光源装置以及投影仪的制作方法

本实用新型涉及一种具备半导体激光器等固体光源的光源装置以及使用该光源装置的投影仪。

背景技术：

在专利文献1中，记载了一种具备激光光源的投影仪。该投影仪具有光源装置、对来自光源装置的光进行调制而形成图像的显示元件以及投射由显示元件形成的图像的投射透镜。

光源装置具备光源单元、聚光光学系统、扩散板、柱状的棒以及聚光透镜。光源单元包括射出激光的激光光源。在从光源单元射出的激光的前进方向上，依次配置聚光光学系统、扩散板、棒以及聚光透镜。

聚光光学系统使来自光源单元的激光会聚并入射到棒的入射面。从棒的入射面入射的光在棒内部传播，从射出面射出。聚光透镜使从棒的射出面射出的光会聚并入射到显示元件的图像形成区域。

为了实现投影仪的高亮度化，在上述光源装置中，还能够在与棒的长边方向正交的方向上并列地配置分别射出相同颜色的激光的多个光源单元。在该情况下，使用多个反射镜，使来自各光源单元的激光入射到棒的入射面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－216383号公报

技术实现要素：

在专利文献1所记载的投影仪中使用的光源装置中，光源单元配置于棒的入射面侧，构成为光源单元的射出方向与棒的射出方向(光源装置的光轴方向)一致。因此，存在在光轴方向上需要较大的空间、装置大型化这样的问题。

另外，为了实现高亮度化，并列地配置多个光源单元，但在该情况下，与棒相比，并列地配置的光源单元的部分变大，所以，在棒的周围，产生无法有效利用的空间(无效空间)。这样的无效空间也是导致装置大型化的原因。

本实用新型的目的在于，提供一种可有效地利用无效空间的小型且高亮度的光源装置以及使用该光源装置的投影仪。

为了达到上述目的，根据本实用新型的一个方式，提供一种光源装置，具有：光学元件，由柱状的导光体构成，将该导光体的两端面中的一个端面设为入射面，将另一个端面设为射出面，从所述入射面入射的光在所述导光体内部传播，从所述射出面射出；多个光源部，以围绕所述导光体的外周的方式配置，分别将相同颜色的光向第一方向射出，所述第一方向是与所述射出面的射出方向相反的方向；以及光折返单元，使从所述多个光源部分别射出的光以朝向所述射出方向的方式折返而入射到所述导光体的所述入射面。

根据本实用新型的其他方式，提供一种投影仪，具有：上述光源装置；显示元件，对从该光源装置输出的光进行调制而形成图像；以及投射透镜，投射由该显示元件形成的图像。

附图说明

图1是示出作为本实用新型的第一实施方式的光源装置的结构的示意图。

图2是示出作为比较例的光源装置的结构的示意图。

图3是示出作为本实用新型的第二实施方式的光源装置的结构的示意图。

图4是示出在作为本实用新型的其他实施方式的投影仪中使用的光源装置的结构的框图。

图5是示出作为本实用新型的其他实施方式的投影仪的结构的框图。

具体实施方式

接下来，参照附图，说明本实用新型的实施方式。

(第一实施方式)

图1是示出本实用新型的第一实施方式的光源装置的结构的示意图。

参照图1，光源装置具有光源单元1a、1b、聚光透镜2a、2b、反射镜3a、3b、4a、4b、扩散板5、光管6以及透镜7～9。此外，在图1中，为了方便说明，仅示出一部分光线的轨迹。

光源单元1a包括射出相同颜色的光的固体光源11a、12a和反射镜13a。固体光源11a、12a是相同构造的光源，例如具有输出在预定颜色的波长区域具有中心波长的激光的多个激光二极管(LD)。在这里，使用在具备散热部的保持部件上形成有(n(行)×m(列))个LD的结构。

反射镜13a是交替地配置有反射区域和透射区域的条纹构造的镜。例如通过将带状的反射区域以预定的间隔蒸镀于透明基板上，从而能够形成条纹构造的镜。

固体光源11a的LD的各列与反射镜13a的各透射区域一对一地对应，从各列的LD射出的激光穿过反射镜13a的对应的透射区域。固体光源12a的LD的各列与反射镜13a的各反射区域一对一地对应，从各列LD射出的激光由反射镜13a的对应的反射区域向与透过了透射区域的激光的前进方向相同的方向反射。透过了透射区域的激光以及由反射区域反射的激光是光源单元1a的输出光，该输出光入射到聚光透镜2a。

