JP2012159603A - Light source device and projector - Google Patents

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Shun Kato
瞬 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device including a color wheel in an optical system, which prevents deterioration of reliability and realizes high luminance.SOLUTION: Projection shape adjustment means 24 arranged between a blue light source and a color wheel 20 adjusts a projection shape of blue light (B), which is emitted from a blue light source 1 and is delivered to a phosphor layer 22 of the color wheel 20, so that a projection range in a radial direction becomes wider than that in a circumferential direction at the color wheel 20. Since an annular range where the blue light (B) is projected also disperses in a radial direction and a heat generating range is also dispersed in a radial direction while the color wheel 20 is driven in a rotating manner, heat conduction becomes excellent. As a result, a decrease in wavelength conversion efficiency of the blue light (B) from the blue light source is avoided at the phosphor layer 22. And, a thermal load on a binder constituting the phosphor layer 22 is reduced, and a deterioration of the color wheel 20 is prevented by avoiding an alteration (blackening) of the binder.

Description

本発明は、表示画像を投写光学系により拡大投影し、大画面の表示画像を得るプロジェクタ用の光源装置と、それを用いたプロジェクタに関するものである。   The present invention relates to a light source device for a projector that obtains a large-screen display image by enlarging and projecting a display image using a projection optical system, and a projector using the same.

ホームシアター、プレゼンテーション等で使用される、表示画像を投写光学系により拡大投影し、大画面の表示画像を得るプロジェクタ(照射型画像表示装置)が商品化されている。このようなプロジェクタには、光源から出射された光を照明光として、デジタルマイクロミラーデバイス、液晶表示素子等の空間光変調器を使用する電気光学装置を介してスクリーンに画像を表示するものがある。上記プロジェクタには、光源として、高圧水銀ランプやキセノンランプを用いたものもあるが、それらは水銀の含有や、発熱量の問題から好ましくない。そのため近年では、発光ダイオード(LED)やレーザーを使用したプロジェクタが考案されている。   Projectors (irradiation type image display devices) that are used in home theaters, presentations, and the like to enlarge and project a display image using a projection optical system to obtain a large screen display image have been commercialized. Some projectors display an image on a screen via an electro-optical device using a spatial light modulator such as a digital micromirror device or a liquid crystal display element using light emitted from a light source as illumination light. . Some projectors use a high-pressure mercury lamp or a xenon lamp as a light source, but they are not preferable because of mercury content and heat generation. Therefore, in recent years, a projector using a light emitting diode (LED) or a laser has been devised.

本発明者らも、光源にLEDとレーザーを使用するいわゆる「ハイブリッド型」のプロジェクタを開発している。かかるハイブリッド型のプロジェクタは、例えば、赤色光源としてLED、青色光源として青色レーザー、緑色光源として青色レーザーの位相と波長を変換したものを用いている。そして、このようなプロジェクタでは、一般的に、時分割型のフィルタ素子として、高速で回転するカラーホイールが用いられる(例えば、特願2010−038748号)。   The present inventors have also developed a so-called “hybrid type” projector using an LED and a laser as a light source. Such a hybrid projector uses, for example, an LED as a red light source, a blue laser as a blue light source, and a phase and wavelength converted from a blue laser as a green light source. In such a projector, a color wheel that rotates at high speed is generally used as a time-division filter element (for example, Japanese Patent Application No. 2010-0387748).

上記ハイブリッド型プロジェクタの色合成の方式について、その一例を図3に模式図で示す。図3において、プロジェクタ100は、照射光学系の構成要素として、青色光源1、赤色光源2、カラーホイール5、ダイクロイックミラー3,8、レンズ4,9、ミラー6,7、空間光変調器としてのデジタルマイクロミラーデバイス10、投影光学系11、スクリーン12を備えている。青色レーザー発光器が用いられた青色光源1から出射される青色光(B)は、青色光を透過するダイクロイックミラー3、レンズ4を通過し、カラーホイール5に照射される。カラーホイール5は本体が金属製あるいはガラス製の円盤であって、その基板表面には、樹脂等のバインダーに緑色光(G)を発する蛍光体が混入されてなる蛍光体層が、円周方向の一部に、より具体的には、円周方向に沿った所定の中心角度の範囲(図2の符号θ参照)に、カラーホイール5の径方向に対して一定の幅を有して、設けられている。従って、カラーホイール5の蛍光体層が設けられていない部分を通過した青色光は、ダイクロイックミラー8を透過し、レンズ9により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス10に達し、カラーホイール5から反射された一部の青色光は、青色光源1側に戻る。   An example of the color composition method of the hybrid projector is schematically shown in FIG. In FIG. 3, a projector 100 includes, as components of an irradiation optical system, a blue light source 1, a red light source 2, a color wheel 5, dichroic mirrors 3, 8, lenses 4, 9, mirrors 6, 7, and a spatial light modulator. A digital micromirror device 10, a projection optical system 11, and a screen 12 are provided. Blue light (B) emitted from a blue light source 1 using a blue laser emitter passes through a dichroic mirror 3 and a lens 4 that transmit blue light, and is applied to a color wheel 5. The color wheel 5 is a disk made of metal or glass, and a phosphor layer in which a phosphor emitting green light (G) is mixed in a binder such as a resin is circumferentially provided on the surface of the substrate. More specifically, in a range of a predetermined central angle along the circumferential direction (see reference sign θ in FIG. 2), a certain width with respect to the radial direction of the color wheel 5 is provided. Is provided. Accordingly, the blue light that has passed through the portion of the color wheel 5 where the phosphor layer is not provided passes through the dichroic mirror 8, is condensed by the lens 9, reaches the digital micromirror device 10, and is reflected from the color wheel 5. Some of the blue light returns to the blue light source 1 side.

