光源光学系统，光源单元，光源装置以及图像显示装置的制作方法

1.本发明涉及光源光学系统、光源单元、光源装置及图像显示装置。


背景技术：

2.用来放大投影图像的投影仪(图像显示装置、图像投影装置)已经广泛普及。投影仪是把从光源射出的光会聚到数字微镜器件(dmd)或液晶显示元件等图像显示元件(空间光调制元件)上，再把从图像显示元件射出的经过基于影像信号调制的光作为彩色影像，显示到被投射面的屏幕上。
3.一直以来，主要使用高亮度的超高压水银灯等作为投影仪的光源。而超高压水银灯由于寿命短，经常需要维修。为此，近年来用激光或led等取代超高压水银灯作为光源的投影仪逐渐增加。激光器和led与超高压水银灯相比，具有寿命长的优点，而且由于其单色性，具有良好的色彩再现性能。
4.例如，在向图像显示元件照射作为颜色的三原色的红色、绿色、蓝色的三色形成图像时，虽然可以利用激光光源生成三色，但存在绿色激光和红色激光的发光效率比蓝色激光低的问题。对此，采用将蓝色激光作为激发光照射荧光体，由荧光体进行波长变换的荧光生成红色光和绿色光的方法来解决上述问题。专利文献1和专利文献2等公开了使用这种激光光源和荧光体的光源装置。
5.专利文献1：jp专利第六090875号公报
6.专利文献2：jp专利第六364916号公报
7.但是，上述光源装置要求尽量使照射面上的照度分布均匀。而现有光源装置中的光源光学系统确实尚有改善照射面上照度分布偏差的余地。
8.尤其投影仪中，在光源光学系统射出的光的照射面上，即图像显示元件上，照度分布会对屏幕上的照度分布产生影响。除了光源光学系统之外，投射光学系统等也会对照度分布产生影响。也就是说，作为投影仪的课题，屏幕上的照度不均既可能起因于光源装置，也可能起因于比光源装置更靠前的投射光学系统等。当投射光学系统成为照度不均的原因之一时，例如在投射光学系统中包括反射镜的超短焦方式投影仪中，投射的光入射到屏幕上的入射角随着纵向高度位置而产生
9.相当大的差异，因此容易在画面纵向产生照度不均。


技术实现要素：

10.鉴于上述问题，本发明旨在提供一种以简单的构成改善照度分布的光源光学系统、光源单元、光源装置以及图像显示装置。
11.本发明的光源光学系统具有第一光学系统，使得光源射出的第一光束入射波长变换元件；以及第二光学系统，让经过所述波长变换元件波长变换后的第二光束透过，其特征在于，所述第二光学系统中具备导光部件，该导光部件使所述第二光束中的一部分光束在所述第二光学系统内分离。
12.本发明的光源单元其使得从光源射出的第一光束通过第一光学系统入射波长变换元件，经过所述波长变换元件波长变换后的第二光束通过第二光学系统射出，其特征在于，在所述第二光学系统中，具备导光部件，该导光部件使所述第二光束中的一部分光束在所述第二光学系统内分离。
13.本发明的光源装置具有光源；第一光学系统，使从该光源射出的第一光束入射波长变换元件；第二光学系统，让经过所述波长变换元件波长变换的第二光束透过，其特征在于，所述第二光学系统中具备导光部件，该导光部件使所述第二光束中的一部分光束在所述第二光学系统内分离。
14.本发明的图像显示装置具有光源装置，该光源装置包括形成从光源到波长变换元件的第一光束通过的光路的第一光学系统、以及形成经过所述波长变换元件波长变换的第二光束通过的光路的第二光学系统；图像显示元件，调制来自所述光源装置的光来形成图像；以及投射光学系统，将所述图像投射到被投射面上，其特征在于，所述第二光学系统中具备导光部件，该导光部件使所述第二光束中的一部分光束在所述第二光学系统内分离。
15.本发明的光源光学系统、光源单元、光源装置以及图像显示装置的效果在于，能够以简单的构成改善照度分布。
附图说明
16.图1是投影仪(图像显示装置)的构成的示意图。
17.图2是第一实施方式涉及的光源装置的构成的示意图。
18.图3是构成光源装置的荧光体轮的构成的示意图，(a)是正视图，(b)是截面图。
19.图4是表示第一实施方式的导光部件的设置与作用的侧面截面图。
20.图5是第一实施方式的导光部件设置的正视图。
21.图6是第一实施方式的光源装置的照度分布改善结果的图表。
22.图7是第二实施方式涉及的光源装置的构成的示意图。
23.图8是表示第二实施方式的导光部件的设置与作用的侧面截面图。
24.图9是第二实施方式的导光部件设置的正视图。
25.图10是第二实施方式的光源装置的照度分布改善结果的图表。
26.图11是第三实施方式的光源装置中导光部件的设置的正视图。
27.图12是第四实施方式涉及的光源装置的构成的示意图。
28.图13是表示第四实施方式的导光部件的设置与作用的侧面截面图。
29.图14是第四实施方式的导光部件设置的正视图。
30.图15是第四实施方式的光源装置的照度分布改善结果的图表。
31.图16是第五实施方式的光源装置的构成的示意图。
具体实施方式
32.以下参考附图，说明本发明的实施方式。图1显示一例作为图像显示装置的投影仪的整体构成。图2以后的附图均显示构成投影仪的光源装置(光源光学系统)的实施方式，图2至图6是第一实施方式，图7至图10是第二实施方式，图11是第三实施方式，图12至图15是第四实施方式，图16是第五实施方式。
33.图1所示的投影仪10具有框体11、光源装置(光源单元)12、光均化元件13、照明光学系统14、图像显示元件15以及投射光学系统16。从光源装置12到投射光学系统16的各构成要件均收纳在框体11的内部。
34.光源装置12射出包含例如与红色(r)、绿色(g)、蓝色(b)的各色对应的波长的光。关于光源装置12的内部构成将在下文中详述。