光源单元1b输出与光源单元1a相同颜色的光，包括固体光源11b、12b以及反射镜13b。由这些固体光源11b、12b以及反射镜13b构成的部分是与由上述固体光源11a、12a以及反射镜13a构成的部分相同的构造。从固体光源11b射出的激光透过反射镜13b的各透射区域，从固体光源12b射出的激光由反射镜13b的各反射区域向与透过了透射区域的激光的前进方向相同的方向反射。透过了透射区域的激光以及由反射区域反射的激光是光源单元1b的输出光，该输出光入射到聚光透镜2b。

穿过了聚光透镜2a的激光依次穿过反射镜3a、4a以及扩散板5，入射到光管6的入射面。同样地，穿过了聚光透镜2b的激光依次穿过反射镜3b、4b以及扩散板5，入射到光管6的入射面。

光源单元1a、1b分别能够称为光源部。聚光透镜2a、2b以及反射镜3a、3b、4a、4b能够称为光折返单元。

从光源单元1a至光管6的入射面为止的第一光路的长度与从光源单元1b至光管6的入射面为止的第二光路的长度相同。聚光透镜2a的聚光角(在将光轴与光束的最外侧的光线所形成的角度设为θ时按2θ而给出的角度)与聚光透镜2b的聚光角相同。在第一光路中入射到光管6的入射面的光束的中心光线的入射角与在第二光路中入射到光管6的入射面的光束的中心光线的入射角相同。

光管6是如下的光学元件(光均匀化元件)：由柱状的导光体构成，将导光体的两端面中的一方设为入射面，将另一方设为射出面，从入射面入射的光在导光体内部传播，从射出面射出。光在导光体内部多次反射，从而能够在射出面形成均匀的面光源。作为光管6，能够使用将内部做成中空并且由镜构成内表面的光隧道、由玻璃等透明材料形成多棱柱而成的棒等。

聚光透镜2a使来自光源单元1a的激光会聚并入射到光管6的入射面。聚光透镜2b使来自光源单元1b的激光会聚并入射到光管6的入射面。也可以构成为光管6的入射面上的聚光透镜2a、2b各自的聚光位置相同。

透镜7～9构成射光瞳处于无限远方的远心透镜。穿过了该远心透镜的光是光源装置的输出光。

根据本实施方式的光源装置，利用被设为无效空间的光管6的周围的空间，将光源单元1a、1b配置于该空间。由此，能够实现装置的小型化。

另外，使从光源单元1a、1b分别射出的激光折返而入射到光管6的入射面。这样，通过使光路折返，从而能够实现装置的小型化。

下面，列举比较例来具体说明小型化的效果。

在图2中，示出作为比较例的光源装置的结构。在该光源装置中，代替光源单元1a、1b、聚光透镜2a、2b、反射镜3a、3b，具备光源单元101a、101b、聚光透镜102a、102b、反射镜103a、103b，除此以外，与图1所示的内容相同。

光源单元101a、101b分别是与光源单元1a、1b相同的结构，但配置于光管6的入射面侧的空间中。在从光源单元101a射出的激光的前进方向上，依次配置有聚光透镜102a以及反射镜103a。同样地，在从光源单元101b射出的激光的前进方向上，依次配置有聚光透镜102b以及反射镜103b。

聚光透镜102a使来自光源单元101a的激光会聚并入射到光管6的入射面的第一区域内。聚光透镜102b使来自光源单元101b的激光会聚并入射到光管6的入射面的第二区域内。

反射镜103a使来自聚光透镜102a的激光向反射镜4a反射。反射镜103b使来自聚光透镜102b的激光向反射镜4b反射。

图2所示的反射镜4a、4b、扩散板5、光管6以及透镜7～9与图1所示的内容相同，是相同的配置。

在上述比较例的光源装置中，在光源单元101a与光源单元101b之间，存在无效空间100a。另外，与光管6相比，光源单元101a、101b的部分较大，所以，在光管6的周围存在无效空间100b、100c。因为这些无效空间100a～100c，所以，存在光源装置大型化这样的问题。

