JP2012098442A - Wavelength conversion element, light source device, and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長変換素子、光源装置、及びプロジェクター、特に、それらに好適に利用できる、蛍光を発生させる蛍光体ホイールに関する。 The present invention relates to a wavelength conversion element, a light source device, and a projector, and more particularly to a phosphor wheel that generates fluorescence and can be suitably used for them.
プロジェクターに用いられる光源装置の一つとして、レーザー光を励起光として蛍光体に照射し、励起光とは異なる波長の蛍光を発生させる光源装置が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。 As one of light source devices used in a projector, a light source device that irradiates a phosphor with laser light as excitation light and generates fluorescence having a wavelength different from the excitation light has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). ).
従来の、波長変換素子として機能する蛍光体ホイールの蛍光体層は、励起光の照射領域であるスポットに対して広い範囲に設けられる。蛍光体層に分散されている蛍光体(蛍光体結晶)は、発生した蛍光を等方的に放出する。蛍光体層は所定の厚みを持っているため、蛍光体ホイール基板の面法線に対して大きな角度をなす蛍光成分は、蛍光体層のうち励起光の照射領域の外側にまで伝播することになる。励起光の照射領域の外側に伝播した蛍光は、その先に存在する蛍光体へ入射することによりさらに散乱する。蛍光体層での散乱の繰り返しにより照射領域の外側に向かって蛍光が伝播すると、蛍光体ホイールにおける発光面積が増加する。すなわち、エテンデューが増加する。蛍光体ホイールにおける発光面積の増加は、光源装置より後方の光学系によって取り込まれない光を増加させ、蛍光体ホイールを含むシステム全体としての光利用効率の低下を引き起こすことになる。 A phosphor layer of a conventional phosphor wheel that functions as a wavelength conversion element is provided in a wide range with respect to a spot that is an irradiation region of excitation light. The phosphor (phosphor crystal) dispersed in the phosphor layer emits the generated fluorescence isotropically. Since the phosphor layer has a predetermined thickness, the fluorescent component that makes a large angle with respect to the surface normal of the phosphor wheel substrate propagates outside the irradiation region of the excitation light in the phosphor layer. Become. Fluorescence propagated outside the irradiation region of the excitation light is further scattered by being incident on a phosphor existing ahead. When fluorescence propagates toward the outside of the irradiation region due to repeated scattering in the phosphor layer, the light emission area in the phosphor wheel increases. That is, etendue increases. The increase in the light emission area in the phosphor wheel increases the light that is not taken in by the optical system behind the light source device, and causes a reduction in the light utilization efficiency of the entire system including the phosphor wheel.
蛍光体層から射出する光は、ランバート放射に近い角度分布を示す。蛍光体層の蛍光射出面の法線に対して大きな角度をなして蛍光体層から射出した光は、蛍光体層の射出側に設けられたピックアップレンズや導光手段による充分な補足が困難であることから、光利用効率が低下する。
本発明は、上記の課題のうち少なくとも1つを解決し、波長変換素子を含むシステム全体としての光利用効率を向上させることが可能な波長変換素子、光源装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。
The light emitted from the phosphor layer exhibits an angular distribution close to Lambert radiation. The light emitted from the phosphor layer at a large angle with respect to the normal of the phosphor emitting surface of the phosphor layer is difficult to sufficiently capture by a pickup lens or a light guide provided on the emission side of the phosphor layer. As a result, the light utilization efficiency decreases.
An object of the present invention is to solve at least one of the above-described problems and provide a wavelength conversion element, a light source device, and a projector capable of improving the light utilization efficiency of the entire system including the wavelength conversion element. To do.
本発明に係る波長変換素子は、基板と、前記基板の一面に設けられた蛍光体層と、前記蛍光体層が有する複数の側面のうち第1の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板の前記一面と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第1の反射部と、を備えたことを特徴とする。 The wavelength conversion element according to the present invention is provided on a first side surface among a plurality of side surfaces of the substrate, the phosphor layer provided on one surface of the substrate, and the phosphor layer, and the inside of the phosphor layer. And a first reflecting portion for reflecting light traveling in parallel with the one surface of the substrate in a direction opposite to the substrate.
このような構成によると、第1の反射部は、蛍光体層の内部を基板の一面と平行に進む光を反射させることで、発光領域を制限し、蛍光体層における発光面積の増加を抑制させることができる。つまり、発光領域は、第1の反射部を越えて広がることはない。
さらに、第1の反射部は、蛍光体層の内部を基板の一面と平行に進む光を基板とは逆方向に反射させることができる。すなわち、蛍光体層の射出面、すなわち蛍光体層と空気との界面の面法線に対する光線角度が小さくなるように光の進行方向を変化させることができる。このように、蛍光体層の射出面における光線角度が小さくなるため、蛍光体層の射出面における光の全反射が抑制される。また、蛍光体層から射出する光の射出角が小さくなることで、ピックアップレンズや導光手段で取り込まれる光の量が増加する。これにより、波長変換素子を含むシステム全体としての光利用効率の低下を抑制することができる。
According to such a configuration, the first reflecting portion reflects the light traveling in parallel with the one surface of the substrate inside the phosphor layer, thereby limiting the light emitting region and suppressing an increase in the light emitting area in the phosphor layer. Can be made. That is, the light emitting region does not extend beyond the first reflecting portion.
