光源装置、图像显示装置和光学单元的制作方法
【专利摘要】本发明涉及光源装置、图像显示装置和光学单元。一种光源装置，包括光源单元和输出单元。光源单元包括能够将预定波长范围内的光作为输出光输出的至少一个固态光源。输出单元包括发光体和基底单元。发光体由来自光源单元的输出光激发并且发出具有与输出光的波长不同的波长的可见光。基底单元能够围绕预定旋转轴旋转并且包含晶体构件，该晶体构件具有的晶轴方向被设定为与正交于输出光的光轴方向的方向不同的方向，发光体被支撑在该晶体构件上。输出单元能够输出包含预定波长范围内的光和从发光体发出的可见光的组合光。
【专利说明】光源装置、图像显示装置和光学单元
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年8月15日提交的日本在先专利申请JP2013-168798的权益，通过引用将其全部内容结合于本文中。
【技术领域】
[0003]本公开涉及光源装置、图像显示装置和光学单元。
【背景技术】
[0004]近来，包括诸如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的固态光源的产品的使用不断增加。固态光源被采用作为使用在用于展示的投影仪和数字电影中的光源，替代了在现有技术中所使用的水银灯、氙灯等。诸如LED的固定的光源具有诸如寿命长、省去了更换灯泡(其在现有技术中这是必要的)以及通电后立即照亮的优点。
[0005]例如，日本专利申请公开第2012-173593号公开了其中将固态光源用作激发光源的投影仪。从固态光源输出的蓝色激光作为激发光被施加至磷光体轮(phosphor wheel)。该磷光体轮包括基底和形成于其上的磷光体层。当将激发光施加至磷光体层时，发出黄色的磷光。从磷光体层发出的蓝色光和黄色光的相组合，并且从而发出白色光(日本专利申请公开第2012-173593号，第
[0028]和
[0029]段等)。
[0006]在日本专利申请公开第2012-173593号中公开的投影仪中，为了提高由激光的施加而生成热量的磷光体轮的冷却性能，在导热性方面出色的晶体构件(诸如水晶和蓝宝石)被用于磷光体轮的基底。然而，由于此类晶体材料具有晶轴，故当由这种晶体材料制成的磷光体轮旋转时，激光的偏振方向与晶体构件的晶轴方向之间的关系不断改变。这导致了对激光的偏振方向的干扰(日本专利申请公开第2012-173593号，第
[0005]和
[0006]段等)。为了消除这样的缺点，在日本专利申请公开第2012-173593号中，基于晶体构件的复折射率或从光源输出的光的波长，晶体构件的厚度被限定在预定范围内(日本专利申请公开第 2012-173593 号，第
[0009]和
[0013]段等)。
【发明内容】
[0007]在其中晶体材料被用于磷光体轮的情况下，如以上描述的那样，需要能够抑制对来自固态光源的光的偏振方向的干扰的技术。
[0008]鉴于上述情况，期望的是提供能够抑制对来自光源的光的偏振方向的干扰发生的光源装置、图像显示装置和光学单元，该干扰是由于晶体构件的使用所造成的。
[0009]根据本公开的实施方式，提供了包括光源单元和输出单元的光源装置。
[0010]光源单元包括能够将预定波长范围内的光作为输出光输出的至少一个固态光源。
[0011]输出单兀包括发光体，该发光体由来自光源单兀的输出光激发并发出波长与输出光的波长不同的可见光，以及能够围绕预定旋转轴旋转的基底单元，基底单元包含晶体构件，晶体构件具有的晶轴方向被设定为与正交于输出光的光轴方向的方向不同的方向，发光体被支撑在晶体构件上。输出单元能够输出包含预定波长范围内的光和从发光体发出的可见光的组合光。
[0012]在光源装置中，晶体构件的晶轴方向被设置成不同于与施加至发光体的输出光的光轴方向正交的方向的方向，发光体被支撑在该晶体构件上。而且当包含晶体构件的基底单元旋转时，这允许抑制对输出光的偏振方向的干扰的发生。
[0013]晶体构件的晶轴方向可被设置成平行于光轴方向。
[0014]这允许充分地抑制对输出光的偏振方向的干扰。
[0015]晶体构件可包括在与光轴方向正交的方向上的C面，该C面被设置为输出光所入射至的面。
[0016]这允许晶体构件的晶轴方向与光轴方向平行，且允许充分抑制对输出光的偏振方向的干扰。
[0017]晶体构件可包括在与光轴方向正交的方向上的R面，该R面被设置为输出光所入射至的面。
[0018]而且当晶体构件的R面被设置在与光轴方向正交的方向上时，这允许抑制对输出光的偏振方向的干扰。
[0019]至少一个固态光源可包括能够将激光作为输出光输出的激光光源。
[0020]激光光源具有高偏振特性，并且因此对偏振方向的干扰的抑制允许高效地输出组合光，组合光包含预定波长范围内的光和从发光体发出的可见光。
[0021]激光光源可能够输出蓝色激光。
[0022]蓝色激光在可见光中具有短波长和高能。因此，当对蓝色激光的偏振特性的干扰受到抑制时，由偏振干扰造成的影响(例如，其它构件的劣化)可被抑制。
[0023]光源装置可进一步包括能够控制从输出单元输出的组合光的偏振方向的光学元件。
[0024]包含在组合光中的输出光可在其中对偏振方向的干扰受到抑制的情况下输入光学元件。这允许减轻光学元件的负担。
[0025]光源单元可能够输出具有第一偏振方向的输出光。这种情况下，光学元件可包括分离元件，该分离元件被配置为将具有第一偏振方向的光与具有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光分离；以及转换元件，被配置为将被分离元件分离的具有第二偏振方向的光转换成具有第一偏振方向的光。
