具有降低颜色不均的光学系统的光源装置及投影装置制造方法

具有降低颜色不均的光学系统的光源装置及投影装置制造方法
【专利摘要】一种光源装置，具备：旋转驱动器；光学板，利用旋转驱动器进行旋转，具有透光部及荧光体层；激励光光源单元，发出激励光；会聚光学系统，将从激励光光源单元发出的激励光会聚到透光部及荧光体层；转移光学系统，将被会聚光学系统会聚到透光部的激励光的光斑向与光学板的光学板面不同的转移面转移；第一投射光学系统，将利用会聚光学系统使激励光会聚到荧光体层从而形成于荧光体层的荧光的光源像投影到与光学板面及转移面不同的共通投射面；以及第二投射光学系统，将利用转移光学系统转移到转移面的激励光的光斑投影到共通投射面；第一投射光学系统的从光学板面到共通投射面的光路长与第二投射光学系统的从转移面到共通投射面的光路长彼此相等。
【专利说明】具有降低颜色不均的光学系统的光源装置及投影装置
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]这里，通过引用，引入2013年3月I日申请的日本专利申请第2013-040524号的包含说明书、权利要求、附图及摘要的全部公开。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种具有降低颜色不均的光学系统的光源装置及投影装置。
【背景技术】
[0004]投影装置将从光源发出的光照射到数字微镜器件等反射型显示元件或液晶快门阵列面板等透射型显示元件，通过投影透镜将由显示元件形成的图像投影到屏幕上。
[0005]以往，利用高亮度的放电灯作为光源的投影仪是主流。但是，近年来，日益开发出利用发光二极管、激光二极管、有机电致发光元件等作为光源、并由荧光体将从光源发出的光变换为其他颜色的荧光的投影装置。例如，日本特开2007-218956号公报的图14中，公开了通过向旋转的色轮照射蓝色激励光来产生黄色荧光的技术。该色轮在圆形玻璃板的一部分中配置荧光体。当由蓝色发光二极管发出的激励光照射到色轮的荧光体上时，发生黄色荧光。另一方面，当向色轮中透明的部分照射激励光时，蓝色激励光通过色轮。从色轮的荧光体发出的黄色荧光与通过了色轮透明部分的蓝色激励光通过同一光路并入射到DMD。将这些黄色荧光及蓝色激励光的光路、由绿色发光二极管发出的绿色光的光路、以及由红色发光二极管发出的红色光的光路合成的技术被公开。
[0006]但是，上述专利文献中，从蓝色发光二极管至DMD的蓝色激励光的光路长度、从色轮至DMD的黄色荧光的光路长度、从绿色发光二极管至DMD的绿色光的光路长度、从红色发光二极管至DMD的红色光的光路长度各不相同。因此，入射到DMD的蓝色激励光、黄色荧光、绿色光及红色光的发光强度分布(配光)不同。因此，将入射到DMD的蓝色激励光、黄色荧光、绿色光及红色光合成时会产生颜色不均。

【发明内容】

[0007]因此，本发明要解决的课题是，使得在利用照射到投射面的激励光及彩色光形成的投影图像中不产生颜色不均。
[0008]提供一种光源装置，其特征在于，具备:旋转驱动器；光学板，利用所述旋转驱动器进行旋转，具有透光部及荧光体层；激励光光源单元，发出激励光；会聚光学系统，将从所述激励光光源单元发出的激励光会聚到所述透光部及所述荧光体层；转移光学系统，将被所述会聚光学系统会聚到所述透光部的激励光的光斑向与所述光学板的光学板面不同的转移面转移；第一投射光学系统，将利用所述会聚光学系统使激励光会聚到所述荧光体层从而形成于所述荧光体层的荧光的光源像投影到与所述光学板面及所述转移面不同的共通投射面；以及第二投射光学系统，将利用所述转移光学系统转移到所述转移面的激励光的光斑投影到所述共通投射面；所述第一投射光学系统的从所述光学板面到所述共通投射面的光路长与所述第二投射光学系统的从所述转移面到所述共通投射面的光路长彼此相等。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]本发明的上述及进一步的目的、特征及优点从附图及下面的详细说明中变得更清
λ.Μ
/E.ο
[0010]图1是本发明第I实施方式的投影装置的平面图。
[0011]图2是第I实施方式的光学板的平面图。
[0012]图3是本发明第2实施方式的投影装置的平面图。
[0013]图4是变形例的光学板的平面图。
[0014]图5是变形例的光学板的平面图。
【具体实施方式】
[0015]以下，使用附图来说明用于实施本发明的最佳方式。但是，下面描述的实施方式中，虽然为了实施本发明而 附加了技术上优选的各种限定，但发明范围不限于以下的实施方式及图示例。
[0016]〔第I实施方式〕
[0017]图1是投影装置100的平面图。
[0018]如图1所示，投影装置100具备光源装置(分时光发生装置、顺序彩色(sequential color)发生装置)1、光源侧光学系统2、显示元件3及投影光学系统4等。
[0019]光源装置I将射出光作为多色光而分时射出。具体地，光源装置I依次反复射出红色光、绿色光及蓝色光。
[0020]光源侧光学系统2将从光源装置I射出的红色光、绿色光及蓝色光向显示元件3投射。光源侧光学系统2具有导光装置2a、透镜2b、光轴变换镜2c、透镜群2d、照射镜2e及场镜(field lens)2f。其中，场镜2f兼用在光源侧光学系统2与投影光学系统4中。