35.光均化元件13通过混合光源装置12射出的光来进行均化。可以使用例如四片反射镜组成的光隧道、以圆柱形玻璃等构成的棒状积分器、将多片透镜布置成矩阵状的复眼透镜等作为光均化元件13。
36.照明光学系统14用经过光均化元件13均化的光基本均匀地照明图像显示元件15。照明光学系统14具有例如一片以上的透镜或一面以上的反射面等。
37.图像显示元件15具有例如数字微镜器件(dmd)、透射型液晶面板、反射型液晶面板等光阀。图像显示元件15通过调制照明光学系统14的照明光(来自光源装置12的光)来形成图像。
38.投射光学系统16将图像显示元件15形成的图像放大投射到投影仪10以外的屏幕(被投影面)17上。投射光学系统16具有例如一片以上的透镜。
39.《第一实施方式》
40.图2是第一实施方式的光源装置12的构成的示意图。光源装置12具有在光传播方向上依次设置的激光光源(光源)20、准直透镜21、第一透镜组22、导光部件23、1/4波长板24、第二透镜组25、荧光体轮(波长变换元件)26、第三透镜组27、以及色轮28。例如，光源装置12中光源光学系统由除了激光光源20之外的其他构成要件(光学要件)构成。
41.激光光源20具有多个光源(固体光源)。图2中描绘了在图的纵向排列的6个光源，但实际上该6个光源在与图面正交方向(纵深方向)上形成n列(n为2以上的数字)，6
×
n个光源以二维阵列排列。多个激光光源20的数量可以任意设定。除了多个激光光源20以外，也可以使用高功率的单个激光光源。
42.多个激光光源20可以构成为例如在基板上以阵列形状设置多个光源的光源单元，但具体方式有其自由度。以下，将排列成二维阵列形状的多个光源称为“多个激光光源20”。
43.多个激光光源20射出例如发光强度的中心波长为455nm的蓝色频带的光(蓝色激光)，用来作为激发设于荧光体轮26的波长变换区域，即荧光区域26d(图3)中的荧光体的激发光bl(第一色光)。多个激光光源20射出的蓝色激光是偏振状态一定的直线偏振光，被设置成相对于导光部件23的入射面(后述的表面23a)为s偏振光。从多个激光光源20射出的蓝色激光是干涉光。多个激光光源20射出的激发光bl只要具有能够激发荧光体轮26的荧光区域26d的荧光体的波长的光即可，不限于蓝色频带的光。
44.以二维阵列形状与多个激光光源20对应设置多个准直透镜21。多个准直透镜21对从多个激光光源20射出的各光束(激发光bl)进行调整，使得各光束成为平行光或会聚光。准直透镜21的数量只要与激光光源20的光源数量对应即可，可以随着激光光源20的光源数量增减。
45.第一透镜组22整体上具有正光焦度，从激光光源20开始，沿着朝向荧光体轮26的光的传播方向，依次具有正透镜22a和负透镜22b。第一透镜组22一边使经准直透镜21调整为平行光或会聚光入射的激发光bl收敛，一边将该激发光bl导向导光部件23。第一透镜组
22可以具有负光焦度而不是正光焦度。
46.导光部件23位于第一透镜组22和第二透镜组25之间的光路上。导光部件23是平板形偏振光分束器，施有涂层，该涂层反射经过第一透镜组22引导至的激发光bl的波长频带的s偏振光(第一偏振光成分)，同时让激发光bl的波长频带的p偏振光(第二偏振光成分)以及来自荧光体轮26的荧光yl(第二色光)透过。
47.在本实施例中，导光部件23反射激发光bl的波长频带的s偏振光并透射p偏振光，也可以与此相反，反射激发光bl的波长频带的p偏振光并透射s偏振光。
48.1/4波长板24被设置成其光学轴相对于受到导光部件23反射的激发光bl的直线偏振光倾斜45度的状态。1/4波长板24将受到导光部件23反射的激发光bl从直线偏振光变换为圆偏振光。
49.第二透镜组25整体上具有正光焦度，从激光光源20开始沿着朝向荧光体轮26的光的传播方向，依次具有正透镜25a和正透镜25b。第二透镜组25一边使经1/4波长板24变换成圆偏振光入射的激发光bl收敛，一边将该激发光bl导向荧光体轮26。
50.受到第二透镜组25引导的激发光bl入射荧光体轮26。图3是显示荧光体轮26的详细构成的示意图。荧光体轮26具有圆盘部件26a和以旋转轴26b为中心驱动圆盘部件26a旋转的驱动马达26c。圆盘部件26a可以使用比如透明板或金属板(铝板等)，但并不限于此。
51.荧光体轮26的圆盘部件26a周向大部分(在本实施方式中为大于270
°
的角度范围)被划分为荧光区域26d，除荧光区域26d的范围之外的周向部分(在本实施例中为小于90
°
的角度范围)被划分为激发光反射区域26e。
52.荧光区域26d构成为从下向上依次层叠反射涂层26d1、荧光体层26d2和防反射涂层26d3。
53.反射涂层26d1具有反射荧光体层26d2产生的荧光yl的波长频带的光的特性。当圆盘部件26a由反射率高的金属板构成时，也可以省略反射涂层26d1(使圆盘部件26a具有反射涂层26d1的功能)。
54.可以使用比如将荧光体材料分散在有机或无机的粘合剂内的荧光体层、直接形成荧光体材料的结晶的荧光体层、ce:yag系列等稀土类荧光体作为荧光体层26d2。荧光体层26dd2的荧光yl的波长频带例如可以使用黄色、蓝色、绿色、红色的波长频带，而本实施方式例举使用具有黄色波长频带的荧光yl。本实施方式使用荧光体作为波长变换元件，除此之外，也可以用荧光体、非线性光学晶体等。
55.防反射涂层26d3具有防止荧光体层26d2的表面上的光的反射的特性。
56.激发光反射区域26e上层叠反射涂层26e1，该反射涂层26e1具有反射从第二透镜组25导出的激发光bl的波长频带的光的特性。当圆盘部件26a由反射率高的金属板构成时，也可以省略反射涂层26e1(使圆盘部件26a具有反射涂层26e1的功能)。