[0026]对具有第一偏振方向的输出光的偏振方向的干扰受到抑制，故输出光(其被分离兀件分成具有第二偏振方向的光，且其偏振方向被转换兀件转换)的量可被充分抑制。换句话说，输入转换元件的输出光的量可被充分抑制。结果是，转换元件的劣化可被抑制，且光源装置的寿命可延长。
[0027]晶体构件可包括水晶和蓝宝石中的一个。
[0028]晶体构件中，水晶便宜且到处可买到大量水晶。这使得可以低成本实现光源装置。此外，在晶体材料中，蓝宝石具有高导热性。这使得可实现可靠性高的光源装置。
[0029]根据本公开的另一个实施方式，提供了一种图像显示装置，其包括以上描述的光源装置、图像生成系统和投影系统。
[0030]图像生成系统包括图像生成元件，该图像生成元件被配置为基于施加的光来生成图像；以及照明光学系统，被配置为将从光源装置输出的组合光施加至图像生成元件。
[0031]投影系统被配置为投影由图像生成元件所生成的图像。
[0032]这允许可实现效率高和寿命长的图像显示装置。
[0033]图像生成系统的照明光学系统可包括能够控制从光源装置输出的组合光的偏振方向的光学兀件。
[0034]能够控制组合光的偏振方向的光学元件可被整合至光源装置或被设置为与光源装置不同的构件。由于可抑制对包含在组合光中的输出光的偏振方向的干扰，故可减轻光学元件的负担。
[0035]根据本公开的另一个实施方式，提供了一种光学单元，包括发光体、基底单元和透镜单兀。
[0036]发光体，发光体由来自至少一个固态光源的输出光激发并且发出具有与输出光的波长不同的波长的可见光，至少一个固态光源能够将预定波长范围内的光作为输出光输出。
[0037]基底单元，基底单元能够围绕预定旋转轴旋转，基底单元包含晶体构件，晶体构件具有的晶轴方向被设定为与正交于输出光的光轴方向的方向不同的方向，发光体被支撑在晶体构件上。
[0038]透镜单元能够输出包含预定波长范围内的光和从发光体发出的可见光的组合光。
[0039]如上，根据本公开，可以抑制对来自光源的光的偏振方向的干扰的发生，干扰是由晶体构件的使用所造成的。
[0040]根据以下对其最佳模式的实施方式的详细描述，如附图所示，本公开的这些和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1是示出了根据本公开的实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图；
[0042]图2是示出了根据实施方式的光源装置的配置实例的示意图；
[0043]图3是示出了根据实施方式的偏振转换元件的配置实例的示意图；
[0044]图4A和图4B是均示出了根据实施方式的磷光体轮的配置实例的示意图；
[0045]图5是用于描述单晶蓝宝石的代表性的平面方向的透视图；
[0046]图6A、图6B和图6C是均示出了作为比较例的磷光体轮的配置和操作的示意图；
[0047]图7A、图7B和图7C是均示出了根据实施方式的磷光体轮的操作的示意图；
[0048]图8是示出了根据本公开的另一个实施方式的磷光体轮的配置实例的示意图；
[0049]图9是示出了根据本公开的另一个实施方式的磷光体轮的配置实例的示意图；以及
[0050]图10是示出了根据本公开的另一个实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图。
【具体实施方式】
[0051]在下文中，将参照附图对本公开的实施方式进行描述。
[0052][图像显示装置]
[0053]图1是示出根据本公开的实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图。图像显示装置500被用作例如用于展示的投影仪或者数字电影。下面描述的本公开还可应用于被用于各种其它目的的图像显示装置。
[0054]图像显示装置500包括:光源装置100，能够输出白色光；图像生成系统200，该图像生成系统200基于来自光源装置100的光生成图像；以及投影系统400，该投影系统400将所生成的图像投影到屏幕(未示出)上等。
[0055]光源装置100将蓝色波长范围内的激光与红色波长范围和绿色波长范围内的光相组合并输出白色光，在红色波长范围和绿色波长范围内的光从由蓝色波长范围内的激光所激发的磷光体物质生成。光源装置100包括集光单元110、磷光体轮120、透镜单元160和积分器光学系统170。由于从集光单兀110输出蓝色激光BI,故从磷光体轮120的磷光体层121生成包含红色光和绿色光的黄色光。包含已穿过磷光体层121的蓝色激光B2和来自磷光体层121的绿色光G2和红色光R2的组合光(白色光)经由透镜单元160和积分器光学系统170被输出至图像生成系统200。稍后将详细描述光源装置100。
[0056]图像生成系统200包括:图像生成元件210，其基于所施加的光生成图像；以及照明光学系统220，其将来自光源装置100的白色光施加至图像生成元件210。照明光学系统220 包括二向色镜(dichroic mirror) 260 和 270、反射镜 280、290 和 300、中继透镜(relaylens)310和320、场透镜(field lens) 330R、330G和330B、均被用作图像生成元件液晶光阀(liquid crystal light valve) 210R、210G 和 210B 以及二向色棱镜 340。
[0057]二向色镜260和270具有选择性地反射预定波长范围内的颜色光并透射其它波长范围内的光的特性。参照图1，例如，二向色镜260选择性地反射绿色光G3和蓝色光B3。二向色镜270选择性地反射已被二向色镜260反射的绿色光G3和蓝色光B3中的绿色光G3。余下的蓝色光B3穿过二向色镜270。因此，从光源装置100输出的光被分离成具有不同颜色的多个颜色的光束。应注意，这里将要使用的设备等不限于用于将光分成具有相应颜色的多种颜色光束的配置。
