照明光学系统和投影显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种照明光学系统以及一种投影显示装置，该照明光学系统包括：相 干光源和非相干光源，该影显示装置包括照明光学系统。
【背景技术】
[0002] 目前，汞灯主要用作用于投影显示装置（诸如，投影仪）的光源。但是，为了防止 环境污染，需要开发无汞产品。为了解决这种情况，现在注意力集中在使用不包括任何汞的 发光二极管（LED)或激光二极管（LD)(如JP2012-8549A讨论的）的投影仪上。LED或LD 被认为是配置成发射单色光的光源。特别是，激光束具有高指向性、单色性和相干性，并且 从而可以实现具有高光亮度和高色彩再现性的投影仪。
[0003] "单色"并不限于仅具有单一波长的光，而是包括具有使得个人能够识别单一颜色 的水平的波长分布的光。换句话说，在说明书中，"单色"包括具有在峰值波长附近的一定水 平的波长分布的光。
[0004] 激光束是相干光，并因此即使激光输出较低直接观看激光束可能会损害人体。这 需要考虑到人体的安全性。然而，安全性和亮度之间存在折衷关系。换言之，当基于安全考 虑减少激光光源输出时，亮度减少。相反地，当亮度增加时，激光光源的输出增加，并且这导 致安全性降低。
[0005] 因此，希望提供一种在考虑安全性的同时能够发射具有高光亮度的单色光的照明 光学系统。
[0006] 引文列表
[0007] 专利文献 I :JP2012_8549A
【发明内容】
[0008] 问题的解决方案
[0009] 根据示例性实施例的照明光学系统包括：配置成发射具有属于可见光的波长区 域的第一峰值波长的单色相干光的第一光源，配置成发射具有属于呈现出与该相干光相 同颜色的波长区域的第二峰值波长的单色非相干光的第二光源，和配置成主要反射相干 光或非相干光并主要透射另一种、并合成相干光和非相干光的光路的二向色镜（dichroic mirror)〇
[0010] 根据本发明的投影显示装置包括上述的照明光学系统。
[0011] 在具有上述配置的照明光学系统中，即使阻止所述相干光的输出，合成相干光与 非相干光使得具有光光亮度的单色光能够被实现。其结果是，能够提供一种在考虑安全性 的同时能够发射具有高光亮度的单色光的照明光学系统。
[0012] 根据结合附图阅读的下面的描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得 显而易见。
【附图说明】
[0013] 图1是示出根据本发明示例性实施例的照明光学系统的示意配置的图。
[0014] 图2是示出图1所示的二向色镜的特性的示例的曲线图。
[0015] 图3是示出二向色镜的特性和从每个光源发射的光的强度之间的关系的示例的 曲线图。
[0016] 图是4示出二向色镜的特性和从每个光源发射的光的强度之间的关系的另一示 例的曲线图。
[0017] 图5是示出包括图1所示的照明光学系统的投影显示装置的配置的示意图。
[0018] 图6是示出光瞳直径和投影透镜的视角之间的关系的示意图。
【具体实施方式】
[0019] 以下，将参照附图对本发明的示例性实施例进行说明。
[0020] 图1示出了根据本发明示例性实施例的照明光学系统的示意配置。照明光学系统 10包括第一光源11、第二光源12以及二向色镜13。第一光源11是偏振相干光源。第二光 源12是非偏振非相干光源。第一光源11可以是例如激光光源，诸如激光二极管。第二光 源12可以是例如发光二极管（LED)。
[0021] 第一光源11发射具有属于可见光波长区域的第一峰值波长λ 1的单色相干光。这 种相干光是偏振光。第二光源12发射具有属于呈现出与上述相干光相同的颜色的波长区 域的第二峰值波长λ2的单色非相干光。该非相干光尚未偏振化，换言之，是非偏振光。第 一光源11和第二光源12发射属于相同颜色的波长区域的光。
[0022] 第一光源11和第二光源12发射以下任意一种光，例如，红色波长区域的光、蓝色 波长区域的光以及绿色波长区域的光。蓝色波长区域的范围为440nm至500nm，绿色波长区 域的范围为500nm至580nm，并且红色波长区域的范围为580nm至750nm〇
[0023] 第一光源11和第二光源12发射例如单色光，诸如红色光、蓝色光或绿色光。"单 色"并不限于仅具有单一波长的光，而是包括具有使得个人能够识别单一颜色的水平的波 长分布的光。换句话说，在说明书中，"单色"包括具有在峰值波长附近的波长分布的光。
[0024] 二向色镜13合成从第一光源11发射的相干光与从第二光源12发射的非相干光。 在图1所示的示例中，从第一光源11发射的相干光被二向色镜13反射。从第二光源12发 射的非相干光透射通过二向色镜13。由二向色镜13反射的相干光和透射通过二向色镜13 的非相干光被合成在同一方向前进。
[0025] 在图1所不的不例中，二向色镜13主要反射从第一光源11发射的相干光，同时主 要透射从第二光源12发射的非相干光。相干光和非相干光在二向色镜13上的入射角都是 45度。
[0026] 诸如激光束相干光即使激光输出较低也可能会损害人体。即使相干光的光源11 的输出较小，但照明光学系统10可通过合成相干光与非相干光以发射具有高光亮度的单 色光。因此，基于人体安全性考虑，可减少光源11的输出，同时保持高光亮度的单色光。
