專利名稱：照明設(shè)備以及使用其的投影型顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影型顯示設(shè)備的照明設(shè)備。
背景技術(shù)：
專利文獻I描述了一種使用熒光體作為光源的投影儀。專利文獻I中描述的投影儀具有光源設(shè)備，該光源設(shè)備包括熒光顏色是紅色的發(fā)光設(shè)備、熒光顏色是綠色的發(fā)光設(shè)備、熒光顏色是藍色的發(fā)光設(shè)備以及組合這些發(fā)光設(shè)備的各個顏色的熒光的第一和第二二向色鏡。各個發(fā)光設(shè)備都包括在外周邊上形成熒光層的圓柱形旋轉(zhuǎn)體、旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)體的驅(qū)動源、將熒光體層發(fā)射的熒光光束轉(zhuǎn)換成平行光束的準直透鏡、激發(fā)光源以及在朝向熒光體層的方向上反射來自激發(fā)光源的激發(fā)光的反射鏡。由反射鏡反射的激發(fā)光通過準直透鏡照射在熒光體層上。從熒光體層發(fā)射的熒光通過準直透鏡轉(zhuǎn)換為平行光束。從藍色發(fā)光設(shè)備發(fā)射的藍色熒光進入第一二向色鏡的一個表面且從綠色發(fā)光設(shè)備發(fā)射的綠色熒光進入第一二向色鏡的另一表面。第一二向色鏡具有透射藍色光但反射綠色光的性質(zhì)，且因此組合入射的藍色和綠色熒光。在第一二向色鏡中組合的熒光(綠色和藍色)進入第二二向色鏡的一個表面，且從紅色發(fā)光設(shè)備發(fā)射的紅色熒光進入第二二向色鏡的另一表面。第二二向色鏡具有透射藍色和綠色光但反射紅色光的性質(zhì)，且因此組合入射的藍色、綠色和紅色熒光。在上述投影儀中，來自光源設(shè)備的光照射到顯示元件，且在該顯示元件中形成的圖像隨后通過投影側(cè)光學系統(tǒng)投影到屏幕上。除了上述投影儀之外，專利文獻2描述了一種使用發(fā)光二極管(LED)作為光源的投影儀。專利文獻2中描述的投影儀具有照明光學系統(tǒng)，其包括:其中布置多個紅色LED的紅色LED陣列、其中布置多個綠色LED的綠色LED陣列、其中布置多個藍色LED的藍色LED陣列，以及將來自這些LED陣列的紅色、綠色和藍色中的每一種的光束組合的正交二向色棱鏡(cross dichroic prism)。在上述投影儀中，來自照明光學系統(tǒng)的光照射進數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)，且由DMD形成的圖像通過投影透鏡投影到屏幕上?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本未審專利申請公布N0.2010-197497專利文獻2:日本未審專利申請公布N0.2003-186110

發(fā)明內(nèi)容
緊湊型高亮度投影儀的開發(fā)中的新發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生對更緊湊且具有更高亮度的照明設(shè)備(專利文獻I中描述的光源設(shè)備以及專利文獻2中描述的照明光學系統(tǒng))的需要，以便實現(xiàn)這種投影儀。在專利文獻I中描述的投影儀中，可通過使用熒光作為光源來提供高亮度發(fā)光設(shè)備，但是這種類型的發(fā)光設(shè)備比諸如半導體激光器或LED的固態(tài)光源大，且因此難以實現(xiàn)具有更高緊湊度的光源設(shè)備。另一方面，在專利文獻2中描述的投影儀中，因為LED用作光源，因此與專利文獻I中描述的設(shè)備相比更容易實現(xiàn)具有更高緊湊度的照明光學系統(tǒng)(照明設(shè)備)。但是，專利文獻2中描述的投影儀遇到下述問題。使用綠色激光器或綠色LED形式的高亮度部件至今不能量產(chǎn)，且目前使用低亮度部件。因此專利文獻2中描述的投影儀中的LED可以通過布置成陣列而實現(xiàn)高亮度。但是，其中來自光源的光照射在顯示元件上且在顯示元件中形成的圖像通過投影透鏡投影的投影型顯示設(shè)備受所謂“光學擴展量(etendue ) ”的限制，光學擴展量由光源面積以及發(fā)散角決定。如果光源面積和發(fā)散角的乘積值不能等于或小于由投影透鏡的焦距比數(shù)決定的顯示元件的面積和接收角(立體角)的乘積值，則來自光源的光不能用作投影光。因此，即使多個LED在陣列中對齊，也不能將亮度提升超過光學擴展量的限制。在專利文獻2中描述的照明光學系統(tǒng)中，因為LED半導體芯片的面積或LED的數(shù)量由于上述光學擴展量限制而受到限制，因此難以獲得足量的輸出光。因此難以借助專利文獻2中描述的照明光學系統(tǒng)實現(xiàn)更高的亮度。本發(fā)明的目的是提供一種同時具有緊湊度和高亮度特點的照明設(shè)備，以及配備這種照明設(shè)備的投影型顯示設(shè)備。