TWI474099B - 光源裝置及投影機 - Google Patents

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TWI474099B TW100123392A TW100123392A TWI474099B TW I474099 B TWI474099 B TW I474099B TW 100123392 A TW100123392 A TW 100123392A TW 100123392 A TW100123392 A TW 100123392A TW I474099 B TWI474099 B TW I474099B
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Koichi Akiyama
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Description

光源裝置及投影機
本發明係關於一種光源裝置及投影機。
先前，已知有一種光源裝置，其具備生成激發光之複數之固體光源、及位於由複數之固體光源生成之激發光所聚光之聚光位置且自激發光生成螢光之螢光層。又，已知有一種具備此種光源裝置之投影機(例如，日本專利特開2004-327361號公報)。根據先前之光源裝置，係於位於來自複數之固體光源之激發光所聚光之聚光位置的螢光層生成螢光，故可不增大發光區域之面積而增大光量，因此可不降低光之利用效率而提高光源裝置之亮度。
然而，於光源裝置之技術領域，始終需求可不降低光之利用效率而更進一步提高光源裝置之亮度之光源裝置。
因此，本發明係鑒於如上所述之狀況研究而成者，其目的在於提供一種可不降低光之利用效率而更進一步提高光源裝置之亮度之光源裝置。又，本發明之目的在於提供一種具備此種光源裝置且可不降低光之利用效率而更進一步提高顯示畫面之亮度之投影機。
本發明之光源裝置之特徵在於具備：第1激發光生成部，其包含具有生成第1激發光之第1固體光源之第1固體光源陣列、及對應上述第1固體光源而設且具有使上述第1固體光源所生成之激發光略平行化之第1準直透鏡的第1準直透鏡陣列；第2激發光生成部，其包含具有生成第2激發光之第2固體光源之第2固體光源陣列、及對應上述第2固體光源而設且具有使上述第2固體光源所生成之激發光略平行化之第2準直透鏡的第2準直透鏡陣列；激發光合成部，其將上述第1激發光與上述第2激發光合成；聚光光學系統，其將上述激發光合成部所合成之上述第1激發光及上述第2激發光聚光於特定之聚光位置；及螢光生成部，其位於上述聚光位置附近，且具有自上述聚光光學系統所聚光之上述第1激發光及上述第2激發光中之至少一部分生成螢光的螢光層；上述第1固體光源陣列具有至少2個上述第1固體光源，上述第2固體光源陣列具有至少2個上述第2固體光源，上述第1準直透鏡陣列具有至少2個第1準直透鏡，上述第2準直透鏡陣列具有至少2個第2準直透鏡，上述激發光合成部使上述第1激發光通過並且使上述第2激發光反射，藉此將上述第1激發光與上述第2激發光合成。
根據本發明之光源裝置，使用來自分別具有複數之固體光源之2個激發光生成部(第1及第2激發光生成部)之激發光而生成螢光，故可更進一步提高光源裝置之亮度。
又，根據本發明之光源裝置，使用激發光合成部將來自2個激發光生成部之各激發光合成之後，藉由聚光光學系統而使其聚光。因此，與不使用本發明之激發光合成部合成來自2個激發光生成部之各激發光之情形相比，相對於螢光層而言即便為進而更小之入射角亦可入射激發光，其並不表示使用2個激發光生成部會引起光之利用效率下降。
其結果為，本發明之光源裝置變成可不降低光之利用效率而更進一步提高光源裝置之亮度者。
於本發明之光源裝置中，較佳為以上述第1激發光及上述第2激發光入射至上述螢光層之聚光區域即螢光生成區域內之彼此不同之區域的方式構成。
根據本發明之光源裝置，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至螢光層之聚光區域即螢光生成區域內，故生成螢光之螢光生成區域之面積變得足夠小。因此，不會因使用2個激發光生成部而引起光之利用效率。
再者，根據該觀點，上述螢光生成區域較佳為一邊包含於1 mm之正方形之大小。
又，根據本發明之光源裝置，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至如上述般尺寸足夠小之螢光生成區域內之不同區域，故上述螢光生成區域內之特定區域不會造成過大之熱負荷。因此，不會因使用2個激發光生成部而引起螢光層之壽命變短。
再者，作為來自2個激發光生成部之各激發光入射至上述螢光生成區域內之不同區域的構成，可例示使與激發光之光軸垂直之平面上之第1激發光生成部及第2激發光生成部之配置位置相互偏移之構成、及使聚光光學系統之光軸與激發光合成面所成之角度自45度略微偏移之構成等。
於本發明之光源裝置中，上述光源裝置較佳以上述第1激發光及上述第2激發光之各個入射至上述激發光合成部之不同區域的方式構成。
藉由此種構成，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至激發光合成部之相互不同的區域，故激發光合成部之特定區域不會造成過大熱負荷。因此，不會因使用2個激發光生成部而引起激發光合成部之壽命變短。
於本發明之光源裝置中，較佳為上述激發光合成部具有使上述第1激發光通過之通過區域、及反射上述第2激發光之反射區域。
藉由此種構成，使來自第1激發光生成部之激發光入射至通過區域，並且使來自第2激發光生成部之激發光入射至反射區域，藉此可將來自第1激發光生成部之激發光與來自第2激發光生成部之激發光高效率地合成。
