專利名稱：光源單元、照明裝置及顯示器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于例如便攜式投影儀中的光源単元、照明裝置以及顯示器。
背景技術：
光學模塊是投影儀(投影型顯示器)的主要組件之一，其通常由包括光源的照明光學系統(tǒng)(照明裝置)及包括光學調制裝置的投射光學系統(tǒng)(投影光學系統(tǒng))構成。近年來，在此種投影儀的領域中，一種被稱為微型投影 儀的小型(掌上型)輕量便攜式投影儀已開始被廣泛投入使用。在過去，對于此種微型投影儀，一直利用LED (發(fā)光二極管)作為光源。同時，近來激光器已作為ー種新型光源而受到關注。例如，繼具有高功率輸出的藍色半導體激光器及紅色半導體激光器被商業(yè)化之后，緑色半導體激光器的開發(fā)也已發(fā)展至更接近可實用的水平。在此種背景下，已提出ー種利用三原色(包括紅色(R)、緑色(G)、及藍色(B))的單色激光器(半導體激光器)的投影儀(例如，參見PTLl及PTL2)。使用此種單色激光器能實現(xiàn)色彩再現(xiàn)范圍廣且功耗減小的投影儀。引用文獻列表專利文獻PTLl :日本專利特開第2009-188056號公報PTL2 國際專利 W02007/11693
發(fā)明內容
然而，在上述投影儀中，因為從各半導體激光器發(fā)出的光被用作用于圖像顯示的照明光，所以需要執(zhí)行各顔色光的光路合成(顔色合成)，這會導致光學系統(tǒng)呈大型結構。具體而言，光合成需要使用占據寬的排列空間的光學構件(例如，ニ向色棱鏡及ニ向色鏡)。這已成為妨礙投影儀進一歩小型化(減輕重量)的因素。鑒于上述內容，本發(fā)明的目的在于提供ー種光源単元、照明裝置及顯示器，所述光源単元、照明裝置及顯示器能夠通過使用發(fā)出具有兩種以上波長的光的多個光源而實現(xiàn)小型化。本發(fā)明的光源単元包括多個光源，用于發(fā)出具有兩種以上波長的光；微透鏡部，包括多個微透鏡，各所述微透鏡布置成與各所述光源相對；以及微棱鏡，其對從所述多個光源經由所述微透鏡部進入的各入射光束執(zhí)行光路轉換，以縮短所述光束的光路之間的距離。所述多個光源、所述微透鏡部及所述微棱鏡被整合于基材上。本發(fā)明的照明裝置包括本發(fā)明的上述光源単元。本發(fā)明的顯示器包括本發(fā)明的上述光源単元；以及光學調制裝置，其用于基于圖像信號調制從所述光源單元發(fā)出的光。應注意，本發(fā)明的微透鏡及微棱鏡中的用語“微”意指微觀尺度，而非按字面限制于任何微米級尺度，其還包含毫米級以及任何其他尺度。在本發(fā)明的光源単元、照明裝置、及顯示器中，將所述多個光源、微透鏡部及微棱鏡整合于基材上能使從所述多個光源發(fā)出的光在透射過微透鏡部之后進入微棱鏡中。微棱鏡對各入射光束執(zhí)行光路轉換，以縮短各光束的光路之間的距離(以使各入射光束的光軸彼此更為接近)，從而發(fā)出所得的光。在本發(fā)明的光源単元及顯示器中，將所述多個光源、微透鏡部及微棱鏡整合于基材上，這使得易于通過使用微觀尺度的微透鏡部及微棱鏡而將從所述多個光源發(fā)出的光引導至同一光路。換言之，可將從所述多個光源發(fā)出的光合成于微小區(qū)域中。這能夠通過使用發(fā)出兩種以上波長的光的所述多個光源而實現(xiàn)小型化。


圖I為顯示根據本發(fā)明第一實施例的顯示器的總體結構的圖；圖2為顯示圖I所示的光源單元的簡化結構的示意圖；圖3為用于闡釋圖I所示微透鏡部及微棱鏡的詳細結構及操作的示意圖； 圖4為顯示根據比較例I的顯示器的總體結構的圖；圖5為顯示根據比較例2的顯示器的總體結構的圖；圖6為用于闡釋圖I所示微透鏡部的操作的示意圖；圖7為用于闡釋圖I所示延遲板的操作的示意圖；圖8為顯示根據本發(fā)明第二實施例的顯示器的總體結構的圖；圖9為顯示圖8所示的光源単元的簡化結構的模式圖；以及圖10為顯示根據變形例的光源単元的簡化結構的示意圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖來詳細闡述本發(fā)明的各實施例。應注意，將按以下所給出的順序提供說明。I.第一實施例(使用將三種(R、G、B)激光器芯片整合于單個封裝體中的光源単元的顯示器的示例)2.第二實施例(使用將兩種(R、B)激光器芯片整合于單個封裝體中的光源単元的顯示器的示例)3.變形例(將三種(R、G、B)無封裝的激光器芯片安裝于基板上的光源単元的示例)[第一實施例][顯示器I的總體結構]圖I顯示本發(fā)明第一實施例的顯示器(顯示器I)的總體結構。顯示器I是將圖像(圖像光)投影至屏幕30圖像投影平面)上的投影儀，顯示器I包括照明裝置IA及光學系統(tǒng)(顯示光學系統(tǒng))，以使用來自照明裝置IA的照明光執(zhí)行圖像顯示。[照明裝置1A]照明裝置IA沿光軸Z具有光源單元11、擴束透鏡(expander lens) 14以及蠅眼透鏡(fly_eye lens) 15。光源単元11將發(fā)出不同波長的光的兩種以上的光源容置于單個封裝體中(將兩種以上的光源整合于單個封裝體中)。根據此實施例，使用R、G、B三種激光光源(紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器11B)。除紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB之外，光源単元11還具有將在下文中闡述的微透鏡部116、微棱鏡117以及延遲板118 (圖I中未顯示)。光源単元11的詳細結構將在后續(xù)進行說明。擴束透鏡14是用于擴大入射光的光束直徑的透鏡。在蠅眼透鏡15上，例如多個透鏡以ニ維方式排列于基板上，蠅眼透鏡15 g在使入射光的平面內亮度分布均勻。在此實施例中，從蠅眼透鏡15發(fā)出的光在圖像顯示時被用作照明光。(顯示光學系統(tǒng))上述顯示光學系統(tǒng)例如包括偏振分束器(polarization beam splitter, PBS)16、反射型液晶面板17 (光學調制裝置)及投影透鏡18 (投影光學系統(tǒng))。
偏振分束器16是如下的光學構件其選擇性地透過特定的偏振光(例如，P偏振光)，同時選擇性地反射另ー種偏振光(例如，s偏振光)。這使得來自照明裝置IA的照明光(例如，s偏振光)被選擇性地反射進入反射型液晶面板17中，并使得從反射型液晶面板17發(fā)出的圖像光(例如，P偏振光)被選擇性地透射而進入投影透鏡18中。反射型液晶面板17例如是由LCOS (娃基液晶)等構成,其根據從顯不器控制部(圖中未顯示)提供的圖像信號調制來自照明裝置IA的照明光，同時反射所述照明光，從而發(fā)出圖像光。在反射型液晶面板17上，圖像光朝著與光入射時不同的偏振方向發(fā)出。例如，光出射時的偏振方向相對于光入射時的偏振方向(例如，s偏振光)旋轉90度(例如,P偏振光)。投影透鏡18是用于執(zhí)行將從反射型液晶面板17發(fā)出的圖像光投影(放大投影)至屏幕30上的透鏡，投影透鏡18由三片透鏡18a、18b、及18c構成。[光源單元11的詳細結構]圖2示意性地顯示光源単元11的結構。例如，光源単元11具有例如位于板狀支撐板Iio上的用作散熱器等的芯柱112，紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB分別安裝于此芯柱112上。紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB以預定間距平行地設置于芯柱112上，并使出射光的遠場圖案(far field pattern, FFP)的長軸方向彼此一致。每ー激光器均經由接合線113與端子111相連接，且端子111穿過支撐板110而被引出至外側。紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB由設置于支撐板110上的密封構件114 (封裝體)進行密封。換言之，如上所述，紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB被容置于單個封裝體中。密封構件114具有窗114a (開ロ)作為其一部分，每ー激光束均朝著窗114a發(fā)出。保持器115 (保持構件)配合于密封構件114的此窗114a。在保持器115中，保持有微透鏡部116及微棱鏡117。圖3選擇性地放大顯示鄰近保持器115的光學構件(紅色激光器11R、綠色激光器11G、藍色激光器11B、微透鏡部116、微棱鏡117、以及將在下文中闡述的延遲板118)。如圖所示，此實施例具有如下結構其將三種被封裝的激光器、以及微觀尺度(被縮放至與封裝體相當)的微透鏡部116和微棱鏡117整合于基板(在此實施例中為支撐板110)上。微透鏡部116包括多個具有NA (數(shù)值孔徑)轉換功能的微透鏡，具體而言，包括與激光光源相同數(shù)目的此種微透鏡(在此實施例中為三個微透鏡116a至116c)。微透鏡116a至116c被設置成分別與紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB相対，并使用具有遮光作用的側壁116s來將這些微透鏡隔開。通過這些微透鏡116a至116c，來自紅色激光器IlR的出射光(紅色激光束Lr)、來自綠色激光器IlG的出射光(綠色激光束Lg)、及來自藍色激光器IlB的出射光(藍色激光束Lb)被基本平行化?？紤]到小型化及光學利用效率，這些微透鏡116a至116c的直徑被設定成適當?shù)闹担鳛槭纠?，可在O. 8mm至I. Omm的范圍內。此外，優(yōu)選的是，微透鏡116a至116c中每ー者的孔徑數(shù)均為O. 26以上，以確保對于例如具有各波長的輻射角(20度至45度的垂直方向Θ丄)的光束，幾何光學利用率均為70%以上(將在下文中詳細闡述)。微棱鏡117對來自紅色激光器I IR、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB的經由微透鏡部116進入的各入射光執(zhí)行光路轉換，以縮短所述光的光路之間的距離。理想地，執(zhí)行光路轉換以使入射至微棱鏡117中的入射光的光路在光發(fā)出后彼此近似一致。換言之，微棱鏡117校正由于光源單兀11中的各激光器的排列布局(各激光器的發(fā)光點位置的偏移)而引起的各顏色光的光軸偏移(光路偏移)。