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的照明設(shè)備包括:激發(fā)光源單元，其提供激發(fā)光；熒光體單元，其利用從激發(fā)光源單元提供的激發(fā)光引起的激發(fā)而發(fā)射熒光；準直透鏡，其將熒光體單元發(fā)射的熒光轉(zhuǎn)換成平行光束；第一固態(tài)光源，其提供第一光，該第一光的峰值波長被設(shè)定在第一波長帶中，在第一波長帶中的波長比從熒光體單元發(fā)射的熒光的波長長；第二固態(tài)光源，其提供第二光，該第二光的峰值波長被設(shè)定在不同于第一波長帶的第二波長帶中；二向色鏡，在其中將從激發(fā)光源單元提供的激發(fā)光以及從第一固態(tài)光源提供的光組合并出射作為組合光；以及顏色組合裝置，其設(shè)置有第一至第四表面，由二向色鏡組合的光被提供至第一表面，且從被提供至第一表面的組合光，激發(fā)光從第二表面向熒光體單元出射，第一光從第四表面出射，從熒光體單元發(fā)射的熒光被提供至第二表面，被提供至第二表面的熒光從第四表面出射，從第二固態(tài)光源提供的第二光被提供至第三表面，并且被提供至第三表面的第二光從第四表面出射；其中準直透鏡將從顏色組合裝置的第二表面出射的激發(fā)光會聚在熒光體單元上。本發(fā)明的投影型顯示設(shè)備包括:上述照明設(shè)備；顯示元件，其對從照明設(shè)備出射的光進行空間調(diào)制；以及投影光學系統(tǒng)，其投影由顯示元件形成的圖像光。


圖1是示出作為本發(fā)明的示例性實施例的照明設(shè)備構(gòu)造的示意圖。圖2是示出圖1中所示的照明設(shè)備的激發(fā)光源單元構(gòu)造的示意圖。圖3是示出圖1中所示的照明設(shè)備的第一二向色表面(膜)的P偏振光和S偏振光的光譜透射特性的曲線圖。圖4是示出圖1中所示的照明設(shè)備的第二二向色表面(膜)的P偏振光和S偏振光的光譜透射特性的曲線圖。圖5是示出當從圖1中所示的照明設(shè)備的一部分的側(cè)面觀察時的激發(fā)光的光路的示意圖。圖6是示出疊加在圖3中所示的第一二向色表面的透射特性上的圖4中所示的第二二向色表面的透射特性的曲線圖。圖7是示出圖1中所示的照明設(shè)備的綠色熒光、紅色激光以及藍色激光的光路的示意圖。圖8是配備三個激發(fā)光源的照明設(shè)備的激發(fā)光源部分的俯視圖。圖9是配備三個激發(fā)光源的照明設(shè)備的激發(fā)光源部分的側(cè)視圖。圖10是配備本發(fā)明的照明設(shè)備的投影型顯示設(shè)備的實例的示意圖。附圖標記說明10紅色激光11藍色激光12，13激發(fā)光源14熒光體輪15—19準直透鏡20正交二向色棱鏡21反射鏡22 二向色鏡
具體實施例方式以下參考

本發(fā)明的示例性實施例。圖1是示出本發(fā)明的示例性實施例的照明設(shè)備構(gòu)造的示意圖。參考圖1，在諸如投影儀的投影型顯示設(shè)備中使用的照明設(shè)備包括:紅色激光器10、藍色激光器11、激發(fā)光源12和13、熒光體輪14、準直透鏡15 - 19、正交二向色棱鏡20、反射鏡21以及二向色鏡22。為方便起見，在圖1中僅示出從激發(fā)光源12和13提供的激發(fā)光的光路，且未示出從紅色激光器10提供的紅色激光的光路、從藍色激光器11提供的藍色激光的光路以及從熒光體輪14發(fā)射的綠色熒光的光路。此外，雖然圖1中所示的激發(fā)光的光路僅示出中心光束的光路，但是激發(fā)光實際上是通過由多個光線組成的光線束構(gòu)成的。紅色激光器10和藍色激光器11是諸如以激光器二極管為代表的半導體激光器或LED的固態(tài)光源。紅色激光器10提供在紅色波長帶內(nèi)具有峰值波長的S偏振光(以下指示為紅色激光)。藍色激光器11提供在藍色波長帶內(nèi)具有峰值波長的S偏振激光(以下指示為藍色激光)。熒光體輪14由在其上沿一個表面的外周邊形成熒光體區(qū)域的輪構(gòu)成。熒光體輪14的中心部由鏈接至附圖中未示出的馬達的輸出軸的旋轉(zhuǎn)軸(或該輸出軸)支撐，熒光體輪14接收通過馬達實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動并以固定速度旋轉(zhuǎn)。形成在熒光體區(qū)域中的熒光體所發(fā)射的顏色是綠色，且由于熒光體被波長小于該綠色波長的激發(fā)光激發(fā)，因此從熒光體區(qū)域發(fā)射綠色熒光。激發(fā)光源12和13是提供波長比綠色熒光的波長短的S偏振激發(fā)光的光源，且由例如以藍色激光器或藍色LED為代表的固態(tài)光源構(gòu)成。激發(fā)光源12和13的輸出光的峰值波長可以與藍色激光器11相同或不同。準直透鏡15是將從熒光體輪14的熒光體區(qū)域發(fā)射的綠色熒光(發(fā)散光)轉(zhuǎn)換成平行光束的部件，且由兩個凸透鏡15a和15c以及一個凹透鏡15c構(gòu)成。