[0058]被分离的红色光R3在反射镜280上被反射，通过穿过场透镜330R而被转换为平行光，并且然后输入至用于红色光调制的液晶光阀210R中。绿色光G3通过穿过场透镜330G而被转换为平行光，并且然后输入至用于绿色光调制的液晶光阀210G中。蓝色光B3穿过中继透镜310并在反射镜290上被反射，并且进一步穿过中继透镜320并且在反射镜300上被反射。在反射镜300上反射的蓝色光B3通过穿过场透镜330B而被转换为平行光，并且然后被输入至用于蓝色光调制的液晶光阀210B中。
[0059]液晶光阀210R、210G和210B电连接至信号源(例如，个人计算机(PC))(未示出)，其提供包含图像信息的图像信号。液晶光阀210R、210G和210B基于所提供的相应的颜色的图像信号针对每个像素来调制输入的光，并分别生成红色图像、绿色图像和蓝色图像。每一种颜色的调制光(形成的图像)被输入二向色棱镜340中进行组合。二向色棱镜340重叠并组合从三个方向输入的相应的颜色的光束，然后将组合光朝向投影系统400输出。
[0060]投影系统400投影由图像生成元件210生成的图像。投影系统400包括多个透镜410等，并将由二向色棱镜340组合的光施加到屏幕(未示出)等上。如此，显示出了全色图像。
[0061]图2是示出了根据本实施方式的光源装置100的配置实例的示意图。如上所述，光源装置100包括集光单元110、磷光体轮120、透镜单元160和积分器光学系统170。集光单元110包括光源单元112和集光光学系统113。光源单元112包括能够输出蓝色激光BI的一个或多个激光光源111 (参见图1)。集光光学系统113将已从光源单元112输出的蓝色激光BI聚集至磷光体层121上的预定点。那些光源单元112和集光光学系统113可被配置作为一个单元。
[0062]例如，一个或多个激光光源111为能够振荡具有在400nm至500nm波长范围内发射强度的峰值波长的蓝色激光BI的蓝色激光光源。一个或多个激光光源111与能够将预定波长范围内的光作为输出光输出的一个或多个固态光源相对应。诸如发光二极管(LED)的其它光源可被用作固态光源。进一步地，预定波长范围内的光也不限于蓝色激光。
[0063]可以使用单个激光光源111或者可以使用其中二维布置多个激光光源111的二维激光阵列光源(表面光源)以用作光源单元112。此外，光源单元112的配置不受限制并且可以可任选地进行设计。当然，诸如准直透镜的光学构件可被设置在光源单元112中。
[0064]例如，集光光学系统113包括被设置在蓝色激光BI的光路上的集光透镜114(参见图1)。在其中使用多个激光光源111的情况下，布置集光透镜以与相应的激光光源111相对应，并且在后续阶段，设置所有激光光源111共用的一个集光透镜。例如，可采用这种配置，但是本公开并不限于此。可任选地设定集光光学系统113的配置、将用于其的设备坐寸O
[0065]透镜单元160起到准直器光学系统的功能以将来自磷光体轮120的白色光(R2，G2，B2)转换成基本上平行的光。如在图1中所示，本实施方式的透镜单元160包括第一透镜161和第二透镜162。第一透镜161抑制来自磷光体轮120的光的漫射。第二透镜162将从第一透镜161输入的光转换成基本上平行的光。此外，可采用任选的配置。在本实施方式中，透镜单元160和磷光体轮120形成输出单元。
[0066]如在图1中所示，积分器光学系统170包括积分器元件171、偏振转换元件172和集光透镜173。积分器元件171包括第一蝇眼透镜(fly-eye lens) 174和第二蝇眼透镜175。第一蝇眼透镜174包括多个二维布置的显微透镜。第二蝇眼透镜175包括多个布置为与第一蝇眼透镜174的相应的显微透镜相对应的显微透镜。
[0067]通过透镜单元160已转换成基本上平行的光的白色光通过第一蝇眼透镜174的显微透镜被分成多个光通量，并且该多个光通量在与第一蝇眼透镜174的相应的显微透镜相对应的第二蝇眼透镜175的显微透镜上形成图像。第二蝇眼透镜175的显微透镜均起到辅助光源的作用，并且将多个光束作为入射光施加至偏振转换元件172。
[0068]积分器元件171具有修整(trimming)将被施加至液晶光阀210R、210G和210B的入射光的功能以具有整体上均匀的亮度分布。该积分器元件171的配置不受限制并且可适当地对其进行设计。
[0069]偏振转换元件172具有使经由积分器元件171等输入的入射光的偏振状态均衡的功能。在本实施方式中，包含从光源单兀112输出的蓝色激光B2和从磷光体层121输出的绿色光G2和红色光R2的白色光被积分器元件171分离成多个分离光束。分离光束被输入偏振转换兀件172,并且分离光束的偏振方向形成为一个方向。例如,将PS转换器用作偏振转换元件172。
[0070]图3是示出了偏振转换元件172的配置实例的示意图。偏振转换元件172包括偏振光分离兀件176和延迟板177。偏振光分离兀件176将两个具有不同偏振方向的光束分离，例如，P偏振光和S偏振光,其包含在已输入偏振转换兀件172的分离光LI中。每一个延迟板177将具有不同偏振方向的两个光束之一的偏振方向转换成另一个光束的偏振方向。偏振光分离兀件176包括偏振光分离膜179 (下文中，称之为偏振分束器(PBS)膜)和反射镜180。设置偏振光分离膜179以与第二蝇眼透镜175的显微透镜178相对应。例如，作为延迟板177，可以使用有机材料制成的膜。