微棱鏡117例如由多個相接合的棱鏡構成，其在所述棱鏡的接合表面上具有ニ向色性涂覆膜117a至117c (光學功能膜)。ニ向色性涂覆膜117a至117c被形成為分別與微透鏡116a至116c相對，其在反射性及透射性方面具有波長選擇性(具有反射或透射選擇波長的光的功能)。在此實施例中，例如，與微透鏡116a相対的ニ向色性涂覆膜117a被形成為反射緑色光及藍色光，同時透射紅色光。此外，與微透鏡116b相対的ニ向色性涂覆膜117b被形成為至少反射綠色光并透射藍色光。此外，與微透鏡116c相対的ニ向色性涂覆膜117c被形成為至少反射藍色光。此種微棱鏡117的尺寸例如根據微透鏡116a至116c的透鏡直徑及透鏡空間間隔等而被設定成適當?shù)闹怠Ｑ舆t板118附接于此微棱鏡117 (光出射偵1D上。延遲板118具有當光以兩種偏振方向(例如，s偏振光及P偏振光)入射時使這兩種偏振方向彼此接近的功能。理想地，延遲板118使這些偏振方向彼此近似一致。作為延遲板118的具體示例，優(yōu)選為半波長板，其具有通過將ー個偏振方向旋轉90度而使該偏振方向與另ー偏振方向一致的功能。應注意，所述具體示例并非限制于此種半波長板，且將兩種偏振方向轉換成圓偏振光的四分之一波長板也可適用。如上所述,此種延遲板118設置于微棱鏡117上,且微棱鏡117的光出射側的表面的一部分足以作為延遲板118的布置區(qū)域。盡管細節(jié)將在下文中進行闡述，從微透鏡部116側進入的各入射光均以微棱鏡117所合成的各光路發(fā)出，因此，僅須將延遲板118設置在與至少其出射光路(光軸Z上的光路)相對應的選擇區(qū)域。應注意，延遲板118的布置位置并非限制于微棱鏡117的光出射側，延遲板118也可設置于微棱鏡117的光入射側。具體而言，延遲板118可設置于微棱鏡117與微透鏡部116之間、或設置于微透鏡部116與紅色激光器11R、綠色激光器11G、或藍色激光器IlB之間。[顯示器I的操作及效果](顯示操作)在顯示器I中，在照明裝置IA中，從光源単元11發(fā)出的激光束在其光束直徑首先被擴束透鏡14擴大之后進入蠅眼透鏡15中，以經蠅眼透鏡15均化(在平面內亮度分布方面)。因此，激光束作為照明光從蠅眼透鏡15 (照明裝置1A)朝顯示光學系統(tǒng)發(fā)出。從照明裝置IA以此種方式發(fā)出的照明光首先進入偏振分束器16以在偏振分束器16中反射選擇的偏振光(例如，s偏振光)，井隨后進入反射型液晶面板17。在反射型液晶面板17上，在根據圖像信號調制此入射光的同時反射此入射光，從而使其作為圖像光向偏振分束器16側發(fā)出。此圖像光透過偏振分束器16，這是因為其以相對于入射時旋轉90度的偏振方向發(fā)出(例如，其被轉換成P偏振光)。透過偏振分束器16的圖像光被投影透鏡18朝屏幕30投影(放大投影)。如上所述，基于從光源単元11發(fā)出的激光束而執(zhí)行圖像顯示，且所述激光束是由如下所述的三原色R、G、及B的合成激光束構成。在顯不器I中，能夠基于R、G、B的各顏色分量而實現(xiàn)全色圖像顯示。(光源單元11中的操作)( LR、G、B 光路合成)
如圖3所示，在光源單元11中，當各顏色的激光束(Lr、Lg及Lb)首先從紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB發(fā)出時，各出射光均會進入微透鏡部116中。更具體而言，紅色激光束Lr進入微透鏡116a中，綠色激光束Lg進入微透鏡116b中，藍色激光束Lb進入微透鏡116c中。各入射激光束Lr、Lg及Lb在微透鏡116a至116c中各自被基本平行化，以朝著微棱鏡117發(fā)出。以此種方式，從紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB發(fā)出的各激光束Lr、Lg及Lb均經由微透鏡部116而進入微棱鏡117中。例如，在微棱鏡117中，對各入射激光束Lr、Lg、及Lb執(zhí)行隨后的光路轉換。具體而言，通過使用分別與微透鏡116a至116c相對形成的ニ向色性涂覆膜117a至117c，將激光束Lr、Lg、及Lb的各顔色光的光路合成于顯示器I的光軸Z上。更具體而言，經微透鏡116a入射的紅色激光束Lr經ニ向色性涂覆膜117a透射，并隨后經微棱鏡117透射，同時保持與入射時幾乎相同的光路，沿光軸Z發(fā)出。另ー方面，經微透鏡116b入射的綠色激光束Lg通過被ニ向色性涂覆膜117b反射而被弓I導至與紅色激光束Lr相同的光路，且隨后被ニ向色性涂覆膜117a進ー步反射，以從微棱鏡117發(fā)出。此外，經微透鏡116c入射的藍色激光束Lb首先被ニ向色性涂覆膜117c反射，井隨后經ニ向色性涂覆膜117b透射。隨后，與綠色激光束Lg—祥，藍色激光束Lb通過被ニ向色性涂覆膜117a反射而被引導至與紅色激光束Lr相同的光路，以從微棱鏡117發(fā)出。這使得在光源単元11中，從互不相同的光路進入微棱鏡117中的激光束Lr、Lg、及Lb被合成于光軸Z (Lout)上，以作為上述照明光被發(fā)出。(比較例I)此處，圖4顯示此實施例的比較例I的顯示器(顯示器100)的總體結構。如上述顯示器I 一祥，比較例I的顯示器100是將圖像光投影至屏幕30上的投影儀，其包括具有紅色激光器101R、綠色激光器101G、及藍色激光器IOlB的照明裝置101、以及作為顯示光學系統(tǒng)(投影光學系統(tǒng))的投影透鏡105 (105a、105b、及105c)。