光源装置以及投射型影像显示装置的制作方法

本公开涉及使用了激光光源的光源装置以及使用了该光源装置的投射型影像显示装置。

背景技术

在专利文献1中，公开了通过将从激光元件射出的光照射到配置有扩散板等的扩散层的圆形基板状的旋转轮，能够减少投射影像中的亮度不均匀、斑点噪声的投影仪。

此外，在专利文献2中，公开了针对从激光元件射出的光，通过将反射率相互不同的平行的多重反射元件相对于激光元件倾斜配置，能够减少斑点噪声的投影仪。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：jp特开2013-61525号公报

专利文献2：jp特开2016-180818号公报

技术实现要素：

本公开的目的在于，提供一种对使用激光光源的情况下产生的投射影像中的亮度不均匀、斑点噪声进行抑制的光源装置以及投射型影像显示装置。

本公开中的光源装置以及投射型影像显示装置具备：固体光源单元、分色镜、荧光板、第1相位差板和多重反射镜。固体光源单元以规定的比例射出相互处于正交关系的两个直线偏振光。分色镜将来自固体光源单元的两个直线偏振光分离，并且将蓝色光和黄色光合成。荧光板被由分色镜从两个直线偏振光分离的第1直线偏振光激励，对分色镜射出黄色光。第1相位差板将被分色镜从两个直线偏振光分离的第2直线偏振光变换为圆偏振光。多重反射镜将被第1相位差板变换的圆偏振光作为蓝色光而对分色镜反射。

本公开中的光源装置即使在以简单的结构使用激光光源的情况下，对于投射影像中的亮度不均匀、斑点噪声的抑制也是有效的。

附图说明

图1是表示实施方式中的光源装置的结构的图。

图2是实施方式中的光源装置中使用的荧光轮的图。

图3是表示实施方式中的光源装置中使用的分色镜的每个波长的透射率的图。

图4是表示搭载了实施方式中的光源装置的投射型影像显示装置的结构的图。

图5是表示利用实施方式中的多重反射镜的光线的图。

图6是表示实施方式中的多重反射镜的作用的图。

-符号说明-

10光源装置

15荧光轮装置

101激光光源

102准直透镜

103、104、108、109、110透镜

105扩散板

106四分之一波长板

107分色镜

111四分之一波长板

112多重反射镜

112a部分反射膜

112b全反射膜

201电机

202旋转基材

203黄色荧光体部

300投射型影像显示装置

301第1透镜阵列板

302第2透镜阵列板

303偏振光变换元件

304重叠用透镜

305、306分色镜

307、319、324场透镜

308、309、310入射侧偏振片

311、312、313液晶面板

314、315、316射出侧偏振片

317颜色合成棱镜

318、321、323反射镜

320、322中继透镜

325投射透镜

具体实施方式

以下，适当地参照附图来对实施方式详细进行说明。其中，存在省略必要以上详细的说明的情况。例如，存在省略已知事项的详细说明、针对实质相同的结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，使本领域的技术人员容易理解。

另外，附图以及以下的说明是为了本领域的技术人员充分理解本公开而提供的，并不意图通过这些来限定权利要求书中所述的主题。

(实施方式)

以下，使用图1～图6对实施方式进行说明。

[1-1.结构的说明]

[1-1-1.整体的结构]

图1是用于对使用了荧光轮装置15的光源装置10的光学系统的结构进行说明的图。为了以下说明的方便，在图1中，取图中所示的xyz正交坐标系。

首先，对光源装置10进行说明。作为激励光源的激光光源101是在447nm至462nm的波长宽度发出蓝色光并射出直线偏振光的蓝色半导体激光，为了实现高亮度的照明装置，由多个半导体激光构成。在图1中，示例性地记载了5个蓝色半导体激光被排列设置，激光光源101是多个蓝色半导体激光在平面上配置为矩阵状而构成的。在图1中，示例性地，蓝色半导体激光被配置为成为其射出光的偏振光方向为y轴方向的s偏振光。从构成激光光源101的各个半导体激光射出的激励光即激光分别被对应的准直透镜102校准。从准直透镜102射出的光成为大致平行光。该平行光通过透镜103，其整体光束被聚光，通过透镜104，再次被大致平行光化，透过扩散板105，照射到相对于x轴以规定的角度旋转配置的四分之一波长板106。

这样，四分之一波长板106通过调整相对于作为x轴的光轴的角度配置，使得入射的光作为椭圆偏振光的光而射出。换言之，四分之一波长板106针对被入射的光变换偏振光状态以使得成为规定的比例(例如，s偏振光成分的强度为80％，p偏振光成分的强度为20％)并进行射出。