該情形時，作為激發光合成部可例示「於與通過區域對應之區域形成有孔之反射鏡」及「於與反射區域對應之區域形成有反射層之透明基板」等。
於本發明之光源裝置中，較佳為上述激發光合成部包含使含有一方之偏光之光通過且使含有他方之偏光之光反射的偏振光組合器，且上述光源裝置構成為將上述第1激發光作為含有一方之偏光之激發光入射至上述激發光合成部，將上述第2激發光作為含有他方之偏光之激發光入射至上述激發光合成部。
藉由此種構成，可利用偏振光組合器之原理，將來自第1激發光生成部之激發光與來自第2激發光生成部之激發光高效率地合成。
於本發明之光源裝置中，較佳為上述螢光生成部係配置於上述聚光光學系統聚光之上述第1激發光及上述第2激發光以散焦狀態入射至上述螢光層之位置。
藉由此種構成，可獲得不對螢光層造成過大熱負荷之較大光量之螢光，故可獲得能夠抑制螢光層之劣化及燒毀且進一步延長壽命之光源裝置。
於本發明之光源裝置中，較佳為上述第1激發光生成部及上述第2激發光生成部中，上述第1固體光源及上述第2固體光源係分別以矩陣狀配置，且上述光源裝置構成為於上述螢光層交替排列使上述第1激發光入射之第1入射區域及使上述第2激發光入射之第2入射區域。
藉由此種構成，可使來自2個激發光生成部之各激發光全面地入射至上述螢光生成區域內。
再者，作為第1入射區域及第2入射區域交替排列之構成，可例示使與激發光之光軸垂直之平面上之第1激發光生成部及第2激發光生成部之配置位置相互偏移的構成、及使聚光光學系統之光軸與激發光合成面之角度自45度略微偏移之構成等。
於本發明之光源裝置中，較佳為上述第1固體光源及上述第2固體光源均由半導體雷射形成。
半導體雷射為小型且高輸出，故藉由如上所述之構成，可獲得小型且高輸出之光源裝置。
再者，上述第1固體光源及上述第2固體光源均由半導體雷射形成，於使用具有使來自第1激發光生成部之激發光通過之通過區域、及反射來自第2激發光生成部之激發光之反射區域的激發光合成部之情形時，半導體雷射射出聚光性良好之雷射光，故亦有可使來自第1激發光生成部之激發光有效地入射至通過區域，且可使來自第2激發光生成部之激發光有效地入射至反射區域的效果。
另一方面，上述第1固體光源及上述第2固體光源均由半導體雷射形成，於使用包含偏振光組合器之激發光合成部之情形時，半導體雷射射出含有偏光之激發光，無須將激發光轉換為含有偏光之激發光，故亦有可簡化光源裝置構造之效果。
於本發明之光源裝置中，較佳為上述半導體雷射構成為具有長方形形狀之發光區域，沿上述發光區域之短邊方向之擴散角大於沿上述發光區域之長邊方向的擴散角，且上述第1固體光源之上述發光區域及上述第2固體光源之上述發光區域之各個具有長邊與短邊之朝向彼此相反的關係。
藉由此種構成，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至如上述般尺寸足夠小之螢光生成區域內之不同區域，故上述螢光生成區域內之特定區域不會造成過大熱負荷。因此，不會因使用2個激發光生成部而引起螢光層之壽命變短。
再者，較佳為半導體雷射之發光區域之長邊具有發光區域之短邊之3倍以上之長度。
又，較佳為半導體雷射之沿發光區域之短邊方向之擴散角為沿發光區域之長邊方向之擴散角之3倍以上的大小。
本發明之投影機之特徵在於具備：具有本發明之光源裝置之照明裝置；光調變裝置，其對應圖像資訊而調變來自上述照明裝置之光；及投影光學系統，其將來自上述光調變裝置之調變光作為投影圖像而投影。
因此，根據本發明之投影機，由於具備可不降低光之利用效率而更進一步提高亮度之本發明之光源裝置，故可獲得能夠不降低光之利用效率而更進一步提高顯示畫面之亮度的投影機。
以下，根據圖示之實施形態，對本發明之光源裝置及投影機進行說明。
[實施形態1]
圖1係表示實施形態1之投影機1000之光學系統之平面圖。
圖2係用以說明實施形態1之光源裝置10而表示之圖。圖2(a)係表示光源裝置10之光學系統之平面圖，圖2(b)係表示激發光合成部50之激發光(藍色光)之強度分佈之圖，圖2(c)係表示入射至螢光層72之螢光生成區域內之激發光(藍色光)之強度分佈的圖。再者，於圖2(b)及圖2(c)中，顏色越接近於白色，則入射之激發光(藍色光)之強度越大。下述圖5(b)、圖5(c)、圖7(b)及圖7(c)中亦相同。
圖3係用以說明實施形態1之第1固體光源陣列22及第2固體光源陣列32而表示之圖。圖3(a)係自激發光合成部50側觀察第1固體光源陣列22之圖，圖3(b)係自激發光合成部50側觀察第2固體光源陣列32之圖。
圖4係表示實施形態1之第1固體光源25之發光強度特性、第2固體光源35之發光強度特性及螢光體之發光強度特性的圖表。圖4(a)係表示第1固體光源25之發光強度特性之圖表，圖4(b)係表示第2固體光源35之發光強度特性之圖表，圖4(c)係表示螢光層72所含之螢光體之發光強度特性之圖表。所謂發光強度特性，係指光源被施加電壓時、螢光體入射有激發光時，以哪種程度之強度射出哪種波長之光的特性。圖表之縱軸表示相對發光強度，將發光強度最強之波長之發光強度設為1。圖表之橫軸表示波長。
再者，於各圖式中，符號R表示紅色光，符號G表示綠色光，符號B表示藍色光。又，於表示各色光之符號之末尾附有(p)者係含有p偏光之光，附有(s)者係含有s偏光之光，未附有(p)及(s)者係含有p偏光與s偏光之兩者之光。
本說明書及圖式中，對於與光學系統無直接關聯之構成要素(用以固定框體及構成要素之固定具等)則省略記載及圖示。
如圖1所示，實施形態1之投影機1000具備照明裝置100、色彩分離導光光學系統200、作為光調變裝置之3個液晶光調變裝置400R、400G、400B、合光稜鏡500、及投影光學系統600。
照明裝置100具備光源裝置10、第1透鏡陣列120、第2透鏡陣列130、偏光轉換元件140、及重疊透鏡150。照明裝置100射出包含紅色光、綠色光及藍色光之白色光。
