光源光学系统、使用其的光源装置及图像显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光源光学系统、使用该光源光学系统的光源装置及诸如投影仪的 图像显示装置，尤其涉及一种使用激光二极管（LD)光源的光源装置及安装了使用LD光源 的光源装置的投影显示装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，开发了可以利用用于将从LD光源接收到的蓝光转换为绿光和红光的荧 光体来显示彩色图像的投影仪。
[0003] 在US2010/0328632和US2011/0292349中讨论了这种投影仪的示例。
[0004] US2010/0328632讨论了除了作为荧光光而发出的绿光和红光之外、还利用来自 LD光源的蓝光来显示彩色图像的技术。旋转荧光轮，所述荧光轮包括可以透过来自LD光 源的蓝光的扩散层和作为荧光体（荧光粉）的荧光层。如果使用来自LD光源的蓝光照射 扩散层，则蓝光穿过荧光层并通过反射镜被引导到照明光学系统。另一方面，如果使用来自 LD光源的蓝光照射荧光层，则在光源的方向上发出绿光和红光并通过分色镜将绿光和红光 引导到照明光学系统。
[0005] US2011/0292349讨论了如下一种技术，即，除了作为荧光光而发出的绿光和红光 之外，还使用从与LD光源分开设置的蓝色发光二极管（LED)发出的蓝光，从而显示彩色图 像。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的一方面，提供一种用于将来自光源的光引导到包括多个透镜胞元 (lens cell)的复眼透镜的光源光学系统，该光源光学系统包括：波长转换元件，其被构 造成将从所述光源发出的光转换为具有与从所述光源发出的光的波长不同的波长的转换 光，并发出所述转换光和具有与从所述光源发出的光的波长相同的波长的非转换光；以及 包括第一区域和第二区域的光学元件，所述第一区域将来自所述光源的光通过透镜单元 引导到所述波长转换元件，所述第二区域将所述转换光和所述非转换光在与所述光源的 方向不同的方向上进行引导，其中，来自所述光源的光入射在所述光学元件的所述第一区 域上，所述转换光和所述非转换光入射在所述光学元件的所述第一区域上和所述第二区 域上，并且，其中，当沿着所述透镜胞元的光轴的方向观察的所述第一区域的面积是A，沿 着所述透镜胞元的光轴的方向观察的各个透镜胞元的面积是B，并且n是自然数时，满足 ： BX (n-0. 1)彡 A 彡 BX (n+0. 1)。
[0007] 根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【附图说明】
[0008] 图1是例示能够安装根据本发明的示例性实施例的光源装置的投影显示装置的 结构的视图。
[0009] 图2A、图2B和图2C是例示根据本发明的第一示例性实施例的光源装置的结构的 视图。
[0010] 图3A和图3B是例不在本发明的第一不例性实施例中使用的来自光源的光和突光 光的光谱特性的视图。
[0011] 图4A、图4B和图4C是例示在本发明的第一示例性实施例中所使用的光学元件的 视图。
[0012] 图5A和图5B是例示在本发明的第一示例性实施例中使用的光学元件的光谱反射 特性的视图。
[0013] 图6A、图6B和图6C是例示根据本发明的第二示例性实施例的光源装置的结构的 视图。
[0014] 图7A和图7B是例示在本发明的第二示例性实施例中使用的光学元件的光谱反射 特性的视图。
[0015] 图8A和图8B是例示在本发明的第二示例性实施例中使用的光学元件的其他形态 的视图。
[0016] 图9A、图9B和图9C是例示根据本发明的第三示例性实施例的光源装置的结构的 视图。
[0017] 图10是例示在本发明的第三示例性实施例中使用的光学元件的第一区域的光谱 反射特性的视图。
[0018] 图11A、图11B和图11C是例示根据本发明的第四示例性实施例的光源装置的结构 的视图。
[0019] 图12是例示在本发明的第四示例性实施例中所使用的光学元件的第一区域的光 谱反射特性的视图。
[0020] 图13A、图13B和图13C是例示根据本发明的第五示例性实施例的光源装置的结构 的视图。
[0021] 图14A、图14B和图14C是例示根据本发明的第六示例性实施例的光源装置的结构 的视图。
[0022] 图15A、图15B和图15C是例示根据本发明的第七示例性实施例的光源装置的结构 的视图。
[0023] 图16是例示根据本发明的其他示例性实施例的会聚光学系统的结构的视图。
[0024] 图17是例示根据本发明的各个示例性实施例的光源装置的结构的视图。
[0025] 图18是例示根据本发明的各个示例性实施例的光源装置的结构的视图。
[0026] 图19A和图19B是例示根据本发明的各个示例性实施例的光源装置的结构的视 图。
[0027] 图20A、图20B、图20C和图20D是例示根据本发明的各个示例性实施例的光源装 置的变型例的结构的视图。
[0028] 图21A和图21B是例示根据本发明的第二示例性实施例的光源装置的变型例的结 构的视图。
[0029] 图22是例示根据本发明的第二示例性实施例的光源装置的变型例的结构的视 图。
【具体实施方式】
[0030] 荧光体将来自LD光源的蓝光的波长转换为绿光和红光的波长。然而，不是所有的 蓝光的波长都被转换。因此，还存在波长未被荧光体转换并且从荧光体返回到LD光源的非 转换光。
