光源装置和图像显示装置制造方法
【专利摘要】本公开涉及光源装置和图像显示装置。该光源装置包括：至少一个固态光源，被配置为输出预定波长范围的光；第一光学系统，其包括被配置为将所述固态光源的光束转换为大致平行光束的至少一个非球面；输出单元，包括被所述光激发并发出比所述光的波长更长的波长的可见光的至少一个光发射体，所述输出单元被配置为输出包含所述光和所述可见光的光；第二光学系统，包括至少一个凹反射面，并被配置为在凹反射面上反射所述光以将所述光聚集到所述输出单元的光发射体，所述光来自固态光源并被第一光学系统转换为大致平行的光束。
【专利说明】光源装置和图像显示装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年10月18日提交的日本在先专利申请JP2012-230457的权益，其全部内容通过引用结合于此。
【技术领域】
[0003]本公开涉及光源装置和使用所述光源装置的图像显示装置。
【背景技术】
[0004]近年来，包括固态光源，例如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的产品已经被越来越多地使用。固态光源已经代替在相关领域使用的汞灯、氙灯等用作展示和数字影院用投影仪中使用的光源。例如LED的固体光源具有，例如长的使用寿命，不需要灯具的替换(这在相关领域中是必要的)，以及接通电源后立即开灯等优势。
[0005]这样的投影仪包括固态光源(例如LED)被直接作为光源使用的类型。另一方面，存在被激发光激发而发出光的光发射体(例如荧光体(phosphor))用作光源的另一类型。在这种情况下，固态光源被用作输出激发光的激发光源。
[0006]例如，日本专利申请公开第2012-8303号提出了，通过使用凸透镜，将准直激光光束聚集到荧光体上的光学系统(请参见日本专利申请公开第2012-8303号的段落【0014】以及图1等)。此外，日本专利申请公开第2012-37681号提出了包括以阶梯状方式布置的镜子(miiTor)和凸透镜的光学系统。在这个光学系统中，多个光源的光束的间隔被以阶梯状方式布置的镜子缩小。接着，光被凸透镜聚集到荧光体上(请参见日本专利申请公开第2012-37681号的段落【0052】，图1等)。
[0007]而且，日本专利申请公开第2012-58638号提出，使用光聚集光学系统代替凸透镜的光学系统，以便在小空间中聚集多个光源的光。所述光聚集光学系统由小透镜的集合体形成，其中，不只有每个具有平面入射面和非球面凸出射面的多个小透镜。所述光聚集光学系统的入射面是连续平面，以及所述聚光系统的出射面设置有高度差(difference inlevel)，使得所述出射面的中心沿光源装置的光轴后退更多(请参见日本专利申请公开第2012-58638号的段落【0038】，图4等)。
【发明内容】
[0008]在日本专利申请公开第2012-8303号、第2012-37681号以及第2012-58638号所公开的光学系统中，在增加光源的数量以获得高亮度的情况下，上述的凸透镜、以阶梯状方式布置的镜子、以及光聚集光学系统不可避免地需要增加尺寸。结果，装置体积增大。
[0009]例如，在日本专利申请公开第2012-8303号所公开的光学系统中，当激光光源的光束的宽度增加时，必须使用大尺寸的透镜。此外，还有必要在远离激光光源的位置布置透镜。结果，所述装置在光轴方 向和直径方向增大。
[0010]在日本专利申请公开第2012-37681号所公开的光学系统中，进入凸透镜的光轴的间隔可以被以阶梯状方式布置的镜子缩小。不过，镜子本身的面积不可避免地增加，而这
使装置增大。
[0011]在使用日本专利申请公开第2012-58638号所公开的光聚集光学系统的情况下，其比当使用在日本专利申请公开第2012-8303号中公开的凸透镜更容易实现小型化。然而，随着光源数量的增加，入射面面积的增加难以避免，并且装置增大。
[0012]鉴于上述情况，期望提供能够获得高亮度而又同时抑制装置尺寸的增大的光源装置和图像显示装置。
[0013]鉴于上述情况，根据本公开的实施方式，提供包括至少一个固态光源、第一光学系统、输出单兀和第二光学系统的光源装置。
[0014]所述至少一个固态光源被配置为输出预定波长范围的光。
[0015]所述第一光学系统包括至少一个非球面，被配置为将所述至少一个固态光源的光束转换为大致平行的光束。