57.通过驱动马达26c驱动圆盘部件26a旋转，荧光体轮26上的激发光bl的照射位置随着时间移动。其结果，被时分割为，在荧光区域26d中入射荧光体轮26的激发光bl被转换为具有与激发光bl不同波长的荧光后射出的状态，和在激发光反射区域26e中入射荧光体轮26的激发光bl以保持不变的状态受到反射后射出的状态。
58.荧光区域26d和激发光反射区域26e的数量和范围等具有自由度，可以进行各种设计更改。例如，也可以在周向以90
°
间隔交替设置两个荧光区域和两个激发光反射区域。
59.返回图2，说明光源装置12。在荧光体轮26的激发光反射区域26e受到反射的激发光bl成为从荧光体轮26向导光部件23前进的逆向圆偏振光，通过第二透镜组25从扩散光束变换成大致平行光束，通过1/4波长板24变换成p偏振光。成为p偏振光的激发光bl透过导光部件23，经由具有聚光作用的第三透镜组27入射色轮28。本实施方式中，第三透镜组27由单透镜构成。
60.入射荧光体轮26的荧光区域26d的激发光bl被转换为荧光yl后射出。该荧光yl通过第二透镜组25从发散光束变成基本平行的光束，透过1/4波长板24和导光部件23，经过第三透镜组27入射色轮28。
61.色轮28具有圆盘部件28a和以旋转轴28b为中心驱动圆盘部件28a旋转的驱动马达28c。圆盘部件28a具有沿周向划分的蓝色区域、黄色区域、红色区域以及绿色区域。色轮28以蓝色区域与荧光轮26的激发光反射区域26e对应且黄色区域、红色区域、绿色区域分别与荧光轮26的荧光区域26d对应的方式与荧光体轮26同步。黄色区域让荧光体轮26发出的黄色波长频带直接透过。红色区域和绿色区域则通过各自使用二向色镜，反射黄色波长不需要的波长频带的光，得到高纯度颜色的光。
62.如图1所示，经色轮28时分割而生成的各色光从光均化元件13出发，通过照明光学系统14，被引导(照射)到图像显示元件15上，形成与各色对应的图像，通过投射光学系统16放大投影到屏幕17上，获得彩色图像。即，图像显示元件15调制来自光源装置12的光，形成图像，投射光学系统16将图像显示元件15形成的图像放大投射到屏幕17上。
63.在构成上述投影仪10的光源装置12的光源光学系统中，第一透镜组22到第二透镜组25成为用于使激光光源20射出的第一光束入射到荧光体轮26(形成第一光束通过的光路)的第一光学系统。准直透镜21也可以包含在第一光学系统之中。
64.在光源装置12的光源光学系统中，第二透镜组25至第三透镜组27成为让经过荧光体轮26波长变换的第二光束透过(形成第二光束通过的光路)的第二光学系统。第二光学系统的光轴lx和第二光束lf如图2、图4以及图5所示。图5是沿光轴lx从荧光体轮26一方看导光部件23的正视图。
65.导光部件23在第一光学系统中具有反射元件的功能，将从第一透镜组22一方入射的第一光束向荧光体轮26一方反射。导光部件23在第二光学系统中具有导光元件的功能，对从第二透镜组25射往第三透镜组27的第二光束的一部分光束进行导光在第二光学系统内分离。下面详述导光部件23的构成和功能。
66.导光部件23是用玻璃或透明树脂等形成的平行平板形状，内外具有相互平行的平面即表面23a及背面23b。为了使导光部件23起到偏振光分束器的功能，在表面23a一方形成涂层，用来反射激发光bl的波长频带的s偏振光，并让激发光bl的波长频带的p偏振光及荧光yl透过。
67.导光部件23的周边部分由在导光部件23的长边方向上延伸的一对平行的长边端面(第一端面)23c及长边端面(第二端面)23d、和在导光部件23的短边方向上延伸的一对平行的短边端面23e及短边端面23f构成，长边端面23c及长边端面23d、短边端面23e及短边端面23f分别是与表面23a及背面23b基本垂直的面。长边端面23c及长边端面23d是与短边端面23e及短边端面23f基本垂直的面。导光部件23在第二光束lf的外侧的短边端面23e、23f附近受到未图示的支承装置支撑固定。
68.设第一透镜组22的光轴延伸方向为m1方向。m1方向垂直于第二光学系统的光轴lx。导光部件23被设置为其长边方向朝向与m1方向及光轴lx垂直的m2方向。
69.如图4所示，导光部件23被设置成从m2方向的侧面(短边端面23e或短边端面23f的一侧)看时，表面23a及背面23b与光轴lx成约45度的交角。而且，在沿着光轴lx的方向上，表面23a位于荧光体轮26(第二透镜组25)一方，背面23b位于色轮28(第三透镜组27)一方。
70.如图5所示，沿着光轴lx正面观察导光部件23时，表面23a和长边端面23c朝向荧光体轮26一方。该正面观察时投影面积大的表面23a为第一面，投影面积小的长边端面23c为第二面，通过为第一面的表面23a，第一光束被反射到荧光体轮26一方。
71.在与图5相反一侧沿着光轴lx背面观察导光部件23时，背面23b和长边端面23d朝向第三透镜组27(色轮28)一方。背面观察时，背面23b的投影面积比长边端面23d的投影面积大。
72.导光部件2被设置为光轴lx通过上述正面观察及背面观察的外形中心。进一步详细而言，在图5所示的导光部件23的正面观察时，光轴lx位于从长边端面23c到长边端面23d的短边方向大小的中心，而且光轴lx位于从短边端面23e到短边端面23f的长边方向大小的中心。如图5所示，当设定包含光轴lx且沿m1方向的假想平面s1和包含光轴lx且沿m2方向的假想平面s2时，正面观察及背面观察的导光部件23成为同时相对于假想平面s1和假想平面s2对称的形状(假想平面s1通过导光部件30的长度方向的中心，假想平面s2通过短边方向的中心)。
