JP2022138778A - Light source device and image projection device - Google Patents

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啓 寺西
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Abstract

To effectively prevent an increase in temperature of a wavelength conversion element in a small-sized light source device.SOLUTION: A light source device has: a light source 21; a wavelength conversion element 2510 that converts the wavelength of excitation light emitted from the light source; and a heat radiation member 2530 that is arranged on the opposite side of an excitation light irradiation side of the wavelength conversion element. A plurality of parts to be irradiated 2512 separated from each other in the wavelength conversion element are irradiated with the excitation light. The wavelength conversion element has a first opening 2511 between the plurality of parts to be irradiated, and the heat radiation member has a second opening 2531 connected to the first opening.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、画像投射装置(プロジェクタ)に好適な光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device suitable for an image projection device (projector).

プロジェクタに用いられる光源装置には、レーザ光源から発せられた青色光等の励起光を蛍光体等の波長変換素子に照射し、黄色光等に波長変換された光を用いて白色の照明光を生成するものがある。波長変換素子は励起光を波長変換する際に励起光の一部を吸収して発熱するが、波長変換素子の温度が上昇することで波長変換効率が低下する。このため、波長変換素子を冷却する必要がある。 In a light source device used in a projector, excitation light such as blue light emitted from a laser light source is irradiated to a wavelength conversion element such as a phosphor, and the wavelength-converted light such as yellow light is used to generate white illumination light. There is something to generate When the wavelength conversion element converts the wavelength of the excitation light, it absorbs part of the excitation light and generates heat. However, the wavelength conversion efficiency decreases due to the temperature rise of the wavelength conversion element. Therefore, it is necessary to cool the wavelength conversion element.

波長変換素子の冷却方法には、波長変換素子にヒートシンク等の放熱部材を取り付ける方法がある。特許文献1には、波長変換素子を放熱性を有する基材上に設け、さらに励起光を波長変換素子の複数個所に照射して発熱部を分散させることで波長変換素子の温度上昇を抑えるようにした光源装置が開示されている。 As a method of cooling the wavelength conversion element, there is a method of attaching a heat radiation member such as a heat sink to the wavelength conversion element. In Patent Document 1, a wavelength conversion element is provided on a heat-dissipating base material, and excitation light is applied to a plurality of locations of the wavelength conversion element to disperse the heat-generating portions, thereby suppressing the temperature rise of the wavelength conversion element. is disclosed.

特開2019-28120号公報JP 2019-28120 A

しかしながら、特許文献1の光源装置において、励起光の複数の照射箇所(発熱部)の間隔を十分に確保しないと、発熱部間での熱干渉が生じて温度上昇の抑制効果が小さくなる。一方、照射箇所の間隔を広げると、光源装置が大型化する。 However, in the light source device of Patent Literature 1, if sufficient intervals are not secured between a plurality of irradiation points (heat generating portions) of excitation light, heat interference occurs between the heat generating portions and the effect of suppressing temperature rise is reduced. On the other hand, if the distance between the irradiation points is widened, the size of the light source device increases.

本発明は、小型化でありながらも波長変換素子の温度上昇を効果的に抑制することができるようにした光源装置およびこれを備えた画像投射装置を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a light source device capable of effectively suppressing a temperature rise of a wavelength conversion element while being miniaturized, and an image projection device having the same.

本発明の一側面としての光源装置は、光源と、該光源から発せられた励起光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子に対して励起光の照射側とは反対側に配置された放熱部材とを有する。励起光は、波長変換素子における互いに離間した複数の被照射部に照射される。波長変換素子は複数の被照射部の間に第1の開口を有し、放熱部材は第1の開口に繋がる第2の開口を有することを特徴とする。なお、上記光源装置を備えた画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。 A light source device as one aspect of the present invention includes a light source, a wavelength conversion element that converts the wavelength of excitation light emitted from the light source, and a wavelength conversion element arranged on the opposite side of the wavelength conversion element from the irradiation side of the excitation light. and a heat dissipating member. The excitation light is applied to a plurality of irradiated portions of the wavelength conversion element that are spaced apart from each other. The wavelength conversion element has a first opening between the plurality of irradiated portions, and the heat dissipation member has a second opening connected to the first opening. An image projection device including the light source device also constitutes another aspect of the present invention.

本発明によれば、光源装置を小型化しつつ波長変換素子の温度上昇を効果的に抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to effectively suppress the temperature rise of the wavelength conversion element while downsizing the light source device.