[0016]所述输出单元包括被所述至少一个固态光源的光激发并发出具有比所述光的波长更长的波长的可见光的至少一个光发射体，所述输出单元被配置为输出包含所述预定波长范围的光和来自所述至少一个光发射体的可见光的光作为输出光。
[0017]第二光学系统包括至少一个凹反射面，所述第二光学系统被配置为在所述至少一个凹反射面上反射所述光以将所述光聚集到所述输出单元的所述至少一个光发射体，所述光来自所述至少一个固态光源并被所述第一光学系统转换为大致平行的光束。
[0018]在所述光源装置中，包括至少一个非球面的第一光学系统允许将所述至少一个固态光源的光束转换为大致平行的光束。接着，大致平行光束的光在第二光学系统的凹反射面上反射，以便被聚集到输出单元的至少一个光发射体。包含来自固态光源的预定波长范围的光和来自光发射体的可见光的光从输出单元输出。通过这样的方式，将光聚集到光发射体的凹反射面的使用允许所述光源装置被制造的更加紧凑。例如，即使在激光光源的数量被增加以获得高亮度的情况下，第二光学系统的尺寸的增加可以被抑制。结果，可以获得高亮度而又抑制所述装置的尺寸的增加。
[0019]所述第一光学系统和第二光学系统中的每个可以具有满足下列表达式的焦距，
[0020]l<f2/fl<80
[0021]其中，fI表不第一光学系统的焦距，以及f2表不第二光学系统的焦距。
[0022]通过设定第一光学系统的焦距和第二光学系统的焦距满足上述表达式，由第二光学系统聚集(collect)的光的位置的位移的产生可以被抑制。
[0023]所述至少一个凹反射面可以包括满足下列表达式的旋转对称非球面，
[0024]-1.5〈Km〈_0.5
[0025]其中，Km表示所述至少一个凹反射面的圆锥常数。
[0026]通过设定充当旋转对称非球面的凹反射面满足上述表达式，可以改善由第二光学系统进行的光聚集的精度。
[0027]所述至少一个凹反射面可以包括没有旋转对称轴的自由曲面。
[0028]第二光学系统可以包括被配置为将光引导到所述至少一个光发射体的光学构件，其中所述光来自所述至少一个固态光源并且在所述至少一个凹反射面上被反射。
[0029]通过提供这样的光学构件，可以增加第二光学系统的设计上的自由度。结果，可以实现所述光源装置的小型化。
[0030]所述光学构件可以具有满足下列表达式的焦距，
[0031]-200<f2/fm<200
[0032]其中，f2表示第二光学系统的焦距，以及fm表示所述光学构件的焦距。
[0033]通过设定所述光学构件的焦距满足上述表达式，由第二光学系统进行的光聚集的精度可以被改善。
[0034]所述光学构件可以包括透镜并且具有满足下列表达式的焦距，
[0035]-100<fM/fm<100
[0036]其中，fM表示所述至少一个凹反射面的焦距，以及fm表示所述透镜的焦距。
[0037]通过设定用作光学构件的所述透镜的焦距满足上述表达式，由第二光学系统进行的光聚集的精度可以被改善。
[0038]所述光学构件可以包括不同于用作第二光学系统的至少一个凹反射面的第一凹反射面的第二凹反射面，所述光学构件具有满足下列表达式的焦距，
[0039]0.5<fM/fm<50
[0040]其中，fM表示所述第一凹反射面的焦距，以及fm表示所述光学构件的焦距。
[0041]通过设定包括第二凹反射面的所述光学构件的焦距满足上述表达式，由第二光学系统进行的光聚集的精度可以被改善。
[0042]所述光学构件可以包括凸反射面并且具有满足下列表达式的焦距，
[0043]-50<fM/fm<-0.5
[0044]其中，fM表示所述至少一个凹反射面的焦距，以及fm表示所述光学构件的焦距。
[0045]通过设定包括凸反射面的所述光学构件的焦距满足上述表达式，由第二光学系统进行的光聚集的精度可以被改善。
[0046]所述光学构件可以包括被配置为将光反射到所述至少一个光发射体的平面反射面，其中所述光来自至少一个固态光源并且在所述至少一个凹反射面上被反射。
[0047]所述平面反射面可以以所述平面反射面以满足以下表达式的旋转角布置，其中平行于布置有所述至少一个光发射体的布置面的状态被设定为零度，并且从所述状态围绕预定旋转轴朝向所述至少一个凹反射面的旋转方向被设定为正方向:
[0048]0° <Am〈60°
[0049]其中，Am表示平面反射面的旋转角。
[0050]通过将所述平面反射面布置为满足上述表达式，第二光学系统可以被适当地小型化。
[0051]多个光聚集光学系统中的每个包括一组所述第一光学系统与所述第二光学系统，所述多个光聚集光学系统围绕基于所述至少一个光发射体的位置的预定参考轴对称地布置。
[0052]因此，可以实现输出单元的输出光的高亮度。