这里，激光光源101、准直透镜102、透镜103、透镜104、扩散板105和四分之一波长板106构成固体光源单元的一个例子。此外，激光光源101是半导体激光光源的一个例子，四分之一波长板106是对来自激光光源101的光的偏振光状态进行变换并以规定的比例射出处于相互正交关系的两个直线偏振光的第2相位差板的一个例子。

扩散板105是平板玻璃，在单面形成实施了微小的凹凸的扩散面。

透过四分之一波长板106的光入射到相对于光轴被配置为大致45度的角度的分色镜107。

图3中表示分色镜107的分光透射率。该分色镜107是透射率为50％的波长以s偏振光为465nm、以p偏振光为442nm的特性，从447nm到462nm的蓝色光根据该特性而在分色镜107中透过或者反射，从而根据偏振光状态而被分离。具体而言，蓝色光的s偏振光成分由分色镜反射，p偏振光成分透过分色镜。此外，分色镜107是透过96％以上的包含绿、红成分的黄色光的特性。这样，分色镜107根据偏振光状态来分离来自固体光源单元的光，并且如后面所述，将蓝色光与包含绿以及红成分的黄色光合成。

返回到图1，在-x方向入射到分色镜107的激光之中，作为一方的直线偏振光的s偏振光成分由分色镜107反射并向-z方向射出，作为另一方的直线偏振光的p偏振光成分透过分色镜107并向-x方向射出。向-z方向射出的激光被透镜108、透镜109聚光，激励形成于荧光轮装置15的荧光体。

如图2的侧面图(a)所示，荧光轮装置15由电机201、以电机201的旋转轴为中心而旋转驱动的圆盘状的板体所构成的旋转基材202、形成在旋转基材202上的黄色荧光体部203。

黄色荧光体部203在旋转基材202上，如图2的主视图(b)所示，在从荧光轮的旋转轴中心a隔开距离r1的圆周上，在该圆周的内外形成规定的宽度w。旋转基材202的形成有黄色荧光体部203的面被实施反射面的加工。

若来自激光光源101的激光聚光到荧光轮装置15的黄色荧光体部203，则黄色荧光体部203被激励，发出包含绿以及红成分的黄色光。

这里，荧光轮装置15是被由分色镜107进行了偏振光分离的一方的直线偏振光激励并射出黄色光(绿以及红成分的光)的荧光板的一个例子，透镜108、109是第1聚光元件的一个例子。

返回到图1，通过荧光轮装置15而得到的黄色光从荧光轮装置15在+z方向射出。通过黄色荧光体部203而在-z方向射出的荧光在旋转基材202的反射面反射并在+z方向射出。这些黄色光是无偏振的光，在被透镜109、108平行化后，透过分色镜107。

另一方面，通过分色镜107的蓝色半导体激光的蓝色光的p偏振光被透镜110聚光，透过四分之一波长板111，成为圆偏振光，并入射到配置于透镜110的焦点附近的多重反射镜112。入射到多重反射镜112的蓝色光通过多重反射镜112而反射，再次透过四分之一波长板111，成为s偏振光，被透镜110聚光并成为大致平行光，被分色镜107反射。这里，透镜110是第2聚光元件的一个例子，四分之一波长板111是第1相位差板的一个例子。

这样，来自荧光轮装置15的黄色光(绿以及红成分的光)与来自多重反射镜112的蓝色光被分色镜107合成，作为白色光而射出。

图4中表示利用了从光源装置10射出的白色光的投射型影像显示装置300。从光源装置10射出的白色光入射到由多个透镜元件构成的第1透镜阵列板301。入射到第1透镜阵列板301的光束被分割为多个光束。被分割的多个光束收束到由多个透镜构成的第2透镜阵列板302。第1透镜阵列板301的透镜元件是与液晶面板311、312、313相似形状的开口形状。第2透镜阵列板302的透镜元件决定其焦距以使得第1透镜阵列板301与液晶面板311、312、313成为大致共轭关系。从第2透镜阵列板302射出的光入射到偏振光变换元件303。

偏振光变换元件303由偏振光分离棱镜和1/2波长板构成，将来自光源的自然光变换为一个偏振光方向(s偏振光)的光。由于作为荧光的黄色光是自然光，因此将自然光在一个偏振光方向上进行偏振光变换，但由于蓝色光以s偏振光的光入射，因此偏振光不被变换。来自偏振光变换元件303的光入射到重叠用透镜304。重叠用透镜304是用于将来自第2透镜阵列板302的各透镜元件的射出光重叠照明到液晶面板311、312、313上的透镜。第1透镜阵列板301、第2透镜阵列板302、偏振光变换元件303、重叠用透镜304构成对来自光源装置10的光进行聚光并照明到被照明区域的照明光学系统。