実施例1のプロジェクタの光学構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the optical configuration of the projector according to the first embodiment; FIG. 実施例1のプロジェクタにおける色分離合成光学系の光学構成を示す図。4 is a diagram showing an optical configuration of a color separation/synthesis optical system in the projector according to the first embodiment; FIG. 実施例1のプロジェクタにおける蛍光体ユニットの分解斜視図。3 is an exploded perspective view of a phosphor unit in the projector of Example 1. FIG. 実施例1における蛍光体ユニットを光入射方向から見た図。FIG. 3 is a view of the phosphor unit in Example 1 as seen from the direction of light incidence. 実施例1における蛍光体ユニット内の冷却空気の流れを示す図。4 is a diagram showing the flow of cooling air within the phosphor unit in Example 1. FIG. (a)従来の蛍光体ユニットにおいてヒートシンクに開口を設けない場合と(b)実施例1においてに開口を設けた場合の蛍光体内の熱の広がりを示す図、および(c)蛍光体の温度分布を示す図。(a) A diagram showing the spread of heat in the phosphor when no opening is provided in the heat sink in the conventional phosphor unit and (b) when the opening is provided in Example 1, and (c) the temperature distribution of the phosphor. illustration. 実施例1における蛍光体ユニット内の冷却風の流れを示す図。FIG. 4 is a diagram showing the flow of cooling air in the phosphor unit according to the first embodiment; 実施例2における蛍光体ユニット内の冷却風の流れを示す図。FIG. 10 is a diagram showing the flow of cooling air in the phosphor unit according to the second embodiment;

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1である画像投射装置としてのプロジェクタ10の光学構成を示している。プロジェクタ10は、第1の光源光学系20、第2の光源光学系30、照明光学系40、色分離合成光学系50および投射レンズ(投射光学系)60を有する。第1および第2の光源光学系20、30により光源装置が構成される。 Embodiment 1 FIG. 1 shows the optical configuration of a projector 10 as an image projection apparatus that is Embodiment 1 of the present invention. The projector 10 has a first light source optical system 20 , a second light source optical system 30 , an illumination optical system 40 , a color separation/synthesis optical system 50 and a projection lens (projection optical system) 60 . A light source device is configured by the first and second light source optical systems 20 and 30 .

第1の光源光学系20は、光源としての第1のレーザダイオード(LD)21、第1のコリメータ光学系22、ダイクロイックミラー23、コンデンサレンズアレイ24、蛍光体ユニット25およびアフォーカルレンズ26を有する。 The first light source optical system 20 has a first laser diode (LD) 21 as a light source, a first collimator optical system 22, a dichroic mirror 23, a condenser lens array 24, a phosphor unit 25 and an afocal lens 26. .

第1のLD21は、青色帯域の波長のレーザ光(以下、青光という)を発する。第1のLD21から発散光として発せられた青光は、第1のコリメータ光学系22を構成するコリメータレンズ22a、22bに入射して平行光化されてダイクロイックミラー23に入射する。ダイクロイックミラー23は、青色帯域の光を反射してそれ以外の帯域の光を透過する特性を有し、第1のコリメータ光学系22からの青光を反射する。反射された青光は、コンデンサレンズアレイ24に入射する。コンデンサレンズアレイ24は、格子状に配列された複数のレンズを有し、入射した青光を複数の光路を進む複数の光に分割する。複数の光路を進む青光は、励起光として蛍光体ユニット25に照射される。 1st LD21 emits the laser beam (henceforth blue light) of the wavelength of a blue band. The blue light emitted from the first LD 21 as divergent light enters collimator lenses 22 a and 22 b constituting the first collimator optical system 22 , is collimated, and enters the dichroic mirror 23 . The dichroic mirror 23 has a property of reflecting light in the blue band and transmitting light in other bands, and reflects the blue light from the first collimator optical system 22 . The reflected blue light enters condenser lens array 24 . The condenser lens array 24 has a plurality of lenses arranged in a grid pattern, and splits the incident blue light into a plurality of lights traveling along a plurality of optical paths. The blue light traveling through multiple optical paths is applied to the phosphor unit 25 as excitation light.

図3は、蛍光体ユニット25の構成を示している。蛍光体ユニット25は、波長変換素子としての蛍光体2510を有する。蛍光体2510は、青色帯域の励起光を黄色帯域の蛍光光(波長変換光)に波長変換する蛍光材料と、励起光を拡散反射させるための拡散材とをバインダを用いて混合した材料により形成されている。蛍光体2510による励起光からの波長変換により発生した蛍光光は、蛍光体2510を保持する基板2520に設けられた反射層2522で反射されて蛍光体ユニット25から放出される。本実施例では、前述したように励起光が複数の光路を介して蛍光体ユニット25に入射することで、蛍光体ユニット25からも蛍光光が複数の光路を進むように放出される。蛍光体ユニット25の詳細な構成については後述する。また、本実施例では、反射型の蛍光体ユニットを用いるが、透過型の蛍光体ユニットを用いてもよい。 FIG. 3 shows the configuration of the phosphor unit 25. As shown in FIG. Phosphor unit 25 has phosphor 2510 as a wavelength conversion element. The phosphor 2510 is formed of a material obtained by mixing a fluorescent material for wavelength-converting blue band excitation light into yellow band fluorescent light (wavelength conversion light) and a diffusion material for diffusely reflecting the excitation light using a binder. It is Fluorescent light generated by wavelength conversion from excitation light by phosphor 2510 is reflected by reflective layer 2522 provided on substrate 2520 holding phosphor 2510 and emitted from phosphor unit 25 . In this embodiment, as described above, the excitation light is incident on the phosphor unit 25 through a plurality of optical paths, so that fluorescent light is emitted from the phosphor unit 25 as well along a plurality of optical paths. A detailed configuration of the phosphor unit 25 will be described later. In addition, although a reflective phosphor unit is used in this embodiment, a transmissive phosphor unit may be used.

