JP2012098442A - Wavelength conversion element, light source device, and projector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent body wheel, a light source device, and a projector that can inhibit reduction of light use efficiency as a whole system including the fluorescent body wheel.SOLUTION: A wavelength conversion element includes a wheel substrate 31, a fluorescent body layer 36 provided on the wheel substrate 31, and a first reflection part 34a provided on a first lateral surface 35a of a plurality of lateral surfaces that the fluorescent body layer 36 has, which first reflection part 34a reflects a light advancing parallel to the wheel substrate 31 in an inside of the fluorescent body layer 36 in a direction opposite to the wheel substrate 31.

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). ).

特開2009−277516号公報JP 2009-277516 A

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.

図1は、本発明の実施例1に係るプロジェクターの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector according to a first embodiment of the invention. 図2は、蛍光体ホイールの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the phosphor wheel. 図3は、蛍光体ホイールの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the phosphor wheel. 図4は、実施例1の変形例1に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel according to the first modification of the first embodiment. 図5は、実施例1の変形例2に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel according to the second modification of the first embodiment. 図6は、本発明の実施例2に係るプロジェクターの概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a projector according to the second embodiment of the invention. 図7は、蛍光体ホイールの平面図である。FIG. 7 is a plan view of the phosphor wheel. 図8は、蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel. 図9は、蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel. 図10は、フィルターの平面図である。FIG. 10 is a plan view of the filter. 図11は、本発明の実施例3に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel according to the third embodiment of the present invention. 図12は、本発明の実施例3に係る照明装置を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an illumination apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

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 light source device 10 emits illumination light including red (R) light, green (G) light, and blue (B) light. The light source device 10 includes a laser diode array 2, a condenser lens 4, a phosphor wheel 100 that functions as a wavelength conversion element, and a pickup lens 6.

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 laser diode array 2 is composed of a plurality of laser diodes 3 arranged in an array. The laser diode array 2 functions as a pumping light source unit that emits the pumping light 60. The excitation light 60 is, for example, B light having a wavelength near 450 nm. The condensing lens 4 functions as a condensing optical system that condenses the excitation light 60 emitted from the laser diode array 2 in the phosphor wheel 100.
The phosphor wheel 100 emits fluorescence having a wavelength different from that of the excitation light 60 when the excitation light 60 is irradiated. The pickup lens 6 is provided on the optical path of the excitation light 60. The pickup lens 6 captures the fluorescence emitted from the phosphor wheel 100 and the excitation light 60 transmitted through the phosphor wheel 100 and advances it to the collimating optical system 11.

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 optical system 11 condenses the light from the light source device 10 on the rod integrator 12. The rod integrator 12 multi-reflects the incident light internally to make it uniform, and emits the uniformed light toward the superimposing lens 13. The superimposing lens 13 superimposes the light beam divided into a plurality by the rod integrator 12 using a spatial light modulator.

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 dichroic mirror 14 reflects R light and G light incident from the superimposing lens 13 and transmits B light. The B light transmitted through the first dichroic mirror 14 has its optical path bent by reflection by the reflection mirror 16 and is incident on the incident-side polarizing plate 20B. The light transmitted through the incident side polarizing plate 20B enters the liquid crystal panel 21B. The liquid crystal panel 21B constitutes a spatial light modulation device that modulates the B light according to the image signal. The light transmitted through the liquid crystal panel 21B is incident on the exit-side polarizing plate 22B. The B light transmitted through the exit side polarizing plate 22B enters the cross dichroic prism 23.

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 dichroic mirror 14 enter the second dichroic mirror 15. The second dichroic mirror 15 reflects G light and transmits R light. The G light whose optical path is bent by the reflection at the second dichroic mirror 15 enters the incident-side polarizing plate 20G. The G light transmitted through the incident side polarizing plate 20G is incident on the liquid crystal panel 21G. The liquid crystal panel 21G constitutes a spatial light modulation device that modulates G light according to an image signal. The light transmitted through the liquid crystal panel 21G is incident on the exit-side polarizing plate 22G. The G light transmitted through the exit-side polarizing plate 22G enters the cross dichroic prism 23.