另外，光源单元101a、101b以及聚光透镜102a、102b配置于光管6的入射面侧的空间，所以，存在光源装置在光管6的长边方向上大型化这样的问题。

相对于此地，根据图1所示的光源装置，光源单元1a以及聚光透镜2a配置于被设为无效空间100b的空间，另外，光源单元1b以及聚光透镜2b配置于被设为无效空间100c的空间。通过这样利用无效空间100b、100c来配置光源单元1a、1b以及聚光透镜2a、2b，从而能够实现光源装置的小型化。

另外，根据图1所示的光源装置，使从光源单元1a、1b分别射出的激光折返而入射到光管6的入射面，从而在光轴A1的方向(或者光管6的长边方向)上，与图2所示的比较例相比，能够减小光源装置。

在上述本实施方式的光源装置中，2个光源单元1a、1b配置成夹着光管6对置，但不限定于此。只要构成光折返单元的镜等构件能够在不产生干扰的情况下使来自光源单元的光入射到光管6的入射面，则光源单元1a、1b可以配置于光管6的周围的任意位置。

另外，配置于光管6的周围的光源单元的数量不限定于2个。只要构成光折返单元的镜等构件能够在不产生干扰的情况下使来自光源单元的光入射到光管6的入射面，则也可以将3个以上的光源单元配置于光管6的周围。

另外，构成光管6的导光体也可以具有从入射面起越向射出面侧则导光部分的截面积越大的锥形形状的反射面。由此，起到如下作用效果。

一般来说，在投影仪中，存在由光束的截面积与发散角(光所确定的立体角)之积定义的被称为聚光率的制约。为了将来自光源的光高效地用作投射光，需要将照射侧的聚光率设为引入侧的聚光率以下。在这里，照射侧的聚光率按光源的面积与从该光源射出的光的发散角的累计值而被给出，引入侧的聚光率按由显示元件的面积与由投射透镜的光圈数确定的引入角(立体角)的累计值而被给出。

在图1所示的光源装置中，照射侧的聚光率按形成于光管6的射出面的面光源的面积与从该射出面射出的光的发散角的累计值而被给出。如果将光管6的反射面设为锥形形状，则虽然面光源的面积稍微增大，但能够减小从射出面射出的光的发散角。在具备锥形形状的反射面的光管6中，能够根据锥形的角度来控制从射出面射出的光的发散角，所以，存在针对聚光率能够随机应变这样的效果。

(第二实施方式)

图3是示出本实用新型的第二实施方式的光源装置的结构的示意图。

参照图3，光源装置具有光源单元21a、21b、聚光透镜22a、22b、反射镜23a、23b、24a、24b、34、扩散板25、光管26、透镜27～32、二色镜33以及荧光轮35。此外，在图3中，为了方便说明，仅示出一部分光线的轨迹。

光源单元21a、21b是用于激励荧光体的激励用光源，射出相同颜色的激励光。

光源单元21a包括射出相同颜色的激励光的固体光源211a、212a和反射镜213a。固体光源211a、212a是相同的构造，例如具备输出在蓝色的波长区域具有中心波长的蓝色激光的多个激光二极管(LD)。在这里，使用在具备散热部的保持部件上形成有(n(行)×m(列))个蓝色LD的结构。

反射镜213a是交替地配置有反射区域和透射区域的条纹构造的镜。例如，通过将带状的反射区域以预定的间隔蒸镀于透明基板上，从而能够形成条纹构造的镜。

固体光源211a的蓝色LD的各列与反射镜213a的各透射区域一对一地对应，从各列的蓝色LD射出的蓝色激光穿过反射镜213a的对应的透射区域。固体光源212a的蓝色LD的各列与反射镜213a的各反射区域一对一地对应，从各列蓝色LD射出的蓝色激光由反射镜213a的对应的反射区域向与透过了透射区域的蓝色激光的前进方向相同的方向反射。透过了透射区域的蓝色激光和由反射区域反射的蓝色激光是光源单元21a的输出光，该输出光入射到聚光透镜22a。

