CN112567294B - 光源装置和投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本技术的目的是提高由包括多发射器型激光光源的光源装置产生的激光的均匀性。本技术提供一种光源装置，包括：激光光源组，所述激光光源组包括至少一个多发射器激光光源(111R‑1等)和至少一个非多发射器激光光源(111B‑1等)，所述非多发射器激光光源发射的彩色光不同于所述多发射器激光光源发射的彩色光；准直透镜(112R‑1等)，所述准直透镜具有至少一个圆柱面，所述圆柱面调节从所述至少一个多发射器激光光源(111R‑1等)发射的激光；和导光单元(113、114等)，所述导光单元对从所述至少一个多发射器激光光源(111R‑1等)发射并已穿过所述圆柱面的激光和从所述至少一个非多发射器激光光源(111B‑1等)发射的激光进行颜色合成。

Description

光源装置和投影型显示装置
技术领域
本技术涉及一种光源装置和投影型显示装置。更具体地，本技术涉及一种能够均匀地形成激光的照度的光源装置以及包括该光源装置的投影型显示装置。
背景技术
光学模块是投影型显示装置的主要部件之一，其通常由包括光源的照明光学***和包括光调制元件的投影光学***构成。作为光源，可以使用发光二极管(LED)光源或半导体激光器(LD)光源。举例而言，由于LED和LD较小，因此它们被用作易于携带的诸如微型投影仪和便携式投影仪之类的小型投影型显示装置的光源。
迄今为止，已经提出了用于改善投影型显示装置的照明光学***的技术。例如，以下的专利文献1公开了一种照明装置，其包括光源和均匀照明光学***，所述均匀照明***具有第一复眼透镜，所述第一复眼透镜包括多个二维布置的透镜并使基于来自光源的发射光的光通过，其中第一复眼透镜上的入射光具有方向性，照明目标区域的表面形状中的第一基准方向沿着与第一复眼透镜上的入射光的强度分布形状的长轴方向或短轴方向实质上平行的方向延伸，并且第一复眼透镜中的透镜的排列的周期方向相对于长轴方向或短轴方向倾斜(权利要求1)。通过具有上述构造，照明装置能够降低照明光的不均亮度匀(第0012段)。
引用列表
专利文献
专利文献1：WO 2016/047450
发明内容
本发明要解决的问题
如果可以增加小型投影型显示装置的亮度，则可以向用户呈现更清晰的图像。此外，通过增加亮度，可能不需要使投影型显示装置所使用的空间变暗。
为了增加投影型显示装置的亮度，例如，可以设想使用包括多发射器型激光光源的光源装置。然而，尽管多发射器型激光光源具有高输出，但是，取决于从光源到聚光位置的光路长度被发射器的数量分成多个光束，并且可能导致照度均匀性降低。因此，本技术的目的是提高由包括多发射器型激光光源的光源装置产生的激光的均匀性。
解决问题的方案
本技术提供一种光源装置，包括：
激光光源组，所述激光光源组包括至少一个多发射器激光光源和至少一个非多发射器激光光源，所述非多发射器激光光源发射不同于所述多发射器激光光源的彩色光；
准直透镜，所述准直透镜具有至少一个圆柱面，所述圆柱面调节从所述至少一个多发射器激光光源发射的激光；和
导光单元，所述导光单元对从所述至少一个多发射器激光光源发射并已穿过所述圆柱面的激光和从所述至少一个非多发射器激光光源发射的激光进行颜色合成。
根据本技术的一个实施方式，光源装置可进一步包括积分光学***，所述积分光学***将通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束转换成实质上平行的光。
根据本技术的一个实施方式，积分光学***可以与二维空间调制元件共轭。
根据本技术的一个实施方式，光源装置可用于形成投影型显示装置，并且
积分光学***上的光束的入射角θ(°)可以在由下式(1)表示的范围内，
θ<180/π·sin-1(NA)...(1)
(其中，NA＝1/(2*F#)，F#＝EFL/D，F#是投影型显示装置的投影透镜，EFL是投影型显示装置的投影透镜的焦距，且D是投影透镜的孔径)。
根据本技术的一个实施方式，导光单元可包括具有曲率半径为10mm<R<100mm的柱面透镜或具有曲率半径为-100mm<R<-10mm的柱面镜，并且
柱面透镜或柱面镜可以设置在由准直透镜调节的激光的光路上。
根据本技术的一个实施方式，所述导光单元可包括二向色镜，所述二向色镜透射或反射从所述多发射器激光光源发射的激光和/或从所述非多发射器激光光源发射的激光，并且所述二向色镜具有改善激光的偏转率的光学特性。
根据本技术的一个实施方式，所述光源装置可包括偏振光学元件，所述偏振光学元件布置在通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束的光路上，并且光束可基本上以布鲁斯特角入射在偏振光学元件上。
根据本技术的一个实施方式，多个多发射器激光光源和/或多个非多发射器激光光源可被布置成使得位于这些光源各自的发射表面上的每个激光的基本中心部分的行进方向不共享一个平面。
根据本技术的一个实施方式，光源装置可进一步包括第二积分光学***，所述第二积分光学***布置在导光单元与积分光学***之间的光路上。
根据本技术的一个实施方式，第二积分光学***可包括两个复眼表面，所述两个复眼表面具有相同的曲率半径R，并且
导光单元侧的复眼表面上的光束的入射角θ(°)可以在由下式(2)表示的范围内，
θ<180/π·tan-1(h/f)...(2)
(其中，f＝nR2/((n-1)(2nR-t(n-1)))，h是复眼透镜的一个像元的像高(mm)，f是复眼透镜的焦距(mm)，n是复眼透镜的折射率，R是复眼透镜的曲率半径(mm)，t是复眼透镜的芯厚度(mm))。
根据本技术的一个实施方式，至少一个非多发射器激光光源可包括宽发射器激光光源。
根据本技术的一个实施方式，准直透镜可具有一个凹圆柱面，并且所述凹圆柱面的曲率半径可以是-3mm至-0.5mm。
此外，本技术提供一种投影型显示装置，其包括光源装置，所述光源装置包括：
激光光源组，所述激光光源组包括至少一个多发射器激光光源和至少一个非多发射器激光光源，所述非多发射器激光光源发射不同于所述多发射器激光光源的彩色光；
准直透镜，所述准直透镜具有至少一个圆柱面，所述圆柱面调节从所述多发射器激光光源发射的激光；和
导光单元，所述导光单元对从所述至少一个多发射器激光光源发射并已穿过所述圆柱面的激光和从所述至少一个非发射器激光光源发射的激光进行颜色合成。
附图说明
图1A是示出包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置的构造示例的视图。
图1B是将光路添加到图1A所示的光源装置的视图。
图1C是示出激光光源单元的构造的视图。
图1D是激光光源单元的透视图。
图1E是示出激光光源单元中的蓝色激光的光路的视图。
图1F是示出激光光源单元中的蓝色激光的光路的透视图。
图1G是示出激光光源单元中的光路的透视图。
图2是示出根据本技术的光源装置中包括的激光光源单元的另一示例的视图。
图3是示出包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置的构造示例的视图。
图4A是示出激光光源单元的另一示例的视图。
图4B是示出激光光源单元的另一示例的透视图。
图5A是示出根据本技术的投影型显示装置的构造示例的视图。
图5B是示出如何使用根据本技术的投影型显示装置的示例的视图。
图5C是示出如何使用根据本技术的投影型显示装置的示例的视图。
图5D是示出在根据本技术的投影型显示装置中，其上布置有用于图像显示光的投影端口的表面的视图。
图6是示出光束轮廓的模拟内容的示意图和示出模拟结果的图。
图7是示出光束轮廓的模拟内容的示意图和示出模拟结果的图。
图8A是示出光束轮廓的模拟内容的示意图。
图8B是示出光束轮廓的模拟结果的图。
图9A是示出光束轮廓的模拟内容的示意图。
图9B是示出光束轮廓的模拟结果的图。
图9C是示出光束轮廓的模拟结果的图。
图10A是示出光束轮廓的模拟结果的图。
图10B是示出光束轮廓的模拟结果的图。
图11是示出用于确认投影型显示装置中的二维空间调制元件的液晶面板上的照明分布的模拟结果的图。
图12是示出用于确认投影型显示装置中的二维空间调制元件的液晶面板上的照明分布的模拟结果的图。
图13是示出用于确认由投影型显示装置中的第二积分光学***形成的图像的照度分布的模拟结果的图。
