TW201635004A - 光源裝置、照明裝置、及投影機 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種可使無焦倍率較低且將光線束縮小得較細、且小型之光源裝置、照明裝置及投影機。 本發明係一種光源裝置，其包含：第1光源單元，其射出第1光線；第2光源單元，其射出包含第2光線與第3光線之光線束；縮小光學系統，其縮小光線束；及合成光學系統，其合成第1光線與縮小光線束。本發明係關於如下之光源裝置，於將包含縮小光線束之光軸、且與第1方向平行之面設為基準面時，第1光線與基準面之距離不同於第2光線與基準面之距離，縮小光學系統係將第2光線與第3光線之間之間隔於第1方向縮小而作為第4光線與第5光線射出，合成光學系統包含光透過區域與光反射區域，且第1光線入射至光透過區域與光反射區域中之一者，第4光線與第5光線入射至光透過區域與光反射區域中之另一者。

Description

光源裝置、照明裝置、及投影機
本發明係關於一種光源裝置、照明裝置、及投影機者。
作為投影機用之光源裝置，已知一種使用透鏡積分器，利用來自複數個光源單元之光將螢光體層均勻地照明者(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-114980號公報
另外，亦考慮例如藉由使用縮小系之無焦光學系統縮小光線束，而減小透鏡積分器等設置於後段之光學元件，從而將光源裝置小型化。另，於本說明書中，亦有將縮小系之無焦光學系統簡稱為無焦光學系統之情況。又，所謂無焦倍率較高係指能夠獲得較高之光束寬度壓縮率，所謂無焦倍率較低，係指能夠獲得較低之光束寬度壓縮率。
無焦倍率較高之情形時，對光源單元要求較高之對準精度。因此，考慮到光源單元之安裝差異等，必須將無焦倍率抑制為低至某一程度。然而，若無焦倍率較低，則無法充分縮小入射至透鏡積分器之光的光束寬度，進而存在無法將透鏡積分器等設置於後段之光學元件 小型化之問題。
本發明係為了解決上述問題而完成者，目的之一在於提供一種可容易地縮小光線束之光源裝置。又，目的在於提供一種具備上述光源裝置之照明裝置及具備上述照明裝置之投影機。
根據本發明之第1態樣，提供一種光源裝置，其包含：第1光源單元，其射出第1光線；第2光源單元，其射出包含並排於第1方向之第2光線與第3光線之光線束；縮小光學系統，其係將上述光線束於上述第1方向縮小而作為縮小光線束射出；及合成光學系統，其係藉由使上述第1光線透過或反射且使上述縮小光線束反射或透過，而合成上述第1光線與上述縮小光線束；且於將包含上述縮小光線束之光軸、且與上述第1方向平行之面設為基準面時，上述第1光線與上述基準面之距離不同於上述第2光線與上述基準面之距離，上述縮小光學系統係將上述第2光線與上述第3光線之間之間隔於上述第1方向縮小，而將上述第2光線與上述第3光線分別作為第4光線與第5光線射出，上述合成光學系統包含具有與上述基準面平行之長邊之光透過區域、及具有與上述基準面平行之長邊之光反射區域，上述第1光線入射至上述光透過區域與上述光反射區域中之一者，上述第4光線與上述第5光線入射至上述光透過區域與上述光反射區域中之另一者。
根據第1態樣之光源裝置，可藉由縮小光學系統將自第2光源單元射出之光線束沿第1方向高效地縮小而射出。藉此，例如可將配置於合成光學系統之後段之光學系統小型化。另，於本說明書中，所謂將光線束於第1方向縮小，係指將光線束沿與第1方向平行之方向縮小。
於上述第1態樣中，較佳為上述第2光線之剖面形狀及上述第3光線之剖面形狀之任一者皆於上述第1方向上具有長邊方向。
根據該構成，縮小光學系統對第2光線及第3光線之損失較小。
於上述第1態樣中，較佳為進而包含第2縮小光學系統，且上述第1光源單元進而射出第6光線，上述第6光線係於與上述第1方向交叉之第2方向上與上述第1光線並排，上述第2縮小光學系統係將上述第1光線與上述第6光線之間之間隔於上述第2方向縮小，而將上述第1光線與上述第6光線分別作為第7光線與第8光線射出，上述第7光線與上述第8光線入射至上述光透過區域與上述光反射區域中之一者。
根據該構成，可藉由第2縮小光學系統而縮小包含自第1光源單元射出之複數個光線之光線束。
根據本發明之第2態樣，提供一種照明裝置，其包含：上述第1態樣之光源裝置；波長轉換元件；及導光光學系統，其將上述第1光線、上述第4光線及上述第5光線之至少一部分引導至上述波長轉換元件。
根據第2態樣，可提供一種小型之照明裝置。