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 dichroic mirror 15 has its optical path bent by reflection by the reflection mirror 17 and enters the relay lens 18. The R light that has passed through the relay lens 18 has its optical path bent due to reflection by the reflection mirror 19, and is incident on the incident-side polarizing plate 20R. The R light transmitted through the incident side polarizing plate 20R enters the liquid crystal panel 21R. The liquid crystal panel 21R constitutes a spatial light modulation device that modulates R light according to an image signal. The light transmitted through the liquid crystal panel 21R is incident on the exit-side polarizing plate 22R. The R light transmitted through the exit side polarizing plate 22R enters the cross dichroic prism 23.

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 dichroic prism 23 that is a color combining optical system combines the light modulated by each spatial light modulation device into image light, and advances it to the projection optical system 24. The projection optical system 24 projects the image light combined by the cross dichroic prism 23 onto a screen (not shown).

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 phosphor wheel 100 that functions as a wavelength conversion element, and is a plan view of the phosphor wheel 100 as viewed from the side where the structure 32 is provided. FIG. 2B is a cross-sectional view of the phosphor wheel 100 and includes a center position of the phosphor wheel 100. 2 (a) and 2 (b), the wheel motor 33 is mounted on the phosphor wheel 100, and in FIG. 2 (b), the pickup lens 6 is further combined with the phosphor wheel 100. .
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 phosphor wheel 100 in FIG.

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 phosphor wheel 100 includes a wheel substrate 31 that can rotate around a rotation axis R and a structure 32.

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 wheel substrate 31 is a circular plate-like member, and is made of a transparent member such as glass. In the center of the wheel substrate 31, an opening through which the columnar wheel motor 33 passes is provided. The wheel substrate 31 is integrated with the wheel motor 33 by mounting the wheel substrate 31 to the wheel motor 33 at the opening. The wheel substrate 31 rotates with the center position of the circular shape as the rotation axis R by driving the wheel motor 33.

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 structural body 32 includes a phosphor layer 36, a first reflecting portion 34a, and a second reflecting portion 34b. The phosphor layer 36 includes a plurality of particulate phosphors 1000. The excitation light 60 enters the phosphor layer 36 from the incident surface 36a side of the phosphor layer 36 and excites the phosphor 1000. The excited phosphor 1000 generates fluorescence. The fluorescence emitted from the phosphor 1000 and a part of the excitation light 60 transmitted through the phosphor layer 36 are emitted from the emission surface 36 b of the phosphor layer 36. In the present specification, the emission surface 36b refers to a surface from which a fluorescence emitted from the phosphor 1000 is emitted from the phosphor layer 36 into the air among a plurality of surfaces of the phosphor layer 36.

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 recess 37 is provided on one surface of the wheel substrate 31, that is, the surface 31 a of the wheel substrate 31 opposite to the surface 31 b on which the excitation light 60 is incident on the wheel substrate 31, and the structure 32 is disposed in the recess 37. Is provided. The emission surface 36b of the phosphor layer 36 and the surface 31a of the wheel substrate 31 are continuous with each other.
As shown in FIG. 2A, the structure 32 including the phosphor layer 36 forms a ring having a certain width in plan view. The ring formed by the phosphor layer 36 (structure 32) corresponds to the locus of the irradiation region of the excitation light 60 obtained by rotating the wheel substrate 31 around the rotation axis R.

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 phosphor layer 36 includes a first side surface 35a and a second side surface 35b. The first side surface 35a and the second side surface 35b have a circular shape centered on the rotation axis R in plan view, and face each other. The first side surface 35 a is the side surface of the annular phosphor layer 36 on the wheel motor 33 side, and the second side surface 35 b is the side surface of the annular phosphor layer 36 on the outer edge side of the wheel substrate 31. In the present embodiment, the first side surface 35a and the second side surface 35b may be collectively referred to as the side surface 35 as appropriate.

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 portion 34 a is provided on the first side surface 35 a of the phosphor layer 36, and the second reflecting portion 34 b is provided on the second side surface 35 b of the phosphor layer 36. In a cross section intersecting the first side surface 35a, for example, a cross section AA ′ along the radial direction of a circle centering on the rotation axis R, the distance between the first side surface 35a and the second side surface 35b is: The excitation light 60 increases from the incident surface 36a toward the fluorescence exit surface 36b. Therefore, the distance between the first reflection part 34a and the second reflection part 34b is also increased from the incident surface 36a of the excitation light 60 toward the fluorescence emission surface 36b.