Further, the first reflecting unit can reflect light traveling in the phosphor layer in parallel with one surface of the substrate in a direction opposite to the substrate. That is, the light traveling direction can be changed so that the light ray angle with respect to the emission surface of the phosphor layer, that is, the surface normal of the interface between the phosphor layer and air becomes small. Thus, since the light ray angle on the emission surface of the phosphor layer becomes small, total reflection of light on the emission surface of the phosphor layer is suppressed. In addition, since the emission angle of light emitted from the phosphor layer is reduced, the amount of light taken in by the pickup lens and the light guide means is increased. Thereby, the fall of the light utilization efficiency as the whole system containing a wavelength conversion element can be suppressed.
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記第1の側面は、前記基板の回転軸を中心とする円に沿う方向と該円と交差する方向とのうちいずれか一方の方向に沿っていることが望ましい。 Moreover, as a preferable aspect of the wavelength conversion element described above, the first side surface is either one of a direction along a circle centering on the rotation axis of the substrate and a direction intersecting the circle. Desirably along the direction.
第1の側面が基板の回転軸を中心とする円に沿う方向に沿っている場合は、該円の半径方向について発光面積の増加を抑制させるとともに、蛍光体層から射出する光の光線角度を小さくすることができる。また、第1の側面が基板の回転軸を中心とする円と交差する方向に沿っている場合は、該円の円周方向について発光面積の増加を抑制させるとともに、蛍光体層から射出する光の光線角度を小さくすることができる。 When the first side surface is along a direction along a circle centered on the rotation axis of the substrate, an increase in the light emitting area is suppressed in the radial direction of the circle, and the light ray angle of light emitted from the phosphor layer is set. Can be small. Further, when the first side surface is along a direction intersecting with a circle centering on the rotation axis of the substrate, the light emitted from the phosphor layer is suppressed while suppressing an increase in the light emitting area in the circumferential direction of the circle. The light beam angle can be reduced.
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記第1の側面と対向する前記蛍光体層の第2の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第2の反射部をさらに有することが望ましい。 Moreover, as a preferable aspect of the wavelength conversion element described above, the wavelength conversion element is provided on the second side surface of the phosphor layer facing the first side surface, and proceeds inside the phosphor layer in parallel with the substrate. It is desirable to further have a second reflecting portion that reflects light in a direction opposite to the substrate.
これにより、発光面積の増加をさらに抑制させることができる。さらに、小さな光線角度で蛍光体層から射出する光の量を増加させることができるため、ピックアップレンズや導光手段で取り込まれる光の量をさらに増加させることができる。 Thereby, the increase in the light emission area can be further suppressed. Furthermore, since the amount of light emitted from the phosphor layer at a small light beam angle can be increased, the amount of light taken in by the pickup lens or the light guide means can be further increased.
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記第1の側面と交差する前記蛍光体層の第3の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第3の反射部と、前記第3の側面と対向する前記蛍光体層の第4の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第4の反射部と、をさらに有することが望ましい。 In addition, as a preferable aspect of the wavelength conversion element described above, the wavelength conversion element is provided on a third side surface of the phosphor layer intersecting with the first side surface, and proceeds inside the phosphor layer in parallel with the substrate. A third reflecting portion configured to reflect light in a direction opposite to the substrate; and a fourth side surface of the phosphor layer facing the third side surface, wherein the interior of the phosphor layer is disposed on the substrate. It is desirable to further include a fourth reflecting portion that reflects light traveling in parallel to the substrate in a direction opposite to the substrate.
これにより、波長変換素子を所定の回転軸のまわりに回転させながら蛍光体層に励起光を照射する場合、回転軸を中心とする円の半径方向と円周方向の両方について発光領域を制限することができるため、発光面積の増加をさらに抑制させることができる。また、ピックアップレンズや導光手段で取り込まれる光の量をさらに増加させることができる。 As a result, when the phosphor layer is irradiated with excitation light while rotating the wavelength conversion element around a predetermined rotation axis, the light emitting region is limited in both the radial direction and the circumferential direction of the circle around the rotation axis. Therefore, an increase in the light emission area can be further suppressed. In addition, the amount of light taken in by the pickup lens or the light guide means can be further increased.
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記蛍光体層は、前記基板の表面に設けられていることが望ましい。 Moreover, as a preferable aspect of the wavelength conversion element described above, it is desirable that the phosphor layer is provided on the surface of the substrate.
基板上に蛍光体層を設けることで、蛍光体層で発生した熱を外部へ効果的に放散させることができる。 By providing the phosphor layer on the substrate, the heat generated in the phosphor layer can be effectively dissipated to the outside.
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記蛍光体層は、前記基板に設けられた溝に設けられていることが望ましい。 As a preferred embodiment of the wavelength conversion element described above, it is desirable that the phosphor layer is provided in a groove provided in the substrate.
基板の溝に蛍光体層を設けることで、蛍光体層の材料の塗布を安定して行うことができる。 By providing the phosphor layer in the groove of the substrate, the material of the phosphor layer can be stably applied.
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記第1の反射部の前記蛍光体層とは反対側に設けられた熱伝導部材をさらに備えることが望ましい。 Moreover, as a preferable aspect of the wavelength conversion element described above, it is desirable to further include a heat conduction member provided on the opposite side of the phosphor layer of the first reflecting portion.
これにより、蛍光体層で生じた熱を効果的に放散させることができる。 Thereby, the heat generated in the phosphor layer can be effectively dissipated.