图14是示出用于确认由投影型显示装置中的第二积分光学***形成的图像的照度分布的模拟结果的图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于实施本技术的优选实施方式。注意，以下描述的实施方式是本技术的代表性实施方式，并且本技术的范围不限于这些实施方式。注意，将按以下顺序描述本技术。
1.第一实施方式(光源装置)
(1)第一实施方式的描述
(2)第一实施方式的第一示例(包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置)
(3)第一实施方式的第二示例(包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置)
(4)第一实施方式的第三示例(激光光源单元的另一示例)
2.第二实施方式(投影型显示装置)
3.示例
1.第一实施方式(光源装置)
(1)第一实施方式的描述
在根据本技术的光源装置中，从至少一个多发射器激光光源发射的激光穿过具有至少一个圆柱面的准直透镜。因此，多发射器激光光源的远场模式(以下也称为FFP)具有与非多发射器激光光源的FFP相似的形状。因此，提高了经颜色合成的激光的照度均匀性。如上所述，即使包括了多发射器型激光光源，根据本技术的光源装置也可以发射具有均匀照度的激光。因此，例如，通过将根据本技术的光源装置用作投影型显示装置的照明光学***，可以投影具有高亮度和均匀照度的图像。
可以设想增加光源装置中的激光光源的数量，以增加小型投影型显示装置的亮度。然而，在增加激光光源的数量的情况下，需要更大的空间来布置激光光源增加的数量，并且难以使投影型显示装置小型化。
也正在进行具有高输出的激光光源的开发，具有高输出的激光光源的示例可包括多发射器激光光源。也可以通过使用多发射器激光光源来减少光源的数量。然而，从多发射器激光光源发射的光束被光源具有的发光点的数量分开。例如，即使使用非球面透镜来调节多发射器激光光源的远场模式(以下也称为FFP)，光束仍然根据从光源到聚光位置的光路长度而分开。因此，在将来自多发射器激光光源的光束和来自另一激光光源的光束组合的情况下，多发射器激光光源的FFP和另一激光光源的FFP可能会存在差异。在将包括多发射器激光光源和另一激光光源的光源装置用于投影型显示装置的情况下，该差异可能会降低投影图像的照度的均匀性。
如上所述，根据本技术的光源装置包括多发射器激光光源，但是可以形成具有高照度均匀性的光束。此外，由于所述光源装置使用多发射器激光光源，因此可以在具有高输出的同时实现小型化。因此，包括所述光源装置的投影型显示装置可以提供具有均匀照度的图像，并且可以使该装置更明亮并且更小。
此外，在一个光源装置包括多个激光光源的情况下，需要设计多个激光光源的二维或三维布置，以便对从多个激光光源发射的多个激光进行合成。例如，需要将从布置在不同位置的多个激光光源发射的多个激光引导到一个位置。在这种情况下，多个激光中的每一个从各个方向到达该一个位置。在多个激光光源包括多发射器激光光源的情况下，从多发射器激光光源发射的光束如上所述的那样被分开，因此很容易超处在该一个位置处所允许的入射角的范围。例如，从多发射器激光光源发射的光束超过了积分光学***所允许的入射角范围，并且可能发生光束的损失。
为了减小在积分光学***(例如，复眼透镜)上的入射角，可以设想增加从每个激光光源到积分光学***的入射表面的距离。然而，增加距离意味着光源装置的尺寸增加，并且可能例如妨碍投影型图像显示器的小型化。
如上所述，在根据本技术的光源装置中，可以防止从多发射器激光光源发射的激光的光束被分开。因此，可以容易地满足入射角的范围，并且可以防止光束的损失。
(2)第一实施方式的第一示例(包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置)
下面将参照图1A至图1G描述根据本技术的光源装置的示例。图1A是包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置100的示意图的示例。图1B是将从各个激光光源发射的激光的光路添加到图1A后的视图。图1C至图1G是仅示出光源装置的激光光源单元的视图。在这些视图中示出的投影型显示装置100是彩色液晶投影型显示装置，其包括用于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)光的单面板空间调制元件(例如，反射型液晶面板)。投影型显示装置将图像显示光投射到任意的投影面上，并且投射在投影面上的图像可以被人视觉识别。此外，在图1B中，R、G和B的彩色光的光路分别由虚线、交替的长短虚线和实线表示，并且这些线基本上都表示每个激光的光路的中心。此外，在图1B中，平行并排地示出了例如由二向色镜等合成的多个激光的光路，但是在实际的装置中合成的激光重叠。其他附图中的光路被类似地构造。
如图1A所示，投影型显示装置100包括激光光源单元110、积分光学***120、偏振分束(PBS)棱镜130、二维空间调制元件140和投影透镜(投影装置)150。激光光源单元110构成根据本技术的光源装置。
在图1C中，仅示出了图1A中的激光光源单元110。如图1C所示，激光光源单元110包括激光光源组111、准直透镜组112和导光单元115。
激光光源组111包括发射红色光的三个激光光源111R-1、111R-2和111R-3；发射绿色光的三个激光光源111G-1、111G-2和111G-3；以及发射蓝色光的两个激光光源111B-1和111B-2。这些激光光源可以是半导体激光器。
在下文中，激光光源111R-1、111R-2和111R-3也被统称为激光光源组111R。激光光源111G-1、111G-2和111G-3也被统称为激光光源组111G。激光光源111B-1和111B-2也被统称为激光光源组111B。
激光光源111R-1、111R-2和111R-3都是多发射器激光光源。多发射器激光光源是具有多个发光点(发射器)的激光光源。在本技术中，可以将本领域中已知的多发射器激光光源用作该多发射器激光光源。在本技术中使用的多发射器激光光源的发射器(发光点)的数量是两个或更多个，例如，两个至十个，且具体地是两个至五个。
在图1A中，发射红色激光的激光光源被用作多发射器激光光源，但是多发射器激光光源也可以被用作发射另一种颜色(例如，绿色或蓝色等)的激光光源。
在图1A中，多发射器激光光源的总数为三个，但是本技术的光源装置中包括的多发射器激光光源的数量(具体地是发射红色光的多发射器激光光源的数量)可以是至少一个，例如是一个至十个，特别是一个至五个。
根据本技术的一个实施方式，本技术的光源装置中包括的多发射器激光光源的数量(具体地是发射红色光的多发射器激光光源的数量)是多个(两个或更多个)，例如可以是两个至十个，更具体地是两个至五个。因此，可以增加投影图像的亮度。
在该实施方式中，多个多发射器激光光源可被布置成使得在这些光源的各自的发射表面上的每个激光的基本中心部分的行进方向共享一个平面。例如，图1C和1D中的激光光源组111R可被布置成使得在激光光源组111R的每个发射表面上的激光的基本中心部分的行进方向共享一个平面。
或者，在该实施方式中，多个多发射器激光光源可被布置成使得在这些光源各自的发射表面上的激光的基本中心部分的行进方向不共享一个平面。例如，图1C和图1D中所示的激光光源组111R中的一者或二者可被布置成位于图1C的纸面的前侧或后侧。例如，如果图1C的纸面是XY平面并且垂直于XY平面的前侧方向和后侧方向是如图1D所示的Z轴方向，则激光光源组111R可被布置成使得在发射表面上的一个或两个激光的行进方向不共享XY平面。通过以这种方式在Z轴方向上移动激光光源的位置，可以使光源装置在XY平面上紧凑，即，可以抑制装置尺寸在占地(footprint)方向上的扩展。
激光光源111G-1、111G-2和111G-3以及激光光源111B-1和111B-2是宽发射器激光光源。激光光源组111G和111B是本技术中的非多发射器激光光源。
在图1A中，将宽发射器激光光源用作非多发射器激光光源，但是可以使用其他类型的非多发射器激光光源。在本技术中，非多发射器激光光源例如可以是单发射器激光光源，具体地是宽发射器激光光源。
在图1A中，发射蓝色或绿色激光的激光光源被用作非多发射器激光光源，但是非多发射器激光光源也可以被用作发射另一种颜色(例如，红色等)的激光光源。
