的侧面SB及第二二向色镜201b的侧面SB为与第一聚光透镜系统105的光轴OX2平行的结构，并沿着光轴OX2相互抵接。具体而言，使第一聚光透镜系统105侧的主面(光学面)与侧面SB所形成的角为锐角(例如45度)，使第四二向色镜202a侧的主面(光学面)与侧面SB所形成的角为钝角(例如135度)。根据图9的(b)所示的示例，由于抑制了第一二向色镜及第二二向色镜的侧面上的损耗，因此能够进一步提高荧光的利用效率与色平衡的面内均匀性。

如上所述，根据本实施方式，在将荧光与半导体激光器发出的蓝色光之中未作为激发光使用的一部分作为照明光而输出的光源装置中，将第一二向色镜201a与第二二向色镜201b隔着第一聚光透镜系统105的光轴OX2对称配置，其中荧光是将半导体激光器发出的蓝色光作为激发光照射到荧光体而得到的。而且，通过设为将未作为激发光使用的蓝色光与荧光利用不同的光路引导至第二聚光透镜系统109的结构，从而能够防止装置过度大型化。本实施方式由于不进行使用1/4波长板等的偏光控制，因此即便不使用石英玻璃制等价格高昂的聚光透镜，也能够实现色平衡的面内均匀性优异且光利用效率高的光源装置。

[实施方式2]

图10是示出实施方式2所涉及的光源装置的光学系统的概要结构的图。为了便于说明，在该图中省略了用于设置光学元器件的机械结构、机箱、电气布线等。

实施方式2的光源装置200对实施方式1的光源装置100的一部分进行了变形，对于与实施方式1的说明共同的事项，简化或省略记载。

(光源装置的结构)

本实施方式的光源装置200与实施方式1同样具备激光光源101B、准直透镜系统504、第一二向色镜201a、第四二向色镜202a、由凸透镜105A和凸透镜105B构成的第一聚光透镜系统105(第一聚光光学系统)、第二聚光透镜系统109(第二聚光光学系统)、扩散板115、反射器件212、能够旋转的荧光色轮120a、能够旋转的光颜色选择色轮130a以及光通道140。

在实施方式1中，除了上述的结构单元以外，具有相同光学特性的第二二向色镜201b与第三二向色镜201c分体设置，但在本实施方式中，它们作为二向色镜201d而设为一体。即，本实施方式的二向色镜201d具有图5的(a)所示的光学特性。

关于光源装置200的运转，由于与实施方式1同样，因此省略说明。

根据本实施方式，能够实现与实施方式1同样的效果，并且能够削减部件数量。如果将第二二向色镜201b与第三二向色镜201c设为分体，则可能受到两者在制造上的特性偏差、两者的相对定位误差的影响，但在本实施方式中由于设为一体，因此没有这种担心。

[实施方式3]

图11的(a)是示出实施方式3所涉及的光源装置的光学系统的概要结构的图。为了便于说明，在该图中省略了用于设置光学元器件的机械结构、机箱、电气布线等。

实施方式3的光源装置300存在与实施方式2的光源装置200共同的部分，对于共同的部分，简化或省略说明。

(光源装置的结构)

在实施方式2中，作为激光光源101B，使用将蓝色半导体激光器102例如以4×4的阵列状排列的激光光源，从激光光源101B输出直径大的蓝色光束。而且，使用准直透镜系统504(准直光学系统)，调整为光束直径为D1的平行光束。

与此相对，在本实施方式中，设置激光光源101B的尺寸以输出光束直径为D1的平行光束。在图11的(b)中示出本实施方式的激光光源101B的结构。另外，只要能够输出光束直径为D1的平行光束，则蓝色半导体激光器102也可以不一定是如图所示的2×2的阵列配置。

通过使用这样的激光光源101B，从而不需要准直透镜系统504(准直光学系统)，使激光光源101B的位置接近第一二向色镜侧(正Z方向侧)。

根据本实施方式，能够实现与实施方式2同样的效果，并且能够削减部件数量。进而，从Z方向来看能够使光源装置紧凑。

[实施方式4]