図1において、蛍光体ユニット25から複数の光路を進むように拡散放出された蛍光光は、コンデンサレンズアレイ24を透過して再び1つの光路を進むように合成される。コンデンサレンズアレイ24から出射した蛍光光は、ダイクロイックミラー23を透過してアフォーカルレンズ26に入射する。 In FIG. 1, the fluorescent light diffusely emitted from the phosphor unit 25 so as to travel along a plurality of optical paths is transmitted through the condenser lens array 24 and combined to travel along one optical path again. Fluorescent light emitted from the condenser lens array 24 passes through the dichroic mirror 23 and enters the afocal lens 26 .

一方、第2の光源光学系30は、レーザ光としての青光を発する第2のLD31、コンデンサレンズ32a、32b、拡散板33および第2のコリメータ光学系34を有する。 On the other hand, the second light source optical system 30 has a second LD 31 that emits blue light as laser light, condenser lenses 32 a and 32 b, a diffusion plate 33 and a second collimator optical system 34 .

第2のLD31から放射状に発せられた青光は、コンデンサレンズ32a、32bにより集光されて拡散板33に入射する。青光は、拡散板33により拡散されつつこれを透過して、第2のコリメータ光学系34を構成するコリメータレンズ34a、34bにより平行光化されて第2の光源光学系30から出射する。第2の光源光学系30から出射した青光は、ダイクロイックミラー23で反射されてアフォーカルレンズ26に入射し、アフォーカルレンズ26に第1の光源光学系20から入射した蛍光光と合成される。これにより、白色の照明光が生成される。 The blue light emitted radially from the second LD 31 is condensed by the condenser lenses 32 a and 32 b and enters the diffusion plate 33 . The blue light is diffused and transmitted by the diffuser plate 33 , collimated by collimator lenses 34 a and 34 b constituting the second collimator optical system 34 , and emitted from the second light source optical system 30 . The blue light emitted from the second light source optical system 30 is reflected by the dichroic mirror 23 and enters the afocal lens 26, where it is combined with the fluorescent light that has entered the afocal lens 26 from the first light source optical system 20. . This produces white illumination light.

アフォーカルレンズ26は、平行光束が入射すると、平行光束のままその光束径を拡大または圧縮する。照明光は、アフォーカルレンズ26を透過して、後段の照明光学系40に適切な光束径を有する光束となって照明光学系40に入射する。 The afocal lens 26 expands or compresses the beam diameter of the collimated beam when the collimated beam is incident. The illumination light passes through the afocal lens 26 and enters the illumination optical system 40 as a luminous flux having an appropriate luminous flux diameter to the subsequent illumination optical system 40 .

照明光学系40は、フライアイレンズ41、42、偏光変換素子43およびコンデンサレンズ44、45、46を有する。アフォーカルレンズ26から出射した照明光は、フライアイレンズ41、42により複数の光束に分割されて偏光変換素子43に入射する。偏光変換素子43は、入射した無偏光光を所定の偏光方向を有する直線偏光に変換する。偏光変換素子43により直線偏光に変換された複数の光束としての照明光は、コンデンサレンズ44、45、46により集光されて色分離合成光学系50へと向かう。なお、コンデンサレンズ44、45、46は、複数の光束としての照明光を後述する液晶パネル上にて重ね合わせるように集光する。これにより、液晶パネルを均一に照明することが可能となる。 The illumination optical system 40 has fly-eye lenses 41 and 42 , a polarization conversion element 43 and condenser lenses 44 , 45 and 46 . The illumination light emitted from the afocal lens 26 is split into a plurality of light beams by the fly-eye lenses 41 and 42 and enters the polarization conversion element 43 . The polarization conversion element 43 converts incident unpolarized light into linearly polarized light having a predetermined polarization direction. The illumination light as a plurality of light beams converted into linearly polarized light by the polarization conversion element 43 is condensed by the condenser lenses 44 , 45 and 46 and directed to the color separation/synthesis optical system 50 . Note that the condenser lenses 44, 45, and 46 converge the illumination light as a plurality of light beams so as to be superimposed on a liquid crystal panel, which will be described later. This makes it possible to uniformly illuminate the liquid crystal panel.

図2は、色分解合成光学系50の光学構成を示している。色分解合成光学系50は、クロスダイクロイックミラー51、2つの反射ミラー52、ダイクロイックミラー53、コンンデンサレンズ54R、54G、54B、λ/2板55R、55G、55Bおよび反射型偏光板56R、56G、56Bを有する。また、色分解合成光学系50は、ワイヤーグリッド(WG)偏光子57R、57G、57B、位相差補償板58R、58G、58B、光変調素子としての反射型液晶パネル59R、59G、59Bおよび色合成プリズムCPを有する。 FIG. 2 shows the optical configuration of the color separation/synthesis optical system 50. As shown in FIG. The color separation/synthesis optical system 50 includes a cross dichroic mirror 51, two reflecting mirrors 52, a dichroic mirror 53, condenser lenses 54R, 54G and 54B, λ/2 plates 55R, 55G and 55B, and reflective polarizing plates 56R and 56G. 56B. The color separation/combination optical system 50 includes wire grid (WG) polarizers 57R, 57G, and 57B, retardation compensation plates 58R, 58G, and 58B, reflective liquid crystal panels 59R, 59G, and 59B as light modulation elements, and color combination optical system 50. It has a prism CP.

