光源装置和投射式显示装置
技术领域
光源装置投射本实用新型涉及光源装置和投射式显示装置。
背景技术
近年来，出于可靠性、稳定性等原因，诸如激光二极管(LD)或发光二极管(LED)这样的固体光源、使用荧光物质的光源等已被用作投射式显示装置的光源。在设置有这些光源的投射式显示装置中，实现了高亮度。
专利文献1描述了一种其中使用固体光源的投射式显示装置。该投射式显示装置包括第一和第二光源部、棒状积分器、显示元件、以及投射透镜。
显示元件是数字微镜装置(DMD)，并且具有包括多个二维布置的微镜的成像面。
棒状积分器设置有四角棱柱状导光部(实心)。导光部的两个端面中的一个面是入射面，并且另一个面是出射面。进入入射面的光在重复反射的同时传播通过导光部以从出射面射出。导光部的出射面的形状类似于显示元件的成像面的形状。
第一和第二光源部均包括固体光源，并发射出相同颜色的光。第一光源部的输出光经由第一光学系统进入棒状积分器的入射面的第一区域。第二光源部的输出光经由第二光学系统进入棒状积分器的入射面的与第一区域不同的第二区域。在第一区域中形成了第一光源部的光源像，并且在第二区域中形成了第二光源部的光源像。
从棒状积分器的出射面出射的光束进入显示元件。在显示元件中，基于输入视频信号来利用每个微镜对入射光束进行调制以形成图像。投射透镜将形成于显示元件上的每个颜色的图像投射在屏幕上。
在上述投射式显示装置中，在棒状积分器中对来自两个光源部的光束进行合成，从而实现高亮度。
另外，在投射式显示装置中，存在被称为光学扩展量(etendue)的限制，所述光学扩展量是通过光束的截面积与发散角(由光所确定的立体角)的乘积来定义。为了有效率地利用来自光源的光以作为投射光，需要将照射侧上的光学扩展量设置为小于或等于接收侧上的光学扩展量。在这里，照射侧的光学扩展量是由光源的面积与从光源射出的光的发散角的乘积给定的，并且接收侧上的光学扩展量是由显示元件的面积与由投射透镜的F数所确定的接收角(立体角)的乘积给定的。
在专利文献1中所描述的投射式显示装置中，照射侧上的光学扩展量是由形成于棒状积分器的出射面上的面光源的面积与从出射面所射出的光束的发散角的乘积给定的。接收侧上的光学扩展量是由显示元件的成像面的面积与由投射透镜的F数所确定的接收角(立体角) 的乘积给定的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP2011-221504A
实用新型内容
实用新型解决的技术问题
然而，在专利文献1中所描述的投射式显示装置中，存在如下问题：
在棒状积分器的入射面的第一和第二区域中分别形成了第一和第二光源部的光源像。然而，这些光源像具有不同大小，并且另外，进入到每个区域的每个光源部的输出光的接收角(立体角)也不同。因此，在从棒状积分器所射出的光束中发生亮度不均匀。
应当注意的是在专利文献1中所描述的投射式显示装置中，没有考虑形成于棒状积分器的入射面之上的每个光源部的光源像的大小或间隔与光学扩展量之间的关系。因此，即使相应光源部的光源像具有相同大小，在棒状积分器的后级的光学系统中的光利用效率也可能降低。
本实用新型的目的是提供光源装置和投射式显示装置，其中解决了上述问题并可提高光利用效率。
技术问题的解决方案
为达到上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种光源装置，其包括：
第一面光源和第二面光源；
第一光学系统，所述第一光学系统在相同成像面上的不同区域中形成所述第一面光源和所述第二面光源的光源像；
光学元件，所述光学元件具有柱状导光部，并且其中所述导光部的两个端面中的一个面作入射面，并且另一个面作出射面；以及
第二光学系统，所述第二光学系统在所述导光部的所述入射面上形成合成面光源的像，所述合成面光源的像包括形成于所述成像面之上的所述第一面光源和所述第二面光源的光源像，
其中，所述第一光学系统包括具有第一反射面和第二反射面的反射元件，所述第一反射面将来自所述第一面光源的第一光束朝向所述成像面反射，所述第二反射面将来自所述第二面光源的第二光束朝向所述成像面反射并且与所述第一反射面成直角。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种投射式显示装置包括：
上述光源装置；
显示元件，用于对从光源装置输出的光进行调制以形成图像；以及
投射透镜，用于投射由显示元件所形成的图像。
根据本实用新型，可提高光利用效率。
附图说明
[图1]图1是示出了根据本实用新型示例性实施例的光源装置的配置的示意图。
[图2]图2是示出了形成于图1所示的光源装置的第一成像面之上的面光源的光源像的示例的示意图。
