JP5817109B2 - Light source device and projector - Google Patents

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本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。   The present invention relates to a light source device and a projector.

従来、プロジェクターにおいては、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的であった。ところが、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶ライトバルブを劣化させる、等の課題がある。そこで、放電ランプに代わる方式の光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている。   Conventionally, in a projector, a discharge lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp is generally used as a light source. However, this type of discharge lamp has problems such as a relatively short life, difficulty in instantaneous lighting, and ultraviolet light emitted from the lamp deteriorates the liquid crystal light bulb. In view of this, a projection type image display apparatus using a light source instead of a discharge lamp has been proposed.

この種の光源として、蛍光発光を利用して白色光を生成する方式のものが知られている。例えば、発光ダイオード(LED)やレーザーからの光を蛍光体に照射することにより、発光光(蛍光)として白色光を取り出す光源装置が提案されている(下記の特許文献1参照)。特許文献1の光源装置は、蛍光体を励起させる励起光(青色光)の光源と、光の三原色に対応する複数の色光を発する蛍光体を備えた蛍光ホイールと、を有している。そして、複数種の蛍光体をホイールの周方向に種類毎に領域を分けて蛍光膜として配置し、ホイールを回転させつつ複数の蛍光膜に励起光を照射することにより、発せられる蛍光の色を時間毎に異ならせている。このようにして、複数の色光を混色させて白色光を射出させている。   As a light source of this type, a method of generating white light using fluorescent light emission is known. For example, a light source device that extracts white light as emitted light (fluorescence) by irradiating a phosphor with light from a light emitting diode (LED) or a laser has been proposed (see Patent Document 1 below). The light source device of Patent Document 1 includes a light source of excitation light (blue light) that excites a phosphor, and a fluorescent wheel that includes a phosphor that emits a plurality of color lights corresponding to the three primary colors of light. A plurality of types of phosphors are arranged as a phosphor film by dividing the region for each type in the circumferential direction of the wheel, and the fluorescent color is emitted by irradiating the plurality of phosphor films with excitation light while rotating the wheel. Different from time to time. In this way, a plurality of color lights are mixed to emit white light.

特開2009−277516号公報JP 2009-277516 A

しかしながら、上記特許文献1の光源装置を用いたプロジェクターでは、蛍光ホイールを挟んで液晶ライトバルブや投影光学系が配置された側と反対側に励起光源を配置しなければならず、光源装置の大型化、ひいてはプロジェクターの大型化を招いていた。また、上記の特許文献1の光源装置では、蛍光体に励起光を照射した際に励起光が蛍光体に吸収され、蛍光体が発熱するおそれがあった。その結果、光源装置の信頼性が低下するという問題が生じていた。   However, in the projector using the light source device disclosed in Patent Document 1, an excitation light source must be disposed on the side opposite to the side on which the liquid crystal light valve and the projection optical system are disposed with the fluorescent wheel interposed therebetween. As a result, the size of the projector was increased. Further, in the light source device described in Patent Document 1, when the phosphor is irradiated with excitation light, the excitation light is absorbed by the phosphor and the phosphor may generate heat. As a result, there has been a problem that the reliability of the light source device is lowered.

本発明は、上記の課題のうち少なくとも一つを解決することを目的とする。   The present invention aims to solve at least one of the above problems.