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光を透過させ、前記蛍光体から射出される蛍光を反射する波長分離層を有することが望ましい。 Moreover, as a preferable aspect of the wavelength conversion element described above, a fluorescence that is provided between the substrate and the phosphor layer, transmits excitation light that excites the phosphor, and is emitted from the phosphor. It is desirable to have a wavelength separation layer that reflects light.
波長分離層は、蛍光体層の内部を励起光の入射面に向かって進行する蛍光を反射する。これにより、基板の蛍光体層が設けられている面とは反対側から励起光を照射した際、波長変換素子は、効率良く蛍光を射出することができる。 The wavelength separation layer reflects the fluorescence traveling toward the incident surface of the excitation light through the phosphor layer. Thereby, when the excitation light is irradiated from the side opposite to the surface on which the phosphor layer of the substrate is provided, the wavelength conversion element can efficiently emit fluorescence.
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光と前記蛍光体から射出される蛍光とを反射する反射層を有することが望ましい。 Moreover, as a preferable aspect of the wavelength conversion element described above, it is provided between the substrate and the phosphor layer, and reflects excitation light that excites the phosphor and fluorescence emitted from the phosphor. It is desirable to have a reflective layer.
これにより、前記基板とは反対側から励起光を蛍光体に照射した際、波長変換素子は、蛍光と励起光の一部とを効率良く射出することができる。 Thereby, when the phosphor is irradiated with the excitation light from the side opposite to the substrate, the wavelength conversion element can efficiently emit the fluorescence and a part of the excitation light.
さらに、本発明に係る光源装置は、励起光を射出する励起光用光源部と、前記励起光の照射により蛍光を射出する上記の波長変換素子と、を有することを特徴とする。 Furthermore, a light source device according to the present invention includes an excitation light source unit that emits excitation light, and the wavelength conversion element that emits fluorescence when irradiated with the excitation light.
これにより、光源装置を含むシステム全体としての光利用効率が高く、かつ所望の色光を得られる光源装置を提供できる。 Accordingly, it is possible to provide a light source device that has high light use efficiency as a whole system including the light source device and can obtain desired color light.
また、上記に記載された光源装置の好ましい態様としては、前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポット径は、前記基板の回転軸を中心とする円の半径方向における前記蛍光体層の幅より小さいことが望ましい。 In a preferred embodiment of the light source device described above, the spot diameter of the excitation light formed on the wavelength conversion element is such that the phosphor layer in the radial direction of a circle centering on the rotation axis of the substrate is Desirably smaller than the width.
これにより、励起光の入射位置が蛍光体層からはみ出さないための、波長変換素子の回転によるぶれの許容範囲を大きくすることができる。 Accordingly, it is possible to increase an allowable range of shaking due to the rotation of the wavelength conversion element so that the incident position of the excitation light does not protrude from the phosphor layer.
さらに、本発明に係るプロジェクターは、上記の光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調して、投写することを特徴とする。 Furthermore, a projector according to the present invention is characterized in that the light emitted from the light source device is modulated in accordance with an image signal and projected.
これにより、プロジェクターは、システム全体としての光利用効率の低下を抑制させることができる。 Thereby, the projector can suppress the fall of the light utilization efficiency as the whole system.