[图3]图3是示出了作为图1所示的光源装置的反射元件的示例的 V形镜的示意图。
[图4]图4是示出了当图3所示的V形镜在与第一成像面相垂直的方向上移动时光源像的变化的示意图。
[图5]图5是示出了当将反射元件布置成使得发生渐晕时形成于第一成像面之上的合成面光源的示意图。
[图6]图6是示出了作为图1所示的光源装置的反射元件的另一示例的直角棱镜的示意图。
[图7]图7是示出了当图6所示的直角棱镜在与第一成像面相垂直的方向上移动时光源像的变化的示意图。
[图8A]图8A是对当在发生渐晕的状态下形成预定大小的合成面光源时直角棱镜与V形镜的顶角部分之间的位置关系进行说明的示意图。。
[图8B]图8B是示出了在图8A所示的状态下形成于第一成像面之上的光源像的示例的示意图。
[图9]图9是示出了使用固体光源的光源部分的示例的示意图。
[图10]图10是示出了具有荧光光源的光源部分的示例的示意图。
[图11]图11是示出了具有红色、蓝色、以及绿色颜色的相应颜色的光源的光源部分的示例的示意图。
[图12]图12是示出了作为本实用新型的另一示例性实施例的投射式显示装置的配置的示意图。
具体实施方式
接下来，将参考附图对本实用新型的示例性实施例进行描述。
图1是示出了根据本实用新型示例性实施例的光源装置的配置的示意图。
参考图1，光源装置是用于在投射式显示装置中使用的光源装置，并且包括第一面光源50a和第二面光源50b、第一光学系统51、第二光学系统56、以及光学元件57。第一面光源50a和第二面光源50b具有相同的结构，并且具有预定形状(在这里是正方形)的发光面。
光学元件57设置有棱镜导光部57a。导光部57a的两个端面中的一个是入射面57b，并且另一个端面是出射面57c。进入入射面57b的光在重复反射的同时传播通过导光部57a，并且从出射面57c射出。因而，光在导光部57a中多次反射，使得可在出射面57c之上形成均匀的面光源。可使用下述光隧道以作为导光部57a，所述光隧道包括中空内部以及由镜、由诸如玻璃这样的透明材料所形成的棱柱杆等等所构成的内面。
第一光学系统51在第一成像面55上的不同区域中形成第一面光源50a和第二面光源50b的光源像。第一光学系统51包括反射元件5 3、第一双远心光学系统52a、以及第二双远心光学系统52b。在这里，双远心光学系统是指光轴与主光线在物侧和像侧二者上都平行的远心光学系统。
反射元件53具有被设成彼此成直角的第一反射面53a和第二反射面53b。第一双远心光学系统52a设在第一面光源50a与第一反射面5 3a之间的光路上，并且通过第一反射面53a在第一成像面55上形成了第一面光源50a的光源像。第二双远心光学系统52b在第二面光源50 b与第二反射面53b之间的光路上，并且通过第二反射面53b在第一成像面55上形成了第二面光源50b的光源像。
第一双远心光学系统52a和第二双远心光学系统52b具有相同结构，并且被布置成使得出射面相隔反射元件53而彼此相面对。来自第一双远心光学系统52a的第一光束的主光线(光轴)与来自第二双远心光学系统52b的第二光束的主光线(光轴)匹配在同一轴上。
假想成像面54表示在未插入第一双远心光学系统52a和第二双远心光学系统52b的相应第一反射面53a和第二反射面53b的状态下的成像面。假想成像面54和第一成像面55彼此相垂直。
由第一反射面53a和假想成像面54所形成的角度是45°，并且由来自第一双远心光学系统52a的光束的主光线与第一反射面53a所形成的角度是45°。类似地，由第二反射面53b与假想成像面54所形成的角度是45°，并且由来自第二双远心光学系统52b的光束的主光线与第二反射面53b所形成的角度也是45°。第一反射面53a和第二反射面53b将来自第一双远心光学系统52a的第一光束和来自第二双远心光学系统52b的第二光束在同一方向上反射。
第一双远心光学系统52a、第二双远心光学系统52b、以及反射元件53布置成使得合成面光源具有预定形状(例如预定纵横比)。在这里，预定形状是考虑光学扩展量并且可提高在光学元件57的后级的光学系统中的光利用效率的形状。导光部57a的出射面57c的形状(纵横比)基本上与成像面的形状(纵横比)相匹配。
来自第一双远心光学系统52a的第一光束的主光线和来自第二双远心光学系统52b的第二光束的主光线位于同一轴上。当从与垂直于第一反射面53a和第二反射面53b的面相垂直的方向来看时，作为第一和第二反射面53a和53b的接合部的顶角部分可以被布置在第一光束和第二光束的最外周部的主光线侧上。在这种情况下，顶角部分中在第一光束和第二光束中引起渐晕，从而可以提高随后将描述的光利用效率。