[0071]已从显微透镜178输入偏振光分离兀件176的分离光LI被PBS膜179分成P偏振光(针对PBS膜179的P偏振光)和S偏振光(针对PBS膜179的P偏振光)。P偏振光和S偏振光中的一个偏振光(例如,S偏振光)在反射镜180上被反射,并且然后输入被设置为与显微透镜178相对应的延迟板177。通过延迟板177将已输入延迟板177的偏振光(即，S偏振光)的偏振状态转换成另一个偏振光(在这种情况下为P偏振光)的偏振状态，并以与已穿过PBS膜179的另一个偏振光(P偏振光)的偏振状态相同的偏振状态(这种情况下为P偏振光)被输出。
[0072]在本实施方式中，偏振转换元件172起到光学元件的作用，其可控制已从输出单兀(包括透镜单兀160和磷光体轮120)输出的白色光的偏振方向。进一步地，上述的P偏振光与具有第一偏振方向的光相对应，并且S偏振光与具有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光相对应。进一步地，偏振光分离膜(PBS膜)179起到分离元件的作用，其将光分成具有第一偏振方向的光和具有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光。此外，延迟板177起到转换元件的作用，其将已被分离元件分离的具有第二偏振方向的光转换成具有第一偏振方向的光。本公开并不限于此，并且可以采用任何其它构件和配置作为偏振转换元件 172。
[0073]具有一致的偏振方向的白色光经由集光透镜173被输出至图像生成系统200。
[0074]磷光体轮120包括磷光体层121和支撑磷光体层121的基底单元122。磷光体层121对应于由从一个或多个激光光源111的输出所激发的发光体，并发射波长与输出光的波长不同的可见光。在本实施方式中，磷光体层121包含磷光体物质,其被中心波长为大约445nm的蓝色激光BI激发而发射磷光。磷光体层121将由一个或多个激光光源111输出的蓝色激光BI的一部分转换成包括从红色波长至绿色波长的波长范围内的光(即，黄色光)，然后输出合成的光。
[0075]例如，YAG(钇、铝、石榴石)类磷光体被用作包含在磷光体层121内的磷光体物质。应注意，磷光体物质的类型、激发光的波长范围以及通过激发生成的可见光的波长范围不受限制。
[0076]进一步地，由于磷光体层121吸收部分激发光，并且还透射部分激发光，故磷光体层121还可输出已从一个或多个激光光源111输出的蓝色激光BI。因此，从磷光体层121输出的光是通过对蓝色激发光和黄色磷光体进行颜色混合而得到的白色光。例如，为了以这种方式透射部分激发光，磷光体层121可包含被用作透光的颗粒物质的填充颗粒。
[0077]基底单元122具有圆盘状并具有支撑磷光体层121的支撑面123和在支撑面123相对侧的背面124。驱动磷光体轮120的电机125连接至基底单元122的中心。设置电机125使得穿过基底单元122中心的法线为磷光体轮120的旋转轴。当电机125被驱动时，磷光体轮120围绕旋转轴O旋转。此时，基底单元122也围绕旋转轴O旋转。换句话说，基底单元122被设置可围绕预定旋转轴旋转。
[0078]由于旋转轴O的方向被调整为基底单元122的法线的方向，故支撑面123和背面124的平面方向(χ-y平面方向)与旋转轴O的方向彼此正交。另一方面，基底单元122的厚度方向与旋转轴O的方向彼此平行。
[0079]在本实施方式中，从光源单元112输出的蓝色激光BI的光轴A的方向与旋转轴O的方向被设定成彼此平行。因此，蓝色激光BI的光轴方向与支撑面123和背面124的平面方向彼此正交。进一步地，蓝色激光BI的光轴方向与基底单元122的厚度方向彼此平行。应注意，旋转轴O被设置在与光轴A不同的位置，使得磷光体层121的预定点位于光轴A上。
[0080]如在图2中所示，设置磷光体轮120使得基底单元122的背面124指向集光单元110。进一步地，设置磷光体轮120使得由集光单元110所聚集的蓝色激光BI的焦点位置与磷光体层121的预定点匹配。因此，在本实施方式中，基底单元122的背面124被用作蓝色激光BI输入的入射面。从光源单元112输出的蓝色激光BI被输入基底单元122的背面124。已穿过基底单元122的蓝色激光BI被施加至由支撑面123支撑的磷光体层121的预定点。
[0081]通过由电机125驱动基底单元122的旋转，该一个或多个激光光源111在磷光体层121上相对移动施加位置的同时，将激发光施加至磷光体层121。因此，包含已穿过磷光体层121的蓝色激光B2和作为来自磷光体层121的磷光体的绿色光G2和红色光R2的白色光作为组合光被磷光体轮120输出。由于施加至磷光体层121某一位置很长一段时间的激发光，磷光体轮120的旋转允许避免了磷光体层121的劣化。
[0082]图4A和图4B是均示出了磷光体轮120的配置实例的示意图。图4A是从旋转轴O的延伸方向(即，从蓝色激光BI的光轴A的方向)看到的磷光体轮120的平面图。进一步地，图4B是从与旋转轴O正交的方向(即，基底单元122的支撑面123的平面方向(χ-y平面方向))看到的磷光体轮120的侧视图。在图4B中，省略了对磷光体层121的图示。
[0083]如在图4A中所示，磷光体层121以旋转轴O为中心形成在圆盘状基底单元122的支撑面123上。在本实施方式中，磷光体层121在从支撑面123的边缘部分126向中心延伸的预定范围B内形成。从光源单元112输出的蓝色激光BI作为激发光被聚集至磷光体层121的预定点。