在图1A中，非多发射器激光光源的总数为五个，但是本技术的光源装置中包括的非多发射器激光光源的数量可以是至少一个，例如是一个至二十个，具体地是一个至十个。
根据本技术的一个实施方式，本技术的光源装置中包括的非多发射器激光光源的数量(具体地是发射蓝色或绿色光的非多发射器激光光源的总数)是多个(两个或更多个)，并且例如可以是2个至20个，更具体地是2个至10个。因此，可以增加投影图像的亮度。例如，发射蓝色光的非多发射器激光光源的数量是多个(两个或更多个)，并且例如可以是2个至10个，更具体地是2个至5个，发射绿色光的非多发射器激光光源的数量是多个(两个或更多个)，并且例如可以是2个至10个，更具体地是2个至5个。
在该实施方式中，多个非多发射器激光光源可被布置成使得在这些光源各自的发射表面上的激光的基本中心部分的行进方向共享一个平面。
或者，在该实施方式中，多个非多发射器激光光源可被布置成使得在这些光源各自的发射表面上的每个激光的基本中心部分的行进方向不共享一个平面。例如，如在图1D和图1F的透视图中所示，激光光源111G-2在Z轴方向上的位置不同于激光光源111G-3和111B-2在Z轴方向上的位置，即在激光光源111G-2的发射表面上的激光的基本中心部分的行进方向不共享由在激光光源111G-3和111B-2的发射表面上的激光的行进方向所形成的平面。通过以这种方式布置多个激光光源，使得其在Z轴方向上的位置不同，可以使光源装置在XY平面上紧凑。与此同时，以下描述的导光单元115中的反射镜和二向色镜可被布置成使得在Z轴方向上错开。
准直透镜组112包括：分别布置成紧接在发射红色光的三个激光光源111R-1、111R-2和111R-3之前的准直透镜112R-1、112R-2和112R-3；分别布置成紧接在发射绿色光的三个激光光源111G-1、111G-2和111G-3之前的准直透镜112G-1、112G-2和112G-3；以及分别布置成紧接在发射蓝色光的两个激光光源111B-1和111B-2之前的准直透镜112B-1和112B-2。
在下文中，准直透镜112R-1、112R-2和112R-3也被统称为准直透镜组112R。准直透镜112G-1、112G-2和112G-3也被统称为准直透镜组112G。准直透镜112B-1和112B-2也统称为准直透镜组112B。
准直透镜112R-1、112R-2和112R-3分别调节从作为多发射器激光光源的激光光源111R-1、111R-2和111R-3发射的激光。
每个准直透镜组112R可被布置成使得从激光光源组111R的每一个发射的每个激光在与另一激光组合之前被调节。
准直透镜112R-1是具有凹圆柱面和凸非球面的透镜。准直透镜112R-1被布置成使得凹圆柱面被布置在激光光源111R-1侧(激光的入射表面)上，并且凸非球面被布置在激光光源111R-1侧的相对侧(激光的发射表面)上。即，如图1B所示，从激光光源111R-1发射的激光从凹圆柱面进入准直透镜112R-1，在准直透镜112R-1中行进，然后从凸非球面离开准直透镜112R-1。
类似地，准直透镜112R-2和112R-3是具有凹圆柱面和凸非球面的透镜。准直透镜112R-2和112R-3被布置成使得凹圆柱面被布置在激光光源侧上，并且凸非球面被布置在激光光源侧的相对侧上。
例如，如图1A所示，准直透镜112R-1、112R-2和112R-3可以全部布置成紧接在激光光源111R-1、111R-2和111R-3的发射表面之前。在本技术中，本领域技术人员可以根据所需远场模式的形状，适当地设置多发射器激光光源的光发射表面与紧接在该光发射表面之前布置的准直透镜的发射表面(凸非球面的顶部)之间的距离，例如可以为2.5mm至4.5mm，优选地为2.8mm至4.0mm，并且更优选地为3.1mm至3.5mm。
如上所述，根据本技术的光源装置包括调节从多发射器激光光源发射的激光的准直透镜，并且该准直透镜具有至少一个圆柱面。具有圆柱面的准直透镜可以防止从多发射器激光光源发射的激光的光束分离。在本技术中，准直透镜可具有例如一个或两个圆柱面，并且具体地可具有一个圆柱面。例如，在本技术中，圆柱面可以是凹圆柱面。在圆柱面是凹圆柱面的情况下，该凹圆柱面可以设置在激光的入射表面上。优选地，准直透镜和多发射器激光光源可被布置成使得形成圆柱面的顶部的线(顶部的脊)与多发射器激光光源的多个发射器的布置方向正交。
根据本技术的一个实施方式，调节从多发射器激光光源发射的激光的准直透镜可具有一个凹圆柱面。凹圆柱面的曲率半径R优选为-3mm至-0.5mm，更优选地为-2.9mm至-1mm，进一步优选地为-2.5mm至-1mm，特别优选为-2.2mm至-1mm。通过具有这样的曲率半径的凹圆柱面，可以容易地防止从多发射器激光光源发射的激光的光束分离。
根据本技术的另一实施方式，调节从多发射器激光光源发射的激光的准直透镜可具有一个凸圆柱面。凸圆柱面的曲率半径R优选为0.5mm至3mm，更优选地为1mm至2.9mm，进一步优选地为1mm至2.5mm，特别优选为1mm至2.2mm。通过具有这样的曲率半径的凸圆柱面，可以容易地防止从多发射器激光光源发射的激光的光束分离。
此外，曲率半径与下面描述的平均光路长度和/或折射率的组合，使得更容易地防止从多发射器激光光源发射的激光的光束分离。
准直透镜112G-1、112G-2和112G-3分别调节从激光光源111G-1、111G-2和111G-3发射的激光。
准直透镜组112G中的每一个可被布置成使得从激光光源组111G的每一个发射的每个激光在每个激光与另一激光进行颜色合成之前被调节。例如，如图1A所示，准直透镜112G-1、112G-2和112G-3都被布置成紧接在激光光源111G-1、111G-2和111G-的光发射表面之前。
准直透镜112G-1是具有平坦表面和凸非球面的透镜。准直透镜112G-1被布置成使得平坦表面被布置在激光光源111G-1侧上，并且凸非球面被布置在与激光光源111G-1侧相对的侧上。即，如图1B所示，从激光光源111G-1发射的激光从平坦表面进入准直透镜112G-1，在准直透镜112G-1中行进，然后从凸非球面离开准直透镜112G-1。
类似地，准直透镜112G-2和112G-3是具有平坦表面和凸非球面的透镜。准直透镜112G-2和112G-3被布置成使得平坦表面被布置在激光光源侧上，并且凸非球面被布置在与激光光源侧相对的侧上。
因为激光光源组111G是宽发射器激光光源，所以可以通过准直透镜组112G将从激光光源组111G的每一个发射的激光调节为实质上平行的光。
准直透镜112B-1和112B-2分别调节从激光光源111B-1和111B-2发射的激光。
准直透镜组112B中的每一个可被布置成使得从激光光源组111B的每一个发射的每个激光在每个激光与另一激光进行颜色合成之前被调节。例如，如图1A所示，准直透镜112B-1和112B-2二者均可被布置成紧接在激光光源111B-1和111B-2的光发射表面之前。
准直透镜112B-1是具有平坦表面和凸非球面的透镜。准直透镜112B-1被布置成使得平坦表面被布置在激光光源111B-1侧上，并且凸非球面被布置在与激光光源111B-1侧相对的侧上。即，如图1B所示，从激光光源111B-1发射的激光从准直透镜112B-1的平坦表面进入准直透镜112B-1，并在准直透镜112B-1中行进，然后从凸面离开准直透镜112B-1。
类似地，准直透镜112B-2是具有平坦表面和凸非球面的透镜。准直透镜112B-2被布置成使得平坦表面被布置在激光光源侧上，并且凸非球面被布置在与激光光源侧相对的侧上。
因为激光光源组111B是宽发射器激光光源，所以可以通过准直透镜组112B将从激光光源组111B的每一个发射的激光调节为实质上平行的光。
导光单元115包括二向色镜组113和反射镜组114。
二向色镜组113具有能够对不同颜色的激光进行颜色合成的光学特性。
二向色镜113-1具有透射蓝色激光并反射绿色激光的光学特性。如图1E和1F所示，二向色镜113-1透射由激光光源111B-1发射的蓝色激光。此外，如图1B所示，二向色镜113-1反射从激光光源111G-1发射的绿色激光。以这种方式，二向色镜113-1对从激光光源111B-1发射的蓝色激光和从激光光源111G-1发射的绿色激光进行颜色合成。
二向色镜113-2具有反射蓝色激光并透射绿色激光的光学特性。如图1B和1E所示，二向色镜113-2透射从激光光源111G-3发射的绿色激光并且反射从激光光源111B-2发射的蓝色激光。以这种方式，二向色镜113-2对从激光光源111G-3发射的绿色激光和从激光光源111B-2发射的蓝色激光进行颜色合成。