[0053]第二光学系统可以包括被配置为将光引导到所述至少一个光发射体的光学构件，其中所述光来自所述至少一个固态光源并且在所述至少一个凹反射面上被反射。在这种情况下，光源装置可以进一步包括布置机构，其被配置为调整包括在所述多个光聚集光学系统的每个中的光学构件的布置。[0054]通过这样的布置机构，可以很容易地布置多个光聚集光学系统。
[0055]所述输出单元可以包括旋转轮，旋转轮包括所述至少一个光发射体被布置在上面的布置面，所述旋转轮被配置为围绕沿与所述布置面垂直的方向上延伸的预定旋转轴旋转。在这种情况下，第二光学系统可以被配置为将第一光学系统的光聚集到被布置在所述旋转轮的布置面的至少一个光发射体上的多个位置，所述多个位置彼此距离所述旋转轴的距离是不同的。
[0056]因此，可以抑制光发射体的劣化。
[0057]所述光源装置可以进一步包括第三光学系统，其被配置为将所述输出光的光束转换为大致平行的光束，所述输出光从输出单兀输出，所述第三光学系统具有可变的焦距。
[0058]因此，所述输出单元的输出光可以被有效引导到外部系统等。
[0059]根据本公开的另一个实施方式，其提供包括光源装置、图像生成系统和投影系统的图像显示装置。
[0060]所述光源装置包括至少一个固态光源、第一光学系统、输出单元、以及第二光学系统。
[0061]所述至少一个固态光源被配置为输出预定波长范围的光。
[0062]所述第一光学系统包括至少一个非球面，该非球面被配置为将所述至少一个固态光源的光束转换为大致平行的光束。
[0063]所述输出单元包括被所述至少一个固态光源的光激发并发出具有比所述光的波长更长的波长的可见光的至少一个光发射体，所述输出单元被配置为输出包含所述预定波长范围的光和所述至少一个光发射体的可见光的光作为输出光。
[0064]所述第二光学系统包括至少一个凹反射面，所述第二光学系统被配置为在所述至少一个凹反射面上反射所述光以将所述光聚集到所述输出单元的所述至少一个光发射体，所述光来自所述至少一个固态光源并被所述第一光学系统转换为大致平行的光束。
[0065]所述图像生成系统包括图像生成元件和照明光学系统。
[0066]所述图像生成元件被配置为基于所施加的光生成图像。
[0067]所述照明光学系统被配置为将所述光源装置的输出光施加到所述图像生成元件。
[0068]所述投影系统被配置为投影由所述图像生成元件生成的图像。
[0069]如上所述，根据本公开，可以提供能够获得高亮度而又同时抑制装置尺寸的增加的光源装置和图像显示装置。
[0070]如附图所示，根据本公开最佳模式实施方式的下列详细描述，本公开的上述和其他目标、特征和优势将变得更加显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0071]图1是示出根据本公开第一实施方式的光源装置的示意性配置例子的图；
[0072]图2是示出图1所示的第一光源单元的配置例和激光的光路的示意图；
[0073]图3是示出根据本公开的实施方式的反射构件例子的示意图；
[0074]图4是示出根据本公开的实施方式的反射构件例子的示意图；
[0075]图5是示出根据第一实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0076]图6是示出根据第一实施方式的第一光源单元的配置的图；[0077]图7是示出根据第一实施方式的激光光源的数量及其布置位置的图；
[0078]图8是示出根据第一实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0079]图9是示出根据第一实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0080]图10是示出用于描述光聚集点的偏移(displacement)的示意图；
[0081]图11是示出根据本公开第二实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0082]图12是示出根据第二实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0083]图13是示出根据第二实施方式的激光光源的数量级其布置位置的图；
[0084]图14是示出根据第二实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0085]图15是示出根据第二实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0086]图16是示出在使用如图11所示的两个第一光源单元的情况下的配置例的图；