根據本發明之第3態樣，提供一種投影機，其包含：上述第2態樣之照明裝置；光調變裝置，其係藉由根據圖像資訊調變自上述照明裝置射出之光，而形成圖像光；及投射光學系統，其投射上述圖像光。
根據第3態樣，可實現一種小型之投影機。
1‧‧‧投影機
2‧‧‧照明裝置
3‧‧‧顏色分離光學系統
4B‧‧‧光調變裝置
4G‧‧‧光調變裝置
4R‧‧‧光調變裝置
5‧‧‧光合成部
6‧‧‧投射光學系統
7a‧‧‧第1分色鏡
7b‧‧‧第2分色鏡
8a‧‧‧第1全反射鏡
8b‧‧‧第2全反射鏡
8c‧‧‧第3全反射鏡
9a‧‧‧第1中繼透鏡
9b‧‧‧第2中繼透鏡
10B‧‧‧場透鏡
10G‧‧‧場透鏡
10R‧‧‧場透鏡
11‧‧‧半導體雷射
11A~11E‧‧‧半導體雷射
12‧‧‧半導體雷射
12A~12E‧‧‧半導體雷射
21A‧‧‧第1光源單元
21B‧‧‧第2光源單元
23‧‧‧無焦光學系統
23a‧‧‧凸透鏡
23b‧‧‧凹透鏡
24‧‧‧積分光學系統
24a‧‧‧第1多透鏡陣列
24am‧‧‧小透鏡
24b‧‧‧第2多透鏡陣列
24bm‧‧‧小透鏡
25A‧‧‧光學元件
26‧‧‧第1拾取光學系統
26a‧‧‧拾取透鏡
26b‧‧‧拾取透鏡
27‧‧‧螢光發光元件
28‧‧‧相位差板
29‧‧‧第2拾取光學系統
29a‧‧‧拾取透鏡
30‧‧‧擴散反射元件
31‧‧‧均化器光學系統
31a‧‧‧透鏡陣列
31b‧‧‧透鏡陣列
32‧‧‧偏光轉換元件
33‧‧‧重疊光學系統
33a‧‧‧重疊透鏡
34‧‧‧螢光體層
35‧‧‧基板
36‧‧‧固定構件
37‧‧‧反射部
38‧‧‧散熱器
50A‧‧‧偏光分離元件
70‧‧‧合成光學系統
70A‧‧‧光透過區域
70B‧‧‧光反射區域
71‧‧‧第2縮小光學系統
71A‧‧‧稜鏡
71A1‧‧‧第1反射面
71A2‧‧‧第2反射面
71B‧‧‧稜鏡
71B1‧‧‧第1反射面
71B2‧‧‧第2反射面
71C‧‧‧稜鏡
71D‧‧‧稜鏡
72‧‧‧縮小光學系統
72A‧‧‧稜鏡
72A1‧‧‧第1反射面
72A2‧‧‧第2反射面
72B‧‧‧稜鏡
72B1‧‧‧第1反射面
72B2‧‧‧第2反射面
72C‧‧‧稜鏡
72D‧‧‧稜鏡
100‧‧‧光源裝置
AX1‧‧‧光軸
ax1‧‧‧光軸
AX2‧‧‧光軸(縮小光線束之光軸)
ax2‧‧‧光軸
BL‧‧‧激發光
BLs‧‧‧激發光
BL’‧‧‧藍色光
BL’c‧‧‧藍色光
BL’p‧‧‧藍色光
BL’s‧‧‧藍色光
K‧‧‧傾斜面
K1‧‧‧光線束
K1s‧‧‧縮小光線束
K2‧‧‧光線束
K2s‧‧‧縮小光線束
K3‧‧‧合成光線束
L1‧‧‧光線
L1t‧‧‧光線(第1光線)
L1t’‧‧‧光線(第7光線)
L1u‧‧‧光線(第6光線)
L1u’‧‧‧光線(第8光線)
L2‧‧‧光線
L2t‧‧‧光線(第2光線)
L2t’‧‧‧光線(第4光線)
L2u‧‧‧光線(第3光線)
L2u’‧‧‧光線(第5光線)
LB‧‧‧藍色光
LG‧‧‧綠色光
LR‧‧‧紅色光
S1‧‧‧光點
S2‧‧‧光點
S5‧‧‧光點
SCR‧‧‧螢幕
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
W3‧‧‧寬度
W4‧‧‧寬度
WL‧‧‧照明光
x‧‧‧方向
y‧‧‧方向
YL‧‧‧螢光光
z‧‧‧方向
圖1係顯示投影機之概略構成之俯視圖。
圖2係顯示照明裝置之概略構成之圖。
圖3係顯示光源裝置之概略構成之圖。
圖4(a)、(b)係顯示縮小光學系統之效果之圖。
圖5(a)、(b)係顯示第2縮小光學系統之效果之圖。
圖6係顯示合成光學系統之平面構成之圖。
圖7係顯示比較例之構成之圖。
以下，對於本發明之實施形態，參照圖式進行詳細說明。
另，為了使特徵容易被理解，以下之說明中所使用之圖式存在為了方便起見而放大顯示成為特徵之部分之情形，各構成要件之尺寸比例等未必與實際相同。
(第1實施形態)
首先，對本實施形態之投影機之一例進行說明。本實施形態之投影機係於螢幕(被投射面)SCR上顯示彩色影像(圖像)之投射型圖像顯示裝置。投影機1使用與紅色光、綠色光、藍色光之各色光對應之3個光調變裝置。作為照明裝置之光源，投影機係使用能夠獲得高亮度/高輸出之光之半導體雷射(雷射光源)。
(投影機)
圖1係顯示本實施形態之投影機之概略構成之俯視圖。投影機1係如圖1所示，具備照明裝置2、顏色分離光學系統3、光調變裝置4R、光調變裝置4G、光調變裝置4B、光合成部5、及投射光學系統6。