二向色镜113-3具有反射红色激光并透射绿色激光和蓝色激光的光学特性。如图1B所示，具有该光学特性的二向色镜113-3对从激光光源组111R发射的红色激光和从激光光源组111G、111B发射的经颜色合成的激光进行颜色合成。
二向色镜113-4具有反射红色激光并透射其他颜色的激光的光学特性。从激光光源111R-2发射的红色激光被二向色镜113-4反射并行进至二向色镜113-3。
二向色镜113-5具有反射红色激光并透射其他颜色的激光的光学特性。从激光光源111R-3发射的红色激光被二向色镜113-5反射并行进至二向色镜113-3。
根据本技术的一个实施方式，二向色镜113-4和/或二向色镜113-5的红色激光的反射表面可以是凹圆柱面。即，二向色镜113-4和/或二向色镜113-5可以是柱面镜。通过以这种方式在经由准直透镜112R-2或112R-3调节的激光的光路上设置柱面镜，在从激光光源到积分光学***的光路长度改变的情况下，通过调节凹圆柱面的曲率，可以调节准直透镜112R-2或112R-3无法补偿的在速度轴侧的光束宽度。此外，通过调节柱面镜的曲率，可以容易地根据光路长度的变化来调节积分光学***中的远场模式。即，通过优化曲率，可以优化远场模式，并且还可以响应光路长度的变化。作为柱面镜的二向色镜113-4和/或二向色镜113-5的凹圆柱面的曲率半径优选为-150mm<R<-5mm，更优选地为-100mm<R<-10mm。
根据本技术的另一实施方式，可以使用具有凸圆柱面的柱面透镜来代替具有凹圆柱面的柱面镜。即，柱面透镜可以设置在由准直透镜调节的激光的光路上。例如，在将该实施方式应用于图1A所示的导光单元的情况下，二向色镜113-4和113-5的反射表面为平坦表面，并且可以将柱面透镜布置在从激光光源111R-2和/或111R-3发射的激光的光路上。来自这些激光光源的红色激光从与柱面透镜的凸圆柱面相反的表面(例如，平坦表面)进入柱面透镜，并从凸圆柱面射出。柱面透镜的凸圆柱面的曲率半径优选为5mm<R<150mm，更优选地为10mm<R<100mm。
二向色镜组113的一个或多个可以优选地是具有改善激光的偏转率的光学特性(偏振特性)的二向色镜。具有该光学特性的二向色镜可以提高由二向色镜反射或透射的激光的偏振比，并且可以形成例如更适合于图像投影的光束。
反射镜组114可具有仅反射要反射的彩色光的激光的光学特性，或者可具有除了要反射的彩色光之外还反射另一种彩色光的激光的光学特性。
如图1B所示，反射镜114-1反射从111G-2发射的激光，使得该激光行进至反射镜114-2。
如图1B所示，反射镜114-2反射从111B-1、111G-1和111G-2发射的激光，使得这些激光行进至二向色镜113-3。
如图1B所示，反射镜114-3反射从激光光源111B-2发射的激光，使得该激光行进至二向色镜113-2。
如图1D、1F和1G所示，二向色镜113-2和反射镜114-2被布置成在Z轴方向上偏移。因此，二向色镜113-2和反射镜114-2在图1A所示的平面图上被示出为重叠。二向色镜113-1和反射镜114-1被类似地构造。通过这样布置包括在导光单元中的光学部件以便在Z轴方向上偏移，可以使其与布置成在Z轴方向上偏移的激光光源组111对应，并且可以使光源装置在XY平面上紧凑。
如上所述，从激光光源组111R、111G和111B发射的激光通过导光单元115进行颜色合成而聚集。通过导光单元115进行颜色合成而聚集的光束行进至积分光学***120。
激光光源组111R是多发射器激光光源，但是从激光光源组111R发射的激光由具有圆柱面的准直透镜组112R调节，因此其光束不会分离。因此，通过导光单元115进行颜色合成而聚集的光束的照度的均匀性很高。
此外，在通过准直透镜组112R调节从激光光源组111R发射的激光的情况下，例如，通过沿光轴方向移动准直透镜组112，可以容易地调节激光的远场模式的形状。因此，可以容易地将积分光学***120的入射表面上的多发射器激光光源组(激光光源组111R)的远场模式和非多发射器激光光源组(激光光源组111G和111B)的远场模式变为基本相同的形状。即，本技术的光源装置可被构造为使得在积分光学***的入射表面上的多发射器激光光源组的远场模式和非多发射器激光光源组的远场模式形成为具有基本相同的形状。本技术的光源装置的这种构造还有助于提高通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束的照度的均匀性。
在本技术中，包括在激光光源单元中的激光光源组、准直透镜组、二向色镜组和反射镜组的构造不限于图1A中所示的那些。本领域技术人员可以适当地改变激光光源单元的构造。图2示出了激光光源单元的另一示例。
图2所示的激光光源单元与图1A所示的激光光源单元相同，不同之处在于：使用具有透射红色激光并反射绿色激光和蓝色激光的光学特性的二向色镜213-3来代替具有反射红色激光并透射绿色激光和蓝色激光的光学特性的二向色镜113-3。通过以这种方式改变激光光源单元的部件的光学特性，可以改变由激光光源单元聚集的光束的发射方向。
在本技术中，从包括在光源装置中的发射各种彩色光的激光光源组发射的激光的平均光路长度优选为20mm以上且55mm以下，并且更优选地为25mm以上且50mm以下。即，从发射红色光的激光光源组发射的激光的平均光路长度优选为20mm以上且55mm以下，并且更优选地为25mm以上且50mm以下，从发射蓝色光的激光光源组发射的激光的平均光路长度优选为20mm以上且55mm以下，并且更优选地为25mm以上且50mm以下，从发射绿色光的激光光源组发射的激光的平均光路长度优选为20mm以上且55mm以下，并且更优选地为25mm以上且50mm以下。
对于图1中所示的投影型显示装置100，平均光路长度是从发射每种彩色光的激光光源组的发光点到积分光学***120的入射表面的光路长度的平均值(具体是简单平均值)。例如，在激光光源单元包括发射红色光的多个激光光源的情况下，从多个激光光源的各个发光点到积分光学***的入射表面的距离的平均值(具体是简单平均值)为发射红色光的激光光源组的平均光路长度。
注意，对于以下(3)中所示的投影型显示装置300，平均光路长度是从发射每种彩色光的激光光源组的发光点一直到第二积分光学***360(复眼透镜361)的入射表面的光路长度的平均值(具体是简单平均值)。
通过将光源装置中的激光光源组布置为具有上述数值范围内的平均光路长度，可以使光源装置紧凑，此外，可以避免不满足积分光学***的入射角限制的光束的损失。在该数值范围内的平均光路长度还可以有助于抑制从多发射器激光光源发射的光束的分离。
在本技术中，在仅存在一个发射某种彩色光的激光光源的情况下，激光光源的光路长度可以优选为25mm或以下，并且更优选为20mm或以下。例如，在发射红色光的激光光源的数量为1个的情况下，从激光光源的发光点到积分光学***的入射表面的光路长度优选为25mm或以下，并且更优选为20mm或以下。其他彩色光的激光光源被类似地构造。因此，可以使光源装置紧凑，并且可以避免不满足积分光学***的入射角限制的光束的损失。在该数值范围内的光路长度还可以有助于抑制从多发射器激光光源发射的光束的分离。
在平均光路长度或光路长度在上述数值范围内的情况下，调节从多发射器激光光源发射的激光的准直透镜的折射率nd优选为1.70至1.85，并且更优选1.72至1.82。
积分光学***120均匀化通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束，并将光束转换为实质上平行的光。此外，积分光学***120与二维空间调制元件140共轭。除上述激光光源单元之外，本技术的光源装置还可包括积分光学***120。
根据本技术的优选实施方式，朝向积分光学***120的上述光束的入射角θ(°)可以在由下式(1)表示的范围内：
θ<180/π·sin-1(NA)...(1)
(其中NA ＝1/(2*F#)，F#＝EFL/D，F#是投影型显示装置的投影透镜，EFL是投影型显示装置的投影透镜的焦距，且D是投影透镜的孔径)。
通过将投影型显示装置构造为使得光束的入射角θ在该范围内，可以减少光束的损失。
积分光学***120包括例如复眼透镜或棒状透镜。从小型化的观点出发，积分光学***120优选包括复眼透镜。积分光学***120例如包括一对复眼透镜和聚光透镜。