第二光学系统56在导光部57a的入射面57b上形成合成面光源的图像，该图像包括形成于第一成像面55之上的第一面光源和第二面光源的光源像。第二光学系统56可以包括第三双远心光学系统。
图2示意性地示出了形成于第一成像面55上的第一面光源50a和第二面光源50b的光源像。在图2中，光源像58a是第一面光源50a 的光源像，并且光源像58b是第二面光源50b的光源像。光源像58a 和58b具有相互线性对称的形状。光源像58a和58b以间隔d形成。合成面光源58包括光源像58a和58b。合成面光源58在水平方向的大小H与在垂直方向的大小V的比率(H：V)是纵横比。第一双远心光学系统52a、第二双远心光学系统52b、以及反射元件53被布置成使得该纵横比变为预定纵横比，该预定纵横比可提高在光学元件57的后级的光学系统中的光利用效率。
根据本示例性实施例的光源装置，当将该装置应用于投射型显示装置时，产生提高了光利用效率这样的效果。
在下文中，将对本示例性实施例的光源装置的具体配置进行描述。
在本示例性实施例的光源装置中，反射元件53可是由V形镜或直角棱镜构成的。
图3示意性地示出了作为反射元件53的示例的V形镜。该V形镜包括两个反射部60a和60b，这两个反射部60a和60b被设为使得它们的反射面彼此成直角。在每个反射部60a和60b中，在与假想成像面54侧相对的面上形成反射面，并且该反射面与假想成像面54(或第一成像面55)所形成的角度是45。
图4示意性地示出了当V形镜在与第一成像面55相垂直的方向上移动时光源像58a和58b的变化。在图4中，实线箭头A1表示第一双远心光学系统52a的光轴(第一光束的主光线)，并且实线箭头A2表示第二双远心光学系统52b的光轴(第二光束的主光线)。附图标记Z1和Z2表示从反射部60a的反射面与光轴A1的交叉点到假想成像面5 4的距离，并且附图标记Z1'和Z2'表示从反射部60a的反射面的与光轴 A1的交叉点到第一成像面55的距离。
在图4的左侧，示出了当Z1＝Z1'时所形成的光源像58a和58b，并且在图4的右侧，示出了当Z2(>Z1)＝Z2'时所形成的光源像58a 和58b。在Z2(>Z1)＝Z2'的情况下，与Z1＝Z1'的情况相比，每个光源像58a和58b的面积(光斑大小)增加，并且光源像58a与58b之间的间隔变宽。
当反射元件53在与第一成像面55相垂直的方向上移动时，存在如下条件：
(1)入射到反射部60a和60b(或第一成像面55)的第一光束和第二光束的入射角不改变。
(2)第一面光源50a和第二面光源50b在第一成像面55上的成像性能不改变。
(3)当在顶角部分中发生渐晕时，光源像58a和58b的面积减小。
(4)合成面光源58在水平方向上的宽度H和光源像58a与58b 之间的间隔D与反射元件53在垂直方向上的移动量的两倍成比例。
考虑到上述条件，第一双远心光学系统52a、第二双远心光学系统 52b、以及反射元件53被布置成使得合成面光源58具有预定形状，该预定形状可提高在光学元件57的后级的光学系统中的光利用效率。具体地，反射元件53被布置成使得在反射部60a和60b的顶角处的第一光束和第二光束中发生渐晕。
图5示意性地示出了当反射元件53被布置成使得在第一光束和第二光束中发生渐晕时在第一成像面55上所形成的合成面光源58。因而，反射元件53被布置成使得在第一光束和第二光束中发生渐晕，使得光源像58a与58b之间的间隔D可尽可能地减小。因而，合成面光源58 形成为预定形状，并且光源像58a与58b之间的间隔D减小，使得可使由于光学扩展量的限制所引起的光利用效率的劣化最小化。其结果是，可实现高亮度。
在下文中，关于作为反射元件53的示例的DMD中的渐晕与光学扩展量之间的关系来进行具体描述。
当DMD的微镜的振摆角是θ时，投射透镜的F值(F数)由如下等式1给出：
Fno＝1/(2×sinθ)(等式1)
例如，当微镜以12°的振摆角进行操作时，Fno＝2.40486(约等于F/2.4)由上述等式1得出。当Fno变化时，亮度以该变化率的平方变化。在现有的1.38型大小DMD中，F/2.5(约等于11.5°或更小)。因此，在下文中，将在F/2.5的示例中进行描述。
光学扩展量由如下等式2给出：
E＝π×A×sin2θ＝π×A÷4Fno2(等式2)
其中A是DMD的面积(成像面的面积)，并且θ是微镜的振摆角。1.38型大小DMD在水平方向(H)的大小是30.96mm，并且在垂直方向上的大小(V)是16.33mm(A＝505.66mm2)。在上述等式2 中，当F/2.5时，E＝63.54。因此，形成于第一成像面55之上的面光源的面积与从该面光源发射出的光的发散角(立体角)的乘积接近63.54，使得可有效率地利用来自光源的光。