顏色分離光學系統3係用於將照明光WL分離成紅色光LR、綠色光LG、藍色光LB者。顏色分離光學系統3大致具備第1分色鏡7a及第2分色鏡7b、第1全反射鏡8a、第2全反射鏡8b及第3全反射鏡8c、以及第1中繼透鏡9a及第2中繼透鏡9b。
第1分色鏡7a具有將來自照明裝置2之照明光WL分離成紅色光LR與其他光(綠色光LG及藍色光LB)之功能。第1分色鏡7a使分離後之紅色光LR透過，且反射其他光(綠色光LG及藍色光LB)。另一方面，第2分色鏡7b具有將其他光分離成綠色光LG與藍色光LB之功能。第2分色鏡7b將分離後之綠色光LG反射，且使藍色光LB透過。
第1全反射鏡8a配置於紅色光LR之光路中，將透過第1分色鏡7a之紅色光LR朝光調變裝置4R反射。另一方面，第2全反射鏡8b及第3全反射鏡8c配置於藍色光LB之光路中，將透過第2分色鏡7b之藍色光LB引導至光調變裝置4B。綠色光LG係自第2分色鏡7b朝光調變裝置4G反射。
第1中繼透鏡9a及第2中繼透鏡9b配置於藍色光LB之光路中之第2全反射鏡8b之光射出側。第1中繼透鏡9a及第2中繼透鏡9b具有補償因藍色光LB之光路長度較紅色光LR或綠色光LG之光路長度長而引起之藍色光LB之光損失的功能。
光調變裝置4R係根據圖像資訊調變紅色光LR，形成與紅色光LR對應之圖像光。光調變裝置4G係根據圖像資訊調變綠色光LG，形成與綠色光LG對應之圖像光。光調變裝置4B係根據圖像資訊調變藍色光LB，形成與藍色光LB對應之圖像光。
對光調變裝置4R、光調變裝置4G、光調變裝置4B，例如使用透過型之液晶面板。又，於液晶面板之入射側及射出側，配置有一對偏光板(未圖示)，成為僅使特定方向之直線偏光光通過之構成。
又，於光調變裝置4R、光調變裝置4G、光調變裝置4B之入射側，分別配置有場透鏡10R、場透鏡10G、場透鏡10B。場透鏡10R、場透鏡10G、場透鏡10B係用於將入射至光調變裝置4R、光調變裝置4G、光調變裝置4B各者之紅色光LR、綠色光LG、藍色光LB各者平行化者。
對光合成部5入射來自光調變裝置4R、光調變裝置4G、光調變裝置4B之圖像光。光合成部5合成與紅色光LR、綠色光LG、藍色光LB對應之圖像光，並將該合成之圖像光朝投射光學系統6射出。對光合成部5，例如使用交叉分色稜鏡。
投射光學系統6包含投射透鏡群，將由光合成部5合成之圖像光 朝螢幕SCR放大投射。藉此，於螢幕SCR上顯示放大後之彩色影像。
(照明裝置)
接著，對本發明之一實施形態之照明裝置2進行說明。圖2係顯示照明裝置2之概略構成之圖。如圖2所示，照明裝置2具備光源裝置100、積分光學系統24、包含偏光分離元件50A之光學元件25A、第1拾取光學系統26、螢光發光元件(波長轉換元件)27、相位差板28、第2拾取光學系統29、擴散反射元件30、均化器光學系統31、偏光轉換元件32、及重疊光學系統33。
光源裝置100射出激發光BL及藍色光BL’。另，關於光源裝置100之詳細構成將予以後述。
激發光BL及藍色光BL’入射至積分光學系統24。積分光學系統24包含第1多透鏡陣列24a與第2多透鏡陣列24b。第1多透鏡陣列24a具備複數個小透鏡24am，第2多透鏡陣列24b具備與複數個小透鏡24am對應之複數個小透鏡24bm。
透過積分光學系統24之激發光BL及藍色光BL’入射至光學元件25A。光學元件25A包含例如具有波長選擇性之交叉分色稜鏡。交叉分色稜鏡具有相對於光軸ax1呈45°之角度之傾斜面K。傾斜面K亦相對於光軸ax2呈45°之角度。
於傾斜面K，設置有具有波長選擇性之偏光分離元件50A。偏光分離元件50A係將激發光BL及藍色光BL’分離成相對於該偏光分離元件50A之S偏光成分與P偏光成分。
又，偏光分離元件50A具有對於後述之與激發光BL與藍色光BL’波長帶不同之第2光即螢光光YL不拘其偏光狀態皆使其透過之顏色分離功能。
激發光BL係由偏光分離元件50A反射之S偏光。藍色光BL’係透過偏光分離元件50A之P偏光。
因此，激發光BL係作為S偏光之激發光BLs由偏光分離元件50A朝螢光發光元件27反射。另一方面，藍色光BL’係作為P偏光之藍色光BL’p朝向擴散反射元件30而透過偏光分離元件50A。
自偏光分離元件50A射出之S偏光之激發光BLs入射至第1拾取光學系統26。第1拾取光學系統26係使自第2多透鏡陣列24b射出之複數個光束(激發光BLs)朝螢光體層34聚光，且於螢光體層34上相互重疊。
第1拾取光學系統26例如包含拾取透鏡26a、拾取透鏡26b。自第1拾取光學系統26射出之激發光BLs入射至螢光發光元件27。螢光發光元件27具有螢光體層34、支持該螢光體層34之基板35、及將螢光體層34固定於基板35之固定構件36。
