CN103930825B - 光源装置和投影型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源装置，在使用通过激发光激发荧光体而发出荧光的光源的情况下，通过减少激发光对激发光源的入射来增大激发光的输出，实现长寿命化。该光源装置包括发射激发光的多个激发光源(5a、5b、5c)，使激发光变化为荧光的荧光体(3)，二向色镜(7)，和使激发光会聚到荧光体上的激发光照射区域的聚光透镜(4)，多个激发光源(5a、5b、5c)被配置成，使得从该多个激发光源分别出射的各激发光(50a、50b、50c)相对于聚光透镜(4)的中心非对称地入射。并且，在从荧光体(3)反射的未转换激发光(51a、51b、51c)的光路上设置反射镜(9a、9b、9c、10a、10b、10c)，通过使其返回荧光体一侧，能够再次作为激发光利用。

Description

光源装置和投影型影像显示装置

技术领域

本发明涉及光源装置。

背景技术

在本技术领域中，人们提出了使从固体光源出射的可见光高效发光的光源装置(参考专利文献1)。专利文献1中，使从多个蓝色激发光源出射的光照射到配置在可旋转控制的圆形的基材上的荧光体上，高效地发出荧光。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-13320号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

根据专利文献1，其中记载了入射到荧光体的激发光中没有被转换为荧光的未转换激发光不会对照明光学***一侧入射，但没有考虑未转换激发光入射到激发光源，导致激发光源的输出降低、寿命降低这一点。

因此，本发明的目的在于提供一种改善了激发光源的输出和寿命的光源装置。

解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的优选方案之一如下所述。该光源装置，包括发射激发光的多个激发光源，和使激发光变化(转换)为荧光的荧光体，多个激发光源被配置成，使得从该多个激发光源分别出射的各激发光相对于荧光体上的激发光照射区域非对称地入射(至该照射区域)。

发明效果

根据本发明，能够提供一种改善了激发光源的输出和寿命的光源装置。

附图说明

图1是表示实施例1的光源装置的一部分的图。

图2是表示实施例2的光源装置的一部分的图。

图3是投影型影像显示装置的光学***的概要结构图。

图4是表示作为实施例1的技术问题的光源装置的一部分的图。

图5是表示实施例3的光源装置的一部分的图。

图6是表示实施例4的光源装置的一部分的图。

图7是表示实施例5的光源装置的一部分的图。

图8是表示作为实施例6的技术问题的光源装置的一部分的图。

图9是表示实施例6的光源装置的一部分的图。

图10是表示图9的变形例的图。

图11是表示作为实施例7的技术问题的光源装置的一部分的图。

图12是表示实施例7的光源装置的一部分的图。

图13是表示实施例7的光源装置的一部分的图。

具体实施方式

以下参考附图说明本实施例。各图中对相同部分标注相同标记，对于已经说明的部分省略其说明。首先说明可认为是本实施例的技术问题的光源装置。

图4是表示可认为是实施例1的技术问题的光源装置的一部分的图，图4(A)是结构说明图，图4(B)是表示激发光对荧光体的入射角度的图，图4(C)(D)是表示作为技术问题的激发光对激发光源入射的原理的结构说明图。此处，使用局域右手直角坐标系。图4中，令从反射镜反射后的激发光的行进方向为Z轴，在与Z轴正交的面内与纸面平行的轴为X轴，从纸面里侧向外侧去的轴为Y轴。

图4(A)中，从包括多个由固体发光元件构成的激发光源的激发光源组5出射的激发光组50被准直透镜组6转换为大致平行光，在反射镜8上反射后入射到二向色镜(分色镜)7。二向色镜7具有使激发 光的波段透射、使荧光的波段反射的特性。于是，激发光组50从二向色镜7和聚光透镜4透射之后，入射到涂敷了荧光体3的圆盘1。聚光透镜4的曲率被设定为使入射的平行光会聚在圆盘1的激发光照射区域30上。

圆盘1是能够以旋转元件2为中心轴旋转控制的圆形的基材。为了使从荧光体产生的热发散，优选用金属作为基材。该情况下，被激发光组50激发的圆盘1上的荧光体3将全方位地出射荧光60，但向基材方向出射的荧光60会在金属面上反射。从而，所有荧光60都向聚光透镜4的方向出射。其中，从聚光透镜4透射后的荧光60成为大致平行光，在二向色镜7上反射，入射到未图示的照明光学***一侧。在图中，荧光体3与聚光透镜4的间隔较大，但实际上，通过将聚光透镜4配置在荧光体3附近，能够用聚光透镜4捕获几乎所有的荧光60。此处，令通过激发光照射区域30的与Z轴平行的轴为光轴100，则从激发光源组5出射的激发光组50关于光轴100对称地入射到荧光体3上的激发光照射区域30。

图4(B)中，设从各激发光源5a、5b、5c产生的各激发光50a、50b、50c相对于光轴100去往激发光照射区域30的入射角分别为θa、θb、θc，因为激发光关于光轴100对称地入射，所以以下式1成立。

θa＝θc，θb＝0……(式1)

图4(C)中，从激发光源组5中的激发光源5a出射的激发光50a沿上述光路对激发光照射区域30以入射角θa入射。激发光50a的一部分没有被转换为荧光，成为未转换激发光51a，在荧光体3上主要向关于光轴100对称的方向(出射角θa)发生镜面反射。根据式1，由于θa＝θc，所以未转换激发光组51a在激发光50c的光路上反方向行进，入射到激发光源5c。即，由于激发光源5a引起的未转换激发光51a，激发光源5c发生输出降低和寿命降低。