[0084]例如，圆形的磷光体轮120具有50毫米的直径，且在平面图中，磷光体层121在从距磷光体轮120的中心大约15毫米的位置向基底单元122的边缘部分126延伸的大约10毫米的范围内形成。然而，其中形成磷光体层121的范围并不受限制，并且可在可选的范围内形成磷光体层121。例如，可在从基底单元122的中心向边缘部分126延伸的预定范围内形成磷光体层121。只要该点被设定在磷光体层121上，还可以任选性地设定蓝色激光BI被聚集的点。
[0085]在本实施方式中，基底单元122由具有以单片(monolithic)结构形成的晶轴的晶体构件制成。这种晶体构件的实例包括可将蓝色激光BI作为激发光透射的水晶和蓝宝石。在晶体构件之中，到处可得到大量的水晶并且便宜。这允许可以以低成本实现光源装置100。此外，在晶体材料中，蓝宝石具有高导热性。这允许可实现高可靠性的光源装置100。也可使用其它晶体构件。
[0086]在图4B中，由晶体构件制成的基底单元122的晶轴示意性地以线130表示。在下文中，晶轴将称为晶轴130。如在图4B中所示，在本实施方式中，晶体构件的晶轴130的方向被设定为与磷光体轮120的旋转轴O的方向平行。
[0087]由于旋转轴O的方向与从光源单元112输出的蓝色激光BI的光轴A的方向平行，故可以说晶轴130的方向被设定为与蓝色激光BI的光轴方向平行。进一步地，从不同角度来看，还可以说晶轴130的方向被设定为与基底单元122的厚度方向平行。
[0088]例如，使用由单晶蓝宝石制成的通过在C面上进行所谓的切割而形成的衬底，可很容易地制备如上所述的基底单元122。图5是用于描述单晶蓝宝石的代表性平面方向的透视图。蓝宝石具有六方晶系，其具有作为中心轴的C轴和与C轴垂直的C面，通过密勒指数(Miller index) (0001)表示C面。从C轴径向延伸的A轴(al、a2、a3)和垂直于相应的A轴的表面形成A面(11-20)。如图5中所示，R面(1-102)与C轴形成一定角度。
[0089]晶轴的方向与C轴平行。因此，在通过在C面上进行切割而形成的衬底中(其中，C面为主面)，晶轴的方向与衬底的厚度方向平行。在通过在A面上进行切割而形成的蓝宝石衬底中(其中，A面为主面)，晶轴的方向与衬底的厚度方向正交，与衬底的平面方向平行。在通过在R面上进行切割而形成的蓝宝石衬底中(其中，R面为主面)，晶轴的方向被设定为与厚度方向成一定角度。
[0090]例如，设置由单晶蓝宝石制成的通过在C面上进行切割而形成的衬底，使得两个主面为支撑面123和背面124。这允许实现图4B中所示的基底单元122。换句话说，C面被设置在与蓝色激光BI的光轴方向正交的方向上以用作蓝色激光BI的输入面，并且因此晶轴130的方向被设定为与光轴方向平行。应注意，本公开并不限于此，并且通过可选的方法形成的由晶体构件制成的衬底可被用作基底单元122。
[0091][磷光体轮的操作]
[0092]下面将描述根据本实施方式的磷光体轮120的操作。参考比较例，将描述具有另一种结构的磷光体轮的操作。图6A、图6B和图6C是均示出了作为比较例的磷光体轮的配置和操作的示意图。
[0093]对于作为比较例的磷光体轮920，晶轴方向被设定为与旋转轴O的方向正交(即，与激发光的光轴A的方向正交)的晶体构件被用作支撑磷光体层的基底单元922。例如，设置通过在A面上进行切割而形成的蓝宝石衬底(其中，A面为主面)，使得A面被用作蓝色激光的入射面。
[0094]蓝色激光BI作为激发光从光源单元112被输出至上述的基底单元922。假设蓝色激光BI在其中偏振方向固定的情况下输出。图6A、图6B和图6C示出了蓝色激光BI的偏振轴P和晶轴930。
[0095]在磷光体轮920的背面924的预定点被设置为光施加点(light applicat1nspot) LS的情况下，来自光源单元112的蓝色激光BI被施加至该预定点。在蓝色激光BI施加至光施加点LS的过程中，磷光体轮920不断地围绕旋转轴O旋转。当磷光体轮920旋转时，蓝色激光BI施加至其的光施加点LS围绕旋转轴O相对移动。换句话说，光施加点LS在基底单元922的背面924上成弧形移动。将作为基底单元922的晶体构件的晶轴930被设定为与基底单元922的平面方向平行。因此，当基底单元922旋转时，从旋转轴方向看到的晶轴930的延伸方向也旋转。结果，由于磷光体轮920的旋转，由蓝色激光BI的偏振轴P与在光施加点LS中的基底单元922的晶轴930形成的角度Θ顺序变化。
[0096]例如，假设磷光体轮920从图6A中所示状态旋转至图6C中所示状态，或从图6C中所示状态旋转至图6A中所示状态。在图6A中所示的状态中，由蓝色激光BI的偏振轴P与晶体构件的晶轴930形成的角度Θ为0°。进一步地，在图6C中所示的状态中，由蓝色激光BI的偏振轴P与晶体构件的晶轴930形成的角度Θ为90°。在其中角度Θ为O。和90°任意状态下，不会发生对输入基底单元922的蓝色激光BI的偏振方向的干扰。
[0097]然而，在从图6A中所示的状态改变至图6C中所示的状态，或从图6C中所示的状态改变至图6A中所示的状态期间，发生对穿过基底单元922的蓝色激光BI的偏振方向的干扰。当偏振轴P与晶轴930形成的角度Θ从O。与90°的任意角度移动时，对偏振方向的干扰变大。如在图6B中所示，当角度Θ为45°时，对偏振的干扰最大。
[0098]如此，当有蓝色激光BI的偏振轴P与晶体构件的晶轴930形成的角度Θ周期性地变化时，对偏振方向的干扰的程度也周期性地变化。具体而言，在其中晶体材料具有单片结构的情况下，在一次旋转期间，对偏振的最小干扰(对偏光没有干扰)出现四次，并且对偏振的最大干扰出现四次。
[0099]对蓝色激光BI的偏振方向的干扰在后续阶段对光学系统产生不利影响。例如，这变成了用于提高参照图3描述的光利用率的偏振转换元件172的负担。虽然上文进行了描述，但蓝色激光BI和包含绿色光G2和红色光R2的磷光体被组合并输入偏振转换元件172的偏振光分离兀件176。从磷光体层121生成的绿色光G2和红色光R2为处于非偏振状态的光，并且因此通过PBS膜179适当地进行分离。分离的S偏振光被输入延迟板177并被转换为P偏振光。