如圖1及圖2(a)所示，光源裝置10具備第1激發光生成部20、第2激發光生成部30、λ/2板40、激發光合成部50、聚光光學系統60、螢光生成部70、及準直光學系統80。光源裝置10整體而言射出白色光。
第1激發光生成部20具有第1固體光源陣列22及準直透鏡陣列27。
如圖3(a)所示，第1固體光源陣列22具有基板24及生成藍色光作為激發光之25個第1固體光源25。第1固體光源陣列22中，25個第1固體光源25係以5列5行之矩陣狀配置。於圖3(a)中，僅對最左上之第1固體光源25附加符號。
再者，於本發明之光源裝置中，第1固體光源之數並不限定於25個，只要為複數個、亦即2個以上即可。下述第2固體光源之數亦相同。
基板24具有搭載固體光源25之功能。詳細說明雖省略，但基板24一併具有調節對固體光源25之電力供給之功能、及對固體光源25產生之熱進行散熱之功能等。
固體光源25係包含生成藍色光(發光強度之峰值：約460 nm、參照圖4(a))作為激發光之半導體雷射。如圖3(a)所示，以該半導體雷射具有長方形形狀之發光區域，且沿發光區域之短邊方向之擴散角大於沿上述發光區域之長邊方向之擴散角的方式構成。半導體雷射之發光區域之大小例如為長邊8 μm、短邊2 μm。
固體光源25生成含有p偏光之藍色光。因此，來自第1激發光生成部20之藍色光作為含有p偏光之藍色光而入射至激發光合成部50。再者，來自第1激發光生成部之激發光係作為含有p偏光之激發光而入射至激發光合成部，故除了使用如上述般生成含有p偏光之激發光之固體光源以外，亦可使用射出含有s偏光之激發光之固體光源及λ/2板。
準直透鏡陣列27具有對應於複數之第1固體光源25而設，且使複數之第1固體光源25生成之藍色光分別略平行化之25個準直透鏡29(僅對端部之一個圖示符號)。圖示之說明雖省略，但複數之準直透鏡29係以5列5行之矩陣狀配置。準直透鏡29係由平凸透鏡形成。
準直透鏡陣列27係以複數之準直透鏡29之凸面朝向第1固體光源陣列22側之方式配置。再者，準直透鏡陣列亦可以複數之準直透鏡之平面朝向第1固體光源陣列側的方式配置。
第2激發光生成部30具有第2固體光源陣列32及準直透鏡陣列37。
如圖1、圖3(b)及圖4(b)所示，第2固體光源陣列32及準直透鏡陣列37具有與第1固體光源陣列22及準直透鏡陣列27相同之構成，故省略說明。再者，符號34所示者係第2固體光源陣列32之基板，符號35所示者係第2固體光源，符號39所示者係準直透鏡。
如圖1及圖2(a)所示，第1激發光生成部20及第2激發光生成部30係以於與下述激發光合成部50所合成之藍色光之光軸垂直的平面上，來自第1激發光生成部20之藍色光與來自第2激發光生成部30之藍色光相互偏移之方式而配置。
λ/2板40係具有將來自第2激發光生成部30之含有p偏光之藍色光轉換為含有s偏光之藍色光之功能的波長板。藉由λ/2板40，將來自第2激發光生成部30之藍色光作為含有s偏光之藍色光而入射至激發光合成部50。
激發光合成部50使來自第1激發光生成部20之藍色光(第1激發光)通過，並且反射來自第2激發光生成部30之藍色光(第2激發光)，藉此將來自第1激發光生成部20之藍色光與來自第2激發光生成部30之藍色光合成。激發光合成部50係由使含有p偏光之光通過且反射含有s偏光之光之偏振光組合器形成。激發光合成部50係以聚光光學系統60之光軸與激發光合成面50之角度成45度之方式配置。
如圖2(b)所示，於激發光合成部50中，來自第1激發光生成部20之藍色光及來自第2激發光生成部30之藍色光之各個係入射至不同區域。其結果為，可獲得5列10行之矩陣狀之強度分佈。
聚光光學系統60將激發光合成部50所合成之藍色光聚光於特定之聚光位置。如圖1及圖2(a)所示，聚光光學系統60具備第1透鏡62及第2透鏡64。第1透鏡62及第2透鏡64係由兩凸透鏡形成。再者，第1透鏡及第2透鏡之形狀並不限定於上述形狀，總之，由第1透鏡與第2透鏡形成之聚光光學系統為激發光合成部所反射之激發光聚光於特定之聚光位置的形狀便可。又，構成聚光光學系統之透鏡之片數可為1片，亦可為3片以上。
螢光生成部70具有位於聚光位置附近且自聚光光學系統60所聚光之藍色光中之一部分生成含有紅色光及綠色光之螢光的螢光層72及支持螢光層72之透明構件74。螢光生成部70係配置於由聚光光學系統60聚光之藍色光以散焦狀態入射至螢光層72之位置。螢光生成部70射出同時包含與螢光生成無關且通過螢光層72之藍色光及螢光之整體為白色光的光。
螢光層72係由含有YAG系螢光體即(Y,Gd)3 (Al,Ga)5 O12 ：Ce之層形成。再者，螢光層亦可由含有(Y,Gd)3 (Al,Ga)5 O12 ：Ce以外之YAG系螢光體之層形成，亦可由含有矽酸鹽系螢光體之層形成，還可由含有TAG系螢光體之層形成。又，亦可為由含有將主激發光轉換為紅色光之螢光體(例如CaAlSiN3 紅色螢光體)、將主激發光轉換為綠色之螢光體(例如β賽隆綠色螢光體)之混合物之層而形成。
螢光層72將來自聚光光學系統60之藍色光中之一部分轉換為含有紅色光(發光強度之峰值：約610 nm)及綠色光(發光強度之峰值：約550 nm)之螢光並射出(參照圖4(b))。
再者，藍色光中之與螢光生成無關且通過螢光層72之一部分之藍色光係與螢光一併射出。此時，藍色光於螢光層72中散射或反射，故作為具有與螢光略相同分佈(所謂之朗伯分佈)特性之光而自螢光層72射出。
透明構件74係由例如石英玻璃或光學玻璃形成。
螢光層72之聚光光學系統側亦可形成使激發光通過且反射螢光之層(所謂分色層)。