同样地，从激发光源5c出射的激发光50c中，未被荧光体3转换为荧光的未转换激发光51c入射到激发光源5a，激发光源5a发生输出降低和寿命降低(未图示)。

图4(D)中，从激发光源组5中的激发光源5b出射的激发光50b沿上述光路对激发光照射区域30入射。激发光50b的一部分没有被转 换为荧光，成为未转换激发光51b在荧光体3上反射。因为激发光50b对激发光照射区域30的入射角是θb＝0，所以未转换激发光51b向着与光轴100相同的轴方向发生镜面反射，沿激发光50b的光路反方向行进，入射到激发光源5b。即，由于激发光源5b的未转换激发光51b，激发光源5b发生输出降低和寿命降低。

如上所述，图4中存在这样的技术问题，即，从多个激发光源组出射的激发光中的未转换激发光会入射到激发光源组中，发生发光元件的温度上升等，导致激发光源的输出降低和寿命降低。

接着，对实施例1进行说明。图1是表示实施例1的光源装置的一部分的图。图1(A)是结构说明图，图1(B)(C)(D)的结构说明图针对作为技术问题的激发光对激发光源入射表示了其改善方法。局域右手直角坐标系的定义与图4相同。

图1(A)中，从激发光源组5出射的激发光被转换为荧光后对照明光学***一侧入射，这一点与图4的说明同样。但是，本实施例中激发光源组5被配置成，使得从激发光源组5出射的激发光组50关于光轴100非对称地入射到荧光体3上的激发光照射区域30。即，令从各激发光源5a、5b、5c产生的各激发光50a、50b、50c相对于光轴100去往激发光照射区域30的入射角分别为θa、θb、θc，有式2成立。

θa≠θb≠θc，θc≠θa(θa≠0，θb≠0，θc≠0)……(式2)

图1(B)中，从激发光源组5中的激发光源5a出射的激发光50a沿与图4中说明的同样的光路对激发光照射区域30入射。其中，一部分激发光没有被转换为荧光，成为未转换激发光51a，在荧光体3上主要向关于光轴100对称的方向发生镜面反射。根据式2，未转换激发光51a在与激发光50b、激发光50c不重合的光路上行进，被聚光透镜4转换为相对于光轴100大致平行，从二向色镜7透射后，对反射镜8一侧入射。从而，未转换激发光51a会从反射镜8b、8c之间穿过，或者即使在反射镜8上反射，也会从激发光源5b、5c之间穿过，所以不会入射到激发光源组5。

图1(C)中，从激发光源组5中的激发光源5b出射的激发光50b沿与上述的同样的光路对激发光照射区域30入射。其中，一部分激发 光没有被转换为荧光，成为未转换激发光51b，在荧光体3上主要向关于光轴100对称的方向发生镜面反射。根据式2，未转换激发光51b在与激发光50a、激发光50c不重合的光路上行进，被聚光透镜4转换为相对于光轴100大致平行，从二向色镜7透射后，对反射镜8一侧入射。从而，未转换激发光51b会从反射镜8a、8b之间穿过，或者即使在反射镜8上反射，也会从激发光源5a、5b之间穿过，所以不会入射到激发光源组5。

图1(D)中，从激发光源组5中的激发光源5c出射的激发光50c沿与上述的同样的光路对激发光照射区域30入射。其中，一部分激发光没有被转换为荧光，成为未转换激发光组51c，在荧光体3上主要向关于光轴100对称的方向发生镜面反射。根据式2，未转换激发光组51c在与激发光50a、激发光50b不重合的光路上行进，被聚光透镜4转换为相对于光轴100大致平行，从二向色镜7透射后，对反射镜8一侧入射。从而，未转换激发光51c会从反射镜8a的外侧通过，或者即使在反射镜8上反射，也会从激发光源5a的外侧通过，所以不会入射到激发光源组5。

如上所述，从各激发光源5a、5b、5c产生的各激发光50a、50b、50c中，没有被转换为荧光的各未转换激发光51a、51b、51c不会入射到激发光源组5，所以能够改善激发光源组5的输出和寿命。

接着，对实施例2进行说明。图2是表示实施例2的光源装置的一部分的图。此处导入局域右手直角坐标系。图2(A)中，令光轴100为Z轴，与Z轴正交的面内与纸面平行的轴为X轴，从纸面里侧去往外侧的轴为Y轴(但是，图2(B)中从纸面里侧去往外侧的轴为X轴，图2(C)(D)中从纸面里侧去往外侧的轴为Z轴)。

图2中，激发光源组5中配置有X轴方向上为3列、y轴方向上为2行的激发光源。X轴方向的激发光源组的排列相对于光轴100对称，y轴方向的激发光源组的排列相对于光轴100非对称。图2(A)中，从激发光源组5出射的激发光组50，沿与图1中说明的同样的光路对荧光体3上的激发光照射区域30入射，被转换为荧光60，对未图示的照明光学***入射(为了简化，省略了准直透镜组6与二向色镜7之间的反射镜8)。其中，激发光组50的一部分没有被转换为荧光，成 为未转换激发光，在荧光体3上反射。

图2(B)中，从激发光源组5u出射的激发光组50u中，没有在荧光体3上被转换为荧光的未转换激发光组51u主要向关于光轴100对称的方向发生镜面反射，被聚光透镜4转换为相对于光轴100大致平行，从二向色镜7透射。激发光源组5被配置在使得激发光组50去往荧光体3的入射光在Y轴方向上关于光轴100非对称的位置，所以未转换激发光组51u会从激发光源组5d的外侧通过。

此外，从激发光源组5d出射的激发光组50d中，没有在荧光体3上被转换为荧光的未转换激发光组51d主要向关于光轴100对称的方向发生镜面反射，被聚光透镜4转换为相对于光轴100大致平行，从二向色镜7透射。激发光源组5被配置在使得激发光组50去往荧光体3的入射光在Y轴方向上关于光轴100非对称的位置，所以未转换激发光组51d从激发光源组5u与激发光源组5d之间穿过。

如上所述，从各激发光源组5u、5d产生的各激发光组50u、50d中，没有被转换为荧光的各未转换激发光组51u、51d不会入射到激发光源组5，所以能够改善激发光源组5的输出和寿命。

