CN217689745U - 光源装置和投影仪 - Google Patents

Abstract

产生照射到荧光材料上的激发光的光源装置包括：多个光源，其输出激光；以及微透镜阵列，其包括沿相互正交的两个方向并排排列的多个微透镜，从光源输出的激光入射在微透镜上，微透镜阵列将离开光作为激发光出射到荧光材料。微透镜阵列的入射表面上的光源的光源图像为椭圆形，光源图像的主轴方向与两个方向均相交，并且在包括第一轴、第二轴和第三轴的坐标系中，两个方向中的每一个与第二轴的方向和第三轴的方向相交，第一轴平行于入射在微透镜阵列上的激光的主光线；第二轴在反射离开微透镜阵列的激光或离开荧光材料的荧光的方向(与第一轴正交的方向)上延伸，并且第三轴与第一轴和第二轴中的每个正交的。

Description

光源装置和投影仪

技术领域

本实用新型涉及一种光源装置、一种包括该光源装置的投影仪以及一种用于将具有均匀强度分布的光从光源装置照射到特定的被照射表面的光强度分布均匀化方法。

背景技术

在用于投影彩色图像的投影仪中，已知一种系统，其中从光源出射的白光使用分色镜或高速旋转的色轮分离成红、绿和蓝三基色，并且根据每个分离的彩色光的视频信号，通过光学调制形成彩色图像。液晶面板或DMD(数字微镜器件)用于针对光学调制使用的图像形成装置。

在上述投影仪中，传统地主要使用利用高亮度放电灯等作为光源的构造。然而，近年来，为了延长光源的产品寿命和低功耗，已开发使用诸如激光二极管(以下称为LD)或LED(发光二极管)等半导体器件作为光源的投影仪。

当使用半导体器件作为光源时，通常由于半导体器件只能出射单一波长的光，所以存在其中从光源出射的彩色光作为激发光照射到荧光体上，而不直接从光源获得的彩色光分别由荧光体出射的构造。例如，当出射在蓝色波长区域中具有峰波长的激光的蓝色LD用作光源时，通过使用荧光体出射红光和绿光。在一些投影仪中，存在其中不使用出射红光和绿光的单独荧光体而使用出射包括红色和绿色分量的黄光的荧光体的构造。由荧光体出射的黄光、红光和绿光与从例如蓝色LD出射的蓝光合成以转换成白光，其用作照射图像形成装置的照明光。

在上述光源中使用LD的构造中，为了从光源输出更高亮度的光，通过增加LD的数量来增加光输出(光功率)就足够了。通常，从LD 出射的激光是呈椭圆锥状延伸的形状，与光轴正交的截面成为在短轴方向上具有宽度窄的椭圆形状。例如，当使用以格子状排列的多个LD 时，由每个激光形成的多个光源图像将在图10中示出。

当来自具有这种不均匀强度分布的光源的光被用作例如用于照射荧光体的激发光时，荧光体的发光效率降低。众所周知，荧光体的发光效率取决于温度，温度越高发光效率越低。因此，当将具有光强度分布局部峰的激发光照射到荧光体上时，在被峰光照射的部分处的温度升高，而在其他部分处照射低强度的光，使得荧光体的发光效率降低。

此外，当包括来自具有不均匀强度分布的光源的光的照明光照射到图像形成装置时，会导致投影图像中的颜色不均匀和亮度不均匀。

因此，在使用LD作为光源的投影仪中，需要将来自光源的强度分布不均匀的光转换为特定的被照射表面上的强度分布均匀的光。

作为使被照射表面的光强度分布均匀的方法，已知使用扩散板的方法、使用棒状积分器或光隧道的方法、使用微透镜阵列的方法等。例如，专利文献1描述了一种构造，其中通过使用微透镜阵列使从具有LD的光源照射到图像形成装置的照明光的强度分布均匀。

相关现有文献

专利文件

专利文献1：JP 2016-062038 A

实用新型内容

技术问题

微透镜阵列是包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜 (以下称为单体)的构造。如图11A所示，在微透镜阵列的被照射表面上，如果形成相对于由激光形成的每个光源图像的大小足够小的单体，则可以提高被照射表面的光照强度分布的均匀性，如图11B所示。然而，当单体小时，在制造时会发生边缘下垂，并且单体之间形成的脊线部分的比例随着单体数量的增加而增加。由于通过这种脊线部分的光不会受到透镜效应，因此在具有小单体的微透镜阵列中光利用效率降低。即，微透镜阵列的单体的小型化在制造上存在限制。

如上所述，从LD出射的激光的光源图像是在短轴方向上具有窄宽度的椭圆形。当如图12A所示使用具有相对于光源图像大小在某一水平上具有大单体的微透镜阵列时，由被照射表面中的光源图像的形状引起的光强度分布的均匀性降低，如图12B所示。随着微透镜阵列的被照射表面中的光源图像大小单体变得更大，这变得更加明显。

在专利文献1中，当相干激光入射到微透镜阵列上时，在微透镜阵列上形成干涉条纹，指出了干涉条纹在图像形成装置上的同一位置叠加成为干涉条纹图案的问题，并提出了用于降低干涉条纹图案出现的构造。专利文献1中描述的技术没有改善由光源图像的形状引起的被照射表面上的光强度分布的不均匀。