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 portion 34a and the second reflecting portion 34b may be collectively referred to as the reflecting portion 34 as appropriate. In addition, in this specification, for convenience, the reflecting portion 34 provided in the above-described form is referred to as a tapered reflecting portion 34. Or it says that the reflection part 34 has a taper shape. The reflector 34 reflects the fluorescence and excitation light 60 emitted from the phosphor layer 36. As the reflection part 34, a highly reflective member, for example, a film made of a metal member is used.

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 dichroic film 38 is provided on the incident surface 36a between the wheel substrate 31 and the phosphor layer 36, and has a circular shape centering on the rotation axis R in plan view. The dichroic film 38 functions as a wavelength separation layer having a wavelength characteristic that transmits the excitation light 60 emitted from the laser diode array 2 and reflects the fluorescence emitted from the phosphor 1000.

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 phosphor 1000 generates fluorescence including G light and R light when irradiated with the excitation light 60. A part of the excitation light 60 incident on the phosphor layer 36 is emitted from the emission surface 36b of the phosphor layer 36 toward the pickup lens 6 together with the fluorescence. As described above, the light source device 10 emits white illumination light by mixing the fluorescence including the G light and the R light and the excitation light 60 including the B light.
For example, a YAG phosphor is used as the phosphor. The phosphor layer 36 is obtained, for example, by applying a powdered phosphor 1000 and a binder to the wheel substrate 31 and thermally curing the mixture.

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 excitation light 60 is formed on the incident surface 36 a of the phosphor layer 36. The light source device 10 is adjusted such that the spot diameter d1 of the excitation light 60 along the radial direction of the circle centered on the rotation axis R is smaller than the width M of the incident surface 36a. Accordingly, it is possible to increase an allowable range of shake due to rotation of the wavelength conversion element so that the incident position of the excitation light 60 does not protrude from the incident surface 36a.

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 excitation light 60 incident on the wheel substrate 31 passes through the wheel substrate 31 and the dichroic film 38 and enters the phosphor layer 36. A part of the excitation light 60 incident on the phosphor layer 36 excites the phosphor 1000, and the excited phosphor 1000 emits fluorescence. The fluorescence generated in the phosphor 1000 is emitted approximately isotropic around the light emission position.

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 phosphor layer 36 in parallel with the surface 31a of the wheel substrate 31 or at a large angle with respect to the normal line N of the emission surface 36b of the phosphor layer 36 is reflected by the reflector 34. . Therefore, the propagation of fluorescence in the radial direction of the circle centered on the rotation axis R is limited, and the light emitting region is limited to the region between the first reflecting portion 34a and the second reflecting portion 34b. That is, the light emitting region does not extend beyond the first reflecting portion 34a. Further, the light emitting area does not extend beyond the second reflecting portion 34b. Therefore, an increase in the light emission area can be suppressed.

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 phosphor layer 36 toward the incident surface 36 a side of the wheel substrate 31 is reflected by the dichroic film 38 and proceeds in the direction of the exit surface 36 b of the phosphor layer 36. Therefore, the fluorescence emitted from the phosphor 1000 does not leak to the incident surface 36 a side of the wheel substrate 31 and can be efficiently emitted from the emission surface 36 b of the phosphor layer 36.
In addition, among the excitation light 60 transmitted through the phosphor layer 36 and the fluorescence emitted by the phosphor 1000, the component incident at an angle smaller than the critical angle with respect to the emission surface 36b of the phosphor layer 36 is phosphor. Injection from the layer 36 into the air.

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 incident surface 36a side of the wheel substrate 31 by the tapered reflecting portion 34, the traveling direction of the light is changed so that the light ray angle with respect to the normal line N of the exit surface 36b becomes small. Can do. Therefore, the light ray angle at the exit surface 36b of the phosphor layer 36 is reduced, the total reflection of light at the exit surface 36b is suppressed, and the light traveling inside the phosphor layer 36 is air from the exit surface 36b of the phosphor layer 36. It becomes easy to inject.
Since the amount of light reflected by the emission surface 36b of the phosphor layer 36 and returning to the phosphor layer 36 is reduced, light loss and heat generation due to absorption of the fluorescence by the phosphor layer 36 are caused. It is suppressed.