在一对复眼透镜中，在导光单元侧的第一复眼透镜将光束分离为构成第一复眼透镜的微透镜的数量。每个微透镜可具有与二维空间调制元件140的形状基本相似的形状。每个分离的光束会聚在构成位于二维空间调制元件140侧的第二复眼透镜的每个微透镜上。穿过导光单元和第二复眼透镜的每个光束被聚光透镜转换成实质上平行的光。如上所述，通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束被一对复眼透镜和聚光透镜均匀化并转换为实质上平行的光。如此获得的实质上平行的光行进至偏振分束棱镜130。
作为偏振分束棱镜130、二维空间调制元件140和投影透镜150，可以使用本领域中已知的元件。
作为偏振分束棱镜130，例如，可以使用其中在接合面上形成有介电多层膜的两个直角棱镜层叠的棱镜。偏振分束棱镜130可以将从积分光学***120传播的实质上平行的光分成P偏振光和S偏振光。分离的光束行进至二维空间调制元件140。
二维空间调制元件140例如可以是反射型液晶元件(LCOS，硅上液晶)。分离的光束被二维空间调制元件140调制以形成图像显示光。
投影透镜150将由二维空间调制元件140形成的图像显示光放大并投影到任意的投影表面上。
如上所述，通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束的照度均匀性很高。因此，放大的投影图像的照度均匀性也很高。
(3)第一实施方式的第二示例(包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置)
根据本技术的光源装置可进一步包括第二积分光学***，以进一步增加激光的照度的均匀性。第二积分光学***特别适合于(特别是在使用两个或更多个发射一种颜色的激光光源的情况下)提高激光的照度均匀性(特别是到达二维空间调制元件的光的均匀性)。
此外，根据本技术的光源装置可包括用于偏振的光学元件，以便进一步提高由颜色合成而聚集的光束的偏振比。
在下文中，将参照图3描述根据本技术的光源装置，该光源装置包括第二积分光学***和用于偏振的光学元件。
图3是包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置300的示意图的示例。如图3所示，投影型显示装置300包括激光光源单元310、积分光学***320、偏振分束器(PBS)棱镜330、二维空间调制元件340和投影透镜(投影装置)350。
投影型显示装置300进一步包括用于使光束的照度均匀化的第二积分光学***360。第二积分光学***360包括复眼透镜361和中继透镜362A和362B。第二积分光学***360布置在导光单元与积分光学***320之间的光路上。
投影型显示装置300可进一步包括作为偏振镜363和斑点消除器364，它们是用于偏振的光学元件。
图3中的激光光源单元310、积分光学***320、偏振分束棱镜330、二维空间调制元件340和投影透镜(投影装置)350与以上“(2)第一实施方式的第一示例(光源装置)”中描述的激光光源单元110、积分光学***120、偏振分束棱镜130、二维空间调制元件140和投影透镜(投影装置)150相同，并且其描述也适用于图3。因此，将省略这些部件的描述。
激光光源单元310包括多发射器激光光源，但是如以上“(2)第一实施方式的第一示例(包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置)”中所描述的，由多发射器激光光源发射的激光的光束不被具有圆柱面的准直透镜组分离。因此，通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束的照度均匀性很高。因此，放大的投影图像的照度均匀性也很高。
此外，通过沿光轴方向移动具有圆柱面的准直透镜组，能够容易地调节从多发射器激光光源组发射的激光的远场模式的形状。因此，可以容易地将第二积分光学***360(特别是复眼透镜361)的入射表面上的多发射器激光光源组的远场模式和非多发射器激光光源组的远场模式变为基本相同的形状。即，本技术的光源装置可被构造为使得在入射表面上的多发射器激光光源组的远场模式和非多发射器激光光源组的远场模式可以形成为具有基本相同的形状。本技术的光源装置的这种构造还有助于提高通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束的照度的均匀性。
复眼透镜361均匀化通过导光单元进行颜色合成而聚集的光束的照度。由复眼透镜361均匀化的光束经由中继透镜362A和362B传播到积分光学***120。
复眼透镜361例如可以是具有两个复眼表面的透镜。作为透镜，例如，可以使用集成式复眼或双复眼。双复眼可具有包括两个复眼透镜的构造，并且在积分光学***120侧上的第二复眼透镜布置在位于导光单元侧的第一复眼透镜的焦点位置处。例如，集成式复眼是在两个复眼透镜之间的空间填充有例如玻璃等的透镜，即复眼表面形成在四角棱镜或圆柱体的两个端面上。优选地，复眼透镜361中包括的两个复眼表面具有相同的曲率半径。
优选地，复眼透镜361(导光单元侧的复眼表面)上的光束的入射角θ(°)满足下式(2)，
θ<180/π·tan-1(h/f)...(2)
(其中f＝nR2/((n-1)(2nR-t(n-1)))(在两侧的R相同的情况下)，θ是复眼透镜上的光束的入射角，h是复眼透镜的一个像元的像高(mm)，f是复眼透镜的焦距(mm)，n是复眼透镜的折射率，R是复眼透镜的曲率半径(mm)，t是复眼透镜的芯厚度(mm))。
通过将激光光源和反射镜布置在光源装置中，使得入射角θ满足式(2)的数值范围，可以避免光束的损失。
中继透镜362A和362B例如可以是平凸非球面透镜。例如，中继透镜362A的平坦表面可被布置为面对复眼透镜361，并且中继透镜362A的凸面可以面对中继透镜362B侧。此外，中继透镜362B的凸面可被布置为面对中继透镜362A侧，中继透镜362B的平坦表面可被布置为面对积分光学***120。
根据本技术的优选实施方式，由导光单元聚集的光束被偏振镜363反射。这提高了光束的偏振比。偏振镜363被布置成使得由导光单元聚集的光束以大致布鲁斯特角入射在偏振镜363上。通过以这种方式构造根据本技术的光源装置，可以进一步提高光束的偏振比。
斑点消除器364例如可包括扩散板和致动器。可以通过使用致动器移动扩散板来减少斑点。斑点消除器364可布置在图3所示的位置以外的位置，或者可以不包括在投影型显示装置300中。可以通过移动其上投影有来自投影型显示装置300的图像显示光的投影表面来消除斑点。本领域技术人员已知的用于减少斑点的技术可以用于本技术中。
如上所述，第二积分光学***360和偏振镜363可进一步提高光束的照度均匀性并且进一步提高偏振比。此外，斑点消除器364还减少了斑点。通过这些构造，可以投影出更好的图像。
(4)第一实施方式的第三示例(激光光源单元的另一示例)
在以上(2)和(3)中描述的光源装置中，紧接在多发射器激光光源之前布置的准直透镜具有圆柱面，并且该圆柱面防止从激光光源发射的光束被分成两个或更多个。具有圆柱面的准直透镜不必布置成紧接在多发射器激光光源之前。
根据本技术的一个实施方式，具有圆柱面的准直透镜可以布置在从一个多发射器激光光源的发射端口到其与由另一激光光源发射的激光聚集的位置的光路上的任何位置处。例如，作为具有平坦表面和凸非球面表面的透镜的准直透镜可被布置成紧接在多发射器激光光源之前，并且具有圆柱面的准直透镜可进一步设置在从准直器透镜到与来自另一激光光源的激光聚集的位置的任何位置处。在下文中，将参照图4A和图4B描述该实施方式的示例。图4A是根据本技术的光源装置中包括的激光光源单元410的示意图的示例。图4B是激光光源单元410的透视图。
如图4A所示，激光光源单元410包括：发射红色光的三个激光光源411R-1、411R-2和411R-3；发射绿色光的三个激光光源411G-1、411G-2和411G-3；以及发射蓝色光的两个激光光源411B-1和411B-2。这些激光光源可以是半导体激光器。
在下文中，这些激光光源也被统称为激光光源组411。此外，激光光源411R-1、411R-2和411R-3也被统称为激光光源组411R。激光光源411G-1、411G-2和411G-3也被统称为激光光源组411G。激光光源411B-1和411B-2也被统称为激光光源组411B。
