本發(fā)明涉及一種包括熒光體的光源設(shè)備以及一種使用該光源設(shè)備的投影儀。

背景技術(shù)：

專利文獻(xiàn)1描述了使用熒光體作為光源的投影儀的光源設(shè)備。圖1圖示光源設(shè)備的構(gòu)造。

參照?qǐng)D1，激發(fā)光源116包括多個(gè)藍(lán)色激光二極管(LD)。從激發(fā)光源116輸出的藍(lán)色激發(fā)光被準(zhǔn)直透鏡陣列106轉(zhuǎn)換成平行光束，并且隨后進(jìn)入二向色鏡115。激發(fā)光源116被布置成使得輸出光能夠作為S偏振光進(jìn)入二向色鏡115。二向色鏡115被布置成使得藍(lán)色激發(fā)光的入射角能夠?yàn)?5°。注意，入射角是形成在入射光線和在入射點(diǎn)處設(shè)定的法線之間的角。

圖2圖示二向色鏡115的光譜透射特性。豎直軸表示透射率，并且水平軸表示波長(nm)。實(shí)線表示關(guān)于S偏振光的光譜透射特性，并且虛線表示關(guān)于P偏振光的光譜透射特性。S偏振光的截止波長是456nm，并且P偏振光的截止波長是434nm。注意，截止波長是具有50％的透射率的波長。

二向色鏡115具有對(duì)于S偏振光透射456nm以上的光并且反射小于456nm的光的特性，并且具有對(duì)于P偏振光透射434nm以上的光并且反射小于434nmnm的光的特性。例如，藍(lán)色激發(fā)光的波長是445nm。來自激發(fā)光源116的藍(lán)色激發(fā)光(S偏振光)被二向色鏡115反射。

被二向色鏡115反射的藍(lán)色激發(fā)光(S偏振光)通過1/4波長板108從而被轉(zhuǎn)換成圓偏振光。通過1/4波長板108的藍(lán)色激發(fā)光(圓偏振光)被兩個(gè)聚光透鏡109a和109b會(huì)聚到熒光體層103上。

熒光體層103形成在其上形成有二向色涂層(dichroic coating)的基板上。基板在周向方向上被劃分為第一至到第三部分，并且熒光體層103包括形成在第一部分中的紅色熒光體區(qū)域和形成在第二部分中的綠色熒光體區(qū)域。第三部分被施加反射涂層。通過旋轉(zhuǎn)基板使藍(lán)色激發(fā)光(圓偏振光)順序地照射第一至第三部分。

在第一部分中，被藍(lán)色激發(fā)光激發(fā)的熒光體出射紅色熒光。在第二部分中，被藍(lán)色激發(fā)光激發(fā)的熒光體出射綠色熒光。在第三部分中，藍(lán)色激發(fā)光(圓偏振光)在反射涂層表面上被反射。

來自第一部分的紅色熒光、來自第二部分的綠色熒光和在第三部分的反射涂層表面上反射的藍(lán)色光(圓偏振光)順序地通過聚光透鏡109a和109b以及1/4波長板108。這里，來自第三部分的藍(lán)色光(圓偏振光)在通過1/4波長板108后被轉(zhuǎn)換為P偏振光。紅色熒光、綠色熒光和藍(lán)色光(P偏振光)分別地透射通過二向色鏡115。

雖然圖1中未圖示出，但是透射通過二向色鏡115的紅色熒光、綠色熒光和藍(lán)色光(P偏振光)通過聚光透鏡會(huì)聚到桿積分器的一個(gè)端表面上。在桿積分器中，從一個(gè)端表面進(jìn)行入射的光傳播通過桿從而從另一個(gè)表面離開。桿積分器的使用使得能夠獲取在與光軸垂直的表面上均勻的光強(qiáng)度分布的輸出光。

通常，當(dāng)LD用于激發(fā)光源時(shí)，使用由高耐光的晶體制成的1/4波長板。然而，雖然其用于為具有5°以下的入射角的光提供π/2(＝1/4λ)的相位差，但是1/4波長晶體板具有角度依賴性，其中對(duì)于具有超過5°的入射角的光，偏振光被維持。這需要1/4波長晶體板布置在接近平行光束的光路上。

在圖1中圖示的光源設(shè)備中，類似地，由于LD用于激發(fā)光源116，所以1/4波長板108通常由晶體制成。1/4波長板108被布置在聚光透鏡109a和二向色鏡115之間。然而，由于在聚光透鏡109a和二向色鏡115之間的藍(lán)色激發(fā)光是平行光束，所述沒有1/4波長板108的角度依賴性的影響。

引用列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:JP2012-108486A

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

然而，專利文獻(xiàn)1中描述的光源設(shè)備具有以下問題。

在熒光體層103和桿積分器側(cè)的聚光透鏡之間，來自熒光體層103的熒光作為發(fā)散光束傳播。在此情況中，由于距熒光體層103的距離更長，所以熒光的光束直徑更大。相應(yīng)地，當(dāng)從熒光體層103到桿積分器側(cè)的聚光透鏡的距離增加時(shí)，聚光透鏡的尺寸必須增加，因此造成光學(xué)系統(tǒng)的尺寸和成本的增加。

此外，當(dāng)從熒光體層103到桿積分器側(cè)的聚光透鏡的距離增加時(shí)，在聚光透鏡和桿積分器之間的距離增加，因此更加擴(kuò)大了光學(xué)系統(tǒng)。