图12是示出实施方式4所涉及的光源装置的光学系统的概要结构的图。为了便于说明，在该图中省略了用于设置光学元器件的机械结构、机箱、电气布线等。

实施方式4的光源装置400存在与实施方式2的光源装置200共同的部分，对于共同的部分，简化或省略说明。

(光源装置的结构)

实施方式2的光源装置200具备扩散板115，使从扩散板115通过的蓝色光束Bout直径随着前进而扩大，而非平行光束。即，使得在其前面经反射器件212和第三二向色镜201c反射而射向第二聚光透镜系统109的蓝色光束的直径扩大。

与此相对，在本实施方式中，不使用扩散板115，而是隔着反射器件212在其前后设置了凹透镜110和凸透镜111。通过凹透镜110和凸透镜111，直径为D1的平行的蓝色光束Bout在光学上被调整为在入射至第二聚光透镜系统109时直径变为D2(其中，D2＞D1)。可以将凹透镜110和凸透镜111配置为使蓝色光束Bout在从凸透镜111射出的时点变成直径为D2的平行光束。另外，凹透镜110和凸透镜111可以分别由一枚透镜构成，但是根据情况也可以使其中一方或双方由多枚透镜构成。

根据本实施方式，实现与实施方式2同样的效果，并且由于使用凹透镜110和凸透镜111来代替扩散板115，因此能够将入射至第二聚光透镜系统109的蓝色光束Bout扩大得更大或者高精度地调整直径。

[实施方式5]

图13的(a)是示出实施方式5所涉及的光源装置的光学系统的概要结构的图。为了便于说明，在该图中省略了用于设置光学元器件的机械结构、机箱、电气布线等。

实施方式5的光源装置500存在与实施方式2的光源装置200共同的部分，对于共同的部分，简化或省略说明。

(光源装置的结构)

实施方式2的光源装置200具备扩散板115，使从扩散板115通过的蓝色光束Bout直径随着前进而扩大，而非平行光束。即，使得在其前面经反射器件212和第三二向色镜201c反射而射向第二聚光透镜系统109的蓝色光束的直径扩大。

与此相对，在本实施方式中，不使用扩散板115，而是隔着反射器件212在其前后设置了平顶器件116和凸透镜111。通过平顶器件116和凸透镜111，直径为D1的平行的蓝色光束Bout在光学上被调整为在入射至第二聚光透镜系统109时直径变为D2(其中，D2＞D1)。

进而，平顶器件116具有对蓝色光束Bout入射至光通道140时入射口的光束剖面进行调整的功能。在像实施方式2那样使用扩散板115的情况下，如图13的(b)所示，在光通道140的入射口，蓝色光束Bout的光束剖面是尾部较长的高斯分布。因此，尾部的一部分超出了光通道140的入射口的外缘而不能入射至光通道140，从而产生了蓝色光的损耗。如果在高斯分布的状态下缩小点径，想要使整个尾部都入射至光通道140，则显示画面的周边部的强度变小，在画面内有可能明显存在亮度不均和颜色深浅不均。

在本实施方式中，由于使用平顶器件116，因此如图13的(c)所示，能够将光通道140的入射口处的蓝色光束Bout的光束剖面调整为顶部平坦的形状。平顶器件116例如可以通过在XY平面内以二维阵列状配置有显微透镜的器件结构来实现，但是，如果能够如前所述调整光束剖面，则也可以是其他结构的器件。

根据本实施方式，实现与实施方式2同样的效果，并且由于使用平顶器件116和凸透镜111来代替扩散板115，因此能够将入射至第二聚光透镜系统109的蓝色光束Bout扩大得更大或者高精度地调整直径。进而，具有提高蓝色光的利用效率，抑制显示画面内的亮度不均和颜色深浅不均的效果。

[实施方式6]