[0087]图17是示出根据本公开的第三实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0088]图18是示出根据第三实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0089]图19是示出根据第三实施方式的激光光源的数量及其布置位置的图；
[0090]图20是示出根据第三实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0091]图21是示出根据第三实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0092]图22是示出根据本公开的第四实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0093]图23是示出根据第四实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0094]图24是示出根据第四实施方式的激光光源的数量及其布置位置的图；
[0095]图25是示出根据第四实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0096]图26是示出根据第四实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0097]图27是示出在使用如图22所示的两个第一光源单元的情况下的配置例的图；
[0098]图28是示出根据本公开的第五实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0099]图29是示出根据第五实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0100]图30是示出根据第五实施方式的激光光源的数量及其布置位置的图；
[0101]图31是示出根据第五实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0102]图32是示出根据第五实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0103]图33是示出根据本公开的第六实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0104]图34是示出根据第六实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0105]图35是示出根据第六实施方式的激光光源的数量及其布置位置的图；
[0106]图36是不出根据第六实施方式的第一光源单兀的数据的表格；
[0107]图37是示出根据第六实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0108]图38是示出根据本公开的第七实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0109]图39是示出根据第七实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0110]图40是示出根据第七实施方式的激光光源的数量及其布置位置的图；
[0111]图41是示出根据第七实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0112]图42是示出根据第七实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0113]图43是示出在使用如图38所示的两个第一光源单元的情况下的配置例的图；
[0114]图44是示出根据本公开的第八实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0115]图45是示出根据第八实施方式的第一光源单元的配置的图；[0116]图46是示出根据第八实施方式的激光光源的数量及其布置位置的图；