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るプロジェクター1の概略構成図である。光源装置10は、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光を含む照明光を射出する。光源装置10は、レーザーダイオードアレイ2、集光レンズ4、波長変換素子として機能する蛍光体ホイール100、及びピックアップレンズ6を有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector 1 according to a first embodiment of the invention. The
レーザーダイオードアレイ2は、アレイ状に配置された複数のレーザーダイオード3から構成されている。レーザーダイオードアレイ2は、励起光60を射出する励起光用光源部として機能する。励起光60は、例えば、450nm付近の波長のB光である。集光レンズ4は、レーザーダイオードアレイ2から射出された励起光60を蛍光体ホイール100において集光させる集光光学系として機能する。
蛍光体ホイール100は、励起光60が照射されることにより励起光60とは異なる波長の蛍光を射出する。ピックアップレンズ6は、励起光60の光路上に設けられている。ピックアップレンズ6は、蛍光体ホイール100から射出した蛍光と蛍光体ホイール100を透過した励起光60とを捕捉し、コリメート光学系11へ進行させる。
The
The
コリメート光学系11は、光源装置10からの光をロッドインテグレーター12に集光する。ロッドインテグレーター12は、入射した光を内部にて多重反射させて均一化し、均一化された光を重畳レンズ13に向けて射出する。重畳レンズ13は、ロッドインテグレーター12にて複数に分割された光束を空間光変調装置にて重畳させる。
The collimating
第1ダイクロイックミラー14は、重畳レンズ13から入射したR光及びG光を反射し、B光を透過させる。第1ダイクロイックミラー14を透過したB光は、反射ミラー16での反射により光路が折り曲げられ、入射側偏光板20Bへ入射する。入射側偏光板20Bを透過した光は、液晶パネル21Bへ入射する。液晶パネル21Bは、B光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル21Bを透過した光は、射出側偏光板22Bへ入射する。射出側偏光板22Bを透過したB光は、クロスダイクロイックプリズム23へ入射する。
The first
第1ダイクロイックミラー14で反射したR光およびG光は、第2ダイクロイックミラー15へ入射する。第2ダイクロイックミラー15は、G光を反射し、R光を透過させる。第2ダイクロイックミラー15での反射により光路が折り曲げられたG光は、入射側偏光板20Gへ入射する。入射側偏光板20Gを透過したG光は、液晶パネル21Gへ入射する。液晶パネル21Gは、G光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル21Gを透過した光は、射出側偏光板22Gへ入射する。射出側偏光板22Gを透過したG光は、クロスダイクロイックプリズム23へ入射する。
The R light and G light reflected by the first
第2ダイクロイックミラー15を透過したR光は、反射ミラー17での反射により光路が折り曲げられ、リレーレンズ18に入射する。リレーレンズ18を透過したR光は、反射ミラー19での反射により光路が折り曲げられ、入射側偏光板20Rへ入射する。入射側偏光板20Rを透過したR光は、液晶パネル21Rへ入射する。液晶パネル21Rは、R光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル21Rを透過した光は、射出側偏光板22Rへ入射する。射出側偏光板22Rを透過したR光は、クロスダイクロイックプリズム23へ入射する。
The R light that has passed through the second
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム23は、各空間光変調装置で変調された光を合成して映像光とし、投写光学系24へ進行させる。投写光学系24は、クロスダイクロイックプリズム23で合成された映像光を不図示のスクリーンへ投写する。
The cross
図2(a)は、波長変換素子として機能する蛍光体ホイール100の平面図であり、蛍光体ホイール100を構造体32が設けられた側から見た平面図である。図2(b)は、蛍光体ホイール100の断面図であり、蛍光体ホイール100の中心位置を含む断面である。図2(a)および図2(b)においては、蛍光体ホイール100にホイールモーター33が装着されており、図2(b)においては、蛍光体ホイール100にピックアップレンズ6がさらに組み合わせられている。
また、図3は、図1(a)において蛍光体ホイール100の回転軸Rを中心とする円の半径方向に沿うA−A’断面図である。
FIG. 2A is a plan view of the
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in the radial direction of the circle centering on the rotation axis R of the
蛍光体ホイール100は、回転軸Rの周りに回転可能なホイール基板31と、構造体32と、を有する。
The
図2に示したように、ホイール基板31は、円形状の板状部材であって、ガラス等の透明部材から構成されている。ホイール基板31の中心には、円柱状のホイールモーター33を貫通させる開口部が設けられている。開口部において、ホイール基板31がホイールモーター33に装着されることで、ホイール基板31はホイールモーター33と一体とされている。ホイール基板31は、ホイールモーター33の駆動によって、円形状の中心位置を回転軸Rとして回転する。
As shown in FIG. 2, the
図3に示したように本実施例では、構造体32は、蛍光体層36、第1の反射部34a、及び第2の反射部34bを含む。蛍光体層36には、粒子状の複数の蛍光体1000が含まれている。励起光60は蛍光体層36の入射面36a側から蛍光体層36に入射し、蛍光体1000を励起させる。励起された蛍光体1000は、蛍光を発生する。蛍光体1000が発した蛍光および蛍光体層36を透過した一部の励起光60は、蛍光体層36の射出面36bから射出する。本明細書においては、射出面36bは、蛍光体層36が有する複数の面のうち、蛍光体1000から発せられた蛍光が蛍光体層36から空気中に射出される面を指す。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the
ホイール基板31の一面、すなわち、励起光60がホイール基板31に入射する面31bとは反対側のホイール基板31の表面31aには、凹部37が設けられており、構造体32は該凹部37に設けられている。蛍光体層36の射出面36bとホイール基板31の表面31aとは互いに連続している。