因?yàn)榍笆鲈颍谕氖?，從熒光體層103到桿積分器側(cè)的聚光透鏡的距離盡可能的小。

然而，在專利文獻(xiàn)1中描述的光源設(shè)備中，因?yàn)?/4波長板108被布置在聚光透鏡109和二向色鏡115之間，所以在聚光透鏡109和二向色鏡115之間的距離增加，并且結(jié)果，從熒光體層103到桿積分器側(cè)的聚光透鏡的距離增加。因此，發(fā)生光學(xué)系統(tǒng)的尺寸和成本增加的問題。

本發(fā)明的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化和低成本的光源設(shè)備和使用該光源設(shè)備的投影儀。

為了實(shí)現(xiàn)目的，根據(jù)本發(fā)明的方面，提供光源設(shè)備，包括：光源，該光源出射激發(fā)光；二向色鏡，該二向色鏡被構(gòu)造成反射或透射來自光源的光的第一線偏振光；第一聚光透鏡組，該第一聚光透鏡組包括多個(gè)透鏡并且被構(gòu)造成會(huì)聚來自二向色鏡的反射光或透射光；熒光體單元，該熒光體單元包括其中設(shè)置熒光體的熒光體區(qū)域和其中反射入射光的反射區(qū)域，并且該熒光體單元是可移動(dòng)的，使得來自第一聚光透鏡組的光能夠順序地照射到熒光體區(qū)域和反射區(qū)域；和1/4波長板，該1/4波長板被設(shè)置在多個(gè)透鏡中的兩個(gè)相鄰的透鏡之間。每個(gè)第一聚光透鏡組和熒光體單元被布置成使得從熒光體區(qū)域出射的熒光和來自反射區(qū)域的反射光經(jīng)由第一聚光透鏡組和1/4波長板進(jìn)入二向色鏡。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供投影儀，包括：前述光源設(shè)備；顯示元件，該顯示元件空間地調(diào)制從光源設(shè)備輸出的光以形成圖像；和投射光學(xué)系統(tǒng)，該投射光學(xué)系統(tǒng)放大并且投射由顯示元件形成的圖像。

附圖說明

圖1是圖示專利文獻(xiàn)1中描述的光源設(shè)備的構(gòu)造的示意圖。

圖2是圖示圖1中圖示的光源設(shè)備的二向色鏡的光譜透射特性的特性圖。

圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的光源設(shè)備的構(gòu)造的示意圖。

圖4是圖示在圖3中圖示的光源設(shè)備中使用的熒光體輪的示例的示意圖。

圖5是圖示在圖3中圖示的光源設(shè)備中使用的顏色輪的示例的示意圖。

圖6是圖示在圖3中圖示的光源設(shè)備中的1/4波長板的布置位置和入射區(qū)域之間的關(guān)系的示意圖。

圖7是圖示在圖6中圖示的每個(gè)位置處的光線角度分布的圖。

圖8是圖示在圖3中圖示的光源設(shè)備中的藍(lán)色光和熒光的光路的示意圖。

圖9是圖示包括圖3中圖示的光源設(shè)備的投影儀的示例的示意圖。

圖10是圖示包括根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的光源設(shè)備的投影儀的示例的示意圖。

附圖標(biāo)記

1a 光源

1b 準(zhǔn)直透鏡

1c至1e、1i、1k、1m 透鏡

1f 偏振光分離元件

1g 漫射板

1h 二向色鏡

1j 1/4波長板

1l 熒光體單元

1n 顏色過濾器單元

具體實(shí)施方式

下面，將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。

(第一示例性實(shí)施例)

圖3圖示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的光源設(shè)備的構(gòu)造。

參照?qǐng)D3，光源設(shè)備1包括光源1a、準(zhǔn)直透鏡1b、透鏡1c至1e、1i、1k、和1m、偏振光分離元件1f、漫射板1g、二向色鏡1h、1/4波長板1j、熒光體單元1l和顏色過濾器單元1n。

光源1a包括藍(lán)色激光二極管(LD，激光二極管)，該藍(lán)色激光二極管用于輸出具有在藍(lán)色波長區(qū)域中的峰值波長的藍(lán)色光。例如，光源1a包括布置在6×4的矩陣中的藍(lán)色LD。然而，藍(lán)色LD的數(shù)目不限于24?？梢噪S需要增加/減少藍(lán)色LD的數(shù)目。

準(zhǔn)直透鏡1b為每個(gè)藍(lán)色LD設(shè)置，并且將從藍(lán)色LD輸出的藍(lán)色光轉(zhuǎn)換成平行光束。

透鏡1c至1e將從光源1a經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡1b進(jìn)行入射的每個(gè)藍(lán)色光(入射光束)轉(zhuǎn)換成其中光束直徑減小的平行光束。通過將輸出光束的直徑設(shè)定為小于入射光束的直徑，能夠減小在透鏡1c至1e之后布置的構(gòu)件的尺寸。這里，使用三個(gè)透鏡1c至1e。然而，透鏡的數(shù)目不限于3個(gè)。透鏡的數(shù)目可以隨需要增加或減少。

從透鏡1c至1e出射的藍(lán)色光經(jīng)由偏振光分離元件1f進(jìn)入二向色鏡1h。漫射板1g被布置在偏振光分離元件1f和二向色鏡1h之間的光路上。漫射板1g漫射來自偏振光分離元件1f的藍(lán)色光。例如，漫射角為3°。這里，漫射角是形成在通過光束的中心的光線(中心光線)和通過光束的最外側(cè)的光線之間的角度。