螢光體層34係藉由固定構件36固定於基板35。螢光體層34之與激發光BLs所入射之側為相反側之面與基板35接觸。
螢光體層34包含吸收波長440nm之激發光BLs而被激發之螢光體，由該激發光BLs激發之螢光體生成於例如500~700nm之波長域具有峰值波長之螢光光(黃色光)YL作為第2光。
對螢光體層34，較佳為使用耐熱性及表面加工性優異者。作為此種螢光體層34，例如可適宜地使用使螢光體粒子分散於氧化鋁等無機黏合劑中之螢光體層、或未使用黏合劑而燒結螢光體粒子之螢光體層等。
於螢光體層34之與激發光BLs所入射之側相反之側，設置有作為第1反射元件之反射部37。反射部37具有反射由螢光體層34生成之螢光光YL之功能。
於基板35之與支持螢光體層34之面為相反側之面，配置有散熱器38。於螢光發光元件27中，因可經由該散熱器38散熱，故可防止螢光體層34之熱劣化。
由螢光體層34生成之螢光光YL中之一部分螢光光YL係藉由反射部37反射，而向螢光體層34之外部射出。又，由螢光體層34生成之螢光光YL中之另一部分螢光光YL未經由反射部37地向螢光體層34之外部射出。如此，螢光光YL自螢光體層34朝第1拾取光學系統26射出。
自螢光體層34射出之螢光光YL為非偏光光。螢光光YL係透過第1拾取光學系統26及偏光分離元件50A而入射至均化器光學系統31。
自偏光分離元件50A射出之P偏光之藍色光BL’p入射至相位差板28。相位差板28包含配置於偏光分離元件50A與擴散反射元件30之間之光路中之1/4波長板。因此，自偏光分離元件50A射出之P偏光之藍色光BL’p係於藉由該相位差板28轉換成圓偏光之藍色光BL’c後，入射至第2拾取光學系統29。
第2拾取光學系統29係使藍色光BL’c朝擴散反射元件30聚光者，例如包含拾取透鏡29a。
擴散反射元件30係使自第2拾取光學系統29射出之藍色光BL’c朝偏光分離元件50A擴散反射。作為擴散反射元件30，較佳為使用使藍色光BL’c朗伯反射者。
由擴散反射元件30擴散反射後之藍色光BL’c係藉由透過相位差板28而轉換成S偏光之藍色光BL’s。藍色光BL’s入射至偏光分離元件50A。且，藍色光BL’s被偏光分離元件50A朝均化器光學系統31反射。
藉此，藍色光BL’s係與透過偏光分離元件50A之螢光光YL一起作為照明光WL而利用。亦即，藍色光BL’s及螢光光YL係自偏光分離元件50A相互朝相同方向射出。藉此，能夠獲得藍色光BL’s與螢光光(黃色光)YL相混合之照明光(白色光)WL。
自偏光分離元件50A射出之照明光WL入射至均化器光學系統31。均化器光學系統31例如包含透鏡陣列31a、透鏡陣列31b。透鏡陣 列31a、31b包含以陣列狀排列有複數個透鏡者。
透過均化器光學系統31之照明光WL入射至偏光轉換元件32。偏光轉換元件32包含偏光分離膜與相位差板。偏光轉換元件32將照明光WL轉換成直線偏光。
自偏光轉換元件32射出之照明光WL入射至重疊光學系統33。重疊光學系統33係使照明光WL重疊於被照明區域者。重疊光學系統33例如包含重疊透鏡33a。藉此，被照明區域之照度分佈被均勻化。
接著，對光源裝置100之細節進行說明。圖3係顯示光源裝置100之概略構成之圖。
如圖3所示，光源裝置100具有第1光源單元21A、第2縮小光學系統71、第2光源單元21B、縮小光學系統72、合成光學系統70、及無焦光學系統23。
第1光源單元21A包含複數個半導體雷射11，射出包含自各半導體雷射11射出之複數個光線L1之光線束K1。
第2光源單元21B包含複數個半導體雷射12，射出包含自各半導體雷射12射出之複數個光線L2之光線束K2。
於圖3中，將自第1光源單元21A射出之光線束K1之行進方向設為Y方向，將自第2光源單元21B射出之光線束K2之行進方向設為-X方向，將分別正交於X方向及Y方向之方向設為Z方向。
第1光源單元21A及第2縮小光學系統71係以光軸AX1為中心具有左右對稱之構成。因此，於圖3中，以光軸AX1為中心，對左部分之構成於以下進行說明。為了便於說明，對於圖3之左側之5個半導體雷射11，自-X側朝+X側依序分別稱為半導體雷射11A~11E。
又，第2光源單元21B及縮小光學系統72係以光軸AX2為中心具有上下對稱之構成。因此，於圖3中，以光軸AX2為中心，對下部分之構成於以下進行說明。為了便於說明，對於圖3之下側之5個半導體 雷射12，自-Y側朝+Y側依序分別稱為半導體雷射12A~12E。