即使新安装用于改善被照射表面上光强度分布不均匀的装置，例如，在用于激发光照射在荧光体上的光源装置中，也期望将结构问题降低到与光源装置相关联的机构和设备，诸如用于固定激发光的光源和用于吹向光源的冷却风扇的位置的机构。

此外，在用于对照射到图像形成装置的光进行照明的光源装置中，期望将结构问题降低到用于投影由根据视频信号从光源输出的照明光形成的图像光的光学系统的机构和设备。

本实用新型是为了解决上述背景技术的问题而提出的，本实用新型的目的在于提供一种光源装置、投影仪及光强度分布均匀化方法，其能够改善由光源图像的形状引起的特定的被照射表面的光强度分布的不均匀，同时降低结构问题。

技术方案

为了实现上述目的，本实用新型的光源装置的示例性方面是一种用于产生照射到荧光体的激发光的光源装置，包括：

多个光源，其出射激光；以及

微透镜阵列，其包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜，被入射有从光源出射的激光，并利用输出光作为激发光照射荧光体，其中：

在微透镜阵列的被照射表面上的光源的光源图像为椭圆形；

光源图像的长轴方向与两个方向均相交；并且

在包括第一轴、第二轴和第三轴的坐标系中，

两个方向分别与第二轴的方向和第三轴的方向相交，

其中，第一轴平行于入射在微透镜阵列上的激光的主光线；第二轴在反射从微透镜阵列出射的激光或从荧光体出射的荧光的方向上，该方向是与第一轴正交的方向；并且第三轴分别与第一轴和第二轴正交。

另外，本实用新型的光源装置的示例性方面是一种用于产生微透镜阵列的入射光的光源装置，微透镜阵列包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜，并且利用输出光照射执行光学调制的图像形成装置，该光源装置包括：

多个光源，其出射激光，其中：

在微透镜阵列的被照射表面上的光源的光源图像为椭圆形；

光源图像的长轴方向与两个方向均相交；并且

在包括第一轴、第二轴和第三轴的坐标系中，

两个方向分别平行于第二轴的方向或第三轴的方向，

其中，第一轴平行于入射在微透镜阵列上的激光的主光线；第二轴在反射从微透镜阵列出射的激光或从荧光体出射的荧光的方向上，该方向是与第一轴正交的方向；第三轴分别与第一轴和第二轴正交。

另外，本实用新型的光源装置的示例性方面是一种用于产生第一微透镜阵列的入射光的光源装置，第一微透镜阵列包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜并且利用输出光照射执行光学调制的图像形成装置，该光源装置包括：

多个第一光源，其出射激光并且利用输出光照射第一微透镜阵列；

多个第二光源，其出射激光；以及

第二微透镜阵列，其包括多个微透镜，微透镜排列在相互正交的第三方向和第四方向上，并且被照射有从第二光源出射的激光，并且利用输出光照射荧光体，其中：

在第一微透镜阵列的被照射表面上的第一光源的光源图像为椭圆形；

第一光源的光源图像的长轴方向与第一方向和第二方向均相交；

在第二微透镜阵列的被照射表面上的第二光源的光源图像为椭圆形；

第二光源的光源图像的长轴方向与第三方向和第四方向均相交；并且

第一方向和第二方向与第三方向和第四方向均相交。

本实用新型的投影仪的示例性方面是一种投影仪，包括：

上述任何一种光源装置；以及

投影光学系统，其投影由光源装置的出射光形成的图像光。

本实用新型的光强度分布均匀化方法的示例性方面是一种用于使照射到光源装置中的荧光体的激发光的强度分布均匀化的光强度分布均匀化方法，该光源装置包括：

多个光源，其出射激光；以及

微透镜阵列，其包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜，被入射有从光源出射的激光，并用输出光作为激发光照射荧光体，

其中，在微透镜阵列的被照射表面上的光源的光源图像为椭圆形，

其中，光源图像的长轴方向与两个方向均相交；

在包括第一轴、第二轴和第三轴的坐标系中，光强度分布均匀化方法包括以下步骤：

排列微透镜阵列，使得两个方向分别与第二轴的方向和第三轴的方向相交；并且

利用从微透镜阵列出射的光作为激发光照射荧光体，

其中，第一轴平行于入射在微透镜阵列上的激光的主光线；第二轴在反射从微透镜阵列出射的激光或从荧光体出射的荧光的方向上，该方向与第一轴正交的方向；并且第三轴分别与第一轴和第二轴正交。

另外，本实用新型的光源装置的示例性方面是一种光强度分布均匀化方法，该光强度分布均匀化方法用于使来自光源装置的照射图像形成装置的照明光的强度分布均匀化，该光源装置用于产生微透镜阵列的入射光，微透镜阵列包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜并且利用输出光照射进行光学调制的图像形成装置，

其中，光源装置还包括多个出射激光的光源，

其中，在微透镜阵列的被照射表面上的光源的光源图像为椭圆形，

其中，光源图像的长轴方向与两个方向均相交，

在包括第一轴、第二轴和第三轴的坐标系中，光强度分布均匀化方法包括以下步骤：

排列微透镜阵列，使得两个方向分别平行于第二轴的方向或第三轴的方向；和

利用从微透镜阵列出射的光照射图像形成装置，

第一轴平行于入射在微透镜阵列上的激光的主光线；第二轴在反射从微透镜阵列出射的激光或从荧光体出射的荧光的方向上，该方向是与第一轴正交的方向；并且第三轴分别与第一轴和第二轴正交。