激光光源组411R是多发射器激光光源。激光光源组411G和激光光源组411B全部是宽发射器激光光源。激光光源组411G和411B对应于本技术中的非多发射器激光光源。
如图4A所示，激光光源单元410包括：分别布置成紧接在发射红色光的三个激光光源411R-1、411R-2和411R-3之前的准直透镜412R-1、412R-2和412R-3；分别布置成紧接在发射绿色光的三个激光光源411G-1、411G-2和411G-3之前的准直透镜412G-1、412G-2和412G-3；以及分别布置成紧接在发射蓝色光的两个激光光源411B-1和411B-2之前的准直透镜412B-1和412B-2。
在下文中，这些准直透镜也被统称为准直透镜组412。此外，准直透镜412R-1、412R-2和412R-3也被统称为准直透镜组412R。准直透镜412G-1、412G-2和412G-3也被统称为准直透镜组412G。准直透镜412B-1和412B-2也被统称为准直透镜组412B。
每个准直透镜组412调节从每个激光光源组411发射的激光。每个准直透镜组412可被布置成紧接在每个激光光源组411之前。每个准直透镜组412是具有平坦表面和凸面的非球面透镜。它被布置成紧接在每个激光光源组411之前，使得平坦表面被布置在每个激光光源侧上，而凸面被布置在每个激光光源侧的相对侧上。
激光光源单元410包括二向色镜413-1、413-2和413-3。在下文中，这三个二向色镜也被统称为二向色镜组413。
二向色镜413-1具有透射蓝色激光并反射绿色激光的光学特性。由于该光学特性，二向色镜413-1透射从激光光源411B-1发射的蓝色激光并且反射从激光光源411G-2发射的绿色激光。因此，对从激光光源411B-1发射的蓝色激光和从激光光源411G-2发射的绿色激光进行颜色合成。
注意，如图4B所示，相对于二向色镜413-1，反射镜414-1布置在图4A的纸面的后侧上。因此，从激光光源411B-1发射的蓝色激光不通过反射镜414-1。
二向色镜413-2具有反射蓝色激光并透射绿色激光的光学特性。由于该光学特性，二向色镜413-2反射从激光光源411B-2发射的蓝色激光并透射从激光光源411G-3发射的绿色激光。因此，对从激光光源411B-2发射的蓝色激光和从激光光源411G-3发射的绿色激光进行颜色合成。
二向色镜413-3具有反射红色激光并透射绿色激光和蓝色激光的光学特性。由于该光学特性，二向色镜413-3反射从激光光源组111R发射的红色激光，并透射从激光光源组111G和111B发射并被颜色合成的激光。因此，从激光光源组411R、411G和411B发射的激光通过颜色合成而聚集。
二向色镜组413的一个或多个优选地具有偏振特性。偏振特性例如可以是用于改善偏振比的特性。因此，可以改善由二向色镜组413反射的光的偏振比，并且例如，可以形成更适合于图像投影的光束。
激光光源单元410包括反射镜414-1、414-2、414-3、414-4和414-5。在下文中，这五个二向色镜也被统称为反射镜组414。
从激光光源414G-1发射的激光被反射镜414-1反射并行进至反射镜414-4。
如图4B所示，相对于由激光光源411B-1发射的激光的通过位置，反射镜414-1布置在图4A的纸面的后侧上。因此，反射镜414-1不影响该激光。
反射镜414-2反射从激光光源411R-2发射的激光，使得该激光行进至二向色镜413-3。
如图4B所示，相对于由激光光源411R-1发射的激光的通过位置，反射镜414-2布置在图4A的纸面的前侧上。因此，反射镜414-2不影响该激光。
反射镜414-3反射从411R-3发射的激光，使得该激光行进至二向色镜413-3。
如图4B所示，相对于由激光光源411R-1和411R-2发射的两个激光的通过位置，反射镜414-3布置在图4A的纸面的后侧上。因此，反射镜414-3不影响这两个激光。
反射镜414-4反射从411B-1、411G-1和411G-2发射的激光，使得这些激光行进至二向色镜413-3。
反射镜414-5反射从激光光源411B-2发射的激光，使得这些激光行进至二向色镜413-2。
注意，反射镜414-2和/或414-3可以是具有如上文(2)中所描述的凹圆柱面的二向色镜。利用该二向色镜，可以如上文(2)中所描述的那样调节远场模式。
激光光源单元410进一步包括准直透镜415-1、415-2和415-3。准直透镜415-1、415-2和415-3分别调节从多发射器激光光源411R-1、411R-2和411R-3发射的激光。通过该调节，可以防止从这些多发射器激光光源发射的激光的光束被分离。
在下文中，准直透镜415-1、415-2和415-3也被统称为准直透镜组415。
准直透镜415-1是具有平坦表面和凸圆柱面的非球面透镜。准直透镜415-1被布置成使得平坦表面被布置在激光光源411R-1侧上，并且凸圆柱面被布置在激光光源411R-1侧的相对侧上。即，从激光光源411R-1发射的激光从准直透镜415-1的平坦表面进入准直透镜415-1，在准直透镜415-1中行进，然后从凸圆柱面离开准直透镜415-1。
类似地，准直透镜415-2和415-3也是各自具有平坦表面和凸圆柱面的非球面透镜。准直透镜415-2和415-3被布置为使得平坦表面被布置在激光光源侧上，并且凸圆柱面被布置在激光光源侧的相对侧上。
如上所述，从激光光源组411R、411G和411B发射的激光通过导光单元115进行颜色合成而聚集。通过导光单元115进行颜色合成而聚集的光束能够经由例如上文(2)中描述的复眼透镜361和中继透镜362A行进至积分光学***(未示出)。
本技术的光源装置可包括如上所述的激光光源单元。
2.第二实施方式(投影型显示装置)
本技术还提供了包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置。投影型显示装置例如是如上文“1.第一实施方式(光源装置)”中所描述，并且其描述也适用于根据本技术的投影型显示装置。例如，除了根据本技术的光源装置之外，根据本技术的投影型显示装置可进一步包括偏振分束器、二维空间调制元件和投影透镜。偏振分束器、二维空间调制元件和投影透镜也如上文“1.第一实施方式(光源装置)”中所描述。
例如，根据本技术的投影型显示装置如可以如图5A所示的那样构造。图5A是上文“(3)第一实施方式的第二示例(包括根据本技术的光源装置的投影型显示装置)”中所描述的投影型显示装置300的构造的示例。在这些构造中，示出了激光光源单元的内部结构。此外，图5A所示的投影型显示装置300可以适当地用包括散热器的壳体覆盖。图5A的左侧对应于向右旋转90度的图3所示的投影型显示装置300。图5A的右侧示出了投影型显示装置的投影透镜朝向图5A的纸面的前侧的状态。图5A中的区域310对应于图3中的激光光源单元310。此外，图5A中的附图标记360对应于图3中的第二积分光学***360。偏振分束棱镜330、二维空间调制元件340和投影透镜350被容纳在由附图标记500表示的区域中。
下面将参照图5B、图5C和图5D描述使用根据本技术的投影型显示装置的方法。图5B和图5C是示出根据本技术的投影型显示装置的使用状态的示例的视图。图5D是示出在根据本技术的投影型显示装置中，在其上布置有用于图像显示光的投影端口的表面的视图。
如图5B和图5C所示，根据本技术的投影型显示装置1000连接至吊杆1200，并且吊杆1200被固定至台1100。投影型显示装置1000被布置成将图像显示光投射至例如台1100的顶板表面1101。通过图像显示光的投射，图像1300被投影在顶板表面1101上。通过以这种方式将图像1300投影到顶板表面1101上，台1100周围的多个人可以看到图像。
如图5D所示，从投影型显示装置1000投射的图像显示光从投影端口1001朝向顶板表面1101投射。如图5D所示，相机1002可以设置在其上设置有投影端口1001的表面上。相机1002能够对其上投射有图像显示光的表面进行成像。例如，投影型显示装置1000将图像显示光投射到顶板表面1101上或布置在顶板表面1101上的纸张上，并且人们在通过图像显示光投影有图像的顶板表面1101或纸张上书写字母或绘制图形。在书写字母或绘制图形之后，由相机1002拍摄图像。因此，可以记录在其上书写字母或绘制图形的静止图像，或者可以将书写字母或绘制图形的过程记录为动态图像。
3.示例
(1)通过具有圆柱面的准直透镜抑制激光的光束分离