図2(a)に示したように、蛍光体層36を含む構造体32は、平面視で一定の幅を持つ環をなしている。蛍光体層36(構造体32)がなす環は、ホイール基板31が回転軸Rを中心に回転することによって得られる励起光60の照射領域の軌跡に対応している。
A
As shown in FIG. 2A, the
図3において、蛍光体層36は、第1の側面35aおよび第2の側面35bを備える。第1の側面35aおよび第2の側面35bは、平面視で回転軸Rを中心とする円の形状を有しており、互いに対向している。第1の側面35aは、環状の蛍光体層36のホイールモーター33側の側面であり、第2の側面35bは、環状の蛍光体層36のホイール基板31の外縁側の側面である。本実施例では、適宜、第1の側面35aと第2の側面35bを併せて側面35と呼ぶことがある。
In FIG. 3, the
第1の反射部34aは蛍光体層36の第1の側面35aに設けられ、第2の反射部34bは蛍光体層36の第2の側面35bに設けられている。第1の側面35aに交差する断面、たとえば回転軸Rを中心とする円の半径方向に沿った断面A−A’において、第1の側面35aと第2の側面35bとの間の距離は、励起光60の入射面36aから蛍光の射出面36bに向かって大きくなっている。したがって、第1の反射部34aと第2の反射部34bとの間の距離も、励起光60の入射面36aから蛍光の射出面36bに向かって大きくなっている。
The first reflecting
本実施例では、適宜、第1の反射部34aと第2の反射部34bを併せて反射部34と呼ぶことがある。また、本明細書では便宜上、上記のような形態にて設けられた反射部34を、テーパ形状の反射部34、と呼ぶ。あるいは、反射部34がテーパ形状を有している、という。反射部34は、蛍光体層36から射出された蛍光及び励起光60を反射する。反射部34としては、高反射性部材、例えば金属部材からなる膜を用いる。
In the present embodiment, the first reflecting
ダイクロイック膜38は、ホイール基板31と蛍光体層36との間にある入射面36aに設けられ、平面視で回転軸Rを中心とする円の形状を有している。ダイクロイック膜38は、レーザーダイオードアレイ2から射出された励起光60を透過させ、蛍光体1000から射出された蛍光を反射する波長特性を持つ波長分離層として機能する。
The
蛍光体1000は、励起光60の照射により、G光及びR光を含む蛍光を発生させる。蛍光体層36へ入射した励起光60のうちの一部は、蛍光とともに蛍光体層36の射出面36bからピックアップレンズ6に向かって射出する。このように、光源装置10は、G光およびR光を含む蛍光と、B光を含む励起光60とを混合させることにより、白色の照明光を射出する。
蛍光体としては、例えば、YAG蛍光体を用いる。蛍光体層36は、例えば、粉末状の蛍光体1000とバインダーとの混合物をホイール基板31に塗布し、熱硬化させることにより得られる。
The
For example, a YAG phosphor is used as the phosphor. The
蛍光体層36の入射面36aには、励起光60のスポットが形成される。光源装置10は、回転軸Rを中心とする円の半径方向に沿った励起光60のスポット径d1が、入射面36aの幅Mより小さくなるように調整される。これにより、励起光60の入射位置が入射面36aからはみ出さないための、波長変換素子の回転によるぶれの許容範囲を大きくすることができる。
A spot of
ホイール基板31へ入射した励起光60は、ホイール基板31及びダイクロイック膜38を透過して、蛍光体層36へ入射する。蛍光体層36へ入射した励起光60の一部は、蛍光体1000を励起し、励起された蛍光体1000は蛍光を発する。蛍光体1000で発生した蛍光は、発光位置を中心としてほぼ等方的に射出する。
The
蛍光体層36の内部を、ホイール基板31の表面31aと平行に、あるいは蛍光体層36の射出面36bの法線Nに対して大きな角度をなして進む光は、反射部34によって反射される。そのため、回転軸Rを中心とする円の半径方向への蛍光の伝播が制限され、発光領域が第1の反射部34aと第2の反射部34bとの間の領域に制限される。つまり、発光領域は、第1の反射部34aを越えて広がることはない。また、発光領域は、第2の反射部34bを越えて広がることはない。したがって、発光面積の増加を抑制させることができる。
Light that travels inside the
蛍光体層36の内部をホイール基板31の入射面36a側へ向かって進行した蛍光は、ダイクロイック膜38で反射され、蛍光体層36の射出面36bの方向へ進行する。そのため、蛍光体1000から発せられた蛍光は、ホイール基板31の入射面36a側へ漏れず、蛍光体層36の射出面36bから効率良く射出することができる。
また、蛍光体層36を透過した一部の励起光60および蛍光体1000が発した蛍光のうち、蛍光体層36の射出面36bに対して臨界角より小さい角度で入射した成分は、蛍光体層36から空気中へ射出する。
The fluorescence that has traveled inside the
In addition, among the
テーパ形状の反射部34によって光をホイール基板31の入射面36a側とは逆方向に反射させることで、射出面36bの法線Nに対する光線角度が小さくなるように光の進行方向を変化させることができる。したがって、蛍光体層36の射出面36bにおける光線角度が小さくなり、射出面36bにおける光の全反射が抑制され、蛍光体層36の内部を進行する光が蛍光体層36の射出面36bから空気中に射出しやすくなる。
そして、蛍光体層36の射出面36bによって反射されて蛍光体層36に戻ってくる光の量が少なくなるため、蛍光が蛍光体層36によって吸収されることによる光の損失や熱の発生が抑制される。
By reflecting light in a direction opposite to the
Since the amount of light reflected by the
また、蛍光体層36の射出面36bから射出する光の射出角(光線角度)を小さくすることで、ピックアップレンズ6等で取り込まれる光の量を増大させることが可能となる。
このように、蛍光体ホイール100を含むプロジェクター1のシステム全体としての光利用効率を向上させることができる。
Further, by reducing the emission angle (light ray angle) of the light emitted from the
Thus, the light use efficiency of the entire system of the projector 1 including the
(変形例1)
図4は、本実施例の変形例1に係る蛍光体ホイールの要部断面図であり、図3の断面図に対応している。実施例1に係る蛍光体ホイール100では、蛍光体層36の射出面36bとホイール基板31の表面31aとが互いに連続するように設けられていたが、本変形例に係る蛍光体ホイール200では、蛍光体層36の射出面36bはホイール基板31に設けられた凹部37の内部に埋め込まれている。