73.在m1方向上，正面观察的导光部件23的短边方向大小完全处于第二光束lf的范围以内。即在m1方向上，长边端面23c和长边端面23d都位于第二光束lf通过的光路的范围以内。
74.而在m2方向上，导光部件23的长边方向大小略大于第二光束lf的光束直径，导光部件23的长度方向两端附近的一部分位于第二光束lf的范围以外。
75.因此，导光部件23的表面23a及背面23b、长边端面23c及长边端面23d除了m2方向(长边方向)的两端附近的一部分以外，均处于第二光束lf的范围内。与此相对，短边端面23e及短边端面23f处于第二光束lf的范围以外。
76.通过第二透镜组25，在荧光体轮26的荧光区域26d中经过波长变换的荧光yl和在激发光反射区域26e上受到反射的激发光bl为成分的第二光束lf从扩散光束变换成基本平行光束，到达导光部件23。如图5所示，导光部件23中位于第二光束lf上的区域的大部分是表面23a及背面23b，在该区域中，导光部件23让第二光束lf直接透过第三透镜组27。导光部件23还在来自荧光体轮26一方的第二光束lf的一部分入射的位置上具有长边端面23c。
77.如图4所示，第二光束lf的一部分从长边端面23c入射导光部件23，在导光部件23内受到多次全反射而反复传播，从长边端面23d射出。具体而言，从长边端面23c入射导光部件23的光在表面23a和背面23b各自受到多次反射，从而被引导到长边端面23d。这样，导光部件23不仅让第二光束lf透过，直接通过表面23a和背面23b，而且使第二光束lf的一部分光束在第二光学系统内分离。由此，第二光学系统中第二光束lf中的光量分布在导光部件23前后不相同。
78.进一步详细来说，导光部件23中入射一方的长边端面23c位于以图5所示的假想平面s2划分的m1方向的一个区域，射出一方的长边端面23d位于m1方向的另一个区域。因此，
导光部件23将第二光束lf的一部分从隔着假想平面s2的上述一个区域引导到另一个区域导光。
79.通过在第二光学系统中设置具有上述功能的导光部件23，可以改变从光源装置12射出的照明光的照射面(图像显示元件15)上的照度分布。而且，通过适当地管理导光部件23的导光的方向和程度，可以改善照射面(图像显示元件15)上的照度分布。
80.导光部件23在第一光学系统中将从激光光源20射出的第一光束反射到荧光体轮26一方，同时设置在第二光学系统中用以分离第二光束lf的一部分。因此，通过少量元件的简单结构，能够实现照度分布的改善。
81.由导光部件23进行的第二光束lf的一部分的导光是在第二光学系统的光路的范围内(第二光束lf的光束直径的内侧)实施的。因此，可以防止由导光部件23中的导光引起的光量损失，并且可以在不降低光源装置12的光利用效率的情况下改善照度分布。
82.另外，通过在导光部件23进行导光时进行多次全反射，可以获得增大照度分布变化幅度的效果。
83.如图5所示，导光部件23具有横跨第二光束lf的光束直径的长边方向大小。因此，在导光部件23的长边方向(m2方向)上，第二光束lf整体上可以得到导光部件23的效果。
84.在投影仪10中，图像显示元件15部位上的照明光的照度分布与屏幕17上的照度分布之间存在相关关系。而且，通过考虑投射光学系统16等对照度分布带来的影响，设定第二光学系统中的导光部件23的光分离作用，不仅能够改善光源装置12的配光特性，而且还能够改善投影仪10整体上的配光特性，减少屏幕17上的照度不均。
85.验证导光部件23效果的实验及测量结果如图6所示。图6显示用导光部件23分离(导光)第二光束lf的一部分光束的实施例和未用导光部件23进行第二光束lf的分离(导光)的比较例各自的屏幕17上的照度分布。在实施例中，导光部件23的长边端面23c及长边端面23d构成光透过面，产生从长边端面23c向导光部件23内的光入射和从长边端面23d的光射出。在比较例中，导光部件23的长边端面23c及长边端面23d构成光吸收面，不产生从长边端面23c向导光部件23内的光入射和从长边端面23d的光射出。在除此之外的其他条件相同的情况下向屏幕17上进行投射时，得到图6所示的照度分布。
86.由图6可知，与比较例相比，实施例的照度分布偏差小，屏幕17上的照度不均得到了改善。特别是在屏幕17的中心到左上部分的区域中，在比较例中发生的光量不足在实施例中得到了改善。
87.关于屏幕17上的照度分布例如如下进行评估。首先，将屏幕17上的照度最大值作为100％进行标准化。然后，将屏幕17上投影仪10的投影范围等分为9个矩形区域，计算每个区域的照度平均值。然后，求出9个区域的照度平均值。参考如此求出的值，便能够定量评估屏幕17上的照度不均。
88.图6中的表1显示实施例中屏幕17上9个区域各自的照度平均值，表2显示比较例中屏幕17上9个区域各自的照度平均值。根据表1及表2的数据计算的照度平均值，实施例为88.0％，比较例为86.9％，与比较例相比，实施例中屏幕17上的照度分布不匀降低。
89.在本实施例中，导光部件23的第二面(长边端面23c)的法线与第二光学系统的光轴lx之间的夹角为45度，在与导光部件23的第一面(表面23a)和第二面(长边端面23c)之间的棱线垂直的方向上的第二面(长边端面23c)的长度的平均值w3为0.9mm，在第二光学系统
的导光部件23的第一面(表面23a)和第二面(长边端面23c)之间的棱线的位置上的第二光束lf的直径φ
l
为20mm。第二光束lf的直径φ