偏振光分離元件1f具有分離S偏振光和P偏振光的特性，這里，偏振光分離元件1f具有反射S偏振光并且透射P偏振光的特性。光源1a被布置成使得其輸出光(藍(lán)色光)能夠作為S偏振光進(jìn)入分離元件1f。偏振板或二向色鏡能夠用于偏振光分離元件1f。

由偏振光分離元件1f反射的藍(lán)色光(S偏振光)進(jìn)入二向色鏡1h。二向色鏡1h關(guān)于作為S偏振光進(jìn)行入射的光具有以下特性：其中波長等于或長于第一波長的光透射并且其中波長短于第一波長的光被反射，所述第一波長長于光源1a的波長(藍(lán)色光的波長)。此外，二向色鏡1h關(guān)于作為P偏振光進(jìn)行入射的光具有以下特性：其中波長等于或長于第二波長的光透射并且其中波長短于第二波長的光被反射，所述第二波長短于光源1a的波長(藍(lán)色光的波長)。具有這種特性的二向色鏡1h能夠由電介質(zhì)多層膜實(shí)現(xiàn)。

二向色鏡1h將來自偏振光分離元件1f的藍(lán)色光(S偏振光)引導(dǎo)至熒光體單元1l。1/4波長板1j和透鏡1i和1k被布置在二向色鏡1h和熒光體單元1l之間的光路上。

熒光體單元1l包括熒光體輪和用于旋轉(zhuǎn)熒光體輪的驅(qū)動(dòng)單元(馬達(dá))。在熒光體輪中，熒光體區(qū)域和反射區(qū)域被順序地布置在周向方向上，在熒光體區(qū)域中，設(shè)置被激發(fā)光激發(fā)從而出射熒光的熒光體。

圖4圖示熒光體輪的示例。參照?qǐng)D4，熒光體輪具有黃色熒光體區(qū)域10Y、綠色熒光體區(qū)域10G和反射區(qū)域10B。形成黃色熒光體區(qū)域10Y、綠色熒光體區(qū)域10G和反射區(qū)域10B以便在周向方向上排列(array)。

反射區(qū)域10B反射來自光源1a的藍(lán)色光。黃色熒光體區(qū)域10Y包括被激發(fā)光激發(fā)從而出射黃色熒光的熒光體。綠色熒光體區(qū)域10G包括被激發(fā)光激發(fā)從而出射綠色熒光的熒光體。黃色熒光體和綠色熒光體兩者都能夠被來自光源1a的藍(lán)色光激發(fā)。注意，黃色熒光包括波長范圍從綠色到紅色的光。

根據(jù)包括在來自光源設(shè)備1的輸出光中的黃色光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光中的每個(gè)的光強(qiáng)度的平衡，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定黃色熒光體區(qū)域10Y、綠色熒光體區(qū)域10G和反射區(qū)域10B中的每個(gè)在周向方向上的面積比(在周向方向上的分割比)。

1/4波長板1j由高耐光的無機(jī)材料制成。例如，1/4波長板1j具有由無機(jī)材料(介電物質(zhì))制成的雙折射多層膜。雙折射多層膜被構(gòu)造成將π/2(＝1/4λ)的相位差提供給入射光的偏振表面。例如，具有通過在基板表面上從傾斜方向沉積顆粒形成的傾斜柱狀結(jié)構(gòu)的雙折射層公知為對(duì)于在基板表面上垂直地進(jìn)行入射的光線具有雙折射性。在這種雙折射層中，能夠通過調(diào)節(jié)膜厚度給入射光的偏振表面提供任意的相位差。在此實(shí)施例中，類似地，1/4波長板1j由這種傾斜柱狀結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的雙折射多層膜形成。1/4波長無機(jī)板1j的角度依賴性小于1/4波長晶體板的角度依賴性。例如，1/4波長無機(jī)板1j能夠提供對(duì)于具有40°以下的入射角的光的相位差。此外，1/4波長無機(jī)板1j能夠形成為薄于1/4波長晶體板，并且例如，能夠提供具有0.3mm的厚度的1/4波長無機(jī)板1j。

1/4波長板1j被布置在透鏡1i和1k之間。透鏡1i和1k構(gòu)成用于將來自二向色鏡1h的藍(lán)色光會(huì)聚在熒光體單元1l的熒光體輪上的聚光透鏡組。根據(jù)實(shí)施例，兩個(gè)透鏡1i和1k構(gòu)成聚光透鏡組。然而，此構(gòu)造決不是限制的。三個(gè)或更多個(gè)透鏡可以構(gòu)成該聚光透鏡組。在此種情況中，1/4波長板1j被布置在聚光透鏡組中的給定的透鏡之間。然而，此情況必須滿足以下條件：在布置1/4波長板1j的透鏡之間，藍(lán)色光到1/4波長板1j的入射角被設(shè)定為不提供1/4波長板1j的角度依賴性的任何影響的角度。為了滿足此條件，1/4波長板1j可以被布置在多個(gè)透鏡中的、最接近二向色鏡1h側(cè)定位的第一透鏡和相鄰于第一透鏡的第二透鏡之間。