(Modification 1)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel according to the first modification of the present embodiment, and corresponds to the cross-sectional view of FIG. In the
反射部34は、蛍光体層36の側面35と凹部37の壁面とに挟まれている。また、反射部34は、蛍光体層36の側面35だけに設けられているのではなく、凹部37の壁面に沿って、蛍光体層36の射出面36bからホイール基板31の表面31a近傍まで延在している。本変形例では、反射部34は蛍光体層36の射出面36bからホイール基板31の表面31aまで延在している。
The reflector 34 is sandwiched between the side surface 35 of the
本変形例に係る蛍光体ホイール200によれば、実施例1に係る蛍光体ホイール100において得られる効果の他に、以下のような効果も得られる。
According to the
蛍光体層36の射出面36bから射出した光のうち、法線Nに対して大きな角度で射出した光が反射部34によってピックアップレンズ6の方向に反射されるため、ピックアップレンズ6で取り込まれる光の量を増大させることが可能となる。これにより、蛍光体ホイール200を含むプロジェクター1のシステム全体としての光利用効率を更に向上させることができる。
Of the light emitted from the
(変形例2)
図5は、本実施例の変形例2に係る蛍光体ホイールの要部断面図であり、図3の断面図に対応している。実施例1に係る蛍光体ホイール100では、構造体32はホイール基板31に設けられた凹部37に埋め込まれていたが、変形例2に係る蛍光体ホイール300では、構造体32はホイール基板31の表面31aに設けられている。
本変形例に係る蛍光体ホイール300によれば、実施例1に係る蛍光体ホイール100において得られる効果の他に、蛍光体層36で発生した熱を外部へ効果的に放散させることができるという効果も得られる。
(Modification 2)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel according to the second modification of the present embodiment, and corresponds to the cross-sectional view of FIG. In the
According to the
(変形例3)
上記の実施例1及び変形例1、2に係る蛍光体ホイールでは、第1の反射部34aと第2の反射部34bとが設けられていたが、いずれか一方のみを設けてもよい。たとえば、第2の反射部34bのみを設けた場合、蛍光体層36の射出面36bの法線Nに対して大きな角度をなして進行する蛍光成分は、第2の反射部34bでの反射により、ホイール基板31の外側方向への伝播が制限される。第2の反射部34bによって反射された光は、蛍光体層36の内部を蛍光体1000によって散乱されながら進行し、やがて射出面36bから空気中に射出する。従って、第1の反射部34aと第2の反射部34bのうちいずれか一方のみを設けた場合であっても、システム全体としての光利用効率を向上させる効果が得られる。
(Modification 3)
In the phosphor wheel according to the first embodiment and the first and second modifications, the first reflecting
図6乃至図10を用いて、実施例2に係るプロジェクターについて説明する。図6は、本発明の実施例2に係るプロジェクター600の概略構成図である。図7は、蛍光体ホイール400の平面図である。図8は蛍光体ホイール400の断面C−C’を示す図であり、図9は蛍光体ホイール400の断面B−B’を示す図である。図10は、フィルター620の平面図である。
A projector according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a
実施例1では、一の環状の構造体32がホイール基板31に設けられていたが、本実施例に係る蛍光体ホイール400では、図7に示したように、複数の構造体32Rと複数の構造体32Gとがホイール基板31の回転軸Rを囲むように環状に配置されている。また、円柱状のホイールモーター33を貫通させる開口部433が設けられている。構造体32Rは、励起光60によって励起されることで赤色の蛍光を発する蛍光体1000Rを含む蛍光体層36Rを備え、構造体32Gは、励起光60によって励起されることで緑色の蛍光を発する蛍光体1000Gを含む蛍光体層36Gを備える。励起光60は、実施例1と同様、450nm付近の波長の青色光である。
In the first embodiment, one
図8と図9を用いて、構造体32Rについて説明する。構造体32Gは構造体32Rと同様な構造を備えているため、構造体32Gの説明は省略する。構造体32Rは、蛍光体層36R、第1の反射部34a、第2の反射部34b、第3の反射部84aおよび第4の反射部84bを含む。蛍光体層36Rには、粒子状の蛍光体1000Rが分散されている。励起光60は蛍光体層36Rの入射面36a側から蛍光体層36Rに入射し、蛍光体1000Rを励起させる。励起された蛍光体1000Rは、赤色の蛍光を発する。蛍光体層36Rを透過した一部の励起光60および蛍光体1000Rが発した蛍光は、蛍光体層36Rの射出面36bから射出する。
The
図8に示したように、蛍光体層36Rは、第1の側面35aおよび第2の側面35bを備える。第1の側面35aおよび第2の側面35bは、平面視でホイール基板31の回転軸Rを中心とする円の形状を有し、円の半径方向に互いに対向している。第1の側面35aは、蛍光体層36のホイールモーター33側の側面であり、第2の側面35bは、蛍光体層36のホイール基板31の外縁側の側面である。第1の反射部34aは蛍光体層36Rの第1の側面35aに設けられ、第2の反射部34bは蛍光体層36Rの第2の側面35bに設けられている。実施例1による蛍光体ホイール100と同様、第1の側面35aに交差する断面、たとえば回転軸Rを中心とする円の半径方向に沿った断面C−C’において、第1の側面35aと第2の側面35bとの間の距離は、入射面36aから射出面36bに向かって大きくなっている。したがって、第1の反射部34aと第2の反射部34bとの間の距離も、入射面36aから射出面36bに向かって大きくなっている。
As shown in FIG. 8, the
図9に示したように、蛍光体層36Rは、さらに、ホイール基板31の回転軸Rを中心とする円の半径方向に延在する第3の側面85aおよび第4の側面85bを備える。第3の側面85aと第4の側面85bとは、円の円周方向に互いに対向している。第3の反射部84aは蛍光体層36Rの第3の側面85aに設けられ、第4の反射部84bは蛍光体層36Rの第4の側面85bに設けられている。第3の側面85aに交差する断面、たとえば回転軸Rを中心とする円の円周方向に沿った断面B−B’において、第3の側面85aと第4の側面85bとの間の距離は、入射面36aから射出面36bに向かって大きくなっている。したがって、第3の反射部84aと第4の反射部84bとの間の距離も、入射面36aから射出面36bに向かって大きくなっている。