[0021]导光装置2a是光通道(light tunnel)或光杆(light rod)。导光装置2a的入射面(共通投射面)50c是对红色光、绿色光及蓝色光共通的投射面，红色光、绿色光及蓝色光由光源装置I投射到入射面50c。导光装置2a通过使光源装置I射出的红色光、绿色光及蓝色光在侧面多次反射或全反射，使红色光、绿色光及蓝色光成为均匀强度分布的光束。透镜2b将由导光装置2a导光后的红色光、绿色光及蓝色光向光轴变换镜2c投射并聚光。光轴变换镜2c向透镜群2d反射由透镜2b投射的红色光、绿色光及蓝色光。透镜群2d将由光轴变换镜2c反射的红色光、绿色光及蓝色光向照射镜2e投射并聚光。照射镜2e向显示元件3反射由透镜群2d投射的光。场镜2f将由照射镜2e反射的光向显示元件3投射。
[0022]显示元件3是空间光调制器，通过按各像素调制由光源侧光学系统2照射的红色光、绿色光及蓝色光而形成图像。具体地，显示元件3是具有排列成二维阵列状的多个可动微镜等的数字微镜器件(DMD)。显示元件3由驱动器驱动。即，当红色光照射到显示元件3时，通过控制(例如PWM控制)显示元件3的各可动微镜，按每个可动微镜来控制向投影光学系统4反射红色光的时间比(占空比)。由此，由显示元件3形成红色图像。绿色光或蓝色光照射到显示元件3时也同样。[0023]另外，显示元件3也可以不是反射型的空间光调制器，而是透射型的空间光调制器(例如液晶快门阵列面板:所谓的液晶显示器)。在显示元件3是透射型空间光调制器的情况下，将光源侧光学系统2的光学设计变更即可。即，以使由光源侧光学系统2照射的红色光、绿色光及蓝色光的光轴与后述的投影光学系统4的光轴重合的方式，在投影光学系统4与光源侧光学系统2之间配置显示元件3。
[0024]投影光学系统4被设置得对置于显示元件3，投影光学系统4的光轴向前后延伸并与显示元件3交叉(具体而言是正交)。投影光学系统4通过将由显示元件3反射的光向前方投射，将由显示元件3形成的图像投影到屏幕上。该投影光学系统4具备可动透镜群4a及固定透镜群4b等。投影光学系统4能通过可动透镜群4a的移动来变更焦距并聚焦。
[0025]光源装置I具备激励光光源单元10、缩小光学系统20、扩散透射板33、激励光变换装置40、第一投射光学系统50、转移光学系统(transfer optical system)60、第二投射光学系统70、第二光源80及聚光光学系统90等。
[0026]第二光源80是半导体发光元件，具体地是发光二极管。第二光源80当由驱动电路驱动时，第二光源80闪烁或被调光。第二光源80的闪烁周期短，第二光源80的闪烁是高速的而无法用肉眼识别。
[0027]聚光光学系统90是由透镜91、92构成的透镜群。聚光光学系统90对置于第二光源80,聚光光学系统90的光轴与第二光源80的光轴一致。聚光光学系统90将由第二光源80发出的光聚光，使该光接近于平行光。
[0028]激励光光源单元10发出大致为平行光的激励光束。由激励光光源单元10发出的激励光束的光轴与由第二光源80发出的光的光轴正交。
[0029]由激励光光源单元10发出的激励光束与由第二光源80发出的光在颜色上不同。具体地，由激励光光源单元10发出的激励光束是波长短、高能量的可见光(特别是单色可见光)，优选的是光的三原色中的蓝色光束。另一方面，由第二光源80发出的光是波长长、低能量的可见光(特别是单色可见光)，优选的是光的三原色中的红色光。
[0030]由激励光光源单元10发出的激励光束是相互平行前进的多个激光激励光束。具体地，激励光光源单元10具有多个激励光光源11、多个准直透镜12及多个反射镜13。这些激励光光源11是半导体发光元件，更具体而言是蓝色激光二极管。这些激励光光源11与第二光源80以相同朝向设置，这些激励光光源11的光轴与第二光源80的光轴相互平行。这些激励光光源11沿与图1的纸面垂直的面排列成二维阵列状(格子状)。多个准直透镜12沿与图1的纸面垂直的面排列成二维阵列状(格子状)。准直透镜12分别对置于激励光光源11。反射镜13以相对于从激励光光源11发出的激光的光轴倾斜的方式与激励光光源11及准直透镜12相对，由准直透镜12准直(collimated)后的激光的光轴被反射镜13进行90°变换。这些反射镜13排列成阶梯状。由准直透镜12准直后的激光的光轴的间隔被这些反射镜13缩窄。作为被这些反射镜13反射后的激光束整体的光束直径比作为被反射镜13反射前的激光束整体的光束直径细。被这些反射镜13反射后的激光大致平行前进，这些激光光束是大致平行光，这些激光光束是由激励光光源单元10发出的激励光束(蓝色光束)。
[0031]当激励光光源11被驱动电路驱动时，激励光光源11闪烁或被调光。激励光光源11的闪烁周期短，激励光光源11的闪烁是高速的而无法用肉眼识别。当激励光光源11点亮时，第二光源80熄灭，当第二光源80点亮时，激励光光源11熄灭。
[0032]缩小光学系统20是由透镜21、22构成的透镜群。缩小光学系统20配置在反射镜13反射激光的一侧。另外，缩小光学系统20配置成使缩小光学系统20的光轴与由反射镜13反射后的激光束的光轴一致。缩小光学系统20的光轴与第二光源80的光轴及聚光光学系统90的光轴正交。缩小光学系统20将由激励光光源单元10发出的激光束的缩径。SP，缩小光学系统20使由多个反射镜13反射后的激光束聚光，缩窄这些激光的间隔。