クロスダイクロイックミラー51は、白色の照明光を赤(R)光、緑(G)光および青(B)光に分離する。クロスダイクロイックミラー51からのR光は、一方の反射ミラー52で反射されてコンンデンサレンズ54R、λ/2板55R、反射型偏光板56R、WG偏光子57Rおよび位相差補償板58Rを透過して反射型液晶パネル59Rに入射する。 The cross dichroic mirror 51 splits the white illumination light into red (R) light, green (G) light and blue (B) light. The R light from the cross dichroic mirror 51 is reflected by one of the reflecting mirrors 52 and passes through the condenser lens 54R, the λ/2 plate 55R, the reflective polarizing plate 56R, the WG polarizer 57R and the phase difference compensating plate 58R. It is incident on the reflective liquid crystal panel 59R.

また、クロスダイクロイックミラー51からのBG光は、他方の反射ミラー52で反射されてダイクロイックミラー53に入射する。ダイクロイックミラー53は、B光を透過してG光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー53で反射されたG光は、コンンデンサレンズ54G、λ/2板55G、反射型偏光板56G、WG偏光子57Gおよび位相差補償板58Gを透過して反射型液晶パネル59Gに入射する。ダイクロイックミラー53を透過したB光は、コンンデンサレンズ54B、λ/2板55B、反射型偏光板56B、WG偏光子57Bおよび位相差補償板58Bを透過して反射型液晶パネル59Bに入射する。 Also, the BG light from the cross dichroic mirror 51 is reflected by the other reflecting mirror 52 and enters the dichroic mirror 53 . The dichroic mirror 53 has a characteristic of transmitting B light and reflecting G light. The G light reflected by the dichroic mirror 53 is transmitted through the condenser lens 54G, the λ/2 plate 55G, the reflective polarizing plate 56G, the WG polarizer 57G and the retardation compensating plate 58G, and enters the reflective liquid crystal panel 59G. . The B light that has passed through the dichroic mirror 53 passes through the condenser lens 54B, the λ/2 plate 55B, the reflective polarizing plate 56B, the WG polarizer 57B and the retardation compensating plate 58B, and enters the reflective liquid crystal panel 59B.

各反射型液晶パネルは、入射した光をプロジェクタに入力された映像信号に応じて変調するとともに反射する機能を有する。反射型液晶パネル59R、59G、59Bで変調および反射されたR光、G光およびB光はそれぞれ、WG偏光子57R、57G、57Bで反射されて色合成プリズムCPに導かれ、色合成プリズムCPで合成されて投射光として投射レンズ60に入射する。 Each reflective liquid crystal panel has a function of modulating and reflecting incident light according to a video signal input to the projector. The R light, G light and B light modulated and reflected by the reflective liquid crystal panels 59R, 59G and 59B are respectively reflected by the WG polarizers 57R, 57G and 57B and guided to the color synthesizing prism CP. and enter the projection lens 60 as projection light.

投射光は、投射レンズ60によって不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。これにより、投射画像としてのカラー画像が被投射面上に表示される。なお、本実施例では、光変調素子として反射型液晶パネルを用いるが、透過型液晶パネルを用いてもよいし、デジタルマイクロミラーデバイスを用いてもよい。 Projection light is projected onto a projection surface such as a screen (not shown) by a projection lens 60 . Thereby, a color image as a projection image is displayed on the projection surface. In this embodiment, a reflective liquid crystal panel is used as the light modulating element, but a transmissive liquid crystal panel may be used, or a digital micromirror device may be used.

次に、図3および図4を用いて、蛍光体ユニット25の詳細な構成について説明する。図3は蛍光体ユニット25を分解して示し、図4は励起光および蛍光光が入出射する方向(光照射方向:以下、光入出射方向という)から見た蛍光体ユニット25を示している。 Next, a detailed configuration of the phosphor unit 25 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 shows the phosphor unit 25 exploded, and FIG. 4 shows the phosphor unit 25 viewed from the direction in which excitation light and fluorescence light enter and exit (light irradiation direction: hereinafter referred to as light incidence and emission direction). .

蛍光体ユニット25は、前述した蛍光体2510および蛍光体2510が塗布される基板2520と、基板2520に取り付けられる放熱部材としての放熱器(ヒートシンク)2530とを有する。放熱器2530は、蛍光体2510に対して励起光の照射側とは反対側に配置されており、基板2520を介して蛍光体2510と熱的に接続されている。 The phosphor unit 25 has the phosphor 2510 described above, a substrate 2520 to which the phosphor 2510 is applied, and a radiator (heat sink) 2530 as a heat dissipation member attached to the substrate 2520 . The heat sink 2530 is arranged on the side opposite to the irradiation side of the excitation light with respect to the phosphor 2510 and is thermally connected to the phosphor 2510 via the substrate 2520 .