在本示例性实施例中，为了使光利用效率的劣化最小化，如图5 所示引起渐晕。因此，可将合成面光源58的H和V大小分别设置为1 4.0mm和7.6mm，并且可获得E＝67.5(假设为渐晕切割3％的光)。该光学扩展量值67.5接近上述光学扩展量值63.54。
应当注意的是当反射元件53被布置成使得不发生渐晕时，获得E ＝94.5，并且该值明显偏离上述光学扩展量值63.54。
当E＝67.5时DMD的成像面上的角度是11.9°。另一方面，当E ＝94.5时DMD的成像面上的角度是14.1°。当将这些角度转换成F数以获得亮度比时，在E＝67.5的情况下亮度增加多达约29％。
如上所述，反射元件53引起渐晕，使得可使由于光学扩展量的限制所引起的光利用效率的劣化最小化，并且可实现高亮度。
接下来，将对反射元件53的另一示例进行描述。
图6示意性地示出了作为反射元件53的另一示例的直角棱镜。直角棱镜61具有彼此形成直角的反射面61a和61b。反射面61a与假想成像面54(或第一成像面55)所形成的角度是45°。反射面61b与假想成像面54(或第一成像面55)所形成的角度也是45°。
图7示意性地示出了当直角棱镜61在与第一成像面55相垂直的方向上移动时光源像58a和58b的变化。在图7中，实线箭头A1表示第一双远心光学系统52a的光轴(第一光束的主光线)，并且实线箭头A2表示第二双远心光学系统52b的光轴(第二光束的主光线)。附图标记Z1和Z2表示从反射面61a上的与光轴A1的交叉点到假想成像面54的距离，并且附图标记Z1'和Z2'表示从反射面61a上的与光轴A 1的交叉点到第一成像面55的距离。
在图7的左侧，示出了当Z1＝Z1'时所形成的光源像58a和58b，并且在图7的右侧，示出了当Z2(>Z1)＝Z2'时所形成的光源像58a 和58b。与图4所示的V形镜相类似，在Z2(>Z1)＝Z2'的情况下，与 Z1＝Z1'的情况相比，每个光源像58a和58b的面积(光斑大小)增加，并且光源像58a与58b之间的间隔变宽。
第一双远心光学系统52a、第二双远心光学系统52b、以及直角棱镜61布置成使得合成面光源58具有预定形状，该预定形状可提高在光学元件57的光学系统以及在光学元件57之后的光学系统中的光利用效率。具体地，直角棱镜61被布置成使得在反射面61a和61b的顶角处的第一光束和第二光束中发生渐晕。
此外在使用上述直角棱镜61的情况下，按照与使用V形镜的情况相同的方式产生操作和效果。
此外，与使用V形镜的情况相比，在使用直角棱镜61的情况下产生如下效果。
图8A示意性地示出了当在渐晕发生的状态下以预定形状(大小) 形成合成面光源58时直角棱镜61与V形镜的顶角部分之间的位置关系。图8B示意性地示出了在图8A所示的状态下形成于第一成像面55 之上的光源像58a和58b。
直角棱镜61的顶角部分是直角面，而V形镜的顶角部分(反射部60a和60b的接合部分)不成为直角面。因此，如图8A所示，在与第一成像面55相垂直的方向上，直角棱镜61的顶角部分与V形镜的反射部60a和60b的接合部分的高度d1相比，更接近地定位于第一成像面55侧上。其结果是，如图8B所示，在使用直角棱镜61的情况下的光源像58a和58b(虚线)变得大于在使用V形镜的情况下的光源像5 8a和58b(实线)。在使用直角棱镜61的情况下和在使用V形镜的情况下，合成面光源58的大小不变，但是光源像58a和58b(实线)增大。因此，光可被更有效率地接收，并且可进一步提高光利用效率。
接下来，将具体描述第一面光源50a和第二面光源50b以及第一双远心光学系统52a和第二双远心光学系统52b的配置。
包括第一面光源50a和第一双远心光学系统52a的第一光源部分以及包括第二面光源50b和第二双远心光学系统52b的第二光源部分具有彼此相同的结构。作为第一和第二面光源50a和50b，可使用固体光源。
图9示出了使用固体光源的光源部分的示例。光源部分包括光源单元1a和1b、聚光透镜2a和2b，反射镜3a，3b，4a和4b、漫射板5、光管6、以及透镜7至9。应当注意的是为方便起见图9仅示出了一些光线的轨迹。
光源单元1a包括发射相同颜色光的固体光源11a和12a以及反射镜13a。固体光源11a和12a具有相同结构，并且具有例如多个激光二极管(LD)，这多个激光二极管输出具有预定颜色的波长区域中的中心波长的激光。在这里，使用在具有散热部的保持构件上形成了(n(行) ×(m(列))LD的固体光源。