上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、第1の波長領域を含む励起光を射出する固体光源と、前記励起光の照射によって前記第1の波長領域とは異なる第2の波長領域を含む蛍光を発する蛍光体を含む蛍光体層および前記蛍光体層を支持する支持面を有する支持基材を備えた発光素子と、前記固体光源と前記発光素子との間の前記励起光の光路上に設けられたダイクロイックミラーと、前記発光素子と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に設けられた位相差板と、を備え、前記支持基材が、前記励起光と前記蛍光とを反射させる反射面を備え、前記ダイクロイックミラーは、前記蛍光を反射するとともに、前記第1の波長領域における第1の偏光成分に対する反射率が、前記第1の波長領域における第2の偏光成分に対する反射率よりも低く、前記支持基材の支持面のうちの第1の領域に前記蛍光体層が設けられ、前記支持面のうちの第2の領域には前記蛍光体層が設けられておらず、前記第1の領域と前記第2の領域の双方にわたって、前記反射面を構成する反射膜が設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a light source device of the present invention includes a solid-state light source that emits excitation light including a first wavelength region, and a second light source that is different from the first wavelength region by irradiation of the excitation light A light emitting element including a phosphor layer including a phosphor that emits fluorescence including a wavelength region, and a support substrate having a support surface that supports the phosphor layer; and the excitation light between the solid-state light source and the light emitting element. A dichroic mirror provided on the optical path, and a retardation plate provided on the optical path of the excitation light between the light emitting element and the dichroic mirror, and the support substrate includes the excitation light and A reflection surface for reflecting the fluorescence; and the dichroic mirror reflects the fluorescence and has a reflectivity with respect to the first polarization component in the first wavelength region in the second wavelength region. side The phosphor layer is provided in a first region of the support surface of the support substrate, and the phosphor layer is provided in a second region of the support surface. However, a reflective film constituting the reflective surface is provided over both the first region and the second region.

本発明の構成においては、蛍光体の励起に使われなかった励起光の一部と蛍光体から発せられた蛍光とが合成された光が光源装置から出力される。発光素子を構成する支持基材は励起光と蛍光とを反射させる反射面を有しているので、固体光源から射出された励起光が支持基材の反射面で反射するとともに、蛍光体から発せられる蛍光も反射面で反射し、固体光源側に向かう。すなわち、本発明の光源装置は、固体光源から射出される励起光の光路が発光素子で折り返され、励起光と蛍光とが発光素子から固体光源に向けて射出される。このように、反射型の発光素子を用い、光路を折り返す構成とすることで光源装置の小型化が図れる。   In the configuration of the present invention, light in which a part of the excitation light that has not been used for exciting the phosphor and the fluorescence emitted from the phosphor is synthesized is output from the light source device. Since the support substrate constituting the light emitting element has a reflection surface that reflects excitation light and fluorescence, the excitation light emitted from the solid light source is reflected by the reflection surface of the support substrate and emitted from the phosphor. The reflected fluorescence is also reflected by the reflecting surface and travels toward the solid light source. That is, in the light source device of the present invention, the optical path of the excitation light emitted from the solid light source is folded back by the light emitting element, and the excitation light and the fluorescence are emitted from the light emitting element toward the solid light source. In this way, the light source device can be miniaturized by using a reflective light emitting element and having a configuration in which the optical path is folded back.

ところで、上記のような反射型の発光素子を用いた場合、出力光を利用するためには、発光素子で反射した励起光と蛍光とが固体光源に入射しないように、発光素子と固体光源との間で発光素子から射出される光の光路を後段の光学系に向けて変更する必要がある。そのためには、ダイクロイックミラーを用いれば良い。ところが、ダイクロイックミラーが単なる波長分離機能を有しているだけであったとすると、第1の波長領域の励起光を透過させ、第2の波長領域の蛍光を反射させるだけであるから、復路の励起光がダイクロイックミラーを透過して固体光源に戻ってしまう。その結果、励起光と蛍光との合成光を外部に取り出すことができず、所望の出力光が得られない。   By the way, when the reflection type light emitting element as described above is used, in order to use the output light, the light emitting element and the solid light source are arranged so that excitation light and fluorescence reflected by the light emitting element do not enter the solid light source. It is necessary to change the optical path of the light emitted from the light emitting element toward the subsequent optical system. For that purpose, a dichroic mirror may be used. However, if the dichroic mirror has only a wavelength separation function, it only transmits the excitation light in the first wavelength region and reflects the fluorescence in the second wavelength region. Light passes through the dichroic mirror and returns to the solid light source. As a result, the combined light of excitation light and fluorescence cannot be extracted outside, and desired output light cannot be obtained.