一方、青色光源1から青色光が上記蛍光体層に照射されると緑色光が発光され、この緑色光は、レンズ4を通って緑色光を反射するダイクロイックミラー3により反射され、更にミラー6,7と、ダイクロイックミラー8で反射され、レンズ9により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス10に達する。
また、赤色LEDが用いられた赤色光源2からの赤色光(R)は、ダイクロイックミラー3を通過し、ミラー6,7に反射されてダイクロイックミラー8に反射され、レンズ9により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス10に達する。
デジタルマイクロミラーデバイス10に入射する青色光(B)、緑色光(G)、赤色光(R)の3原色は、入射光の切り替えを同期させて、それぞれの色の画像として時系列的に処理され、投影光学系11を介して、スクリーン12に画像が投写される。なお、カラーホイール5の回転制御や、デジタルマイクロミラーデバイス10、投影光学系11における光の制御については、周知の技術であることから、説明を省略する。
On the other hand, when blue light is irradiated from the blue light source 1 onto the phosphor layer, green light is emitted, and this green light is reflected by the dichroic mirror 3 that reflects the green light through the lens 4, and further, mirror 6, 7 and reflected by the dichroic mirror 8 and collected by the lens 9 to reach the digital micromirror device 10.
The red light (R) from the red light source 2 using the red LED passes through the dichroic mirror 3, is reflected by the mirrors 6 and 7, is reflected by the dichroic mirror 8, is condensed by the lens 9, and is digitally converted. The micromirror device 10 is reached.
The three primary colors of blue light (B), green light (G), and red light (R) incident on the digital micromirror device 10 are processed in time series as images of the respective colors by synchronizing the switching of the incident light. Then, an image is projected onto the screen 12 via the projection optical system 11. Since the rotation control of the color wheel 5 and the light control in the digital micromirror device 10 and the projection optical system 11 are well-known techniques, the description thereof is omitted.

以上の如く、図3に例示されたプロジェクタ100においては、青色光(B)の発光は青色光源1により得られ、赤色光(R)の発光は赤色光源2により得られるものであるのに対し、緑色光については、青色光源1からの青色光を、カラーホイール5の蛍光体層により波長変換することにより得られるものである(例えば、特許文献1、2参照)。このため、以下の説明では、青色光源1のごとく単色光を発光する光源を「励起光源」と、青色光(B)を「励起光」ともいう。   As described above, in the projector 100 illustrated in FIG. 3, blue light (B) is emitted from the blue light source 1 and red light (R) is emitted from the red light source 2. The green light is obtained by converting the wavelength of the blue light from the blue light source 1 by the phosphor layer of the color wheel 5 (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Therefore, in the following description, a light source that emits monochromatic light like the blue light source 1 is also referred to as “excitation light source”, and blue light (B) is also referred to as “excitation light”.

特開2009−277516号公報JP 2009-277516 A 特開2008−52070号公報JP 2008-52070 A

ところで、図3に例示されたプロジェクタ100の光学系については、青色光源1から出射される青色光(B)は、カラーホイール5の円環状の表面の一点に収束して照射されるように構成されていることから、カラーホイール5が高速で回転駆動されるものであるにもかかわらず、青色光(B)が投影される特定半径の円環状の範囲が集中的に発熱し、蛍光体の変換効率が低下することとなる。その結果、表示画像が暗くなってしまうという問題がある。更に、青色光(B)が投影される特定半径の円環状の範囲の、蛍光体層を構成するバインダーが変質(黒化)し、カラーホイール5の信頼性(品質)、ひいては光源装置及びそれを用いたプロジェクタ100の信頼性の低下を来たすこととなる。
一方、表示画像の明るさを向上させるために、青色光源1のレーザー出力を高めると、上述の問題を助長させてしまうという欠点がある。
By the way, the optical system of the projector 100 illustrated in FIG. 3 is configured such that the blue light (B) emitted from the blue light source 1 is converged and irradiated on one point on the annular surface of the color wheel 5. Therefore, although the color wheel 5 is rotationally driven at a high speed, an annular range having a specific radius on which the blue light (B) is projected generates heat intensively. Conversion efficiency will decrease. As a result, there is a problem that the display image becomes dark. Further, the binder constituting the phosphor layer is altered (blackened) in an annular range with a specific radius on which blue light (B) is projected, and the reliability (quality) of the color wheel 5, and thus the light source device and the same As a result, the reliability of the projector 100 using the above-mentioned technology is lowered.
On the other hand, when the laser output of the blue light source 1 is increased in order to improve the brightness of the display image, there is a drawback that the above problem is promoted.

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、光学系にカラーホイールを含む光源装置の、信頼性の低下を防ぎ、高輝度化を実現することにある。又、当該光源装置を用いたプロジェクタの、信頼性の低下を防ぎ、高輝度化を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent a decrease in reliability of a light source device including a color wheel in an optical system and to achieve high brightness. It is in. Another object of the present invention is to prevent a decrease in reliability of a projector using the light source device and to achieve high brightness.