放熱器2530は、基板2520に取り付けられる基盤部2530aと、基盤部2530aから延びる複数の板状のフィン部2530bとを有し、後述する冷却ファンからの冷却空気によって冷却される。蛍光体ユニット25には黒矢印で示す方向から複数の光路を進んできた青光としての励起光BLが入射し、蛍光体ユニット25からは白抜き矢印で示す方向に蛍光光YLが出射する。本実施例において、基板2520の材料には、透光性を有して熱伝導性に優れたサファイア材が用いられている。また、放熱器2530の材料には、アルミや銅等の熱伝導性に優れた材料が用いられている。 The radiator 2530 has a base portion 2530a attached to the substrate 2520 and a plurality of plate-like fin portions 2530b extending from the base portion 2530a, and is cooled by cooling air from a cooling fan which will be described later. Excitation light BL as blue light that has traveled through a plurality of optical paths enters the phosphor unit 25 in the direction indicated by the black arrows, and fluorescence light YL is emitted from the phosphor unit 25 in the direction indicated by the white arrows. In this embodiment, the material of the substrate 2520 is a sapphire material having translucency and excellent thermal conductivity. As the material of the radiator 2530, a material having excellent thermal conductivity such as aluminum or copper is used.

蛍光体2510は、励起光が照射される複数(本実施例では2×2の4つ)の被照射部としてのスポット部2512を有する。また、蛍光体2510、基板2520および放熱器2530はそれぞれ、光入出射方向から見て十字溝形状を有し、同方向に貫通する蛍光体開口(第1の開口)2511、基板開口(第3の開口)2521および放熱器開口(第2の開口)2531を有する。蛍光体開口2511、基板開口2521および放熱器開口2531は厚み方向において互いに繋がって(連通して)いる。以下の説明では、蛍光体開口2511、基板開口2521および放熱器開口2531をまとめて開口2550という。 The phosphor 2510 has a plurality of (2×2=four in this embodiment) spot portions 2512 as irradiated portions to which the excitation light is irradiated. Phosphor 2510, substrate 2520, and radiator 2530 each have a cross-shaped groove when viewed from the direction of light incidence and emission. opening) 2521 and a radiator opening (second opening) 2531 . The phosphor opening 2511, the substrate opening 2521, and the radiator opening 2531 are connected (communicated) with each other in the thickness direction. In the following description, phosphor aperture 2511 , substrate aperture 2521 and radiator aperture 2531 are collectively referred to as aperture 2550 .

本実施例では、図4に示すように、4つのスポット部2512において互いに隣り合うスポット部2512間に開口2550が形成されている。図4中のLは、互いに隣り合うスポット部2512同士を結ぶ直線を表しており、開口2550は直線Lに交差する線状に延びる形状に形成されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, openings 2550 are formed between adjacent spot portions 2512 in four spot portions 2512 . L in FIG. 4 represents a straight line connecting the adjacent spot portions 2512, and the opening 2550 is formed in a linear shape that intersects the straight line L. As shown in FIG.

なお、本実施例では、単一の蛍光体ユニット25上に4つのスポット部2512を設け、互いに隣り合うスポット部2512間に開口2550を設けている。これは、それぞれ別体の4つの蛍光体ユニットを開口2550に相当する隙間を設けて配置すると、各蛍光体ユニットの光入出射方向での位置精度を管理する必要が生じて製造が複雑化するため、これを回避することが可能になるからである。 In this embodiment, four spot portions 2512 are provided on a single phosphor unit 25, and openings 2550 are provided between the spot portions 2512 adjacent to each other. This is because if four separate phosphor units are arranged with a gap corresponding to the opening 2550, it becomes necessary to control the positional accuracy of each phosphor unit in the direction of light incidence and emission, which complicates manufacturing. Therefore, it is possible to avoid this.

ただし、単一の基板2520上にそれぞれスポット部を有する複数の蛍光体を互いに離間させて配置してもよい。この場合は、各蛍光体の光入出射方向での位置精度を管理は不要だからである。そして、複数の蛍光体を互いに離間させることで生じる蛍光体(スポット部)間の隙間が蛍光体開口となる。すなわち、蛍光体開口は、図3および図4に示すように単一の蛍光体の一部に形成されたものでもよいし、互いに離間した複数の蛍光体の間に隙間として形成されたものでもよい。 However, a plurality of phosphors each having a spot portion may be spaced apart from each other on a single substrate 2520 . This is because, in this case, it is unnecessary to manage the positional accuracy of each phosphor in the direction of light incidence and emission. A gap between the phosphors (spot portions) generated by separating the plurality of phosphors from each other becomes the phosphor aperture. That is, the phosphor aperture may be formed in a part of a single phosphor as shown in FIGS. 3 and 4, or may be formed as a gap between a plurality of phosphors separated from each other. good.

次に、図5を用いて、本実施例における蛍光体ユニット25の冷却のための構成について説明する。図5は、蛍光体ユニット25を図4に示したA-A′線で切断したときの断面(A-A’断面)を示しており、矢印は蛍光体ユニット25内の冷却空気の流れを示している。 Next, a configuration for cooling the phosphor unit 25 in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a cross section (AA' cross section) when the phosphor unit 25 is cut along line AA' shown in FIG. showing.