その点、本発明の構成では、復路の励起光の偏光状態を往路の励起光の偏光状態と異ならせる位相差板が備えられ、ダイクロイックミラーが、励起光のうち第1の波長領域における第1の偏光成分に対する反射率が第2の偏光成分に対する反射率よりも低いという特性を有している。すなわち、ダイクロイックミラーは、第1の波長領域の第1の偏光成分を第2の偏光成分よりも多く透過するとともに、第1の波長領域の第2の偏光成分を第1の偏光成分よりも多く反射する偏光分離特性を有している。これにより、第1の波長領域の第1の偏光成分、すなわち、往路の励起光がダイクロイックミラーを透過し、発光素子に到達することができる。また、第1の波長領域の第2の偏光成分と第2の波長領域の蛍光、すなわち、復路の励起光と蛍光との合成光をダイクロイックミラーで後段の光学系に向けて反射させることができる。これにより、所望の出力光が得られる光源装置を実現できる。   In that regard, in the configuration of the present invention, a phase difference plate is provided that makes the polarization state of the excitation light in the return path different from the polarization state of the excitation light in the forward path, and the dichroic mirror has a first wavelength region in the first wavelength region of the excitation light. It has the characteristic that the reflectance with respect to the polarized light component is lower than the reflectance with respect to the second polarized light component. That is, the dichroic mirror transmits more first polarization components in the first wavelength region than second polarization components, and more second polarization components in the first wavelength region than first polarization components. It has the polarization separation characteristic to reflect. As a result, the first polarization component in the first wavelength region, that is, the forward excitation light can pass through the dichroic mirror and reach the light emitting element. Further, the second polarization component in the first wavelength region and the fluorescence in the second wavelength region, that is, the combined light of the excitation light and the fluorescence in the return path can be reflected toward the subsequent optical system by the dichroic mirror. . Thereby, the light source device which can obtain desired output light is realizable.

本発明の光源装置において、前記第1の偏光成分が前記ダイクロイックミラーの反射面に対するP偏光もしくはS偏光のうちのいずれか一方であり、前記第2の偏光成分が前記P偏光および前記S偏光のうちの残りの他方であり、前記位相差板が前記第1の波長領域に対する1/4波長板であることが望ましい。
この構成によれば、励起光の偏光状態が往路では例えばP偏光であれば、復路ではS偏光と変化させることができる。これにより、ダイクロイックミラーで往路の励起光を透過させ、復路の励起光を反射させる構成を確実に実現できる。
In the light source device of the present invention, the first polarization component is either P-polarized light or S-polarized light with respect to the reflection surface of the dichroic mirror, and the second polarized light component is the P-polarized light or the S-polarized light. It is the other of them, and it is preferable that the retardation plate is a quarter-wave plate for the first wavelength region.
According to this configuration, if the polarization state of the excitation light is, for example, P-polarized light in the forward path, it can be changed to S-polarized light in the backward path. Accordingly, it is possible to reliably realize a configuration in which the forward excitation light is transmitted by the dichroic mirror and the backward excitation light is reflected.

本発明の光源装置において、前記支持基材が金属基板からなることが望ましい。
この構成によれば、支持基材が光反射性を有し、熱伝導率に優れたものとなるため、蛍光体層の温度上昇が抑制され、信頼性を確保することができる。また、支持基材に反射膜等を形成することなく、光反射性を持たせることができ、かつ、熱伝導率が高く、放熱性が高い発光素子を容易に提供できる。
In the light source device of the present invention, it is preferable that the support base material is made of a metal substrate.
According to this configuration, since the supporting base material has light reflectivity and excellent thermal conductivity, the temperature rise of the phosphor layer is suppressed and reliability can be ensured. Further, it is possible to easily provide a light-emitting element that can have light reflectivity without forming a reflective film or the like on the support base, and has high thermal conductivity and high heat dissipation.

本発明の光源装置において、前記支持基材の支持面のうちの第1の領域に前記蛍光体層が設けられ、前記支持面のうちの第2の領域には前記蛍光体層が設けられていない構成を採用することができる。
この構成によれば、支持基材で反射した励起光と蛍光とが発光素子から時分割で射出され、励起光と蛍光とが時間的に積分されてこれらの光の合成光が得られる。したがって、例えば蛍光体層の形成領域と非形成領域の面積比率を変えることによって、合成光の色を調整することができる。
In the light source device of the present invention, the phosphor layer is provided in a first region of the support surface of the support base material, and the phosphor layer is provided in a second region of the support surface. No configuration can be adopted.
According to this configuration, the excitation light and the fluorescence reflected by the support base material are emitted from the light emitting element in a time division manner, and the excitation light and the fluorescence are temporally integrated to obtain a combined light of these lights. Therefore, for example, the color of the synthesized light can be adjusted by changing the area ratio between the formation region and the non-formation region of the phosphor layer.