有益效果

根据本实用新型，可以改善由光源图像的形状引起的特定的被照射表面上的光强度分布的不均匀性同时降低结构问题。

附图说明

图1是示出投影仪中包括的光源装置的构造示例的示意图。

图2是示出投影仪中包括的光源装置的另一构造示例的示意图。

图3是示出图2所示的光源装置获得的光源图像的排列示例的示意图。

图4A是示出第一示例性实施例的光源图像和微透镜阵列之间的关系的示例的示意图。

图4B是示出在图4A所示的光源图像和微透镜阵列之间的关系中被照射表面的光强度分布的示例的示意图。

图5A是示出第一示例性实施例的光源图像和微透镜阵列的另一关系示例的示意图。

图5B是示出图5A所示的光源图像与微透镜阵列的关系中的被照射表面的光强度分布的示例的示意图。

图6是示出相对于微透镜阵列的旋转角的被照射表面上的光的峰强度的示例的曲线图。

图7A是示出光源图像的大小的定义的示例的示意图。

图7B是示出微透镜阵列中包括的单体的大小的定义的示例的示意图。

图8是示出投影仪中包括的照明投影光学系统的构造示例的示意图。

图9A是示出第二示例性实施例的光源图像和微透镜阵列之间的关系的示例的示意图。

图9B是示出图9A所示的光源图像与微透镜阵列的关系中的被照射表面的光强度分布的示例的示意图。

图10是示出由激光形成的光源图像的示例的示意图。

图11A是示出背景技术的光源图像和微透镜阵列之间的关系的示例的示意图。

图11B是示出图11A所示的光源图像与微透镜阵列的关系中的被照射表面的光强度分布的示例的示意图。

图12A是示出背景技术的光源图像与微透镜阵列之间的关系的另一示例的示意图。

图12B是示出图12A所示的光源图像与微透镜阵列的关系中的被照射表面的光强度分布的示例的示意图。

具体实施方式

接下来，将参考附图描述本实用新型。

(第一示例性实施例)

图1是示出投影仪中包括的光源装置的构造示例的示意图。

图1示出投影仪中包括的光学系统的示例，透镜、反射镜等的数量不限于图1所示的数量，可以根据需要增加或降低。此外，图1示出将从LD出射的激光作为激发光照射到固定在高速旋转的荧光体轮上的环状荧光体的构造示例。荧光体不限于其中固定在荧光体轮上的构造，也可以固定在后述的图2所示的不具有旋转机构或移动机构的预定部分。

图1所示的光源装置包括多个LD 11、多个准直透镜1a、透镜1b、 1c、1d和1e、两组微透镜阵列12和13、荧光轮14、分色镜15和颜色合成系统16。虽然在图1中示出了四个光源(LD 11)，但是可以使用任意数量的LD 11，只要数量是一个或多个。多个光源包括从LD出射的激光被分成多个光源的情况。

从多个LD 11出射的激光分别被准直透镜1a转换成平行光通量，转换后的光被透镜1b和1c会聚并入射到微透镜阵列12和13上。从微透镜阵列13出射的光被透镜1d会聚，并入射到分色镜15上。

作为入射侧的微透镜阵列12分割入射光的光通量，作为出射侧的微透镜阵列13在被照射表面上形成每个分割的光通量的图像，从而微透镜阵列12和13将入射光的强度分布转换成预定的被照射表面上的均匀的光。

微透镜阵列12和13被构造为包括排列在相互正交的两个方向上的多个单体。例如，多个单体中的每一个具有正方形形状或矩形形状，并且以格子形状或交错形状排列。每个单体中包括的透镜为平凸透镜或双凸透镜，透镜形状可以是正方形、矩形或圆形。如果每个单体由平凸透镜形成，则凸表面可以是光的入射表面侧，也可以是光的出射表面侧。当分别向光的入射表面侧和出射表面侧提供凸表面时，可以一体地形成两个微透镜阵列12和13。微透镜阵列12和13的形状可以与被照射表面的形状相匹配并且可以是正方形、矩形或圆形。微透镜阵列12和13的大小可以是要入射由从多个LD 11出射的激光形成的所有光源图像的大小。

例如，分色镜15具有使比预定波长长的波长光透过并且反射比预定波长短的波长光的特性。在本说明书中，假设分色镜15反射从LD 11 出射的激光(激发光)并使荧光轮14上的荧光体出射的光透过。入射在分色镜15上的光(激发光)在荧光轮14的方向上反射，被透镜1e 会聚，并照射到荧光轮14上的荧光体上。

荧光轮14出射波长与来自从LD 11出射的激发光(例如蓝光)的激发光(例如蓝光)的波长不同的光(例如黄光)。荧光轮14通过利用电机(未示出)高速旋转，通过移动激发光的照射位置来降低荧光体的温度升高，并有效地冷却荧光体。荧光体出射的光通过透镜1e，并且入射到分色镜15，并且透过分色镜15。