反射镜13a是具有反射区域和透射区域交替布置的条纹结构的镜。例如，在透明基板上以预定间隔气相沉积带状反射区域，以便可形成条纹结构的镜。
固体光源11a的LD的每列与反射镜13a的每个透射区域一对一对应。从每列的LD射出的激光穿过反射镜13a的相应透射区域。固体光源12a的LD的每列与反射镜13a的每个反射区域一对一对应。反射镜13a的相应反射区域在与透射通过透射区域的激光的行进方向相同的方向上反射从每列的LD射出的激光。透射通过透射区域的激光以及由反射区域反射的激光构成了光源单元1a的输出光，并且该输出光进入聚光透镜2a。
光源单元1b输出与光源单元1a中相同颜色的光，并包括固体光源11b和12b以及反射镜13b。包括固体光源11b和12b以及反射镜1 3b的部分具有与包括固体光源11a和12a以及反射镜13a的上述部分相同的结构。从固体光源11b射出的激光透射通过反射镜13b的每个透射区域。反射镜13b的每个反射区域在与透射通过透射区域的激光的行进方向相同的方向上反射从固体光源12b射出的激光。透射通过透射区域的激光以及由反射区域反射的激光构成了光源单元1b的输出光，并且该输出光进入聚光透镜2b。
穿过聚光透镜2a的激光依次穿过反射镜3a和4a以及漫射板5以进入光管6的入射面。类似地，穿过聚光透镜2b的激光依次通过反射镜3b和4b以及漫射板5以进入光管6的入射面。
可将每个光源单元1a和1b称为光源部分。可将聚光透镜2a和2 b以及反射镜3a、3b、4a和4b称为光返回手段。
从光源单元1a到光管6的入射面的第一光路的长度等于从光源单元1b到光管6的入射面的第二光路的长度。聚光透镜2a的聚光角(当由光轴和光束的最外侧光线所形成的角度被认为是θ时该角度由2θ给出)与聚光透镜2b的聚光角相同。进入第一光路中的光管6的入射面的光束的中心光线的入射角与进入第二光路中的光管6的入射面的光束的中心光线的入射角相同。
光管6是这样的光学元件(光均匀化元件)，所述光学元件包括柱状光导并且在该光学元件中光导的两个面中的一个被认为是入射面，另一个面被认为是出射面，并且光进入入射面并传播通过光导以从出射面射出。光在光导中被多次反射，以便可在出射面上形成均匀的面光源。作为光管6，可使用包括中空内部以及由镜所构成的内面的光隧道、以诸如玻璃这样的透明材料的多边形棱柱所形成的杆等等。
聚光透镜2a使来自光源单元1a的激光会聚并且光进入光管6的入射面。聚光透镜2b使来自光源单元1b的激光会聚并且光进入光管6 的入射面。在光管6的入射面上的聚光透镜2a和2b可以被配置成使得相应聚光位置变为相同。
透镜7至9构成了双远心光学系统。该双远心光学系统是图1所示的第一双远心光学系统52a或第二双远心光学系统52b。
根据光源部分的上述结构，利用了光管6周围的空间，并且将光源单元1a和1b布置在该空间中，从而可实现装置的小型化。
此外，从每个光源单元1a和1b射出的激光返回以进入到光管6 的入射面。因而，光路返回，从而可实现装置的小型化。
上述光源部分的配置可应用于图1所示的光源装置中的包括第一面光源50a和第一双远心光学系统52a的光源部分以及包括第二面光源 50b和第二双远心光学系统52b的光源部分中的每一个。光管6的出射面(开口面)构成了面发光部，并且在第一成像面55上形成了该面发光部的光源像以作为光源像58a或58b。
接下来，将描述第一面光源50a和第二面光源50b以及第一双远心光学系统52a和第二双远心光学系统52b中的每一个的另一配置示例。
第一和第二面光源50a和50b中的每一个可以是其中使用荧光物质的荧光光源。荧光光源可以包括发射激发光的激发光源以及具有由激发光激发以发射出荧光的荧光物质的荧光部。在这种情况下，荧光物质可以发射出绿色荧光。
图10示出了具有荧光光源的光源部分的示例。
参考图10，光源部分包括光源单元21a和21b、聚光透镜22a和2 2b、反射镜23a、23b、24a、24b和34、漫射板25、光管26、透镜27 至32、分色镜33、以及荧光轮35。应当注意的是为方便起见图10仅示出了一些光线的轨迹。
光源单元21a和21b是用于激发荧光物质并发射出相同颜色的激发光的激发光源。
光源单元21a包括发射相同颜色的激发光的固体光源211a和212 a以及反射镜213a。固体光源211a和212a具有相同结构，并且具有例如多个激光二极管(LD)，这多个激光二极管输出具有蓝色的波长区域中的中心波长的蓝色激光。在这里，使用在具有散热部的保持构件上形成了(n(行)×(m(列))蓝色LD的固体光源。
反射镜13a是反射区域和透射区域交替布置的条纹结构的镜。例如，在透明基板上以预定间隔气相沉积带状反射区域，以便可形成条纹结构的镜。