本発明の光源装置において、前記発光素子に、前記第2の波長領域とは異なる第3の波長領域を含む蛍光を発する第2の蛍光体層が設けられた構成を採用することができる。
この構成によれば、例えば光の三原色を構成する赤色、緑色、青色等の蛍光を得ることができ、これらの光の合成光を出力光とすることができる。さらに、他の色の蛍光を加えて、出力光の色調整を行うこともできる。
In the light source device of the present invention, it is possible to adopt a configuration in which the light emitting element is provided with a second phosphor layer that emits fluorescence including a third wavelength region different from the second wavelength region.
According to this configuration, for example, fluorescence such as red, green, and blue constituting the three primary colors of light can be obtained, and the combined light of these lights can be used as output light. Furthermore, the color of the output light can be adjusted by adding fluorescence of other colors.

本発明の光源装置において、前記第1の波長領域とは異なる波長領域を含む光を射出する補助固体光源を備えた構成を採用することができる。
この構成によれば、補助固体光源からの光も出力光に加えることができ、発光素子だけでは実現できない出力光の色、階調、輝度などの調整を行うことができる。
In the light source device of the present invention, a configuration including an auxiliary solid light source that emits light including a wavelength region different from the first wavelength region can be employed.
According to this configuration, the light from the auxiliary solid-state light source can be added to the output light, and the color, gradation, luminance, and the like of the output light that cannot be realized only by the light emitting element can be adjusted.

本発明の光源装置において、前記支持基材が、前記支持面に交差する回転軸を中心として回転可能とされた構成を採用することができる。
この構成によれば、蛍光体層の温度上昇を効果的に低減することができる。
In the light source device of the present invention, it is possible to adopt a configuration in which the support base material is rotatable around a rotation axis that intersects the support surface.
According to this structure, the temperature rise of a fluorescent substance layer can be reduced effectively.

本発明のプロジェクターは、本発明の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、信頼性に優れた小型のプロジェクターを実現できる。
A projector of the present invention includes the light source device of the present invention, a light modulation element that modulates light emitted from the light source device, and a projection optical system that projects light modulated by the light modulation element. It is characterized by.
According to the present invention, a small projector having excellent reliability can be realized.

本発明の第1実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a projector according to a first embodiment of the invention. プロジェクターに用いる蛍光体ホイールの正面図である。It is a front view of the fluorescent substance wheel used for a projector. プロジェクターに用いるダイクロイックミラーの偏光分離特性を示す図である。It is a figure which shows the polarization separation characteristic of the dichroic mirror used for a projector. 本発明の第2実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the projector of 2nd Embodiment of this invention. プロジェクターに用いるダイクロイックミラーの偏光分離特性を示す図である。It is a figure which shows the polarization separation characteristic of the dichroic mirror used for a projector.

〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、白色光を出力する光源装置と、光源装置から得られる白色光を色分離する色分離光学系と、色分離光学系によって得られた3色の色光をそれぞれ変調する3つの液晶ライトバルブとを備えたプロジェクター、いわゆる3板式の液晶プロジェクターの例である。
図1は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。図2は、プロジェクターに用いる蛍光体ホイールの正面図である。図3は、プロジェクターに用いるダイクロイックミラーの偏光分離特性を示す図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The projector according to this embodiment is a light source device that outputs white light, a color separation optical system that color-separates white light obtained from the light source device, and three color lights that are obtained by the color separation optical system. This is an example of a so-called three-plate type liquid crystal projector provided with two liquid crystal light valves.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a projector according to the present embodiment. FIG. 2 is a front view of a phosphor wheel used in the projector. FIG. 3 is a diagram illustrating polarization separation characteristics of a dichroic mirror used in the projector.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be varied depending on the component.