複數個半導體雷射11係於與光軸AX1正交之面內(與XZ平面平行之面內)配置成陣列狀。於本實施形態中，雖未圖示，但例如於Z方向配置有3行包含沿X方向配置之9個半導體雷射11之雷射行11。X方向相當於申請專利範圍之「第2方向」。另，半導體雷射11之設置數或排列數並非限定於此。
半導體雷射11射出例如峰值波長為460nm之藍色光BL’作為光線L1。
複數個半導體雷射12係於與光軸AX2正交之面內(與YZ平面平行之面內)配置成陣列狀。於本實施形態中，雖未圖示，但例如於Z方向配置有3行包含沿Y方向配置之9個半導體雷射12之雷射行12。Y方向相當於申請專利範圍之「第1方向」。另，半導體雷射12之設置數或排列數並非限定於此。
將XY平面設為基準面之情形時，自任一雷射行11射出之光線束之距基準面之距離均與自任一雷射行射出之光線束之距基準面之距離不同(參照圖6)。
半導體雷射12射出例如峰值波長為440nm之激發光BL作為光線L2。
縮小光學系統72將自第2光源單元21B射出之光線束K2於Y方向縮小，並作為縮小光線束K2s射出。自縮小光學系統72射出之縮小光線束K2s入射至合成光學系統70。
於本實施形態中，縮小光學系統72包含稜鏡72A、72B、72C、72D。稜鏡72A、72B、72C、72D之任一者皆對入射之光具有相同作用。
自半導體雷射12C射出之光線L2t依序透過稜鏡72B、72A而直進。稜鏡72A變更自半導體雷射12A射出之光線L2u之光路。稜鏡72A 具有第1反射面72A1與第2反射面72A2。第1反射面72A1係以使光線L2u以45°之入射角入射之方式配置。第2反射面72A2係以使於第1反射面72A1反射後之光線L2u以45°之入射角入射之方式配置。第2反射面72A2設置於自半導體雷射12C射出之光線L2t之光路與來自半導體雷射12D之射出光之光路之間。
藉此，自半導體雷射12A射出之光線L2u係於稜鏡72A之第1反射面72A1反射，光線L2u之光路右旋彎折90°。接著，於第1反射面72A1反射後之光線L2u係於在稜鏡72A內行進後，於第2反射面72A2反射，光線L2u之光路左旋彎折90°。如此，入射至稜鏡72A之光線L2u係作為光路位移後之光線L2u’射出。光線L2u’位於自半導體雷射12C射出之光線L2t之光路與自半導體雷射12D射出之光線L2之光路之間。
若著眼於自半導體雷射12C射出之光線L2t與自半導體雷射12A射出之光線L2u，則光線L2u藉由縮小光學系統72(稜鏡72A)而使光路朝+Y方向移動，光線L2t係未變更光路地朝-X方向直進。此處，將經由縮小光學系統72(稜鏡72A)後之光線L2t設為光線L2t’。
縮小光學系統72係將光線L2u與光線L2t之間之間隔於第一方向縮小，而將光線L2u與光線L2t分別作為光線L2u’與光線L2t’射出。亦即，於本實施形態中，光線L2t相當於申請專利範圍之「第2光線」，光線L2u相當於申請專利範圍之「第3光線」，光線L2t’相當於申請專利範圍之「第4光線」，光線L2u’相當於申請專利範圍之「第5光線」。
稜鏡72B變更自半導體雷射12B射出之光線L2之光路。稜鏡72B具有第1反射面72B1與第2反射面72B2。第1反射面72B1係以使自半導體雷射12B射出之光線L2以45°之入射角入射之方式配置。第2反射面72B2係以使於第1反射面72B1反射後之光線L2以45°之入射角入射之方式配置。第2反射面72B2設置於來自半導體雷射12D之光線L2之光路與來自半導體雷射12E之光線L2之光路之間。
自半導體雷射12B射出之光線L2之光路係與光線L2u同樣地朝+Y方向位移。如此，自半導體雷射12B射出之光線L2之光路係於射出縮小光學系統72後，配置於來自半導體雷射12D之光線L2之光路與來自半導體雷射12E之光線L2之光路之間。
自半導體雷射12D射出之光線L2透過稜鏡72B而直進。自半導體雷射12E射出之光線L2朝合成光學系統70直進。
另，於以光軸AX2為中心之上部分，亦可藉由稜鏡72C、72D而使自第2光源單元21B射出之光線L2之光路朝-Y方向位移。
根據本實施形態，自複數個半導體雷射12射出之複數個光線L2係自縮小光學系統72以相互平行且與光軸AX1平行之狀態射出。如此一來，將Y方向之寬度為W3之光線束K2係藉由縮小光學系統72轉換成Y方向之寬度為W4之縮小光線束K2s，並自縮小光學系統72射出。