光源单元21b包括固体光源211b、212b以及反射镜213b。由这些固体光源211b、212b以及反射镜213b构成的部分是与由上述固体光源211a、212a以及反射镜213a构成的部分相同的构造。从固体光源211b射出的蓝色激光透过反射镜213b的各透射区域，从固体光源212b射出的蓝色激光由反射镜213b的各反射区域向与透过了透射区域的蓝色激光的前进方向相同的方向反射。透过了透射区域的蓝色激光和由反射区域反射的蓝色激光是光源单元21b的输出光，该输出光入射到聚光透镜22b。

穿过了聚光透镜22a的蓝色激光依次穿过反射镜23a、24a以及扩散板25，入射到光管26的入射面。同样地，穿过了聚光透镜22b的蓝色激光依次穿过反射镜23b、24b以及扩散板25，入射到光管26的入射面。

光源单元21a、21b分别能够称为光源部。聚光透镜22a、22b以及反射镜23a、23b、24a、24b能够称为光折返单元。

从光源单元21a至光管26的入射面为止的第一光路的长度与从光源单元21b至光管26的入射面为止的第二光路的长度相同。聚光透镜22a的聚光角与聚光透镜22b的聚光角相同。在第一光路中入射到光管26的入射面的光束的中心光线的入射角与在第二光路中入射到光管26的入射面的光束的中心光线的入射角相同。

光管26是如下的光学元件(光均匀化元件)：由柱状的导光体构成，将导光体的两端面中的一方设为入射面，将另一方设为射出面，从入射面入射的光在导光体内部传播，并从射出面射出。光在导光体内部被多次反射，从而能够在射出面形成均匀的面光源。作为光管26，能够使用将内部做成中空并且由镜构成内表面的光隧道、由玻璃等透明材料形成多棱柱而成的棒等。

聚光透镜22a使来自光源单元21a的激光会聚并入射到光管26的入射面。聚光透镜22b使来自光源单元21b的激光会聚并入射到光管26的入射面。也可以构成为光管26的入射面上的聚光透镜22a、22b各自的聚光位置相同。

在从光管26的射出面射出的蓝色激光(蓝色激励光)的前进方向上，依次配置有透镜27、28以及二色镜33。透镜27、28是聚光透镜。二色镜33具有反射可见光的波长区域中的蓝色的波长区域的光、而使除此以外的波长区域的光透过的反射透射特性。来自光管26的蓝色激光在穿过透镜27、28之后，由二色镜33反射。

在来自二色镜33的蓝色激光(反射光)的前进方向上，依次配置有透镜29～31以及荧光轮35。透镜29～31是聚光透镜。

荧光轮35具有能够旋转的圆形基板以及在该圆形基板上沿着周向形成的荧光体部。圆形基板的中心部由旋转马达的输出轴支撑，旋转马达使圆形基板旋转。荧光体部包括能够由来自二色镜33的蓝色激光激励的荧光体。作为荧光体，能够使用放出黄色荧光的黄色荧光体、放出绿色荧光的绿色荧光体等。在这里，使用绿色荧光体。

来自二色镜33的蓝色激光在穿过透镜29～31之后，入射到荧光轮35的荧光体部。从荧光体部放出的绿色荧光(发散光)穿过透镜29～30。穿过了透镜29～30的绿色荧光透过二色镜33。在来自二色镜33的绿色荧光(透射光)的前进方向上，依次配置有透镜32以及反射镜34。透镜32是聚光透镜。

透镜27～32中的透镜27～31将从光管26的射出面射出的蓝色激光会聚到荧光轮35的荧光体部上。另外，透镜29～32以使从荧光体部放出的绿色荧光(发散光)会聚的方式发挥作用。穿过了透镜32的绿色荧光由反射镜34反射。来自反射镜34的反射光(绿色荧光)是光源装置的输出。在穿过了透镜32的绿色荧光的光路中，也可以配置用于得到平行光束的透镜。

在本实施方式的光源装置中，也起到与第一实施方式相同的作用效果。

另外，在本实施方式的光源装置中，也能够应用在第一实施方式中说明的变形、改进。

(投影仪)