蛍光体2510は、第1のLD21から発せられた青光としての励起光がスポット部2512に照射される際に、励起光の一部を吸収することでスポット部2512から熱を発生する。スポット部2512から発生した熱は、基板2520を介して放熱器2530の基盤部2530aに伝わる。放熱器2530は、基盤部2530aに伝わった熱を表面積が大きいフィン部2530bで拡散させる。フィン部2530bに対して冷媒流発生手段としての冷却ファン2540からの冷却空気を吹き付ける。冷却ファン2540は、シロッコファンや軸流ファン等を使用することができる。 When the spot portion 2512 is irradiated with blue excitation light emitted from the first LD 21 , the phosphor 2510 absorbs part of the excitation light to generate heat from the spot portion 2512 . The heat generated from the spot portion 2512 is transferred to the base portion 2530a of the radiator 2530 through the substrate 2520. FIG. The radiator 2530 diffuses the heat transmitted to the base portion 2530a by the fin portion 2530b having a large surface area. Cooling air from a cooling fan 2540 as a coolant flow generating means is blown against the fin portion 2530b. A sirocco fan, an axial fan, or the like can be used as the cooling fan 2540 .

基盤部2530aに沿った方向おいてフィン部2530bに流入した冷却空気は、フィン部2530bの反対側から流出する第1の冷却空気と、開口2550を通過して蛍光体2510の表面側に流れる第2の冷却空気に分かれる。第1の冷却空気は、フィン部2530bの熱を蛍光体ユニット25の外部に放出させる。一方、第2の冷却空気は、後述するように蛍光体2510の表面(スポット部2512)を冷却するために用いられる。 The cooling air flowing into the fin portion 2530b in the direction along the base portion 2530a is composed of the first cooling air flowing out from the opposite side of the fin portion 2530b and the first cooling air flowing to the surface side of the phosphor 2510 through the openings 2550. It divides into 2 cooling air. The first cooling air releases the heat of the fin portion 2530 b to the outside of the phosphor unit 25 . On the other hand, the second cooling air is used to cool the surface of phosphor 2510 (spot portion 2512) as described later.

ここで、図6(a)は蛍光体ユニット25に開口2550を設けない場合の熱の拡がりを示し、図6(b)は蛍光体ユニット25に開口2550を設けた場合の熱の拡がりを模式的に示している。図6(a)では、隣り合うスポット部2512間が全く断熱されていないため、それらのスポット部2512間で熱干渉が発生する。これに対して、図6(b)では、隣り合うスポット部2512の間に設けられた開口2550がそれらスポット部2512間を断熱する効果を有し、これにより熱干渉を低減することができる。 Here, FIG. 6A shows the spread of heat when the phosphor unit 25 is not provided with the opening 2550, and FIG. 6B schematically shows the spread of heat when the phosphor unit 25 is provided with the aperture 2550. clearly shown. In FIG. 6A, since the adjacent spot portions 2512 are not insulated at all, thermal interference occurs between the spot portions 2512 . In contrast, in FIG. 6B, openings 2550 provided between adjacent spot portions 2512 have the effect of insulating the spot portions 2512, thereby reducing thermal interference.

このことを示すのが図6(c)である。図6(c)は、上記2つの場合におけるスポット部2512を通る上記A-A′断面での蛍光体2510の温度分布を示している。縦軸は温度を、横軸は蛍光体2510上での位置を示している。実線は図6(b)に示した開口2550が設けられている場合の温度分布を、点線は図6(a)に示した開口2550が設けられていない場合の温度分布をそれぞれ示している。 FIG. 6(c) shows this. FIG. 6(c) shows the temperature distribution of the phosphor 2510 on the AA' cross section passing through the spot portion 2512 in the above two cases. The vertical axis indicates the temperature, and the horizontal axis indicates the position on the phosphor 2510 . A solid line indicates the temperature distribution when the opening 2550 shown in FIG. 6B is provided, and a dotted line indicates the temperature distribution when the opening 2550 shown in FIG. 6A is not provided.

図6(c)から分かるように、開口2550を設けた場合は、開口2550を設けない場合と異なり、隣り合うスポット部2512の間に低温の断熱領域(温度分布の谷の部分)が形成される。この結果、開口2550を設けた場合は、開口2550を設けない場合に比べて、最も高いスポット部2512(温度分布の山の部分)の温度を低下させるとともに、蛍光体2510全体の温度を低下させることができる。 As can be seen from FIG. 6(c), when the opening 2550 is provided, unlike the case where the opening 2550 is not provided, a low-temperature adiabatic region (valley portion of the temperature distribution) is formed between the adjacent spot portions 2512. be. As a result, when the opening 2550 is provided, the temperature of the highest spot portion 2512 (mountain portion of the temperature distribution) is lowered and the temperature of the phosphor 2510 as a whole is lowered as compared to when the opening 2550 is not provided. be able to.