(発明の態様)
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
(Aspect of the Invention)
The following aspects of the present invention exemplify the configuration of the present invention, and will be described separately for easy understanding of various configurations of the present invention. Each section does not limit the technical scope of the present invention, and some of the components of each section are replaced, deleted, or further while referring to the best mode for carrying out the invention. Those to which the above components are added can also be included in the technical scope of the present invention.

(1)プロジェクタ用の光源装置であって、単色光を発光する励起光源と、円周方向に沿った所定の中心角度の範囲に、前記励起光源から発光された励起光を受ける蛍光体層が形成されたカラーホイールと、前記励起光源と前記カラーホイールとの間に配置され、前記励起光源から前記カラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状を、前記カラーホイールにおける円周方向に比して径方向の投影範囲が広くなるように調整する、投影形状調整手段とを備える光源装置(請求項1)。
本項に記載の光源装置は、前記励起光源と前記カラーホイールとの間に配置された投影形状調整手段により、励起光源から発光されカラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状を、カラーホイールにおける円周方向に比して径方向の投影範囲が広くなるように調整することで、カラーホイールの蛍光体層に励起光が投影される範囲が、径方向に分散する。その結果、カラーホイールが回転駆動された状態で、励起光が投影される円環状の範囲も径方向に分散し、発熱範囲も径方向へと分散されて熱引きが良好となり、蛍光体における、励起光源からの励起光の波長変換効率の低下が回避されるものである。又、蛍光体層を構成するバインダーの熱的負荷が軽減され、カラーホイールの劣化を防ぐものである。
(1) A light source device for a projector, comprising: an excitation light source that emits monochromatic light; and a phosphor layer that receives excitation light emitted from the excitation light source in a range of a predetermined central angle along a circumferential direction. The projected shape of the excitation light that is disposed between the formed color wheel and the excitation light source and the color wheel and is irradiated from the excitation light source to the phosphor layer of the color wheel is a circumferential direction in the color wheel. And a projection shape adjusting means for adjusting the projection range in the radial direction to be wider than that of the light source device (claim 1).
In the light source device according to this aspect, the projection shape of the excitation light emitted from the excitation light source and applied to the phosphor layer of the color wheel is projected by the projection shape adjusting unit disposed between the excitation light source and the color wheel. The range in which the excitation light is projected onto the phosphor layer of the color wheel is dispersed in the radial direction by adjusting the projection range in the radial direction to be wider than the circumferential direction in the color wheel. As a result, in a state where the color wheel is driven to rotate, the annular area where the excitation light is projected is also dispersed in the radial direction, the heat generation range is also dispersed in the radial direction, and the heat dissipation is good. A decrease in the wavelength conversion efficiency of the excitation light from the excitation light source is avoided. Further, the thermal load of the binder constituting the phosphor layer is reduced, and the color wheel is prevented from being deteriorated.

(2)上記(1)項において、前記投影形状調整手段により調整されて前記カラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状は、前記カラーホイールの径方向に多ビーム化された態様をなす光源装置(請求項2)。
本項に記載の光源装置は、投影形状調整手段により調整されてカラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状が、カラーホイールの径方向に多ビーム化された態様をなすことにより、カラーホイールの蛍光体層に励起光が投影される範囲が、径方向に多点状に分散するものである。その結果、カラーホイールが回転駆動された状態で、励起光が投影される円環状の範囲も、同心円の複数の帯状に分散し、発熱範囲も径方向へ分散されて熱引きが良好となり、蛍光体における、励起光源からの励起光の波長変換効率の低下が回避されるものである。又、蛍光体層を構成するバインダーの熱的負荷が軽減され、カラーホイールの劣化を防ぐものである。
(2) In the above item (1), the projection shape of the excitation light that is adjusted by the projection shape adjusting means and is applied to the phosphor layer of the color wheel is a multibeam form in the radial direction of the color wheel A light source device (claim 2).
In the light source device described in this section, the projection shape of the excitation light that is adjusted by the projection shape adjusting unit and is applied to the phosphor layer of the color wheel has a form in which multiple beams are formed in the radial direction of the color wheel. The range in which the excitation light is projected onto the phosphor layer of the color wheel is dispersed in a multipoint manner in the radial direction. As a result, when the color wheel is driven to rotate, the annular area in which the excitation light is projected is also dispersed in a plurality of concentric bands, and the heat generation area is also dispersed in the radial direction, resulting in good heat dissipation and fluorescence. A decrease in the wavelength conversion efficiency of the excitation light from the excitation light source in the body is avoided. Further, the thermal load of the binder constituting the phosphor layer is reduced, and the color wheel is prevented from being deteriorated.