[0033]第一投射光学系统50由透镜群(第一透镜群)51、第一二向色镜52、透镜(第一透镜)53、第二二向色镜54及透镜55构成。
[0034]第一二向色镜52配置在缩小光学系统20的光轴与聚光光学系统90的光轴的交叉部。第一二向色镜52相对于缩小光学系统20的光轴以45°斜交，并且相对于聚光光学系统90的光轴以45°斜交。第一二向色镜52使规定波段的光(绿色光)反射，使该规定波段以外的光(红色光、蓝色光)透射。具体而言，第一二向色镜52使通过了缩小光学系统20的激励光束(蓝色光束)透射，使通过了聚光光学系统90的红色光透射，使由后述激励光变换装置40从激励光束变换后的荧光(绿色光)反射。
[0035]透镜群51由透镜51a、51b构成。透镜群51与缩小光学系统20夹着第一二向色镜52而相对置，透镜群51的光轴与缩小光学系统20的光轴一致。
[0036]透镜群51使由缩小光学系统20缩小直径后的激励光束会聚，形成激励光(蓝色光)的光斑(spot)( 会聚点)50a。将在该光斑50a处与透镜群51的光轴正交的面50b称为会聚面50b，透镜群51与该会聚面50b对置。会聚面50b与后述的透光部41c及荧光体层41d共面。
[0037]缩小光学系统20、透镜群51、第一二向色镜52的组合是使从激励光光源单元10发出的激励光束会聚的会聚光学系统59。会聚光学系统59与第一投射光学系统50共有缩小光学系统20、透镜群51及第一二向色镜52,缩小光学系统20、透镜群51及第一二向色镜52兼用于会聚光学系统59及第一投射光学系统50。
[0038]透镜53与聚光光学系统90夹着第一二向色镜52而相对置。透镜53的光轴与聚光光学系统90的光轴一致。透镜55配置在缩小光学系统20的侧方，透镜55的光轴与缩小光学系统20的光轴相互平行。透镜55以光轴在透镜53的与聚光光学系统90相反的一侧相对于透镜53及聚光光学系统90的光轴正交的方式配置。
[0039]第二二向色镜54配置在透镜53的光轴与透镜55的光轴的交叉部。第二二向色镜54相对于透镜53的光轴以45°斜交，并且相对于透镜55的光轴以45°斜交。另外，第二二向色镜54与第一二向色镜52相互平行。第二二向色镜54使规定波段的光(绿色光、红色光)反射，使该规定波段以外的光(蓝色光)透射。具体而言，第二二向色镜54使通过了透镜53的绿色光(荧光)及红色光反射，使由后述激励光变换装置40从激励光束变换后的透射光(蓝色光)反射。
[0040]由第二光源80发出且由聚光光学系统90聚光后的光朝向透镜53透射过第一二向色镜52，接着由透镜53聚光。之后，由第二二向色镜54朝向透镜55反射，由透镜55聚光。由此，由第二光源80发出的光的光斑(会聚点)形成于导光装置2a的入射面(各色光共通投射面)50c。该光斑比第二光源80大。即，聚光光学系统90、第一二向色镜52、透镜53、第二二向色镜54及透镜55构成的光学系统将第二光源80的像扩大投影(扩大成像)于导光装置2a的入射面50c。导光装置2a的入射面50c正对于透镜55,并且与透镜55的光轴正交。另外，在本实施方式中，作为从后述激励光变换装置40照射的各色光被共通投射的共通投射面，使用导光装置2a的入射面50c进行说明，但只要该共通投射面在由激励光变换装置40照射的各色光共通通过的光路中，则可设定在任何位置。
[0041]激励光变换装置40将由透镜群51会聚后的激励光束交替变换为荧光(绿色光)与扩散透射光(蓝色光)。
[0042]激励光变换装置40具有光学板41及主轴电机(spindle motor)(旋转驱动器)42。光学板41设置成圆板状，主轴电机42在光学板41的中心连结于光学板41。光学板41在激励光的光斑50a处与透镜群51的光轴正交，该光学板41沿会聚面50b延伸。
[0043]图2是光学板41的平面图。另外，看图2的方向与看图1的方向垂直。
[0044]光学板41具有轮板(wheel plate) 41a、突光体层41d及扩散透射板41e等。轮板41a的结构形状大致为圆板，在轮板41a的中心形成装配孔41b，主轴电机42的输出轴被嵌入规定在装配孔41b中。主轴电机42的输出轴平行于透镜群51及缩小光学系统20的光轴，轮板41a正交于透镜群51及缩小光学系统20的光轴。轮板41a的外侧的面朝向透镜群51侧，轮板41a的里侧的面朝向相反侧。
[0045]轮板41a的周缘形成透光部41c，该透光部41c沿周向延伸。另外，所谓周向是指以主轴电机42的输出轴为中心的圆周方向，所谓轴向是指主轴电机42的输出轴延伸的方向。
[0046]荧光体层41d形成在轮板41a的表侧的面。荧光体层41d与轮板41a的接合界面被镜面加工，从荧光体层41d发出的荧光的利用效率提高。
[0047]沿轴向看，荧光体层41d沿周向延伸地形成为圆弧帯状。荧光体层41d与透光部41c沿周向排列设置，荧光体层41d与透光部41c处于同一面上。即，沿轴向看，荧光体层41d与透光部41c配置在以主轴电机42的输出轴为中心的同一圆周上。另外，也可以不将荧光体层41d形成为圆弧帯状，而将荧光体层41d形成于轮板41a的表侧的整个面，也可以将荧光体层41d形成为以主轴电机42的输出轴为中心的扇形。
[0048]圆板状的扩散透射板41e设置于轮板41a的透光部41c。