[0117]图47是示出根据第八实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0118]图48是示出根据第八实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0119]图49是示出根据本公开的第九实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0120]图50是示出根据第九实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0121]图51是示出根据第九实施方式的激光光源的数量及其布置位置的图；
[0122]图52是示出根据第九实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0123]图53是示出根据第九实施方式的第一光源单元的数据的表格；
[0124]图54是示出根据第一至第九实施方式的数据的表格；
[0125]图55是示出根据本公开的第十实施方式的第一光源单元的配置的图；
[0126]图56是示出用于描述根据第十实施方式的光聚集点的位置的图；
[0127]图57是示出根据本公开的第十一实施方式的光源装置的配置的图；
[0128]图58是示出根据本公开的实施方式的作为图像显示装置的投影仪的配置例的示意图；
[0129]图59是示出根据本公开的实施方式的投影仪的另一个配置例的示意图；以及
[0130]图60是示出根据本公开的实施方式的投影仪的另一个配置例的示意图。
【具体实施方式】
[0131]在下文中，本公开的实施方式将通过参考附图进行描述。
[0132](第一实施方式)
[0133]图1示出根据本公开的第一实施方式的光源装置100的示意性配置例的图。光源装置100是用于投影仪的光源装置，并且具有这样的一种类型，在蓝波长范围中的激光与红色以及绿色波长范围的光混合以输出白光，所述光从被蓝色波长范围的激光激发的荧光物质生成。
[0134]光源装置100包括第一光源单元10和第二光源单元50。第一光源单元10包括多个激光光源5、第一光学系统11、以及第二光学系统12。第一和第二光学系统11和12被配置为将从多个激光光源5输出的光聚集到第二光源单兀50的突光体层51上。
[0135]所述多个激光光源5是能够振荡例如在400nm到500nm波长范围内具有峰值辐射强度的波长的蓝色激光BI的蓝色激光光源。所述多个激光光源5对应于输出预定波长范围的光的至少一个固体光源。其他光源(例如发光二极管(LED))可以被用作固体光源。此夕卜，预定波长范围内的光也不限于蓝色激光BI。
[0136]第一光学系统11包括至少一个非球面，该非球面将从多个激光光源5输出的蓝色激光BI的光束转换为大致平行的光。第二光学系统12包括至少一个凹发射表面，并且在所述凹反射表面上反射蓝色激光BI以将蓝色激光BI聚集到第二光源单元50的至少一个荧光体层51上，所述蓝色激光BI来自多个激光光源5并被第一光学系统11转换为大致平行的光束。第一和第二光学系统11以及12将在稍后详细描述。
[0137]第二光源单兀50对应于输出单兀并且包括突光体轮52。突光体轮52包括盘状基板53和荧光体层51。基板53使蓝色激光BI透过。荧光体层51被提供在基板53上。驱动荧光体轮52的电机54被连接到基板53的中心。荧光体轮52具有在穿过基板53的中心的法线上的旋转轴55，所述荧光体轮52围绕旋转轴55是可旋转的。
[0138]荧光体轮52包括旋转轮57，所述旋转轮57包括布置面56，作为光发射体的荧光体层51被布置在所述布置面56上。旋转轮57围绕沿垂直于所述布置面56的方向延伸的预定旋转轴旋转。图1中示出的旋转轴55对应于沿垂直于布置面56的方向延伸的预定旋转轴。布置有荧光体层51的旋转轮57是荧光体轮52。
[0139]荧光体层51对应于至少一个光发射体，所述至少一个光发射体被多个激光光源5的光激发，并发出具有比所述多个激光光源5的光的波长更长的波长的可见光。在本实施方式中，荧光体层51包含荧光物质，其通过具有约445nm中心波长的蓝色激光BI激发而发出荧光。荧光体层51将由多个激光光源5输出的蓝色激光BI的一部分转换为包括红色或绿色波长范围的波长范围的光(即黄光)，然后输出由此产生的光。
[0140]作为被包含在荧光体层51中的荧光物质，例如，使用YAG (钇，铝，石榴石)基荧光体。需要指出的是，荧光物质的类型、激发光的波长范围以及由所述激发生成的可见光的波长范围不受限制的。