於螢光層72之聚光區域之螢光生成區域內，如圖2(c)所示，以來自第1激發光生成部20之藍色光及來自第2激發光生成部30之藍色光之各個入射至不同區域之方式構成。進而具體說明，於螢光層72之螢光生成區域內，自複數之第1固體光源25射出之藍色光所入射的第1入射區域及自複數之第2固體光源35射出之藍色光所入射的第2入射區域係交替地排列。於實施形態1中，螢光生成區域係一邊為1 mm之正方形。
準直光學系統80使來自螢光生成部70之光略平行化。如圖1及圖2(a)所示，準直光學系統80具備第1透鏡82及第2透鏡84。第1透鏡82及第2透鏡84係由兩凸透鏡形成。再者，第1透鏡及第2透鏡之形狀並不限定於上述形狀，總之只要是由第1透鏡與第2透鏡形成之準直光學系統使來自螢光生成部70之光略平行化之形狀便可。又，構成準直光學系統之透鏡之片數可為1片亦可為3片以上。
如圖1所示，第1透鏡陣列120具有用以將來自光源裝置10之光分割為複數之部分光束之複數之第1小透鏡122。第1透鏡陣列120構成為具有作為將來自光源裝置10之光分割為複數之部分光束之光束分割光學元件之功能，且複數之第1小透鏡122於與照明光軸100ax正交之面內以複數列‧複數行之矩陣狀排列。圖示之說明雖省略，但第1小透鏡122之外形形狀係與液晶光調變裝置400R、400G、400B之圖像形成區域之外形形狀略相似的形狀。
第2透鏡陣列130具有與第1透鏡陣列120之複數之第1小透鏡122相對應的複數之第2小透鏡132。第2透鏡陣列130具有與重疊透鏡150一併使第1透鏡陣列120之各第1小透鏡122之像於液晶光調變裝置400R、400G、400B之圖像形成區域附近成像的功能。第2透鏡陣列130構成為使複數之第2小透鏡132於與照明光軸100ax正交之面內以複數列‧複數行之矩陣狀排列。
偏光轉換元件140係將由第1透鏡陣列120分割之各部分光束之偏光方向作為偏光方向一致之略1種直線偏光光而射出的偏光轉換元件。
偏光轉換元件140包含：偏光分離層，其使來自光源裝置10之光所含之偏光成分中之一方之直線偏光成分直接透過，且使他方之直線偏光成分向與照明光軸100ax垂直之方向反射；反射層，其使偏光分離層所反射之他方之直線偏光成分向與照明光軸100ax平行之方向反射；及相位差板，其將反射層所反射之他方之直線偏光成分轉換為一方之直線偏光成分。
重疊透鏡150使來自偏光轉換元件140之各部分光束於被照明區域重疊。重疊透鏡150係用以將該部分光束聚光並使其於液晶光調變裝置400R、400G之圖像形成區域附近重疊的光學元件。以重疊透鏡150之光軸與照明裝置100之光軸略一致之方式而配置重疊透鏡150。再者，重疊透鏡150亦可由組合複數之透鏡之複合透鏡構成。第1透鏡陣列120、第2透鏡陣列130及重疊透鏡150作為透鏡積分器光學系統而構成使來自光源裝置10之光更均勻的積分器光學系統。
再者，亦可代替透鏡積分器光學系統而使用具備積分柱之柱積分器光學系統。
色彩分離導光光學系統200具備分色鏡210、220、反射鏡230、240、250及中繼透鏡260、270。色彩分離導光光學系統200具有將來自照明裝置100之光分離為紅色光、綠色光及藍色光，且將紅色光、綠色光及藍色光之各色光導入照明對象之液晶光調變裝置400R、400G、400B的功能。
於色彩分離導光光學系統200、與液晶光調變裝置400R、400G、400B之間配置有聚光透鏡300R、300G、300B。
分色鏡210、220係於基板上形成有反射特定之波長區域之光且使其他波長區域之光通過之波長選擇透過膜的鏡片。
分色鏡210係反射紅色光成分且使綠色光及藍色光成分通過之分色鏡。
分色鏡220係反射綠色光成分且使藍色光成分通過之分色鏡。
反射鏡230係反射紅色光成分之反射鏡。
反射鏡240、250係反射藍色光成分之反射鏡。
由分色鏡210反射之紅色光經反射鏡230反射後，通過聚光透鏡300R而入射至紅色光用之液晶光調變裝置400R之圖像形成區域。
通過分色鏡210之綠色光由分色鏡220反射後，通過聚光透鏡300G而入射至綠色光用之液晶光調變裝置400G之圖像形成區域。
通過分色鏡220之藍色光經由中繼透鏡260、入射側之反射鏡240、中繼透鏡270、射出側之反射鏡250、聚光透鏡300B而入射至藍色光用之液晶光調變裝置400B之圖像形成區域。中繼透鏡260、270及反射鏡240、250具有將透過分色鏡220之藍色光成分導引至液晶光調變裝置400B為止的功能。
再者，於藍色光之光路設有此種中繼透鏡260、270之原因在於，藍色光之光路長度長於其他色光之光路長度，故為防止因光發散等導致光之利用效率下降。於實施形態1之投影機1000中，係因藍色光之光路長度較長而設為此種構成，但亦考慮延長紅色光之光路長度而將中繼透鏡260、270及反射鏡240、250用於紅色光之光路的構成。
液晶光調變裝置400R、400G、400B係對應圖像資訊調變所入射之色光而形成彩色圖像者，其係照明裝置100之照明對象。再者，雖省略圖示，但於各聚光透鏡300R、300G、300B與各液晶光調變裝置400R、400G、400B之間，分別插入配置有入射側偏光板，且於各液晶光調變裝置400R、400G、400B與合光稜鏡500之間分別插入配置有射出側偏光板。藉由該等入射側偏光板、液晶光調變裝置400R、400G、400B及射出側偏光板而進行所入射之各色光之光調變。
液晶光調變裝置400R、400G、400B係於一對之透明玻璃基板中密閉封入電光學物質之液晶而成之透過型液晶光調變裝置，例如將多晶矽TFT作為開關元件，對應所提供之圖像信號而調變自入射側偏光板射出之1種直線偏光之偏光方向。