l
是导光部件23中位于荧光体轮26(波长变换元件)一方的端部位置上、与光轴lx垂直的面内的第二光束lf的直径(光束直径)。
90.在此，设定在向与第二光系统的光轴垂直的面投影的状态下，导光部件中与第一面和第二面之间的棱线垂直的方向上的第二面的长度平均值为w2，第二光系统的导光部件的正前方的光学面上的第二光束的直径为φ
l
，第二光系统的光轴与导光部件的长边端面中位于入射一方的面(23c)的长边的中心线的间距为hi，第二光系统的光轴与导光部件的长边端面中位于射出一方的面(23d)的长边的中心线的间距为ho时，
91.w2＝0.64mm
92.φ
l
＝20mm
93.hi＝7.07mm
94.ho＝7.07mm
95.据此，w2/φ
l
＝0.032。
96.w2/φ
l
是衡量受到导光部件导光的光量的多少，优选满足下述条件式(1)。
97.0.018＜w2/φ
l
＜0.035
ꢀꢀ
(1)
98.当w2/φ
l
小于0.018时，受到导光的光量过少而无法获得效果。而当w2/φ
l
大于0.035时，受到导光的光量过大而可能对光束造成不良影响。
99.进一步优选满足下列条件式(2)。
100.0.022＜w2/φ
l
＜0.033
ꢀꢀ
(2)
101.关于屏幕17上照度分布的评估，也可以采用与上述方法不同的其他方法。例如，可以将获得照度平均值的屏幕17上的区域数量设定为9以外的值。也可以将屏幕17上各区域的形状设为除等分割的矩形以外的其他形状。
102.《第二实施方式》
103.图7是第二实施方式涉及的光源装置12的构成的示意图。第二实施方式的光源装置12具有导光部件30，该导光部件30取代第一实施方式的导光部件23。
104.在第一光束从激光光源20向导光部件30行进的方向(m1方向)上，导光部件30被设置为相对于光轴lx偏心。导光部件30不是如同导光部件23那样的偏振光分束器，而是反射激发光bl的波长频带的光并让荧光yl的波长频带的光透过的二向色镜。在导光部件30和第二透镜组25之间不具备1/4波长板。以上是第二实施方式与第一实施方式的不同之处。除此之外的构成与第一实施方式的光源装置12相同，关于相同部分，将省略说明。
105.导光部件30是用玻璃或透明树脂等形成的平行平板形状，表里具有相互平行的平面即表面30a及背面30b。表面30a上施有反射激发光bl的波长频带的光并让荧光yl的波长频带的光透过的涂层，让导光部件30起到分色镜作用。
106.如图9所示，当设定包含光轴lx且沿m1方向的假想平面s1和包含光轴lx且沿m2方向的假想平面s2时，沿光轴lx正面观察及背面观察时的导光部件30是关于假想平面s1对称的形状(假想平面s1通过导光部件30的长边方向的中心)。另一方面，正面观察及背面观察的导光部件30不与假想平面s2重叠，位于在m1方向上偏离光轴lx的位置。
107.通过从第一透镜组22至第二透镜组25的第一光学系统，激光光源20射出的第一光束入射到荧光体轮26。经过荧光体轮26波长变换的第二光束通过第二透镜组25至第三透镜
组27的第二光学系统入射色轮28。在第二光学系统中，在设有导光部件30的区域中只有荧光yl透过导光部件30，而在未设导光部件30的区域中荧光yl和激发光bl均到达色轮28。由于导光部件30相对于光轴lx在m1方向上偏心设置，所以在第二光学系统中，包括光轴lx附近在内的较大区域内激发光bl可以通过。
108.如图8及图9所示，导光部件30的周边部分由在长边方向上延伸的一对平行的长边端面(第一端面)30c及长边端面(第二端面)30d和在短方向上延伸的一对平行的短边端面30e及短边端面30f构成，长边端面30c及长边端面30d和短边端面30e及短边端面30f分别是与表面30a及背面30b大致垂直的面。长边端面30c及长边端面30d还是与短边端面30e及短边端面30f大致垂直的面。导光部件30在第二光束lf的外侧的短边端面30e、30f附近受到未图示的支承装置支撑固定。
109.如图8所示，导光部件30被设置成从m2方向的侧方(短边端面30e或短边端面30f侧)看时，表面30a及背面30b与光轴lx成约45度的角度。而且，在沿光轴lx的方向上，表面30a位于荧光体轮26(第二透镜组25)一方，背面30b朝向色轮28(第三透镜组27)一方。
110.如图9所示，沿光轴lx正面观察导光部件30时，表面30a和长边端面30c朝向荧光体轮26一方。该正面观察的投影面积大的表面30a为第一面，投影面积小的长边端面30c为第二面，该第一面的表面30a将第一光束反射到荧光体轮26一方。
111.而在与图9相反的一侧沿光轴lx背面观察导光部件30时，背面30b和长边端面30d朝向第三透镜组27(色轮28)一方。背面观察时，背面30b的投影面积大于长边端面30d投影面积。
112.在m1方向上的正面观察时，导光部件30的短边方向大小完全处于第二光束lf的范围以内。即在m1方向上，长边端面30c和长边端面30d都位于第二光束lf通过的光路的范围内。
113.在m2方向上，导光部件30的长边方向大小略大于第二光束lf的光束直径，导光部件30的长边方向两端附近的一部分位于第二光束lf的范围以外。
114.因此，导光部件30的表面30a及背面30b、长边端面30c及长边端面30d除了m2方向(长度方向)的两端附近的一部分以外，均位于第二光束lf的范围内。相反，短边端面30e及短边端面30f位于第二光束lf的范围以外。
115.如图8所示，第二光束lf的一部分从长边端面30c入射导光部件30，在导光部件30内反复进行多次全反射而传播，从长边端面30d射出。即，导光部件30使第二光束lf的一部分在第二光学系统内分离。由此，在第二光学系统中，导光部件30前后的第二光束lf中的光量分布不同。