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 emission surface 36b of the phosphor layer 36, the amount of light taken in by the pickup lens 6 and the like can be increased.
Thus, the light use efficiency of the entire system of the projector 1 including the phosphor wheel 100 can be improved.

(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 phosphor wheel 100 according to the first embodiment, the emission surface 36b of the phosphor layer 36 and the surface 31a of the wheel substrate 31 are provided to be continuous with each other. However, in the phosphor wheel 200 according to the present modification, The emission surface 36 b of the phosphor layer 36 is embedded in a recess 37 provided in the wheel substrate 31.

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 phosphor layer 36 and the wall surface of the recess 37. Further, the reflecting portion 34 is not provided only on the side surface 35 of the phosphor layer 36, but extends from the emission surface 36 b of the phosphor layer 36 to the vicinity of the surface 31 a of the wheel substrate 31 along the wall surface of the recess 37. Exist. In the present modification, the reflecting portion 34 extends from the emission surface 36 b of the phosphor layer 36 to the surface 31 a of the wheel substrate 31.

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 phosphor wheel 200 according to this modification, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the phosphor wheel 100 according to the first embodiment.

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 emission surface 36 b of the phosphor layer 36, the light emitted at a large angle with respect to the normal line N is reflected by the reflecting portion 34 in the direction of the pickup lens 6. The amount of can be increased. Thereby, the light utilization efficiency as the whole system of the projector 1 including the phosphor wheel 200 can be further improved.

(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 phosphor wheel 100 according to the first embodiment, the structure 32 is embedded in the concave portion 37 provided in the wheel substrate 31. However, in the phosphor wheel 300 according to the second modification, the structure 32 is formed on the wheel substrate 31. It is provided on the surface 31a.
According to the phosphor wheel 300 according to the present modification, in addition to the effects obtained in the phosphor wheel 100 according to the first embodiment, heat generated in the phosphor layer 36 can be effectively dissipated to the outside. An effect is also obtained.

(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 portion 34a and the second reflecting portion 34b are provided, but only one of them may be provided. For example, when only the second reflecting portion 34b is provided, the fluorescent component that travels at a large angle with respect to the normal line N of the emission surface 36b of the phosphor layer 36 is reflected by the second reflecting portion 34b. Propagation in the outer direction of the wheel substrate 31 is limited. The light reflected by the second reflecting portion 34b travels while being scattered by the phosphor 1000 inside the phosphor layer 36, and eventually emerges from the exit surface 36b into the air. Therefore, even when only one of the first reflecting portion 34a and the second reflecting portion 34b is provided, the effect of improving the light utilization efficiency of the entire system can be obtained.

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 projector 600 according to the second embodiment of the invention. FIG. 7 is a plan view of the phosphor wheel 400. FIG. 8 is a view showing a cross section C-C ′ of the phosphor wheel 400, and FIG. 9 is a view showing a cross section B-B ′ of the phosphor wheel 400. FIG. 10 is a plan view of the filter 620.

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 annular structure 32 is provided on the wheel substrate 31, but in the phosphor wheel 400 according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, a plurality of structures 32R and a plurality of structures 32R are provided. The structure 32 </ b> G is annularly arranged so as to surround the rotation axis R of the wheel substrate 31. Further, an opening 433 through which the columnar wheel motor 33 passes is provided. The structure 32R includes a phosphor layer 36R including a phosphor 1000R that emits red fluorescence when excited by the excitation light 60, and the structure 32G emits green fluorescence when excited by the excitation light 60. A phosphor layer 36G including the phosphor 1000G is provided. The excitation light 60 is blue light having a wavelength near 450 nm, as in the first embodiment.