本実施形態のプロジェクター1は、図1に示すように、光源装置2と、色分離光学系3と、液晶ライトバルブ4R(光変調素子),液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bと、色合成素子5と、投写光学系6と、を備えている。本実施形態のプロジェクター1において、光源装置2から射出された光は、色分離光学系3により複数の色光に分離される。色分離光学系3により分離された複数の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bに入射して変調される。液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bにより変調された複数の色光は、色合成素子5に入射して合成される。色合成素子5により合成された光は、投写光学系6によりスクリーン7に拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。   As shown in FIG. 1, the projector 1 of the present embodiment includes a light source device 2, a color separation optical system 3, a liquid crystal light valve 4R (light modulation element), a liquid crystal light valve 4G, and a liquid crystal light valve 4B, and color synthesis. An element 5 and a projection optical system 6 are provided. In the projector 1 of the present embodiment, the light emitted from the light source device 2 is separated into a plurality of color lights by the color separation optical system 3. The plurality of color lights separated by the color separation optical system 3 are incident on the corresponding liquid crystal light valve 4R, liquid crystal light valve 4G, and liquid crystal light valve 4B and modulated. A plurality of color lights modulated by the liquid crystal light valve 4R, the liquid crystal light valve 4G, and the liquid crystal light valve 4B are incident on the color synthesis element 5 and synthesized. The light synthesized by the color synthesizing element 5 is enlarged and projected onto the screen 7 by the projection optical system 6, and a full-color projection image is displayed.

以下、プロジェクター1の各構成要素について説明する。
光源装置2は、レーザー光源9(固体光源)、ダイクロイックミラー10、1/4波長板11(位相差板)、蛍光体ホイール12(発光素子)、コリメート光学系13、レンズアレイ14,15、偏光変換素子16、重畳レンズ17がこの順に配置された構成になっている。
Hereinafter, each component of the projector 1 will be described.
The light source device 2 includes a laser light source 9 (solid light source), a dichroic mirror 10, a quarter wavelength plate 11 (retardation plate), a phosphor wheel 12 (light emitting element), a collimating optical system 13, lens arrays 14 and 15, and polarization. The conversion element 16 and the superimposing lens 17 are arranged in this order.

レーザー光源9は、後述する蛍光体ホイール12が備える蛍光体を励起させる励起光として、例えば発光強度の中心波長が450nmの青色レーザー光を射出する。レーザー光源9から射出される青色レーザー光は偏光状態が一定の直線偏光であり、ダイクロイックミラー10の選択反射面10aに対する偏光状態がP偏光である。本実施形態において、波長450nmは第1の波長領域に相当し、P偏光は第1の偏光成分に相当する。なお、レーザー光源9は、図1では1個のレーザー光源を用いる例として示したが、例えば複数個のレーザー光源を並置しても良い。また、後述する蛍光体を励起させることができる波長の光であれば、450nm以外の中心波長を有する色光を射出するレーザー光源であっても構わない。     The laser light source 9 emits blue laser light having a central wavelength of emission intensity of 450 nm, for example, as excitation light that excites phosphors included in the phosphor wheel 12 described later. The blue laser light emitted from the laser light source 9 is linearly polarized light having a constant polarization state, and the polarization state with respect to the selective reflection surface 10a of the dichroic mirror 10 is P-polarized light. In the present embodiment, the wavelength 450 nm corresponds to the first wavelength region, and the P-polarized light corresponds to the first polarization component. Although the laser light source 9 is shown as an example in which one laser light source is used in FIG. 1, for example, a plurality of laser light sources may be juxtaposed. In addition, a laser light source that emits colored light having a center wavelength other than 450 nm may be used as long as it has a wavelength that can excite a phosphor to be described later.