[0049]与光学板41的透光部41c及荧光体层41d共面的光学板面与会聚面50b—致。当轮板41a利用主轴电机42旋转时，荧光体层41d与透光部41c (扩散透射板41e)交替地通过透镜群51的光轴。荧光体层41d通过透镜群51的光轴时，激励光束被变换为荧光。SP，由于激励光作为光斑50a照射于荧光体层41d，所以该照射部位被激励光激励，从该照射部位发出荧光。如果从荧光体层41d发出的荧光的颜色与激励光的颜色不同，则不特别限定该荧光的波段，但优选的是单色的可见光。例如，从荧光体层41d发出的荧光是绿色光。由于从激励光向荧光体层41d的照射部位(光斑50a)发出荧光，所以该照射部位(光斑50a)视为突光的光源像。即，激励光的光斑50a被突光体层41d变换为突光的光源像,该突光的光源像形成于突光体层41d(会聚面50b)。
[0050]另一方面，当透光部41c (扩散透射板41e)通过透镜群51的光轴时，激励光束被变换为扩散透射光。即，当激励光作为光斑50a照射于扩散透射板41e时，激励光的指向性因扩散透射板41e的扩散作用而下降，该激励光通过扩散透射板41e。通过扩散透射板41e的透射光的波段与激励光的波段相等，该透射光与激励光同色。由于从激励光对扩散透射板41e的照射部位(光斑50a)发出透射光，所以该照射部位(光斑50a)视为透射光的光源像。即，激励光的光斑50a被扩散透射板41e变换为透射光的光源像，该透射光的光源像形成于扩散透射板41e (会聚面50b)。
[0051]激励光的照射部位因扩散透射板41e的旋转而不是固定部位，所以能够降低在扩散透射板41e中透射的光发生噪声(斑点噪声((speckle noise)))。
[0052]由于激励光光源11闪烁，所以在透光部41c(扩散透射板41e)通过透镜群51的光轴的整个期间中，激励光光源11不会持续熄灭。进而，在荧光体层41d通过透镜群51的光轴的整个期间中，激励光光源11不会持续熄灭。例如，当荧光体层41d的沿周向的一部分范围(例如一半)A通过透镜群51的光轴时，激励光光源11熄灭。另外，当荧光体层41d的剩余范围或透光部41c通过透镜群51的光轴时，激励光点亮。
[0053]如图1所不，由突光体层41d发出的突光被透镜群51聚光,接着被第一二向色镜52向透镜53反射，接着被透镜53聚光，接着被第二二向色镜54向透镜55反射，接着被透镜55聚光。由此，由突光体层41d发出的突光的光斑(会聚点)形成于导光装置2a的入射面50c。该光斑比突光的光源像及光斑50a大。即，第一投射光学系统50将突光的光源像扩大投影(扩大成像)于导光装置2a的入射面50c。
[0054]转移光学系统60将形成于会聚面50b (特别是透光部41c)的透射光的光源像(光斑50a)转移到转移面60d。即，将投影在会聚面50b上的光源像投影到转移面60d。优选的是，转移光学系统60将在会聚面50b上形成的透射光的光源像(光斑50a)等倍地投影到转移面60d。这里，转移面60d是与会聚面50b交叉的面，具体而言，转移面60d与会聚面50b正交。该转移面60d 配置在透镜55的光轴与透镜群51的光轴之间。该转移面60d平行于透镜55的光轴及透镜群51的光轴。
[0055]转移光学系统60是椭圆面型的凹面镜60c，由凹面镜60c来设定第一焦点(第一会聚点)60a及第二焦点(第二会聚点)60b。第一焦点60a设定在激励光光源单兀10、缩小光学系统20及透镜群51的光轴上,并且设定在会聚面50b上。即，第一焦点60a重合于激励光光源单元10、缩小光学系统20及透镜群51的光轴与会聚面50b的交点。从而，透射光的光源像(光斑50a)形成于第一焦点60a。
[0056]第二焦点60b设定在第二投射光学系统70的透镜群71的光轴上，并且设定在转移面60d上。即，第二焦点60b重合于透镜群71的光轴与转移面60d的交点。并且，第二焦点60b与第一焦点60a相对于通过第二二向色镜54且沿着第二二向色镜54的平面面对称。
[0057]凹面镜60c是通过使具有第一焦点60a与第二焦点60b的椭圆曲线绕连结第一焦点60a与第二焦点60b的轴旋转而得到的旋转椭圆面镜。连结第一焦点60a与第二焦点60b的旋转对称轴正交于通过第二二向色镜54且沿着第二二向色镜54的平面。凹面镜60c相对于会聚面50b而言配置在透镜群51的相反侧，并且，相对于转移面60d而言配置在透镜群71的相反侧。
[0058]通过了扩散透射板41e的透射光被凹面镜60c向第二焦点60b反射，该反射光在第二焦点60b会聚。即，通过了扩散透射板41e的透射光的光斑由于凹面镜60c而形成于第二焦点60b,在第一焦点60a处形成的透射光的光源像由于凹面镜60c而转移到第二焦点60b。另外，优选的是，在会聚面50b上形成的透射光的光斑(光源像)的直径等于在转移面60d上形成的透射光的光斑(光源像)的直径。
[0059]在转移面60d配置有扩散透射板33。扩散透射板33沿着转移面60d，第二焦点60b被设定于扩散透射板33。扩散透射板33既可固定，也可设置得沿转移面60d可移动(例如可旋转、可摇动、可振动)。在扩散透射板33可移动地设置的情况下，由主轴电机42或其他驱动源驱动扩散透射板33。