[0141]进一步地，由于荧光体层51吸收激发光的一部分并且也透过所述激发光的一部分，所以突光体层51可以输出由多个激光光源5输出的蓝色激光BI。因此,突光体51输出的光是通过蓝色激发光和黄色荧光的混合获得的白光。为了以这样的方式透过所述激发光的一部分，荧光体层51可以包含，例如作为具有光透明性的颗粒物质的填充粒子。
[0142]如图1所不,突光体轮52被布置为使得主表面58面对第一光源单兀10,所述主表面58是基板53的两个主表面中的一个并且未在上面设置突光体层51。进一步地,突光体轮52被布置为使得由第一光源单元10聚集的蓝色激光BI的焦点位置与荧光体层51上的预定位置一致。
[0143]通过电机54旋转基板53，激光光源5将激发光施加到荧光体层51，同时相对移动荧光体层51上的施加位置。因此,包含已经穿过荧光体层51的蓝色激光B2、以及作为从荧光体层51输出的可见光的绿光G2和红光R2的光被输出作为由第二光源单兀50输出的输出光。荧光体轮52的旋转可避免由于激发光被长时间施加到荧光体层51的特定位置导致的荧光体层51的劣化。
[0144]图2示出在图1中示出的第一光源单元10的配置例和激光BI的光路的示意图。第一光源单元10包括多个激光光源5和多个准直透镜15。所述多个准直透镜15将相应的激光光源5的每个光束转换为大致平行的光束。进一步地，第一光源单元10包括反射构件20，其将已经由准直透镜15转换为大致平行的光束的蓝色激光BI反射到荧光体层51的预定光聚集点60上。反射构件20包括凹反射面21，并在凹反射面21上反射蓝色激光BI以将蓝色激光BI反射到光聚集点60上。作为反射构件20，例如，使用反光镜。
[0145]被提供给相应的激光光源5的准直透镜15中的每个是旋转对称非球面透镜。多个准直透镜15的非球面对应于第一光学系统11的至少一个非球面。在本实施方式中，对每个激光光源5提供一个准直透镜15，但是本公开不局限于此。例如，预定数量的激光光源5的光束可以被一个非球面透镜集中转换为大致平行的光束。可供选择地，如果激光光源5的光束可以被转换为大致平行的光束，可以使用包括非旋转对称的非球面的透镜等。
[0146]图3和图4中的每个是示出反射构件20的例子的示意图。反射构件20被包括在第二光学系统12中，并且包括凹反射面21。凹反射面21可以是旋转对称非球面或没有旋转对称轴的自由曲面。凹反射面21的形状可以基于多个激光光源5的位置、光聚集点60的位置、进入凹反射面21的激光BI的光束的大小、入射角等被适当设定。
[0147]图4示出从作为凹反射面21的反面的背面22观看的反射构件20的图。进一步地，图4还示出沿彼此大致正交方向的反射构件20的截面图。如图4所示，当从背面22侧观看时，反射构件20具有大致矩形的外部形状(在下文中，从背面22观看的外部形状被简称为外部形状)。进一步地，反射构件20的截面的形状被形成为对应于凹反射面21的形状。
[0148]例如，反射构件20的外部形状可以根据被第一激光系统11转换为大致平行光束的蓝色激光BI被施加的面积的大小,适当地改变。例如,如图4所示，可以使用大致矩形的反射构件20。可供选择地，可以使用具有三角形形状或另外的多边形形状等的反射构件
20。由此，与光聚集透镜被用于聚集多个激光光源5的光的情况相比，反射构件20的外部形状可以被更适当地调整以使其更小。
[0149]例如，假设蓝色激光BI被施加到图4中所示的反射构件20的凹反射面21的整个区域。在这样的情况下，当要用光聚集透镜聚集蓝色激光BI时，必须使用具有覆盖反射构件20的至少外部形状的尺寸的透镜(参见图4的虚线所指示的圆圈G)。进一步地，与使用光聚集透镜的情况相比，还可以降低反射构件20的厚度(参见图4的截面)。结果，制造紧凑的第二光学系统12和抑制光源装置100的尺寸的增加是可能的。进一步地，可以清楚发现，具有抛物面表面形状的反射面比通常使用的包括透镜的折射系统更适用于小型化的光聚集光学系统，也包括望远镜的光学系统。
[0150]通常，凹反射面21是镜面。这种镜面允许蓝色激光BI被反射并被聚集到荧光体层51上。反射构件20的材料是不受限制的，因此，可以使用，例如金属材料和玻璃。
[0151]在下文中，将描述第一光源单元10的具体例子。图5到图9是描述具体例子的图。
[0152]图5和6中的每个示出第一光源单元10的配置的图。图6示出从多个激光光源5的后表面朝向反射构件20的方向观看在图5中示出的第一光源单元10的图。