來自二向色鏡1h的藍(lán)色光(S偏振光)通過1/4波長板1j從而被轉(zhuǎn)換成圓偏振光。通過1/4波長板1j的藍(lán)色光(圓偏振光)經(jīng)由透鏡1k照射到熒光體輪上。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)熒光體輪時(shí)，來自透鏡1k的藍(lán)色光(圓偏振光)順序地照射到黃色熒光體區(qū)域10Y、綠色熒光體區(qū)域10G和反射區(qū)域10B。在黃色熒光體區(qū)域10Y中，被藍(lán)色光激發(fā)的黃色熒光體出射黃色熒光。在綠色熒光體區(qū)域10G中，被藍(lán)色光激發(fā)的綠色熒光體出射綠色熒光。在反射區(qū)域10B中，來自透鏡1k的藍(lán)色光被朝向透鏡1k反射。

來自黃色熒光體區(qū)域10Y的黃色熒光(非偏振光)、來自綠色熒光體區(qū)域10G的綠色熒光(非偏振光)和來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光(圓偏振光)分別順序地通過透鏡1k、1/4波長板1j和透鏡1i從而進(jìn)入二向色鏡1h。這里，來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光(圓偏振光)通過1/4波長板1j從而轉(zhuǎn)換成P偏振光。此藍(lán)色光(P偏振光)進(jìn)入二向色鏡1h。

來自透鏡1i的黃色熒光(非偏振光)、綠色熒光(非偏振光)和藍(lán)色光(P偏振光)通過二向色鏡1h。通過二向色鏡1h的黃色熒光、綠色熒光和藍(lán)色光被透鏡1m會(huì)聚在未圖示出的光學(xué)元件的一端的表面上(例如光均勻化元件諸如光通道或桿積分器)。

顏色過濾器單元1n包括顏色輪。此顏色輪被布置為與透鏡1m的焦點(diǎn)位置相比更接近透鏡1m側(cè)。

圖5圖示顏色輪的示例。參照?qǐng)D5，顏色輪具有黃色透射過濾器11Y、紅色透射過濾器11R、綠色透射過濾器11G和漫射板11B。形成黃色透射過濾器11Y、紅色透射過濾器11R、綠色透射過濾器11G和漫射板11B以便在周向方向上排列。

黃色透射過濾器11Y的區(qū)域和紅色透射過濾器11R的區(qū)域與圖4中圖示的熒光體輪的黃色熒光體區(qū)域10Y對(duì)應(yīng)，并且綠色透射過濾器11G和漫射板11B分別與圖4中圖示的熒光體輪的綠色熒光體區(qū)域10G和反射區(qū)域10B對(duì)應(yīng)。黃色透射過濾器11Y、紅色透射過濾器11R、綠色透射過濾器11G和漫射板11B在周向方向上的面積比與圖4中圖示的熒光體輪的分別對(duì)應(yīng)的區(qū)域的面積比類似。

根據(jù)包括在來自光源設(shè)備1的輸出光中的黃色光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光中的每個(gè)的光強(qiáng)度的平衡，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定黃色透射過濾器11Y和紅色透射過濾器11R在周向方向上的面積比。

顏色過濾器單元1n和熒光體單元1l被構(gòu)造成彼此同步旋轉(zhuǎn)。來自黃色熒光體區(qū)域110Y的黃色熒光包括黃色成分的光以及紅色成分的光，黃色成分的光透射通過黃色透射過濾器11Y，并且紅色成分的光透射通過紅色透射過濾器11R。

來自綠色熒光體區(qū)域10G的綠色熒光透射通過綠色透射過濾器11G。來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光通過漫射板11B。藍(lán)色光的漫射光從漫射板11B出射。例如，約10°的漫射角能夠隨需要適當(dāng)?shù)馗淖儭?/p>

通過顏色過濾器單元1n的黃色光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光是來自光源設(shè)備1的輸出光。

根據(jù)實(shí)施例的光源設(shè)備，通過在透鏡1i和1k之間布置具有小于1/4波長晶體板的角度依賴性的角度依賴性的1/4波長無機(jī)板1j，能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化和低成本。在下文中，將具體描述其原因。

圖6是圖示在1/4波長板的布置位置和入射區(qū)域之間的關(guān)系的示意圖。當(dāng)1/4波長板1j被布置在透鏡1i的二向色鏡1h側(cè)的位置P1處時(shí)，藍(lán)色光通過的1/4波長板lj的區(qū)域的尺寸為32mm²。當(dāng)1/4波長板1j被布置在透鏡1i的透鏡1k側(cè)的位置P2處時(shí)，藍(lán)色光通過的1/4波長板lj的區(qū)域的尺寸為25mm²。當(dāng)1/4波長板1j被布置在透鏡1k的熒光體輪側(cè)的位置P3處時(shí)，藍(lán)色光通過的1/4波長板lj的區(qū)域的尺寸為20mm²。因此，在位置P3處的藍(lán)色光通過的波長板的區(qū)域的尺寸最小，并且在位置P2處的藍(lán)色光通過的波長板的區(qū)域的尺寸次小。

圖7圖示圖6中圖示的每個(gè)位置處的光線角度分布。豎直軸表示強(qiáng)度比(％)，并且水平軸表示光線角度(度)。連接黑色菱形標(biāo)志的實(shí)線表示在位置P1處在X方向上的光線角度分布。連接黑色方形標(biāo)志的實(shí)線表示在位置P1處在Y方向上的光線角度分布。連接黑色三角標(biāo)志的實(shí)線表示在位置P2處在X方向上的光線角度分布。連接X標(biāo)志的實(shí)線表示在位置P2處在Y方向上的光線角度分布。連接*標(biāo)志的實(shí)線表示在位置P3處在X方向上的光線角度分布。連接圓形標(biāo)志的實(shí)線表示在位置P3處在Y方向上的光線角度分布。