圖4(a)係顯示被縮小前之各光線L2之圖，圖4(b)係顯示縮小後之各光線L2之圖。如圖4(a)、(b)所示，光線L2之光點S2係於Y方向上具有長軸之大致橢圓狀。於本實施形態中，縮小光學系統72係將光線束K2於光點S2之長軸方向縮小。
另一方面，第2縮小光學系統71係將自第1光源單元21A射出之光線束K1於X方向壓縮而作為縮小光線束K1s射出。自第2縮小光學系統71射出之縮小光線束K1s入射至合成光學系統70。於本實施形態中，第2縮小光學系統71包含稜鏡71A、71B、71C、71D。稜鏡71A、71B、71C、71D之任一者皆對入射之光具有相同作用。
自半導體雷射11C射出之光線L1t依序透過稜鏡71B、71A而直進。稜鏡71A變更自半導體雷射11A射出之光線L1u之光路。稜鏡71A具有第1反射面71A1與第2反射面71A2。第1反射面71A1係以使光線L1u以45°之入射角入射之方式配置。第2反射面71A2係以使於第1反射面71A1反射後之光線L1u以45°之入射角入射之方式配置。第2反射面 71A2設置於自半導體雷射11C射出之光線L1t之光路與來自半導體雷射11D之光線L1之光路之間。
自半導體雷射11A射出之光線L1u之光路係與光線L2u同樣地藉由稜鏡71A而朝+X方向位移。入射至稜鏡71A之光線L1u係作為光路位移後之光線L1u’射出。如此，自半導體雷射11A射出之光線L1u之光路係於射出第2縮小光學系統71後，配置於自半導體雷射11C射出之光線L1t之光路與來自半導體雷射11D之光線L1之光路之間。
若著眼於自半導體雷射11C射出之光線L1t與自半導體雷射11A射出之光線L1u，則光線L1u係藉由第2縮小光學系統71(稜鏡71A)而使光路朝+X方向移動，光線L1t係未變更光路地朝+Y方向直進。此處，將經由第2縮小光學系統71(稜鏡71A)後之光線L1t設為光線L1t’。
第2縮小光學系統71係將光線L1u與光線L1t之間之間隔於第2方向縮小，而將光線L1u與光線L1t分別作為光線L1u’與光線L1t’射出。亦即，於本實施形態中，光線L1t相當於申請專利範圍之「第1光線」，光線L1u相當於申請專利範圍之「第6光線」，光線L1t’相當於申請專利範圍之「第7光線」，光線L1u’相當於申請專利範圍之「第8光線」。
稜鏡71B變更自半導體雷射11B射出之光線L1之光路。稜鏡71B具有第1反射面71B1與第2反射面71B2。第1反射面71B1係以使自半導體雷射11B射出之光線L1以45°之入射角入射之方式配置。第2反射面71B2係以使於第1反射面71B1反射後之光線L1以45°之入射角入射之方式配置。第2反射面71B2設置於來自半導體雷射11D之光線L1之光路與來自半導體雷射11E之光線L1之光路之間。
自半導體雷射11B射出之光線L1之光路係與光線L1u同樣地朝+X方向位移。如此，自半導體雷射11B射出之光線L1之光路係於射出第2縮小光學系統71後，配置於來自半導體雷射11D之光線L1之光路與 來自半導體雷射11E之光線L1之光路之間。
自半導體雷射11D射出之光線透過稜鏡71B而直進。又，自半導體雷射11E射出之光線L1朝合成光學系統70直進。
另，關於以光軸AX1為中心之右部分，亦可藉由稜鏡71C、71D而使自第1光源單元21A射出之光線L1之光路朝-X方向位移。
根據本實施形態，自複數個半導體雷射11射出之複數個光線L1係自第2縮小光學系統71以相互平行且與光軸AX1平行之狀態射出。如此一來，X方向之寬度為W1之光線束K1係藉由第2縮小光學系統71轉換成X方向之寬度為W2之縮小光線束K1s，並自第2縮小光學系統71射出。
圖5(a)係顯示被縮小前之各光線L1之圖，圖5(b)係顯示縮小後之各光線L1之圖。如圖5(a)、(b)所示，光線L1之光點S1係於X方向上具有長軸之大致橢圓狀。於本實施形態中，第2縮小光學系統71係將光線束K1於光點S1之長軸方向縮小。
如上述般，第2縮小光學系統71及縮小光學系統72具備複數個稜鏡。各稜鏡具備相互對向之第1反射面與第2反射面。第1反射面與第2反射面之平行度取決於稜鏡製作時之加工精度。因此，已實現不依賴於稜鏡之安裝精度之縮小光學系統。即使稜鏡繞Z軸旋轉微小角度，入射至稜鏡之光與自稜鏡射出之光仍相互平行。因此，容易使入射至縮小光學系統之光之光軸與自縮小光學系統射出之光之光軸相互平行。
返回至圖3，合成光學系統70將自第2縮小光學系統71射出之縮小光線束K1s與自縮小光學系統72射出之縮小光線束K2s合成。合成光學系統70係以相對於光軸AX1及AX2分別呈45°之方式配置。