图2(C)是从光轴100的方向(Z轴方向)观察XY截面的投影图。从激发光源组5出射的激发光组50的去往荧光体3的入射光以激发光照射区域30为中心在Y轴方向上非对称，所以未转换激发光组51不会入射到激发光源组5。此外，激发光组50从以激发光照射区域30为中心的全部4个象限的区域向激发光照射区域30入射，所以能够将聚光透镜4抑制为紧凑的尺寸。

图2(D)是使激发光组50从以激发光照射区域30为中心的4个象限中的2个象限(第一象限、第二象限)入射的例子。激发光组50的去往荧光体3的入射光以激发光照射区域30为中心在Y轴方向上非对称，所以能够防止未转换激发光组51入射到激发光源组5，但激发光组50从在Y轴方向上远离激发光照射区域30的位置对激发光照射区域30入射，所以会导致聚光透镜4的大型化。从而，优选激发光组50从以激发光照射区域30为中心的全部4个象限入射。

图2(E)中，使用以激发光照射区域30为中心的极坐标系表示用于防止未转换激发光组51入射到激发光源组5的条件。令距离Z轴方 向的仰角为θ，XY坐标内的方位角为φ。激发光组50从Z轴方向入射，在聚光透镜4的作用下向着激发光照射区域30以仰角θ、方位角φ的入射角入射的情况下，未转换激发光组51以仰角θ、方位角φ+180°的出射角出射。从而，设任意的激发光的入射角中仰角为θm、方位角为φm，另一个任意的激发光的入射角的仰角为θn、方位角为φn，则作为用于防止未转换激发光组51入射到激发光源组5的条件，有式3或式4成立。

θn≠θm(θm≠0，θn≠0)……(式3)

n≠φm+180°(θm≠0，θn≠0)……(式4)

即，使仰角或方位角错开，以彼此的入射出射光不重合的方式，使激发光组50入射到激发光照射区域30即可。因为从激发光源组5到激发光照射区域30的距离足够远，所以只要使各激发光入射角错开2度以上，就能够防止未转换激发光组51入射到激发光源组5。即，只要不存在任何一对使得式5成立的激发光即可。

θm-2°≤θn≤θm+2°且φm+178°≤φm≤φm+182°……(式5)

接着，对实施例3进行说明。图5是表示实施例3的光源装置的一部分的图。图5(A)的局域右手直角坐标系的定义与图4相同，图5(B)是从图5(A)的X轴正方向观察激发光源组5的投影图。

图5(A)中，其结构部件的主要配置与图1相同，但不同点在于，在反射镜8a的外侧配置反射镜10c，在反射镜8a与8b之间配置反射镜10b，在反射镜8b与8c之间配置反射镜10a，在激发光源5a的外侧配置反射镜9c，在激发光源5a与激发光源5b之间配置反射镜9b，在激发光源5b与激发光源5c之间配置反射镜9a。

此处，反射镜组10的切线方向是使X轴关于Y轴方向顺时针旋转约45度的方向，以使未转换激发光组51向激发光源组5的方向反射。此外，反射镜组9被配置成与未转换激发光组51的行进方向垂直，以使未转换激发光组51向行进方向的相反方向反射。

沿图1(A)说明的同样的光路行进而来的未转换激发光51a在反射镜10a上反射之后，被反射镜9a反射。此处，为了与未转换激发光51加以区分，将反射而向相反方向行进的光称为反射未转换激发光52。

反射未转换激发光52a沿未转换激发光51a的光路反方向行进，再次向激发光照射区域30入射。未转换激发光51b在反射镜10b上反射后，被反射镜9b反射。反射未转换激发光52b沿未转换激发光51b的光路反方向行进，再次向激发光入射区域30入射(未图示)。未转换激发光51c在反射镜10c上反射后，被反射镜9c反射。反射未转换激发光52c沿未转换激发光51c的光路反方向行进，再次向激发光入射区域30入射(未图示)。入射到激发光照射区域30的反射未转换激发光组52被荧光体3转换为荧光，对照明光学***一侧入射。其中，反射镜组10也可以与激发光反射用的反射镜组8共用。

接着，对实施例4进行说明。图6是表示实施例4的光源装置的一部分的图。图6(A)的局域右手直角坐标系的定义与图4相同，图6(B)是从图6(A)的Z轴正方向观察反射镜组8、11的投影图。

图6(A)中，其结构部件的主要配置与图1相同，但不同点在于，在反射镜8a的外侧配置反射镜11c，在反射镜8a与8b之间配置反射镜11b，在反射镜8b与8c之间配置反射镜11a。反射镜组11被配置成与未转换激发光组51的行进方向垂直，以使未转换激发光组51向激发光照射区域30的方向反射。

沿图1(A)说明的同样的光路行进而来的未转换激发光51a在反射镜11a上反射，成为反射未转换激发光52a，沿未转换激发光51a的光路反方向行进，再次对激发光照射区域30入射。未转换激发光51b在反射镜11b上反射。反射未转换激发光52b沿未转换激发光51b的光路反方向行进，再次对激发光入射区域30入射(未图示)。未转换激发光51c在反射镜11c上反射。反射未转换激发光52c沿未转换激发光51c的光路反方向行进，再次对激发光入射区域30入射(未图示)。入射到激发光照射区域30的反射未转换激发光组52被荧光体3转换为荧光，对照明光学***一侧入射。

实施例4中，能够整体地配置激发光反射用的反射镜组8和未转换激发光反射用的反射镜组11，所以部件制造的效率较好，能够抑制成本。

接着，对实施例5进行说明。图7是表示实施例5的光源装置的一部分的图。图7的坐标系与图2的坐标系相同。

图7中，其结构部件的主要配置与图2相同，但不同点在于，在激发光源组5d的外侧配置反射镜12u，在激发光源组5u与5d之间配置反射镜12d，并使它们分别与未转换激发光组51u、51d的行进方向。