在位置P1處的藍(lán)色光的光線角度為±5°。在位置P2處的藍(lán)色光的光線角度為±28°。在位置P3處的藍(lán)色光的光線角度為±65°。由于1/4波長無機(jī)板1j對(duì)于40°以下的入射角的光能夠維持特性，所以即使當(dāng)其被布置在位置P2處時(shí)，不存在1/4波長無機(jī)板1j的角度依賴性的影響。然而，當(dāng)1/4波長板1j被布置在位置P3處時(shí)，存在角度依賴性的影響。

與1/4波長板1j被布置在位置P1處的構(gòu)造相比，根據(jù)1/4波長板1j被布置在位置P2處的構(gòu)造，藍(lán)色光的通過區(qū)域從32mm²降低到25mm²，并且因此能夠減小1/4波長板1j的尺寸從而實(shí)現(xiàn)低成本。

此外，根據(jù)1/4波長板1j被布置在位置P2處的構(gòu)造，包括用于會(huì)聚熒光的系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)能夠降低尺寸和成本。下文中，將具體地描述其原因。

圖8示意性地圖示藍(lán)色光和熒光的光路。虛線表示來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光的反射光路，并且實(shí)線表示來自黃色熒光體區(qū)域10Y的黃色熒光或來自綠色熒光體區(qū)域10G的綠色熒光的光路。

透鏡1i和1k被設(shè)計(jì)為將來自二向色鏡1h的藍(lán)色光會(huì)聚在熒光體輪的照射表面上，而不會(huì)聚來自黃色熒光體區(qū)域10Y或綠色熒光體區(qū)域10G的熒光(完全漫射光)。因此。在來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光被透鏡1i和1k會(huì)聚從而轉(zhuǎn)換成大致的平行光束L1，并且透射通過二向色鏡1h的同時(shí)，來自黃色熒光體區(qū)域10Y或綠色熒光體區(qū)域10G的熒光(完全漫射光)被透鏡1i和1k會(huì)聚，但是作為漫射光束L2透射通過二向色鏡1h。換言之，從熒光體輪直至透鏡1m，來自黃色熒光體區(qū)域10Y或綠色熒光體區(qū)域10G的熒光作為漫射光束L2傳播。在此情況中，由于隨著距熒光體輪的距離更長，漫射光束L2的光束直徑更大，所以當(dāng)從熒光體輪到透鏡1m的距離增加時(shí)，透鏡1m的尺寸必須增加，因此造成光學(xué)系統(tǒng)的尺寸和成本的增加。

此外，當(dāng)從熒光體輪到透鏡1m的距離增加時(shí)，在透鏡1m和光通道2a之間的距離也增加，因此擴(kuò)大了光學(xué)系統(tǒng)。

因?yàn)榍笆鲈?，期望的是，從熒光體輪到透鏡1m的距離盡可能的短。

根據(jù)實(shí)施例，通過將1/4波長無機(jī)板布置在位置P2，能夠解決前述的光學(xué)系統(tǒng)的尺寸和成本增加的問題。

具體地，透鏡1i和1k是平凸透鏡，并且凸形表面指向二向色鏡1h側(cè)。二向色鏡1h被布置成使得通過透鏡1i和1k的光軸形成的角度能夠小于45°。在此情況中，通過與透鏡1i的外周部接近地布置位于透鏡1i側(cè)的二向色鏡1h的端部，能夠縮短二向色鏡1h和透鏡1i之間的距離。

此外，1/4波長板1j能夠粘附到透鏡1i，或直接地形成在透鏡1i中并且，由于不需要用于保持1/4波長板1j的保持件，所以在透鏡1i和1k之間的空間增加與1/4波長板1j的厚度相等的量。1/4波長無機(jī)板1j能夠薄化為0.3mm以下，并且因此限制了透鏡1i和1k之間的空間的增加。

在另一方面，在1/4波長板1j被布置在位置P1的構(gòu)造中，1/4波長板1j和透鏡1i的凸形表面必須被布置為不互相緩沖，并且1/4波長板1j和二向色鏡1h的端部必須被布置為不互相緩沖。此外，由于1/4波長板1j必須被保持件保持，所以在二向色鏡1h和1/4波長板lj之間的空間以及在透鏡1i和1/4波長板1j之間的空間必須被設(shè)定，以便防止在1/4波長板lj的保持件與透鏡1i和二向色鏡1h的保持件之間的緩沖。結(jié)果，在透鏡1i和二向色鏡1h之間的空間必須大于在1/4波長板1j被布置在位置P2處的構(gòu)造中的空間。

如上所描述，根據(jù)1/4波長板1j被布置在位置P2處的構(gòu)造，能夠減小透鏡1i和二向色鏡1h之間的空間，能夠減小在透鏡1i和二向色鏡1h之間的空間，并且因此能夠縮短從熒光體輪到透鏡1m的距離，并且光學(xué)系統(tǒng)能夠在尺寸和成本方面減小。

除上述效果之外，根據(jù)實(shí)施例的光源設(shè)備還能夠提供以下效果。

通過布置二向色鏡1h，其中S偏振光和P偏振光能夠分離的波長區(qū)域變寬，使得來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光的中心光線的入射角θ能夠大于45°。例如，二向色鏡1h被布置成使得藍(lán)色光的入射角θ能夠?yàn)?5°。因此，由個(gè)體差異或溫度依賴性造成的LD發(fā)光波長的變化的影響被降低。