照明裝置101具有均化光學系統(tǒng)102R、102G、及102B，以及分別位于紅色激光束、綠色激光束、及藍色激光束的光路上的光學調制裝置(透射型液晶裝置)103RU03G、及103B。均化光學系統(tǒng) 102R、102G、及 102B分別由全息圖(hologram)(102Rl、102Gl、1102Bl)及場鏡(field lens) (102R2、102G2、及102B2)構成。此外，設有用于合成各顏色的光路的ニ向色棱鏡104。在比較例I的顯示器100中，在照明裝置101中，從紅色激光器10IR發(fā)出的光經均化光學系統(tǒng)102R透射，井隨后由光學調制裝置103R調制，以作為圖像光發(fā)出。類似地，從綠色激光器IOlG發(fā)出的光經均化光學系統(tǒng)102G透射，井隨后由光學調制裝置103G調制，以作為圖像光發(fā)出。此外，從藍色激光器IOlB發(fā)出的光經均化光學系統(tǒng)102B透射，井隨后由光學調制裝置103B調制，以作為圖像光發(fā)出。在ニ向色棱鏡104中對以此種方式從光學調制裝置103R、103G、及103B發(fā)出的彩色圖像光執(zhí)行顏色合成(光路合成)。然而，在此種照明裝置101中，排列有作為紅色激光器101R、綠色激光器101G、及藍色激光器IOlB的半導體激光器封裝體、及用于光路合成的ニ向色棱鏡(正交棱鏡)104，其中各半導體激光器封裝體的外形尺寸均為約Φ 5. 6mm且總長度均為約3. 5mm (不包括引線部)。因此，對用于投影儀的照明裝置而言，尺寸變得過大，這使得難以實現(xiàn)小型的投影儀。此外，為確保光學利用率，需要使用具有高NA且具有大的外徑形狀的場鏡102R2、102G2、及102B2，這會限制小型化。(比較例2) 圖5顯示比較例2的顯示器(顯示器200)的總體結構。如上述顯示器I 一祥，比較例2的顯示器200也是用于將圖像光投影至屏幕30上的投影儀。顯示器200包括具有紅色激光器201R、綠色激光器201G、及藍色激光器201B的照明裝置201、作為顯示光學系統(tǒng)的光學調制裝置(透射型液晶裝置)208、偏振分束器209、以及投影透鏡210 (投影光學系統(tǒng))。照明裝置201具有反射鏡202B、ニ向色鏡202R及202G、聚光透鏡203、漫射裝置204a及204b、驅動部205、光積分棒(rod integrator) 206、以及透鏡207。在比較例2的顯示器200中，在照明裝置201中，從藍色激光器20IB發(fā)出的光被反射鏡202B反射，并隨后經ニ向色鏡202R及202G選擇性地透射，以進入聚光透鏡203中。此外，從紅色激光器201R發(fā)出的光被反射鏡202R選擇性地反射，并隨后經ニ向色鏡202G選擇性地透射，以進入聚光透鏡203中。另ー方面，從綠色激光器201G發(fā)出的光被ニ向色鏡202G選擇性地反射，以進入聚光透鏡203中。彩色激光束被合成于這樣的各自的光路中在各自的光路中，各種光借助反射鏡202B以及ニ向色鏡202R及202G而以此種方式進入聚光透鏡203中。彩色合成光被聚光透鏡203會聚于光積分棒206的入射端面上。此時,驅動部205驅動漫射裝置204a及204b，且所述會聚光被漫射而進入光積分棒206中。隨后，在光積分棒206中被均化的光穿過透鏡207，作為照明光從照明裝置201發(fā)出。此照明光經由偏振分束器209、光學調制裝置208、及投影透鏡210而被投影(放大投影)至屏幕30上。然而，與上述比較例I 一祥，同樣在照明裝置201中，需要排列對應于R、G、及B的各個半導體激光器封裝體、用于光路合成的ニ向色鏡等等。因此，對用于投影儀的照明裝置而言，尺寸變得過大，這使得難以實現(xiàn)小型的投影儀。相反，在此實施例中，如上所述，在光源単元11中，紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB被容置于單個封裝體(密封構件114)中，且微透鏡部116及微棱鏡117由設置于密封構件114上的保持器115保持。換言之，此實施例具有如下結構其將容置于封裝體的微小區(qū)域中的三種(R、G、B)激光器芯片、以及微觀尺度幾乎等于所述封裝體的微透鏡部116及微棱鏡117整合于基板上。這使得從紅色激光器I IR、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB發(fā)出的各激光束Lr、Lg及Lb經由微透鏡部116而進入微棱鏡117中，從而使得各激光束Lr、Lg及Lb的光路被合成于此微棱鏡117上。因此，在此實施例中，光源単元11及照明裝置IA的尺寸變得尤其適用于微型投影儀。(2.微透鏡部116的操作)此外，在此實施例中，期望微透鏡116a至116c中的每ー者在排列于光源単元11中的微透鏡部116中滿足以下所給出的條件表達式(I)。此處，圖6示意性地顯示以最近的距離相鄰布置的兩個微透鏡(平行布置的多個微透鏡中的第i微透鏡及第(i+Ι)微透鏡)。在圖6中，第i微透鏡的有效直徑、孔徑數(shù)、及焦距分別為D (i)、NA (i)、及f (i)，且第(i+1)微透鏡的有效直徑、孔徑數(shù)、及焦距分別為D (i+l)、NA (i+1)、及f (i+1)。此外，當i為I以上的整數(shù)、第i光源(與第i微透鏡相対的光源)的波長為λ (i)、且第i微透鏡與第(i+Ι)微透鏡的光軸之間的距離(光源(發(fā)光點)之間的距離)為Λ (i)時，將滿足以下條件表達式(2)及(3)。Δ (i)/(f (i)+f (i+1))彡 O. 26...... (I)