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 structure 32R will be described with reference to FIGS. Since the structure 32G has the same structure as the structure 32R, the description of the structure 32G is omitted. The structure 32R includes a phosphor layer 36R, a first reflection part 34a, a second reflection part 34b, a third reflection part 84a, and a fourth reflection part 84b. In the phosphor layer 36R, particulate phosphor 1000R is dispersed. The excitation light 60 enters the phosphor layer 36R from the incident surface 36a side of the phosphor layer 36R, and excites the phosphor 1000R. The excited phosphor 1000R emits red fluorescence. A part of the excitation light 60 transmitted through the phosphor layer 36R and the fluorescence emitted by the phosphor 1000R are emitted from the emission surface 36b of the phosphor layer 36R.

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 phosphor layer 36R includes a first side surface 35a and a second side surface 35b. The first side surface 35a and the second side surface 35b have a circular shape centering on the rotation axis R of the wheel substrate 31 in plan view, and face each other in the radial direction of the circle. The first side surface 35 a is a side surface of the phosphor layer 36 on the wheel motor 33 side, and the second side surface 35 b is a side surface of the phosphor layer 36 on the outer edge side of the wheel substrate 31. The first reflecting portion 34a is provided on the first side surface 35a of the phosphor layer 36R, and the second reflecting portion 34b is provided on the second side surface 35b of the phosphor layer 36R. Similar to the phosphor wheel 100 according to the first embodiment, in a cross section intersecting the first side face 35a, for example, a cross section CC ′ along a radial direction of a circle centering on the rotation axis R, the first side face 35a and the first side face 35a. The distance between the two side surfaces 35b increases from the incident surface 36a toward the exit surface 36b. Accordingly, the distance between the first reflecting portion 34a and the second reflecting portion 34b is also increased from the incident surface 36a toward the exit surface 36b.

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 phosphor layer 36 </ b> R further includes a third side surface 85 a and a fourth side surface 85 b that extend in the radial direction of a circle centered on the rotation axis R of the wheel substrate 31. The third side surface 85a and the fourth side surface 85b face each other in the circumferential direction of the circle. The third reflecting portion 84a is provided on the third side surface 85a of the phosphor layer 36R, and the fourth reflecting portion 84b is provided on the fourth side surface 85b of the phosphor layer 36R. In a cross section intersecting the third side surface 85a, for example, a cross section BB ′ along the circumferential direction of the circle having the rotation axis R as the center, the distance between the third side surface 85a and the fourth side surface 85b is , And increases from the incident surface 36a toward the exit surface 36b. Accordingly, the distance between the third reflecting portion 84a and the fourth reflecting portion 84b also increases from the incident surface 36a toward the exit surface 36b.

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 first side surface 35a and the second side surface 35b may be collectively referred to as the side surface 35, and the third side surface 85a and the fourth side surface 85b may be collectively referred to as the side surface 85 as appropriate. In addition, the first reflecting portion 34a and the second reflecting portion 34b may be collectively referred to as the reflecting portion 34, and the third reflecting portion 84a and the fourth reflecting portion 84b may be collectively referred to as the reflecting portion 84 as appropriate. . Further, as in the first embodiment, the reflecting portion 34 and the reflecting portion 84 provided in the above-described form are referred to as a tapered reflecting portion. Or it says that the reflective part has a taper shape. Since the reflecting portion 34 and the reflecting portion 84 have a tapered shape, the fluorescence and excitation light 60 incident from the phosphor layer 36R are reflected toward the exit surface 36b. As the reflection part 34 and the reflection part 84, a highly reflective member, for example, a film made of a metal member is used.

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 region 424 in which no phosphor is provided is provided between the pair of structures 32 </ b> R and 32 </ b> G and the other pair of structures 32 </ b> R and 32 </ b> G. The pair of structures 32 </ b> R, the structures 32 </ b> G, and the regions 424 where the phosphors are not provided are alternately provided in the circumferential direction of a circle centering on the rotation axis R of the wheel substrate 31. The excitation light 60 can pass through the region 424 where no phosphor is provided. Therefore, with the rotation of the wheel substrate 31, the wheel substrate 31 emits light in which blue excitation light and red fluorescence are mixed, light in which blue excitation light and green fluorescence are mixed, and blue excitation. Light is emitted sequentially.