通过光学软件模拟在从多发射器激光光源发射的激光被没有圆柱面的准直透镜调节的情况下获得的激光的FFP以及在从多发射器激光光源发射的激光被具有圆柱面的准直透镜调节的情况下获得的激光的FFP。图6示出了用于说明在前一种情况下的模拟内容和通过模拟获得的图像的示意图。图7示出了用于说明后一种情况下的模拟内容和通过模拟获得的图像的示意图。
如图6(a)中所示，通过光学软件模拟了在积分光学***(复眼透镜)630的入射表面上的激光的光束轮廓，该激光是通过具有平坦表面611和凸非球面612的准直透镜610调节从发射红色激光的多发射器激光光源600发射的激光而获得的。模拟结果在图6(b)中示出。如图6(b)所示，从多发射器激光光源发射的激光分离成两个光束。
如图7(a)中所示，通过光学软件模拟了在积分光学***(复眼透镜)630的入射表面上的激光的光束轮廓，该激光是通过具有圆柱面621和凸非球面622的准直透镜620调节从发射红色激光的多发射器激光光源600发射的激光而获得的。模拟结果在图7(b)中示出。如图7(b)所示，从多发射器激光光源发射的激光没有分成两个光束，而是形成了椭圆形FFP。
如图6和图7所示，具有圆柱面的准直透镜可以防止从多发射器激光光源发射的激光的光束分离。
(2)通过沿光轴方向移动准直透镜来调节FFP
模拟了由于调节多发射器激光光源和准直透镜之间的距离而引起的FFP变化。在模拟中，确认了在使用不具有圆柱面的准直透镜的情况下FFP的变化和在使用具有圆柱面的准直透镜的情况下FFP的变化。
如图8A的上侧所示，通过光学软件模拟了在积分光学***(复眼透镜)的入射表面830上的激光的光束轮廓，该激光是通过具有平坦表面811和凸非球面812的准直透镜810调节从发射红色激光的多发射器激光光源800发射的激光而获得的。分别在以下情况下进行模拟：多发射器激光光源800和非球面准直透镜810之间的距离d1为3.0mm的情况、距离d1为3.1mm的情况、和距离d1为3.2mm的情况。在所有三个模拟中，从多发射器激光光源800到入射表面830的距离d2(在图8A的下侧示出)为20mm。
上述三个模拟的结果在图8B中示出。如图8B所示，在所有上述三个模拟中，从多发射器激光光源800发射的激光分成三个光束。此外，在所有上述三个模拟中，两端的峰之间的距离为1.3mm或1.31mm，垂直方向的FFP几乎不变。因此，难以通过改变多发射器激光光源与准直透镜之间的距离来调节FFP。
接下来，如图9A所示，通过光学软件模拟了在积分光学***(复眼透镜)的入射表面830上的激光的光束轮廓，该激光是通过具有圆柱面821和凸非球面822的准直透镜820调节从发射红色激光的多发射器激光光源800发射的激光而获得的。分别在以下情况下进行模拟：多发射器激光光源800与非球面准直透镜820之间的距离d1从参考位置(其中在该参考位置处，从激光光源800到准直透镜820的凸面顶点的距离为：3.3mm)更接近激光光源0.05mm(b-1)、在参考位置处(b-2)、从参考位置远离激光光源0.05mm(b-3)、从参考位置远离激光光源0.1mm(b-4)、从参考位置远离激光光源0.15mm(b-5)、从参考位置远离激光光源0.2mm(b-6)和从参考位置远离激光光源0.25mm(b-7)。在所有这些模拟中，从多发射器激光光源800到积分光学***(复眼透镜)的入射表面830的距离d2为30mm。
这些模拟的结果在图9B和9C中示出。图9B示出了光束轮廓。图9C示出了Y轴强度分布。如图9B和9C所示，所有这些模拟结果表明，从多发射器激光光源800发射的激光的光束没有分离。
此外，从这些模拟结果可以看出，通过改变多发射器激光光源与非球面准直透镜之间的距离，可以容易地调节FFP的形状。
接下来，在上述图9A所示的情况下模拟激光的光束轮廓，不同之处在于：将从多发射器激光光源800到积分光学***(复眼透镜)的入射表面830的距离d2更改为25mm、35mm或20mm。
在距离d2为25mm的情况下，分别在以下情况下进行模拟：多发射器激光光源800与非球面准直透镜820之间的距离d1为处于参考位置(其中在该参考位置处，从激光光源800到准直透镜820的凸面顶点的距离为：3.3mm)的距离的情况(c-1)，或者距离d1为使得非球面准直透镜相较于参考位置远离激光光源0.05mm(c-2)、0.1mm(c-3)、0.15mm(c-4)、0.2mm(c-5)、或0.25mm(c-6)的情况。
在距离d2为35mm的情况下，分别在以下情况下进行模拟：多发射器激光光源800与非球面准直透镜820之间的距离d1为使得非球面准直透镜相较于参考位置(其中在该参考位置处，从激光光源800到准直透镜820的凸面顶点的距离为：3.3mm)更接近激光光源0.1mm(d-1)或0.05mm(d-2)的情况，或者多发射器激光光源800与非球面准直透镜820之间的距离d1为处于参考位置的距离的情况(d-3)，或者距离d1为使得非球面准直透镜相较于参考位置远离激光光源0.05mm(d-4)、0.1mm(d-5)、或0.15mm(d-6)的情况。
在距离d2为20mm的情况下，分别在以下情况下进行模拟：多发射器激光光源800与非球面准直透镜820之间的距离d1为处于参考位置(其中在该参考位置处，从激光光源800到准直透镜820的凸面顶点的距离为：3.3mm)的距离的情况(e-1)，或者距离d1为使得非球面准直透镜相较于参考位置远离激光光源0.05mm(e-2)、0.1mm(e-3)、0.15mm(e-4)、0.2mm(e-5)、0.25mm(e-6)、0.3mm(e-7)、0.35mm(e-8)、或0.4mm(e-9)的情况。
距离d2为25mm和35mm的情况下的模拟结果在图10A中示出。距离d2为20mm的情况下的模拟结果在图10B中示出。在图10A和10B中所示，在任何光路长度处激光都没有分离。此外，还可以看出，通过改变距离d1，可以容易地调节FFP的形状。
(3)二维空间调制元件的面板上的照度分布
通过光学软件模拟具有图3所示的构造的投影型显示装置300中的二维空间调制元件340的液晶面板上的照度分布。在模拟中，LCOS被用作二维空间调制元件340。
在模拟中，从多发射器激光光源发射的激光的FFP具有椭圆形状，其具有与从另一激光光源发射的激光的FFP基本上相同的形状。
通过光学软件模拟照度分布。图11示出了通过模拟获得的照度分布。在图11中，液晶面板的有效范围是被四边形A包围的区域。如图11所示，液晶面板在整个有效范围上被照明。
对于除了使用具有平坦表面和凸非球面的准直透镜代替具有圆柱面和非球面凸面之外与具有图3A所示的构造的投影型显示装置300相同的投影型显示装置，模拟二维空间调制元件340的液晶面板上的照度分布。同样在该模拟中，LCOS被用作二维空间调制元件340。
在该模拟中，通过具有平坦表面和凸非球面的准直透镜来调节从多发射器激光光源发射的激光。因此，激光的FFP不是椭圆形的并且不具有与从另一激光光源发射的激光的FFP基本上相同的形状。
通过光学软件模拟了该照度分布。图12示出了通过模拟获得的该照度分布。在图12中，液晶面板的有效范围是被四边形A包围的区域。如图12所示，液晶面板的有效范围的上部和下部没有被充分照明。此外，在有效范围的四个角B上的聚光不足。
从图11和图12的结果比较可以看出，通过使从多发射器激光光源发射的激光的FFP具有椭圆形状并且具有与从另一激光光源发射的激光的FFP基本上相同的形状，可以使二维空间调制元件的液晶面板上的照明分布均匀。
(4)由第二积分光学***形成的图像的照度分布
通过光学软件模拟由具有图3A所示的构造的投影型显示装置300中的第二积分光学***360形成的图像的照度分布。模拟结果在图13中示出。图13(a)示出了所形成的图像的照度分布。图13(b)示出了图13(a)的垂直截面X中的照度分布。如图13(a)和图13(b)中所示，由第二积分光学***形成的图像的照度分布是均匀的。
针对除了使用具有平坦表面和凸非球面的准直透镜代替具有圆柱面和非球面凸面之外与具有图3A所示的构造的投影型显示装置300相同的投影型显示装置，通过光学软件模拟由第二积分光学***360形成的图像的照度分布。模拟结果在图14中示出。图14(a)示出了所形成的图像的照度分布。图14(b)示出了图14(a)的垂直截面X中的照度分布。如图14(a)和图14(b)中所示，由第二积分光学***形成的图像的照度分布不均匀。