λ (i) > λ (i+1) ......(2)f (i) ^ f (i+1) ......(3)可按下述方式導出此條件表達式(I)。換言之，以下表達式(4)表達相鄰光源之間的距離(發(fā)光點之間的距離)與透鏡(有效直徑)的關系，而以下表達式(5)則表達微透鏡中的孔徑數(shù)、焦距及有效直徑的關系。根據表達式(4)及(5)導出表達式(6)。Δ (i)彡(D(i)/2+D(i+l)/2)......(4)NA (i ) =D ⑴ / (2 · f ⑴)—D (i) =2 · f (i) · NA (i ) ......(5)Δ (i)^f(i) NA (i)+f (i+1) NA (i+1) ......(6)當使所需亮度在相鄰微透鏡之間相等時，在上述表達式(6)中建立NA (i)=NA(i+1)(微透鏡的孔徑數(shù)為NA)，并建立以下所給出的表達式(7)。Δ (i)/(f (i)+f (i+1)) ^NA......(7)同時，在現(xiàn)有的微型投影儀中，亮度效率的參考指標值為lOaumen/W)。使用根據光學效率、電效率、光源效率、發(fā)光率(luminosity factor)等的預定定義表達式來計算此亮度效率。光學效率具體包括幾何光學效率(70%)、組成部件的透射率(80%)、及偏振光的效率(90%)，而電效率具體包括孔徑比(92%)及反射率(60%)。此外，激光光源的發(fā)光效率(luminous efficiency)在大約從20至25 (W/W)的范圍內(根據具體的波長而定),且發(fā)光率使用通常的恒定值。為根據這些不同的角度而實現(xiàn)理想亮度10 (lumen/W)，期望微透鏡的孔徑數(shù)為O. 26以上。通過在上述表達式(7)中考慮此值而獲得上述條件表達式(I)。例如，當如本實施例ー樣使用三種激光光源R、G、B時，可通過在設計中采用以下值來滿足條件表達式(I)。λ (I) =640nm, λ (2) =525nm, λ (3) =445nmf (1 ) =1. 8mm, f (2)=1.8mm, f (3)=1. 8mmΔ (I)=LOmm, Δ (2) =LOmm此時，當i=l、2時，根據條件表達式(I)獲得的值變成如下所示的0. 277。此外，在此情形中，對于微棱鏡117，例如可使用具有ImmX ImmX3mm的尺寸的棱鏡。i=l Δ (I) /(f (I) +f (2) )=0. 277i=2 Δ (2) /(f (2) +f (3) )=0. 277(3.考慮FFP形狀的各激光光源的排列)
此外，在此實施例中，在此種光源單元11中，通過將紅色激光器I IR、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB設置成使激光束Lr、Lg及Lb的FFP的長軸方向彼此近似一致而得到以下操作。圖7A顯示從紅色激光器IlR發(fā)出的紅色激光束Lr的FFP及偏振方向，而圖7B顯示從綠色激光器IlG (藍色激光器11B)發(fā)出的綠色激光束Lg (藍色激光束Lb也相同)的FFP及偏振方向。如圖所示，例如，對于分別從紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB發(fā)出的各激光束Lr、Lg、及Lb而言，F(xiàn)FP均呈橢圓形形狀，所述橢圓形形狀在XY平面中沿X方向具有短軸且沿Y方向具有長軸。換言之，激光束Lr、Lg、及Lb的FFP的長軸方向沿Y方向彼此一致。例如，這將減少在使用具有I切ロ形狀的透鏡時的光學損失。一般而言，例如常常 在設備厚度受限時使用具有I切ロ形狀的透鏡，使用此種透鏡會根據切ロ方向而縮窄光學有效范圍。如上所述，通過使激光束Lr、Lg、及Lb的所有FFP的長軸方向(即，F(xiàn)FP的形狀)與I切ロ方向(較寬有效直徑的方向)一致，可減少任何光學損失。(4.延遲板118的操作)此外，根據此實施例，在光源單元11中，例如，延遲板118設置于微棱鏡117上，從而得到以下操作。如上所述，盡管期望激光束Lr、Lg、及Lb的FFP的長軸方向(FFP的形狀)彼此一致，然而此時在各激光束Lr、Lg、及Lb中偏振方向互不相同。具體而言，紅色激光束Lr的偏振方向Plr變得與FFP的長軸方向(Y軸方向)相同(圖7 (A))。另ー方面，綠色激光束Lg(藍色激光束Lb)的偏振方向Plgb變得與FFP的短軸方向(X軸方向)相同(圖7 (B))。如上所述，盡管當各激光束的偏振方向互不相同(此情形中存在兩種偏振方向)時在R、G、B中激光束的FFP形狀匹配，然而仍可出現(xiàn)以下缺點。換言之，例如，如本實施例一祥，當與顯示光學系統(tǒng)中的反射型液晶面板17及偏振分束器16相結合地執(zhí)行光路分離(光路轉換)時，理想的是使照明光的偏振方向相一致。因此，期望從光源単元11發(fā)出的激光束中的彩色光的偏振方向與偏振方向中的ー個方向相一致。就此而言，延遲板118設置于微棱鏡117上，以使以上述偏振方向Plr及Plgb發(fā)出的激光束Lr、Lg、及Lb彼此接近。