(3)上記(1)、(2)項において、前記投影形状調整手段は回折格子により構成されている光源装置(請求項3)。
本項に記載の光源装置は、回折格子による単色光の回折作用により、励起光源から発光されカラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状を、カラーホイールにおける円周方向に比して径方向の投影範囲が広くなるように調整するものである。なお、回折格子による回折作用(回折角)が十分得られる場合には、投影形状調整手段により調整されてカラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状は、カラーホイールの径方向に多ビーム化された態様となる。一方、回折格子による回折作用が小さい場合には、同投影形状は、明確に多ビーム化されることなく、カラーホイールの径方向に連なって広がる態様となる。しかしながら、いずれの場合であっても、カラーホイールの蛍光体層に励起光が投影される範囲が、径方向に分散することとなり、カラーホイールが回転駆動された状態で、励起光が投影される円環状の範囲も径方向に分散し、発熱範囲も径方向へと分散されて熱引きが良好となり、蛍光体における、励起光源からの励起光の波長変換効率の低下が回避されるものである。又、蛍光体層を構成するバインダーの熱的負荷が軽減され、カラーホイールの劣化を防ぐものである。
(3) In the above items (1) and (2), the projection shape adjusting means is a light source device comprising a diffraction grating (claim 3).
The light source device described in this section compares the projected shape of the excitation light emitted from the excitation light source and irradiated on the phosphor layer of the color wheel by the diffraction action of monochromatic light by the diffraction grating in the circumferential direction of the color wheel. Thus, the radial projection range is adjusted to be wide. If the diffraction action (diffraction angle) by the diffraction grating is sufficiently obtained, the projection shape of the excitation light adjusted by the projection shape adjusting means and applied to the phosphor layer of the color wheel is in the radial direction of the color wheel. A multi-beam mode is obtained. On the other hand, when the diffractive action by the diffraction grating is small, the projected shape becomes a form that spreads continuously in the radial direction of the color wheel without being clearly multi-beamed. However, in any case, the range in which the excitation light is projected onto the phosphor layer of the color wheel is dispersed in the radial direction, and the excitation light is projected in a state where the color wheel is rotationally driven. The annular range is also dispersed in the radial direction, and the heat generation range is also dispersed in the radial direction, so that the heat absorption is good, and a decrease in the wavelength conversion efficiency of the excitation light from the excitation light source in the phosphor is avoided. . Further, the thermal load of the binder constituting the phosphor layer is reduced, and the color wheel is prevented from being deteriorated.

(4)上記(1)、(2)項において、前記投影形状調整手段はシリンドリカルレンズにより構成されている光源装置。
本項に記載の光源装置は、シリンドリカルレンズによる一方向の回折作用により、励起光源から発光されカラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状を、カラーホイールにおける円周方向に比して径方向の投影範囲が広くなるように調整するものである。従って、投影形状調整手段により調整されてカラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状は、カラーホイールの径方向に、楕円状ないし長円状に広がる態様となり、カラーホイールの蛍光体層に励起光が投影される範囲が、径方向に分散する。その結果、カラーホイールが回転駆動された状態で、励起光が投影される円環状の範囲も径方向に分散し、発熱範囲も径方向へと分散されて熱引きが良好となり、蛍光体における、励起光源からの励起光の波長変換効率の低下が回避されるものである。又、蛍光体層を構成するバインダーの熱的負荷が軽減され、カラーホイールの劣化を防ぐものである。
(4) In the above items (1) and (2), the projection shape adjusting means is a light source device configured by a cylindrical lens.
In the light source device described in this section, the projection shape of the excitation light emitted from the excitation light source and irradiated on the phosphor layer of the color wheel is compared with the circumferential direction of the color wheel by a unidirectional diffraction action by the cylindrical lens. Thus, the radial projection range is adjusted to be wide. Accordingly, the projection shape of the excitation light adjusted by the projection shape adjusting means and applied to the phosphor layer of the color wheel becomes an aspect that extends in an elliptical shape or an oval shape in the radial direction of the color wheel, and the phosphor of the color wheel The range in which the excitation light is projected onto the layer is dispersed in the radial direction. As a result, in a state where the color wheel is driven to rotate, the annular area where the excitation light is projected is also dispersed in the radial direction, the heat generation range is also dispersed in the radial direction, and the heat dissipation is good. A decrease in the wavelength conversion efficiency of the excitation light from the excitation light source is avoided. Further, the thermal load of the binder constituting the phosphor layer is reduced, and the color wheel is prevented from being deteriorated.

(5)上記(1)から(3)項において、前記投影形状調整手段と前記カラーホイールとの間に集光レンズが配置されている光源装置。
本項に記載の光源装置は、投影形状調整手段と前記カラーホイールとの間に配置された集光レンズにより、励起光の焦点距離が適切に調整されるものである。
(6)上記(5)項において、前記集光レンズがシリンドリカルレンズである光源装置。
本項に記載の光源装置は、投影形状調整手段と前記カラーホイールとの間に配置された集光レンズにより、励起光の焦点距離が適切に調整されるものである。しかも、集光レンズがシリンドリカルレンズであることにより、投影形状調整手段によって、カラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状が、更に強調して調整されるものとなる。
(5) The light source device according to (1) to (3), wherein a condenser lens is disposed between the projection shape adjusting unit and the color wheel.
In the light source device described in this section, the focal length of the excitation light is appropriately adjusted by the condensing lens arranged between the projection shape adjusting means and the color wheel.
(6) The light source device as set forth in (5), wherein the condenser lens is a cylindrical lens.
In the light source device described in this section, the focal length of the excitation light is appropriately adjusted by the condensing lens arranged between the projection shape adjusting means and the color wheel. In addition, since the condensing lens is a cylindrical lens, the projected shape of the excitation light applied to the phosphor layer of the color wheel is further emphasized and adjusted by the projected shape adjusting means.