从图13和图14的结果比较可以看出，通过用准直透镜进行调节，使得从多发射器激光光源发射的激光的光束不分离，能够使得由第二积分光学***形成的图像的照度分布均匀。
注意，本技术还可以采用以下构造。
[1]一种光源装置，包括：
激光光源组，所述激光光源组包含至少一个多发射器激光光源和至少一个非多发射器激光光源，所述非多发射器激光光源发射不同于所述多发射器激光光源的彩色光；
准直透镜，所述准直透镜具有至少一个圆柱面，所述圆柱面调节从所述至少一个多发射器激光光源发射的激光；和
导光单元，所述导光单元对从所述至少一个多发射器激光光源发射并已穿过所述圆柱面的激光和从所述至少一个非多发射器激光光源发射的激光进行颜色合成。
[2]根据[1]所述的光源装置，进一步包括积分光学***，所述积分光学***将通过所述导光单元进行颜色合成而聚集的光束转换成基本上平行的光。
[3]根据[2]所述的光源装置，其中所述积分光学***与二维空间调制元件共轭。
[4]根据[2]所述的光源装置，其中
所述光源装置是用于形成投影型显示装置的光源装置，并且
朝向所述积分光学***的所述光束的入射角θ(°)在由下式(1)表示的范围内，
θ<180/π·sin-1(NA)...(1)
其中，NA＝1/(2*F#)，F#＝EFL/D，F#是所述投影型显示装置的投影透镜，EFL是所述投影型显示装置的投影透镜的焦距，且D是所述投影透镜的孔径。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的光源装置，其中所述导光单元包括具有曲率半径为10mm<R<100mm的凸圆柱面的柱面透镜或具有曲率半径为-100mm<R<-10mm的凹圆柱面的柱面镜，并且
所述柱面透镜或所述柱面镜设置在由所述准直透镜调节的激光的光路上。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的光源装置其中所述导光单元包含二向色镜，所述二向色镜具有改善从所述多发射器激光光源和/或所述非多发射器激光光源发射的激光的偏转率的光学特性。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的光源装置，其中所述光源装置包括布置在通过所述导光单元进行颜色合成而聚集的光束的光路上的偏振光学元件，并且所述光束以大致布鲁斯特角入射在所述偏振光学元件上。
[8]根据[1]至[7]中任一项所述的光源装置，其中布置有多个多发射器激光光源和/或多个非多发射器激光光源，以使得在这些光源的各自的发射表面上的每个激光的大致中心部分的行进方向不共享一个平面。
[9]根据[2]至[4]中任一项所述的光源装置，进一步包括第二积分光学***，所述第二积分光学***布置在所述导光单元与所述积分光学***之间的光路上。
[10]根据[9]所述的光源装置，其中
所述第二积分光学***包括两个复眼表面，所述两个复眼表面具有相同的曲率半径R，并且
朝向所述导光单元侧的复眼表面的所述光束的入射角θ(°)在由下式(2)表示的范围内，
θ<180/π·tan-1(h/f)...(2)
其中，f＝nR2/((n-1)(2nR-t(n-1)))，h是复眼透镜的一个像元的像高(mm)，f是复眼透镜的焦距(mm)，n是复眼透镜的折射率，R是复眼透镜的曲率半径(mm)，并且t是复眼透镜的芯厚度(mm)。
[11]根据[1]至[10]中任一项所述的光源装置，其中所述至少一个非多发射器激光光源包含宽发射器激光光源。
[12]根据[1]至[11]中任一项所述的光源装置，其中所述准直透镜具有一个凹圆柱面，并且所述凹圆柱面的曲率半径为-3mm至-0.5mm。
[13]一种投影型显示装置，其包含光源装置，所述光源装置包括：
激光光源组，所述激光光源组包含至少一个多发射器激光光源和至少一个非多发射器激光光源，所述非多发射器激光光源发射不同于所述多发射器激光光源的彩色光；
准直透镜，所述准直透镜具有至少一个圆柱面，所述圆柱面调节从所述多发射器激光光源发射的激光；和
导光单元，所述导光单元对从所述至少一个多发射器激光光源发射并已穿过所述圆柱面的激光和从所述至少一个非多发射器激光光源发射的激光进行颜色合成。
附图标记
100 投影型显示装置
110 激光光源单元
120 积分光学***
130 偏振分束棱镜
140 二维空间调制元件
150 投影透镜

Claims (13)

1.一种光源装置，包括：
激光光源组，所述激光光源组包含至少一个多发射器激光光源和至少一个非多发射器激光光源，所述非多发射器激光光源发射不同于所述多发射器激光光源的彩色光；
准直透镜，所述准直透镜具有凹圆柱面和凸非球面，以调节从所述至少一个多发射器激光光源发射的激光，其中所述准直透镜被布置成使得所述凹圆柱面被布置在多发射器激光光源侧，并且所述凸非球面被布置在多发射器激光光源侧的相对侧；和
导光单元，所述导光单元对从所述至少一个多发射器激光光源发射并已穿过所述圆柱面的激光和从所述至少一个非多发射器激光光源发射的激光进行颜色合成。
2.根据权利要求1所述的光源装置，进一步包括积分光学***，所述积分光学***将通过所述导光单元进行颜色合成而聚集的光束转换成基本上平行的光。
3.根据权利要求2所述的光源装置，其中所述积分光学***与二维空间调制元件共轭。
4.根据权利要求2所述的光源装置，其中
所述光源装置是用于形成投影型显示装置的光源装置，并且
朝向所述积分光学***的所述光束的入射角θ(°)在由下式(1)表示的范围内，
θ<180/π·sin-1(NA)...(1)
其中，NA＝1/(2*F#)，F#＝EFL/D，F#是所述投影型显示装置的投影透镜，EFL是所述投影型显示装置的投影透镜的焦距，且D是所述投影透镜的孔径。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其中
所述导光单元包括具有曲率半径为10mm<R<100mm的凸圆柱面的柱面透镜或具有曲率半径为-100mm<R<-10mm的凹圆柱面的柱面镜，并且
所述柱面透镜或所述柱面镜设置在由所述准直透镜调节的激光的光路上。
6.根据权利要求1所述的光源装置，其中所述导光单元包含二向色镜，所述二向色镜具有改善从所述多发射器激光光源和/或所述非多发射器激光光源发射的激光的偏转率的光学特性。
7.根据权利要求1所述的光源装置，其中所述光源装置包括布置在通过所述导光单元进行颜色合成而聚集的光束的光路上的偏振光学元件，并且所述光束以大致布鲁斯特角入射在所述偏振光学元件上。
8.根据权利要求1所述的光源装置，其中布置有多个多发射器激光光源和/或多个非多发射器激光光源，以使得在这些光源的各自的发射表面上的每个激光的大致中心部分的行进方向不共享一个平面。
9.根据权利要求2所述的光源装置，进一步包括第二积分光学***，所述第二积分光学***布置在所述导光单元与所述积分光学***之间的光路上。
10.根据权利要求9所述的光源装置，其中
所述第二积分光学***包括两个复眼表面，所述两个复眼表面具有相同的曲率半径R，并且
朝向所述导光单元侧的复眼表面的所述光束的入射角θ(°)在由下式(2)表示的范围内，
θ<180/π·tan-1(h/f)...(2)
其中，f＝nR2/((n-1)(2nR-t(n-1)))，h是复眼透镜的一个像元的像高(mm)，f是复眼透镜的焦距(mm)，n是复眼透镜的折射率，R是复眼透镜的曲率半径(mm)，并且t是复眼透镜的芯厚度(mm)。
11.根据权利要求1所述的光源装置，其中所述至少一个非多发射器激光光源包含宽发射器激光光源。
12.根据权利要求1所述的光源装置，其中所述准直透镜具有一个凹圆柱面，并且所述凹圆柱面的曲率半径为-3mm至-0.5mm。
13.一种投影型显示装置，其包含光源装置，所述光源装置包括：
激光光源组，所述激光光源组包含至少一个多发射器激光光源和至少一个非多发射器激光光源，所述非多发射器激光光源发射不同于所述多发射器激光光源的彩色光；
准直透镜，所述准直透镜具有凹圆柱面和凸非球面，以调节从所述至少一个多发射器激光光源发射的激光，其中所述准直透镜被布置成使得所述凹圆柱面被布置在多发射器激光光源侧，并且所述凸非球面被布置在多发射器激光光源侧的相对侧；和
导光单元，所述导光单元对从所述至少一个多发射器激光光源发射并已穿过所述圆柱面的激光和从所述至少一个非多发射器激光光源发射的激光进行颜色合成。
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