固体光源211a的蓝色LD的每列与反射镜213a的每个透射区域一对一对应。从每列的蓝色LD射出的激光穿过反射镜213a的相应透射区域。固体光源212a的蓝色LD的每列与反射镜213a的每个反射区域一对一对应。反射镜213a的相应反射区域在与透射通过透射区域的激光的行进方向相同的方向上反射从每列的蓝色LD射出的激光。透射通过透射区域的激光以及由反射区域反射的蓝色激光构成了光源单元21 a的输出光，并且该输出光进入聚光透镜22a。
光源单元21b包括固体光源211b和212b以及反射镜213b。包括固体光源211b和212b以及反射镜213b的部分具有与包括固体光源2 11a和212a以及反射镜213a的上述部分相同的结构。从固体光源211 b射出的蓝色激光透射通过反射镜213b的每个透射区域。反射镜213b 的每个反射区域在与透射通过透射区域的激光的行进方向相同的方向上反射从固体光源212b射出的蓝色激光。透射通过透射区域的激光以及由反射区域反射的蓝色激光构成了光源单元21b的输出光，并且该输出光进入聚光透镜22b。
穿过聚光透镜22a的蓝色激光依次穿过反射镜23a和24a以及漫射板25以进入光管26的入射面。类似地，穿过聚光透镜22b的蓝色激光依次通过反射镜23b和24b以及漫射板25以进入光管26的入射面。
从光源单元21a到光管26的入射面的第一光路的长度等于从光源单元21b到光管26的入射面的第二光路的长度。聚光透镜22a的聚光角与聚光透镜22b的聚光角相同。进入第一光路中的光管26的入射面的光束的中心光线的入射角与进入第二光路中的光管26的入射面的光束的中心光线的入射角相同。
光管26是这样的光学元件(光均匀化元件)，所述光学元件包括柱状光导，并且其中光导的两个面中的一个被认为是入射面，另一个面被认为是出射面，并且光进入入射面并传播通过光导以从出射面射出。光在光导中被多次反射，以便可在出射面上形成均匀的面光源。作为光管26，可使用包括中空内部以及由镜所构成的内面的光隧道、以诸如玻璃这样的透明材料的多边形棱柱所形成的杆等等。
聚光透镜22a使来自光源单元21a的激光会聚以便光进入光管26 的入射面。聚光透镜22b使来自光源单元21b的激光会聚以便光进入光管26的入射面。在光管26的入射面上的聚光透镜22a和22b可以被配置成使得相应聚光位置变为相同。
在从光管26的出射面射出的蓝色激光(蓝色激发光)的行进方向上，透镜27和28以及分色镜33按此顺序布置。透镜27和28是聚光透镜。分色镜33具有这样的反射和透射特性：在可见光的波长区域中，反射蓝色的波长区域的光并使其它波长区域的光透射。来自光管26的蓝色激光穿过透镜27和28并且此后由分色镜33反射。
在来自分色镜33的蓝色激光(反射光)的行进方向上，透镜29 至31和荧光轮35按此顺序布置。透镜29至31是聚光透镜。
荧光轮35包括可旋转的圆形基板以及在该圆形基板上沿圆周方向所形成的荧光部。圆形基板的中心部由旋转电机(rotary motor)的输出轴支撑并且旋转电机使圆形基板旋转。荧光部包括可由来自分色镜33的蓝色激光激发的荧光物质。作为荧光物质，可使用发射黄色荧光的黄色荧光物质、发射绿色荧光的绿色荧光物质等等。在这里，使用绿色荧光物质。
来自分色镜33的蓝色激光穿过透镜29至31，并且此后进入荧光轮35的荧光部。从荧光部发射出的绿色荧光(发散光)穿过透镜29 和30。穿过透镜29和30的绿色荧光透射透过分色镜33。在来自分色镜33的绿色荧光(透射光)的行进方向上，透镜32和反射镜34按此顺序布置。透镜32是聚光透镜。
在透镜27至32中，透镜27至31使从光管26的出射面射出的蓝色激光会聚到荧光轮35的荧光部上。此外，透镜29至32起作用以使从荧光部发射出的绿色荧光(发散光)会聚。穿过透镜32的绿色荧光被反射镜34反射。来自反射镜34的反射光(绿色荧光)是光源部分的输出。在穿过透镜32的绿色荧光的光路中，可以布置用于获得平行光束的透镜。
透镜27、28和32以及在穿过透镜32的光路中所设的至少一个透镜构成了双远心光学系统。该双远心光学系统是图1中所示的第一双远心光学系统52a或第二双远心光学系统52b。
上述光源部分的配置可应用于图1所示的光源装置中的包括第一面光源50a和第一双远心光学系统52a的光源部分以及包括第二面光源 50b和第二双远心光学系统52b的光源部分中的每一个。将光管26的出射面(开口面)的形状投射到荧光轮35的荧光面上。荧光面上的蓝色激光(激发光)的光斑形状类似于光管26的出射面(开口面)的形状。在第一成像面55上形成了荧光面上的光斑的光源像以作为光源像 58a或光源像58b。