As shown in FIG. 9, the
本実施例では、適宜、第1の側面35aと第2の側面35bを併せて側面35と呼び、第3の側面85aと第4の側面85bを併せて側面85と呼ぶことがある。また、適宜、第1の反射部34aと第2の反射部34bを併せて反射部34と呼び、第3の反射部84aと第4の反射部84bを併せて反射部84と呼ぶことがある。さらに、実施例1と同様、上記のような形態にて設けられた反射部34および反射部84を、テーパ形状の反射部、と呼ぶ。あるいは、反射部がテーパ形状を有している、という。反射部34及び反射部84はテーパ形状を有しているため、蛍光体層36Rから入射した蛍光及び励起光60を射出面36bに向かって反射する。反射部34および反射部84としては、高反射性部材、例えば金属部材からなる膜を用いる。
In the present embodiment, the
図7に示したように、一対の構造体32Rと構造体32Gと他の一対の構造体32Rと構造体32Gとの間には、蛍光体が設けられていない領域424が備えられている。一対の構造体32Rと構造体32Gと蛍光体が設けられていない領域424とは、ホイール基板31の回転軸Rを中心とする円の円周方向に、交互に設けられている。励起光60は蛍光体が設けられていない領域424を透過することができる。そのため、ホイール基板31の回転に伴って、ホイール基板31からは、青色の励起光と赤色の蛍光が混合された光と、青色の励起光と緑色の蛍光が混合された光と、青色の励起光とが、順次射出される。
As illustrated in FIG. 7, a
次に、蛍光体ホイール400を用いたプロジェクター600について、図6を用いて説明する。実施例1に係るプロジェクター1と共通する部材については、説明を省略する。
光源装置610はレーザーダイオードアレイ2、集光レンズ4、蛍光体ホイール400、フィルター620及びピックアップレンズ6を有する。
Next, a
The
図10に示したように、フィルター620には、蛍光体ホイール400側から入射した励起光60を反射し、蛍光体ホイール400から発せられた赤色の蛍光と緑色の蛍光とを透過させるダイクロイック膜622が複数設けられている。また、互いに隣り合う2つのダイクロイック膜622の間には、ダイクロイック膜622が設けられていない領域624が設けられている。ダイクロイック膜622が設けられていない領域624とダイクロイック膜622が設けられている領域とは、フィルター620の回転軸Rを中心とする円の円周方向に、交互に設けられている。ダイクロイック膜622が設けられていない領域624は、励起光60が透過することができる。また、ダイクロイック膜622が設けられていない領域624には、励起光60を拡散させるような処理が施されている。たとえば、ダイクロイック膜622が設けられていない領域624においては、フィルター620の表面を粗くすることによって、励起光60を拡散させることができる。
As shown in FIG. 10, the
フィルター620にも、円柱状のホイールモーター33を貫通させる開口部633が設けられている。フィルター620と蛍光体ホイール400とは、フィルター620に設けられたダイクロイック膜622が蛍光体ホイール400に設けられた一対の構造体32Rと構造体32Gとに平面視で重なり、且つフィルター620のダイクロイック膜622が設けられていない領域624が蛍光体ホイール400の蛍光体が設けられていない領域424と平面視で重なるように、ホイールモーター33に装着される。このようにフィルター620と蛍光体ホイール400とをホイールモーター33に装着することにより、フィルター620と蛍光体ホイール400の回転に伴って、光源装置610から、照明光として赤色光と青色光と緑色光とが順次射出される。
The
光源装置610から射出された照明光は、他の部材を通過しミラーデバイス630に入射する。ミラーデバイス630としては、たとえばテキサスインスツルメンツ社のDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)素子などを用いることができる。照明光としてミラーデバイス630に入射した各色光はミラーデバイス630によって変調される。変調された光はプリズム650に入射し、プリズム650内のミラー面に反射されて反射板651に入射する。反射板651に入射した光は投写光学系24に向けて反射される。投写光学系24の方向に反射された光は投写光学系24によって不図示のスクリーン上に拡大投写される。このようにして、スクリーン上には赤色の画像と青色の画像と緑色の画像が順次投写され、カラー画像が表示される。
The illumination light emitted from the
蛍光体ホイール400は、テーパ形状を有する反射部34を円周方向に設け、テーパ形状を有する反射部84を半径方向に設けることで、円周方向と半径方向の両方について、発光領域を制限し、発光面積の増加を抑制させることができる。さらに、射出面36bにおいて、射出面36bの法線に対する光線角度を小さくすることが可能となる。これにより、蛍光体ホイール400を含むプロジェクター600のシステム全体としての光利用効率をさらに高めることができる。
The
図11は、本発明の実施例3に係る波長変換素子として機能する蛍光体ホイール700の要部断面図である。実施例1に係る蛍光体ホイール100と異なる点について説明する。本実施例に係る蛍光体ホイール700では、蛍光体層36の入射面36aに、励起光60と蛍光とを反射させる反射層72がダイクロイック膜38のかわりに設けられている。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a
励起光60は、ホイール基板31の構造体32が設けられている側から図示しない蛍光体1000に照射され、蛍光体1000から蛍光が発せられる。蛍光体層36の内部をホイール基板31へ向かって進行した蛍光は、反射層72で反射する。そのため、蛍光体1000から発せられた蛍光は、ホイール基板31側へ漏れず、蛍光体層36の射出面36bから効率良く射出することができる。また、蛍光体層36の内部をホイール基板31へ向かって進行する励起光60も、同様に反射層72で反射し、蛍光体層36の射出面36bから効率良く射出することができる。
The
図12に、蛍光体ホイール700を用いた光源装置710を示す。励起光60は、ホイール基板31の構造体32が設けられている側から蛍光体1000へと照射され、励起光60の一部と蛍光体1000が発した蛍光とは、ピックアップレンズ6によって捕捉される。ピックアップレンズ6によって捕捉された光は、実施例1で説明したコリメート光学系11へ進行する。このようにして、光源装置710はプロジェクターの光源として利用される。このような反射型のホイール基板31であっても、実施例1で説明した透過型のホイール基板31と同様、システム全体としての光利用効率を向上させる効果が得られる。
FIG. 12 shows a
反射型の蛍光体ホイール700の場合、ホイール基板31として透明部材を用いる必要はない。ホイール基板31として金属を用いれば、蛍光体1000で生じた熱を効果的に放散させることができる。この場合、実施例1や変形例1で示したように、ホイール基板の表面に設けた溝に蛍光体層36を設けることが好ましい。この構成によれば、蛍光体1000で生じた熱を、さらに効率的に放散させることができる。さらに、アルミ等の光反射率が高い金属を用いれば、ホイール基板自体が反射部34や反射部84、反射層72として機能するため、反射部34や反射層72を別個に設ける必要がない。