来自重叠用透镜304的光被作为颜色分离单元的蓝反射的分色镜305、绿反射的分色镜306，分离为蓝色光、绿色光、红色光。绿色光透过场透镜307、入射侧偏振片308，入射到液晶面板311。蓝色光在由反射镜318反射之后，透过场透镜319、入射侧偏振片310并入射到液晶面板313。红色光在中继透镜320、322、反射镜321、323透过折射以及反射，透过场透镜324、入射侧偏振片309，并入射到液晶面板312。

三片液晶面板311、312、313通过与影像信号相应的向像素的施加电压的控制来使入射的光的偏振光状态变化，将在各个液晶面板311、312、313的两侧配置为使透过轴正交的各个入射侧偏振片308、309、310以及射出侧偏振片314、315、316组合来调制光，形成绿、红、蓝的图像。透过射出侧偏振片314、315、316的各色光通过颜色合成棱镜317，红色光和蓝色光分别被红反射的分色镜、蓝反射的分色镜反射，合成为绿色光，作为由液晶面板形成的图像即影像光而入射到投射透镜325。入射到投射透镜325的光被放大投射在屏幕(未图示)上。

[1-1-2.主要部分的结构]

使用图5以及图6对光源装置10中的多重反射镜112的作用进行说明。如图5所示，透过分色镜107的p偏振光的蓝色光被透镜110聚光，透过四分之一波长板111而成为圆偏振光，入射到多重反射镜112。入射到多重反射镜112的圆偏振光的蓝色光被多重反射镜112反射并被分割为多个光束，通过再次透过四分之一波长板111而成为s偏振光，通过透镜110而成为大致平行光，被分色镜107反射。多重反射镜112是被配置于透镜110的焦点(即，第2聚光元件的聚光点)附近的反射板。

图6中表示多重反射镜112的结构。多重反射镜112在蓝色光的入射侧即第1面形成部分反射膜112a，在与第1面对置的第2面形成全反射膜112b。部分反射膜112a是反射率为30％且透射率为70％的电介质多层膜。全反射膜112b是98～100％的范围的反射率的电介质多层膜。

向多重反射镜112的入射光通过部分反射膜112a，被反射30％并且透过70％。接下来，透过的70％的光由背面的全反射膜112b进行反射。再次到达部分反射膜112a时，70％的进一步30％反射并且70％的进一步70％的49％透过。同样地，反复反射和透过，依次成为14.7％、4.4％···的光并从多重反射镜112射出。如图6所示，射出多重反射镜112的光以上述的光强度的比率，光束被分割，通过透镜110而成为大致平行光并被分色镜107反射。

本实施方式中使用的多重反射镜112的部分反射膜的反射率为30％，但并不限定于此。通过从20％～50％之间的反射率选择多重反射镜112的部分反射膜112a的反射率，能够适当地进行光束的分割。

[1-1-3.效果等]

如以上那样，在本实施方式中，能够将多个蓝色光的光束分割为通过多重反射镜112而细分化的光束。此外，通过在透镜110的焦点附近配置多重反射镜112，能够使光学系统小型化。被多重反射镜112分割的光束被均匀照射到第1透镜阵列板301。由此，能够减少投射影像中的亮度不均匀、斑点噪声，并且能够实现光源装置的小型化。

(其他实施方式)

如以上那样，作为本申请中公开的技术的示例，说明了实施方式。但是，本公开中的技术并不局限于此，也能够应用于进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，也能够将上述实施方式中说明的各结构要素组合来设为新的实施方式。

在上述实施方式中，说明了以下例子：来自激光光源101的蓝色光通过四分之一波长板106，被变换为s偏振光成分的强度为80％、p偏振光成分的强度为20％的偏振光状态，但本公开并不限定于此。s偏振光成分与p偏振光成分的强度的比例为了得到从光源装置10射出的白色光的良好的波长分布，能够适当地进行设定。

在上述实施方式中，说明了第1聚光元件由两个透镜108、109构成的情况，但第1聚光元件能够由一个或者三个以上的透镜构成。此外，在上述实施方式中，说明了使用透镜110来作为第2聚光元件的一个例子的情况，但第2聚光元件能够由多个透镜构成。

在上述实施方式中，表示了在分色镜107与作为第1相位差板的四分之一波长板111之间配置作为第2聚光元件的透镜110的例子，但透镜110也可以在分色镜107与透镜110之间配置四分之一波长板111。

此外，上述实施方式的光源装置10能够在分色镜107与多重反射镜112之间具备扩散板。例如，扩散板被配置于分色镜107与作为第2聚光元件的透镜110之间、或者透镜110与作为第1相位差板的四分之一波长板111之间。通过具备扩散板，被多重反射镜112反射的蓝色光的均匀化进一步提高。

产业上的可利用性

本公开能够应用于光源装置或者投影仪等的投射型影像显示装置。