然而，二向色鏡1h的透射率根據(jù)入射角的增加而減小。相應(yīng)地，來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光(P偏振光)的一部分被二向色鏡1h反射。當(dāng)由二向色鏡1h反射的藍(lán)色光(P偏振光)返回到光源1a時(shí)，LD振蕩操作變得不穩(wěn)定，并且結(jié)果，LD的輸出減少。特別地，當(dāng)存在反射區(qū)域10B和光源1a(LD的發(fā)光點(diǎn))之間的成像關(guān)系時(shí)，來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光返回光源1a的發(fā)光點(diǎn)，因此使LD的輸出減少的問題更加顯著。

根據(jù)實(shí)施例，為了消除從二向色鏡1h返回到光源1a側(cè)的藍(lán)色光，將偏振光分離元件1f布置在二向色鏡1h和光源1a之間的光路上。由二向色鏡1h反射的藍(lán)色光(P偏振光)透射通過偏振光分離元件1f。透射通過偏振光分離元件1f的藍(lán)色光(P偏振光)在與光源1a的方向不同的方向上行進(jìn)，不返回光源1a的發(fā)光點(diǎn)。結(jié)果，LD振蕩操作不會(huì)變得不穩(wěn)定。

(投影儀)

圖9圖示包括圖3中圖示的光源設(shè)備1的投影儀的構(gòu)造。

參照?qǐng)D9，投影儀包括光源設(shè)備1、照明光學(xué)系統(tǒng)2、投射光學(xué)系統(tǒng)3和顯示元件4。

照明光學(xué)系統(tǒng)2將光源設(shè)備1的輸出光引導(dǎo)至顯示元件4，并且將矩形并且均勻的光供給至顯示元件4。照明光學(xué)系統(tǒng)2包括光通道2a、透鏡2b、2c和2e以及鏡子2d。

光通道2a具有長方體形狀，光源設(shè)備1的輸出光從一端進(jìn)入內(nèi)部，并且入射光傳播通過內(nèi)部從而從另一端離開。光通道2a的一端的表面(入射表面)被布置在圖3中圖示的光源設(shè)備1的透鏡1m的焦點(diǎn)位置處。存在熒光體單元1l的熒光體輪的照射表面和光通道2a的入射表面之間的成像關(guān)系。

從光通道2a的另一端輸出的光經(jīng)由透鏡2b和2c、鏡子2d和透鏡2e照射到顯示元件4。透鏡2b、2c和2e是聚光透鏡

顯示元件4根據(jù)形成圖像的視頻信號(hào)空間地調(diào)制來自照明光學(xué)系統(tǒng)2的光束。例如，顯示元件4是數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)。DMD具有多個(gè)微鏡，每個(gè)微鏡被構(gòu)造成根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓改變角度，并且反射角在當(dāng)供給指示接通狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)和當(dāng)供給指示斷開狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)之間是不同的。通過根據(jù)視頻信號(hào)使每一個(gè)微鏡經(jīng)受接通-斷開控制，入射光束被空間地調(diào)制從而形成圖像。注意，除DMD之外，液晶面板等還能夠用于顯示元件4。

投射光學(xué)系統(tǒng)3將由顯示元件4形成的圖像放大并且投射到投射表面上。只要能夠?qū)D像在其上投射，則能夠使用任何投射表面諸如屏幕或墻壁。

(第二示例性實(shí)施例)

將描述根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的光源設(shè)備。

根據(jù)此實(shí)施例的光源設(shè)備以以下方式構(gòu)造：其中顛倒在圖3中圖示的光源設(shè)備1中的S偏振光和P偏振光之間的關(guān)系。具體地，維持在圖3中圖示的偏振光分離元件1f、漫射板1g、二向色鏡1h、透鏡1m和顏色過濾器單元1n的布置。光源1a、準(zhǔn)直透鏡1b和透鏡1c至1e被布置為與偏振光分離元件1f的漫射板1g側(cè)相反。1/4波長板1j、透鏡1i和1k以及熒光體單元1l被布置為與二向色鏡1h的偏振光分離元件1f側(cè)相反。

偏振光分離元件1f具有反射S偏振光并且透射P偏振光的特性。光源1a被布置成使得其輸出光能夠作為P偏振光進(jìn)入偏振光分離元件1f。

來自光源1a的藍(lán)色光(P偏振光)經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡1b和透鏡1c至1e進(jìn)入偏振光分離元件1f。藍(lán)色光(偏振光)透射通過偏振光分離元件1f從而經(jīng)由漫射板1g進(jìn)入二向色鏡1h。

二向色鏡1h關(guān)于作為P偏振光進(jìn)行入射的光具有以下第一特性：其中波長等于或短于第一波長的光透射并且其中波長長于第一波長的光被反射，所述第一波長長于藍(lán)色光的波長。此外，二向色鏡1h關(guān)于作為S偏振光進(jìn)行入射的光具有以下第二特性：其中波長等于或短于第二波長的光透射并且其中波長長于第二波長的光被反射，所述第二波長短于藍(lán)色光的波長。這里，第一波長是第一特性中的截止波長，并且第二波長是第二特性中的截止波長。具有這種特性的二向色鏡1h能夠由電介質(zhì)多層膜實(shí)現(xiàn)。

來自偏振光分離元件1f的藍(lán)色光(P偏振光)透射通過二向色鏡1h，以經(jīng)由透鏡1i和1k以及1/4波長板1j從而照射到熒光體單元1l。藍(lán)色光(P偏振光)通過1/4波長板1j從而被轉(zhuǎn)換成圓偏振光。藍(lán)色光(圓偏振光)順序地照射到黃色熒光體區(qū)域10Y、綠色熒光體區(qū)域10G和反射區(qū)域10B。

