JP2014075221A - Light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、励起光が照射されることにより蛍光光を出射する蛍光体を備えた光源装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device including a phosphor that emits fluorescent light when irradiated with excitation light.
発光ダイオードは、蛍光灯および白熱電球などの従来の光源に比べて長寿命であるため、近年、その発光効率および光束の向上に伴って、様々な照明装置の光源として用いられるようになった。パソコン画像およびビデオ映像をスクリーンに投影するプロジェクタにおいても、高圧水銀ランプに代わり、発光ダイオードおよびレーザダイオードなどの半導体発光素子が用いられはじめている。以下、発光ダイオードをLED、レーザダイオードをLDと称す。 Since light-emitting diodes have a longer life than conventional light sources such as fluorescent lamps and incandescent lamps, they have recently been used as light sources for various lighting devices as their luminous efficiency and luminous flux improve. Also in projectors that project personal computer images and video images on a screen, semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes and laser diodes are beginning to be used instead of high pressure mercury lamps. Hereinafter, the light emitting diode is referred to as LED and the laser diode is referred to as LD.
プロジェクタでは、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)および液晶パネルなどの表示素子に光を照射し、表示素子の各画素で反射または透過された映像光をスクリーンに結像している。表示素子には基本として、ランプの白色光をカラーホイールで時分割した、あるいはダイクロイックミラーで分光した、赤色・緑色・青色の3色の光が照射される。 In the projector, light is emitted to display elements such as a digital micromirror device (DMD) and a liquid crystal panel, and image light reflected or transmitted by each pixel of the display element is imaged on a screen. Basically, the display element is irradiated with light of three colors, red, green, and blue, in which the white light of the lamp is time-divided with a color wheel or dispersed with a dichroic mirror.
LEDおよびLDを用いたプロジェクタでは、赤色・緑色・青色の光の全てをLEDおよびLDで生成することもできるが、緑色の半導体発光素子は他の赤色および青色の半導体発光素子に比べて発光効率が低い。このため、一般に緑色光は、蛍光体を用いて青色光および紫外光を励起光とした蛍光光で生成される(例えば、特許文献1,2参照)。これと同様に、赤色光も蛍光光で生成される場合がある。
In projectors using LEDs and LDs, all red, green, and blue light can also be generated by LEDs and LDs, but the green semiconductor light-emitting elements emit light more efficiently than other red and blue semiconductor light-emitting elements. Is low. For this reason, generally green light is produced | generated by the fluorescent light which used blue light and ultraviolet light as excitation light using a fluorescent substance (for example, refer
緑色および赤色の蛍光体には数十Wの励起光が集光、照射されるため、焼損あるいは温度上昇による効率低下、経年変化を抑えることを目的に、円板上に蛍光体層を形成、回転することで、励起光の照射位置が一点に留まらないようにしている。この円板は蛍光ホイールと呼ばれ、円形の反射板または透明基材上に、蛍光体がシリコーンなどの透明樹脂によって封止されている。この蛍光体層は円板の外周に沿って、扇形あるいは円環形状に形成されている。 Since several tens of watts of excitation light is condensed and irradiated on the green and red phosphors, a phosphor layer is formed on the disk for the purpose of suppressing efficiency deterioration due to burning or temperature rise, and secular change. By rotating, the irradiation position of the excitation light is not limited to one point. This disk is called a fluorescent wheel, and a phosphor is sealed with a transparent resin such as silicone on a circular reflector or a transparent substrate. The phosphor layer is formed in a sector shape or an annular shape along the outer periphery of the disc.
特許文献1に記載の装置では、励起光に青色光を用い、この青色光をスクリーンに投射する映像光にも使用するため、蛍光ホイールを複数の領域に分割し、1つの領域で励起光を拡散透過させている。緑色光を発する領域では、蛍光体層の下地を反射板としている。つまり、あたかも蛍光ホイールに対して、青色光を透過し、緑色光を反射するような光路となっている。また、特許文献1に記載の装置では、赤色光は蛍光体で生成されるのではなく、赤色光を発する光源を別途備えている。
In the apparatus described in
特許文献2に記載の装置では、特許文献1の場合と同様に、青色の励起光を映像光に使用しているが、蛍光ホイールの当該領域を反射面としている。つまり、青色の励起光は緑色および赤色の蛍光光と同じ方向に蛍光ホイールで反射されるが、青色の励起光は励起光源に戻らないよう、励起光の偏光特性を利用して、4分の1波長板とダイクロイックミラーにより導光装置(ロッドインテグレータ)へ導かれる。
In the apparatus described in
青色の励起光を映像光に使用するにあたって、蛍光ホイールにより青色の励起光は透過され、緑色の蛍光光は反射される場合、蛍光ホイールを挟んでその前後両方に、励起光を集光するとともに、蛍光光および拡散透過された励起光を平行にコリメートするためのレンズ群が必要になる。さらに励起光と蛍光光の光路を分離するとともに、蛍光光と拡散透過された励起光の光路を合成するために、最低2枚のダイクロイックミラー、その他複数のリレーレンズおよびミラーが必要になり、光源装置の光路は煩雑になってしまう上、光源装置は大型化する。 When using blue excitation light for image light, if the blue excitation light is transmitted by the fluorescent wheel and the green fluorescent light is reflected, the excitation light is condensed both before and after the fluorescent wheel. A lens group for collimating the fluorescent light and the diffusely transmitted excitation light in parallel is required. In addition to separating the optical paths of excitation light and fluorescent light, and combining the optical path of fluorescent light and diffused and transmitted excitation light, a minimum of two dichroic mirrors and other relay lenses and mirrors are required. The optical path of the device becomes complicated and the light source device becomes large.