ダイクロイックミラー10は、レーザー光源9と蛍光体ホイール12との間の励起光の光路上に配置されている。ダイクロイックミラー10の選択反射面10aは、レーザー光源9から蛍光体ホイール12に向けて射出されダイクロイックミラー10に入射する励起光L1の光軸に対して45度の角度をなしている。選択反射面10aと励起光L1の光軸とのなす角度が45度である状態において、ダイクロイックミラー10は、発光強度の中心波長が450nmのP偏光の青色レーザー光を透過するとともに、発光強度の中心波長が450nmのS偏光の青色レーザー光と発光強度の中心波長が550nmの黄色の波長域の蛍光とを反射する偏光分離特性を有している。ダイクロイックミラー10の偏光分離特性については後で詳しく説明する。本実施形態において、波長550nmは第2の波長領域に相当し、S偏光は第2の偏光成分に相当する。   The dichroic mirror 10 is disposed on the optical path of the excitation light between the laser light source 9 and the phosphor wheel 12. The selective reflection surface 10 a of the dichroic mirror 10 forms an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the excitation light L <b> 1 emitted from the laser light source 9 toward the phosphor wheel 12 and entering the dichroic mirror 10. In a state where the angle formed by the selective reflection surface 10a and the optical axis of the excitation light L1 is 45 degrees, the dichroic mirror 10 transmits the P-polarized blue laser light having a central wavelength of the emission intensity of 450 nm and the emission intensity. It has a polarization separation characteristic that reflects S-polarized blue laser light having a central wavelength of 450 nm and fluorescence in a yellow wavelength region having a central wavelength of emission intensity of 550 nm. The polarization separation characteristics of the dichroic mirror 10 will be described in detail later. In the present embodiment, the wavelength 550 nm corresponds to the second wavelength region, and the S-polarized light corresponds to the second polarization component.

1/4波長板11は、蛍光体ホイール12とダイクロイックミラー10との間の励起光の光路上に配置されている。したがって、レーザー光源9からダイクロイックミラー10を透過して蛍光体ホイール12に向かう励起光と、蛍光体ホイール12で反射してダイクロイックミラー10に戻る励起光および蛍光体ホイール12から発せられた蛍光とが1/4波長板11を通過する。以下の説明では、レーザー光源9からダイクロイックミラー10を透過して蛍光体ホイール12に向かう励起光のことを往路の励起光L1、蛍光体ホイール12で反射してダイクロイックミラー10に戻る励起光のことを復路の励起光L2と称する。蛍光体ホイール12から発せられた蛍光は偏光状態が揃っていないため、1/4波長板11は蛍光の偏光状態に対して作用を及ぼすことはない。一方、レーザー光源9から発せられた励起光は偏光状態がP偏光に揃っているため、1/4波長板11は励起光の偏光状態に対して作用を及ぼす。すなわち、1/4波長板11は、往路の励起光L1と復路の励起光L2とに往復で1/2波長の位相差を付与し、復路の励起光の偏光状態をP偏光からS偏光に変換する。   The quarter wave plate 11 is disposed on the optical path of the excitation light between the phosphor wheel 12 and the dichroic mirror 10. Therefore, excitation light that passes from the laser light source 9 through the dichroic mirror 10 and travels toward the phosphor wheel 12, excitation light that is reflected by the phosphor wheel 12 and returns to the dichroic mirror 10, and fluorescence emitted from the phosphor wheel 12 are generated. It passes through the quarter wave plate 11. In the following description, the excitation light transmitted from the laser light source 9 through the dichroic mirror 10 and directed to the phosphor wheel 12 is the excitation light L1 in the forward path, and the excitation light reflected by the phosphor wheel 12 and returned to the dichroic mirror 10. Is referred to as a return path excitation light L2. Since the fluorescence emitted from the phosphor wheel 12 does not have a uniform polarization state, the quarter-wave plate 11 does not act on the polarization state of the fluorescence. On the other hand, since the excitation light emitted from the laser light source 9 has the polarization state aligned with the P polarization, the quarter wavelength plate 11 acts on the polarization state of the excitation light. That is, the quarter-wave plate 11 gives a half-wave phase difference between the forward excitation light L1 and the return excitation light L2 in a reciprocating manner, and changes the polarization state of the return excitation light from P-polarized light to S-polarized light. Convert.