未转换激发光组51u、51d分别在反射镜12u、12d上反射，成为反射未转换激发光组52u、52d，沿未转换激发光组51u、51d的光路反方向行进，再次对激发光照射区域30入射。入射到激发光照射区域30的反射未转换激发光组52被荧光体3转换为荧光，对照明光学***一侧入射。

图7(C)是从图7(A)的Z轴正方向观察反射镜12的投影图。从激发光源组5出射的激发光组50的去往荧光体3的入射光以光轴100为中心在Y轴方向上非对称，所以未转换激发光组51不会入射到激发光源组5。通过在可捕获未转换激发光组51的范围中配置反射镜组12，能够使未转换激发光组51反射而成为反射未转换激发光组52，再次对荧光体3入射。本配置中，反射镜12的形状是X轴方向上细长的长条形。

图7(D)是从图7(A)的Z轴正方向观察反射镜12的投影图，此处表示使激发光组50从以光轴100为中心的4个象限中的2个象限(第一象限、第二象限)入射的例子。

与图2(D)的说明同样，本配置中激发光组50的去往荧光体3的入射光以光轴100为中心在Y轴方向上非对称，所以能够防止未转换激发光组51入射到激发光源组5，但因为激发光组50从在Y轴方向上远离激发光照射区域30的位置对激发光照射区域30入射，所以与图7(C)相比，会导致聚光透镜4的大型化。但是，未转换激发光组51d、51u集中与激发光组50关于光轴100对称的2个象限(第三象限、第四象限)，所以反射镜12只要一片即可。

此外，图7(C)(D)中，只要满足能够捕获未转换激发光组51的范围，也可以将反射镜组12分割。此外，反射镜组12的Z轴方向位置可以是任意位置，只要是比二向色镜7更接近激发光源组5一侧、并且能够捕获(捕捉)未转换激发光组51d、51u的位置即可。此处，与图2同样省略了准直透镜组6与二向色镜7之间的反射镜组8，未转换激发光反射用的反射镜组12与反射镜组8相比可以更接近二向色镜 7一侧，也可以更接近激发光源组5一侧。

接着，说明在作为激发光源使用例如半导体激光器等出射光的发散角不均匀、而是发散角最大的方向与发散角最小的方向大致垂直的光源时的优选实施方式(实施例6、7)。

图8是表示可认为是实施例6的技术问题的光源装置的一部分的图，图8(A)是结构说明图，图8(B)是表示激发光源配置和激发光的光束截面形状的图，图8(C)是表示聚光透镜上的激发光的光束分布的图。图8(A)的局域右手坐标系的定义与图4相同。

图8中，激发光源组5中配置有X轴方向上为3列、Y轴方向上为3列的激发光源。X轴方向和Y轴方向的激发光源组的排列关于光轴100对称。图8(A)中，省略聚光透镜4之后的部分。

图8(B)是从Z轴负方向观察准直透镜组6的投影图。为了将聚光透镜4和二向色镜7的尺寸抑制得较紧凑，激发光源组5和准直透镜组6以由激发光源组5或准直透镜组6的外形的制约所决定的最密的间隔，在X轴方向、Y轴方向上分别等间隔地配置。在激发光源和准直透镜的外形是圆形的情况下，X轴方向间隔与Y轴方向间隔相等。

激发光源组5的出射光的发散角不均匀，发散角最大的方向与发散角最小的方向大致垂直，所以被准直透镜组6转换为平行光的激发光组50的光束截面形状是以发散角最大的方向为长轴方向的大致椭圆形。本图中表示了Y轴方向与激发光组50的出射光的发散角最大的方向一致的情况。

图8(C)是从Z轴负方向观察聚光透镜4的投影图。聚光透镜4上的激发光组50的分布与图8(B)的出射时的分布相同。圆形的聚光透镜4上，光束截面形状呈长轴与Y轴方向一致的椭圆形的激发光组50在X轴方向、Y轴方向上等间隔地排列，所以形成了在X轴方向上光束的间隙中存在较多没有光束通过的区域的分布，不能高效利用透镜的有效范围。

接着，对实施例6进行说明。图9是表示实施例6的光源装置的一部分的图，图9(A)是结构说明图。此处，从激发光源组5出射的激发光组50的去往荧光体3的入射光以光轴100为中心在Y轴方向上非对称，所以未转换激发光组51的各光路与激发光组50的各光路不 重合，返回至不会入射到激发光源组5的位置。进而，在比二向色镜7靠激发光源组5一侧的未转换激发光组51入射的位置上，与未转换激发光组51垂直地配置反射镜13。从而，未转换激发光组51在反射镜13上反射，成为反射镜未转换激发光组52，沿未转换激发光组51的光路反方向行进，再次对激发光照射区域入射(未图示)。入射到激发光照射区域的反射未转换激发光组52被荧光体转换为荧光，对照明光学***一侧入射(未图示)。

图9(B)是从Z轴负方向观察反射镜组13的投影图。未转换激发光组51是激发光组50在荧光体上关于光轴100对称地发生镜面反射而形成的，所以其光束截面形状与激发光组50的光束截面形状全等，是Y轴方向与长轴方向一致的椭圆。

反射未转换激发光组52是未转换激发光组51在与未转换激发光组51垂直配置的反射镜组13上发生镜面反射而形成的，所以其光束截面形状与未转换激发光组51的光束截面形状全等，是Y轴方向与长轴方向一致的椭圆。本配置中，反射镜9的形状是Y轴方向上细长的长条形。但是，只要满足能够捕获未转换激发光组51的范围，也可以分割反射镜组13。

图9(C)是从Z轴负方向观察聚光透镜4的投影图。聚光透镜4上的激发光组50的分布与图9(B)的出射时的分布相同。在圆形的聚光透镜4上，光束截面形状呈长轴与Y轴方向一致的椭圆形的激发光组50在X轴方向、Y轴方向上等间隔地排列，在X轴方向的间隙中分布有未转换激发光组51a、51b、51c和与其重合的反射未转换激发光组52a、52b、52c。激发光和反射未转换激发光在Y轴方向上交替地排列，所以没有光束通过的区域较少，与图8的情况相比，能够有效利用透镜的有效范围。