接下来，将描述第一面光源50a和第二面光源50b以及第一双远心光学系统52a和第二双远心光学系统52b中的每一个的另一配置示例。
第一和第二面光源50a和50b的每一个具有发光颜色分别不同的多个光源部，并且可以为每个发光颜色提供第一和第二双远心光学系统52a和52b。在这种情况下，第一光学系统51可以具有第一颜色合成部以及第二颜色合成部，第一颜色合成部对从第一面光源50a的上述多个光源部所发射出的多个光束进行合成以沿着相同光路发射光束，第二颜色合成部对从第二面光源50b的上述多个光源部所发射出的多个光束进行合成以沿着相同光路发射光束。
图11示出了具有红色、蓝色、以及绿色颜色的相应颜色的光源的光源部分的示例。
参考图11，光源部分71包括绿色光源部72、蓝色光源部73、红色光源部74、以及分色镜75和76。
绿色光源部72包括图11中所示的配置。红色光源部74和蓝色光源部73中的每一个包括图10中所示的配置。在红色光源部74中，固体光源11a、11b、12a和12b是由红色LD构成的。在蓝色光源部73 中，固体光源11a、11b、12a和12b是由蓝色LD构成的。
分色镜75具有这样的反射和透射特性：在可见光的波长区域中，反射蓝色的波长区域的光并使其它波长区域的光透射。分色镜76具有这样的反射和透射特性：在可见光的波长区域中，反射绿色的波长区域的光并使其它波长区域的光透射。
将分色镜75布置在红色光源部74的光轴和蓝色光源部73的光轴以直角交叉的位置处。从红色光源部74发射出的红光进入分色镜75 的一个面，并且从蓝色光源部73发射出的蓝光进入分色镜75的另一面。由红色光源部74的光轴和分色镜75的一个面所形成的角度是45 °，并且由蓝色光源部73的光轴和分色镜75的另一面所形成的角度是45°。
来自红色光源部74的红光透射通过分色镜75。在与分色镜75中透射的绿光的方向相同的方向上反射来自蓝色光源部73的蓝光。即，分色镜75发射出红光和蓝光混合的第一复合光。
将分色镜76布置在红色光源部74的光轴和绿色光源部72的光轴以直角交叉的位置处。来自分色镜75的第一复合光(蓝色和绿色)进入分色镜76的一个面，并且从绿色光源部72发射出的绿光进入分色镜76的另一面。由红色光源部74的光轴和分色镜76的一个面所形成的角度是45°，并且由绿色光源部72的光轴和分色镜76的另一面所形成的角度是45°。
来自分色镜75的第一复合光透射通过分色镜76。在与分色镜76 中透射的第一复合光的方向相同的方向上反射来自绿色光源部72的绿光。也就是说，分色镜76发射出一复合光(蓝色和红色)和绿光混合的第二复合光(白光)。第二复合光(白光)是光源部分71的输出光。
上述光源部分71可应用于图1所示的光源装置中的包括第一面光源50a和第一双远心光学系统52a的光源部分以及包括第二面光源50b 和第二双远心光学系统52b的光源部分中的每一个。
应当注意的是可适当地改变对来自光源部分71中的绿色光源部7 2、红色光源部74、以及蓝色光源部73的相应光束进行合成的顺序。例如，可以对来自绿色光源部72的绿光和来自蓝色光源部73的蓝光进行合成，并且可以对绿光和蓝光混合的第一复合光与来自红色光源部74的红光进行合成。
此外，光源部分71中的分别用于红色光源部74和蓝色光源部73 的漫射板可被共用。例如，为红色光源部74和蓝色光源部73共用的漫射板可以提供于分色镜75与分色镜76之间的光路上。在这种情况下，可以使漫射板振动以便抑制斑点。
(投射型显示装置)
本投射型显示装置具有上述光源装置、用于对从光源装置输出的光进行调制以形成图像的显示元件、以及用于投射显示元件所形成的图像的投射透镜。作为显示元件，可使用液晶显示面板或DMD。应当注意的是当液晶显示面板应用于显示元件时，有必要将该装置配置成用p偏振光或s偏振光照射液晶显示面板。
图12示意性地示出了投射型显示装置的配置。
参考图12，投射型显示装置是三板型投射仪，并且包括具有图1 1所示的光源部分71的光源装置501。在图12中，为方便起见未示出光源装置501的相应组件。
从光源装置501的光学元件57发射出的白光通过透镜502和503 以及反射镜504进入全内反射(TIR)棱镜505。作为光学元件57，可使用包括中空内部以及由镜所构成的内面的光隧道、由诸如玻璃这样的透明材料所形成的棱柱杆等等。
TIR棱镜505是其中具有全反射面的全反射棱镜组件并且包括两个三角形棱镜。三角形棱镜中的一个是直角棱镜，并且具有构成了形成直角的侧面的第一面和第二面以及构成倾斜侧面的第三面。另一三角形棱镜具有构成三角形的相应线段的第一面至第三面。直角棱镜的第三面被布置成面向另一三角形棱镜的第一面。直角棱镜的第一面是T IR棱镜505的入射面。