(7)上記(1)から(6)項において、前記蛍光体層は、少なくとも、照射される前記励起光の投影形状に対応する、前記カラーホイールの径方向の位置に形成されている光源装置(請求項4)。
本項に記載の光源装置は、蛍光体層を、カラーホイールの径方向の全範囲のうち、励起光源からの励起光の波長変換に供する範囲である、照射される前記励起光の投影形状に対応する径方向の位置に設けることで、上記(1)から(5)記載の作用を得るものである。又、カラーホイールの径方向の全範囲のうち、励起光源からの励起光の波長変換に供する範囲以外の範囲については、蛍光体層を設置しないことで、その使用量を削減するものである。
(7) In the above items (1) to (6), the phosphor layer is formed at least in the radial position of the color wheel corresponding to the projected shape of the excitation light irradiated (Claim 4).
In the light source device described in this section, the phosphor layer has a projected shape of the irradiated excitation light, which is a range used for wavelength conversion of excitation light from the excitation light source, in the entire radial range of the color wheel. By providing at the corresponding radial position, the effects described in (1) to (5) above are obtained. In addition, in the entire range in the radial direction of the color wheel, the usage amount of the range other than the range used for the wavelength conversion of the excitation light from the excitation light source is reduced by not installing the phosphor layer.

(8)なお、上記(1)から(7)項記載の光源装置を備えるプロジェクタを構成することが可能である(請求項5)。
本項に記載のプロジェクタは、その構成要素である光源装置において、上記(1)から(6)項記載の作用を奏するものとなる。
(8) It is possible to constitute a projector including the light source device according to the above items (1) to (7).
The projector described in this section exhibits the operations described in the above items (1) to (6) in the light source device that is a component thereof.

本発明はこのように構成したので、光学系にカラーホイールを含む光源装置の、信頼性の低下を防ぎ、高輝度化を実現することが可能となる。又、当該光源装置を用いたプロジェクタの、信頼性の低下を防ぎ、高輝度化を実現することが可能となる。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to prevent a decrease in reliability of the light source device including a color wheel in the optical system and to achieve high luminance. In addition, it is possible to prevent a decrease in reliability of the projector using the light source device and achieve high brightness.

本発明の実施の形態に係る、光源装置の要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the light source device based on embodiment of this invention. 図1に示される光源装置の、光学系の構成態様を例示するものであり、(a)は透過型、(b)は反射型を示す模式図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration aspect of an optical system of the light source device illustrated in FIG. 1, in which (a) is a schematic diagram illustrating a transmission type, and (b) is a reflection type. 従来のハイブリッド型のプロジェクタの模式図である。It is a schematic diagram of a conventional hybrid projector.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。なお、本発明の実施の形態に係る光源装置は、図3に例示されるような、ハイブリッド型のプロジェクタに適用可能なものである。よって、光源装置の全体構成については、図3のプロジェクタ図3を適宜参照することとし、又、本光源装置を用いたプロジェクタについても同様とする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, parts that are the same as or correspond to those in the prior art are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The light source device according to the embodiment of the invention can be applied to a hybrid projector as illustrated in FIG. Therefore, with respect to the overall configuration of the light source device, the projector FIG. 3 in FIG. 3 is referred to as appropriate, and the same applies to the projector using the light source device.

図1には、本発明の実施の形態に係る光源装置の要部が示されている。本光源装置は、励起光源である青色光源1と、カラーホイール20との間に、投影形状調整手段24が配置されているものである。この投影形状調整手段24は、青色光源1からカラーホイール20の蛍光体層22に照射される励起光としての青色光(B)の投影形状を、カラーホイール20における円周方向に比して径方向の投影範囲が広くなるように調整するものである。図示の例では、投影形状調整手段24には回折格子が用いられていることから、投影形状調整手段24により調整されてカラーホイール20の蛍光体層22に照射される青色光(b)の投影形状は、カラーホイール20の径方向に多ビーム化され、異なる半径位置に対して3点(BA、BB、BC)に照射される態様をなしている。   FIG. 1 shows a main part of a light source device according to an embodiment of the present invention. In the present light source device, a projection shape adjusting means 24 is arranged between a blue light source 1 that is an excitation light source and a color wheel 20. This projection shape adjusting means 24 has a diameter of the projection shape of blue light (B) as excitation light irradiated from the blue light source 1 to the phosphor layer 22 of the color wheel 20 as compared to the circumferential direction of the color wheel 20. Adjustment is made so that the projection range of the direction becomes wide. In the example shown in the figure, a diffraction grating is used for the projection shape adjusting means 24, so that the blue light (b) projected by the projection shape adjusting means 24 and applied to the phosphor layer 22 of the color wheel 20 is projected. The shape is such that multiple beams are formed in the radial direction of the color wheel 20 and three points (BA, BB, BC) are irradiated to different radial positions.

なお、投影形状調整手段24を構成する回折格子による多ビーム化は、図示の例では異なる半径位置に対して3点照射される態様であるが、更なる多ビーム化も可能である。
又、回折格子による回折作用(回折角)が十分得られる場合には、投影形状調整手段24により調整されてカラーホイール20の蛍光体層22に照射される青色光(B)の投影形状は、図1の如く、カラーホイール20の径方向に多ビーム化された態様となる。一方、回折格子による回折作用が小さい場合には、同投影形状は、明確に多ビーム化されることなく、カラーホイール20の径方向に連なって広がる態様となる。
In addition, in the example shown in the figure, the multi-beam irradiation with the diffraction grating constituting the projection shape adjusting means 24 is a mode in which three points are irradiated to different radial positions.
When the diffraction action (diffraction angle) by the diffraction grating is sufficiently obtained, the projected shape of the blue light (B) that is adjusted by the projected shape adjusting means 24 and is applied to the phosphor layer 22 of the color wheel 20 is: As shown in FIG. 1, the color wheel 20 is multibeamed in the radial direction. On the other hand, when the diffractive action by the diffraction grating is small, the projected shape is spread in the radial direction of the color wheel 20 without clearly forming multiple beams.