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 projector 600 using the phosphor wheel 400 will be described with reference to FIG. Explanation of members common to the projector 1 according to the first embodiment is omitted.
The light source device 610 includes a laser diode array 2, a condenser lens 4, a phosphor wheel 400, a filter 620, and a pickup lens 6.

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 filter 620 reflects the excitation light 60 incident from the phosphor wheel 400 side and transmits the red fluorescence and the green fluorescence emitted from the phosphor wheel 400. Are provided. Further, a region 624 where the dichroic film 622 is not provided is provided between two adjacent dichroic films 622. The region 624 where the dichroic film 622 is not provided and the region where the dichroic film 622 is provided are alternately provided in the circumferential direction of a circle around the rotation axis R of the filter 620. The excitation light 60 can pass through the region 624 where the dichroic film 622 is not provided. Further, the region 624 where the dichroic film 622 is not provided is subjected to a process for diffusing the excitation light 60. For example, in the region 624 where the dichroic film 622 is not provided, the excitation light 60 can be diffused by making the surface of the filter 620 rough.

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 filter 620 is also provided with an opening 633 through which the columnar wheel motor 33 passes. In the filter 620 and the phosphor wheel 400, the dichroic film 622 provided on the filter 620 overlaps the pair of structures 32R and 32G provided on the phosphor wheel 400 in plan view, and the dichroic film of the filter 620 The wheel motor 33 is mounted so that the region 624 where the 622 is not provided overlaps with the region 424 where the phosphor of the phosphor wheel 400 is not provided in plan view. By attaching the filter 620 and the phosphor wheel 400 to the wheel motor 33 as described above, red light, blue light, and green light are emitted from the light source device 610 as illumination light as the filter 620 and the phosphor wheel 400 rotate. Are fired sequentially.

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 light source device 610 passes through other members and enters the mirror device 630. As the mirror device 630, for example, a DMD (digital micromirror device) element manufactured by Texas Instruments Inc. can be used. Each color light incident on the mirror device 630 as illumination light is modulated by the mirror device 630. The modulated light enters the prism 650, is reflected by the mirror surface in the prism 650, and enters the reflecting plate 651. The light incident on the reflection plate 651 is reflected toward the projection optical system 24. The light reflected in the direction of the projection optical system 24 is enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection optical system 24. In this way, a red image, a blue image, and a green image are sequentially projected on the screen, and a color image is displayed.

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 phosphor wheel 400 limits the light emitting region in both the circumferential direction and the radial direction by providing the reflective portion 34 having a tapered shape in the circumferential direction and providing the reflective portion 84 having a tapered shape in the radial direction. , The increase in the light emitting area can be suppressed. Furthermore, the light ray angle with respect to the normal line of the exit surface 36b can be reduced on the exit surface 36b. Thereby, the light utilization efficiency as the whole system of the projector 600 including the phosphor wheel 400 can be further increased.

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 phosphor wheel 700 that functions as a wavelength conversion element according to Example 3 of the invention. Differences from the phosphor wheel 100 according to the first embodiment will be described. In the phosphor wheel 700 according to the present embodiment, a reflection layer 72 that reflects the excitation light 60 and the fluorescence is provided on the incident surface 36 a of the phosphor layer 36 instead of the dichroic film 38.

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 excitation light 60 is irradiated to the phosphor 1000 (not shown) from the side where the structure 32 of the wheel substrate 31 is provided, and the phosphor 1000 emits fluorescence. The fluorescence that has traveled toward the wheel substrate 31 in the phosphor layer 36 is reflected by the reflective layer 72. Therefore, the fluorescence emitted from the phosphor 1000 can be efficiently emitted from the emission surface 36b of the phosphor layer 36 without leaking to the wheel substrate 31 side. Similarly, the excitation light 60 traveling inside the phosphor layer 36 toward the wheel substrate 31 is similarly reflected by the reflection layer 72 and can be efficiently emitted from the emission surface 36 b of the phosphor layer 36.