图14是示出实施方式6所涉及的光源装置的光学系统的概要结构的图。为了便于说明，在该图中省略了用于设置光学元器件的机械结构、机箱、电气布线等。

实施方式6的光源装置600存在与实施方式4的光源装置400共同的部分，对于共同的部分，简化或省略说明。

(光源装置的结构)

本实施方式的光源装置600在第四二向色镜202a与二向色镜201d之间具备聚光透镜108。这一点与实施方式4的光源装置400不同。

聚光透镜108被设置为，对从第一二向色镜201a或二向色镜201d透射而射向第四二向色镜202a的荧光不起作用(不产生干扰)，对经第四二向色镜202a反射而射向二向色镜201d的荧光带来聚光作用。

利用聚光透镜108使荧光聚光，从而能够缩小入射至第二聚光透镜系统109时荧光的光束直径(图6的(b)中的虚线)。因此，能够缩小图6的(b)所示的经第二聚光透镜系统109聚光后的荧光射向光颜色选择色轮130a时的会聚角αin(荧光)以及从光通道140射出荧光时的扩展角αout(荧光)。即，能够缩小从光通道140射出蓝色光时的扩展角αout(蓝)与射出荧光时的扩展角αout(荧光)之间的差异，可以进一步降低显示画面内的亮度不均和颜色深浅不均。

另外，由于经聚光透镜108聚光后的荧光的光束直径变小，因此与实施方式4的光源装置400相比，能够使二向色镜201d和第二聚光透镜系统109小型化。

[实施方式7]

图15的(a)是示出实施方式7所涉及的光源装置的光学系统的概要结构的图。为了便于说明，在该图中省略了用于设置光学元器件的机械结构、机箱、电气布线等。

实施方式7的光源装置700存在与实施方式5的光源装置500共同的部分，对于共同的部分，简化或省略说明。

(光源装置的结构)

本实施方式的光源装置700与实施方式5同样具备发出蓝色光的激光光源101B、由凸透镜502和凹透镜503构成的准直透镜系统504、第一二向色镜201a、二向色镜201d、由凸透镜105A和凸透镜105B构成的第一聚光透镜系统105(第一聚光光学系统)、第二聚光透镜系统109(第二聚光光学系统)、平顶器件116、反射器件212、凸透镜111以及光通道140。

关于发出蓝色光的激光光源101B(输出第一波长区域的光的第一激光光源)，如图15的(b)所示，本实施方式的光源装置700使用与实施方式5同样结构的激光光源。在将激光光源101B发出的蓝色光作为用于激发荧光体的激发光和用于显示的蓝色照明光来使用这一点上，本实施方式与实施方式5是共同的。

另一方面，本实施方式具备发出红色光的激光光源101R(输出第二波长区域的光的第二激光光源)，在将激光光源101R发出的红色激光(R)而非荧光体发出的红色荧光作为用于显示的红色照明光来使用这一点上，与实施方式5的光源装置500不同。激光光源101R输出的色纯度高的红色光并不用于激发荧光体，而是专门用于显示。因此，光源装置700的光学系统被配置为，能够将激光光源101B发出的蓝色光、荧光体发出的荧光、以及激光光源101R发出的红色光以同轴射出。

激光光源101R具备中心波长例如在635nm附近振荡的红色半导体激光器102R。为每个红色半导体激光器102R设置有准直透镜103。一般而言，半导体激光器发出的光束具有既定角度的扩展，通过设置准直透镜103，从而能够抑制光束的扩展，使大致平行的光束从激光光源101R射出。其中，准直透镜103与安装红色半导体激光器102R的封装可以为一体式，也可以设为分体。当设为分体时，可以紧接在多个红色半导体激光器102R的后面独立地配置透镜阵列来构成光源模组。