準直透鏡15不限于圖1中所示的透鏡構(gòu)造，且可以是使得能夠?qū)臒晒怏w區(qū)域發(fā)射的綠色熒光轉(zhuǎn)換成平行光束的任意透鏡構(gòu)造。準直透鏡16將從紅色激光器10提供的紅色激光(發(fā)散光)轉(zhuǎn)換成平行光束。準直透鏡17將從藍色激光器11提供的藍色激光(發(fā)散光)轉(zhuǎn)換成平行光束。準直透鏡18將從激發(fā)光源12提供的激發(fā)光(發(fā)散光)轉(zhuǎn)換成平行光束。準直透鏡19將從激發(fā)光源13提供的激發(fā)光(發(fā)散光)轉(zhuǎn)換成平行光束。激發(fā)光源12和13被布置為使得它們的光軸在以預(yù)定距離隔開的狀態(tài)下交叉且不在同一平面內(nèi)相交(更優(yōu)選地，包含一個光軸的第一平面和包含另一光軸的第二平面是平行的，且兩個光軸在從垂直于第一和第二平面的方向觀察時正交)，且在這些激發(fā)光源12和13的光軸相交的位置處提供反射鏡21。圖2是當從激發(fā)光源13的光軸的方向觀察時，由圖1中的虛線包圍的激發(fā)光源部分(激發(fā)光源12和13、準直透鏡18和19以及反射鏡21)的示意圖。如圖2中所示，從激發(fā)光源12提供且通過準直透鏡18轉(zhuǎn)換成平行光束的激發(fā)光被提供至反射鏡21。另一方面，從激發(fā)光源13提供且通過準直透鏡19轉(zhuǎn)換成平行光束的激發(fā)光穿過反射鏡21周圍的空間。這些光軸在激發(fā)光源12的光軸和激發(fā)光源13的光軸交叉的位置處以距離d隔開。距離d被設(shè)定為使得從激發(fā)光源13提供且通過準直透鏡19轉(zhuǎn)換成光束的激發(fā)光在不被反射鏡21遮擋的情況下被提供至二向色鏡22。紅色激光器10的光軸平行于激發(fā)光源12的光軸。二向色鏡22被提供在紅色激光器10的光軸與激發(fā)光源13的光軸交叉的位置處(等同于紅色激光的中心光線與來自激發(fā)光源12的激發(fā)光的中心光線交叉的位置)。在紅色激光器10的光軸以距離d/2與激發(fā)光源13的光軸交叉的位置處，紅色激光器的光軸與激發(fā)光源12的光軸以及激發(fā)光源13的光軸中的每一個隔開。換言之，紅色激光器10的光軸位于激發(fā)光源12的光軸和激發(fā)光源13的光軸之間的中點。從紅色激光器10提供并通過準直透鏡16轉(zhuǎn)換成平行光束的紅色激光進入二向色鏡22的一個表面。紅色激光對二向色鏡22的一個表面的入射角約為45°。另一方面，來自反射鏡21的激發(fā)光的反射光進入二向色鏡22的另一表面。從激發(fā)光源13提供并通過準直透鏡19轉(zhuǎn)換成平行光束的激發(fā)光也進入二向色鏡22的另一表面，但是入射位置不同于來自反射鏡21的激發(fā)光的反射光的入射位置。這兩束激發(fā)光對二向色鏡22的另一表面的入射角約為45°。來自紅色激光器10的紅色激光在二向色鏡22的一個表面上反射且該反射光向正交二向色棱鏡20前進。來自反射鏡21的激發(fā)光的反射光以及來自激發(fā)光源13的激發(fā)光都透射過二向色鏡22，且該透射激發(fā)光向正交二向色棱鏡20前進。正交二向色棱鏡20由四個直角棱鏡20a — 20d構(gòu)成，其中形成直角的表面接合在一起。由直角棱鏡20a和20b的接合表面以及直角棱鏡20c和20d的接合表面形成一致的第一表面，且由介電多層膜組成的第一二向色表面(膜)Ia形成在該第一平面上。由直角棱鏡20a和20d的接合表面以及直角棱鏡20b和20c的接合表面形成一致的第二表面，且由介電多層膜組成的第二二向色表面(膜)Ib形成在該第二平面上。第一二向色表面Ia和第二二向色表面Ib被布置為使得膜表面彼此相交(優(yōu)選正交)。第一二向色表面Ia透射紅色激光并反射藍色激光以及激發(fā)光。第二二向色表面Ib反射紅色激光并透射藍色激光以及激發(fā)光。圖3是不出相對于第一二向色表面Ia的P偏振光和S偏振光的光譜透射特性的曲線圖。在圖3中，點劃線示出相對于S偏振光的光譜透射特性，且虛線示出相對于P偏振光的光譜透射特性。B-LD是從藍色激光器11提供的藍色激光的光譜，且進一步朝向短波長一側(cè)的光譜(激發(fā))是從激發(fā)光源12和13提供的激發(fā)光的光譜。藍色激光的光譜可以具有與激發(fā)光的光譜的波長帶相同的波長帶。截止波長定義為透射率變成50%處的波長。相對于作為S偏振光進入的光的第一二向色表面Ia的截止波長被設(shè)定為，使得波長帶短于藍色光的光被反射且其他波長帶(包括綠色和紅色波長帶)的光被透射。相對于作為P偏振光進入的光的第一二向色表面Ia的截止波長被設(shè)定至從相對于S偏振光的截止波長的較短波長側(cè)。可以通過材料、層數(shù)、膜厚以及介電多層膜的折射率調(diào)整截止波長的設(shè)定。在具有圖3中所示的光譜透射特性的第一二向色表面Ia中，波長帶短于藍色光的波長帶的S偏振光被反射且綠色和紅色的波長帶的S偏振光被透射。圖4是不出相對于第二二向色表面Ib的P偏振光和S偏振光的光譜透射特性的曲線圖。