在第一示例性实施例中，因为从光源装置出射白光，所以颜色合成系统16产生对于白光的合成来说不足并且与荧光体出射的颜色光不同的颜色光。例如，当黄光由荧光体出射时，蓝光可以由颜色合成系统16出射。在这种情况下，颜色合成系统16可以被构造为包括蓝色 LD、用于扩散从蓝色LD出射的激光的扩散板、透镜等，用于通过会聚从扩散板出射的光来照射分色镜15。如果设有使从光源装置向后述的照明投影光学系统17出射的光强度分布均匀的构造，则不需要使用扩散板。用于合成白光的颜色光可以是与从LD 11出射的激光相同颜色的光，并且从LD 11出射的激光可以用于合成白光。

从颜色合成系统16出射的光被分色镜15反射，与由荧光体出射且透过分色镜15的光合成，并且从光源装置输出合成光。

从光源装置出射的光(白光)根据图像信号，针对红、绿、蓝光三基色中的每一个进行光学调制，入射到投影通过光学调制形成的图像光的照明投影光学系统17。

图2是示出包括在投影仪中的光源装置的另一构造示例的示意图。

图2所示的光源装置是将从两个合成光源单元出射的激光合成以获得更亮的投影光，并将合成光用作用合成光照射荧光体的激发光的构造示例。图2仅以简化形式示出了光源装置的主要构造，光源装置可以根据需要包括诸如透镜和反射镜的光学部件。图2示出了合成由两个合成光源单元出射的光，但是可以合成由三个或更多个合成光源单元出射的光的示例。

图2所示的光源装置包括两个合成光源单元21和22、合成镜23、微透镜阵列24和25、分色镜26、荧光体27和颜色合成系统28。

合成光源单体21和22被构造为包括多个光源，例如，多个LD 排列成格子状。

合成镜23具有使入射在一个表面上的光透过并反射入射在另一表面上的光的特性。合成光源单元21和22出射的光分别入射到合成镜23上，并由合成镜23合成，合成光入射到微透镜阵列24和25上。例如，在微透镜阵列24的被照射表面上的从合成镜23出射的合成后的光源图像排列成交错图案，如图3所示。

如上所述，微透镜阵列24和25将入射光转换成均匀的光强度分布并将输出光出射到分色镜26。

分色镜26具有反射从合成光源单元21和22出射的光(激发光) 并透过荧光体27出射的光的特性。入射到分色镜26上的光被反射并照射到荧光体27上。

荧光体27被构造为固定到没有旋转机构或移动机构的预定部分，并且出射具有与来自从合成光源单元21和22出射的激发光(例如，蓝光)的激发光的波长不同的波长的光(例如，黄光)。荧光体27出射的光入射到分色镜26上并透过分色镜26。

由于图2所示的光源装置向照明投影光学系统29出射白光，所以颜色合成系统28产生与荧光体27出射的颜色光不同、不足以合成白光的颜色光。例如，当荧光体27出射黄光时，颜色合成系统28可以出射蓝光。颜色合成系统28可以具有与图1所示的颜色合成系统16相同的构造。

彩色合成系统28的出射光被分色镜26反射，入射到照明投影光学系统29上以与透过分色镜26的荧光体27出射的光合成。

在这样的构造中，本实用新型通过排列光源和微透镜阵列使得由激光在微透镜阵列的被照射表面上形成的光源图像的长轴方向与在单体对齐的方向相交，使在特定的被照射表面上的强度分布均匀化。

例如，设置坐标系，该坐标系包括平行于入射在微透镜阵列上的激光的主光线的第一轴；在垂直于第一轴的方向的、在反射从微透镜阵列出射的激光或从荧光体出射的荧光的方向上的第二轴；以及分别垂直于第一轴和第二轴的第三轴。例如，在图4A所示的示例中，第一轴为Z轴，第二轴为X轴，第三轴为Y轴。然后，在第一示例性实施例中，排列光源使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的长轴方向与单体的两个方向相交，排列微透镜阵列使得单体对齐的两个方向分别与第二轴的方向和第三轴的方向相交。

例如，在图1所示的构造中，每个LD 11被排列成使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的长轴方向沿着图4A所示的X轴。然后，排列微透镜阵列12和13，使得单体对齐的两个方向与每个光源图像的长轴方向和短轴方向都相交。

在图2所示的构造中，两个合成光源单元21和22被排列成使得在微透镜阵列的入射表面处合成后的每个光源图像的长轴方向分别沿着图4A所示的X轴。然后，排列微透镜阵列24和25，使得单体对齐的两个方向与每个合成光源图像的长轴方向和短轴方向都相交。

以下，可以将单体对齐的方向称为“单体的边界线的方向”。在下文中，将在其中排列LD和微透镜阵列使得光源图像的长轴方向和单体的边界线或对角线相交的示例中描述本说明书。LD和微透镜阵列可以排列成使得光源图像的短轴方向和单体的边界线或对角线的方向相交。

如图12A所示，当单体的边界线的方向与入射到微透镜阵列上的光源图像的长和短轴方向平行时，来自光源的光相对均匀地入射到每个单体上。在这种情况下，由于出射每个单体具有相同强度分布的光，因此在被照射表面(成像表面)中，由于椭圆形光源图像，从每个单体出射的强度分布不均匀的光被叠加。因此，如图12B所示，在被照射表面中的光强度分布中出现偏振。