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 light source device 710 using a phosphor wheel 700. The excitation light 60 is applied to the phosphor 1000 from the side of the wheel substrate 31 where the structure 32 is provided, and a part of the excitation light 60 and the fluorescence emitted by the phosphor 1000 are captured by the pickup lens 6. The The light captured by the pickup lens 6 proceeds to the collimating optical system 11 described in the first embodiment. In this way, the light source device 710 is used as a light source for the projector. Even with such a reflective wheel substrate 31, as in the transmissive wheel substrate 31 described in the first embodiment, the effect of improving the light utilization efficiency of the entire system can be obtained.

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 reflective phosphor wheel 700, it is not necessary to use a transparent member as the wheel substrate 31. If a metal is used as the wheel substrate 31, heat generated in the phosphor 1000 can be effectively dissipated. In this case, as shown in Example 1 and Modification 1, it is preferable to provide the phosphor layer 36 in the groove provided on the surface of the wheel substrate. According to this configuration, the heat generated in the phosphor 1000 can be dissipated more efficiently. Further, if a metal having a high light reflectance such as aluminum is used, the wheel substrate itself functions as the reflecting portion 34, the reflecting portion 84, and the reflecting layer 72, so that it is not necessary to provide the reflecting portion 34 and the reflecting layer 72 separately.

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 phosphor wheel 31 of each embodiment is not limited to being applied to the projector 1 that uses a transmissive liquid crystal panel as a spatial light modulator or the projector 600 that uses a mirror device as a spatial light modulator. The phosphor wheel may be applied to a projector including a reflective LCOS (Liquid Crystal On Silicon).

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 ... liquid crystal panel 22R, 22G, 22B ... Ejection side polarizing plate, 23 ... Cross dichroic prism, 24 ... Projection optical system, 31 ... Wheel substrate, 31a ... Surface, 31b ... Surface on which excitation light is incident, 32,32G, 32R ... Structure 33 ... wheel motor, 34a ... first reflecting part, 34b ... second reflecting part, 5a ... first side surface, 35b ... second side surface, 36 ... phosphor layer, 36a ... incident surface, 36b ... exit surface, 37 ... concave, 38,622 ... dichroic film, 60 ... excitation light, 72 ... reflection layer , 84a... Third reflecting portion, 84b... Fourth reflecting portion, 85a... Third side surface, 85b... Fourth side surface, 100, 200, 300, 400, 700. Area not provided, 433, 633 ... opening, 620 ... filter, 624 ... area without dichroic film, 630 ... mirror device, 650 ... prism, 651 ... reflector, 1000 ... phosphor, R ... rotation axis .

Claims (12)

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を特徴とする請求項1に記載の波長変換素子。   2. The first side surface according to claim 1, wherein the first side surface is along one of a direction along a circle centering on a rotation axis of the substrate and a direction intersecting with the circle. Wavelength conversion element. 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を特徴とする請求項2に記載の波長変換素子。   A second side surface provided on the second side surface of the phosphor layer facing the first side surface, and reflects light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate in a direction opposite to the substrate. The wavelength conversion element according to claim 2, further comprising a reflection portion. 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:
前記蛍光体層は、前記基板の表面に設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the phosphor layer is provided on a surface of the substrate. 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を特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the phosphor layer is provided in a groove provided in the substrate. 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を特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to claim 1, further comprising a heat conductive member provided on the opposite side of the first reflecting portion from the phosphor layer. 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を特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の波長変換素子。   2. A wavelength separation layer that is provided between the substrate and the phosphor layer, transmits excitation light that excites the phosphor, and reflects fluorescence emitted from the phosphor. The wavelength conversion element as described in any one of 7 to 7. 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を特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の波長変換素子。   The reflective layer which is provided between the said board | substrate and the said fluorescent substance layer, and reflects the excitation light which excites the said fluorescent substance, and the fluorescence inject | emitted from the said fluorescent substance is characterized by the above-mentioned. The wavelength conversion element as described in any one. 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、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.
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を特徴とする請求項10に記載の光源装置。   11. The light source according to claim 10, wherein a spot diameter of the excitation light formed on the wavelength conversion element is smaller than a width of the phosphor layer in a radial direction of a circle centering on a rotation axis of the substrate. apparatus. 請求項10または11に記載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プロジェクター。   The projector which modulates the light inject | emitted from the light source device of Claim 10 or 11 according to an image signal, and projects it.
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