在圖4中，實線指示相對于S偏振光的光譜透射特性，且虛線示出相對于P偏振光的光譜透射特性。R-LD是從紅色激光器10提供的紅色激光的光譜。相對于作為S偏振光進入的光的第二二向色表面Ib的截止波長被設(shè)定為，使得波長帶長于紅色的光被反射且其他波長帶(包括綠色和藍色波長帶)的光被透射。相對于作為P偏振光進入的光的第二二向色表面Ib的截止波長被設(shè)定為朝向比相對于S偏振光的截止波長長的波長側(cè)。在這種情況下，也可以借助材料、層數(shù)、膜厚以及介電多層膜的折射率調(diào)整截止波長的設(shè)定。在具有圖4中所示的光譜透射特性的第二二向色表面Ib中，波長帶長于紅色的S偏振光被反射且綠色和藍色波長帶的S偏振光被透射。來自紅色激光器10的紅色激光以及來自激發(fā)光源12和13的激發(fā)光從正交二向色棱鏡20的四個側(cè)面中由直角棱鏡20c組成的側(cè)面進入正交二向色棱鏡20。另一方面，來自藍色激光器11的藍色激光從四個側(cè)面中由直角棱鏡20a(與由直角棱鏡20c構(gòu)成的側(cè)面相對的側(cè)面)組成的側(cè)面進入正交二向色棱鏡20。在正交二向色棱鏡20中，來自激發(fā)光源12和13的激發(fā)光被第一二向色表面Ia反射。被第一二向色表面Ia反射的激發(fā)光的反射光從上述四個側(cè)面中由直角棱鏡20b構(gòu)成的側(cè)面出射。而且，在正交二向色棱鏡20中，來自紅色激光器10的紅色激光被第二二向色表面Ib反射。該反射光的前進方向是與被第一二向色表面Ia反射的激發(fā)光的前進方向相反的方向。被第二二向色表面Ib反射的反射紅色激光從上述四個側(cè)面中由直角棱鏡20d構(gòu)成的側(cè)面(與由直角棱鏡20b構(gòu)成的側(cè)面相對的側(cè)面)出射。此外，在正交二向色棱鏡20中，來自藍色激光器11的藍色激光被第一二向色表面Ia反射。該反射光的前進方向與被第二二向色表面Ib反射的紅色激光的前進方向相同。被第一二向色表面Ia反射的藍色激光的反射光從由直角棱鏡20d構(gòu)成的側(cè)面出射。從由直角棱鏡20b構(gòu)成的側(cè)面出射的激發(fā)光經(jīng)過準直透鏡15并會聚在熒光體輪14的熒光體區(qū)域中。在熒光體區(qū)域中，熒光體材料被激發(fā)光照射。從激發(fā)的熒光體材料中發(fā)射綠色熒光。圖5是當從正交二向色棱鏡20的四個側(cè)面中由直角棱鏡20a構(gòu)成的側(cè)面觀察照明設(shè)備時，來自激發(fā)光源12和13的激發(fā)光的光路的示意圖。為方便起見，省略紅色激光器
10、藍色激光器11、準直透鏡16以及反射鏡21。在圖5中，在由粗線(實線)示出的光路中，在附圖的上側(cè)上的光路是來自激發(fā)光源13的激發(fā)光13a的中心光線的光路，且在下側(cè)上的光路是來自激發(fā)光源12的激發(fā)光12a的中心光線。雖然圖5中示出了激發(fā)光12a和13a的中心光線的光路，但是激發(fā)光12a和13a實際上是光束。如圖5中所示，由第一二向色表面Ia反射的來自激發(fā)光源12和13的激發(fā)光12a和13a通過由三個透鏡15a — 15c構(gòu)成的準直透鏡15會聚在熒光體輪14的熒光體區(qū)域上。來自第一二向色表面Ia的激發(fā)光12a的中心光線以及來自第一二向色表面Ia的激發(fā)光13a的中心光線在位置關(guān)系上是關(guān)于準直透鏡15的光軸基本上線性對稱的。因此，激發(fā)光12a的中心光線以及激發(fā)光13a的中心光線通過準直透鏡15會聚在熒光體區(qū)域上的一個點處，且因此熒光體區(qū)域12a上的激發(fā)光的光束的光斑正好與激發(fā)光13a的光束的光斑重合。從熒光體輪14的熒光體區(qū)域發(fā)射的綠色熒光(發(fā)散光)在通過準直透鏡15轉(zhuǎn)換成平行光束之后從正交二向色棱鏡20的四個側(cè)面中由直角棱鏡20b構(gòu)成的側(cè)面進入正交二向色棱鏡20。圖6示出疊加在第一二向色表面Ia的透射特性上的第二二向色表面Ib的透射特性。在圖6中，虛線示出相對于S偏振光的光譜透射特性，且點劃線示出相對于P偏振光的光譜透射特性。在圖6中中央部分中由實線指示的曲線是來自熒光體輪14的綠色熒光的光譜。來自突光體輪14的綠色突光是隨機偏振光(包含S偏振光和P偏振光兩者)，且實際上該光全部通過第一二向色表面Ia和第二二向色表面Ib透射。綠色熒光的透射光束從上述四個側(cè)面中由直角棱鏡20d構(gòu)成的側(cè)面出射。