图10是表示图9的变形例的图。此处，表示了使激发光源组5以X轴方向与激发光组50的出射光的发散角最大的方向一致的方式配置的例子。图10(A)是从Z轴负方向观察图9(A)的反射镜组13的投影图。

激发光源5和准直透镜组6在Y轴方向上以由激发光源5或准直透镜组6的外形的制约所决定的最密的间隔等间隔地配置，但在X轴 方向上需要留出未转换激发光组51和与其重合的反射未转换激发光组52通过、且配置反射镜组13的间隙，所以需要以比由外形的制约所决定的最密的间隔更大的间隔配置。由此，激发光源组5占据的面积增大。此外，本配置中，反射镜组13的形状是Y轴方向上细长的长条形，但X轴方向与表示未转换激发光组51和与其重合的反射未转换激发光组52的光束截面形状的椭圆的长轴方向一致，所以X轴方向的宽度增大。

图10(B)是在图10(A)的配置中从Z轴负方向观察聚光透镜4的投影图。聚光透镜4上的激发光组50的分布与图10(A)的出射时的分布相同。在圆形的聚光透镜4上，因为表示激发光组50、未转换激发光组51和与该未转换激发光组51重合的反射未转换激发光组52的光束截面形状的椭圆的长轴方向与X轴方向一致，所以X轴方向上需要的有效区域变大，导致聚光透镜4的大型化。此外，在Y轴方向上，在各光束的间隙和光束范围的上下存在较多的没有光束通过的范围，不能高效利用透镜的有效范围。

从而，在使激发光源组5的X轴方向的排列相对于光轴100非对称的情况下，较为理想的是以各激发光源5的出射光的发散角最大的方向与Y轴方向一致的方式配置激发光源组5。即，优选按照这样的方式配置激发光源，即，使激发光相对于光轴沿某一轴错开以使激发光相对于光轴100非对称，并使该错开的轴的方向与激发光源的出射光的发散角最大的方向垂直。

此外，图9和图10中表示了设置反射镜组13的例子，但不设置反射镜组13，而是仅使激发光源的排列相对于光轴100非对称的情况下，激发光和未转换激发光的光束截面形状和分布也不变，所以是同样的。

图11是表示可认为是实施例7的技术问题的光源装置的一部分的图，图11(A)是结构说明图，图11(B)是表示激发光源配置和激发光的光束截面形状的图，图11(C)是表示聚光透镜上的激发光的光束分布的图。局域右手坐标系的定义与图4相同。

图11中，在激发光源组5中配置有Z轴方向为3列、Y轴方向为3列的激发光源。Z轴方向的激发光源组的排列、Y轴方向的激发光源 组的排列相对于光轴100对称。图11(A)中也省略了聚光透镜4之后的部分。

此处，通过准直透镜组6之后的激发光组50的各光束之间的Y轴方向的间隙小于激发光组50的各光束的Y轴方向的光束的宽度。此外，反射镜组8的法线方向沿着使X轴关于Y轴方向顺时针旋转约45度的方向。进而，反射镜组8的各个反射镜在Z轴方向上错开一定程度地配置，使得激发光组50反射后的X轴方向的各光束之间的间隙小于X轴方向的光束的宽度。结果，X轴方向的光束的间隔小于Y轴方向的光束的间隔。

图11(B)是从X轴负方向观察准直透镜组6的投影图。为了将聚光透镜4和二向色镜7的尺寸控制为较紧凑，激发光源组5和准直透镜组6以由激发光源组5或准直透镜组6的外形的制约所决定的最密的间隔，在X轴方向、Y轴方向上分别等间隔地配置。在激发光源和准直透镜的外形是圆形的情况下，X轴方向的间隔与Y轴方向的间隔相等。

此外，激发光源组5的出射光的发散角不均匀，发散角最大的方向与发散角最小的方向大致垂直，所以被准直透镜转换为平行光的激发光组50的光束截面形状是以发散角最大的方向为长轴方向的大致椭圆形。本图中表示Y轴方向与激发光组50的出射光的发散角最大的方向一致的情况。

图11(C)是从Z轴负方向观察聚光透镜4的投影图。反射镜组8的各个反射镜在Z轴方向上错开一定程度地配置，使得激发光组50反射后的X轴方向的各光束之间的间隙小于X轴方向的光束的宽度，所以聚光透镜4上的激发光组50的分布中，激发光组50的间隔小于图8(B)的出射时的间隔，X轴方向的光束通过范围变小。因此，与不使用反射镜的情况相比，能够减小聚光透镜4的尺寸。此外，在圆形的聚光透镜4上能够形成X轴方向、Y轴方向上间隙都较小的分布，所以能够高效利用透镜的有效范围。

但是，本配置中，即使为了防止因未转换激发光组51入射到激发光源组5而导致激发光源组5的输出降低和寿命降低，将激发光源组5配置成使得从激发光源组5出射的激发光组50相对于光轴100在X轴 方向上非对称地对荧光体的激发光照射区域入射，但由于在反射镜组8到荧光体的范围内，激发光组50的各光束之间的X轴方向的间隙小于激发光组50的X轴方向的光束的宽度，所以未转换激发光组51的光束会与激发光组50的光束重合，不能够完全分离。

此外，即使将激发光源组5配置成使得激发光组50相对于光轴100在Y轴方向上非对称地对荧光体的激发光照射区域入射，但由于在准直透镜组6到荧光体的范围内，激发光组50的各光束之间的Y轴方向的间隙小于激发光组50的Y轴方向的光束宽度，所以未转换激发光组51的光束会与激发光组50的光束重合，不能够完全分离。从而，未转换激发光组51的至少一部分会入射到激发光源组5，不能够解决导致激发光源组5的输出降低和寿命降低的技术问题。