一方、青色の励起光と、緑色および赤色の蛍光光を同じ方向に反射させる場合は、これらのレンズおよびミラー、ダイクロイックミラーの数を大幅に削減することができ、光源装置は簡素化かつ小型化が可能となる。その代わりに偏光特性を利用するため、光源装置は4分の1波長板を必要とする。ガラス基板上に高分子膜を貼った廉価な4分の1波長板は耐熱温度が低く、励起光である青色光によって黄変するため、4分の1波長板の寿命は短い。水晶など無機の4分の1波長板は、これらの問題は生じないが高価であるため、光源装置の製造コストが増加する。 On the other hand, when blue excitation light and green and red fluorescent light are reflected in the same direction, the number of these lenses, mirrors, and dichroic mirrors can be greatly reduced, and the light source device is simplified and miniaturized. Is possible. Instead, in order to utilize polarization characteristics, the light source device requires a quarter wave plate. An inexpensive quarter-wave plate having a polymer film on a glass substrate has a low heat-resistant temperature and yellows due to blue light as excitation light, so that the life of the quarter-wave plate is short. An inorganic quarter-wave plate such as quartz does not cause these problems, but is expensive, so that the manufacturing cost of the light source device increases.
そこで、本発明は、4分の1波長板などによる偏光特性を利用せずに、簡素で小型、安価かつ長寿命な光源装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light source device that is simple, small-sized, inexpensive, and has a long life without using polarization characteristics such as a quarter-wave plate.
本発明に係る光源装置は、励起光を出射する励起光源と、外周に沿って複数の領域に分割され、かつ、前記複数の領域は、反射面が存在する領域と蛍光体層が存在する領域とで構成される蛍光ホイールと、前記励起光源から出射される前記励起光を反射し、かつ、前記励起光が前記蛍光ホイールの前記蛍光体層に照射されることにより前記蛍光体層から出射される蛍光光を透過する分光特性を有する第1ダイクロイックミラーとを備え、前記励起光源から前記蛍光ホイールへ入射される前記励起光の経路と、前記蛍光ホイールの前記反射面により反射される前記励起光の反射光の経路とが異なり、前記第1ダイクロイックミラーは、前記励起光源から前記蛍光ホイールへ入射される前記励起光の経路にのみ配置されているものである。 A light source device according to the present invention includes an excitation light source that emits excitation light, a plurality of regions that are divided along the outer periphery, and a region where a reflecting surface is present and a region where a phosphor layer is present And the excitation light emitted from the excitation light source is reflected, and the excitation light is emitted from the phosphor layer by irradiating the phosphor layer of the fluorescence wheel. A first dichroic mirror having a spectral characteristic that transmits the fluorescent light, and the excitation light that is incident on the fluorescent wheel from the excitation light source and the excitation light that is reflected by the reflecting surface of the fluorescent wheel. Unlike the reflected light path, the first dichroic mirror is disposed only in the path of the excitation light incident on the fluorescent wheel from the excitation light source.
本発明によれば、励起光源と、蛍光ホイールと、第1ダイクロイックミラーとを備え、励起光源から蛍光ホイールへ入射される励起光の経路と、蛍光ホイールの反射面により反射される励起光の反射光の経路とが異なり、第1ダイクロイックミラーは、励起光源から蛍光ホイールへ入射される励起光の経路にのみ配置されている。 According to the present invention, an excitation light source, a fluorescence wheel, and a first dichroic mirror are provided, and a path of excitation light incident on the fluorescence wheel from the excitation light source and reflection of excitation light reflected by the reflection surface of the fluorescence wheel. Unlike the light path, the first dichroic mirror is disposed only in the path of the excitation light incident on the fluorescent wheel from the excitation light source.
したがって、蛍光体層から出射される蛍光光は、第1ダイクロイックミラーを透過するとともに、第1ダイクロイックミラーが配置されていない領域を通って、外部へ出射される。そして、蛍光ホイールの反射面により反射される励起光の反射光も、第1ダイクロイックミラーが配置されていない領域を通って、外部へ出射される。 Therefore, the fluorescent light emitted from the phosphor layer passes through the first dichroic mirror and is emitted to the outside through a region where the first dichroic mirror is not disposed. And the reflected light of the excitation light reflected by the reflecting surface of the fluorescent wheel is also emitted to the outside through a region where the first dichroic mirror is not disposed.