合光稜鏡500係將對應自射出側偏光板射出之各色光而調變之光學像合成並形成彩色圖像的光學元件。該合光稜鏡500形成為使4個直角稜鏡貼合之俯視略正方形狀，且於將直角稜鏡彼此貼合之略X字狀之界面形成有介電體多層膜。形成於略X字狀之一方之界面之介電體多層膜係反射紅色光者，形成於他方之界面之介電體多層膜係反射藍色光者。藉由該等介電體多層膜使紅色光及藍色光彎曲，使其與綠色光之前進方向一致，藉此將3色光合成。
自合光稜鏡500射出之彩色圖像藉由投影光學系統600而放大投影，於螢幕SCR上形成圖像。
其次，對實施形態1之光源裝置10及投影機1000之效果進行說明。
根據實施形態1之光源裝置10，係使用來自分別具有複數之固體光源之2個激發光生成部(第1激發光生成部20及第2激發光生成部30)之激發光(藍色光)而生成螢光(紅色光及綠色光)。因此，可更進一步提高光源裝置之亮度。
又，根據實施形態1之光源裝置10，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至螢光層72之聚光區域即螢光生成區域內。因此，生成螢光之螢光生成區域之面積足夠小，不會因使用2個激發光生成部而引起光之利用效率下降。
又，根據實施形態1之光源裝置10，使用激發光合成部50將來自2個激發光生成部之各激發光合成之後，藉由聚光光學系統60將其聚光。因此，與不使用實施形態1之激發光合成部合成來自2個激發光生成部之各激發光的情形相比，相對於螢光層72而言可以進而更小之入射角入射激發光。其表示不會因使用2個激發光生成部而引起光之利用效率下降。
根據以上之效果，實施形態1之光源裝置10係可不降低光之利用效率而更進一步提高光源裝置之亮度的光源裝置。
又，根據實施形態1之光源裝置10，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至如上述般尺寸足夠小的螢光生成區域內之不同區域。因此，上述螢光生成區域內之特定區域不會造成過大熱負荷，且不會因使用2個激發光生成部而引起螢光層之壽命變短。
又，根據實施形態1之光源裝置10，構成為來自第1激發光生成部20之激發光及來自第2激發光生成部30之激發光之各個入射至激發光合成部50的不同區域。因此，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至激發光合成部50之不同區域，故激發光合成部50之特定區域不會造成過大熱負荷，且不會因使用2個激發光生成部而引起激發光合成部之壽命變短。
又，根據實施形態1之光源裝置10，構成為激發光合成部50係由使含有p偏光之光通過且反射含有s偏光之光的偏振光組合器形成，且來自第1激發光生成部20之激發光作為含有p偏光之激發光入射至激發光合成部50，來自第2激發光生成部30之激發光作為含有s偏光之激發光而入射至激發光合成部50。因此，利用偏振光組合器之原理，可將來自第1激發光生成部20之激發光與來自第2激發光生成部30之激發光高效率地合成。
又，根據實施形態1之光源裝置10，螢光生成部70係配置於由聚光光學系統60聚光之激發光以散焦狀態入射至螢光層72的位置。因此，可不對螢光層造成過大熱負荷而獲得較大之光量之螢光，且可獲得能夠抑制螢光層之劣化或燒毀且進而延長壽命之光源裝置。
又，根據實施形態1之光源裝置10，構成為複數之第1固體光源25及複數之第2固體光源35分別係配置為矩陣狀，且螢光層72中自複數之第1固體光源25射出的激發光所入射之第1入射區域及自複數之第2固體光源35射出之激發光所入射的第2入射區域係交替地排列。因此，可使來自2個激發光生成部之各激發光全面地入射至螢光生成區域內。
又，根據實施形態1之光源裝置10，第1固體光源25及第2固體光源35均係由半導體雷射形成，故獲得小型且高輸出之光源裝置。
又，根據實施形態1之光源裝置10，係使用由偏振光組合器形成之激發光合成部50，利用半導體雷射射出含有偏光之激發光，故無須將激發光轉換為含有偏光之激發光。因此，亦有可簡化光源裝置之構造之效果。
根據實施形態1之投影機1000，由於具備可不降低光之利用效率而更進一步提高亮度之本發明之光源裝置10，故獲得可不降低光之利用效率而可更進一步提高顯示畫面之亮度的投影機。
[實施形態2]
圖5係用以說明實施形態2之光源裝置12而表示之圖。圖5(a)係表示光源裝置12之光學系統之平面圖，圖5(b)係表示激發光合成部50之激發光(藍色光)之強度分佈的圖，圖5(c)係表示入射至螢光層72之螢光生成區域內之激發光(藍色光)之強度分佈的圖。
圖6係用以說明實施形態2之第1固體光源陣列22及第2固體光源陣列33而表示之圖。圖6(a)係自激發光合成部50側觀察第1固體光源陣列22之圖，圖6(b)係自激發光合成部50側觀察第2固體光源陣列33之圖。
實施形態2之光源裝置12具有基本上與實施形態1之光源裝置10相同之構成，但第2激發光生成部之構成與實施形態1之光源裝置10之情形不同。即，如圖5及圖6所示，於實施形態2之光源裝置12中，第1固體光源25之發光區域及第2固體光源36之發光區域之各個具有長邊與短邊之朝向彼此相反的關係。另一方面，第1激發光生成部20及第2激發光生成部31並未以於與激發光合成部50所合成之藍色光之光軸垂直的平面上將來自第1激發光生成部20之藍色光與來自第2激發光生成部30之藍色光相互偏移的方式配置。伴隨此，第2激發光生成部31具備與固體光源陣列33相對應之準直透鏡陣列38。又，第2固體光源36生成含有s偏光之藍色光，故光源裝置12不具備λ/2板40。
如此，實施形態2之光源裝置12與實施形態1之光源裝置10之情形的不同點在於第2激發光生成部之構成。然而，實施形態2之光源裝置12與實施形態1之光源裝置10同樣地，使用激發光合成部50合成來自分別具有複數之固體光源之2個激發光生成部(第1激發光生成部20及第2激發光生成部31)的激發光(藍色光)，並藉由聚光光學系統60使所合成之激發光聚光，且經聚光之激發光入射至螢光層72中之聚光區域即螢光生成區域內，螢光層72生成螢光(紅色光及綠色光)。