一方、カラーホイール20は、基板(カラーホイール基板)202の表面に蛍光体層22が形成されたものであるが、この蛍光体層22は、照射される青色光(B)の投影形状に対応する、カラーホイール20の径方向の位置に形成されている。図1の例では、カラーホイール20の径方向に多ビーム化され、異なる半径位置に対して3点照射される青色光(b)の投影形状に対応するように、同心円状に蛍光体層22A、22B、22Cが形成されている。
なお、蛍光体層22は、バインダー内に蛍光体を分散したものである。具体例としては、バインダーにはシリコーン樹脂が用いられ、蛍光体にはガーネットが用いられる。又、カラーホイール基板202上に蛍光体層22を形成する具体的手法については、適宜選択可能であるが、例えば、スクリーン印刷により形成することが可能である。
On the other hand, the color wheel 20 is obtained by forming a phosphor layer 22 on the surface of a substrate (color wheel substrate) 202, and this phosphor layer 22 corresponds to the projected shape of the irradiated blue light (B). The color wheel 20 is formed at a radial position. In the example of FIG. 1, the phosphor layer 22A is concentrically formed so as to correspond to the projected shape of the blue light (b) that is multi-beamed in the radial direction of the color wheel 20 and is irradiated at three points to different radial positions. , 22B, 22C are formed.
The phosphor layer 22 is obtained by dispersing a phosphor in a binder. As a specific example, a silicone resin is used for the binder, and garnet is used for the phosphor. In addition, a specific method for forming the phosphor layer 22 on the color wheel substrate 202 can be selected as appropriate. For example, it can be formed by screen printing.

参考までに、カラーホイール5を構成するカラーホイール基板202は、従来技術でも説明したように、金属製又はガラス製である。
又、蛍光体層22の蛍光体材料としては、ガーネットの他にも、以下のようなものが用いられる。例えば緑色発光用蛍光体としては、Zn2SiO4:Mn,BaAl1219:Mn,BaMgAl1423:Mn,SrAl1219:Mn,ZnAl1219:Mn,CaAl1219:Mn,YBO3:Tb,LuBO3:Tb,GdBO3:Tb,ScBO3:Tb,Sr4Si38Cl4:Eu,等が挙げられる。又、例えば赤色発光用蛍光体としては、Y23:Eu,Y2SiO5:Eu,Y3Al512:Eu,Zn3(P042:Mn,YBO3:Eu,(Y,Gd)BO3:Eu,GdBO3:Eu,ScBO3:Eu,LuBO3:Eu,等が挙げられる。
For reference, the color wheel substrate 202 constituting the color wheel 5 is made of metal or glass as described in the related art.
In addition to the garnet, the following materials are used as the phosphor material of the phosphor layer 22. For example, phosphors for green light emission include Zn 2 SiO 4 : Mn, BaAl 12 O 19 : Mn, BaMgAl 14 O 23 : Mn, SrAl 12 O 19 : Mn, ZnAl 12 O 19 : Mn, CaAl 12 O 19 : Mn YBO 3 : Tb, LuBO 3 : Tb, GdBO 3 : Tb, ScBO 3 : Tb, Sr 4 Si 3 O 8 Cl 4 : Eu, and the like. Further, for example, as the red-emitting phosphor, Y 2 O 3: Eu, Y 2 SiO 5: Eu, Y 3 Al 5 O 12: Eu, Zn 3 (P0 4) 2: Mn, YBO 3: Eu, ( Y, Gd) BO 3 : Eu, GdBO 3 : Eu, ScBO 3 : Eu, LuBO 3 : Eu, and the like.

図2は、本発明の実施の形態に係る光源装置の、光学系の構成態様を例示するものである。図2(a)は透過型の光源装置であり、投影形状調整手段24により3分割された青色光(B)は、集光レンズ(図3の、符号4参照)によって焦点距離が調整されて、カラーホイール20に照射される。そして、カラーホイール20を透過した青色光(B)、及び、蛍光体層22により波長変換されて得られた緑色光(G)は、カラーホイール20に対して投影形状調整手段24と反対側に配置されたライトパイプ26に各々入射され、ライトパイプ26内で均一な光となって、ライトパイプ26の先端面から出射される。このライトパイプ26から出射された青色光(B)については、図3に例示されるように、ダイクロイックミラー8を通過し、レンズ9により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス10に達するものである。又、この場合には、緑色光(G)も青色光(B)と同様の光路をたどることとなる。   FIG. 2 illustrates the configuration of the optical system of the light source device according to the embodiment of the invention. FIG. 2A shows a transmissive light source device. The blue light (B) divided into three by the projection shape adjusting means 24 has its focal length adjusted by a condenser lens (see reference numeral 4 in FIG. 3). The color wheel 20 is irradiated. The blue light (B) transmitted through the color wheel 20 and the green light (G) obtained by wavelength conversion by the phosphor layer 22 are on the side opposite to the projection shape adjusting means 24 with respect to the color wheel 20. Each light enters the arranged light pipe 26, becomes uniform light in the light pipe 26, and is emitted from the tip surface of the light pipe 26. As illustrated in FIG. 3, the blue light (B) emitted from the light pipe 26 passes through the dichroic mirror 8 and is collected by the lens 9 to reach the digital micromirror device 10. In this case, the green light (G) also follows the same optical path as the blue light (B).