如图15的(c)所示，在激光光源101R中，红色半导体激光器102R与准直透镜103的配对在YZ面内被配置为阵列状，向正Z方向射出红色光束。为了将输出的光束的直径设为D2(参考图6的(b))，如图15的(c)所示，将红色半导体激光器102R与准直透镜103的配对配置为2×2的阵列，但配对的配置方法并不限于此例，可以适当地变更。

回到图15的(a)，在本实施方式中，在与实施方式5中设置了能够旋转的荧光色轮120a的相同位置，设置有能够旋转的荧光色轮120b。另外，在与实施方式5中设置了能够旋转的光颜色选择色轮130a的相同位置，设置有能够旋转的光颜色选择色轮130b。

在图16的(a)中示出本实施方式中使用的荧光色轮120b的主视图。如图所示，荧光色轮120b与图3的(a)所示的实施方式5的荧光色轮120a相比，结构不同。在本实施方式的荧光色轮120b中，沿着圆周，在沿着圆周方向观察大约9点到4点的范围内设置有涂布有G用荧光体的荧光区域PH，在从4点到6点的范围内设置有用于反射激光光源101B的输出光的反射区域RL，在从6点到大约9点的范围内设置有在光学上不具有功能的无功能区域NF。通过以旋转轴C1为中心旋转荧光色轮120b，从而使聚光到荧光色轮120b上的蓝色光依次对反射区域RL和荧光区域PH进行照射。

这里，为了便于说明，在第一聚光透镜系统105的聚光位置处，将图16的(a)所示的荧光色轮120b的1点到4点的区域位于第一聚光透镜系统105的聚光位置处的时段称为G输出时段，将4点到6点的区域位于第一聚光透镜系统105的聚光位置处的时段称为B输出时段，将6点到大约9点的区域位于第一聚光透镜系统105的聚光位置处的时段称为R输出时段，将大约9点到1点的区域位于第一聚光透镜系统105的聚光位置处的时段称为Y输出时段。G输出时段相当于光源装置700输出绿色光的时段，B输出时段相当于光源装置700输出蓝色光的时段，R输出时段相当于光源装置700输出红色光的时段，Y输出时段相当于光源装置700输出黄色光的时段。

在本实施方式中，激光光源101B被控制为在G输出时段、B输出时段、Y输出时段点亮而输出蓝色光，在R输出时段熄灭。在G输出时段和Y输出时段从激光光源101B输出的蓝色光作为用于激发G用荧光体的激发光来发挥功能，在B输出时段输出的蓝色光作为用于图像显示的蓝色光(B色光)来发挥功能。

另外，激光光源101R被控制为在R输出时段、Y输出时段点亮而输出红色光，在B输出时段和G输出时段熄灭。在R输出时段输出的红色光作为用于图像显示的红色光(R色光)来发挥功能，在Y输出时段输出的红色光与绿色荧光叠加而作为用于图像显示的黄色光(Y色光)来发挥功能。

在图16的(b)中示出光颜色选择色轮130b的主视图。本实施方式的光颜色选择色轮130b与实施方式5中使用的光颜色选择色轮130a相比，结构不同。在本实施方式的光颜色选择色轮130b中，分别地，在与G输出时段对应的区域中设置有G用滤片，在与B输出时段对应的区域中设置有B用扩散部，在与R输出时段对应的区域中设置有R用扩散部，在与Y输出时段对应的区域中设置有Y用滤片。光颜色选择色轮130b与电机相连接，电机以旋转轴C2为中心进行旋转，光颜色选择色轮130b被控制为与荧光色轮120b同步旋转。

回到图15的(a)，在本实施方式中，在与实施方式5中设置了第四二向色镜202a的相同位置，设置有二向色镜202b。在图17中以实线示出二向色镜202b的光学特性。为参考起见，在该图中以虚线示出激光光源101B的蓝色光(波长在445nm附近)和激光光源101R的红色光(波长在635nm附近)。二向色镜202b具有使红色光(R光)透射而反射绿色光(G光)的光学特性。具有这种特性的二向色镜202b例如可以通过在透明的玻璃基板等上蒸镀介质多层膜来形成。