因此，獲得可不降低光之利用效率而更進一步提高光源裝置之亮度之光源裝置。
又，根據實施形態2之光源裝置12，構成為半導體雷射具有長方形形狀之發光區域，且沿發光區域之短邊方向之擴散角大於沿發光區域之長邊方向的擴散角。而且，第1固體光源25之發光區域及第2固體光源36之發光區域之各個具有長邊與短邊之朝向彼此相反的關係。因此，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至如上述般尺寸足夠小之螢光生成區域內之彼此不同的區域。因此，亦不會對上述螢光生成區域內之特定區域造成過大熱負荷，且不會因使用2個激發光生成部而引起螢光層之壽命變短。
再者，實施形態2之光源裝置12除了於第2激發光生成部之構成方面與實施形態1之光源裝置10不同以外，具有與實施形態1之光源裝置10相同的構成，故直接具有實施形態1之光源裝置10之效果中之相應效果。
[實施形態3]
圖7係用以說明實施形態3之光源裝置14而表示之圖。圖7(a)係表示光源裝置14之光學系統之平面圖，圖7(b)係表示激發光合成部50之激發光(藍色光)之強度分佈的圖，圖7(c)係表示入射至螢光層72之螢光生成區域內之激發光(激發光)之強度分佈的圖。
實施形態3之光源裝置14具有基本上與實施形態1之光源裝置10相同之構成，但其與實施形態1之光源裝置10之情形的不同點在於第2激發光生成部之構成。即，於實施形態3之光源裝置14中，如圖7所示，第1固體光源25之發光區域及第2固體光源36之發光區域之各個具有長邊與短邊之朝向彼此不同的關係。伴隨此，第2激發光生成部31具備與固體光源陣列33對應之準直透鏡陣列38。又，第2固體光源36生成含有s偏光之藍色光，故光源裝置12不具備λ/2板40。即，實施形態3之光源裝置14具有與實施形態2之光源裝置12基本上相同之構成，亦可認為其係第1激發光生成部20及第2激發光生成部31之配置位置係於與藍色光之光軸垂直的平面上相互偏移之位置的光源裝置。
如此，實施形態3之光源裝置14於第2激發光生成部之構成方面與實施形態1之光源裝置10之情形不同。然而，與實施形態1之光源裝置10同樣地，使用激發光合成部50，將來自分別具有複數之固體光源之2個激發光生成部(第1激發光生成部20及第2激發光生成部31)的激發光(藍色光)合成，藉由聚光光學系統60使所合成之激發光聚光，且經聚光之激發光入射至螢光層72中之聚光區域即螢光生成區域內，螢光層72生成螢光(紅色光及綠色光)。
因此，獲得可不降低光之利用效率而更進一步提高光源裝置之亮度之光源裝置。
又，根據實施形態3之光源裝置14，構成為半導體雷射具有長方形形狀之發光區域，且沿發光區域之短邊方向之擴散角大於沿發光區域之長邊方向的擴散角。而且，第1固體光源25之發光區域及第2固體光源36之發光區域之各個具有長邊與短邊之朝向彼此不同的關係。因此，來自2個激發光生成部之各激發光係入射至如上述般尺寸足夠小之螢光生成區域內之彼此不同的區域。因此，亦不會對上述螢光生成區域內之特定區域造成過大熱負荷，且不會因使用2個激發光生成部而引起螢光層之壽命變短。
再者，實施形態3之光源裝置14除了第2激發光生成部之構成方面與實施形態1之光源裝置10不同以外，具有與實施形態1之光源裝置10相同之構成，故直接具有實施形態1之光源裝置10之效果。
[實施形態4]
圖8係表示實施形態4之光源裝置16之光學系統之平面圖。
圖9係用以說明實施形態4之激發光合成部52而表示之圖。圖9(a)係激發光合成部52之立體圖，圖9(b)係自第1激發光生成部20側觀察激發光合成部52之圖。
實施形態4之光源裝置16具有基本上與實施形態1之光源裝置10相同之構成，其與實施形態1之光源裝置10之情形的不同點在於激發光合成部之構成。即，於實施形態4之光源裝置16中，如圖8及圖9所示，激發光合成部52具有使來自第1激發光生成部20之藍色光通過之通過區域54(僅對下部中央之一圖示符號)、及反射來自第2激發光生成部30之藍色光的反射區域56。激發光合成部52係由於與通過區域54對應之區域形成孔之反射鏡形成。
如此，實施形態4之光源裝置16於激發光合成部之構成方面與實施形態1之光源裝置10之情形不同。然而，與實施形態1之光源裝置10同樣地，使用激發光合成部50，將來自分別具有複數之固體光源之2個激發光生成部(第1激發光生成部20及第2激發光生成部31)的激發光(藍色光)合成，藉由聚光光學系統60使所合成之激發光聚光，且經聚光之激發光入射至螢光層72中之聚光區域即螢光生成區域內，螢光層72生成螢光(紅色光及綠色光)。因此，獲得可不降低光之利用效率而更進一步提高光源裝置之亮度之光源裝置。
又，根據實施形態4之光源裝置16，激發光合成部52具有使來自第1激發光生成部20之激發光通過之通過區域54、及反射來自第2激發光生成部30之激發光的反射區域56。使來自第1激發光生成部20之激發光入射至通過區域54，並且使來自第2激發光生成部30之激發光入射至反射區域56，藉此可將來自第1激發光生成部20之激發光與來自第2激發光生成部30之激發光高效率地合成。
又，根據實施形態4之光源裝置16，係使用具有使來自第1激發光生成部20之激發光通過之通過區域54、及反射來自第2激發光生成部30之激發光之反射區域56的激發光合成部52、以及包含半導體雷射之各固體光源。因此，可使來自第1激發光生成部20之激發光有效地入射至通過區域54，且可使來自第2激發光生成部30之激發光有效地入射至反射區域56。
再者，實施形態4之光源裝置16除了激發光合成部之構成方面與實施形態1之光源裝置10不同以外，具有與實施形態1之光源裝置10相同之構成，故直接具有實施形態1之光源裝置10之效果中之相應效果。