116.与第一实施例的导光部件23不同，导光部件30不与光轴lx交叉而是在m1方向偏心设置。第二光束lf的一部分光束入射的长边端面30c位于第二光束lf的周边附近。而在导光部件30内传播的光射出的长边端面30d靠近光轴lx的中心。因此，导光部件30起到使第二光束lf中通过周边的一部分光在m1方向靠近光轴lx的作用。换言之，第二光学系统中的导光部件30具有调整照度分布的功能，让图像显示元件15和屏幕17的中心附近变亮。
117.导光部件30长边方向的尺寸横跨第二光束lf的光束直径。因此，在导光部件30的长边方向(m2方向)上，第二光束lf整体可以得到导光部件30的效果。
118.验证导光部件30效果的实验及测量结果如图10所示。图10显示用导光部件30分离
(导光)第二光束lf的一部分的实施例和未用导光部件30分离(导光)图像显示元件15的比较例各自在屏幕17上的照度分布。在实施例中，导光部件30的长边端面30c及长边端面30d构成光透射面，产生从长边端面30c向导光部件30内的光入射和从长边端面30d的光射出。在比较例中，将导光部件30的长边端面30c及长边端面30d构成光吸收面，不产生从长边端面30c向导光部件30内的光入射和从长边端面30d的光射出。在除此之外的其他条件相同的情况下向屏幕17上进行投射时，得到图10所示的照度分布。
119.由图10可知，与比较例相比，实施例的照度分布偏差小，屏幕17上的照度不均得到了改善。特别是在靠近屏幕17中心的上方区域中，实施例能够获得比比较例更高光量的范围变大。
120.用与第一实施例相同的评估标准来评估屏幕17上的照度不均。图10中的表3显示实施例中屏幕17上的9个区域各自的照度平均值，表4显示比较例中屏幕17上9个区域各自的照度平均值。在第二实施方式中，根据表3及表4的数据计算的照度平均值，实施例为90.8％，比较例为90.0％，与比较例相比，实施例中屏幕17上的照度分布的不均匀有所减少。
121.在本实施例中，导光部件30的第二面(长边端面30c)的法线与光轴lx所形成的角度为45度，在垂直于导光部件30的第一面(表面30a)与第二面(长边端面30c)所构成的棱线的方向上的第二面(长边端面30c)的长度的平均值w3为0.7mm，在第二光学系统的导光部件30的第一面(表面30a)与第二面(长边端面30c)所构成的棱线的位置上第二光束lf的直径φ
l
为20mm。第二光束lf的直径φ
l
是导光部件30的荧光体轮26(波长变换元件)一方的端部位置上、与光轴lx垂直的面内的第二光束lf的直径(光束直径)。
122.因此，
123.w2＝0.49mm
124.φ
l
＝20mm
125.hi＝8.04mm
126.ho＝0.96mm。
127.据此，w2/φ
l
＝0.025，满足上述条件式(1)及(2)。
128.《第三实施方式》
129.图11所示的光源装置12的第三实施方式仅显示沿光轴lx正面观察(及背面观察)的导光部件31的设置。导光部件31以外的构成与第二实施例相同，以下省略相同部分的图示及说明。
130.导光部件31是用玻璃或透明树脂等形成的平行平板形状，其表面31a、背面31b、长边端面(第一端面)31c、长边端面(第二端面)31d、短边端面31e、短边端面31f分别是与第二实施方式的导光部件30的各面30a～30f对应的面。
131.导光部件31相对于无论是包括光轴lx且沿m1方向的假想平面s1，还是包括光轴lx且沿m2方向的假想平面s2，均为非对称形状。进一步详细而言，导光部件31与第二实施例的导光部件30相同，在m1方向相对于光轴lx偏心(不与假想平面s2重叠)设置。而且，导光部件31的短边端面31e比短边端面31f更靠近假想平面s2，短边端面31e位于第二光束lf的范围内。即导光部件31在长边端面31c和长边端面31d延伸方向(m2方向)上，相对于第二光学系统的光轴lx的位置(假想平面s1)为非对称的形状。进而，在m2方向上，存在导光部件31位于
第二光束lf内而能够导光的区域和导光部件31不与第二光束lf重叠而不进行导光的区域。导光部件31在第二光束lf的范围外的短边端面31f附近受到未图示的支承装置支撑固定。
132.假想平面s1是不仅包含第二光学系统的光轴lx，而且包含受导光部件31分离(导光)的前后的光束(纵断长边端面31c和长边端面31d的两者)的面。通过将这种相对于假想平面s1的非对称性(相对于m2方向上的光轴lx的非对称性)包含在导光部件31的位置设定的必要条件中，提高了改变图像显示元件15和屏幕17上的照度分布的自由度。
133.图11所示的导光部件31相对于假想平面s1和假想平面s2均为非对称形状，但也可以使用相对于假想平面s2为对称形状、仅相对于假想平面s1为非对称形状的导光部件。
134.《第四实施方式》
135.图12是第四实施方式涉及的光源装置12的构成的示意图。第四实施方式的光源装置12仅在导光部件32的设置上与第三实施方式不同。除了导光部件32的设置以外，其他与第三实施方式相同，省略相同部分的说明。
136.图13及图14是第四实施方式涉及的导光部件32的设置的示意图。图13及图14所示的导光部件32的表面32a、背面32b、长边端面32c、长边端面32d、短边端面32e、短边端面32f分别是与导光部件31的各面31a～31f对应的面。第四实施方式的导光部件32的设置与第三实施方式的不同之处在于，导光部件32配置在比包含光轴lx并沿m2方向的假想平面s2更靠近第一光学系统一方。除此以外的构成与第三实施方式的光源装置12相同，关于相同部分，省略说明。导光部件32在位于第二光束lf范围以外的短边端面32f附近受到未图示支撑装置的支撑固定。