本实用新型的投影仪具有应用上述第一以及第二实施方式中的某一方的至少一个光源装置、对从该光源装置输出的光进行调制而形成图像的显示元件以及投射由该显示元件形成的图像的投射透镜。作为显示元件，能够使用液晶显示面板、DMD(数字镜设备)。光管6的射出面的形状也可以与投影仪的显示元件的面板形状相匹配。此外，在将液晶显示面板应用于显示元件的情况下，需要构成为将p偏振或者s偏振的光照射到液晶显示面板。

下面，具体说明投影仪的实施方式。

图4是示出在投影仪中使用的光源装置的结构的框图。图5是示出具备图4所示的光源装置的投影仪的结构的框图。

如图4所示，光源装置51具有红光源52、蓝光源53、绿光源54以及二色镜55、56。红光源52以及蓝光源53均应用上述第一实施方式。红光源52使用红色LD，蓝光源53使用蓝色LD。绿光源54应用上述第二实施方式。

二色镜55具有使可见光的波长区域中的蓝色的波长区域的光反射、而使除此以外的波长区域的光透过的反射透射特性。二色镜56具有使可见光的波长区域中的红色的波长区域的光反射、而使除此以外的波长区域的光透过的反射透射特性。

二色镜55配置于绿光源54的光轴与蓝光源53的光轴正交的位置。从绿光源54射出的绿色光入射到二色镜55的一个面，从蓝光源53射出的蓝色光入射到二色镜55的另一个面。绿光源54的光轴与二色镜55的一个面所形成的角度是45°，蓝光源53的光轴与二色镜55的另一个面所形成的角度是45°。

来自绿光源54的绿色光透过二色镜55。来自蓝光源53的蓝色光由二色镜55向与所透过的绿色光相同的方向反射。即，二色镜55射出使绿色光与蓝色光混合而成的第一复合光。

二色镜56配置于绿光源54的光轴与红光源52的光轴正交的位置。来自二色镜55的第一复合光(蓝/绿)入射到二色镜56的一个面，从红光源52射出的红色光入射到二色镜56的另一个面。绿光源54的光轴与二色镜56的一个面所形成的角度是45°，红光源52的光轴与二色镜56的另一个面所形成的角度是45°。

来自二色镜55的第一复合光透过二色镜56。来自红光源52的红色光由二色镜56向与所透过的第一复合光相同的方向反射。即，二色镜56射出使第一复合光(蓝/绿)与红色光混合而成的第二复合光(白色光)。该第二复合光(白色光)是光源装置51的输出光。

图5所示的投影仪是3板型的投影仪，具有图4所示的光源装置51。在图5中，为了方便说明，未示出光源装置51的各部。

来自光源装置51的白色光入射到光管501。在光管501中，入射光在内部进行多重反射，其结果为，射出亮度均匀的光。从光管501射出的光(白色光)经由透镜502、503以及反射镜504入射到TIR(Total Internal Reflection，全内反射)棱镜505。作为光管501，能够使用将内部做成中空并且由镜构成内表面的光隧道、由玻璃等透明材料形成多棱柱而成的棒等。

TIR棱镜505是在内部具备全反射面的全反射棱镜配件，包括2个三角棱镜。一个三角棱镜是直角棱镜，具有构成形成直角的边的第一以及第二面以及构成斜边的第三面。另一个三角棱镜具有构成三角形的各线段的第一至第三面。直角棱镜的第三面配置成与另一个三角棱镜的第一面相对置。直角棱镜的第一面是TIR棱镜505的入射面。

彩色棱镜506配置成与直角棱镜的第二面相对置。另一个三角棱镜的第二面是TIR棱镜505的出射面，与直角棱镜的第二面平行。在该出射面侧，配置有投射透镜510。

来自反射镜504的光(白色光)入射到TIR棱镜108的入射面。入射到TIR棱镜108的光由内部的全反射面全反射，从直角棱镜的第二面射出。从该第二面射出的光入射到彩色棱镜506。

彩色棱镜506由多个棱镜构成，具有第一至第四面。第一面与TIR棱镜505的直角棱镜的第二面对置。红色用显示面板508与第二面对置地配置，绿色用显示面板507与第三面对置地配置，蓝色用显示面板509与第四面对置。在彩色棱镜506中，从第一面入射的白色光中的红色光从第二面射出，绿色光从第三面射出，蓝色光从第四面射出。在这里，作为显示面板507～509，也可以使用DMD(数字镜设备)或液晶显示面板。在这里，作为显示面板507～509，使用DMD。