另一方面，如图4A所示，当单体的边界线的方向与光源图像的长轴方向和短轴方向相交时，来自光源的光永远不会均匀地入射到多个相邻的单体。在这种情况下，由于具有不同强度分布的光从各个单体出射，所以通过将光叠加在被照射表面上，被照射表面上的光强度分布变得均匀，如图4B所示。

如图5A所示，即使每个单体的对角线的方向与入射到微透镜阵列上的光源图像的长轴和短轴方向平行，来自光源的光也均匀入射每个单体。结果，被照射表面上的光强度分布的均匀性降低，如图5B所示。因此，期望将每个微透镜阵列排列使得光源图像的长轴方向不仅与单体的边界线的方向相交，而且与单体的对角线的方向相交。

如图5A所示，在由平行于单体的边界线、相互正交的X轴和Y 轴组成的平面中，假设每个单体的X轴方向的长度为a，Y轴方向的长度为b。相对于微透镜阵列的旋转角度(相对于光源图像的纵向的角度) θ，被照射表面中的光的峰强度将在图6中示出。假设微透镜阵列中包括的多个单体排列成格子状。

如图6所示，当光源图像的旋转角θ为0度、90度和tan^-1(b/a) 时，在强度分布中具有局部峰的光被照射到被照射表面。微阵列透镜的旋转角度θ为0度，90度是指当光源图像的长轴方向与光源图像的单体的边界线平行时的情况。宏透镜的旋转角θ为tan^-1(b/a)是指当光源图像的长轴方向与单体的对角线的方向相互平行时的情况。

因此，为了使被照射表面上的光强度分布均匀，光源图像的旋转角θ不设置为0度、90度、tan^-1(b/a)及其周围的角度。

具体地，期望每个LD的光源图像的长轴方向与单体的边界线的方向相交的角度为5度或更多。类似地，期望每个LD的光源图像的长轴方向与单体的对角线的方向相交的角度为5度或更多。

即，期望微透镜阵列相对于光源图像的长轴方向的旋转角度θ为如下所示：

[公式1]

5度≤θ≤tan^-1(b/a)-5度，或

tan^-1(b/a)+5度≤θ≤85度。

例如，如果每个单体为正方形，则微透镜阵列相对于光源图像的长轴方向的旋转角度θ可以设置在5至40度或50至85度的范围内。当设置微透镜阵列相对于光源图像的短轴方向的旋转角度时，由于光源图像的短轴方向是与长轴方向正交的方向，因此可以使用通过将90 度添加到长轴方向的旋转角度θ获得的角度。

除了图3中X所示的每个光源图像的短轴方向和Y所示的每个光源图像的长轴方向，当通过使用图2所示的光源装置将多个光源图像如图3所示交错排列时，每个光源图像也周期性地定位到不同于长轴方向和短轴方向的第一和第二方向，其中S1和S2所示的多个光源图像被成直线地排列。

因此，当多个光源图像交错排列时，每个LD和微距阵列被排列使得单体的边界线的方向分别与每个光源图像的短轴方向、每个光源图像的长轴方向以及第一和第二方向相交。此外，每个LD和微距阵列被排列使得单体的对角线的方向分别与每个光源图像的短轴方向、每个光源图像的长轴方向以及第一和第二方向相交。

此时，期望单体的边界线的方向与每个光源图像的短轴方向、每个光源图像的长轴方向以及第一和第二方向相交的角度为5度或更多。此外，期望单体的对角线的方向与每个光源图像的短轴方向、每个光源图像的长轴方向以及第一和第二方向相交的角度为5度或更多。

当三个或更多个合成光源单元出射的光被合成时，每个LD和微距阵列被排列使得单体的边界线的方向或对角线的方向与每个光源图像的短轴方向、每个光源图像的长轴方向以及其他多个光源图像成直线地排列的方向相交。

如果单体相对于微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的大小足够大，则光源图像将跨多个相邻单体入射到微透镜阵列的概率将降低。在这种情况下，入射到微透镜阵列上的光源图像的光通量很难被多个单体分割，即使单体的边界线的方向或对角线的方向和光源图像的长轴方向相交，则有可能无法在被照射表面中获得均匀的光强度分布。因此，期望微透镜阵列的单体的大小被设为使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像跨多个单体被照射。

例如，考虑一个示例，其中如图7A所示，入射到微透镜阵列上的光源图像的短轴方向的宽度为c，其中，如图7B所示，平行于光源图像的短轴方向的单体的长度为L。

如果L≤0.5c，由于单体相对于光源图像的大小可以说是足够小，而单体的边界线的方向或对角线的方向不会与光源图像的长轴方向相交，被照射表面中的光强度分布变得相对均匀。因此，在L≤0.5c的情况下，单体的边界线的方向或对角线的方向与光源图像的长轴方向相交可以不是必须的。当然，即使L≤0.5c，单体的边界线的方向或对角线的方向也可以与光源图像的长轴方向相交。然而，如上所述，在具有小单体的微透镜阵列中，由于在制造时容易发生边缘下垂，因此期望L的长度为0.5c或更多。

另一方面，在L≤3.0c的情况下，由于单体相对于光源图像的大小来说是足够大的，即使单体的边界线的方向或对角线的方向和光源图像的长轴方向相交，则被照射表面中的光强度分布可能会不均匀。