[0060]第二投射光学系统70由透镜群(第二透镜群)71、平面镜72、透镜(第二透镜)73、第二二向色镜54及透镜(第三透镜)55构成。第二投射光学系统70与第一投射光学系统50共有第二二向色镜54及透镜55，第二二向色镜54及透镜55兼用于第二投射光学系统70与第一投射光学系统50。
[0061]透镜群71由透镜71a、71b构成。透镜群71相对于扩散透射板33及转移面60d而言配置在凹面镜60c的相反侧，并且配置在透镜群51的光轴与透镜55的光轴之间。透镜群71对置于扩散透射板33及转移面60d，透镜群71的光轴与扩散透射板33及转移面60d正交。透镜群71的光轴与透镜群51的光轴正交，并且与透镜55的光轴正交。平面镜72配置在透镜群71的光轴与透镜55的光轴的交叉部。平面镜72相对于透镜群71的光轴以45°斜交，并且相对于透镜55的光轴以45°斜交。另外，平面镜72、第二二向色镜54、第一二向色镜52相互平行。平面镜72对置于第一二向色镜52。从通过第二二向色镜54且沿着第二二向色镜54的平面到平面镜72的距离、与从通过第二二向色镜54且沿着第二二向色镜54的平面到第一二向色镜52的距离相等。透镜73配置在平面镜72与第二二向色镜54之间。透镜73对置于透镜55，透镜73的光轴与透镜55的光轴一致。
[0062]透镜群71与透镜群51相对于通过第二二向色镜54并沿着第二二向色镜54的平面面对称。透镜73与透镜53相对于通过第二二向色镜54并沿着第二二向色镜54的平面面对称。
[0063]被凹面镜60c会聚于第二焦点60b的光(激励光)被透镜群71聚光，被平面镜72向透镜73反射，被透镜73聚光，朝向透镜55透射过第二二向色镜54，并被透镜55聚光。由此，通过了转移面60d的光的光斑(会聚点)形成于导光装置2a的入射面50c，该光斑比转移面60d上的光斑大。即，第二投射光学系统70将被转移到转移面60d的透射光的光源像扩大投影(扩大成像)于导光装置2a的入射面50c。
[0064]透镜群71与透镜群51相同，透镜73与透镜53相同。根据上述，从转移面60d经由透镜群71、平面镜72、透镜73、第二二向色镜54及透镜55至导光装置2a的入射面50c的光路长(所谓光路长是指沿光轴的距离。)等于从会聚面50b经由透镜群51、第一二向色镜52、透镜53、第二二向色镜54及透镜55至导光装置2a的入射面50c的光路长。另外，能够使第一投射光学系统50的光学特性与第二投射光学系统70的光学特性相同，例如第一投射光学系统50的折射能力(refractive power)与第二投射光学系统70的折射能力彼此相等。
[0065]因此，导光装置2a的入射面50c上的荧光(绿色光)的配光(发光强度分布)与导光装置2a的入射面50c上的激励光(蓝色光)的配光相同。另外，能防止向导光装置2a的入射面50c入射的荧光的区域与激励光的区域错位。因此，假设荧光(绿色光)与激励光(蓝色光)同时照射到导光装置2a的入射面50c，则其合成光中也基本上不会发生颜色不均。另外，透镜群71与透镜群51、透镜73与透镜53能实现部件的共通化，能削减生产成本。
[0066]由于会聚面50b上形成的透射光(激励光)的光源像被转移光学系统60转移到转移面60d，所以即便透射光(激励光)从光学板41前进的方向与荧光从光学板41前进的方向相反，也能使从转移面60d到导光装置2a的入射面50c的透射光光路长与从会聚面50b到导光装置2a的入射面50c的荧光光路长相等。并且，能使向会聚面50b投射的激励光的光轴与向导光装置2a的入射面50c投射的光的光轴平行，能使沿图1左右方向(与透镜53的光轴平行的方向)的装置的大小变紧凑。
[0067]由于具有2个焦点60a、60b的凹面镜60c被用于转移光学系统60，所以能使转移光学系统60为必要的最小限度的构成。并且，由于该凹面镜60c是旋转椭圆面镜，所以能在减小凹面镜60c的设置空间的同时使焦点60a、60b接近。进而，能在相对于通过第二二向色镜54并沿着第二二向色镜54的平面面对称的位置配置焦点60a、60b。因此，能够使从转移面60d到第二二向色镜54的激励光路径与从会聚面50b到第二二向色镜54的荧光路径相对于沿着第二二向色镜54的平面面对称。即，透镜群71、平面镜72及透镜73的设置空间不比透镜群51、第一二向色镜52及透镜53的设置空间大，能将透镜群71、平面镜72及透镜73的设置空间抑制到必要的最小限度。
[0068]并且，凹面镜60c设置在被会聚面50b与转移面60d夹持的区域。另外，凹面镜60c设置在主轴电机42与透镜群71之间的区域。因此，能有效利用该区域来设置凹面镜60c。
[0069]由此，能将透镜群51、透镜53、二向色镜52、54、凹面镜60c、透镜群71、平面镜72及透镜73配置在狭空间内，能实现装置整体的紧凑化。
[0070]〔第2实施方式〕
[0071]图3是投影装置100A的平面图。在第2实施方式的投影装置100A与第I实施方式的投影装置100之间对相互对应的部分附加相同符号。
[0072]投影装置100A与投影装置100之间的不同之处在于扩散透射板33、转移光学系统60及第二投射光学系统70。下面，主要说明投影装置100A与投影装置100的不同之处。除非下面说明，投影装置100A与投影装置100的相互对应的部分为相同设置。