In the case of the
各実施例の蛍光体ホイール31は、空間光変調装置として透過型の液晶パネルを用いるプロジェクター1や、空間光変調装置としてミラーデバイスを用いるプロジェクター600に適用される場合に限られない。蛍光体ホイールは、反射型のLCOS(Liquid Crystal On Silicon)を備えるプロジェクターに適用しても良い。
The
以上のように、本発明に係る蛍光体ホイール、光源装置及びプロジェクターは、レーザー光を用いて画像を表示する場合に有用である。 As described above, the phosphor wheel, the light source device, and the projector according to the present invention are useful when displaying an image using laser light.
1,600…プロジェクター、2…レーザーダイオードアレイ、3…レーザーダイオード、4…集光レンズ、6…ピックアップレンズ、10,610,710…光源装置、11…コリメート光学系、12…ロッドインテグレーター、13…重畳レンズ、14…第1ダイクロイックミラー、15…第2ダイクロイックミラー、16,17,19…反射ミラー、18…リレーレンズ、20B,20G,20R…入射側偏光板、21R,21G,21B…液晶パネル、22R,22G,22B…射出側偏光板、23…クロスダイクロイックプリズム、24…投写光学系、31…ホイール基板、31a…表面、31b…励起光が入射する面、32,32G,32R…構造体、33…ホイールモーター、34a…第1の反射部、34b…第2の反射部、35a…第1の側面、35b…第2の側面、36…蛍光体層、36a…入射面、36b…射出面、37…凹部、38,622…ダイクロイック膜、60…励起光、72…反射層、84a…第3の反射部、84b…第4の反射部、85a…第3の側面、85b…第4の側面、100,200,300,400,700…蛍光体ホイール、424…蛍光体が設けられていない領域、433,633…開口、620…フィルター、624…ダイクロイック膜が設けられていない領域、630…ミラーデバイス、650…プリズム、651…反射板、1000…蛍光体、R…回転軸。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,600 ... Projector, 2 ... Laser diode array, 3 ... Laser diode, 4 ... Condensing lens, 6 ... Pick-up lens, 10, 610, 710 ... Light source device, 11 ... Collimating optical system, 12 ... Rod integrator, 13 ... Superimposing lens, 14 ... first dichroic mirror, 15 ... second dichroic mirror, 16, 17, 19 ... reflection mirror, 18 ... relay lens, 20B, 20G, 20R ... incident side polarizing plate, 21R, 21G, 21B ...
Claims (12)
前記基板の一面に設けられた蛍光体層と、
前記蛍光体層が有する複数の側面のうち第1の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板の前記一面と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第1の反射部と、
を備えたことを特徴とする波長変換素子。 A substrate,
A phosphor layer provided on one surface of the substrate;
A first light source is provided on a first side surface of the plurality of side surfaces of the phosphor layer and reflects light traveling in the phosphor layer in parallel with the one surface of the substrate in a direction opposite to the substrate. The reflective part of
A wavelength conversion element comprising:
前記第3の側面と対向する前記蛍光体層の第4の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第4の反射部と、
をさらに有することを特徴とする請求項2又は3に記載の波長変換素子。 A third side surface provided on a third side surface of the phosphor layer that intersects the first side surface and reflects light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate in a direction opposite to the substrate; A reflection part;
A fourth side surface provided on a fourth side surface of the phosphor layer facing the third side surface, and reflects light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate in a direction opposite to the substrate. A reflection part;
The wavelength conversion element according to claim 2, further comprising:
前記励起光の照射により蛍光を射出する、請求項1から9のいずれか一項に記載の波長変換素子と、を有することを特徴とする光源装置。 An excitation light source unit that emits excitation light;
10. A light source device comprising: the wavelength conversion element according to claim 1, wherein fluorescence is emitted by irradiation of the excitation light.
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