これにより、複数色の映像光を出射する光源装置を実現できる。この場合、光源装置は4分の1波長板を必要としないため、黄変、耐熱温度が低いといった問題がない。このため、長寿命の光源装置を実現できる。また、光源装置は少ない部品数で構成することができるため、小型、軽量、かつ、安価な光源装置を実現できる。 Thereby, a light source device that emits a plurality of colors of image light can be realized. In this case, since the light source device does not require a quarter-wave plate, there are no problems such as yellowing and low heat-resistant temperature. For this reason, a long-life light source device can be realized. Further, since the light source device can be configured with a small number of components, a light source device that is small, light, and inexpensive can be realized.
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1(a),(b)は、本発明の実施の形態1に係る光源装置10の概略構成図である。励起光Lxが蛍光ホイール6上の蛍光体層6pに照射される場合を図1(a)に示し、蛍光ホイール6が回転して蛍光体層6pが存在しない領域に励起光Lxが照射される場合を図1(b)に示す。
<
光源装置10は、複数のLD1(励起光源)と、複数のコリメータレンズ2と、ヒートシンク3と、ダイクロイックミラー4(第1ダイクロイックミラー)と、集光レンズ5と、蛍光ホイール6と、モータ7とを備えている。
The
LD1は、青色の励起光Lxを出射する励起光源であり、図示しない基板上に縦と横の二次元方向に配列・実装されている。コリメータレンズ2は、LD1の正面に配置され、個々のLD1から出射された励起光Lxを平行化する。ヒートシンク3は、LD1を挟んでコリメータレンズ2の反対側に設けられ、LD1を冷却する。なお、励起光源として、LDの代わりにLEDを採用してもよい。
The
ダイクロイックミラー4は、青色の励起光Lxを反射し、緑色および赤色の蛍光光Lmを透過する分光特性を有する。このため、ダイクロイックミラー4は、コリメータレンズ2により平行化された励起光Lxを反射し、励起光Lxを集光レンズ5へ入射する。集光レンズ5は、ダイクロイックミラー4から入射された励起光Lxを蛍光ホイール6上に集光する。このとき、励起光Lxは集光レンズ5の約半分の領域を透過する。すなわち、図1(a),(b)では、励起光Lxは集光レンズ5の光軸Aより下半分の領域を透過して、蛍光ホイール6上に照射される。ここで、ダイクロイックミラー4は、LD1から蛍光ホイール6へ入射される励起光Lxの経路にのみ配置されている。すなわち、ダイクロイックミラー4は、集光レンズ5の光軸Aより下半分の領域にのみ存在し、上半分の領域には存在しない。
The
蛍光ホイール6は、アルミニウムなどの熱伝達率が高い円形基板6a(図2参照)上に、銀などの金属反射膜、その上に増反射コートあるいは保護コート、さらにこれらコート上に蛍光体をシリコーンなどの透明樹脂によって封止した蛍光体層6pを形成して製作されている。蛍光体層6pは円形基板6aの外周に沿って、扇形に形成されている。
The
光源装置10の開口部(図示省略)の外側には、集光レンズ8と、導光装置9(ロッドインテグレータ)が配置されている。より具体的には、集光レンズ8と導光装置9は、集光レンズ5と対向する位置に配置されている。
A
次に、図2を用いて蛍光ホイール6を説明する。図2は、蛍光ホイール6の正面図、つまり、蛍光ホイール6を集光レンズ5側から視た図である。蛍光ホイール6は、円形基板6aの外周に沿って複数の領域に分割され、複数の領域は、青色領域6bと、蛍光体層6pが存在する領域とで構成されている。青色領域6bは、蛍光体層6pを設けない反射面となっている。蛍光体層6pが存在する領域は、緑色蛍光体が封止されている緑色領域6gと、赤色蛍光体が封止されている赤色領域6rに分割されている。
Next, the
蛍光ホイール6は、その中心にモータ7の回転軸が取り付けられ、回転可能となっている。モータ7の回転に応じて、蛍光ホイール6上における励起光Lxの照射点が青色領域6b、緑色領域6g、赤色領域6rへと周期的に順次移動していく。図1(a)は、励起光Lxが緑色領域6gおよび赤色領域6rを有する蛍光体層6pに照射されている場合の蛍光光Lmの振る舞いを表している。図1(b)は、励起光Lxが青色領域6bに照射されている場合の反射光Lrの振る舞いを表している。
The rotation wheel of the
蛍光光Lmは、蛍光体層6pから集光レンズ5側へ完全拡散の配光で出射されるため、集光レンズ5の全領域で集光され、平行にコリメートされる。ダイクロイックミラー4は、青色の励起光Lxを反射し、緑色および赤色の蛍光光Lmを透過する分光特性を有しているため、集光レンズ5によりコリメートされた蛍光光Lmは集光レンズ8に到達する。
Since the fluorescent light Lm is emitted from the
一方、ダイクロイックミラー4は、LD1から蛍光ホイール6へ入射される励起光Lxの経路にのみ配置されているため、蛍光ホイール6の青色領域6bによって反射される反射光Lrは、入射される励起光Lxとは異なる経路、すなわち、図1(b)では集光レンズ5の光軸Aより上半分の領域を通過して、集光レンズ8に到達する。
On the other hand, since the
蛍光光Lmおよび反射光Lrは、集光レンズ8によって集光され導光装置9へ入射される。導光装置9から出射された光束は、照明光学系(図示省略)により表示素子に照射され、投射光学系(図示省略)によりスクリーンに投影される。つまり、蛍光ホイール6を回転させることで、赤色・緑色・青色の映像光が順次時系列に、光源装置10から出射され、カラー映像が作り出される。
The fluorescent light Lm and the reflected light Lr are collected by the