[0027] 图2示出了二向色镜13的反射/透射特性。具有图2中所示特性的二向色镜主 要反射具有长于波长λ 3的波长的S偏振光，同时主要透射具有短于波长λ 3的波长的S 偏振光。所述二向色镜主要反射具有长于波长λ 4的波长的非偏振光，同时主要透射具有 短于波长λ4的波长的非偏振光。所述二向色镜主要反射具有长于波长λ5的波长的P偏 振光，同时主要透射具有短于波长λ 5的波长的P偏振光。波长λ 3至λ 5是具有50%透 射率的分离波长，并且设定λ3< λ4< λ5的关系。换句话说，波长λ3是最短波长，而 波长λ 5是最长波长。在该不例性实施例中，S偏振光或P偏振光对应于相干光，而非偏振 光对应于非相干光。
[0028] 图3是示出二向色镜的特性和从每个光源发射的光的强度之间的关系的示例的 曲线图。从第一光源（LD) 11发射的相干光的波长λ 1长于从第二光源（LED) 12发射的非 相干光的波长λ 2。从第一光源（LD) 11发射的相干光的偏振方向相对于二向色镜13的反 射表面是S偏振光。二向色镜13的具有以下特性，其中，相对于S偏振光（相干光）的分 离波长λ 3短于相对于非偏振光（非相干光）的分离波长的λ 4。在这种情况下，如图3所 示，优选满足" λ 1 > λ 3并且λ 2 < λ 4"的关系。由于关系" λ 3 < λ 4"，λ 1和λ 2之 间的差比满足关系"λ3= λ4"时减小得更多。换句话说，从第二光源（LED)12发射的非 相干光的峰值波长λ 2,近似为从第一光源（LD) 11发射的相干光的峰值波长λ 1。
[0029] 图4是示出二向色镜的特性和从每个光源发射的光的强度之间的关系的另一示 例的曲线图。从第一光源（LD) 11发射的相干光的波长λ 1比从第二光源（LED) 12发射的 非相干光的波长λ2短。具有图4所示特性的二向色镜主要透射具有长于波长λ6的波长 的S偏振光，同时主要反射具有短于波长λ6的波长的S偏振光。所述二向色镜主要透射 具有长于波长λ 7的波长的非偏振光，同时主要反射具有短于波长λ 7的波长的非偏振光。 所述二向色镜主要透射具有长于波长λ 8的波长的P偏振光，同时主要反射具有短于波长 入8的波长的P偏振光。波长λ6至λ8是具有50%透光率的分呙波长，并且设定λ6> 入7> λ8的关系。换句话说，波长λ6是最长波长，而波长λ8是最短波长。
[0030] 从第一光源（LD) 11发射的相干光即是S偏振光。二向色镜13具有以下特性，其 中，相对于S偏振光（相干光）的分离波长λ6长于相对于非偏振光（非相干光）的分离 波长λ7。在这种情况下，如图4所示，优选满足"λ1< λ6并且λ2> λ7"的关系。由 于关系"λ6> λ7"，λ?和λ2之间的差比满足关系"λ6= λ7"时减小得更多。
[0031] 已经描述了其中S偏振相干光由二向色镜13反射，非偏振非相干光透射通过二向 色镜13,并且两个光合成的情况。在这种情况下，由于相干光与非相干光的峰值波长可彼此 相近，可防止色纯度的退化。
[0032] 当第一光源（LD) 11被旋转90度时，可以获得P偏振相干光。此P偏振相干光（波 长λ 1Ρ)可以与非偏振非相干光（波长λ 2)合成。在这种情况下，优选地，非偏振非相干 光由二向色镜反射，而P偏振相干光透射通过二向色镜。具体地，通过使用具有图2和图3 中所示特性的二向色镜，只需要满足" λ IP < λ5，λ2 > λ4并且λ IP > λ2"的关系。 因此，相干光与非相干光的峰值波长可彼此相近。
[0033] 接着，将描述包括上述照明光学系统的投影显示装置。图5示出了根据示例性实 施例的投影显示装置的配置。
[0034] 该投影显示装置包括：第一照明光学系统10a、第二照明光学系统IOb和第三照明 光学系统21和23。第一照明光学系统IOa和第二照明光学系统IOb配置上类似于图1所 示的照明光学系统。
[0035] 第一照明光学系统IOa包括第一光源11a、第二光源12a以及第一二向色镜13a。 第一光源Ila是配置成发射具有红色区域波长的单色相干光的激光光源。第二光源12a发 射具有红色区域波长的单色非相干光。
[0036] 第一二向色镜13a合成从第一光源Ila发射的相干光与从第二光源12a发射的非 相干光。具体而言，第一二向色镜13a可以具有图3所示的特性。在这种情况下，从第一光 源Ila发射的相干光为S偏振光。
[0037] 第二照明光学系统IOb包括第三光源11b、第四光源12b和第二二向色镜13b。第 三光源的Ilb是配置成发射具有蓝色区域波长的相干光的激光光源。第二光源12b发射具 有蓝色区域波长的非相干光。第二二向色镜13b合成从第三光源Ilb发射的相干光和从第 四光源12b发射的非相干光。在这种情况下，从第二光源Ilb发射的相干光是S偏振光。
[0038] 第三照明光学系统IOc发射绿色光。第三照明光学系统IOc包括配置成发射蓝色 激光束的激光二极管21，以及配置成当被光照射时发出绿色荧光的绿色荧光体23。激光二 极管21只需要发射具有能激发绿色荧光体23的波长的光，并且因此所述光可以是具有短 于绿色光的波长的波长的光（例如，蓝光或紫外光）。
[0039] 从激光二极管21发出的蓝色激光束透射通过二向色镜22以被施加到绿色荧光体 23。绿色荧光体23相应地被激发放出具有对应于绿色颜色的波长的绿色光。
[