一方、図2(b)は反射型を示す模式図である。この場合には、投影形状調整手段24により3分割された青色光(B)は、ダイクロイックミラー3を透過した後、集光レンズ(図3の、符号4参照)によって焦点距離が調整され、カラーホイール20に照射される。そして、カラーホイール20を透過した青色光(B)は、カラーホイール20に対して投影形状調整手段24と反対側に配置されたライトパイプ26に入射され、ライトパイプ26内で均一な光となって、ライトパイプ26の先端面から出射される。又、蛍光体層22により波長変換されて、カラーホイール20に反射された緑色光(G)は、図3にも示されるように、ダイクロイックミラー3により直角方向へと屈折され、ライトパイプ28に入射され、ライトパイプ28内で均一な光となって、ライトパイプ28の先端面から出射される。このライトパイプ28から出射された緑色光(G)については、図3に例示されるように、ミラー6,7に反射されてダイクロイックミラー8に反射され、レンズ9により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス10に達する。   On the other hand, FIG.2 (b) is a schematic diagram which shows a reflection type. In this case, the blue light (B) divided into three parts by the projection shape adjusting means 24 is transmitted through the dichroic mirror 3, and then the focal length is adjusted by the condenser lens (see reference numeral 4 in FIG. 3). The wheel 20 is irradiated. Then, the blue light (B) transmitted through the color wheel 20 is incident on a light pipe 26 disposed on the opposite side of the projection shape adjusting means 24 with respect to the color wheel 20 and becomes uniform light in the light pipe 26. Then, the light is emitted from the tip surface of the light pipe 26. Further, the green light (G) that has been wavelength-converted by the phosphor layer 22 and reflected by the color wheel 20 is refracted by the dichroic mirror 3 in a right-angle direction as shown in FIG. Incident light becomes uniform light in the light pipe 28 and is emitted from the front end surface of the light pipe 28. As illustrated in FIG. 3, the green light (G) emitted from the light pipe 28 is reflected by the mirrors 6 and 7, reflected by the dichroic mirror 8, collected by the lens 9, and collected by the digital micromirror. Device 10 is reached.

なお、ここで用いられるライトパイプ26、28については、その内部で光の反射を繰り返す公知のもので良い。
又、図示は省略するが、投影形状調整手段24を構成する回折格子に換えて、シリンドリカルレンズを用いることとしても良い。この場合には、回折格子による回折作用が小さい場合と同様に、投影形状調整手段24により調整されてカラーホイール20の蛍光体層22に照射される青色光(B)の投影形状は、多ビーム化されることなく、カラーホイール20の径方向に、楕円状ないし長円状に広がる態様となる。
In addition, about the light pipes 26 and 28 used here, the well-known thing which repeats reflection of light inside may be used.
Although not shown, a cylindrical lens may be used instead of the diffraction grating constituting the projection shape adjusting means 24. In this case, similarly to the case where the diffraction action by the diffraction grating is small, the projected shape of the blue light (B) adjusted by the projected shape adjusting means 24 and applied to the phosphor layer 22 of the color wheel 20 is a multi-beam. It becomes an aspect which spreads in the radial direction of the color wheel 20 in the ellipse shape or the ellipse shape.

さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。まず、青色光源1(図3)とカラーホイール20との間に配置された投影形状調整手段24により、青色光源1から発光されカラーホイール20の蛍光体層22に照射される青色光(B)の投影形状を、カラーホイール20における円周方向に比して径方向の投影範囲が広くなるように調整することで、カラーホイール20の蛍光体層22に青色光(B)が投影される範囲が、カラーホイール20の径方向に分散することとなる。その結果、カラーホイール20が回転駆動された状態で、青色光(B)が投影される円環状の範囲も径方向に分散し、発熱範囲も径方向へと分散されて熱引きが良好となり、蛍光体層22における、青色光源1からの青色光(B)の波長変換効率の低下が、回避されることとなる。又、蛍光体層22を構成するバインダーの熱的負荷が軽減され、バインダーの変質(黒化)を回避することでカラーホイール20の劣化を防ぐことができる。そして、青色光源1の出力を高めることが可能となり、高輝度の光源装置を構成することが可能となる。
しかも、投影形状調整手段24による投影形状の調整は、回折格子や、シリンドリカルレンズにより行うことが可能である。
Now, according to the embodiment of the present invention configured as described above, the following operational effects can be obtained. First, blue light (B) emitted from the blue light source 1 and irradiated on the phosphor layer 22 of the color wheel 20 by the projection shape adjusting means 24 disposed between the blue light source 1 (FIG. 3) and the color wheel 20. Is adjusted so that the projection range in the radial direction is wider than the circumferential direction of the color wheel 20, so that the blue light (B) is projected onto the phosphor layer 22 of the color wheel 20. Will be dispersed in the radial direction of the color wheel 20. As a result, in a state in which the color wheel 20 is driven to rotate, the annular range in which the blue light (B) is projected is also dispersed in the radial direction, the heat generation range is also dispersed in the radial direction, and the heat sink is improved. A decrease in the wavelength conversion efficiency of the blue light (B) from the blue light source 1 in the phosphor layer 22 is avoided. Further, the thermal load of the binder constituting the phosphor layer 22 is reduced, and deterioration of the color wheel 20 can be prevented by avoiding the alteration (blackening) of the binder. And it becomes possible to raise the output of the blue light source 1, and it becomes possible to comprise a high-intensity light source device.
In addition, the projection shape adjustment by the projection shape adjusting means 24 can be performed by a diffraction grating or a cylindrical lens.