因此，可以将第一示例性实施例被应用于的包括LD和微透镜阵列的光学系统设计为使得L≤3.0c，特别地，期望设计为使得0.5c≤L ≤3.0c。

在以上描述中，已经描述了其中使用多个LD作为光源的构造的示例，但是LD的数量可以是一个。如果使用多个LD作为光源，由于针对微透镜阵列的每个单体将光源图像分成各种图案入射，因此更容易获得本实用新型的效果。

在第一示例性实施例中，由于每个LD和微透镜阵列应该被排列使得单体的边界线的方向或对角线的方向与光源图像的长轴方向相交，因此可以想到每个LD与上述第二轴和第三轴的两个方向相交的构造。

然而，在图1和图2所示的用于激发光的光源装置中，当每个LD 排列成与上述第二轴和第三轴的两个方向相交时，增加了与光源装置相关联的机构和设备的结构问题。

近年来，需要一种能够投影更亮图像的高亮度投影仪以满足各种使用环境。因此，例如，如在图2所示的构造中，当用作用于照射荧光体的激发光的光源的LD数量增加时，用于冷却每个LD的散热器数量增加或增涨到的大的大小，用于向每个LD供电的电源线的数量也增加，从而整个光源装置变大。因此，与光源装置相关联的机构和设备的结构问题进一步增加。

另一方面，在微透镜阵列与上述第二轴和第三轴的两个方向交叉的构造中，激发光倾斜地照射到荧光体表面(被照射表面)，如图4B 所示。然而，如果荧光体可以在所需区域被利用光照射，则即使利用如图4B所示的倾斜激发光照射荧光体也不是特别的问题。

因此，在第一示例性实施例中，光源被排列使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的长轴方向与每个单体的两个方向都相交，并且微透镜阵列被排列使得单体对齐的两个方向分别与第二轴和第三轴的两个方向相交。

根据第一示例性实施例，光源被排列使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的长轴方向与每个单体的两个方向都相交，并且微透镜阵列被排列使得单体对齐的两个方向分别与第二轴和第三轴的两个方向相交。因此，从每个单体出射具有不同强度分布的光，并且光叠加在作为被照射表面的荧光体表面上，使得荧光体表面上的光强度分布变得均匀。

因此，可以改善由荧光体表面中的光源图像的形状引起的光强度分布的不均匀性。

此外，因为每个LD没有被排列为与第二轴和第三轴的两个方向相交，而是微透镜阵列被排列使得单体对齐的两个方向分别与第二轴和第三轴的两个方向相交，降低了与包括LD的用于激发光的光源装置相关联的机构和设备的结构问题。

因此，在降低结构问题的同时，可以改善由光源图像的形状引起的特定的被照射表面中的光强度分布的不均匀性。

(第二示例性实施例)

图8是示出包括在投影仪中的照明投影光学系统的构造示例的示意图。

从图1或图2所示的光源装置出射的光输入到图8所示的照明投影光学系统。如图8所示，照明投影光学系统包括照明光学系统2、光学调制器3和投影光学系统4。图8示出了使用液晶面板作为光学调制单元3中包括的图像形成元件的照明投影光学系统的构造示例。本实用新型也适用于其中DMD用作图像形成元件的构造。

照明光学系统2包括积分器2a、偏振分束器2b、透镜2c、第一分色镜2d、第二分色镜2e、第一中继透镜2f、第一反射镜2g、第二中继透镜2h、第三中继透镜2i、第二反射镜2j、第四中继透镜2k和第三反射镜2m。

积分器2a将从光源装置出射的光转换为在被照射表面(液晶面板表面)上具有均匀的强度分布的光。例如，一对两个复眼透镜可以用作积分器2a。复眼透镜具有在相互正交的两个方向上排列多个微透镜 (单体)的构造，并且类似于第一示例性实施例中所示的微透镜阵列 12和13以及微透镜阵列24和25。

偏振分束器2b使从积分器2a出射的光的偏振均匀并输出该光。从偏振分束器2a输出的光通过透镜2c入射到第一分色镜2d上。

例如，第一分色镜2d使绿光和蓝光透过并反射红光。由第一分色镜2d反射的红光通过第一中继透镜2f入射到第一反射镜2g上，通过反射第一反射镜2g入射到光学调制单元3上。透过第一分色镜2d的绿光和蓝光通过第二中继透镜2h入射到第二分色镜2e上。

例如，第二分色镜2e使蓝光透过并反射绿光。由第二分色镜2e 反射的绿光入射到光学调制单元3上。穿过第二分色镜2e的蓝光通过第三中继透镜2i入射到第二反射镜2j上。

第二反射镜2j反射入射的蓝光，反射的蓝光透过第四中继透镜2k 入射到第三反射镜2m上。第三反射镜2m通过反射入射的蓝光而入射到光学调制单元3上。

光学调制单元3包括作为图像形成装置的液晶面板3a、偏振片3b 和交叉棱镜3c。

由照明光学系统2分离的各色光分别通过偏振片3b入射到为各R (红)/G(绿)/B(蓝)准备的液晶面板3a，并基于视频信号来进行光学调制。通过光学调制形成的各色光(图像光)由交叉棱镜3c合成，并且通过具有投影透镜4a的投影光学系统4投影到屏幕等(未示出) 上作为图像。