137.如图13所示，第二光束lf中的一部分从长边端面32c入射导光部件32，在导光部件32内反复进行多次全反射而传播，从长边端面32d射出。即，导光部件32使第二光束lf的一部分在第二光学系统内分离。由此，在第二光学系统中，导光部件32前后的第二光束lf中的光量分布不同。
138.如图13所示，在导光部件32中，第二光束lf的一部分入射的长边端面32c位于靠近接近光轴lx的中心。在导光部件32内传播的光射出的长边端面32d位于第二光束lf的周边附近。因此，导光部件32具有使第二光束lf中通过中心一方的一部分光在m1方向上远离光轴lx的功能。换言之，第二光学系统的导光部件32起到调整照度分布的作用，使图像显示元件15和屏幕17的周边附近变亮。
139.图15是验证第四实施方式的导光部件32的效果的实验及测定结果的图表。图15表示使用导光部件32分离(导光)第二光束lf的一部分的实施例和未进行用导光部件32实施图像显示元件15分离(导光)的比较例各自在屏幕17上的照度分布。在实施例中，导光部件32中的长边端面32c及长边端面32d构成光透过面，产生从长边端面32c向导光部件32内的光入射和从长边端面32d的光射出。在比较例中，将导光部件32的长边端面32c及长边端面32d构成光吸收面，不产生从长边端面32c向导光部件32内的光入射和从长边端面32d的光射出。在除此之外的其他条件相同的情况下向屏幕17上进行投射时，得到了图15所示的照度分布。
140.由图15可知，与比较例相比，实施例的照度分布偏差小，屏幕17上的照度不均得到了改善。特别是在靠近屏幕17的中心上方的区域中，实施例能够获得比比较例更高光量的范围变大。
141.用与第一实施例相同的评价标准来评估屏幕17上的照度不均。图15中的表5显示实施例中的屏幕17上的9个区域各自的照度平均值，表6显示比较例中屏幕17上的9个区域各自的照度平均值。在第四实施方式中，根据表5及表6的数据计算的照度平均值，实施例为89.4％，比较例为89.1％，与比较例相比，实施例中屏幕17上的照度分布的不均有所减少。
142.在本实施例中，导光部件32的第二面(长边端面32c)的法线与第二光学系统的光轴(lx)所形成的角度为45度，在垂直于导光部件32的第一面(表面32a)与第二面(长边端面32c)所构成的棱线的方向上的第二面(长边端面32c)的长度的平均值w3为0.7mm，在第二光学系统的导光部件32的第一面(表面32a)与第二面(长边端面32c)所构成的棱线的位置上第二光束lf的直径φ
l
为21mm。第二光束lf的直径φ
l
是导光部件32的荧光体轮26(波长变换元件)一方的端部位置上、与光轴lx垂直的面内的第二光束lf的直径(光束直径)。
143.因此，
144.w2＝0.49mm
145.φ
l
＝21mm
146.hi＝0.96mm
147.ho＝8.04mm。
148.据此，w2/φ
l
＝0.024，满足上述条件式(1)及(2)。
149.另外，hi/φ
l
＝0.046。
150.hi/φ
l
是表示由导光部件在第二光束内分离的区域在光束内通过哪个位置的指标，在由导光部件进行远离光轴的导光时，优选满足下述条件式(3)。
151.hi/φ
l
＜0.1(3)
152.一般情况下，第二光束lf中光轴lx附近光量较多，因此，在通过导光部件导光使光离开光轴lx时，从光轴lx附近进行导光，便于调整，以降低照度不均。如果hi/φ
l
大于0.1，就会离开光轴lx附近，难以降低照度不均。
153.在第四实施方式中，由于导光部件32的设置将第二光束lf的中心部(靠近光轴lx的部分)的光向周边部(远离光轴lx的部分)导光，所以在光束lf的中心部的光量强的情况下，能够调整光束lf的分布。由此，可以将图像显示元件15和屏幕17的照度分布调整得较为均匀。
154.《第五实施方式》
155.图16是第五实施方式的光源装置12的构成的示意图。第五实施方式的光源装置12与第四实施方式的相同之处在于，导光部件33的设置将第二光束lf的中心部(靠近光轴lx的部分)的光向周边部(远离光轴lx的部分)导光。导光部件33的表面33a、背面33b、长边端面33c、长边端面33d分别是与导光部件32的各面32a～32d对应的面。
156.对此，第五实施方式与第四实施方式的不同之处在于，光轴lx与导光部件33的第二面(长边端面33c)的法线形成的角度为35度，第一光学系统的光轴倾斜20度(使导光部件33的第一面(表面33a)的入射角倾斜55度)，以使导光部件33的第一面(表面33a)反射的第一光束入射波长变换元件(荧光体轮26)。即，导光部件33的第二面(长边端面33c)的法线比第四实施方式更靠近第二光学系统的光轴lx的方向。而导光部件33的第一面(表面33a)的法线远离第二光学系统的光轴lx的方向。即，第二面(长边端面33c)的法线与第二光学系统的光轴lx形成的角度为35度，第一面(表面33a)的法线与第二光轴lx形成的角度为55度。因
此，第二面(长边端面33c)的法线与第二光学系统的光轴lx之间形成的角度小于第一面(表面33a)的法线与第二光学系统的光轴lx之间形成的角度。除此之外的其他结构与第四实施方式的光源装置12相同，以下省略相同部分的说明。