因此，对使用反射镜减小X轴方向的光束的间隔宽度，同时减少未转换激发光对激发光源的返回光，并且改善使激发光转换为荧光的效率的方法进行说明。

图12和图13是表示实施例7的光源装置的一部分的图。局域右手坐标系的定义与图4相同。图12和图13中，在激发光源组5中配置有Z轴方向上为3列、Y轴方向上为3列的激发光源。激发光源组的Z轴方向的排列关于光轴100对称，激发光源组的Y轴方向的排列关于光轴100非对称。

图12(A)中，反射镜组8的法线方向沿着使X轴关于Y轴方向顺时针旋转约45度的方向。并且，反射镜组8的各个反射镜在Z轴方向上错开一定程度地配置，使得激发光组50反射后的X轴方向的各光束之间的间隙小于X轴方向的光束的宽度。其结果，X轴方向的光束的间隔小于Y轴方向的光束的间隔。

图12(B)是从X轴正方向观察图12(A)的图。激发光源组5被配置成使得各激发光源组50到荧光体的光路关于光轴100在Y轴方向上非对称，所以未转换激发光组51经过与激发光组50的光路不一致的光路，返回激发光源组5一侧。

图13(A)是从X轴负方向观察准直透镜组6的投影图。此处，激发光源组50的光束截面形状表示了通过准直透镜组6之后的形状。为了将聚光透镜4和二向色镜7的尺寸控制为较紧凑，激发光源组5 和准直透镜组6以由激发光源5或准直透镜组6的外形的制约所决定的最密的间隔，在X轴方向、Y轴方向上分别等间隔地配置。在激发光源和准直透镜的外形是圆形的情况下，X轴方向间隔与Y轴方向间隔相等。

此外，激发光源组5的出射光的发散角不均匀，发散角最大的方向与发散角最小的方向大致垂直，所以被准直透镜组6转换为平行光的激发光组50的光束截面形状是以发散角最大的方向为长轴方向的大致椭圆形。本图中表示Y轴方向与激发光组50的出射光的发散角最大的方向一致的情况。但是，本实施例中激发光源5和准直透镜组6被配置成使激发光组50通过准直透镜组6之后的Y轴方向的光束宽度减小，以在Y轴方向的光束之间留出大于Y轴方向的光束宽度的间隙的程度。

图13(D)表示与激发光源的出射位置到准直透镜间的距离对应的束径的变化。在发散角θ固定的情况下，通过减小激发光源的出射位置与准直透镜的距离L(L′)，并且缩短准直透镜的焦距，能够使通过准直透镜之后的光束保持平行但减小束径A(A′)。光束截面形状与激发光源5到准直透镜组6的距离较长的情况相似，但尺寸减小。从而，通过准直透镜之后的激发光成为在Y轴方向的光束之间留出了大于Y轴方向的光束宽度的间隙的分布。

此处，在激发光组50的Y轴方向的光束之间，留出了大于各激发光的Y轴方向的光束宽度的间隙。并且，未转换激发光组51是激发光组50在荧光体上关于光轴100对称地发生镜面反射而形成的，所以其光束截面形状与激发光组50的光束截面形状全等，是Y轴方向与长轴方向一致的椭圆。从而，能够以未转换激发光组51的光束与激发光组50的光束不重合的方式配置激发光源组5。

进而，在比二向色镜7靠激发光源组5一侧的未转换激发光组51s、51t、51u入射的位置上，在与未转换激发光组51s、51t、51u垂直的方向上配置反射镜14s、14t、14u。从而，未转换激发光组51s、51t、51u在反射镜14s、14t、14u上反射，成为反射未转换激发光组52s、52t、52u，沿与未转换激发光组51s、51t、51u同样的光路反方向行进，再次对激发光照射区域入射(未图示)。入射到激发光照射区域的反射未 转换激发光组52被荧光体转换为荧光，对照明光学***一侧入射(未图示)。

图13(B)是从Z轴负方向观察聚光透镜4的投影图。反射镜组8的各个反射镜在Z轴方向上错开一定程度地配置，使得激发光组50反射后的X轴方向的各光束之间的间隙小于X轴方向的光束的宽度，所以聚光透镜4上的激发光组50的分布中，各激发光组的X轴方向的间隔小于图13(A)所示的出射时的间隔，X轴方向的光束范围变小。

图13(C)是从Z轴负方向观察反射镜组8、14的投影图。与图13(B)同样，反射镜组8上的激发光组50的分布中，各激发光组的X轴方向的间隔小于图13(A)所示的出射时的间隔，X轴方向的光束范围变小。未转换激发光组51是激发光组50在荧光体上关于光轴100对称地发生镜面反射而形成的，所以其光束截面形状与激发光组50的光束截面形状全等，是Y轴方向与长轴方向一致的椭圆。

此外，反射未转换激发光组52是未转换激发光组51在与未转换激发光组51垂直地配置的反射镜组14上发生镜面反射而形成的，所以其光束截面形状与未转换激发光组51的光束截面形状全等，是Y轴方向与长轴方向一致的椭圆。此外，激发光组50通过准直透镜组6之后的Y轴方向的光束宽度小于Y轴方向的光束之间的间隙，所以能够以使未转换激发光组52分布在该间隙中的方式配置激发光源组50。本配置中，反射镜组14的形状是X轴方向上细长的长条形。但是，只要满足能够捕获未转换激发光组51的范围，也可以分割反射镜14。

从激发光组5出射的激发光组50关于光轴100在Y轴方向上非对称地入射到荧光体上的激发光照射区域，所以未转换激发光组51和反射未转换激发光组52分布在激发光组50的Y轴方向的间隙中。在圆形的聚光透镜4上，光束截面形状呈长轴与Y轴方向一致的椭圆形的激发光组50和未转换激发光组51、反射未转换激发光组52成为在Y轴方向上隔开较小间隔地交替排列的分布，所以能够高效利用透镜的有效范围。