在本实施方式中，在B输出时段从激光光源101B输出的蓝色光的动作与实施方式5同样。另外，在G输出时段和Y输出时段从激光光源101B输出的蓝色光作为激发光对荧光体进行照射的动作与实施方式5同样。另外，由于二向色镜202b具有反射荧光体发出的绿色光(G光)的光学特性，因此在G输出时段和Y输出时段从G用荧光体输出的绿色光的动作与实施方式5同样。

接着，对从激光光源101R输出的红色激光的动作进行说明。激光光源101R被控制为在R输出时段和Y输出时段输出红色激光。

从激光光源101R输出的红色激光向正Z方向前进并入射至二向色镜202b，由于二向色镜202b具备图17所示的光学特性，因此红色光透射而向正Z方向前进并入射至二向色镜201d。由于二向色镜201d具备图5的(a)所示的光学特性，因此红色光透射而入射至第二聚光透镜系统109。各光学元器件被配置为，使得入射至第二聚光透镜系统109的红色光的光束与入射至第二聚光透镜系统109的蓝色光的光束及绿色荧光的光束同轴。

在R输出时段入射至第二聚光透镜系统109的红色光经由光颜色选择色轮130b的R用扩散部朝向光通道140的入射口被聚光。另外，在Y输出时段入射至第二聚光透镜系统109的红色光与同样在Y输出时段入射至第二聚光透镜系统109的绿色光叠加而成为黄色光，经由光颜色选择色轮130b的Y用滤片朝向光通道140的入射口被聚光。

在本实施方式中，由于将红色激光光源的输出光作为用于显示的照明光来使用，因此除了能获得与实施方式5同样的效果之外，还能够进一步提高红色光的色纯度以及色平衡的画面内均匀性。

[实施方式8]

图18是示出实施方式8所涉及的投影显示装置的光学系统的概要结构的图。为了便于说明，在该图中省略了用于设置光学元器件的机械结构、机箱、电气布线等。投影显示装置1000具备光源装置200、照明透镜150、棱镜171、棱镜172、光调制器件160(光调制器件)、投影镜头180以及投影屏幕190。

光源装置200是前述的实施方式2所涉及的光源装置，配合图像的显示速率而分时射出蓝色光(B色光)、绿色光(G色光)、红色光(R色光)、黄色光(Y色光)。

照明透镜150是将从光源装置200的光通道140输出的光整形为适于对光调制器件160进行照明的光束的透镜，由单个或多个透镜构成。

棱镜171和棱镜172共同构成内部全反射(TIR，Total Internal Reflection)棱镜。TIR棱镜使照明光发生内部全反射而以既定的角度入射至光调制器件160，并使经光调制器件160调制后的反射光朝向投影镜头180透射。

光调制器件160例如使用以阵列状设置有微镜器件的数字微镜器件(DMD，DigitalMicromirror Device)。与各显示像素对应的微镜根据图像信号的亮度级被驱动，使得其反射方向通过脉冲宽度调制而变更。但也可以使用诸如反射式液晶器件之类的其他种类的反射式光调制器件。

光调制器件160与来自光源装置200的照明光的颜色切换同步地根据图像信号的各种颜色分量的亮度级来对微镜器件进行驱动，用以将图像光以既定角度朝向棱镜171反射。图像光从棱镜171和棱镜172透射，被导向投影镜头180，并被投影为彩色图像。投影镜头180由单个或多个透镜构成，也可以具备自动焦点调节功能和变焦功能。

投影屏幕190在构成背投式显示装置时使用。此外，虽然往往在正投式的情况下也设置，但是在用户向任意墙面等进行投影时不一定需要设置。

根据本实施方式，通过使用高效率且色平衡的画面内均匀性优异的小型光源装置来构成投影仪，从而能够提供小型且光利用率高、色平衡优异的投影显示装置。

[其他实施方式]