在黃色熒光體區(qū)域10Y中，被藍(lán)色光激發(fā)的黃色熒光體出射黃色熒光。在綠色熒光體區(qū)域10G中，被藍(lán)色光激發(fā)的綠色熒光體出射綠色熒光。在反射區(qū)域10B中，來自透鏡1k的藍(lán)色光被朝向透鏡1k反射。

來自黃色熒光體區(qū)域10Y的黃色熒光(非偏振光)、來自綠色熒光體區(qū)域10G的綠色熒光(非偏振光)和來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光(圓偏振光)分別順序地通過透鏡1k、1/4波長板1j和透鏡li從而進(jìn)入二向色鏡1h。這里，來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光(圓偏振光)通過1/4波長板1i從而被轉(zhuǎn)換為S偏振光。此藍(lán)色光(S偏振光)進(jìn)入二向色鏡1h。

通過1/4波長板1j的黃色熒光(非偏振光)、綠色熒光(非偏振光)和藍(lán)色光(P偏振光)被二向色鏡1h反射。被二向色鏡1h反射的黃色熒光、綠色熒光和藍(lán)色光經(jīng)由透鏡1m進(jìn)入顏色過濾器單元1n的顏色輪。

根據(jù)實(shí)施例，如在第一示例性實(shí)施例的情況中，1/4波長板1j由無機(jī)材料制成，并且被布置在透鏡1i和透鏡1k之間。因此，提供與第一示例性實(shí)施例的操作效果相同的操作效果。

在此實(shí)施例中，能夠應(yīng)用第一示例性實(shí)施例中描述的修改。此外，實(shí)施例的光源設(shè)備能夠被應(yīng)用到圖9中圖示的投影儀。具體地，在圖9中圖示的投影儀中，光源設(shè)備1被此實(shí)施例的光源設(shè)備替換。

(第三示例性實(shí)施例)

圖10圖示包括根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的光源設(shè)備的投影儀的構(gòu)造。

光源設(shè)備10是根據(jù)此實(shí)施例的光源設(shè)備。在光源設(shè)備10中，偏振光分離元件1f被布置成使得來自光源1a的藍(lán)色光的中心光線的入射角能夠?yàn)?5°，并且二向色鏡1h被布置成使得來自反射區(qū)域10B的藍(lán)色光的中心光線的入射角能夠?yàn)?5°。其它構(gòu)造與第一示例性實(shí)施例的光源設(shè)備的構(gòu)造類似。

1/4波長板1j與第一示例性實(shí)施例中描述的1/4波長板類似。在此實(shí)施例中，類似地，1/4波長板1j被布置在透鏡1i和透鏡1k之間。相應(yīng)地，能夠提供與第一示例性實(shí)施例的操作效果相同的操作效果。

當(dāng)三個(gè)或更多個(gè)透鏡構(gòu)成聚光透鏡組時(shí)，1/4波長板1j被布置在聚光透鏡組中給定的透鏡之間。然而，此情況必須滿足以下條件，其中在1/4波長板1j被布置的透鏡之間，藍(lán)色光至1/4波長板1j的入射角被設(shè)定為這樣的角：1/4波長板1j的角度依賴性沒有任何影響。

在圖10中圖示的投影儀包括：光源設(shè)備10、照明光學(xué)系統(tǒng)2、投射光學(xué)系統(tǒng)3和顯示元件4。照明光學(xué)系統(tǒng)2、投射光學(xué)系統(tǒng)3和顯示元件4與第一示例性實(shí)施例中描述的投影儀的照明光學(xué)系統(tǒng)2、投射光學(xué)系統(tǒng)3和顯示元件4類似。在此投影儀中，通過與第一示例性實(shí)施例中描述的投影儀的操作相同的操作放大和投射圖像。

在此示例性實(shí)施例中，類似地，能夠應(yīng)用第一示例性實(shí)施例中描述的修改。

(第四示例性實(shí)施例)

將描述根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實(shí)施例的光源設(shè)備。

根據(jù)此實(shí)施例的光源設(shè)備以以下方式構(gòu)造，其中顛倒在圖10中圖示的光源設(shè)備10中的S偏振光和P偏振光之間的關(guān)系。具體地，維持在圖10中圖示的偏振光分離元件1f、漫射板1g、二向色鏡1h、透鏡1m和顏色過濾器單元1n的布置。光源1a、準(zhǔn)直透鏡1b和透鏡1c至1e被布置為與偏振光分離元件1f的漫射板1g側(cè)相反。1/4波長板1j、透鏡1i和1k和熒光體單元1l被布置為與二向色鏡1h的偏振光分離元件1f側(cè)相反。

根據(jù)此實(shí)施例的光源設(shè)備的操作與第二示例性實(shí)施例的光源設(shè)備的操作類似。此外，在包括此實(shí)施例的光源設(shè)備的投影儀中，通過與包括第二示例性實(shí)施例的光源設(shè)備的投影儀的操作相同的操作放大和投射圖像。

在此實(shí)施例中，類似地，能夠應(yīng)用第一示例性實(shí)施例中描述的修改。

根據(jù)上面描述的各個(gè)實(shí)施例的光源設(shè)備和投影儀僅是本發(fā)明的示例，并且其構(gòu)造和操作能夠隨時(shí)機(jī)需要而改變。