以下說明本示例性實施例的照明設(shè)備的操作。如圖1中所示，來自激發(fā)光源12和13的激發(fā)光從由正交二向色棱鏡20的直角棱鏡20c構(gòu)成的側(cè)面進入正交二向色棱鏡20。在正交二向色棱鏡20中，激發(fā)光由第一二向色表面Ia反射，且該激發(fā)光的反射光通過準直透鏡15會聚在熒光體輪14的熒光體區(qū)域上。在熒光體輪14上，熒光體材料在由激發(fā)光照射的區(qū)域中被激發(fā)，且從該熒光體材料中發(fā)射綠色熒光。如圖7中所示，來自熒光體輪14的綠色熒光通過準直透鏡15轉(zhuǎn)換成平行光束，且該平行光束從由直角棱鏡20b構(gòu)成的側(cè)面進入正交二向色棱鏡20。來自紅色激光器10的紅色激光通過準直透鏡16轉(zhuǎn)換成平行光束，且該平行光束從由直角棱鏡20c構(gòu)成的側(cè)面進入正交二向色棱鏡20。來自藍色激光器11的藍色激光通過準直透鏡17轉(zhuǎn)換成平行光束，且該平行光束從由直角棱鏡20a構(gòu)成的側(cè)面進入正交二向色棱鏡20。在正交二向色棱鏡20中，第一二向色表面Ia透射紅色激光和綠色熒光并反射藍色激光，且第二二向色表面Ib透射藍色激光和綠色熒光并反射紅色激光。換言之，在正交二向色棱鏡20中，組合紅色和藍色激光以及綠色熒光，且該組合光(紅色、藍色和綠色)從由直角棱鏡20d構(gòu)成的側(cè)面出射。上述本示例性實施例的照明設(shè)備展現(xiàn)以下作用和效果。專利文獻I中描述的發(fā)光設(shè)備遇到發(fā)光設(shè)備尺寸較大的問題，這是因為其使用了使用熒光體材料的光源(發(fā)光設(shè)備)作為紅色、綠色和藍色光源。相反，在本示例性實施例的照明設(shè)備中，紅色和藍色光源由固態(tài)光源制成，且綠色光源由使用熒光材料的光源制成。通過使用混合了固態(tài)光源和使用熒光體的光源的混合光源，照明設(shè)備可同時實現(xiàn)緊湊尺寸和高亮度的特點。此外，根據(jù)本示例性實施例的照明設(shè)備，來自激發(fā)光源12和13的激發(fā)光以及來自紅色激光器10的紅色激光從相同方向進入由正交二向色棱鏡20的直角棱鏡20c構(gòu)成的側(cè)面。與激發(fā)光的光路與紅色激光的光路隔開地提供的結(jié)構(gòu)相比，這種構(gòu)造使得能夠?qū)崿F(xiàn)上述混合光源，其具有與將激發(fā)光的光路疊加在紅色激光的光路上對應(yīng)的提高緊湊度。此外，本示例性實施例的照明設(shè)備可獲得以下效果。從熒光體材料發(fā)射的熒光的亮度通常隨照射在熒光體材料上的激發(fā)光的強度而增大。根據(jù)本示例性實施例的照明設(shè)備，激發(fā)光通過準直透鏡15并會聚在熒光體輪14的熒光體區(qū)域上，且因此，照射熒光體區(qū)域的激發(fā)光的強度可以通過會聚效應(yīng)而增大，且可以增大從熒光體區(qū)域發(fā)射的綠色熒光的亮度。此外，根據(jù)照射熒光體材料的激發(fā)光的會聚尺寸決定熒光體區(qū)域中的熒光的尺寸。因此，會聚和照射該光可以降低熒光尺寸。而且，本示例性實施例的照明設(shè)備可以獲得以下效果。通常，在來自兩個激發(fā)光源的激發(fā)光會聚在熒光體區(qū)域上的一個點上時，來自一個激發(fā)光源的激發(fā)光是S偏振光且來自另一激發(fā)光源的激發(fā)光是P偏振光，且在通過偏振分束器組合該激發(fā)光之后，執(zhí)行偏振轉(zhuǎn)換，以便S偏振光或P偏振光的偏振分量轉(zhuǎn)換成另一偏振分量。執(zhí)行這種類型的偏振轉(zhuǎn)換的元件引起高成本且會導致設(shè)備尺寸的增大。相反，在本示例性實施例的照明設(shè)備中，來自激發(fā)光源12的激發(fā)光通過反射鏡21在正交二向色棱鏡20的方向上反射，但是來自激發(fā)光源19的激發(fā)光穿過反射鏡21周圍的空間。通過反射鏡21反射的激發(fā)光以及穿過反射鏡21周圍空間的激發(fā)光穿過二向色鏡22、第一二向色表面Ia以及準直透鏡15，且會聚在熒光體輪14的熒光體區(qū)域上。熒光體輪14被布置在準直透鏡15的組合焦點位置處。因此，通過使多個激發(fā)光進入準直透鏡15的不同位置，多個激發(fā)光可以會聚在熒光體輪的相同位置處。換言之，入射在準直透鏡的不同位置上的激發(fā)光實現(xiàn)了激發(fā)光的組合。上述構(gòu)造消除了偏振轉(zhuǎn)換元件的需要，且因此能實現(xiàn)相對的低成本和小尺寸的設(shè)備。此外，用于將從熒光體輪14發(fā)射的綠色熒光轉(zhuǎn)換成平行光束的準直透鏡15還可作為用于將來自激發(fā)光源12和19中的每一個的激發(fā)光會聚在熒光體輪14的熒光體區(qū)域上的會聚透鏡。以此方式，可實現(xiàn)進一步降低成本和尺寸的設(shè)備。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，上述本示例性實施例的照明設(shè)備是本發(fā)明的一個實例且該設(shè)備的構(gòu)造可以在不脫離本發(fā)明要點的范圍內(nèi)進行各種改進。例如，激發(fā)光源的數(shù)量不限于兩個，且可以使用一個激發(fā)光源或三個或更多的激發(fā)光源。