また、上述したように開口2550を通過して蛍光体2510の表面側(励起光の照射側)に流れた第2の冷却空気は、図7に示すように蛍光体2510に対向して配置されたコンデンサレンズアレイ(光学素子)24に当たって蛍光体2510の表面に沿って流れる。これにより、スポット部2512を含む蛍光体2510の表面の熱を蛍光体ユニット25の外部に効率良く放出させることができる。 In addition, the second cooling air that has passed through the opening 2550 and flowed to the surface side (excitation light irradiation side) of the phosphor 2510 as described above is arranged to face the phosphor 2510 as shown in FIG. It hits the condenser lens array (optical element) 24 and flows along the surface of the phosphor 2510 . Thereby, the heat of the surface of the phosphor 2510 including the spot portion 2512 can be efficiently released to the outside of the phosphor unit 25 .

このように本実施例では、蛍光体ユニット25に開口2550を設けることで、隣り合うスポット部2512間を断熱する効果と、冷却ファン2540から放熱器2530に流入した冷却空気の一部を蛍光体2510の表面に導く効果とを得ることができる。このため、蛍光体2510を放熱器2530に取り付けられた基板2520に接する裏面側とスポット部2512が設けられた表面側の双方から効率良く冷却することができる。 Thus, in this embodiment, by providing the opening 2550 in the phosphor unit 25, the effect of heat insulation between the adjacent spot portions 2512 and part of the cooling air flowing into the radiator 2530 from the cooling fan 2540 is 2510 surface leading effect can be obtained. Therefore, phosphor 2510 can be efficiently cooled from both the back surface side in contact with substrate 2520 attached to radiator 2530 and the front surface side where spot portion 2512 is provided.

図8は、本発明の実施例2である蛍光体ユニット25の冷却のための構成について説明する。図8は、本実施例の蛍光体ユニット25における図5に対応する断面を示している。 FIG. 8 illustrates a configuration for cooling the phosphor unit 25 that is Embodiment 2 of the present invention. FIG. 8 shows a cross section corresponding to FIG. 5 in the phosphor unit 25 of this embodiment.

実施例1では、冷却ファン2540からの冷却空気(冷媒)を、放熱器2530に対してその基盤部2530aに沿う方向、つまりは開口2550の貫通方向に対して直交する方向から流入させる場合について説明した。これに対して、本実施例では、冷却ファン2540からの冷却空気を、放熱器2530に対して基盤部2530aに対向する方向(基盤部2530aからフィン部2530bが延びる方向)から、つまりは開口2550の貫通方向から流入させる。 In the first embodiment, the cooling air (refrigerant) from the cooling fan 2540 is introduced into the radiator 2530 in the direction along the base portion 2530a, that is, in the direction perpendicular to the penetrating direction of the opening 2550. did. In contrast, in this embodiment, the cooling air from the cooling fan 2540 is directed toward the radiator 2530 from the direction facing the base portion 2530a (the direction in which the fin portion 2530b extends from the base portion 2530a), that is, from the opening 2550. flow from the penetration direction.

これにより、本実施例では、実施例1に比べて、冷却ファン2540からの冷却空気のうち多くの部分を開口2550を通過させて蛍光体2510の表面側に導くことができ、蛍光体2510の表面側に流れる冷却空気の速度と量を増加させることができる。この結果、開口2550による隣り合うスポット部2512間の断熱効果は実施例1と同等であるが、冷却空気による蛍光体2510の冷却効果は実施例1よりも大きくなり、蛍光体2510を実施例1よりも効率良く冷却することができる。蛍光体ユニット25およびプロジェクタの他の構成は、実施例1と同じである。 As a result, in this embodiment, more of the cooling air from the cooling fan 2540 can pass through the opening 2550 and be led to the surface side of the phosphor 2510 as compared with the first embodiment. The velocity and volume of cooling air flowing to the face side can be increased. As a result, the heat insulation effect between the adjacent spot portions 2512 by the openings 2550 is equivalent to that of the first embodiment, but the cooling effect of the phosphor 2510 by the cooling air is greater than that of the first embodiment. can be cooled more efficiently. Other configurations of the phosphor unit 25 and the projector are the same as those of the first embodiment.

以上説明した各実施例によれば、光源装置を小型化しつつ蛍光体の温度上昇を効果的に抑制することができる。 According to the embodiments described above, it is possible to effectively suppress the temperature rise of the phosphor while downsizing the light source device.

なお、上記各実施例では、冷却ファン2540が放熱器2530に対して冷却空気を吹き付ける場合について説明したが、冷却ファン2540が放熱器2530から熱せられた空気を吸い込むように構成してもよい。 In each of the above-described embodiments, the cooling fan 2540 blows cooling air to the radiator 2530 , but the cooling fan 2540 may be configured to suck air heated from the radiator 2530 .

また、上記各実施例では冷媒として空気を用いたが、空気以外の流体、例えば、水や冷媒液を用いてもよい。 Also, although air is used as the refrigerant in each of the above embodiments, fluids other than air, such as water and refrigerant liquid, may be used.