[0073]第二投射光学系统70具有透镜群71、透镜73及透镜55，但不具有平面镜72 (参照图1)。透镜群71的光轴与透镜73及透镜55的光轴一致，并且与透镜群51的光轴平行。扩散透射板33对置于透镜群71，透镜群71、透镜73及透镜55的光轴与扩散透射板33正交。另外，与第I实施方式的情况一样，透镜群71与透镜群51相同,透镜73与透镜53相同。另外，从转移面60d经由透镜群71、透镜73、第二二向色镜54及透镜55到导光装置2a的入射面50c的光路长等于从会聚面50b经由透镜群51、第一二向色镜52、透镜53、第二二向色镜54及透镜55到导光装置2a的入射面50c的光路长。
[0074]转移光学系统60是将会聚面50b上形成的透射光的光源像(光斑50a)等倍地成像于转移面60d的成像光学系统60e。会聚面50b相当于成像光学系统60e中的物面(object plane),转移面60d相当于成像光学系统60e的成像面。转移面60d与会聚面50b平行，该转移面60d与透镜群71、透镜73及透镜55的光轴正交。扩散透射板33沿转移面60d设置。
[0075] 成像光学系统60e具有透镜60f、60g、60h、平面镜601、透镜60 j及平面镜60k，由这些透镜6(^、6(^、6011、平面镜601、透镜60]_及平面镜60k来设定第一会聚点60m及第二会聚点60η。第一会聚点60m重合于激励光光源单元10、缩小光学系统20及透镜群51的光轴与会聚面50b的交点，也重合于透射光的光源像(光斑50a)。第二会聚点60η重合于透镜群71的光轴与转移面60d的交点。
[0076]透镜60f、60g、60h在与透镜群51之间设置光学板41并对置于透镜群71，透镜60f、60g、60h的光轴与透镜群51的光轴一致。透镜60j配置在透镜群71的光轴与透镜群51的光轴之间，透镜60j的光轴正交于透镜群71的光轴及透镜群51的光轴。平面镜60i配置在透镜60f、60g、60h的光轴与透镜60j的光轴的交叉部。平面镜60i相对于透镜60f、60g、60h的光轴以45°斜交，并且相对于透镜60j的光轴以45°斜交。另外，平面镜60i与二向色镜52、54垂直。平面镜60k配置在透镜60j的光轴与透镜群71的光轴的交叉部。平面镜60k相对于透镜60j的光轴以45°斜交，并且，相对于透镜群71的光轴以45°斜交。另外，平面镜60k与二向色镜52、54平行。
[0077]作为这些透镜60f、60g、60h、60j整体的光轴由于平面镜60k、60i而弯曲，从而转移
面60d平行于导光装置2a的入射面50c及会聚面50b并且对置于导光装置2a的入射面50c。
[0078]通过了光学板41的扩散透射板41e的透射光(通过了光斑50a的激励光)被透镜60f、60g、60h聚光，接着被平面镜60i向透镜60 j及平面镜60k反射，接着被透镜60 j聚光，接着被平面镜60k向扩散透射板33反射。由此，光学板41的扩散透射板41e的透射光会聚于第二会聚点60η，该光的光斑(会聚点)形成于扩散透射板33及转移面60d。由于成像光学系统60e是等倍投影光学系统，所以在转移面60d及扩散透射板33上形成的光斑的直径与在会聚面50b上形成的光斑50a的直径相等。
[0079]在扩散透射板33及转移面60d上形成的光斑(透射光的光源像)与第I实施方式的情况一样，由第二 投射光学系统70扩大投影到导光装置2a的入射面50c。
[0080]〔变形例〕
[0081]能适用本发明的实施方式不限于上述各实施方式，在不脱离本发明精神的范围内可适当变更。下面说明几个变形例。下面说明的变形例除了变更部位外与上述第I或第2实施方式一样。另外，也可尽可能地组合下面说明的各变形例。
[0082](I)转移光学系统60也可具有2个抛物面型(parabolic concave)凹面镜,并且根据需要而具有一个或多个平面镜。一个抛物面型凹面镜是使在上述第一焦点60a或第一会聚点60m的位置上具有焦点的抛物线旋转而得到的旋转抛物面镜。另一个抛物面型凹面镜是使在第二焦点60b或第二会聚点60η的位置上具有焦点的抛物线旋转而得到的旋转抛物面镜。并且，通过了扩散透射板41e的透射光被一个抛物面型凹面镜反射为大致平行光。该大致平行光根据需要被平面镜反射，并被另一个抛物面型凹面镜会聚在焦点(第二焦点60b或第二会聚点60η)的位置。
[0083](2)在上述第I及第2实施方式中，由激励光光源单元10发出的激励光的颜色为蓝色，由第二光源80发出的光的颜色为红色，由荧光体层41d发出的荧光的颜色为绿色。这些光的颜色也可以是其他颜色。此时，适当变更二向色镜52、54能反射的波段及能透射的波段。另外，优选的是，由激励光光源单元10发出的激励光的颜色、由第二光源80发出的光的颜色、由荧光体层41d发出的荧光的颜色是光的三原色，且互不相同。
[0084](3)在上述第I及第2实施方式中，激励光光源单元10具有指向性高的多个激励光光源11。相对于此，激励光光源单元10也可具有指向性低的单一激励光光源。此时，变更缩小光学系统20的折射能力、位置，从激励光光源单元10的单一激励光光源发出的激励光被缩小光学系统20及透镜群51会聚于会聚面50b，在第一焦点60a或第一会聚点60m的位置形成光斑。即，激励光光源的像被缩小光学系统20及透镜群51投影(成像)于第一焦点60a或第一会聚点60m的位置。