圖8示出設(shè)置有三個激發(fā)光源的照明設(shè)備的激發(fā)光源部分的上表面，且圖9示出從該側(cè)觀察(從沿著激發(fā)光源13的光軸的方向觀察)的激發(fā)光源部分。除圖1和圖2中所示的激發(fā)光源12和13、準直透鏡18和19以及反射鏡21組成的激發(fā)光源部分的構(gòu)造之外，圖8和圖9中所示的激發(fā)光源包括準直透鏡23、激發(fā)光源24以及反射鏡25。如圖8中所示，當從上方觀察時，反射鏡25被布置為使得在激發(fā)光源12、13和24中的每一個的光軸相交處的部分中以約90°與反射鏡21相交。如圖9中所示，當從側(cè)面觀察時，反射鏡25被以一定間隔布置以便不與反射鏡21重疊。準直透鏡23將從激發(fā)光源24提供的激發(fā)光(發(fā)散光)轉(zhuǎn)換成平行光束。從激發(fā)光源12提供并通過準直透鏡18轉(zhuǎn)換成平行光束的激發(fā)光照射進反射鏡21。從激發(fā)光源24提供并通過準直透鏡23轉(zhuǎn)換成平行光束的激發(fā)光照射進反射鏡25。從激發(fā)光源13提供并通過準直透鏡19轉(zhuǎn)換成平行光束的激發(fā)光透射通過反射鏡21和25之間的空間。類似于激發(fā)光源12和13，激發(fā)光源24的光軸和激發(fā)光源13的光軸在不在相同平面中相交的情況下彼此交叉，且同時保持以距離d隔開(更優(yōu)選地，包含一個光軸的第一平面和包含另一光軸的第二平面是平行的，且兩個光軸在從垂直于第一和第二平面的方向觀察時以直角交叉)。由反射鏡21反射的來自激發(fā)光源12的激發(fā)光、由反射鏡25反射的來自激發(fā)光源24的激發(fā)光以及透射穿過反射鏡21和25之間的空間的來自激發(fā)光源13的激發(fā)光都進入圖1中所示的二向色鏡22。在二向色鏡22中，來自反射鏡21的激發(fā)光的中心光束照射到的第一點且來自反射鏡25的激發(fā)光的中心光束照射的第二點處于與作為中心的、來自激發(fā)光源13的激發(fā)光的中心光束照射的第三點呈點對稱的位置關(guān)系。被二向色鏡22透射的來自激發(fā)光源12、13和24的激發(fā)光被圖1中所示的第一二向色表面Ia反射，且在進一步穿過準直透鏡15之后，會聚在熒光體輪14的熒光體區(qū)域的點上。
根據(jù)采用如圖8和9中所示的三個激發(fā)光源的構(gòu)造，與采用兩個激發(fā)光源的構(gòu)塑造相比能獲得更聞強度的激發(fā)光，由此能進一步提聞綠色突光的売度。由一個激發(fā)光源構(gòu)成激發(fā)光源部分消除了例如圖1中所示的激發(fā)光源12、準直透鏡18以及反射鏡21的需要。在這種情況下，激發(fā)光源13和紅色激光器10的光軸可以被布置為彼此正交。在本示例性實施例的照明設(shè)備中，可以提供光學系統(tǒng)以及光導裝置用于引導從正交二向色棱鏡20提供的光。此外，可以使用包括其中在基底表面上形成熒光體材料的區(qū)域的熒光體單元來代替熒光體輪14。當激發(fā)熒光顏色是綠色的熒光體材料時，使用波長短于綠色的激發(fā)光。本示例性實施例被構(gòu)造為使得激發(fā)光的光路疊加在紅色激光的光路上，且因此正交二向色棱鏡的反射表面的性質(zhì)被設(shè)計為分離紅色激光和激發(fā)光。紅色激光的波長被從激發(fā)光的波長中充分地分離，且因此能容易地設(shè)計這種反射表面的性質(zhì)。激發(fā)光的光路疊加在藍色激光的光路上的構(gòu)造也是可能的。在這種情況下，正交二向色棱鏡的反射表面的性質(zhì)被設(shè)計為分離藍色激光和激發(fā)光。但是，藍色激光的波長接近激發(fā)光的波長，且因此難以獲得能可靠地分離藍色激光和激發(fā)光的反射表面。激發(fā)光的光路疊加在藍色激光的光路上的構(gòu)造也是可能的。在這種情況下，關(guān)于激發(fā)光的波長，使用諸如紫外光的、具有比藍色激光波長更短的波長的光。第一二向色表面Ia具有反射藍色激光的性質(zhì)，且還透射激發(fā)光(紫外光)。第二二向色表面Ib具有反射紅色激光的波長的性質(zhì)，透射藍色激光且還反射激發(fā)光(紫外光)。換言之，第二二向色表面Ib用作帶通濾光片。與激發(fā)光的光路疊加在藍色激光的光路上的構(gòu)造相比，激發(fā)光的光路疊加在紅色激光的光路上的構(gòu)造簡化了二向色表面的反射性質(zhì)。其他示例性實施例根據(jù)另一示例性實施例的照明設(shè)備包括:激發(fā)光源單元，其提供激發(fā)光；熒光體單元，其利用從激發(fā)光源單元提供的激發(fā)光引起激發(fā)而發(fā)射熒光；準直透鏡，其將從熒光體單元發(fā)射的熒光轉(zhuǎn)換成平行光束；第一固態(tài)光源，其提供第一光，該第一光的峰值波長被設(shè)定在比從熒光體單元發(fā)射的熒光的波長長的第一波長帶中；第二固態(tài)光源，其提供第二光，該第二光的峰值波長被設(shè)定在不同于第一波長帶的第二波長帶中；二向色鏡，其將從激發(fā)光源單元提供的激發(fā)光以及從第一固態(tài)光源提供的光組合并出射為組合光；以及顏色組合裝置，其設(shè)置有第一至第四表面，其中由二向色鏡組合的光被提供至第一表面，在被提供至第一表面的組合光中，激發(fā)光從第二表面向熒光體單元出射，且第一光從第四表面出射，從熒光體單元照射的熒光被提供至第二表面，被提供至第二表面的熒光從第四表面出射，從第二固態(tài)光源提供的第二光被提供至第三表面，且被提供至第三表面的第二光從第四表面出射。