彩色棱镜506被布置成面向直角棱镜的第二面。另一三角形棱镜的第二面是TIR棱镜505的出射面并且与直角棱镜的第二面相平行。投射透镜510被布置在该出射面的一侧。
来自反射镜504的光(白光)进入TIR棱镜505的入射面。进入 TIR棱镜505的光被内部全反射面全反射以从直角棱镜的第二面射出。从该第二面射出的光进入彩色棱镜506。
彩色棱镜506包括多个棱镜并具有第一面至第四面。第一面面向TIR棱镜505的直角棱镜的第二面。用于红色的显示面板508被布置成面向第二面，用于绿色的显示面板507被布置成面向第三面，并且用于蓝色的显示面板509面向第四个面。在彩色棱镜506中，就进入第一面的白光而言，红光从第二面射出，绿光从第三面射出，并且蓝光从第四面射出。在这里，数字微镜装置(DMD)或液晶显示面板可以用作显示面板507至509。在这里，DMD用作显示面板507至509。
每个显示面板507至509具有成像区域，该成像区域包括以矩阵方式布置的多个微镜。微镜被配置成使得角度根据驱动电压而变，并且反射角在供给用于指示接通状态的驱动电压的情况与供给用于指示关断状态的驱动电压的情况之间不同。根据视频信号对每个微镜进行控制以接通和关断，从而对入射光束进行空间调制以形成图像。
从第二面射出的红光进入用于红色的显示面板508。用于红色的显示面板508对进入的红光进行空间调制以形成红色图像。红色图像光从用于红色的显示面板508进入彩色棱镜506的第二面。在彩色棱镜506中，进入第二面的红色图像光从第一面射出。从该第一面射出的红色图像光进入TIR棱镜505的直角棱镜的第二面。
从第三面射出的绿光进入用于绿色的显示面板507。用于绿色的显示面板507对进入的绿光进行空间调制以形成绿色图像。绿色图像光从用于绿色的显示面板507进入彩色棱镜506的第三面。在彩色棱镜506中，进入第三面的绿色图像光从第一面射出。从该第一面射出的绿色图像光进入TIR棱镜505的直角棱镜的第二面。
从第四面射出的蓝光进入用于蓝色的显示面板509。用于蓝色的显示面板509对进入的蓝光进行空间调制以形成蓝色图像。蓝色图像光从用于蓝色的显示面板509进入彩色棱镜506的第四面。在彩色棱镜506中，进入第四面的蓝色图像光从第一面射出。从该第一面射出的蓝色图像光进入TIR棱镜505的直角棱镜的第二面。
在TIR棱镜505中，进入直角棱镜的第二面的红色图像光、绿色图像光、以及蓝色图像光从出射面朝着投射透镜510的方向射出。在投射透镜510中，将分别形成于用于红色的显示面板508、用于绿色的显示面板507以及用于蓝色的显示面板509之中的红色图像、绿色图像以及蓝色图像叠加并投射到屏幕上。投射透镜510是包括多个透镜的扩展投射光学系统。
在光源装置501中，包括第一面光源50a和第一双远心光学系统5 2a的第一光源部分以及包括第二面光源50b和第二双远心光学系统52 b的第二光源部分具有彼此相同的结构。因此，在照射DMD的照明光中，可降低由于红色、蓝色以及绿色的面内分布的差异而造成的颜色不均匀性。
此外，考虑到光学扩展量的限制，荧光面上的绿色光源部的光斑大小越小越好。然而，当光斑大小减小时，由于热而会对荧光物质造成损害。因此，荧光面上的光斑的形状和大小是根据以下来适当地设计的：荧光物质上的激发光的强度(光密度)、从荧光物质射出的光束的接收角、入射到光学元件57的光束的入射角、从荧光物质到光学元件57的光路中的光学系统的配置等等。
当构成了光学元件57的导光部57a的内反射面形成为锥形时，面光源的面积略微增加，但是从出射面射出的光的发散角会减小。其结果是，可降低进入到具有预定大小的光学部件之中的光的损失。
应当注意的是本实用新型的上述光源装置是示例，并且在不脱离本实用新型的主旨的情况下本领域技术人员可理解的变化和/或改进可应用于设备的配置。例如，在图1所示的配置中，第一光学系统51可以是任何结构的光学系统，只要该系统具有下述结构：在第一成像面5 5上的不同区域中形成面光源50a和50b的光源像并且包括具有第一反射面53a和第二反射面53b的反射元件53，该第一反射面53a朝向第一成像面55反射来自第一面光源50a的第一光束的第一反射面53a，该第二反射面53b朝向第一成像面55反射来自第二面光源50b的第二光束且与第一反射面53a成直角。
参考符号列表
50a第一面光源
50b第二面光源
51第一光学系统
52a第一双远心光学系统
52b第二双远心光学系统
53反射元件
53a第一反射面
53b第二反射面
54假想成像面
55第一成像面
56第二光学系统
57光学元件
57a导光部
57b入射面
57c出射面