以上のように、実施の形態1に係る光源装置10では、LD1と、蛍光ホイール6と、ダイクロイックミラー4とを備え、LD1から蛍光ホイール6へ入射される励起光Lxの経路と、蛍光ホイール6の反射面により反射される励起光Lxの反射光Lrの経路とが異なり、ダイクロイックミラー4は、LD1から蛍光ホイール6へ入射される励起光Lxの経路にのみ配置されている。
As described above, the
したがって、蛍光体層6pから出射される蛍光光Lmは、ダイクロイックミラー4を透過するとともに、ダイクロイックミラー4が配置されていない領域(集光レンズ5の光軸Aより上半分の領域)を通って、集光レンズ8に到達する。そして、蛍光ホイール6の反射面により反射される励起光Lxの反射光Lrも、ダイクロイックミラー4が配置されていない領域(集光レンズ5の光軸Aより上半分の領域)を通って、集光レンズ8に到達する。
Therefore, the fluorescent light Lm emitted from the
これにより、複数色(赤色・緑色・青色の3色)の映像光を出射する光源装置10を実現できる。この場合、光源装置10は、4分の1波長板を必要としないため、黄変、耐熱温度が低いといった問題がない。このため、長寿命の光源装置10を実現できる。また、光源装置10は少ない部品数で構成することができるため、小型、軽量、かつ、安価な光源装置10を実現できる。
Thereby, the
また、上記より蛍光光Lmおよび反射光Lrは無駄なく導光装置9に導かれるため、光の利用効率が高くなり、ひいては光源装置10におけるエネルギー消費量の削減を図ることが可能となる。
Further, from the above, the fluorescent light Lm and the reflected light Lr are guided to the
<変形例1>
次に、図3を用いて、実施の形態1の変形例1に係る光源装置10Aについて説明する。図3は、実施の形態1の変形例1に係る光源装置10Aの概略構成図であり、励起光Lxが蛍光ホイール6上の蛍光体層6pが存在しない領域に照射される場合を示している。
<
Next, a
複数のLD1は、集光レンズ5の光軸Aに対して、図3の上下方向において、蛍光ホイール6へ入射される励起光Lxが非対称となる位置に配置されている。また、LD1は、図1の場合と比べて、図3において左右方向の間隔を広げて配置されている。励起光Lxと反射光Lrを異なる経路とし、複数の短冊状のダイクロイックミラー4は、励起光Lxにおける個々の経路に配置されている。すなわち、複数のダイクロイックミラー4は、予め定められた間隔をあけて配置されている。反射光Lrは、隣り合うダイクロイックミラー4の間を通って、集光レンズ8に到達する。
The plurality of
以上のように、実施の形態1の変形例1に係る光源装置10Aでは、二次元的に配列されるLD1の一方向(図3の左右方向)の間隔を広げることができるため、LD1の温度を効果的に下げることができ、LD1の長寿命化が可能となる。また、図1(b)において反射光Lrが導光装置9に対して、集光レンズ5の光軸Aより上半分の領域から偏って入射されることと比べて、図3では反射光Lrが導光装置9に対して均等に入射されるため、導光装置9の導光距離、長さを短くすることができ、光源装置10Aを含むプロジェクタ全体の小型化が可能となる。
As described above, in the
<変形例2>
図3では、複数の短冊状のダイクロイックミラー4が配置されているが、1枚のガラス基材上に縞模様状のダイクロイックコートを施したダイクロイックミラーを採用してもよい。この場合、隣り合うダイクロイックコートの間および裏面には、反射防止コートを施しておくことが望ましい。このようにすることで、光源装置を組み立てる際におけるダイクロイックミラーの取り扱いが容易になる。
<
In FIG. 3, a plurality of strip-shaped
<変形例3>
次に、図4(a),(b)を用いて、実施の形態1の変形例3に係る光源装置10Bについて説明する。図4(a),(b)は、実施の形態1の変形例3に係る光源装置10Bの概略構成図である。励起光Lxが蛍光ホイール6上の蛍光体層6pに照射される場合を図4(a)に示し、蛍光ホイール6が回転して蛍光体層6pが存在しない青色領域6bに励起光Lxが照射される場合を図4(b)に示す。
<
Next, a
光源装置10Bは、実施の形態1のダイクロイックミラー4を、ダイクロイックミラー4とは分光特性が異なるダイクロイックミラー14(第1ダイクロイックミラー)に置き換えて、反射ミラー15をさらに備えた装置である。LD1は、集光レンズ5の下側部分と対向する位置に配置されている。
The
ダイクロイックミラー14は、LD1から出射される青色の励起光Lxを透過し、かつ、蛍光体層6pから出射される緑色および赤色の蛍光光Lmを反射する分光特性を有する。ダイクロイックミラー14は、LD1から蛍光ホイール6へ入射される励起光Lxの経路にのみ配置されている。反射ミラー15は、青色の励起光Lx、緑色および赤色の蛍光光Lmを反射する光学特性を有し、蛍光ホイール6の反射面により反射される励起光Lxの反射光Lrの経路にのみ配置されている。
The
集光レンズ8および導光装置9は、ダイクロイックミラー14および反射ミラー15により反射された蛍光光Lmおよび反射光Lrが入射可能な位置(図4においてダイクロイックミラー14および反射ミラー15の下側)に配置されている。
The condensing
以上のように、実施の形態1の変形例3に係る光源装置10Bでは、反射ミラー15をさらに備え、ダイクロイックミラー14は、LD1から出射される励起光Lxを透過し、かつ、励起光Lxが蛍光ホイール6の蛍光体層6pに照射されることにより蛍光体層6pから出射される蛍光光Lmを反射する分光特性を有し、反射ミラー15は、蛍光ホイール6の反射面により反射される励起光Lxの反射光Lrの経路にのみ配置されている。
As described above, the
したがって、蛍光体層6pから出射される蛍光光Lmは、ダイクロイックミラー14および反射ミラー15により反射されて、集光レンズ8に到達する。そして、蛍光ホイール6の反射面により反射される励起光Lxの反射光Lrも、反射ミラー15により反射されて、集光レンズ8に到達する。これにより、光源装置10Bは、実施の形態1に係る光源装置10の場合と同じ機能を有していることが分かる。すなわち、複数色(赤色・緑色・青色の3色)の映像光を出射する光源装置10Bを実現できる。
Therefore, the fluorescent light Lm emitted from the