準直透鏡將從顏色組合裝置的第二表面出射的激發(fā)光會聚在熒光體單元上。熒光體單元可以是圖1中所示的熒光體輪14。第一固態(tài)光源可以由圖1中所示的紅色激光器10和準直透鏡16構(gòu)成。第二固態(tài)光源可以由圖1中所示的藍色激光器11和準直透鏡17構(gòu)成。激發(fā)光源單元可以是如圖2中所示包括兩個激發(fā)光源，或如圖8中所示包括三個激發(fā)光源的構(gòu)造。顏色組合裝置可以是圖1中所示的正交二向色棱鏡20。二向色鏡可以是圖1中所示的二向色鏡22。該另一示例性實施例的照明設(shè)備展現(xiàn)類似于上述示例性實施例的照明設(shè)備的作用和效果。如上所述的本發(fā)明的照明設(shè)備可以通常應(yīng)用于以投影儀為代表的投影型顯示設(shè)備。投影型顯示設(shè)備包括本發(fā)明的照明設(shè)備，對從該照明設(shè)備提供的光進行空間調(diào)制的顯示元件，以及投影在顯示元件中形成的圖像光的投影光學系統(tǒng)。顯示元件例如是DMD或液晶面板。圖10示出配備了本發(fā)明的照明設(shè)備的投影型顯示設(shè)備的實例。在圖10中，為方便起見，已經(jīng)省略了激發(fā)光的光路。參考圖10，投影型顯示設(shè)備包括:作為顯示元件的DMD33，圖1中所示的照明設(shè)備，用于將光從該照明設(shè)備引導到DMD33的光學系統(tǒng)，以及將在DMD33中形成的圖像光投影在屏幕(未示出)上的投影光學系統(tǒng)34。光學系統(tǒng)包括反射鏡26和30，蠅眼透鏡27和28，場透鏡29，會聚透鏡31以及全內(nèi)反射(TIR)棱鏡32。反射鏡26被布置在從正交二向色棱鏡20的發(fā)射表面(直角棱鏡20d的表面)出射的光(紅色、綠色和藍色)的前進方向上，且反射來自該發(fā)射表面的光。蠅眼透鏡27和28、場透鏡29以及反射鏡30以此順序被布置在由反射鏡26反射的光的前進方向上。蠅眼透鏡27和28是用于在DMD33的被照明的表面上獲得矩形照明和均勻照明光的元件，且每個都由多個微透鏡構(gòu)成，且被布置為使得微透鏡具有相互一對一的相關(guān)性。通過蠅眼透鏡27和28透射的光經(jīng)由場透鏡29、反射鏡30以及會聚透鏡31而進A TIR棱鏡32。TIR棱鏡31由兩個三角棱鏡構(gòu)造，且由會聚透鏡31會聚的光從三角棱鏡中的一個的側(cè)面進入TIR棱鏡32。在TIR棱鏡32中，入射光在三角棱鏡的傾斜表面上經(jīng)歷全反射，且該反射光從一個三角棱鏡的另一表面向DMD33出射。兩個三角棱鏡接合的表面是全反射表面且在該兩個表面之間需要空氣層。因此，當兩個三角棱鏡接合在一起時，空氣層例如通過粘附在兩個三角棱鏡之間插入的間隔物而保持在兩個三角棱鏡之間。DMD33對從TIR棱鏡32提供的進行光空間調(diào)制。來自DMD33的調(diào)制光(圖像光)再次從該一個三角棱鏡的該另一表面進入TIR棱鏡，且進入的圖像光隨后在不改變的情況下穿過三角棱鏡的接合表面并從另一三角棱鏡的側(cè)面出射。從TIR棱鏡32的該另一三角棱鏡的側(cè)面出射的圖像光被放大并通過投影光學系統(tǒng)34投影到外部屏幕上。通過控制激發(fā)光源12和13、紅色激光器10以及藍色激光器11點亮的時間，以時分方式從由正交二向色棱鏡20的直角棱鏡20d構(gòu)成的側(cè)面(發(fā)射面)出射紅色、綠色以及藍色的各個顏色的光束。使用DMD33來空間調(diào)制以這些時分出射的各個顏色的光束使得能夠獲得各個顏色的圖像光。
權(quán)利要求
1.一種照明設(shè)備，包括: 激發(fā)光源單元，所述激發(fā)光源單元提供激發(fā)光； 熒光體單元，所述熒光體單元利用從所述激發(fā)光源單元提供的激發(fā)光引起的激發(fā)而發(fā)射熒光； 準直透鏡，所述準直透鏡將從所述熒光體單元發(fā)射的熒光轉(zhuǎn)換成平行光束； 第一固態(tài)光源，所述第一固態(tài)光源提供第一光，所述第一光的峰值波長被設(shè)定在第一波長帶中，在所述第一波長帶中的波長比從所述熒光體單元發(fā)射的熒光的波長長； 第二固態(tài)光源，所述第二固態(tài)光源提供第二光，所述第二光的峰值波長被設(shè)定在不同于所述第一波長帶的第二波長帶中； 二向色鏡，在所述二向色鏡中將從所述激發(fā)光源單元提供的激發(fā)光以及從所述第一固態(tài)光源提供的光組合并出射作為組合光；以及 