例如，通過使用預定的半波長板作為延遲板118，對于紅色激光束Lr而言，偏振方向Plr被旋轉90度，且紅色激光束Lr沿與短軸方向(X)相同的偏振方向P2r發(fā)出。另ー方面，因為此種半波長板對于綠色激光束Lg及藍色激光束Lb (其中偏振方向Plgb最初指示FFP形狀的短軸方向(X軸方向))不起作用，所以這些激光束保持與入射時相同的偏振方向(P2gb)發(fā)出。以此種方式，延遲板118的使用使得激光束Lr、Lg、及Lb的偏振方向可彼此一致。這也使光源單兀11適用于使用上述偏振光來執(zhí)行光路分離的顯不光學系統(tǒng)。如上所述，在本發(fā)明的此實施例中，光源単元11具有如下結構其整合容置于單個封裝體中的紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器11B、以及微觀尺度幾乎等于所述封裝體的微透鏡部116及微棱鏡117。這能夠在不像上述比較例I及2 —祥提供大型光學系統(tǒng)的情況下合成激光束Lr、Lg、及Lb的光路。因此，可通過使用發(fā)出兩種以上波長的光的多個光源來實現(xiàn)小型化。[第二實施例]
圖8顯示本發(fā)明第二實施例的顯示器(顯示器2)的總體結構。如上述第一實施例的顯示器I 一祥，顯示器2是用于將圖像投影至屏幕30上的投影儀，然而包括光源単元12的照明裝置2A的結構不同于上述第一實施例。應注意，將使用相同的附圖標記來表示與第一實施例相同的組成部件，并酌情省略相關的說明。[照明裝置2A的結構]照明裝置2A沿光軸Z具有光源単元12、擴束透鏡14、合成棱鏡19以及蠅眼透鏡15。照明裝置2A還設置有與合成棱鏡19相對的綠色LED20G、以及耦合透鏡21 (透鏡21a及21b)。換言之，在此實施例中，R及B兩個分量是基于來自激光光源的出射光，且G分量是基于來自LED的出射光。(光源單元12) 如上述第一實施例的光源単元11 一祥，光源単元12將兩種以上的光源容置于單個封裝體中。然而，在此實施例中，僅R及B兩種激光光源(紅色激光器IlR及藍色激光器11B)被容置于單個封裝體中。圖9示意性地顯示光源單元12的結構。如上述光源單元11 ー樣，光源單元12例如具有位于支撐板110上的芯柱112、以及分別安裝于此芯柱112上的紅色激光器I IR及藍色激光器11B。此外，紅色激光器IlR及藍色激光器IlB以預定間距平行地設置于芯柱112上，并使出射光的FFP的長軸方向彼此一致。各激光器經由接合線113與用于外部連接的端子111相連接。這些紅色激光器IlR及藍色激光器IlB由支撐板110上的密封構件114進行密封，并被容置于單個封裝體中。此外，保持器115配合于設置在密封構件114上的窗114a，且微透鏡部126及微棱鏡127被保持于此保持器115中。換言之，此實施例也具有如下結構其整合其中容置有R及B兩種激光器的封裝體、以及微觀尺度幾乎等于所述封裝體的微透鏡部126及微棱鏡127。如上述第一實施例的微透鏡部116—祥，微透鏡部126包括與激光光源相同數(shù)目的具有NA轉換功能的微透鏡(在此實施例中為兩個微透鏡126a及126b)。這些微透鏡126a及126b被分別設置成與紅色激光器IlR及藍色激光器IlB相対。通過這些微透鏡126a及126b，來自紅色激光器IlR的紅色激光束Lr及來自藍色激光器IlB的藍色激光束Lb均基本被平行化。對于微透鏡126a及126b的直徑、孔徑數(shù)等而言，如上述微透鏡部116 (116a至116c) —祥，期望考慮到小型化及光學利用效率(亮度效率)而對其進行設定。如上述第一實施例的微棱鏡117—祥,微棱鏡127對各入射光執(zhí)行光路轉換，以縮短所述光的光路之間的距離(理想地使各光路彼此一致)。此外，微棱鏡127由多個相接合的棱鏡構成，其在所述棱鏡的接合表面上分別具有ニ向色性涂覆膜127a及127b (光學功能膜)。ニ向色性涂覆膜127a及127b分別被形成為與微透鏡126a及126b相對，其在反射性及透射性方面具有波長選擇性(具有反射或透射選擇波長的光的功能)。在此實施例中，例如，與微透鏡126a相対的ニ向色性涂覆膜127a被形成為至少反射藍色光井透射紅色光。另ー方面，與微透鏡126b相対的ニ向色性涂覆膜127b被形成為至少反射藍色光。例如根據微透鏡126a及126b的透鏡直徑、透鏡空間間隔等將此微棱鏡127的尺寸設定成適當?shù)闹?。與上述第一實施例一祥，在此微棱鏡127 (光出射側)上的發(fā)光光路(光軸Z)上附接有延遲板118。
合成棱鏡19將基于來自光源単元12的出射光的激光束(紅色激光束Lr與藍色激光束Lb的合成光)及基于從綠色LED 20G發(fā)出的光的光束(綠色LED光)合成在光軸Z上。緑色LED 20G是發(fā)出緑色光的發(fā)光二極管。耦合透鏡21例如由兩片透鏡21a及21b構成，其基本平行于從綠色LED 20G發(fā)出的光。[照明裝置2A(顯示器2)的操作及效果]在照明裝置2A中，從光源単元12發(fā)出的激光束在其光束直徑被擴束透鏡14擴大之后進入合成棱鏡19中。另ー方面，從綠色LED 20G發(fā)出的LED光在其被耦合透鏡21基本上平行化之后進入合成棱鏡19中。當激光束及LED光在合成棱鏡19中被合成后，合成的光經蠅眼透鏡15透射，作為照明光從照明裝置2A發(fā)出。此照明光穿過顯示光學系統(tǒng)(偏振分束器16、反射型液晶面板17、及投影透鏡18)而成為圖像光，從而被投影至屏幕30上。