さらに、上記各実施例では、蛍光体開口、基板開口および放熱器開口が互いに同一形状(十字溝形状)を有する場合について説明した。しかし、これらの形状は互いに異なっていてもよい。例えば、上述した熱干渉を低減するために蛍光体開口と基板開口は互いに同一の十字溝形状を有するが、放熱器開口は基板開口と蛍光体開口に繋がる1つ又は複数の丸穴形状や角穴形状を有してもよい。すなわち、放熱器開口は、基板開口を通じて蛍光体開口に繋がっていれば形状に限定はない。また、基板開口は、蛍光体開口と同一形状を有することが好ましいが、蛍光体開口と異なる形状を有していてもよい。 Furthermore, in each of the above embodiments, the phosphor aperture, the substrate aperture, and the radiator aperture have the same shape (cross groove shape). However, these shapes may differ from each other. For example, to reduce the thermal interference described above, the phosphor aperture and the substrate aperture may have the same cross groove shape, but the radiator aperture may have one or more circular holes or corners connecting the substrate aperture and the phosphor aperture. It may have a hole shape. That is, the shape of the radiator opening is not limited as long as it is connected to the phosphor opening through the substrate opening. Further, the substrate aperture preferably has the same shape as the phosphor aperture, but may have a different shape from the phosphor aperture.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。 Each embodiment described above is merely a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

10 プロジェクタ
20 第1の光源光学系
25 蛍光体ユニット
2510 蛍光体
2512 スポット部
2520 基板
2530 放熱器
2550 開口
10 Projector 20 First Light Source Optical System 25 Phosphor Unit 2510 Phosphor 2512 Spot Part 2520 Substrate 2530 Radiator 2550 Opening

Claims (9)

光源と、
前記光源から発せられた励起光を波長変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子に対して前記励起光の照射側とは反対側に配置された放熱部材とを有し、
前記励起光は、前記波長変換素子における互いに離間した複数の被照射部に照射され、
前記波長変換素子は、前記複数の被照射部の間に第1の開口を有し、
前記放熱部材は、前記第1の開口に繋がる第2の開口を有することを特徴とする光源装置。
a light source;
a wavelength conversion element that converts the wavelength of excitation light emitted from the light source;
a heat dissipation member disposed on the side opposite to the irradiation side of the excitation light with respect to the wavelength conversion element,
The excitation light is applied to a plurality of irradiated portions separated from each other in the wavelength conversion element,
The wavelength conversion element has a first opening between the plurality of irradiated parts,
The light source device, wherein the heat dissipation member has a second opening connected to the first opening.
前記第1の開口は、前記複数の被照射部のうち互いに隣り合う被照射部を結ぶ直線と交差するように延びる形状を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 2. The light source device according to claim 1, wherein said first opening has a shape extending so as to intersect a straight line connecting adjacent irradiated portions among said plurality of irradiated portions. 前記波長変換素子は、単一の素子であり、
前記第1の開口は、前記波長変換素子の一部に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
The wavelength conversion element is a single element,
3. The light source device according to claim 1, wherein said first opening is formed in a part of said wavelength conversion element.
前記波長変換素子は、それぞれが前記被照射部を含む複数の素子からなり、
前記第1の開口は、前記複数の素子が互いに離間して配置されることで形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
The wavelength conversion element is composed of a plurality of elements each including the irradiated portion,
3. The light source device according to claim 1, wherein the first opening is formed by arranging the plurality of elements apart from each other.
前記波長変換素子と前記放熱部材との間に前記波長変換素子を保持する基板が配置されており、
前記基板は、前記第1および第2の開口に繋がる第3の開口を有す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光源装置。
a substrate holding the wavelength conversion element is arranged between the wavelength conversion element and the heat radiation member;
5. The light source device according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate has a third opening communicating with the first and second openings.
前記放熱部材を冷却する冷媒に流れを発生させる冷媒流発生手段を有し、
前記冷媒が前記第2の開口および前記第1の開口を通って前記照射側に流れることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の光源装置。
Having a coolant flow generating means for generating a flow of a coolant for cooling the heat radiating member,
The light source device according to any one of claims 1 to 5, wherein the coolant flows through the second opening and the first opening to the irradiation side.
前記放熱部材は、前記第2の開口を有する基盤部と、該基盤部から延びる複数のフィン部とを有し、
前記冷媒は、前記基盤部から前記フィン部が延びる方向から前記放熱部材に向かって流れることを特徴とする請求項6に記載の光源装置。
The heat dissipation member has a base portion having the second opening and a plurality of fin portions extending from the base portion,
7. The light source device according to claim 6, wherein the coolant flows from the base portion toward the heat radiating member in a direction in which the fin portion extends.
前記第1の開口を通って前記照射側に流れた前記冷媒が、前記波長変換素子に対向するように配置された光学素子に当たって前記波長変換素子に沿って流れることを特徴とする請求項6または7に記載の光源装置。 7. The coolant flowing through the first opening to the irradiation side hits an optical element arranged to face the wavelength conversion element and flows along the wavelength conversion element. 8. The light source device according to 7. 請求項1から8のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記波長変換素子からの波長変換光を用いて生成された照明光を変調する光変調素子とを有し、
前記光変調素子により変調された光を投射して画像を表示することを特徴とする画像投射装置。
a light source device according to any one of claims 1 to 8;
a light modulation element that modulates illumination light generated using the wavelength-converted light from the wavelength conversion element;
An image projection apparatus for displaying an image by projecting light modulated by the light modulation element.
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