なお、励起光源としてLDを採用する場合、励起光Lxの反射光Lrが直接、映像光として使用されるため、レーザ光特有のスペックルが問題となる場合がある。導光装置9への入射効率は低下するが、蛍光ホイール6の青色領域6bの表面に凹凸を設けた反射面、シボを施した反射面にすれば、スペックルを緩和することができる。
Note that when an LD is employed as the excitation light source, the reflected light Lr of the excitation light Lx is directly used as image light, so speckle peculiar to laser light may be a problem. Although the efficiency of incidence on the
<実施の形態2>
次に、図5と図6を用いて、実施の形態2に係る光源装置10Cについて説明する。図5は、実施の形態2に係る光源装置10Cの概略構成図であり、図6は、実施の形態2に係る光源装置10Cの蛍光ホイール6Aの正面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同様構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<
Next, the light source device 10C according to
光源装置10Cは、実施の形態1に係る光源装置10に対して、蛍光ホイール6Aの赤色蛍光体が封止されている赤色領域6rと青色領域6bとを同じ反射面とし、さらに赤色半導体発光素子であるLD21と、ダイクロイックミラー16(第2ダイクロイックミラー)とを備えた装置である。赤色蛍光体は青色光からのストークスシフトが大きいため発光効率が低いが、発光効率の高い半導体発光素子に替えることで、より高輝度な光源装置10Cを実現できる。また、蛍光ホイール6Aの発熱が抑制されるため、蛍光ホイール6Aの長寿命化が可能となる。
The light source device 10C is the same as the
蛍光ホイール6Aは、円形基板6aの外周に沿って複数の領域に分割され、複数の領域は、青色領域6bと、赤色領域6rと、蛍光体層6pが存在する領域である緑色領域6gとで構成されている。青色領域6bと赤色領域6rは、蛍光体層6pを設けない反射面となっている。青色領域6bと赤色領域6rは同じ反射面なので、2つの領域間に境界は実際には存在しない。緑色蛍光体が封止された蛍光体層6pは、緑色領域6gのみに形成されている。
The
光源装置10Cは、蛍光体層6pに赤色蛍光体が封止された領域がない代わりに、赤色光Lbを出射する複数のLD21(第2の光源)を備えている。また、光源装置10Cは、実施の形態1の場合と同様に、励起光である青色光Laを出射する複数のLD1を備えている。LD21の正面には、複数のコリメータレンズ2が配置され、コリメータレンズ2の反対側には、LD1用のヒートシンク3とは別にヒートシンク3が配置されている。なお、光源として赤色のLDを採用する代わりに、LEDを採用してもよい。
The light source device 10C includes a plurality of LDs 21 (second light sources) that emit red light Lb, instead of the
図5は、青色光Laおよび赤色光Lbが蛍光ホイール6上の青色領域6bおよび赤色領域6rで反射される場合を表している。つまり、図5は、実施の形態1で示した図1(b)に、赤色のLD21とダイクロイックミラー16を加えた形態を表している。
FIG. 5 shows a case where the blue light La and the red light Lb are reflected by the
ダイクロイックミラー4は、青色光Laを反射し、かつ、緑色の蛍光光(以下、「緑色光」とも称す)と赤色光Lbを透過する分光特性を有しており、ダイクロイックミラー4は、青色光Laが蛍光ホイール6Aに入射される経路上に配置されている。
The
ダイクロイックミラー16は、赤色光Lbを反射し、かつ、緑色の蛍光光と青色光Laを透過する分光特性を有しており、ダイクロイックミラー16は、赤色光Lbが蛍光ホイール6Aに入射される経路上に配置されている。
The
LD1から出射された青色光Laは、ダイクロイックミラー4により反射されて、集光レンズ5を介して蛍光ホイール6Aに照射される。また、LD21から出射された赤色光Lbは、ダイクロイックミラー16により反射されて、集光レンズ5を介して蛍光ホイール6Aに照射される。青色光Laにおいて蛍光ホイール6Aからの反射光は、ダイクロイックミラー16を透過して集光レンズ8に到達し、赤色光Lbにおいて蛍光ホイール6Aからの反射光は、ダイクロイックミラー4を透過して集光レンズ8に到達する。このように、青色光Laと赤色光Lbのいずれにおいても、蛍光ホイール6Aへ入射される経路と、蛍光ホイール6Aにより反射される経路がそれぞれ異なる。
The blue light La emitted from the
緑色光を取り出す場合は、実施の形態1の場合と同様、青色光Laが励起光であり、ダイクロイックミラー4,16が共に緑色光を透過するため、蛍光体層6pから出射された蛍光光(緑色光)は集光レンズ8に到達する。
In the case of extracting the green light, the blue light La is the excitation light and the
以上のように、実施の形態2に係る光源装置10Cでは、LD1から出射される励起光(青色光La)とこの励起光(青色光La)が蛍光ホイール6Aの蛍光体層6pに照射されることにより蛍光体層6pから出射される蛍光光(緑色光)とを透過し、かつ、LD21から出射される赤色光Lbを反射する分光特性を有するダイクロイックミラー16をさらに備え、ダイクロイックミラー4は、LD1から出射される励起光(青色光La)を反射し、かつ、励起光(青色光La)が蛍光ホイール6Aの蛍光体層6pに照射されることにより蛍光体層6pから出射される蛍光光(緑色光)と、LD21から出射される赤色光Lbを透過する分光特性を有し、ダイクロイックミラー16は、LD21から蛍光ホイール6Aへ入射される赤色光Lbの経路にのみ配置されている。