如圖9所示，在光源単元12中，當紅色激光束Lr及藍色激光束Lb從紅色激光器IlR及藍色激光器IlB發(fā)出時，各出射光均進入微透鏡部126中。更具體而言，紅色激光束Lr進入微透鏡126a中，而藍色激光束Lb則進入微透鏡126b中。各入射激光束Lr及Lb 各自在微透鏡126a及126b中被基本平行化，以朝著微棱鏡127發(fā)出。在微棱鏡127中，對各入射激光束Lr及Lb執(zhí)行預定的光路轉換。具體而言，通過使用ニ向色性涂覆膜127a及127b，激光束Lr及Lb的彩色光的光路被合成于顯示器2的光軸Z上。更具體而言，經微透鏡126a入射的紅色激光束Lr透射過ニ向色性涂覆膜127a，且隨后透射過微棱鏡127，同時保持與入射時幾乎相同的光路，以在光軸Z上發(fā)出。另ー方面，經微透鏡126b入射的藍色激光束Lb首先被ニ向色性涂覆膜127b反射。隨后，其通過被ニ向色性涂覆膜127a反射而被引導至與紅色激光束Lr相同的光路，以從微棱鏡127發(fā)出。這使得在光源単元12中，從互不相同的光路進入微棱鏡127中的激光束Lr及Lb被合成于光軸Z上而發(fā)出。以此種方式合成的紅色激光束Lr及藍色激光束Lb在合成棱鏡19中與綠色LED光合成。因此，來自照明裝置2A的出射光最終成為具有R、G及B三原色的成分的光。此外，同樣在此實施例中，期望微透鏡部126中的各微透鏡126a及126b滿足上述條件表達式(I)。例如，當如本實施例一祥使用R及B兩種激光光源時，可通過在設計中采用以下值而滿足條件表達式(I )。λ (I) =640nm, λ (2) =445nmf (I) =1. 35mm, f (2)=1. 35mmΔ (I) =0. 8mm此時，當i=l時，根據條件表達式(I)獲得的值會變成如下所示的0.296。此外，在此情形中，對于微棱鏡127，例如可使用具有O. 8mmXO. 8mmX I. 6mm的尺寸的棱鏡。i=l Δ (I) /(f (I) +f (2) )=0. 296此外，同樣在本實施例中，如上述第一實施例一祥，紅色激光器IlR及藍色激光器IlB被設置成使激光束Lr及Lb的FFP的長軸方向彼此近似一致，從而使光學損失減少。此外，紅色激光束Lr及藍色激光束Lb從光源發(fā)出之后的偏振方向互不相同，因為延遲板118設置于微棱鏡127上，這使得這些偏振方向可彼此近似一致。因此，如上述第一實施例一祥，在顯示器2中，可實現(xiàn)全色圖像顯示。此外，對容置于單個封裝體中的R及B兩種激光光源、以及微透鏡部126及微棱鏡127進行整合能夠以適用于微型投影儀的尺寸實現(xiàn)光源単元12 (照明裝置2A)。因此，可獲得與上述第一實施例等效的效果。[變形例]隨后，提供關于本發(fā)明的變形例的說明。盡管此變形例適用于第一實施例及第ニ實施例兩者，然而此說明是通過以使用第一實施例所述的三種激光器芯片的情形為例進行的。在下文中，將使用相同的附圖標記表示與第一實施例中相同的組成部件，并酌情省略相關的說明。圖10顯示變形例的光源單元(光源單元13)的簡化結構。如上述第一實施例的光源単元11 一祥，此變形例的光源単元13將三種激光光源(紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器11B)、以及微透鏡部116及微棱鏡117整合(層壓)于支撐板130上。具體而言，如上述光源單元11 一祥，光源單元13例如具有位于支撐板130上的芯柱112，以及分別安裝于此芯柱112上的紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB0此外，紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB以預定間距平行地設置于芯柱112上，并使出射光的FFP的長軸方向彼此一致。各激光器經由接合線113與用于外部連接的端子131相連接。此外，在紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB的光出射側，設置有微透鏡部116及微棱鏡117。然而，在此變形例中，與本發(fā)明的第一實施例不同，三種激光光源(紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器11B)、微透鏡部116、及微棱鏡117沿支撐板130的平面內方向S進行層壓。具體而言，本變形例具有層壓結構其中表面上安裝有紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB的芯柱112、微透鏡部116、及微棱鏡117被附接于支撐板130的一個主面上。此外，如第一實施例一祥，在微棱鏡117的光出射側附接有延遲板118。換言之，與上述第一實施例及第ニ實施例不同，此變形例具有如下結構其中各光 源均未被封裝,而是與微透鏡部116及微棱鏡117 —同安裝于基板上。如本變形例一祥，紅色激光器11R、綠色激光器11G、及藍色激光器IlB無須被容置于單個封裝體中。將這些激光器與微透鏡部及微棱鏡一同整合于同一基板上的微小區(qū)域中的結構能夠獲得與第一實施例等效的效果。盡管此處通過引用實施例及變形例來闡述本發(fā)明，然而本發(fā)明并非限制于這些實施例等，并且允許作出各種修改。