[0085](4)在上述第I及第2实施方式中，形成荧光体层41d的周向范围是形成透光部41c的周向范围以外的范围整体。相对于此，如图4所示，形成荧光体层41d的周向范围也可以是形成透光部41c的周向范围以外的范围的一部分(例如一半)。优选的是，在形成透光部41c的周向范围以外的范围中，在未形成荧光体层41d的范围中形成防反射层41f。优选的是，当未形成荧光体层41d的范围(防反射层41f)通过透镜群51的光轴时，激励光光源11熄灭。
[0086](5)如图5所不,突光体层41d在周向上分为两个,分为两个的突光层41dl、41d2中，第一荧光体层41dl的荧光色与第二荧光体层41d2的荧光色可以不同。沿轴向看，第一荧光体层41dl与第二荧光体层41d2配置在同一圆周上，并且相互在周向上错开配置。如果从荧光体层41dl、41d2发出的荧光的颜色与激励光的颜色不同，则这些荧光的波段不特别限定，但优选的是单色的可见光。具体地，激励光的颜色、从第一荧光体层41dl发出的荧光的颜色、从第二荧光体层41d2发出的荧光的颜色是光的三原色，且互不相同。例如，激励光是蓝色波段的光，从第一突光体层41dl发出的突光是绿色波段的光,从第二突光体层41d2发出的荧光是红色波段的光。该情况下，激励光光源11始终点亮，省略第二光源80及聚光光学系统90。另外，第一二向色镜52使从第一荧光体层41dl发出的荧光向透镜53反射，并且使从第二荧光体层41d2发出的荧光向透镜53反射。
[0087](6)也可省略扩散透射板41e。该情况下，优选的是，沿转移面60d驱动扩散透射板33，使激励光不会聚在扩散透射板33上的I部位。例如，使扩散透射板33以与透镜群71的光轴平行的旋转轴(但该旋转轴偏离第二焦点20b)为中心进行旋转运动。结果，入射到扩散透射板33的激励光的光斑(光源像)在扩散透射板33上描绘圆形轨迹，所以激励光不会聚在扩散透射板33上的特定点上。
[0088](7)也可省略扩散透射板33。
[0089]这样，根据本实施方式，在由共通投射面发生不同的光那样的构成、例如从将荧光体层与扩散透射板配置在同一平面上的轮板照射激励光与荧光这2种光的构成中，使这2个光的光路长相同，能抑制共通投射面中的荧光的照射区域与激励光的照射区域的错位(misalignment),并且能使共通投射面中的突光的配光与激励光的配光相同。
[0090]另外，在本实施方式中，转移面60d形成于扩散透射板33，但不限于此，当然也可不设置于扩散透射板33，而将转移面60d设置于由玻璃等构成的透射板。
[0091]虽然说明了本发明的实施方式，但本发明的范围不限于上述实施方式，包含权利要求记载的发明范围与其均等的范围。
[0092]另外，本发明不限于上述实施方式，在实施阶段，在不脱离其精神的范围内可进行各种变形。另外，上述实施方式中执行的功能也可适当组合后实施。上述实施方式中包含各种阶段，能通过基于公开的多个构成要件的适当组合来提取各种发明。例如，即便从实施方式所示的全部构成要件中删除几个构成要件，只要得到效果，则也能提取删除了该构成要件的构成来作为发明。
【权利要求】
1.一种光源装置，其特征在于，具备:旋转驱动器；光学板，利用所述旋转驱动器进行旋转，具有透光部及荧光体层；激励光光源单兀，发出激励光；会聚光学系统，将从所述激励光光源单元发出的激励光会聚到所述透光部及所述荧光体层；转移光学系统，将被所述会聚光学系统会聚到所述透光部的激励光的光斑向与所述光学板的光学板面不同的转移面转移；第一投射光学系统，将利用所述会聚光学系统使激励光会聚到所述荧光体层从而形成于所述荧光体层的荧光的光源像投影到与所述光学板面及所述转移面不同的共通投射面；以及第二投射光学系统，将利用所述转移光学系统转移到所述转移面的激励光的光斑投影到所述共通投射面；所述第一投射光学系统的从所述光学板面到所述共通投射面的光路长与所述第二投射光学系统的从所述转移面到所述共通投射面的光路长彼此相等。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一投射光学系统的折射能力与所述第二投射光学系统的折射能力彼此相等。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述转移光学系统是椭圆面型凹面镜，所述椭圆面型凹面镜的第一焦点设定在被所述会聚光学系统会聚到所述光学板面的激励光的光斑位置，所述椭圆面型凹面镜的第二焦点设定在所述转移面上。
4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述转移面垂直于所述光学板面及所述共通投射面；所述第一投射光学系统，具有:第一透镜群，对置于所述光学板面，具有在所述第一焦点与所述光学板面正交的光轴；第一透镜，具有与所述第一透镜群正交的光轴；以及第一二向色镜，配置在所述第一透镜群的光轴与所述第一透镜的光轴之间的交叉部，使由所述激励光光源单元发出的激励光朝向所述第一透镜群透射，使从所述荧光体层发出并通过了所述第一透镜群的荧光朝向所述第一透镜反射；所述第二投射光学系统，具有:第二透镜群，对置于所述转移面，具有在所述第二焦点与所述转移面正交的光轴；第二透镜，具有与所述第二透镜群正交的光轴；以及镜，配置在所述第二透镜群的光轴与所述第二透镜的光轴之间的交叉部，使通过了所述第二焦点及所述第二透镜群的激励光朝向所述第二透镜反射；所述第一投射光学系统及所述第二投射光学系统，具有: 第三透镜，配置在所述第二透镜与所述共通投射面之间，对置于所述第二透镜及所述共通投射面，具有与所述第二透镜的光轴一致的光轴；以及第二二向色镜，在所述第二透镜与所述第三透镜之间配置在所述第一透镜的光轴与所述第二透镜的光轴之间的交叉部，使通过了所述第二透镜的激励光朝向所述第三透镜透射，使通过了所述第一透镜的荧光朝向所述第三透镜反射。