As described above, in the light source device 10C according to the second embodiment, the excitation light (blue light La) emitted from the LD1 and the excitation light (blue light La) are applied to the
すなわち、蛍光ホイール6Aに入射される青色光Laと赤色光Lbのいずれにおいても、その反射光を異なる経路とし、青色光Laが蛍光ホイール6Aへ入射される経路上に、ダイクロイックミラー4が配置され、かつ、赤色光Lbが蛍光ホイール6Aへ入射される光路上に、ダイクロイックミラー16が配置されることにより、複数色(赤色・緑色・青色の3色)の映像光を出射する光源装置10Cを実現できる。
That is, for both the blue light La and the red light Lb incident on the
また、実施の形態2に係る光源装置10Cは、発光効率の低い赤色蛍光体を用いないので、より高輝度な光源装置10Cを実現できる。また、蛍光ホイール6Aの発熱が抑制されるため、蛍光ホイール6Aの長寿命化が可能となる。
In addition, since the light source device 10C according to
光源装置10Cは、LD1とLD21に対応するようにそれぞれ個別にヒートシンク3が設けられているため、LD1点灯時の熱がLD21に伝わりにくく、またLD21点灯時の熱もLD1に伝わりにくい。さらに、LD1とLD21の温度が独立に制御可能であるため、LD1とLD21の長寿命化が可能となる。
Since the light source device 10C is provided with the
<変形例1>
次に、図7を用いて、実施の形態2の変形例1に係る光源装置10Dについて説明する。図7は、実施の形態2の変形例1に係る光源装置10Dの概略構成図である。図7は、実施の形態1の変形例1で示した図3に、赤色光Lbを出射するLD21とダイクロイックミラー16を加えた形態を表している。
<
Next, a light source device 10D according to
複数のLD1は、集光レンズ5の光軸Aに対して、図7の上下方向において、蛍光ホイール6へ入射される励起光である青色光Laが非対称となる位置に配置されている。また、LD1は、図5の場合と比べて、図7において左右方向の間隔を広げて配置されている。複数のLD21は、LD1と隣接する位置にそれぞれ配置されている。
The plurality of
複数の短冊状のダイクロイックミラー4は、励起光である青色光Laの個々の経路に配置されている。また、複数の短冊状のダイクロイックミラー16は、赤色光Lbの個々の経路に配置されている。すなわち、複数のダイクロイックミラー4は、予め定められた間隔をあけて配置され、複数のダイクロイックミラー16は、ダイクロイックミラー4と隣接する位置にそれぞれ配置されている。
The plurality of strip-shaped
以上のように、実施の形態2の変形例1に係る光源装置10Dでは、図5において青色光Laが導光装置9に対して、集光レンズ5の光軸Aより上半分の領域から偏って入射され、また、赤色光Lbが導光装置9に対して、集光レンズ5の光軸Aより下半分の領域から偏って入射されることと比べて、青色光Laおよび赤色光Lbが導光装置9に対して、均等に入射されるため、導光装置9の導光距離、長さを短くすることができる。これにより、光源装置10Dを含むプロジェクタ全体を小型化できる。
As described above, in the light source device 10D according to the first modification of the second embodiment, the blue light La is biased from the upper half region from the optical axis A of the
なお、図5と図7では、ダイクロイックミラー4,16を直線状に並べて配置してもよいし、1枚のガラス基材上にダイクロイックミラー4,16に相当するダイクロイックコートを塗り分けた部材を採用してもよい。ダイクロイックミラーの裏面側は反射防止コートを施しておくことが望ましい。1枚のガラス基材上にダイクロイックミラー4,16を塗り分けた場合は、光源装置10C,10Dを組み立てる際におけるダイクロイックミラーの取り扱いが容易になる。
5 and 7, the
<変形例2>
次に、実施の形態2の変形例2に係る光源装置10Eについて説明する。図8は、実施の形態2の変形例2に係る光源装置10Eの概略構成図である。実施の形態2の変形例2に係る光源装置10Eは、図4(a),(b)に示した実施の形態1の変形例3の場合と同様に、LD1,21を集光レンズ5と対向する位置に配置した構成である。
<
Next, a
光源装置10Eは、青色光Laを透過し、緑色光と赤色光Lbを反射する分光特性を有するダイクロイックミラー14と、赤色光Lbを透過し、青色光Laと緑色光を反射する分光特性を有するダイクロイックミラー17(第2ダイクロイックミラー)とを備えている。ダイクロイックミラー14は、青色光Laが蛍光ホイール6へ入射される光路上に配置され、ダイクロイックミラー17は、赤色光Lbが蛍光ホイール6へ入射される光路上に配置されている。
The
集光レンズ8および導光装置9は、ダイクロイックミラー14,17により反射された青色光Laおよび赤色光Lbが入射可能な位置(図8においてダイクロイックミラー14,17の下側)に配置されている。
The condensing
LD1から出射された青色光Laは、ダイクロイックミラー14を透過し、蛍光ホイール6Aの青色領域6bとダイクロイックミラー17により反射されて集光レンズ8に到達する。LD21から出射された赤色光Lbは、ダイクロイックミラー17を透過し、蛍光ホイール6Aの赤色領域6rとダイクロイックミラー14により反射されて集光レンズ8に到達する。緑色光を取り出す場合は、上記と同様に、青色光Laが励起光であり、ダイクロイックミラー14,17が共に緑色光を反射するため、蛍光体層6pから出射された蛍光光(緑色光)は集光レンズ8に到達する。すなわち、複数(赤色・緑色・青色の3色)の映像光を出射する光源装置10Eを実現できる。
The blue light La emitted from the