157.如图16所示，调整激光光源20、准直透镜21以及第一透镜组22的设置，使其与导光部件33的设置保持一致。从第一透镜组22射出的激发光bl受到导光部件33的第一面(表面33a)反射，沿光轴lx入射第二透镜组25。
158.在第五实施方式的光源装置12中，导光部件33的第二面(长边端面33c)的法线与光轴lx之间形成的角度为35度，与导光部件33的第一面(表面33a)和第二面(长边端面33c)之间的棱线垂直的方向上的第二面(长边端面33c)的长度平均值w3为0.7mm，第二光学系统的导光部件33的第一面(表面33a)和第二面(长边端面33c)之间形成的棱线位置上的第二光束lf的直径φ
l
为20mm。第二光束lf的直径φ
l
是导光部件33的荧光体轮26(波长变换元件)一方的端部位置上、与光轴lx垂直的面内的第二光束lf的直径(光束直径)。
159.因此，
160.w2＝0.57mm
161.φ
l
＝20mm
162.hi＝1.63mm
163.ho＝7.37mm。
164.据此，w2/φ
l
＝0.029，满足上述条件式(1)及(2)。
165.另外，hi/φ
l
＝0.082，满足上述条件式(3)。
166.第五实施方式的光源装置12通过使导光部件33中的第二面(长边端面33c)的法线与第二光学系统的光轴lx所成的角度小于第一面(表面33a)的法线与第二光学系统的光轴lx所成的角度，能够增加第二光束lf的全光量之中入射第二面(长边端面33c)并受到导光部件33导光的光量。由此，可以获得较大的w2/φ
l
。因此，第五实施方式的光源装置12可以通过导光部件33更有效地调整光束lf的光量分布。
167.在上述各实施方式中，导光部件23(30，31，32，33)的长边端面23c(30c，31c，32c，33c)与长边端面23d(30d，31d，32d，33d)平行。由于该构成，第二光学系统中受到导光部件23(30313233)分离的光的入射方向和射出方向一致，因此是优选的。但是，也可以将相当于长边端面23c(30c，31c，32c，33c)的第一端面和相当于长边端面23d(30d，31d，32d，33d)的第二端面构成为非平行关系。
168.在上述各实施方式中，导光部件23(30、31、32、33)的长边端面23c(30c、31c、32c、33c)和长边端面23d(30d、31d、32d、33d)是相对于表面23a(30a、31a、32a、33a)及背面23b(30b、31b、32b、33b)垂直的面。而后，在第一至第四实施方式中，长边端面23c(30c、31c、32c)和长边端面23d(30d、31d、32d)与第二光学系统的光轴lx之间形成的角度约为45度。也可以与此不同，导光部件的第一端面和第二端面与光轴lx之间形成45度以外的角度。例如，如第五实施方式，通过把与光轴lx的第一端面和第二端面之间的角度设定为大于45度(竖起)，沿光轴lx观看时的投影面积变大，能够增加第二光束lf中受到导光部件分离的比例。
169.本发明在向投影面投射图像的图像显示装置(投影仪)中非常有效，不过只要是需要改善照度分布的装置，也可以适用于图像显示装置以外的装置。即，本发明并不将投影光学系统等包含在构成要素之中，可适用于光源光学系统、光源单元、光源装置等。另外，在本
发明的光源光学系统、光源单元、光源装置中，也可以将从光源射出的光用于图像的投影以外的用途。
170.上述各实施方式是应用到投影仪的例子，如图6及图10所示，用投影仪将图像投射到屏幕上的照度分布为评估基准，但也可以在屏幕以外的地方判断照度分布的改善。例如，作为光源光学系统、光源单元、光源装置的性能评价，也可以通过测定上述实施方式的图像显示元件15的部位(照射光源装置12发射的光的照射面)的照度分布来进行评估。
171.上述实施方式的光源装置12以分时方式射出多种颜色的光，但本发明的光源装置或光源单元并不限于以分时方式射出多种颜色的光的类型。
172.以上，利用基于附图的实施方式以及变形例说明了本发明，但本发明并不限于上述实施方式及变形例，可以在不脱离发明宗旨的范畴内进行各种更改及应用。对于上述实施方式中附图中所示的构成等，本发明不受此限制，可以在起到本发明效果的范围内进行适当更改。此外，只要不脱离本发明的宗旨，允许进行适当更改实施。
173.符号说明
174.10投影仪(图像显示装置)，12光源装置(光源单元)，13光均化元件，14照明光学系统，15图像显示元件，16投射光学系统，17屏幕(被投射面)，20激光光源(光源)，21准直透镜，22第一透镜组(第一光学系统)，23导光部件(第一光学系统，第二光学系统)，23a表面(第一面)，23b背面(第二面)，23c长边端面(第二面，第一端面)，23d长边端面(第二端面)，24 1/4波长板(第一光学系统，第二光学系统)，25第二透镜组(第一光学系统，第二光学系统)，26荧光体轮(波长变换元件)，27第三透镜组(第二光学系统)，28色轮，30导光部件(第一光学系统，第二光学系统)，30a表面(第一面)，30b背面(第二面)，30c长边端面(第二面，第一端面)，30d长边端面(第二端面)，31导光部件(第一光学系统，第二光学系统)，31a表面(第一面)，31b背面(第二面)，31c长边端面(第二面，第一端面)，31d长边端面(第二端面)，32导光部件(第一光学系统，第二光学系统)，32a表面(第一面)，32b背面(第二面)，32c长边端面(第二面，第一端面)，32d长边端面(第二端面)，33导光部件(第一光学系统，第二光学系统)，33a表面(第一面)，33b背面(第二面)，33c长边端面(第二面，第一端面)，33d长边端面(第二端面)，lf第二光束，lx第二光学系统的光轴。