在这样的构造中，类似于第一示例性实施例，设置坐标系，其包括：平行于入射在微透镜阵列上的激光的主光线的第一轴；在从微透镜阵列出射的激光被反射的方向上，在与第一轴正交的方向上的第二轴；以及分别与第一轴和第二轴正交的第三轴。例如，在图9A所示的示例中，第一轴为Z轴，第二轴为X轴，第三轴为Y轴。然后，在第二示例性实施例中，排列光源使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的长轴方向与每个单体的两个方向相交，并且排列微透镜阵列使得单体对齐的两个方向分别平行于第二轴和第三轴的方向。

例如，在图8所示的构造中，微透镜阵列(积分器2a)被排列使得多个单体的边界线之一平行于图9A所示的X轴。并且，颜色合成系统16或28(见图1和图2)中包括的每个LD被排列使得微透镜阵列 (积分器2a)的单体的边界线的方向和光源图像的长轴方向相交。

类似于第一示例性实施例，颜色合成系统16或28(见图1和图2) 中包括的每个LD被排列使得微透镜阵列的单体的对角线的方向和光源图像的长轴方向相交。

此时，为了使被照射表面中的光强度分布均匀，类似于第一示例性实施例，期望单体的边界线的方向与光源图像的长轴方向相交的角度为5度或更多。此外，期望单体的对角线的方向与光源图像的长轴方向相交的角度为5度或更多。

此外，当多个光源图像以交错方式排列时，颜色合成系统16或 28(见图1和图2)中包括的每个LD被排列为单体对齐使得单体的边界线的方向分别与每个光源图像的短轴方向和每个光源图像的长轴方向以及其他多个光源图像成直线地排列的方向相交。或者，当多个光源图像以交错方式排列时，颜色合成系统16或28(见图1和图2)中包括的每个LD被排列为单体对齐使得单体的对角线的方向分别与每个光源图像的短轴方向、每个光源图像的长轴方向以及其他多个光源图像成直线地排列的方向相交。

此时，期望单体的边界线的方向与光源图像的短轴方向、光源图像的长轴方向和其他多个光源图像成直线地排列的方向相交的角度为 5度或更多。或者，期望单体的对角线的方向与每个光源图像的短轴方向、每个光源图像的长轴方向和其他多个光源图像成直线地排列的方向相交的角度为5度或更多。

根据第二示例性实施例，排列光源使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的长轴方向与每个单体的两个方向相交，并且排列微透镜阵列使得单体对齐的两个方向分别平行于第二轴和第三轴的方向。因此，类似于第一示例性实施例，具有均匀强度分布的光入射到预定被照射表面(液晶面板表面)(见图9B)。由于其他微透镜阵列和LD 之间的关系与第一示例性实施例中的相同，因此省略对其的描述。

在第二示例性实施例中，与第一示例性实施例一样，由于LD和微透镜阵列应该被排列使得单体的边界线或对角线的方向与光源图像的长轴方向相交例如，可以想到排列微透镜阵列使得单体对齐的方向与第二轴和第三轴的两个方向相交的构造。

然而，当微透镜阵列被排列使得单体对齐的方向与第二轴和第三轴的方向相交时，如图4B所示，从微透镜阵列出射的光相对于被照射表面(液晶面板表面)被倾斜地照射。在图8所示的照明投影光学系统中，由于微透镜阵列(积分器2a)和作为视频形成元件的液晶面板 3a处于共轭关系，当从微透镜阵列出射的光倾斜时，在后续光路上呈现的许多光学组件也需要以与微透镜阵列相同的角度倾斜。在这种情况下，从投影透镜4a投影的投影图像也倾斜。

另一方面，由于图1所示的颜色合成系统16或图2所示的颜色合成系统28只产生合成白光所需的彩色光(例如蓝光)，因此与照射到荧光体的激发光相比无需增加光功率。因此，与用于产生激发光的光源装置相比，颜色合成系统16和28可以降低LD的数量，并且可以形成得相对小。

因此，在第二示例性实施例中，光源被排列使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的长轴方向与每个单体的两个方向相交，并且微透镜阵列被排列使得单体排列的方向平行于第二轴和第三轴的方向。

在图1所示的颜色合成系统16或图2所示的颜色合成系统28用于产生合成白光所需的彩色光(例如，蓝光)的构造中，可以调整从彩色合成系统16或28输出的光功率。因此，可以调整投影图像的颜色平衡，即使由于长时间使用投影仪，荧光体输出的光功率下降而导致投影图像的颜色平衡发生波动，也可以校正颜色平衡。

根据第二示例性实施例，光源被排列使得微透镜阵列的被照射表面上的光源图像的长轴方向与每个单体的两个方向相交，并且微透镜阵列被排列使得单体排列的两个方向分别平行于第二轴和第三轴的方向。因此，从每个单体出射具有不同强度分布的光，并且这些光叠加在作为被照射表面的荧光体表面上，使得荧光体表面上的光强度分布变得均匀。

因此，可以改善特定的被照射表面中由光源图像的形状引起的光强度分布的不均匀性。

此外，由于微透镜阵列未排列成与上述第二轴和第三轴的两个方向相交，而是排列微透镜阵列使得单体对齐的两个方向分别平行于第二轴和第三轴的两个方向，所以降低了与包括LD的用于激发光的光源装置相关联的机构和设备的结构问题。