以上のように、実施の形態2の変形例2に係る光源装置10Eでは、ダイクロイックミラー14は、LD1から出射される励起光(青色光La)を透過し、かつ、励起光(青色光La)が蛍光ホイール6Aの蛍光体層6pに照射されることにより蛍光体層6pから出射される蛍光光(緑色光)と、LD21から出射される赤色光Lbとを反射する分光特性を有し、ダイクロイックミラー17は、LD1から出射される励起光(青色光La)と、励起光(青色光La)が蛍光ホイール6Aの蛍光体層6pに照射されることにより蛍光体層6pから出射される蛍光光(緑色光)とを反射し、かつ、LD21から出射される赤色光Lbを透過する分光特性を有している。
As described above, in the
したがって、実施の形態2に係る光源装置10Cの場合と同様に、発光効率の低い赤色蛍光体を用いないので、より高輝度な光源装置10Eを実現できる。また、蛍光ホイール6Aの発熱が抑制されるため、蛍光ホイール6Aの長寿命化が可能となる。
Therefore, as in the case of the light source device 10C according to the second embodiment, a red phosphor with low light emission efficiency is not used, and thus a
実施の形態1の場合と同様、励起光源および赤色半導体発光素子としてLDを採用する場合、青色光Laと赤色光Lbの反射光が直接、映像光として使用されるため、レーザ光特有のスペックルが問題となる場合がある。導光装置9への入射効率は低下するが、蛍光ホイール6Aにおいて青色領域6bおよび赤色領域6rの表面に凹凸を設けた反射面、シボを施した反射面にすれば、スペックルを緩和することができる。
As in the case of the first embodiment, when the LD is employed as the excitation light source and the red semiconductor light emitting element, the reflected light of the blue light La and the red light Lb is directly used as the image light. May be a problem. Although the efficiency of incidence on the
また、図7に示した実施の形態2の変形例1の場合と同様に、複数のLD1を、図8の場合と比べて、左右方向の間隔を広げて配置するとともに、複数のLD21を、LD1と隣接する位置にそれぞれ配置し、さらに、複数のダイクロイックミラー14を、予め定められた間隔をあけて配置するとともに、複数のダイクロイックミラー17を、ダイクロイックミラー14と隣接する位置にそれぞれ配置してもよい。
Further, as in the case of the first modification of the second embodiment shown in FIG. 7, the plurality of
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 励起光源(LD)、4,14 第1ダイクロイックミラー、6,6A 蛍光ホイール、6p 蛍光体層、10,10A,10B,10C,10D,10E 光源装置、15 反射ミラー、16,17 第2ダイクロイックミラー、21 第2の光源(LD)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
外周に沿って複数の領域に分割され、かつ、前記複数の領域は、反射面が存在する領域と蛍光体層が存在する領域とで構成される蛍光ホイールと、
前記励起光源から出射される前記励起光を反射し、かつ、前記励起光が前記蛍光ホイールの前記蛍光体層に照射されることにより前記蛍光体層から出射される蛍光光を透過する分光特性を有する第1ダイクロイックミラーとを備え、
前記励起光源から前記蛍光ホイールへ入射される前記励起光の経路と、前記蛍光ホイールの前記反射面により反射される前記励起光の反射光の経路とが異なり、
前記第1ダイクロイックミラーは、前記励起光源から前記蛍光ホイールへ入射される前記励起光の経路にのみ配置されている、光源装置。 An excitation light source that emits excitation light;
A fluorescent wheel that is divided into a plurality of regions along an outer periphery, and the plurality of regions includes a region where a reflecting surface is present and a region where a phosphor layer is present;
Spectral characteristics of reflecting the excitation light emitted from the excitation light source and transmitting the fluorescence light emitted from the phosphor layer by irradiating the phosphor layer of the phosphor wheel with the excitation light. A first dichroic mirror having
The path of the excitation light incident on the fluorescent wheel from the excitation light source is different from the path of reflected light of the excitation light reflected by the reflection surface of the fluorescent wheel.
The first dichroic mirror is a light source device that is disposed only in a path of the excitation light that enters the fluorescent wheel from the excitation light source.