本发明的实施并不限定于上述的实施方式，在本发明的技术思想内可以进行多种变形及组合。

例如，像实施方式1中所说明的那样，通过使二向色镜的侧面与第一聚光透镜系统的光轴OX2平行来抑制在侧面产生的荧光损耗的方法可以应用于任意的二向色镜。

另外，在实施方式2以后，将实施方式1中的第二二向色镜201b和第三二向色镜201c设为一体以作为二向色镜201d，但也可以像实施方式1那样同时设置分体的二向色镜。

另外，对于在任意实施方式中使用的扩散板、凸透镜、凹透镜、平顶器件等光学器件，可以进行追加到其他实施方式中、组合使用、删除、变更配置位置等适当的变更。

另外，也可以不使用扩散板、凸透镜、凹透镜、平顶器件等光学器件，而是仅通过光颜色选择色轮的扩散功能来对入射至光通道140的入射口的激光的入射角度分布(会聚角度)进行控制。

另外，在实施方式8中，使用实施方式2的光源装置200构成了投影显示装置，但不言而喻，也可以使用其他实施方式的光源装置来构成投影显示装置。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，具备：

第一激光光源，输出第一波长区域的光；

第一二向色镜，具备反射所述第一波长区域的光而使荧光透射的特性，且被配置在所述第一激光光源的光轴上；

第一聚光光学系统；

能够旋转的荧光色轮，具备荧光区域和反射区域，当被所述第一波长区域的光照射时，所述荧光区域发出所述荧光，所述反射区域反射所述第一波长区域的光；

第二二向色镜，具备使所述第一波长区域的光反射而使所述荧光透射的特性；

反射器件，具备使所述第一波长区域的光反射的特性，且被配置为使反射后的所述第一波长区域的光的光轴与所述第一聚光光学系统的光轴平行；

第三二向色镜，具备使所述第一波长区域的光反射而使所述荧光透射的特性；

第二聚光光学系统；

第四二向色镜，具备使所述荧光反射的特性，且被配置为使反射后的所述荧光的光轴与所述第二聚光光学系统的光轴一致；以及

光颜色选择色轮，能够与所述荧光色轮同步旋转，且具备滤色片和扩散部，

所述第一二向色镜被配置为，使所述第一激光光源发出的所述第一波长区域的光朝向所述第一聚光光学系统的一部分而反射，

经所述第一二向色镜反射后的所述第一波长区域的光被所述第一聚光光学系统的所述一部分聚光到所述荧光色轮的所述荧光区域或所述反射区域，

所述荧光区域发出的所述荧光的一部分被所述第一聚光光学系统的所述一部分聚光，并从所述第一二向色镜透射而入射至所述第四二向色镜，

所述荧光区域发出的所述荧光的另一部分被所述第一聚光光学系统的与所述一部分不同的部分聚光，并从所述第二二向色镜透射而入射至所述第四二向色镜，

入射至所述第四二向色镜的所述荧光的一部分和所述荧光的另一部分向所述第三二向色镜被反射，并从所述第三二向色镜透射而入射至所述第二聚光光学系统，

经所述反射区域反射后的所述第一波长区域的光被所述第一聚光光学系统的与所述一部分不同的部分聚光，并被所述第二二向色镜反射而入射至所述反射器件，

入射至所述反射器件的所述第一波长区域的光被反射而入射至所述第三二向色镜，并被所述第三二向色镜反射而入射至所述第二聚光光学系统，

入射至所述第二聚光光学系统的所述荧光和所述第一波长区域的光被所述第二聚光光学系统朝向所述光颜色选择色轮聚光，

所述光颜色选择色轮通过所述滤色片过滤所述荧光，且通过所述扩散部使所述第一波长区域的光扩散，以进行输出。

2.一种光源装置，其特征在于，具备：

第一激光光源，输出第一波长区域的光；

第二激光光源，输出第二波长区域的光；

第一二向色镜，具备反射所述第一波长区域的光而使荧光透射的特性，且被配置在所述第一激光光源的光轴上；

第一聚光光学系统；

能够旋转的荧光色轮，具备荧光区域和反射区域，当被所述第一波长区域的光照射时，所述荧光区域发出所述荧光，所述反射区域反射所述第一波长区域的光；

第二二向色镜，具备使所述第一波长区域的光反射而使所述荧光透射的特性；

反射器件，具备使所述第一波长区域的光反射的特性，且被配置为使反射后的所述第一波长区域的光的光轴与所述第一聚光光学系统的光轴平行；