[0100]另一方面，可以输出其偏振状态被固定的蓝色激光BI，并且因此蓝色激光BI可被作为P偏振光输出。因此，已穿过磷光体层121的蓝色激光BI穿过PBS膜179，并且在没有改变的情况下作为P偏振光输出。换句话说，蓝色激光BI未被输入至延迟板177。然而，由于磷光体轮920的旋转，当发生对蓝色激光BI的偏振方向的干扰时，从蓝色激光BI生成通过PBS膜179被分离为S偏振光并被输入至延迟板177的光。在这种情况下，通过PBS膜179分离的光的量以及输入延迟板177且偏振状态被转换的光的量增大。结果，加快了PBS膜179和延迟板177的劣化，并且那些构件的寿命缩短。换句话说，PBS膜179和延迟板177的效率和寿命受将要输入的光的P偏振光分量和S偏振光分量的比例影响。当发生对作为P偏振光输出的蓝色激光BI的偏振方向的干扰时，S偏振光分量的比例增大,且在长时间使用之后PBS膜179和延迟板177的性能降低。在这种情况下，造成了偏光转换时的光损失等，并且因此出现了图像显示装置500的光利用率降低的问题。
[0101]图7A、图7B和图7C是均示出了根据本实施方式的磷光体轮120的操作的示意图。如上所述，将成为基底单元122的晶体构件的晶轴130的方向被设定为旋转轴O的方向，即，与光轴A的方向平行(即，与图7的平面垂直)。蓝色激光BI作为激发光从光源单元112输出至基底单元122。输出具有其偏振方向被固定(固定至偏振轴P)的蓝色激光BI。
[0102]在蓝色激光BI施加至光施加点LS期间，磷光体轮120不断地围绕旋转轴O旋转。伴随该旋转，蓝色激光BI施加至其的光施加点LS围绕旋转轴O相对移动。在根据本实施方式的磷光体轮120中，用作基底单元122的晶体构件的晶轴130的方向被设定为与旋转轴O平行。因此，即使当基底单元122旋转时，从旋转轴方向看到的晶轴130的延伸方向不发生改变。因此，即使当磷光体轮120旋转时，由蓝色激光BI的偏振轴P与在光施加点LS中的基底单元122的晶轴130形成的角度Θ不改变。
[0103]例如，即使在图7A、图7B和图7C中所示的状态中，由蓝色激光BI的偏振轴P与在光施加点LS中的基底单元122的晶轴130形成的角度Θ被持续固定。因此，即使当磷光体轮120旋转时，由偏振轴P与晶轴130形成的角度Θ不改变。结果，不发生对穿过旋转基底单元122的蓝色激光BI的偏振方向的干扰。因此，可防止发生如上所述的偏振转换元件172等的劣化的问题。
[0104]在上文中，在根据本实施方式的图像显示装置500和光源装置100中，支撑磷光体层121的晶体构件的晶轴130的方向被设定为与用于输出光施加至磷光体层121的蓝色激光BI的光轴方向平行。即使当包含晶体构件的基底单元122旋转时，这可充分抑制对蓝色激光BI的偏振方向的干扰的发生。
[0105]如上述的日本专利申请公开第2012-173593号所公开的，利用其中在磷光体轮旋转的同时光被施加至磷光体轮的预定位置的配置，磷光体轮可在一定程度上被冷却。这是因为有希望实现以下三种效果:因为磷光体轮的面积相对于激光施加区域而言足够大而扩散热量的效果；通过磷光体轮的旋转连续改变施加位置并且从而缩短将激光施加至磷光体的特定位置的时间的效果；以及通过磷光体轮的旋转冷却整个磷光体轮的效果。进一步地，在其中进一步增加激光的施加量以提高光源装置的输出情况下，期望的是更多地提高冷却性能。在这点上，构思了将诸如水晶和蓝宝石的晶体材料用作磷光体轮的基底单元的方法。晶体材料是例如导热系数为大约5W/m.K至9W/m.K的水晶或导热系数为大约42W/m.K的蓝宝石，其导热系数高于导热系数为大约0.9ff/m.K至1.1ff/m.K的普通光学玻璃。然而，在其中使用这种晶体构件的情况下，出现了干扰输出光的偏振方向的问题，这是由磷光体轮的旋转造成的。
[0106]在本公开的实施方式中，适当地限定了被用作磷光体轮120的基底单元122的晶体构件的晶轴方向。这允许抑制对蓝色激光BI的偏振方向的干扰并且可实现光源装置100，光源装置100可解决由对偏振方向的干扰所造成的各种问题。例如，如上所述，偏振转换元件172等的寿命可延长。结果，光源装置100和图像显示装置500的寿命也可延长。
[0107]应注意,抑制随着磷光体轮120的旋转对蓝色激光BI的偏振方向的干扰的技术并不限于如上所述的其中晶体构件的晶轴方向被设定为与蓝色激光BI的光轴方向平行的情况。换句话说，仅需将支撑磷光体层121的晶体构件的晶轴方向设定为至少与正交于蓝色激光BI的光轴方向的方向不同。与在图6A至图6C中所示的被描述作为比较例的磷光体轮920相比，使用其中如上所述设定的晶轴方向的晶体构件更能抑制由旋转造成的对蓝色激光BI的偏振方向的干扰。
[0108]图8是示出了根据本公开的另一个实施方式的磷光体轮620的配置实例的示意图。如图8中所示，在磷光体轮620中，由晶体构件制成的基底单元622的晶轴630的方向被设定为以预定角度与磷光体轮620的旋转轴O的方向倾斜交叉。旋转轴O的方向与从光源单元112输出的蓝色激光BI的光轴A的方向平行，并且因此可以说晶轴630的方向被设定为以预定角度与蓝色激光BI的光轴方向倾斜交叉。进一步地，从不同角度来看，还可以说晶轴630的方向被设定为以预定角度与基底单元622的厚度方向倾斜交叉。