[0153]如图5和6所示，所述多个激光光源5的光束由被提供给相应激光光源5的准直透镜15转换为大致平行的光束。被转换为大致平行光束的蓝色激光BI在反射构件20的凹反射面21上反射，然后被聚集到荧光体层51的预定光聚集点60上。
[0154]图7示出激光光源5的数量及其布置位置的图。在图7中示出的xyz坐标和在图5中示出的xyz坐标相对应。如图7所示，在本实施方式中，使用包括总共28个激光光源5的激光光源阵列。所述28个激光光源5被布置在沿X轴方向是四个激光光源5，沿y轴方向是七个激光光源5的矩阵中。需要注意的是，激光光源5的数量没有限制。
[0155]激光光源5分别以X轴方向和y轴方向的Ilmm间隔被布置。从准直透镜15输出的大致平行光束的激光BI具有6mm的光束直径。因此，大致平行光束的蓝色激光BI以在X轴方向是39mm和在y轴方向是72mm的范围被施加到凹反射面21。需要注意的是，x轴和I轴交叉的原点是第二光学系统12的光轴。
[0156]图8和9中的每个示出关于第一光源单元10的数据的表格。表格中的物体侧NA指的是对于每个激光光源5的蓝色激光BI的准直透镜15的数值孔径。第一光学系统11的焦距Π是准直透镜15的焦距(其单位为mm)。第二光学系统12的焦距f2是反射构件20的凹反射面21的焦距(其单位是mm)。
[0157]第一光学系统11的第一光源面对应于阵列的开始面，而且也对应于28个激光光源5的输出面。表面SI是在光源侧的覆盖玻璃7的表面(参见图5)。所述覆盖玻璃7覆盖激光光源5。表面S2是覆盖玻璃7的另一个表面，即，激光BI被输出一侧的表面。表面S3是在激光光源5侧的准直透镜15的平面表面。表面S4是准直透镜15的非球面以及是所述阵列的最终面。表面SI到S4被包括在第一光学系统11中。
[0158]表面S5和随后的表面被包括在第二光学系统12中。表面S5是反射构件20的凹反射面21。在本实施方式中，凹反射面21由非球面形成。表面S6是在布置有突光体层51的布置面56的反面的表面58。表面S6被设定为相对于由图5的X轴和y轴形成的xy平面是偏心的偏心面(eccentric surface)。执行这种设置是为了使已经在凹反射面21上反射的蓝色激光BI的光束的大致中心光以大致垂直的方向输入给荧光体层51。第二光学系统12的第二光源面对应于蓝色激光BI被输入的荧光体层51的表面。
[0159]图8的表格不出每个表面的曲率半径(mm)、表面之间的间隔(mm)、以及具有445nm波长的蓝色激光的折射率η。曲率半径和间隔由基于图中ζ轴的加号和减号表示。需要注意的是，曲率半径的“无限大”意味着表面是平面。折射率η用于描述覆盖玻璃7、准直透镜
15、以及包括布置面56的基板53。
[0160]图9不出非球面(即表面S4和表面S5)的数据，以及被设定为偏心的表面S6的数据。在本实施方式中，非球面由以下表达式表不。需要注意的是，在这个表达式中，c表不曲率，K表示圆锥常数，以及Ai表示校正系数。
【权利要求】
1.一种光源装置，包括: 至少一个固态光源，被配置为输出预定波长范围的光； 第一光学系统，包括被配置为将所述至少一个固态光源的光束转换为大致平行的光束的至少一个非球面； 输出单元，包括被所述至少一个固态光源的光激发并发出具有比所述光的波长更长的波长的可见光的至少一个光发射体，所述输出单元被配置为输出包含所述预定波长范围的光和来自所述至少一个光发射体的可见光的光作为输出光；以及 第二光学系统，包括至少一个凹反射面，所述第二光学系统被配置为在所述至少一个凹反射面上反射所述光以将所述光聚集到所述输出单元的所述至少一个光发射体，所述光来自所述至少一个固态光源并被所述第一光学系统转换为大致平行的光束。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述第一光学系统和所述第二光学系统中的每个具有满足以下表达式的焦距， l<f2/fl<80 其中，fl表示所述第一光学系统的焦距，以及f2表示所述第二光学系统的焦距。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述至少一个凹反射面包括满足以下表达式的旋转对称非球面，
-1.5〈Km〈-0.5 其中，Km表示所述至少一个凹反射面的圆锥常数。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述至少一个凹反射面包括没有旋转对称轴的自由曲面。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述第二光学系统包括被配置为将所述光引导到所述至少一个光发射体的光学构件，所述光来自所述至少一个固态光源并且在所述至少一个凹反射面上被反射。