第三二向色镜，具备使所述第一波长区域的光反射而使所述第二波长区域的光和所述荧光透射的特性；

第二聚光光学系统；

第四二向色镜，具备使所述第二波长区域的光透射并且使所述荧光反射的特性，且被配置为使反射后的所述荧光的光轴与所述第二聚光光学系统的光轴一致；以及

光颜色选择色轮，能够与所述荧光色轮同步旋转，且具备滤色片和扩散部，

所述第二激光光源被配置为，使输出的所述第二波长区域的光的光轴与所述第二聚光光学系统的光轴一致，从所述第二激光光源输出的所述第二波长区域的光从所述第四二向色镜和所述第三二向色镜透射而入射至所述第二聚光光学系统，

所述第一二向色镜被配置为，使所述第一激光光源发出的所述第一波长区域的光朝向所述第一聚光光学系统的一部分而反射，

经所述第一二向色镜反射后的所述第一波长区域的光被所述第一聚光光学系统的所述一部分聚光到所述荧光色轮的所述荧光区域或所述反射区域，

所述荧光区域发出的所述荧光的一部分被所述第一聚光光学系统的所述一部分聚光，并从所述第一二向色镜透射而入射至所述第四二向色镜，

所述荧光区域发出的所述荧光的另一部分被所述第一聚光光学系统的与所述一部分不同的部分聚光，并从所述第二二向色镜透射而入射至所述第四二向色镜，

入射至所述第四二向色镜的所述荧光的一部分和所述荧光的另一部分向所述第三二向色镜被反射，并从所述第三二向色镜透射而入射至所述第二聚光光学系统，

经所述反射区域反射后的所述第一波长区域的光被所述第一聚光光学系统的与所述一部分不同的部分聚光，并被所述第二二向色镜反射而入射至所述反射器件，

入射至所述反射器件的所述第一波长区域的光被反射而入射至所述第三二向色镜，并被所述第三二向色镜反射而入射至所述第二聚光光学系统，

入射至所述第二聚光光学系统的所述荧光、所述第一波长区域的光以及所述第二波长区域的光被所述第二聚光光学系统朝向所述光颜色选择色轮聚光，

所述光颜色选择色轮通过所述滤色片过滤所述荧光，且通过所述扩散部使所述第一波长区域的光和所述第二波长区域的光扩散，以进行输出。

3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，

所述第一二向色镜和所述第二二向色镜具有与所述第一聚光光学系统的光轴平行的侧面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于，

在所述第二二向色镜与所述反射器件之间，具备使所述第一波长区域的光扩散的扩散板。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于，

在所述第二二向色镜与所述反射器件之间具备凹透镜，在所述反射器件与所述第三二向色镜之间具备凸透镜。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于，

在所述第二二向色镜与所述反射器件之间具备平顶器件，在所述反射器件与所述第三二向色镜之间具备凸透镜。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的光源装置，其特征在于，

在所述第四二向色镜与所述第三二向色镜之间具备凸透镜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光源装置，其特征在于，

所述第二二向色镜与所述第三二向色镜被设为一体。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光源装置，其特征在于，

在所述第一激光光源与所述第一二向色镜之间，具备使从所述第一激光光源输出的所述第一波长区域的光的光束直径缩小的准直光学系统。

10.一种投影显示装置，其特征在于，具备：

权利要求1至9中任一项所述的光源装置；

光调制器件；以及

投影镜头。

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