此外，与图11(C)相比，激发光组50的Y轴方向间隔相同，但Y轴方向的光束宽度减小，未转换激发光组51和反射未转换激发光组52分布在与宽度减小的量对应产生的间隙中，所以Y轴方向的光束通 过区域不会变大，聚光透镜4的尺寸不增大。

从而，以Y轴方向与激发光组50的出射光的发散角最大的方向一致的方式配置激发光源组5，并且使用Y轴方向的间隔大于X轴方向的间隔的反射镜，在入射到荧光体之前使激发光组50的X轴方向的间隔变窄至使得激发光组50的各光束的X轴方向的间隙小于激发光组50的各光束的X轴方向的宽度的程度，在这样的情况下，配置激发光源组5使得激发光组50关于光轴100在Y轴方向上非对称地对荧光体上的激发光照射区域入射，并且缩短激发光源5的出射位置到准直透镜组6的距离且缩短准直透镜的焦距，使得通过准直透镜组6之后激发光的各光束的Y轴方向的间隙大于激发光组50的各光束的Y轴方向的宽度。

此外，本实施例中表示了使用Y轴方向的间隔大于X轴方向的间隔的反射镜的情况，但使用其他方法在光路途中使激发光组50的X轴方向(发散角最小的方向)的间隙变窄至小于X轴方向的光束宽度的程度的情况下也是同样的。此外，除了在光路途中使激发光组50的X轴方向的间隙变窄至小于X轴方向的光束宽度的情况以外，也能够应用于因某种原因需要在Y轴方向上留出供未转换激发光和反射未转换激发光通过的间隙的情况。此外，作为激发光源组的配置说明了在X轴方向、Y轴方向上分别等间隔地配置的例子，但也能够应用于可实现最密配置的六方最密结构等其他配置方法。

此外，本实施例中表示了为了在激发光源的出射光的发散角最大的方向上的多束激发光之间留出供未转换激发光和反射未转换激发光通过的间隙，而通过变更准直透镜使光束宽度变窄的情况，但为了相同的目的，也可以扩大激发光源组的出射光的发散角最大的方向上的间隔。此外，也可以组合通过变更准直透镜使光束宽度变窄的方法和扩大激发光源组的出射光的发散角最大的方向上的间隔的方法。但是，在扩大激发光源组的出射光的发散角最大的方向上的间隔的情况下，会导致激发光源配置面积的大型化，和因光束通过区域扩大而引起的聚光透镜和二向色镜、反射镜的大型化，所以优选通过变更准直透镜使光束宽度变窄。

如上所述，在实施例3至7中，从激发光源产生的激发光中没有 被转换为荧光的未转换激发光返回至不会入射到激发光源的位置，通过以能够捕获该光束使其反射的方式配置反射镜，能够使该未转换激发光反射成为反射未转换激发光再次对荧光体入射。由此，能够在改善激发光源的输出和寿命的同时，进而增加荧光的光量。此外，反射未转换激发光中没有被转换为荧光的未转换激发光在荧光体上发生镜面反射，会入射到激发光源，所以存在发生激发光源的输出降低和寿命降低的可能性，但其光量是经2次荧光体入射后的非转换部分，所以非常微少，几乎没有影响。

接着对投影型影像显示装置的光学***进行说明。图3(A)是包括图1的光源装置的投影型影像显示装置的光学***的概要结构图。从激发光源组5出射的蓝色激发光，被准直透镜组6转换为大致平行，在反射镜8上反射后，入射到二向色镜7。二向色镜7具有使蓝色光透射、使绿色光反射的特性。从而，蓝色激发光从二向色镜7透射，被聚光透镜4会聚，在圆盘1上聚光。

聚光透镜4的曲率设定为使入射的平行光会聚在圆盘1的1处。圆盘1是涂敷了绿色荧光体3、能够以旋转元件2为中心轴旋转控制的圆形的基材。因绿色荧光体3被激发而产生的全方位发光的绿色荧光中，从聚光透镜4透射的绿色光成为相对于光轴100大致平行的光，在二向色镜7上反射后，从聚光透镜9透射，入射到二向色镜10。二向色镜10具有使绿色光透射、使红色光、蓝色光反射的特性。从而，绿色光从二向色镜10透射，入射到多重反射元件17。聚光透镜9的曲率被设定为使透射光会聚在多重反射元件17的入射开口部，所以在多重反射元件17的入射开口面上形成了与激发光照射区域30的照射形状相似的形状。

光源11是红色光源。从光源11出射的红色光被准直透镜12转换为平行，入射到二向色镜15。二向色镜15具有使红色光透射、使蓝色光反射的特性。从而，红色光在二向色镜15上透射，并在从聚光透镜16透射后入射到二向色镜10。

另一方面，光源13是蓝色光源。从光源13出射的蓝色光被准直透镜14转换为平行，入射到二向色镜15。二向色镜15具有使红色光透射、使蓝色光反射的特性。从而，蓝色光在二向色镜15上反射，并 在从聚光透镜16透射后入射到二向色镜10。二向色镜10具有使绿色光透射、使红色光和蓝色光反射的特性。从而，入射到二向色镜10的红色光和蓝色光在二向色镜10上反射，入射到多重反射元件17。

聚光透镜16的曲率被设定使透射光会聚在多重反射元件17的入射开口部，因此在多重反射元件17的入射开口面上形成了与光源11和光源13的发光形状相似的形状。此外，也可以变更二向色镜15的特性，改变光源11和光源13的配置位置。

入射到多重反射元件17的红色光、绿色光、蓝色光在多重反射元件17中多次反射后，在多重反射元件17的出射开口面上形成为具有均匀照度分布的光。多重反射元件17的出射开口面的形状是与影像显示元件20大致相似的形状。聚光透镜18的曲率被设定为，使形成在多重反射元件17的出射开口面上的像在影像显示元件20上放大成像。从而，从多重反射元件17的出射开口面出射的红色光、绿色光、蓝色光透过聚光透镜18，在反射镜19上反射后，以均匀的照度分布照射在影像显示元件20上。