因此，在降低结构问题的同时，可以改善由光源图像的形状引起的特定的被照射表面中的光强度分布的不均匀性。

注意，投影仪可以包括在第一示例性实施例中描述的光源装置和在第二示例性实施例中描述的构造中的任一个，或者可以包括在第一示例性实施例中描述的光源装置和在第二示例性实施例中所示的构造两者。如果投影仪包括第一示例性实施例中所示的光源装置和第二示例性实施例中所示的构造两者，则第一和第二示例性实施例中所示的光源和微透镜阵列被排列使得光源图像的长轴方向和单体对齐的方向如在第一示例性实施例中所示相交，使得光源图像的长轴方向和单体对齐的方向如在第二示例性实施例中所示相交。

尽管上面已经参考示例性实施例描述了本实用新型，但是本实用新型不限于上述示例性实施例。在本实用新型的范围内本领域普通技术人员能够理解的各种修改在本实用新型的构造和细节中是可能的。

Claims (12)

1.一种用于产生激发光的光源装置，所述激发光照射到荧光体，所述光源装置包括：

多个光源，所述多个光源出射激光；以及

微透镜阵列，所述微透镜阵列包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜，被入射有从所述光源出射的所述激光，并且利用输出光作为激发光照射所述荧光体，其中：

在所述微透镜阵列的被照射表面上的所述光源的光源图像为椭圆形；

所述光源图像的长轴方向与所述两个方向均相交；并且

在包括第一轴、第二轴和第三轴的坐标系中，

所述两个方向分别与所述第二轴的方向和所述第三轴的方向相交，

其中，所述第一轴平行于入射在所述微透镜阵列上的所述激光的主光线；所述第二轴在反射从所述微透镜阵列出射的所述激光或从所述荧光体出射的荧光的方向上，该方向是与所述第一轴正交的方向；并且所述第三轴分别与所述第一轴和所述第二轴正交。

2.一种用于产生微透镜阵列的入射光的光源装置，所述微透镜阵列包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜，并且利用输出光照射执行光学调制的图像形成装置，所述光源装置包括：

多个光源，所述多个光源出射激光，其中：

在所述微透镜阵列的被照射表面上的所述光源的光源图像为椭圆形；

所述光源图像的长轴方向与所述两个方向均相交；并且

在包括第一轴、第二轴和第三轴的坐标系中，

所述两个方向分别平行于所述第二轴的方向或所述第三轴的方向，

其中，所述第一轴平行于入射在所述微透镜阵列上的所述激光的主光线；所述第二轴在反射从所述微透镜阵列出射的所述激光的方向上，该方向是与所述第一轴正交的方向；并且所述第三轴分别与所述第一轴和所述第二轴正交。

3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，所述微透镜阵列是多个所述微透镜排列成格子图案的构造。

4.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，所述微透镜具有矩形形状，并且所述光源图像的所述长轴方向和所述微透镜的对角线的方向相交。

5.根据权利要求4所述的光源装置，其中，所述光源图像的所述长轴方向与所述微透镜的所述对角线的方向相交的角度为5度或更多。

6.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，所述光源图像的所述长轴方向与所述微透镜排列的方向相交的角度为5度或更多。

7.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，从所述光源出射多个激光，并且在所述微透镜阵列的所述被照射表面上的多个所述光源图像排列成格子图案。

8.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中：

从所述光源出射多个激光；

在所述微透镜阵列的所述被照射表面上的多个所述光源图像以交错方式排列；以及

多个所述光源图像成直线地排列的方向与所述微透镜对齐的方向相交，其中，多个所述光源图像成直线地排列的所述方向与所述光源图像的所述长轴方向和短轴方向不同。

9.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，当所述光源图像的短轴方向的宽度为c，并且平行于所述光源图像的所述短轴方向的所述微透镜的长度为L时，

L≤3.0c。

10.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中，当所述光源图像的短轴方向的宽度为c，并且平行于所述光源图像的所述短轴方向的所述微透镜的长度为L时，

0.5c≤L≤3.0c。

11.一种用于产生第一微透镜阵列的入射光的光源装置，所述第一微透镜阵列包括排列在相互正交的两个方向上的多个微透镜并且利用输出光照射执行光学调制的图像形成装置，所述光源装置包括：

多个第一光源，所述多个第一光源出射激光并且利用输出光照射所述第一微透镜阵列；

多个第二光源，所述多个第二光源出射激光；以及

第二微透镜阵列，所述第二微透镜阵列包括排列在相互正交的第三方向和第四方向上的多个微透镜，并且被照射有从所述第二光源出射的所述激光，并且利用输出光照射荧光体，其中：

在所述第一微透镜阵列的被照射表面上的所述第一光源的光源图像为椭圆形；

所述第一光源的所述光源图像的长轴方向与第一方向和第二方向均相交；

在所述第二微透镜阵列的被照射表面上的所述第二光源的光源图像为椭圆形；

所述第二光源的所述光源图像的长轴方向与所述第三方向和所述第四方向均相交；以及

所述第一方向和所述第二方向与所述第三方向和所述第四方向均相交。

12.一种投影仪，包括：

根据权利要求1、2和11中的任一项所述的光源装置；以及

投影光学系统，所述投影光学系统投影从所述光源装置的所述输出光形成的图像光。

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