又、投影形状調整手段24により調整されてカラーホイール20の蛍光体層22に照射される青色光(B)の投影形状が、カラーホイール20の径方向に多ビーム化された態様をなすことにより、カラーホイール20の蛍光体層22に青色光(B)が投影される範囲が、径方向に多点状(BA、BB、BC)に分散するものである。その結果、カラーホイール20が回転駆動された状態で、青色光(B)が投影される円環状の範囲も、同心円の複数の帯状に分散し、発熱範囲も径方向へ分散されて、蛍光体層22における、青色光源1からの青色光(B)の波長変換効率の低下が、回避されるものである。   Further, the projection shape of the blue light (B) adjusted by the projection shape adjusting means 24 and applied to the phosphor layer 22 of the color wheel 20 forms a multi-beam form in the radial direction of the color wheel 20. The range in which the blue light (B) is projected onto the phosphor layer 22 of the color wheel 20 is dispersed in a multipoint shape (BA, BB, BC) in the radial direction. As a result, in the state in which the color wheel 20 is driven to rotate, the annular area on which the blue light (B) is projected is also dispersed in a plurality of concentric belts, and the heat generation area is also dispersed in the radial direction, so that the phosphor A decrease in the wavelength conversion efficiency of the blue light (B) from the blue light source 1 in the layer 22 is avoided.

更に、本発明の実施の形態によれば、カラーホイール20の蛍光体層22を、カラーホイール20の径方向の全範囲のうち、青色光源1からの青色光(B)の波長変換に供する範囲である、照射される青色光(B)の投影形状に対応する径方向の位置に設けることで、上記作用効果を得ることができる。しかも、この場合には、カラーホイール20の径方向の全範囲のうち、青色光源1からの青色光(B)の波長変換に供する範囲以外の範囲については、蛍光体層22を設置しないことでその使用量を削減し、比較的高価格の蛍光体の使用量削減による、カラーホイール20の製造コストの低減を図ることが可能となる。
又、本発明の実施の形態に係る光源装置を備えるプロジェクタは、その構成要素である光源装置において、上記作用効果を奏するものとなる。
Furthermore, according to the embodiment of the present invention, the phosphor layer 22 of the color wheel 20 is used for wavelength conversion of the blue light (B) from the blue light source 1 in the entire radial range of the color wheel 20. By providing at a radial position corresponding to the projected shape of the emitted blue light (B), the above-described effects can be obtained. In addition, in this case, the phosphor layer 22 is not provided for the entire range in the radial direction of the color wheel 20 other than the range used for wavelength conversion of the blue light (B) from the blue light source 1. It is possible to reduce the manufacturing cost of the color wheel 20 by reducing the usage amount and reducing the usage amount of the relatively expensive phosphor.
In addition, a projector including the light source device according to the embodiment of the present invention exhibits the above-described effects in the light source device that is a component thereof.

1:励起光源、20:カラーホイール、 22、22A、22B、22C:蛍光体層、24:投影形状調整手段、B:励起光   1: excitation light source, 20: color wheel, 22, 22A, 22B, 22C: phosphor layer, 24: projection shape adjusting means, B: excitation light

Claims (5)

プロジェクタ用の光源装置であって、
単色光を発光する励起光源と、
円周方向に沿った所定の中心角度の範囲に、前記励起光源から発光された励起光を受ける蛍光体層が形成されたカラーホイールと、
前記励起光源と前記カラーホイールとの間に配置され、前記励起光源から前記カラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状を、前記カラーホイールにおける円周方向に比して径方向の投影範囲が広くなるように調整する、投影形状調整手段とを備えることを特徴とする光源装置。
A light source device for a projector,
An excitation light source that emits monochromatic light;
A color wheel formed with a phosphor layer that receives excitation light emitted from the excitation light source in a range of a predetermined central angle along the circumferential direction;
The projection shape of the excitation light that is disposed between the excitation light source and the color wheel and is irradiated from the excitation light source to the phosphor layer of the color wheel has a radial direction compared to a circumferential direction in the color wheel. A light source device comprising: a projection shape adjusting unit that adjusts so that a projection range is widened.
前記投影形状調整手段により調整されて前記カラーホイールの蛍光体層に照射される励起光の投影形状は、前記カラーホイールの径方向に多ビーム化された態様をなすことを特徴とする請求項1記載の光源装置。 2. The projection shape of excitation light adjusted by the projection shape adjusting means and applied to the phosphor layer of the color wheel is in the form of multiple beams in the radial direction of the color wheel. The light source device described. 前記投影形状調整手段は回折格子により構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the projection shape adjusting unit includes a diffraction grating. 前記蛍光体層は、少なくとも、照射される前記励起光の投影形状に対応する、前記カラーホイールの径方向の位置に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の光源装置。 The said fluorescent substance layer is formed in the position of the radial direction of the said color wheel corresponding to the projection shape of the said excitation light irradiated at least, The any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Light source device. 請求項1から4のいずれか1項記載の光源装置を備えるプロジェクタ。 A projector provided with the light source device of any one of Claim 1 to 4.
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