以上，根據上述實施形態對本發明進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態。於不脫離其主旨之範圍內可實施各種各樣之態樣，例如，亦可實施如下之變形。
於上述實施形態1中，係使用自藍色光中之一部分生成含有紅色光及綠色光之螢光之螢光層72，但本發明並不限定於此。圖10係表示變形例之投影機1008之光學系統之平面圖。變形例之光源裝置18具備具有自藍色光之全部生成螢光(紅色光及綠色光)之螢光層78的螢光生成部76作為螢光層。又，投影機1008進而具備射出藍色光之第2照明裝置700。以符號720所示者係藍色光生成部，其具有與第1激發光生成部20相同之構成。以符號730所示者係使藍色光聚光且使其散射後略平行化之散射光學系統。藍色光生成部720及散射光學系統730構成第2光源裝置710。分別為以符號740表示之第1透鏡陣列具有與第1透鏡陣列120相同之構成，以符號750表示之第2透鏡陣列具有與第2透鏡陣列130相同之構成，以符號760表示之偏光轉換元件具有與偏光轉換元件140相同之構成，且以符號770表示之重疊透鏡具有與重疊透鏡150相同的構成。進而，投影機1008具備照明裝置108及與第2照明裝置700對應之色彩分離導光光學系統202。例如，如圖10所示，於投影機具備射出藍色光之其他照明裝置(例如第2照明裝置700)之情形時，亦可使用自藍色光中之全部生成含有紅色光及綠色光之螢光的螢光層。
於上述各實施形態中，係使用生成藍色光作為激發光之各固體光源、及自藍色光中之一部分生成含有紅色光及綠色光之螢光的螢光層72，但本發明並不限定於此。例如，亦可使用生成紫色光或紫外光作為激發光之各固體光源、及自紫色光或紫外光生成含有紅色光、綠色光及藍色光之色光的螢光層。又，於上述各實施形態中，光源裝置構成為整體射出白色光，但本發明並不限定於此。光源裝置亦可構成為射出白色光以外之光。
於上述實施形態1、3中，作為來自2個激發光生成部之各激發光入射至螢光生成區域內之構成，係使用於與激發光之光軸垂直之平面上之第1激發光生成部20及第2激發光生成部之配置位置彼此偏移的構成，但本發明並不限定於此。例如，亦可使用聚光光學系統之光軸與激發光合成面所成之角度自45度略微偏移之構成。
於上述實施形態4中，係使用包含與通過區域54對應之區域形成有孔之反射鏡之激發光反射部52，但本發明並不限定於此。例如，亦可使用於與反射區域對應之區域形成有反射層的透明基板。
於上述各實施形態中，係使用由半導體雷射形成之各固體光源，但本發明並不限定於此。例如，亦可使用由發光二極體形成之各固體光源。
於上述各實施形態中，係使用由生成發光強度之峰值約460 nm之藍色光之半導體雷射形成的各固體光源，但本發明並不限定於此。例如，亦可使用由生成發光強度之峰值為440 nm~450 nm之藍色光之半導體雷射形成的各固體光源。藉由設為此種構成，可使螢光體自藍色光生成螢光之效率提高。
於上述各實施形態中，係使用p偏光作為一方之偏光，並使用s偏光作為他方之偏光，但本發明並不限定於此。亦可使用s偏光作為一方之偏光，使用p偏光作為他方之偏光。
於上述各實施形態中，作為螢光生成區域係使用一邊為1 mm之正方形之螢光生成區域，但本發明並不限定於此。只要為包含於一邊1 mm之正方形之尺寸之螢光生成區域便可，作為螢光生成區域亦可使用進而更小之(例如一邊為0.8 mm之正方形、或一邊為0.6 mm之正方形)螢光生成區域。藉由設為此種構成，可使生成螢光之螢光生成區域之面積進而足夠小。
於上述實施形態1中，係使用透過型之投影機，但本發明並不限定於此。例如，亦可使用反射型之投影機。此處，所謂「透過型」係指如透過型之液晶顯示裝置等般作為光調變機構之光調變裝置使光透過的類型，所謂「反射型」係指如反射型之液晶顯示裝置等般作為光調變機構之光調變裝置反射光之類型。於反射型之投影機中應用本發明之情形時，亦可獲得與透過型之投影機相同之效果。
於上述實施形態1中，係使用液晶光調變裝置作為投影機之光調變裝置，但本發明並不限定於此。作為光調變裝置，只要為通常對應圖像資訊而調整入射光者便可，亦可使用微鏡型光調變裝置等。作為微鏡型光調變裝置可使用例如DMD(數位微鏡裝置)(TI公司之商標)。
於上述實施形態1中，係例示使用3個液晶光調變裝置之投影機而進行說明，但本發明並不限定於此。亦可應用於使用1個、2個或4個以上之液晶光調變裝置的投影機中。
本發明既可應用於自觀察投影圖像之側進行投影之前投影型投影機之情形，亦可應用於自觀察投影圖像之側之相反側進行投影的後投影型投影機之情形。
於上述各實施形態中，係將本發明之光源裝置應用於投影機為例進行說明，但本發明並不限定於此。例如，亦可將本發明之光源裝置應用於其他光學機器(例如光碟裝置、汽車之頭燈、照明機器等)。
10、12、14、16、18．．．光源裝置
20．．．激發光生成部
22．．．固體光源陣列
24、34．．．基板
25、35．．．第1固體光源
27．．．準直透鏡陣列
29．．．準直透鏡
30．．．激發光生成部
32．．．固體光源陣列
33．．．第2固體光源陣列
35．．．第2固體光源
37．．．準直透鏡陣列
39．．．準直透鏡
40．．．λ/2板
50．．．激發光合成部
52．．．激發光合成部
54．．．通過區域
56．．．反射區域
60．．．聚光光學系統
62、82．．．第1透鏡
64、84．．．第2透鏡
70、76．．．螢光生成部
72、78．．．螢光層
80．．．準直光學系統
100、108．．．照明裝置
100ax、108ax．．．照明光軸
120、740．．．第1透鏡陣列
122．．．第1小透鏡
130、750．．．第2透鏡陣列
132．．．第2小透鏡