顏色組合裝置，所述顏色組合裝置設(shè)置有第一至第四表面，由所述二向色鏡組合的光被提供至所述第一表面，且從被提供至所述第一表面的所述組合光，所述激發(fā)光從所述第二表面向所述熒光體單元出射，所述第一光從所述第四表面出射，從所述熒光體單元發(fā)射的所述熒光被提供至所述第二表面，被提供至所述第二表面的所述熒光從所述第四表面出射，從所述第二固態(tài)光源提供的所述第二光被提供至所述第三表面，并且被提供至所述第三表面的所述第二光從所述第四表面出射； 其中所述準直透鏡將從所述顏色組合裝置的所述第二表面出射的所述激發(fā)光會聚在所述熒光體單元上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中所述激發(fā)光源單元包括: 第一和第二激發(fā)光源，所述第一和 第二激發(fā)光源被設(shè)置為使得各個激發(fā)光源的光軸在以預(yù)定距離隔開的狀態(tài)下彼此交叉，所述第一和第二激發(fā)光源中的每一個都提供具有第一偏振的激發(fā)光；以及 第一反射鏡，所述第一反射鏡被設(shè)置在所述第一和第二激發(fā)光源中的每一個的光軸交叉的位置處，并將從所述第一激發(fā)光源提供的所述第一偏振的激發(fā)光反射向所述二向色鏡; 其中從所述第二激發(fā)光源提供的所述第一偏振的激發(fā)光穿過所述第一偏振分束器周圍的空間并進入所述二向色鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明設(shè)備，其中所述激發(fā)光源單元進一步包括: 第三激發(fā)光源，所述第三激發(fā)光源被設(shè)置為使得其光軸在以預(yù)定距離隔開的狀態(tài)下與所述第二激發(fā)光源的光軸交叉，并提供具有所述第一偏振的激發(fā)光；以及 第二反射鏡，所述第二反射鏡被設(shè)置在所述第二和第三激發(fā)光源中的每一個的光軸交叉的位置處，并將從所述第三激發(fā)光源提供的所述第一偏振的激發(fā)光反射向所述二向色鏡; 其中: 所述第一和第二反射鏡被設(shè)置為，使得包含一個反射鏡的膜表面的第一平面和包含另一反射鏡的膜表面的第二平面正交，且在從垂直于所述第一和第二平面中的一個的方向上觀察時，所述第一和第二反射鏡被以預(yù)定間隔隔開地布置；以及 從所述第二激發(fā)光源提供的所述第一偏振的激發(fā)光穿過所述第一和第二偏振分束器之間的空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的照明設(shè)備，其中: 所述熒光體單元發(fā)射綠色熒光； 所述第一固態(tài)光源提供峰值波長被設(shè)定在紅色波長帶中的、具有所述第一偏振的光； 所述第二固態(tài)光源提供峰值波長被設(shè)定在藍色波長帶中的、具有所述第一偏振的光； 所述激發(fā)光源單元提供峰值波長被設(shè)定在藍色波長帶中的激發(fā)光； 所述顏色組合裝置包括被設(shè)置為使得膜表面相互正交的第一和第二膜； 所述第一膜相對于所述第一偏振的截止波長被設(shè)定為使得所述綠色和紅色波長帶的光被透射且所述藍色波長帶的光被反射； 所述第二膜相對于所述第一偏振的截止波長被設(shè)定為使得所述綠色和藍色波長帶的光被透射且所述紅色波長帶的光被反射；以及 在所述顏色組合裝置中，借助所述第一和第二膜將從所述第一表面進入的所述第一光、從所述第二表面進入的所述熒光以及從所述第三表面進入的所述第二光組合并從所述第四表面出射作為組合光，且借助所述第一膜將從所述第一表面進入的所述激發(fā)光反射向所述熒光體單元。
5.一種投影型顯示設(shè)備，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項所述的照明設(shè)備； 顯示元件，所述顯示元件對所述照明設(shè)備出射的光進行空間調(diào)制；以及 投影光學系統(tǒng)，所述投影 光學系統(tǒng)投影由所述顯示元件形成的圖像光。
全文摘要
一種照明設(shè)備，包括激發(fā)光源(12、13)；發(fā)射綠色熒光的熒光體輪(14)；將發(fā)射的熒光轉(zhuǎn)換成平行光束的準直透鏡(15)；紅色激光器(10)；藍色激光器(11)；將從激發(fā)光源(12、13)輸出的激發(fā)光以及從紅色激光器(10)輸出的光組合的二向色鏡(22)，以及將從熒光體箔(14)發(fā)射的熒光，從紅色激光器(10)輸出的光以及從藍色激光器(11)輸出的光組合的正交二向色棱鏡(20)。正交二向色棱鏡(20)將從激發(fā)光源(12、13)輸出的激發(fā)光向準直透鏡(15)發(fā)射，且準直透鏡(15)將入射的激發(fā)光聚焦到熒光體箔(14)上。
文檔編號G03B21/00GK103189794SQ20108006972
公開日2013年7月3日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者松原正晃, 齊藤裕之 申請人:Nec顯示器解決方案株式會社