圖6係顯示合成光學系統70之平面構成之圖。
合成光學系統70係如圖6所示，包含板狀構件，該板狀構件具有 使自第2縮小光學系統71射出之縮小光線束K1s透過之光透過區域70A、與使自縮小光學系統72射出之縮小光線束K2s反射之光反射區域70B。
於本實施形態中，如上述般，自任一雷射行11射出之光線束之距基準面之距離均與自任一雷射行12射出之光線束之距基準面之距離不同。又，光透過區域70A及光反射區域70B係於Z方向上交替地配置。
光透過區域70A例如包含透明構件，具有條紋形狀。光透過區域70A具有平行於XY平面(基準面)之長邊。另，光透過區域70A亦可包含形成於基板之條紋狀之開口。
又，光反射區域70B例如包含金屬等之鏡構件或介電質多層膜等，具有條紋形狀。光反射區域70B具有平行於XY平面(基準面)之長邊。
基於此種構成，合成光學系統70係使自第2縮小光學系統71射出之縮小光線束K1s透過而與光軸AX1平行地行進，且藉由使自縮小光學系統72射出之縮小光線束K2s反射而與光軸AX1平行地行進。藉此，朝無焦光學系統23射出縮小光線束K1s及縮小光線束K2s所合成之合成光線束K3。
如圖6所示，條紋狀之光透過區域70A係其長邊方向與光點S1之長軸方向、亦即光線束K1之縮小方向一致。又，同樣地，條紋狀之光反射區域70B係其長邊方向與光點S2之長軸方向、亦即光線束K2之縮小方向一致。另，各光點S1、S2之大小係設為相同。
又，於本實施形態中，如圖6所示，形成於一光透過區域70A上之複數個光點S1、與形成於一光反射區域70B上之複數個光點S2係相互錯開該光點S1、S2之半間距量地配置。藉此，可提高合成光線束K3之剖面之強度分佈之均勻性。
此處，作為比較例，對各光線之光點之短軸方向與光線束之縮 小方向一致之情形進行說明。縮小光線束K1s必須透過光透過區域70A，縮小光線束K2s必須於光反射區域70B反射。但，如圖7所示，壓縮後之各光線之光點S5之短軸方向與光線束之縮小方向(圖7之左右方向)一致之情形時，縮小光線束K1s之一部分係於光反射區域70B反射。又，縮小光線束K2s之一部分透過光透過區域70A。如此，於將縮小光線束K1s與縮小光線束K2s合成而生成合成光線束K3時產生損失。為了防止損失，必須增大於Z方向上相互相鄰之2個雷射行之間隔，而避免縮小光線束K1s入射至光反射區域70B，縮小光線束K2s入射至光透過區域70A。
與此相對，根據本實施形態，於生成合成光線束K3時產生損失之可能性較低。因此，可高效地利用縮小光線束K1s與縮小光線束K2s。
無焦光學系統23係將合成光線束K3(激發光BL及藍色光BL’)之光束寬度進一步縮小之縮小系之無焦光學系統。無焦光學系統23例如包含凸透鏡23a、凹透鏡23b。
若可使合成光線束K3充分細，則無需無焦光學系統23。欲使合成光線束K3進一步細之情形時，只要使用先前之無焦光學系統23即可。但，無焦光學系統23之無焦倍率較高之情形時，容易受到第1光源單元21A(半導體雷射11)及第2光源單元21B(半導體雷射12)之安裝差異之影響。亦即，有合成光線束K3之各雷射光線之行進方向之差異變大，合成光線束K3無法高效地入射至所期望之區域之虞。例如，有於後述之向螢光體層34之入射位置產生偏差，而無法高效地產生螢光之虞。因此，無焦倍率較高之情形時，對光源單元21A、21B要求較高之對準精度。
因此，考慮到光源單元21A、21B之安裝差異等，必須將無焦光學系統23之無焦倍率抑制為低至某一程度。但，若降低無焦倍率，則 無法使自光源裝置100射出之光線充分細。
與此相對，於本實施形態中，因藉由第2縮小光學系統71及縮小光學系統72縮小後之合成光線束K3入射至無焦光學系統23，故可使用無焦倍率相對較小之無焦光學系統23。
又，於光源裝置100中，因合成光線束K3之光束寬度被縮小，故可採用小型之無焦光學系統23。
因此，根據本實施形態，可抑制合成光線束K3之損失，且將積分光學系統24、光學元件25A、第1拾取光學系統26等後段之光學元件小型化。進而，可謀求照明裝置2及投影機1之小型化。
另，本發明未必限定於上述實施形態者，可於不脫離本發明之主旨之範圍內施加各種變更。
例如，於上述實施形態中，雖已舉出對第1光源單元21A及第2光源單元21B之各者設置第2縮小光學系統71及縮小光學系統72之情形為例，但本發明並非限定於此。例如，亦可僅具有第2縮小光學系統71及縮小光學系統72之任一者。