例如，在上述實施例等中，是針對其中光源単元中的多個光源全部為激光光源的情形進行說明，然而光源并非限制于此，也可包括其他光源(例如，LED)，或可將激光光源與LED組合安裝。此外，各激光光源的數(shù)目、布置(排列順序)等并非限制于上文所述。此外，在本發(fā)明的上述第二實施例中，紅色激光器及藍色激光器設置于光源単元12中，而綠色LED則設置于光源單元的外側，由此，R激光束及B激光束與LED光G的合成光被用作照明光，然而，激光波長與LED波長的組合并非限制于此。此外，在上述實施例等中，采用反射型液晶面板作為光學調制裝置的示例，然而，光學調制裝置并非限制于此，例如，也可使用透射型液晶面板、DMD (數(shù)字微鏡裝置)等等。此外，在上述實施例等中，通過具體列舉照明裝置及顯示器的每ー組成部件(光學系統(tǒng))而進行說明，然而，并非必須設置所有這些組成部件，或者還可設有其它組成部件。此外，在上述實施例等中，采用投影儀(尤其是微型投影儀)作為本發(fā)明的顯示器的示例，然而，顯示器并非限制于此，例 如直視型顯示器或光刻機(例如步進器(St印per))也可適用。
權利要求
1.一種光源單兀，包括 多個光源，其用于發(fā)出兩種以上波長的光； 微透鏡部，其包括多個微透鏡，各所述微透鏡布置成與各所述光源相對；以及 微棱鏡，其對從所述多個光源經由所述微透鏡部進入的各入射光束執(zhí)行光路轉換，以縮短所述光束的光路之間的距離，其中， 所述多個光源、所述微透鏡部及所述微棱鏡被整合于基材上。
2.如權利要求I所述的光源単元，其中，所述微棱鏡執(zhí)行所述光路轉換，以使所述入射光束的所述光路近似一致。
3.如權利要求I或權利要求2所述的光源単元，其中，所述微棱鏡與各所述微透鏡相對且具有光學功能膜，所述光學功能膜反射選擇的波長的光井透射其它選擇的波長的光。
4.如權利要求I所述的光源単元，其中，所述多個光源包括紅色激光器、綠色激光器及藍色激光器中的兩種以上激光器。
5.如權利要求4所述的光源単元，其中，所述多個光源為紅色激光器、綠色激光器及藍色激光器。
6.如權利要求4或權利要求5所述的光源単元，其中，從所述多個激光器發(fā)出的光束的遠場圖案中的長軸方向彼此近似一致。
7.如權利要求4或權利要求5所述的光源単元，還包括 延遲板，其用于使所述入射光束的第一偏振方向與第二偏振方向彼此更加接近，所述第一偏振方向與所述第二偏振方向彼此不同。
8.如權利要求7所述的光源単元，其中，所述延遲板使所述第一偏振方向與所述第二偏振方向彼此近似一致。
9.如權利要求8所述的光源単元，其中， 所述第一偏振方向與所述遠場圖案中的長軸方向相同，而所述第二偏振方向與所述遠場圖案中的短軸方向相同；且 所述延遲板為半波長板，其通過選擇性地將所述第一偏振方向旋轉90度而使所述第一偏振方向與所述第二偏振方向彼此近似一致。
10.如權利要求I所述的光源単元，其中，所述多個光源被容置于單個封裝體中。
11.如權利要求10所述的光源単元，包括 密封構件，其位于所述基材上，用于密封所述多個光源，且在所述多個光源的發(fā)光側上具有開ロ ；以及 保持構件，其用于保持所述微透鏡部及所述微棱鏡，且與所述密封構件的所述開ロ相配合。
12.如權利要求I所述的光源単元，其中，所述多個光源、所述微透鏡部及所述微棱鏡沿作為所述基材的基板的平面內方向層壓于所述基板上。
13.ー種照明裝置，包括光源単元，所述光源単元包括 多個光源，其用于發(fā)出兩種以上波長的光； 微透鏡部，其包括多個微透鏡，各所述微透鏡布置成與各所述光源相對；以及 微棱鏡，其對從所述多個光源經由所述微透鏡部進入的各入射光束執(zhí)行光路轉換，以縮短所述光束的光路之間的距離，其中，所述多個光源、所述微透鏡部及所述微棱鏡被整合于基材上。
14.一種顯不器,包括 光源単元；以及 光學調制裝置，其用于基于圖像信號調制從所述光源單元發(fā)出的光， 其中，所述光源單元包括 多個光源，其用于發(fā)出兩種以上波長的光； 微透鏡部，其包括多個微透鏡，各所述微透鏡布置成與各所述光源相対；及微棱鏡，其對從所述多個光源經由所述微透鏡部進入的各入射光束執(zhí)行光路轉換，以縮短所述光束的光路之間的距離，且 所述多個光源、所述微透鏡部及所述微棱鏡被整合于基材上。
15.如權利要求14所述的顯示器，還包括 投影光學系統(tǒng)，其用于將所述光學調制裝置所調制的光投影至表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種顯示裝置及一種照明裝置，其中，可通過使用發(fā)出兩種以上波長的光的多個光源而減小所述裝置的尺寸。紅色激光器(11R)、綠色激光器(11G)、藍色激光器(11B)、微透鏡部(116)及微棱鏡(117)被整合于光源單元(11)中的基板上。從各激光光源發(fā)出的各激光束穿過微透鏡部(116)并進入微棱鏡(117)。在微棱鏡(117)處轉換各入射光的光路，使得所述光路之間的距離變短(各入射光的光軸變得彼此更加接近)。作為上述整合的結果，可通過使用微型尺度的微透鏡部及微棱鏡合成各激光束的光路。
文檔編號F21V9/08GK102696157SQ20118000479
公開日2012年9月26日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者三浦幸治, 大巖達矢, 高橋一幸 申請人:索尼公司