前記第1ダイクロイックミラーは、前記分光特性に代えて、前記励起光源から出射される前記励起光を透過し、かつ、前記励起光が前記蛍光ホイールの前記蛍光体層に照射されることにより前記蛍光体層から出射される蛍光光を反射する分光特性を有し、
前記反射ミラーは、前記蛍光ホイールの前記反射面により反射される前記励起光の前記反射光の経路にのみ配置されている、請求項1記載の光源装置。 A reflection mirror,
The first dichroic mirror transmits the excitation light emitted from the excitation light source instead of the spectral characteristics, and the excitation light is applied to the phosphor layer of the fluorescent wheel, thereby causing the fluorescence. It has spectral characteristics that reflect the fluorescent light emitted from the body layer,
The light source device according to claim 1, wherein the reflection mirror is disposed only in a path of the reflected light of the excitation light reflected by the reflection surface of the fluorescent wheel.
前記励起光源から出射される前記励起光と、前記励起光が前記蛍光ホイールの前記蛍光体層に照射されることにより前記蛍光体層から出射される蛍光光とを透過し、かつ、前記第2の光源から出射される光を反射する分光特性を有する第2ダイクロイックミラーとをさらに備え、
前記第1ダイクロイックミラーは、前記分光特性に加えて、前記第2の光源から出射される光を透過する分光特性を有し、
前記第2ダイクロイックミラーは、前記第2の光源から前記蛍光ホイールへ入射される前記第2の光源から出射された光の経路にのみ配置されている、請求項1記載の光源装置。 A second light source that emits light having a wavelength different from that of the excitation light source;
The excitation light emitted from the excitation light source transmits the fluorescence light emitted from the phosphor layer by irradiating the phosphor layer of the phosphor wheel with the excitation light, and the second A second dichroic mirror having a spectral characteristic that reflects light emitted from the light source;
The first dichroic mirror has spectral characteristics that transmit light emitted from the second light source in addition to the spectral characteristics,
2. The light source device according to claim 1, wherein the second dichroic mirror is arranged only in a path of light emitted from the second light source that is incident on the fluorescent wheel from the second light source.
前記第2ダイクロイックミラーは、前記分光特性に代えて、前記励起光源から出射される前記励起光と、前記励起光が前記蛍光ホイールの前記蛍光体層に照射されることにより前記蛍光体層から出射される蛍光光とを反射し、かつ、前記第2の光源から出射される光を透過する分光特性を有している、請求項3記載の光源装置。 The first dichroic mirror transmits the excitation light emitted from the excitation light source instead of the spectral characteristics, and the excitation light is applied to the phosphor layer of the fluorescent wheel, thereby causing the fluorescence. Having a spectral characteristic of reflecting the fluorescent light emitted from the body layer and the light emitted from the second light source;
The second dichroic mirror emits from the phosphor layer by irradiating the phosphor layer of the phosphor wheel with the excitation light emitted from the excitation light source, instead of the spectral characteristics. The light source device according to claim 3, wherein the light source device has a spectral characteristic of reflecting the fluorescent light to be transmitted and transmitting the light emitted from the second light source.
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