又，雖已舉出縮小光線束K1s透過光透過區域70A，縮小光線束K2s於光反射區域70B反射之情形為例，但亦可使用以縮小光線束K1s於光反射區域70B反射、縮小光線束K2s透過光透過區域70A之方式構成之合成光學系統70。
又，於上述實施形態中，激發光BL之峰值波長為440nm，藍色光BL’用之峰值波長為460nm。但，關於激發光BL及藍色光BL’之峰值波長，未必限定於此種例。
又，於上述實施形態中，雖已例示具備3個光調變裝置4R、4G、4B之投影機1，但亦可應用於由1個光調變裝置顯示彩色影像之投影機。
此外，關於照明裝置及投影機之各種構成要件之形狀、數量、 配置、材料等，並非限於上述實施形態，可予以適當變更。
又，於上述實施形態中雖已示出將本發明之照明裝置搭載於投影機之例，但並非限於此。本發明之照明裝置亦可應用於照明器具或汽車之頭燈等。
11‧‧‧半導體雷射
11A~11E‧‧‧半導體雷射
12‧‧‧半導體雷射
12A~12E‧‧‧半導體雷射
21A‧‧‧第1光源單元
21B‧‧‧第2光源單元
23‧‧‧無焦光學系統
23a‧‧‧凸透鏡
23b‧‧‧凹透鏡
70‧‧‧合成光學系統
70A‧‧‧光透過區域
70B‧‧‧光反射區域
71‧‧‧第2縮小光學系統
71A‧‧‧稜鏡
71A1‧‧‧第1反射面
71A2‧‧‧第2反射面
71B‧‧‧稜鏡
71B1‧‧‧第1反射面
71B2‧‧‧第2反射面
71C‧‧‧稜鏡
71D‧‧‧稜鏡
72‧‧‧縮小光學系統
72A‧‧‧稜鏡
72A1‧‧‧第1反射面
72A2‧‧‧第2反射面
72B‧‧‧稜鏡
72B1‧‧‧第1反射面
72B2‧‧‧第2反射面
72C‧‧‧稜鏡
72D‧‧‧稜鏡
100‧‧‧光源裝置
AX1‧‧‧光軸
AX2‧‧‧光軸(縮小光線束之光軸)
BL‧‧‧激發光
BL’‧‧‧藍色光
K1‧‧‧光線束
K1s‧‧‧縮小光線束
K2‧‧‧光線束
K2s‧‧‧縮小光線束
K3‧‧‧合成光線束
L1‧‧‧光線
L1t‧‧‧光線(第1光線)
L1t’‧‧‧光線(第7光線)
L1u‧‧‧光線(第6光線)
L1u’‧‧‧光線(第8光線)
L2‧‧‧光線
L2t‧‧‧光線(第2光線)
L2t’‧‧‧光線(第4光線)
L2u‧‧‧光線(第3光線)
L2u’‧‧‧光線(第5光線)
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
W3‧‧‧寬度
W4‧‧‧寬度
x‧‧‧方向
y‧‧‧方向
z‧‧‧方向

Claims (5)

  1. 一種光源裝置，其包含：第1光源單元，其射出第1光線；第2光源單元，其射出包含並排於第1方向之第2光線與第3光線之光線束；縮小光學系統，其將上述光線束於上述第1方向縮小而作為縮小光線束射出；及合成光學系統，其係藉由使上述第1光線透過或反射且使上述縮小光線束反射或透過，而合成上述第1光線與上述縮小光線束；且於將包含上述縮小光線束之光軸、且與上述第1方向平行之面設為基準面時，上述第1光線與上述基準面之距離不同於上述第2光線與上述基準面之距離；上述縮小光學系統係將上述第2光線與上述第3光線之間之間隔於上述第1方向縮小，而將上述第2光線與上述第3光線分別作為第4光線與第5光線射出；上述合成光學系統包含具有與上述基準面平行之長邊之光透過區域、及具有與上述基準面平行之長邊之光反射區域；且上述第1光線入射至上述光透過區域與上述光反射區域中之一者，上述第4光線與上述第5光線入射至上述光透過區域與上述光反射區域中之另一者。
  2. 如請求項1之光源裝置，其中上述第2光線之剖面形狀及上述第3光線之剖面形狀之任一皆於上述第1方向上具有長邊方向。
  3. 如請求項1或2之光源裝置，其進而包含： 第2縮小光學系統；且上述第1光源單元進而射出第6光線；上述第6光線係於與上述第1方向交叉之第2方向上與上述第1光線並排；上述第2縮小光學系統係將上述第1光線與上述第6光線之間之間隔沿上述第2方向縮小，而將上述第1光線與上述第6光線分別作為第7光線與第8光線射出；上述第7光線與上述第8光線入射至上述光透過區域與上述光反射區域中之一者。
  4. 一種照明裝置，其具備：如請求項1至3中任一項之光源裝置；波長轉換元件；及導光光學系統，其將上述第1光線、上述第4光線及上述第5光線之至少一部分引導至上述波長轉換元件。
  5. 一種投影機，其包含：如請求項4之照明裝置；光調變裝置，其係藉由根據圖像資訊調變自上述照明裝置射出之光，而形成圖像光；及投射光學系統，其投射上述圖像光。
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