激发光源组5、光源11、光源13是响应速度快的固体发光元件，能够进行时分控制。从而，各色光被影像显示元件20按各色光进行时分调制。在影像显示元件20上反射的各色光对投影透镜21入射，在未图示的屏幕上投影。

图3(B)是包括与图3(A)不同方式的光源装置的投影型影像显示装置的光学***的概要结构图。从激发光源组5出射的蓝色激发光被准直透镜组6变为大致平行，在反射镜8上反射后入射到二向色镜70。二向色镜70具有使蓝色光反射、使绿色光透射的特性。从而，蓝色激发光在二向色镜70上反射，被聚光透镜4会聚，在圆盘1上聚光。

聚光透镜4的曲率设定为使入射的平行光会聚在圆盘1的1处。圆盘1是涂敷了绿色荧光体3、能够以旋转元件2为中心轴旋转控制的圆形的基材。因绿色荧光体3被激发而产生的全方位发光的绿色荧光中，从聚光透镜4透射的绿色光成为与光轴100大致平行的光，在二向色镜70上透射，并在从聚光透镜9透射后入射到二向色镜10。二向色镜10具有使绿色光透射、使红色光和蓝色光反射的特性。从而，绿 色光从二向色镜10透射，入射到多重反射元件17。聚光透镜9的曲率被设定为使透射光会聚在多重反射元件17的入射开口部，所以在多重反射元件17的入射开口面上形成了与激发光照射区域30的照射形状相似的形状。此后的光学***与图3(A)相同，所以省略。

本实施例中的影像显示元件可以是DMD(Digital Mirror Device，数字微镜器件)元件，也可以是液晶型影像显示元件(液晶面板)。

此外，本实施例中表示了使荧光体3旋转的例子。这是因为使用了有机的硅树脂等作为使荧光体分散固定的粘合剂，所以需要防止因温度导致燃烧。但是，如果使用无机的粘合剂等，只要能够确保荧光体的寿命，则也可以不使荧光体旋转。

此外，本实施例中表示了存在多个激发光源的例子，但只要配置成使得在从该激发光源出射的激发光入射到激发光照射区域发生反射但没有转换为荧光的情况下，该未转换激发光不会入射到该激发光源，则也可以仅有1个激发光源。

附图标记说明

1……圆盘，2……旋转元件，3……荧光体，4……聚光透镜，5……激发光源组，6……准直透镜组，7……二向色镜，8……(激发光反射用的)反射镜，30……激发光照射区域，50……激发光组，51……未转换激发光组，52……反射未转换激发光组，60……荧光，70……二向色镜，9～14……(未转换激发光反射用的)反射镜。

Claims (9)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

发射激发光的多个激发光源；

使所述激发光变化为荧光的荧光体；

使所述激发光透射并使所述荧光反射的二向色镜；和

聚光透镜，使从所述二向色镜透射且以平行于该聚光透镜的光轴的方式入射的激发光会聚到所述荧光体上的激发光照射区域，

所述多个激发光源被配置成，使得从该多个激发光源分别出射的各激发光相对于所述聚光透镜的中心非对称地入射。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述各激发光从以所述聚光透镜的中心为原点的4个象限的所有象限对所述激发光照射区域入射。

3.一种光源装置，其特征在于，包括：

发射激发光的多个激发光源；

使所述激发光变化为荧光的荧光体；

使所述激发光反射并使所述荧光透射的二向色镜；和

使从所述二向色镜反射的激发光会聚到所述荧光体上的激发光照射区域的聚光透镜，

所述多个激发光源被配置成，使得从该多个激发光源分别出射的各激发光相对于所述聚光透镜的中心非对称地入射，

所述各激发光从以所述聚光透镜的中心为原点的4个象限的所有象限对所述激发光照射区域入射。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的光源装置，其特征在于：

在以所述激发光照射区域为中心，令所述各激发光中任意的激发光对所述激发光照射区域的入射角的仰角为θ的情况下，满足：

θ≠0。

5.如权利要求1～3中任意一项所述的光源装置，其特征在于：

在以所述激发光照射区域为中心，令所述各激发光中第一激发光对所述激发光照射区域的入射角的仰角为θm、方位角为φm，与所述第一激发光不同的第二激发光对所述激发光照射区域的入射角的仰角为θn、方位角为φn的情况下，不存在使得下式成立的激发光的对：

θm-2°≤θn≤θm+2°且φm+178°≤φn≤φm+182°。

6.如权利要求1～3中任意一项所述的光源装置，其特征在于：

所述激发光源是固体发光元件。

7.如权利要求1～3中任意一项所述的光源装置，其特征在于：

来自所述激发光源的出射光的发散角不均匀，来自该激发光源的出射光的发散角最大的方向与发散角最小的方向垂直，

以来自该激发光源的出射光的发散角最大的方向，与从该多个激发光源分别出射的各激发光相对于所述聚光透镜的中心非对称的至少一个轴方向垂直的方式配置。

8.如权利要求1～3中任意一项所述的光源装置，其特征在于：

包括使从激发光源出射的激发光变得大致平行的准直透镜，

来自所述激发光源的出射光的发散角不均匀，来自该激发光源的出射光的发散角最大的方向与发散角最小的方向大致垂直，

以来自该激发光源的出射光的发散角最大的方向，与从该多个激发光源分别出射的各激发光相对于所述聚光透镜的中心非对称的至少一个轴方向平行的方式配置，

该激发光源和该准直透镜被配置成，在通过所述准直透镜后，来自该激发光源的出射光的发散角最大的方向上的多个激发光的光束之间的间隙，大于通过该准直透镜后变得平行的激发光的发散角最大的方向上的光束宽度。

9.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：

如权利要求1～8中任意一项所述的光源装置；

影像显示元件；

包括使来自所述光源装置的光照射到所述影像显示元件上的多个光学元件的照明光学***；和

将由所述影像显示元件形成的光学像放大投影的投影透镜。