例如，在第一示例性實(shí)施例中，可以省略顏色過濾器單元1n，漫射層可以被設(shè)置在圖4中圖示的熒光體單元1l的熒光體輪中的反射區(qū)域10B上，并且黃色熒光體區(qū)域10Y的部分或全部可以被紅色熒光體區(qū)域替換。此修改也能夠被應(yīng)用到第二至第四示例性實(shí)施例。

在第一示例性實(shí)施例中，光源設(shè)備1可以包括照明光學(xué)系統(tǒng)2的部分或全部。此修改也能夠被應(yīng)用到第二至第四示例性實(shí)施例。

此外，在每個(gè)實(shí)施例中，1/4波長無機(jī)板可以通過由氣相沉積法在玻璃或石英制成的基板上形成無機(jī)雙折射多層膜而制備，或通過由氣相沉積法直接地在透鏡中形成無機(jī)雙折射多層膜而制備。

本發(fā)明能夠采用下面的補(bǔ)充注釋中描述的構(gòu)造，然而，本發(fā)明不限于這些構(gòu)造。

[補(bǔ)充注釋1]

一種光源設(shè)備，包括：

光源，所述光源出射激發(fā)光；

二向色鏡，所述二向色鏡被構(gòu)造成反射或透射來自所述光源的光的第一線偏振光；

第一聚光透鏡組，所述第一聚光透鏡組包括多個(gè)透鏡并且被構(gòu)造成會(huì)聚來自所述二向色鏡的反射光或透射光；

熒光體單元，所述熒光體單元包括其中設(shè)置熒光體的熒光體區(qū)域和其中反射入射光的反射區(qū)域，并且所述熒光體單元是可移動(dòng)的，使得來自所述第一聚光透鏡組的光能夠順序地照射到所述熒光體區(qū)域和所述反射區(qū)域；和

1/4波長板，所述1/4波長板被設(shè)置在所述多個(gè)透鏡中的兩個(gè)相鄰的透鏡之間，

其中，每個(gè)所述第一聚光透鏡組和所述熒光體單元被布置成使得從所述熒光體區(qū)域出射的熒光和來自所述反射區(qū)域的反射光經(jīng)由所述第一聚光透鏡組和所述1/4波長板進(jìn)入所述二向色鏡。

[補(bǔ)充注釋2]

根據(jù)補(bǔ)充注釋1所述的光源設(shè)備，其中，所述1/4波長板被布置在所述多個(gè)透鏡中的、布置在所述二向色鏡側(cè)上的第一透鏡和與所述第一透鏡相鄰的第二透鏡之間。

[補(bǔ)充注釋3]

根據(jù)補(bǔ)充注釋1或2所述的光源設(shè)備，其中，所述1/4波長板包括無機(jī)雙折射多層膜，所述無機(jī)雙折射多層膜被構(gòu)造成將1/4λ的相位差提供給入射光的偏振表面，λ表示所述光源的波長。

[補(bǔ)充注釋4]

根據(jù)補(bǔ)充注釋1至3中的任一項(xiàng)所述的光源設(shè)備，進(jìn)一步包括第二聚光透鏡組，所述第二聚光透鏡組包括會(huì)聚來自所述光源的輸出光的多個(gè)透鏡，

其中，所述第一和第二聚光透鏡組在包括所述熒光體區(qū)域和所述反射區(qū)域的表面上形成所述光源的光源圖像。

[補(bǔ)充注釋5]

根據(jù)補(bǔ)充注釋1至4中的任一項(xiàng)所述的光源設(shè)備，進(jìn)一步包括聚光透鏡，所述聚光透鏡被設(shè)置成使得從所述熒光體區(qū)域出射的熒光和來自所述反射區(qū)域的反射光經(jīng)由所述第一聚光透鏡組、所述1/4波長板和所述二向色鏡進(jìn)入所述聚光透鏡，所述聚光透鏡聚光進(jìn)行入射的光。

[補(bǔ)充注釋6]

根據(jù)補(bǔ)充注釋5所述的光源設(shè)備，進(jìn)一步包括顏色過濾器單元，所述顏色過濾器單元包括黃色透射過濾器、紅色透射過濾器、綠色透射過濾器和漫射區(qū)域，并且所述顏色過濾器單元是可移動(dòng)的，使得來自所述聚光透鏡的光順序地進(jìn)入所述黃色透射過濾器、所述紅色透射過濾器、所述綠色透射過濾器和所述漫射區(qū)域，其中：

所述熒光體區(qū)域包括其中設(shè)置出射黃色熒光的熒光體的黃色熒光體區(qū)域和其中設(shè)置出射綠色熒光的熒光體的綠色熒光體區(qū)域；并且

來自所述黃色熒光體區(qū)域的黃色熒光順序地進(jìn)入所述黃色透射過濾器和所述紅色透射過濾器，來自所述綠色熒光體區(qū)域的綠色熒光進(jìn)入所述綠色透射過濾器，并且來自所述反射區(qū)域的藍(lán)色光進(jìn)入所述漫射區(qū)域。

[補(bǔ)充注釋7]

一種投影儀，包括：

根據(jù)補(bǔ)充注釋1至6中的任一項(xiàng)所述的光源設(shè)備；

顯示元件，所述顯示元件空間地調(diào)制從所述光源設(shè)備輸出的光以形成圖像；和

投射光學(xué)系統(tǒng)，所述投射光學(xué)系統(tǒng)放大和投射由所述顯示元件形成的圖像。