5.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述第一透镜群与所述第二透镜群的折射能力相同，所述第一透镜与所述第二透镜的折射能力相同。
6.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，从所述光学板面经由所述第一透镜群、所述第一二向色镜、所述第一透镜、所述第二二向色镜及所述第三透镜而到所述共通投射面的光路长等于从所述转移面经由所述第二透镜群、所述镜、所述第二透镜、所述第二二向色镜及所述第三透镜而到所述共通投射面的光路长。
7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述转移光学系统是将被所述会聚光学系统会聚于所述透光部的激励光的光斑成像于所述转移面的成像光学系统。
8.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，所述成像光学系统将被所述会聚光学系统会聚于所述透光部的激励光的光斑等倍地成像于所述转移面。
9.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，所述成像光学系统具有多个透镜及两个镜，所述两个镜使所述多个透镜的光轴弯曲，从而所述转移面平行于所述共通投射面及所述光学板面，并且对置于所述共通投射面。
10.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于，所述第一投射光学系统，具有:第一透镜群，对置于所述光学板面，具有在被所述会聚光学系统会聚到所述光学板面的激励光的会聚点处与所述光学板面正交的光轴；第一透镜，具有与所述第一透镜群正交的光轴；以及第一二向色镜，配置在所述第一透镜群的光轴与所述第一透镜的光轴之间的交叉部，使由所述激励光光源单元发出的激励光朝向所述第一透镜群透射，使从所述荧光体层发出并通过了所述第一透镜群的荧光朝向所述第一透镜反射；所述第二投射光学系统，具有:第二透镜群，对置于所述转移面，具有在被所述成像光学系统会聚到所述转移面的激励光的会聚点处与所述转移面正交的光轴；以及第二透镜，具有与所述第二透镜群一致的光轴；所述第一投射光学系统及所述第二投射光学系统，具有:第三透镜，配置在所述第二透镜与所述共通投射面之间，对置于所述第二透镜及所述共通投射面，具有与所述第二透镜的光轴一致的光轴；以及第二二向色镜，在所述第二透镜与所述第三透镜之间配置在所述第一透镜的光轴与所述第二透镜的光轴之间的交叉部，使通过了所述第二透镜的激励光朝向所述第三透镜透射，使通过了所述第一透镜的荧光朝向所述第三透镜反射。
11.根据权利要求10所述的光源装置，其特征在于，所述第一透镜群与所述第二透镜群的折射能力相同，所述第一透镜与所述第二透镜的折射能力相同。
12.根据权利要求10所述的光源装置，其特征在于，从所述光学板面经由所述第一透镜群、所述第一二向色镜、所述第一透镜、所述第二二向色镜及所述第三透镜而到所述共通投射面的光路长等于从所述转移面经由所述第二透镜群、所述第二透镜、所述第二二向色镜及所述第三透镜而到所述共通投射面的光路长。
13.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该光源装置还具备沿所述转移面设置的扩散透射板。
14.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，在所述透光部设有使光扩散透射的扩散透射部。
15.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述激励光光源单元发出彼此平行地行进的多个激光激励光束，作为激励光束，所述会聚光学系统 具有缩小光学系统，该缩小光学系统对置于所述第一透镜群且在该缩小光学系统与所述第一透镜群之间设置所述第一二向色镜，该缩小光学系统配置在所述第一二向色镜与所述激励光光源单元之间，具有与所述第一透镜群的光轴一致的光轴，将从所述激励光光源单元发出的激励光束的缩径，所述第一透镜群将被所述缩小光学系统将缩径后的激励光束会聚到所述透光部及所述荧光体层的光学板面。
16.一种投影装置，其特征在于，具备:权利要求1~15中的任一项所述的光源装置；光源侧光学系统，投射由所述光源装置投射到所述共通投射面的激励光及荧光；显示元件，按每个像素调制由所述光源侧光学系统投射的光，从而形成图像；以及投影光学系统，投影由所述显示元件形成的图像。
【文档编号】F21V13/00GK104020635SQ201410072443
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2013年3月1日
【发明者】荻野浩, 小川昌宏 申请人:卡西欧计算机株式会社