140、760．．．偏光轉換元件
150、770．．．重疊透鏡
200、202．．．色彩分離導光光學系統
210、220．．．分色鏡
230、240、250．．．反射鏡
260、270．．．中繼透鏡
300R、300G、300B．．．聚光透鏡
400R、400G、400B．．．液晶光調變裝置
500．．．合光稜鏡
600．．．投影光學系統
700．．．第2照明裝置
710．．．第2光源裝置
720．．．藍色光生成部
730．．．散射光學系統
1000、1008．．．投影機
SCR．．．螢幕
圖1係表示實施形態1之投影機1000之光學系統之平面圖；
圖2(a)-(c)係用以說明實施形態1之光源裝置10而表示之圖；
圖3(a)、(b)係用以說明實施形態1之第1固體光源陣列22及第2固體光源陣列32而表示之圖；
圖4(a)-(c)係表示實施形態1之第1固體光源25之發光強度特性、第2固體光源35之發光強度特性及螢光體之發光強度特性的圖表；
圖5(a)-(c)係用以說明實施形態2之光源裝置12而表示之圖；
圖6(a)、(b)係用以說明實施形態2之第1固體光源陣列22及第2固體光源陣列33而表示的圖；
圖7(a)-(c)係用以說明實施形態3之光源裝置14而表示之圖；
圖8係表示實施形態4之光源裝置16之光學系統之平面圖；
圖9(a)、(b)係用以說明實施形態4之激發光合成部52而表示之圖；及
圖10係表示變形例之投影機1008之光學系統之平面圖。
10．．．光源裝置
20．．．激發光生成部
22．．．固體光源陣列
27．．．準直透鏡陣列
29．．．準直透鏡
30．．．激發光生成部
32．．．固體光源陣列
37．．．準直透鏡陣列
39．．．準直透鏡
40．．．λ/2板
50．．．激發光合成部
60．．．聚光光學系統
62．．．第1透鏡
64．．．第2透鏡
70．．．螢光生成部
80．．．準直光學系統
82．．．第1透鏡
84．．．第2透鏡

Claims (11)

  1. 一種光源裝置，其具備：第1激發光生成部，其包含具有生成第1激發光之第1固體光源之第1固體光源陣列、及對應上述第1固體光源而設且具有使上述第1固體光源生成之激發光略平行化之第1準直透鏡的第1準直透鏡陣列；第2激發光生成部，其包含具有生成第2激發光之第2固體光源之第2固體光源陣列、及對應上述第2固體光源而設且具有使上述第2固體光源生成之激發光略平行化之第2準直透鏡的第2準直透鏡陣列；激發光合成部，其將上述第1激發光與上述第2激發光合成；聚光光學系統，其將由上述激發光合成部所合成之上述第1激發光及上述第2激發光於特定之聚光位置聚光；螢光生成部，其位於上述聚光位置附近，且具有自上述聚光光學系統所聚光之上述第1激發光及上述第2激發光中之至少一部分生成螢光的螢光層；上述第1固體光源陣列具有至少2個上述第1固體光源，上述第2固體光源陣列具有至少2個上述第2固體光源，上述第1準直透鏡陣列具有至少2個第1準直透鏡，上述第2準直透鏡陣列具有至少2個第2準直透鏡，上述激發光合成部使上述第1激發光通過並且反射上述第2激發光，藉此將上述第1激發光與上述第2激發光合成。
  2. 如請求項1之光源裝置，其中構成為上述第1激發光及上述第2激發光入射至上述螢光層中之聚光區域的螢光生成區域內之彼此不同的區域。
  3. 如請求項1或2之光源裝置，其中上述光源裝置構成為上述第1激發光及上述第2激發光之各個入射至上述激發光合成部之不同區域。
  4. 如請求項3之光源裝置，其中上述激發光合成部具有使上述第1激發光通過之通過區域、及反射上述第2激發光之反射區域。
  5. 如請求項1或2之光源裝置，其中上述激發光合成部係由使含有一方之偏光之光通過且反射含有他方之偏光之光的偏振光組合器形成，且上述光源裝置構成為上述第1激發光作為含有一方之偏光之激發光入射至上述激發光合成部，上述第2激發光作為含有他方之偏光之激發光而入射至上述激發光合成部。
  6. 如請求項3之光源裝置，其中上述激發光合成部係由使含有一方之偏光之光通過且反射含有他方之偏光之光的偏振光組合器形成，且上述光源裝置構成為上述第1激發光作為含有一方之偏光之激發光入射至上述激發光合成部，上述第2激發光作為含有他方之偏光之激發光而入射至上述激發光合成部。
  7. 如請求項1或2之光源裝置，其中上述螢光生成部係配置於 由上述聚光光學系統聚光之上述第1激發光及上述第2激發光以散焦狀態入射至上述螢光層的位置。
  8. 如請求項2之光源裝置，其中於上述第1激發光生成部及上述第2激發光生成部，以矩陣狀分別配置有上述第1固體光源及上述第2固體光源，且上述光源裝置構成為於上述螢光層中，上述第1激發光所入射之第1入射區域及上述第2激發光所入射之第2入射區域係交替地排列。
  9. 如請求項7之光源裝置，其中於上述第1激發光生成部及上述第2激發光生成部，以矩陣狀分別配置有上述第1固體光源及上述第2固體光源，且上述光源裝置構成為於上述螢光層中，上述第1激發光所入射之第1入射區域及上述第2激發光所入射之第2入射區域係交替地排列。
  10. 如請求項5之光源裝置，其中上述第1固體光源及上述第2固體光源均係包含由半導體雷射；其中構成為上述半導體雷射具有長方形形狀之發光區域，且沿上述發光區域之短邊方向之擴散角大於沿上述發光區域之長邊方向的擴散角，且上述第1固體光源之上述發光區域及上述第2固體光源之上述發光區域之各個具有長邊與短邊之朝向彼此不同的關係。
  11. 一種投影機，其具備：具有如請求項1至10中任一項之光源裝置之照明裝置；對應圖像資訊而調變來自上述照明裝置之光之光調變 裝置；及將來自上述光調變裝置之調變光作為投影圖像而投影之投影光學系統。
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