[0109]例如，使用通过在R面上进行切割而形成的由单晶蓝宝石制成的衬底，可很容易地制备如上所述的基底单元622。设置通过在R面上进行切割形成由单晶蓝宝石制成的衬底，使得其两个主面为支撑面623和背面624，并且因此可实现如图8中所示的基底单元622。换句话说，当R面被设置在与蓝色激光BI的光轴方向正交的方向上以用作蓝色激光BI的输入面时，晶轴630的方向被设定为至少为与正交于光轴方向不同的方向。本公开并不限于此，并且由其中晶轴方向倾斜于厚度方向的晶体构件制成的衬底可通过可选的方法形成，并且可被用作基底单元622。
[0110]在其中与光轴方向平行的方向被设定为0°且与光轴方向正交的方向被设定为90°的情况下，认为当晶轴的方向被设定为接近于0°的角度时，针对对蓝色激光BI的偏振方向的干扰发挥了更大的抑制作用。在允许其中待制造光源装置的性能具有一定范围的情况下，例如，其中晶轴方向被限定在预定范围内的以下光源装置可被制造为根据本公开实施方式的光源装置:包括其晶轴方向被设定在0°至20°范围内的晶体构件的光源装置；以及包括其晶轴方向被设定在10°至30°范围内的晶体构件的光源装置。
[0111]在上述的实施方式中，激光光源111被用作固态光源。由于激光光源111具有高偏光特性，故当对偏振方向的干扰受到抑制时所获得的效果大。换句话说，将要输入延迟板177等的激光BI的量可被充分抑制。进一步地，抑制对偏振方向的干扰允许可以以足够高的效率输出包含激光BI和来自磷光体层121的可见光的组合光。结果，通过保持偏振方向，可实现寿命长效率高的光源装置100。
[0112]进一步地，在上述实施方式中，蓝色激光BI作为激发光被输出。在可见光中，蓝色激光BI具有短波长和高能。因此，当对蓝色激光BI的偏振特性的干扰受到抑制时，由偏光干扰造成的影响(诸如其它构件的劣化)可被充分地抑制。例如，对抑制输入至由有机材料制成的延迟板177的光的量也提供了很大的效果。
[0113]此外，当晶体构件被用作基底单元时，可充分减少磷光体材料的热降解，该磷光体材料与诸如介电材料的其它材料相比，预期具有高冷却性能。
[0114]〈其它实施方式〉
[0115]本公开并不限于上述实施方式，并且可实现其它的各种实施方式。
[0116]图9是示出了根据本公开的另一个实施方式的磷光体轮720的配置实例的示意图。磷光体轮720的基底单元722包括晶体构件750和非晶体构件751。晶体构件750支撑磷光体层121。非晶体构件751支撑晶体构件750。作为非晶体构件751，可使用白玻璃、耐热玻璃、石英、塑料等。如此，晶体构件750与非晶体构件751的组合可被用作基底单元722。例如，当具有出色的导热系数的水晶与在大规模生产方面出色的耐热玻璃组合时，可获得与基底单元722的成本和热辐射特性并存的设计。进一步地，当晶体构件750的晶轴730的方向被设定为与例如光轴A的方向平行时，可抑制对蓝色激光BI的偏振方向的干扰。当然，晶轴730的方向并不限于与光轴方向平行的方向，并且可设定为至少与正交于光轴方向不同的方向。
[0117]进一步地，支撑磷光体的晶体构件包括支撑通过在表面上进行涂覆等形成的磷光体层的形式以及将磷光体分散在晶体构件中的形式。还是在此情况下，当晶轴的方向被适当限定时，可抑制对偏振方向的干扰。
[0118]图10是示出了根据本公开的另一个实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图。在如图1中所示的图像显示装置500中，包括偏振转换元件(光学元件)172的积分器光学系统170被设置在光源装置100中。替代这种配置的是，如在图10中所示的图像显示装置1500中，包括偏振转换元件1172的积分器光学系统1170可以被设置在图像生成系统1200的照明光学系统1220中。换句话说，可控制组合光的偏振方向的偏振转换元件可被整合到光源装置中，或设置作为不同于光源装置的构件。在任何情况下，可提高光利用率，且可减轻偏振转换元件的负担。应注意，作为图10中所示的光源装置1100，可使用例如包括图1中所示的集光单元110、磷光体轮120、透镜单元160等装置。
[0119]进一步地，包括上述的磷光体层、磷光体轮和透镜单元的单元可被用作根据本公开的实施方式的光学单元。
[0120]在图1和图10所示的图像显示装置中，描述了使用透射液晶面板配置的照明光学系统。然而，也可使用反射液晶面板配置照明光学系统。数字微镜设备(DMD)等可被用作图像生成元件。此外，可使用偏振分束器(PBS)、将RGB颜色的图像信号组合的颜色组合棱镜、全内反射(total internal reflect1n) (TIR)棱镜等代替二向色棱镜。可适当地设定图像显示装置的其它配置。
[0121]在上述的实施方式的特征中，至少两个特征可组合。
[0122]应注意，本公开可具有以下配置。
[0123](I) 一种光源装置，包括:
[0124]光源单元，包括能够将预定波长范围内的光作为输出光输出的至少一个固态光源；以及
[0125]输出单元，包括:
[0126]发光体，所述发光体由来自所述光源单元的所述输出光激发并且发出具有与所述输出光的波长不同的波长的可见光；以及
[0127]基底单元，所述基底单元能够围绕预定旋转轴旋转，所述基底单元包含晶体构件，所述晶体构件具有的晶轴方向被设定为与正交于所述输出光的光轴方向的方向不同的方向，所述发光体被支撑在所述晶体构件上，
[0128]所述输出单元能够输出包含所述预定波长范围内的光与从所述发光体发出的所述可见光的组合光。
[0129](2)根据(I)所述的光源装置，其中，
[0130]所述晶体构件的所述晶轴方向被设定为平行于所述光轴方向的方向。
[0131](3)根据⑴或⑵所述的光源装置，其中，
[0132]所述晶体构件包括在正交于所述光轴方向的方向上的C面，所述C面被设置为所述输出光所入射至的面。