[0031] 返回到LD光源的非转换光趋于升高LD光源的温度并降低LD光源的发光效率。因 此，返回到LD光源的非转换光可能会导致诸如降低将要被投影的图像的亮度的功能下降。
[0032] 本发明的实施例公开了一种能够减少从波长转换元件返回到光源的非转换光的 量的光源光学系统。本发明的实施例旨在提供一种使用能够投影比相同类型的传统装置更 亮的图像的光源光学系统的光源装置和图像显示装置。
[0033] 以下将参照附图以示例的方式来描述本发明的适当的示例性实施例。然而，根据 实施本发明的装置的结构和各种条件，在这些示例性实施例中所描述的组件的形状和组件 的相对布置可以被适当地改变。也就是说，组件的形状不被定义为将本发明的范围局限于 以下示例性实施例。
[0034](投影显示装置的结构的说明）
[0035] 首先，参照图1，给出投影显示装置100的结构的说明，所述投影显示装置100是能 够安装根据本发明的示例性实施例的光源装置的图像显示装置。
[0036] 显示装置（投影显示装置）100包括光源装置21、偏光板20、分色镜22、相位板（波 长选择相位板）23和偏振光束分光器（PBS) (10a和10c)。
[0037] 此外，显示装置100包括针对各个颜色的A /4板（红色A /4板24r、绿色:V /4板 24g和蓝色入/4板24b)。
[0038] 此外，显示装置100包括针对各个颜色的液晶面板（反射型液晶面板）（红色液晶 面板25r、绿色液晶面板25g和蓝色液晶面板25b)，所述液晶面板是光调制元件。
[0039] 此外，显示装置100包括分光棱镜26和投影透镜30。也就是说，显示装置100是 所谓的反射型液晶投影仪。
[0040] 光源装置21是根据下述的本发明的任一示例性实施例的光源装置。
[0041] 偏光板20被构造成仅透过从光源装置21接收到的白光（红光llr、绿光llg和蓝 光lib)当中的s偏振光（红色s偏振光12r、绿色s偏振光12g和蓝色s偏振光12b)。
[0042] 分色镜22被构造成具有反射在绿色波长范围内的光以及透过在红色波长范围内 的光和在蓝色波长范围内的光的反射特性。
[0043] 相位板23透过在蓝色波长范围内的偏振光而不改变该偏振光的偏振方向。另一 方面，相位板23被构造成将在红色波长范围内的偏振光的偏振方向改变90度。
[0044] PBS被构造成反射s偏振光并透过p偏振光。
[0045] A /4板对倾斜入射光给予往返A /2的相位差，从而提高PBS对倾斜入射光的检光 效果。
[0046] 液晶面板根据图像信号来改变入射在液晶面板上的光的偏振方向。此外，液晶面 板发出图像光（红图像光13r、绿图像光13g和蓝图像光13b)。通过液晶面板来改变图像 光的偏振方向。
[0047] 分光棱镜26被构造成具有反射在绿色波长范围内的光以及透过在红色波长范围 内的光和在蓝色波长范围内的光的反射特性。
[0048] 投影透镜30被构造成将在分光棱镜26中合成的光引导到屏幕。
[0049] 给出了直到来自光源装置21的白光11到达投影透镜30为止的过程的描述。
[0050] 在来自光源装置21的白光11当中，仅s偏振光穿过偏光板20并被引导到分色镜 22。在s偏振光当中，绿色s偏振光12g被反射并引导到PBS 10a，红色s偏振光12r和蓝 色s偏振光12b穿过分色镜22并被引导到PBS 10c。
[0051] 引导到PBS 10a的绿色s偏振光12g被PBS 10a反射并引导到绿色X /4板24g。 绿色s偏振光12g的偏振方向被绿色液晶面板25g改变，并且绿色s偏振光12g被绿色液 晶面板25g反射。在来自绿色液晶面板25g的光当中，p偏振光作为绿色图像光13g被引 导到分光棱镜26。
[0052] 另外，与绿色s偏振光12g类似地，被引导到PBS 10c的红色s偏振光12r和蓝色 s偏振光12b作为红色图像光13r和蓝色图像光13b被分别引导到分光棱镜26。
[0053] 被引导到分光棱镜26的红色图像光13r、绿色图像光13g和蓝色图像光13b被合 成在一起，并且所合成的图像光被引导到投影透镜30。从而，可以在屏幕上投影并显示彩色 图像。
[0054] 以下描述可适用于光源装置21的结构。
[0055] 根据本发明的示例性实施例的光源装置包括光源1、荧光体（波长转换元件）5、镜 (光学元件）3、透镜（准直透镜）2和透镜单元（聚光透镜单元）4。
[0056] 光源1是LD光源，并且如图3A中所示，发出具有约448nm峰值（中心）波长的蓝 光。也就是说，在本发明的示例性实施例中，来自光源1的光是蓝光。
[0057] 荧光体5 (参见图2A)将蓝光B1转换（调制）为具有与蓝光B1的波长不同的波 长的荧光光（转换光），并发出荧光光和具有与蓝光B1的波长相同的波长的非转换光。如 图3B中所示，荧光光主要包含绿光和红光。
[0058] 镜3包括具有将蓝光B1引导到荧光体5的特性的区域31 (第一区域），以及具有 在与光源1的方向不同的方向上引导荧光光和非转换光的特性的区域32 (第二区域）。 [0059] 透镜2被构造成将蓝光B1转换（使准直）为平行（准直的）光束。
[0060] 透镜单元4被构造成具有正折射光焦度（positive refractive power)以将蓝光 B1引导到荧光体5,并且还将荧光光和非转换光引导到镜3。在本发明的示例性实施例中， 透镜单元4包括总共三个透镜。
[0061] 此外，根据本发明的示例性实施例的光源装置在区域31中包