6.根据权利要求5所述的光源装置，其中， 所述光学构件具有满足以下表达式的焦距，
-200<f2/fm<200 其中，f2表示所述第二光学系统的焦距，以及fm表示所述光学构件的焦距。
7.根据权利要求5所述的光源装置，其中， 所述光学构件包括透镜并且具有满足以下表达式的焦距，
-100<fM/fm<100 其中，fM表示所述至少一个凹反射面的焦距，以及fm表示所述透镜的焦距。
8.根据权利要求5所述的光源装置，其中， 所述光学构件包括第二凹反射面，所述第二凹反射面不同于用作所述第二光学系统的所述至少一个凹反射面的第一凹反射面，所述光学构件具有满足以下表达式的焦距，
0.5<fM/fm<50 其中，fM表示所述第一凹反射面的焦距，以及fm表示所述光学构件的焦距。
9.根据权利要求5所述的光源装置，其中， 所述光学构件包括凸反射面并且具有满足以下表达式的焦距，
-50<fM/fm<-0.5其中，fM表示所述至少一个凹反射面的焦距，以及fm表示所述光学构件的焦距。
10.根据权利要求5所述的光源装置，其中， 所述光学构件包括被配置为将所述光反射到所述至少一个光发射体的平面反射面，所述光来自所述至少一个固态光源并且在所述至少一个凹反射面上被反射。
11.根据权利要求10所述的光源装置，其中， 所述平面反射面以满足以下表达式的旋转角布置，其中，平行于布置有所述至少一个光发射体的布置面的状态被设定为零度，并且其中，从所述状态围绕预定旋转轴朝向所述至少一个凹反射面的旋转方向被设定为正方向:
0° <Am<60° 其中，Am表示所述平面反射面的旋转角。
12.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 多个光聚集光学系统中的每个包括一组所述第一光学系统和所述第二光学系统，所述多个光聚集光学系统围绕基于所述至少一个光发射体的位置的预定参考轴对称地布置。
13.根据权利要求12所述的光源装置，其中， 所述第二光学系统包括被配置为将所述光引导到所述至少一个光发射体的光学构件，所述光来自所述至少一个固态光源并且在所述至少一个凹反射面上被反射， 所述光源装置进一步包括被配置为调整包括在所述多个光聚集光学系统的每个中的所述光学构件的布置的布置机构。`
14.根据权利要求1所述的光源装置，其中， 所述输出单元包括旋转轮，所述旋转轮包括布置有所述至少一个光发射体的布置面，所述旋转轮被配置为围绕沿与所述布置面垂直的方向延伸的预定旋转轴旋转；以及 所述第二光学系统被配置为将第一光学系统的光聚集到被布置在所述旋转轮的所述布置面的所述至少一个光发射体上的多个位置，所述多个位置彼此距离所述旋转轴的距离是不同的。
15.根据权利要求1所述的光源装置，进一步包括被配置为将所述输出光的光束转换为大致平行的光束的第三光学系统，所述输出光从所述输出单元输出，所述第三光学系统具有可变的焦距。
16.一种图像显示装置，包括: 光源装置，包括: 至少一个固态光源，被配置为输出预定波长范围的光， 第一光学系统，包括至少一个非球面，所述至少一个非球面被配置为将所述至少一个固态光源的光束转换为大致平行的光束， 输出单元，包括被所述至少一个固态光源的光激发并发出具有比所述光的波长更长的波长的可见光的至少一个光发射体，所述输出单元被配置为输出包含所述预定波长范围的光和所述至少一个光发射体的可见光的光作为输出光，以及 第二光学系统，包括至少一个凹反射面，所述第二光学系统被配置为在所述至少一个凹反射面上反射所述光以将所述光聚集到所述输出单元的所述至少一个光发射体，所述光来自所述至少一个固态光源并被所述第一光学系统转换为大致平行的光束； 图像生成系统，包括:图像生成元件，被配置为基于所施加的光生成图像，以及照明光学系统，被配置为将所述光源装置的输出光施加到所述图像生成元件；以及投影系统，被配置为投影由所述图像生成元件生成的图像。
17.根据权利要求16所述的图像显示装置，其中，所述第一光学系统和所述第二光学系统中的每个具有满足以下表达式的焦距，l<f2/fl<80其中，fl表示所述第一光学系统的焦`距，以及f2表示所述第二光学系统的焦距。
【文档编号】F21V7/04GK103775869SQ201310473250
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2012年10月18日
【发明者】西川纯, 松本和也 申请人:索尼公司