[0133](4)根据(I)所述的光源装置，其中，
[0134]所述晶体构件包括在正交于所述光轴方向的方向上的R面，所述R面被设置为所述输出光所入射至的面。
[0135](5)根据⑴至(4)中任一项所述的光源装置，其中，
[0136]所述至少一个固态光源包括能够将激光作为所述输出光输出的激光光源。
[0137](6)根据(5)所述的光源装置，其中，
[0138]所述激光光源能够输出蓝色激光。
[0139](7)根据(I)至￠)中任一项所述的光源装置，进一步包括光学元件，所述光学元件能够控制从所述输出单元输出的所述组合光的偏振方向。
[0140](8)根据(7)所述的光源装置，其中，
[0141]所述光源单兀能够输出具有第一偏振方向的所述输出光；以及
[0142]所述光学元件,包括:
[0143]分离元件，被配置为将具有所述第一偏振方向的光与具有正交于所述第一偏振方向的第二偏振方向的光分离；以及
[0144]转换元件，被配置为将通过所述分离元件分离的具有所述第二偏振方向的光转换成具有所述第一偏振方向的光。
[0145](9)根据⑴至⑶中任一项所述的光源装置，其中，
[0146]所述晶体构件包括水晶和蓝宝石中的一个。
[0147]本领域技术人员应理解，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计需求及其它因素可以进行各种变形、组合、子组合和改变。
【权利要求】
1.一种光源装置，包括: 光源单元，包括能够将预定波长范围内的光作为输出光输出的至少一个固态光源；以及 输出单元,包括: 发光体，所述发光体由来自所述光源单元的所述输出光激发并且发出具有与所述输出光的波长不同的波长的可见光；以及 基底单元，所述基底单元能够围绕预定旋转轴旋转，所述基底单元包含晶体构件，所述晶体构件具有的晶轴方向被设定为与正交于所述输出光的光轴方向的方向不同的方向，所述发光体被支撑在所述晶体构件上， 所述输出单元能够输出包含所述预定波长范围内的光与从所述发光体发出的所述可见光的组合光。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述晶体构件的所述晶轴方向被设定为平行于所述光轴方向的方向。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述晶体构件包括在正交于所述光轴方向的方向上的C面，所述C面被设置为所述输出光所入射至的面。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述晶体构件包括在正交于所述光轴方向的方向上的R面，所述R面被设置为所述输出光所入射至的面。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述至少一个固态光源包括能够将激光作为所述输出光输出的激光光源。
6.根据权利要求5所述的光源装置，其中， 所述激光光源能够输出蓝色激光。
7.根据权利要求1所述的光源装置，进一步包括光学元件，所述光学元件能够控制从所述输出单兀输出的所述组合光的偏振方向。
8.根据权利要求7所述的光源装置，其中， 所述光源单兀能够输出具有第一偏振方向的所述输出光；以及 所述光学元件，包括: 分离元件，被配置为将具有所述第一偏振方向的光与具有正交于所述第一偏振方向的第二偏振方向的光分离；以及 转换元件，被配置为将通过所述分离元件分离的具有所述第二偏振方向的光转换成具有所述第一偏振方向的光。
9.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述晶体构件包括水晶和蓝宝石中的一个。
10.一种图像显示装置，包括: (a)光源装置，包括: 光源单元，包括能够将预定波长范围内的光作为输出光输出的至少一个固态光源；以及 输出单元,包括: 发光体，所述发光体由来自所述光源单元的所述输出光激发并且发出具有与所述输出光的波长不同的波长的可见光；以及 基底单元，所述基底单元能够围绕预定旋转轴旋转，所述基底单元包含晶体构件，所述晶体构件具有的晶轴方向被设定为与正交于所述输出光的光轴方向的方向不同的方向，所述发光体被支撑在所述晶体构件上， 所述输出单元能够输出包含所述预定波长范围内的光与从所述发光体发出的所述可见光的组合光； (b)图像生成系统，包括: 图像生成元件，被配置为基于施加的光来生成图像；以及 照明光学系统，被配置为将从所述光源装置输出的所述组合光施加至所述图像生成元件，以及 (C)投影系统，被配置为投影由所述图像生成元件所生成的图像。
11.根据权利要求10所述的图像显示装置，其中， 所述图像生成系统的所述照明光学系统包括能够控制从所述光源装置输出的所述组合光的偏振方向的光学兀件。
12.根据权利要求10所述的图像显示装置，进一步包括光学元件，所述光学元件能够控制从所述输出单兀输出的所述组合光的偏振方向。
13.一种光学单元，包括: 发光体，所述发光体由来自至少一个固态光源的输出光激发并且发出具有与所述输出光的波长不同的波长的可见光，所述至少一个固态光源能够将预定波长范围内的光作为所述输出光输出； 基底单元，所述基底单元能够围绕预定旋转轴旋转，所述基底单元包含晶体构件，所述晶体构件具有的晶轴方向被设定为与正交于所述输出光的光轴方向的方向不同的方向，所述发光体被支撑在所述晶体构件上；以及 透镜单元，能够输出包含所述预定波长范围内的光和从所述发光体发出的所述可见光的组合光。
【文档编号】G03B21/14GK104375367SQ201410390274
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】柏原芳基 申请人:索尼公司