显示面板507～509分别具有由矩阵状地配置的多个微镜构成的图像形成区域。微镜构成为角度根据驱动电压而变化，在被供给表示接通状态的驱动电压时与被供给表示断开状态的驱动电压时，反射角度不同。通过根据影像信号而对各微镜进行接通断开控制，从而在空间上对入射光束进行调制而形成图像。

从第二面射出的红色光入射到红色用显示面板508。红色用显示面板508在空间上对入射的红色光进行调制，形成红色图像。红色图像光从红色用显示面板508入射到彩色棱镜506的第二面。在彩色棱镜506中，从第二面入射的红色图像光从第一面射出。该从第一面射出的红色图像光入射到TIR棱镜505的直角棱镜的第二面。

从第三面射出的绿色光入射到绿色用显示面板507。绿色用显示面板507在空间上对入射的绿色光进行调制，形成绿色图像。绿色图像光从绿色用显示面板507入射到彩色棱镜506的第三面。在彩色棱镜506中，从第三面入射的绿色图像光从第一面射出。该从第一面射出的绿色图像光入射到TIR棱镜505的直角棱镜的第二面。

从第四面射出的蓝色光入射到蓝色用显示面板509。蓝色用显示面板509在空间上对入射的蓝色光进行调制，形成蓝色图像。蓝色图像光从蓝色用显示面板509入射到彩色棱镜506的第四面。在彩色棱镜506中，从第四面入射的蓝色图像光从第一面射出。该从第一面射出的蓝色图像光入射到TIR棱镜505的直角棱镜的第二面。

在TIR棱镜505中，从直角棱镜的第二面入射的红色图像光、绿色图像光以及蓝色图像光从出射面向投射透镜510射出。投射透镜510将由红色用显示面板508、绿色用显示面板507以及蓝色用显示面板509分别形成的红色图像、绿色图像以及蓝色图像重叠地投射到屏幕上。投射透镜510是由多个透镜构成的扩大投射光学系统。

另外，本实用新型能够采取以下的附记1～6的方式，但不限定于这些方式。

[附记1]

一种光源装置，具有：光学元件，由柱状的导光体构成，将该导光体的两端面中的一个端面设为入射面，将另一个端面设为射出面，从所述入射面入射的光在所述导光体内部传播而从所述射出面射出；多个光源部，以围绕所述导光体的外周的方式配置，分别将相同颜色的光向第一方向射出，所述第一方向是与所述射出面的射出方向相反的方向；以及光折返单元，使从所述多个光源部分别射出的光以朝向所述射出方向的方式折返而入射到所述导光体的所述入射面。

[附记2]

根据附记1所述的光源装置，所述光折返单元使来自所述多个光源部的光分别会聚并入射到所述导光体的所述入射面上的相同区域内。

[附记3]

根据附记1或者2所述的光源装置，在所述导光体的所述入射面侧，具有使来自所述多个光源部的光扩散的扩散板。

[附记4]

根据附记1至3中的任一项所述的光源装置，所述导光体具有锥形形状的反射面，该反射面以从所述入射面侧起越向所述射出面侧则光进行传播的部分的截面积越大的方式构成。

[附记5]

根据附记1至4中的任一项所述的光源装置，所述多个光源部分别射出在预定颜色的波长区域具有中心波长的激励光，所述光源装置还具有：二色镜，反射可见光中的所述预定颜色的光，而使所述预定颜色以外的光透过；以及荧光体部，形成有受所述激励光激励而放出荧光的荧光体，所述二色镜向所述荧光体部反射从所述导光体的所述射出面射出的光，从所述荧光体部放出的所述荧光透过所述二色镜。

[附记6]

一种投影仪，具有：附记1至5中的任一项所述的光源装置；显示元件，对从所述光源装置输出的光进行调制而形成图像；以及投射透镜，投射由所述显示元件形成的图像。

附图标记说明

1a、1b 光源单元；

2a、2b 聚光透镜；

3a、3b、4a、4b、13a、13b 反射镜；

5 扩散板；

6 光管；

7～9 透镜；

11a、11b、12a、12b 固体光源。