蛍光体ホイール12は、支持基板19(支持基材)と、支持基板19の一つの面19a(支持面)の上に設けられた反射膜20(反射面)と、反射膜20上に設けられた発光層21(蛍光体層)とを有している。発光層21は図示しない蛍光体粒子を含むとともに、反射膜20を介して支持基板19の支持面19aによって支持されている。蛍光体ホイール12は、支持面19aがレーザー光源9に対向するように配置され、レーザー光源9からの励起光が発光層21に照射されるように配置されている。蛍光体ホイール12は、レーザー光源9から射出される励起光(発光強度の中心波長が450nmの青色レーザー光)の一部を反射させる。また、蛍光体ホイール12は、励起光の残部を吸収して発光強度の中心波長が550nmの黄色の蛍光に変換し、生成された黄色の蛍光を反射させることによってダイクロイックミラー10に向けて射出させる。   The phosphor wheel 12 is provided on the support substrate 19 (support base material), the reflection film 20 (reflection surface) provided on one surface 19 a (support surface) of the support substrate 19, and the reflection film 20. And a light emitting layer 21 (phosphor layer). The light emitting layer 21 includes phosphor particles (not shown), and is supported by the support surface 19 a of the support substrate 19 through the reflective film 20. The phosphor wheel 12 is disposed such that the support surface 19a faces the laser light source 9, and the light emitting layer 21 is irradiated with excitation light from the laser light source 9. The phosphor wheel 12 reflects a part of excitation light (blue laser light having a central wavelength of emission intensity of 450 nm) emitted from the laser light source 9. The phosphor wheel 12 absorbs the remainder of the excitation light and converts it into yellow fluorescence having a central wavelength of emission intensity of 550 nm, and reflects the generated yellow fluorescence to emit it toward the dichroic mirror 10. .

図2に示すように、レーザー光源9側から蛍光体ホイール12を見たときの平面形状は円形である。支持基板19の支持面19aは8つの領域に分かれ、支持基板19の支持面19a上には発光層21が設けられた4つの発光領域Cと発光層21が設けられていない4つの非発光領域Dとが周方向に交互に並んでいる。本実施形態において、発光領域Cは支持面19aのうちの第1の領域に相当し、非発光領域Dは支持面19aのうちの第2の領域に相当する。   As shown in FIG. 2, the planar shape when the phosphor wheel 12 is viewed from the laser light source 9 side is a circle. The support surface 19a of the support substrate 19 is divided into eight regions. On the support surface 19a of the support substrate 19, four light-emitting regions C where the light-emitting layer 21 is provided and four non-light-emitting regions where the light-emitting layer 21 is not provided. D are alternately arranged in the circumferential direction. In the present embodiment, the light emitting region C corresponds to the first region of the support surface 19a, and the non-light emitting region D corresponds to the second region of the support surface 19a.

支持基板19は、例えばガラス、セラミック等の無機物、銅等の金属、アクリル等の樹脂などを用いて形成することができる。これらの材料は、軽量、低コスト、加工性が良い等の点で優れている。また、ガラスの中でも石英ガラス、ネオセラム等の材料は線膨張性が低く、耐熱性に優れる。また、ガラスの中でも水晶、サファイア等の材料は熱伝導性が高く、放熱性に優れる。     The support substrate 19 can be formed using, for example, an inorganic material such as glass or ceramic, a metal such as copper, or a resin such as acrylic. These materials are excellent in terms of light weight, low cost, and good workability. Further, among glass, materials such as quartz glass and neoceram have low linear expansion and excellent heat resistance. Further, among glass, materials such as quartz and sapphire have high thermal conductivity and excellent heat dissipation.

支持基板19の支持面19aには反射膜20が形成されている。反射膜20は、支持基板19の支持面19aの全面にわたって形成され、したがって、発光領域Cと非発光領域Dの双方にわたって形成されている。そのため、レーザー光源9から射出される励起光と発光層21から発せられた蛍光とが反射膜20で反射する。反射膜20の材料には、アルミニウム、銀等の光反射率の高い金属、酸化シリコンと酸化チタンとを複数層交互に積層した誘電体多層膜、等が用いられる。   A reflective film 20 is formed on the support surface 19 a of the support substrate 19. The reflective film 20 is formed over the entire support surface 19 a of the support substrate 19, and thus is formed over both the light emitting region C and the non-light emitting region D. Therefore, the excitation light emitted from the laser light source 9 and the fluorescence emitted from the light emitting layer 21 are reflected by the reflective film 20. As the material of the reflective film 20, a metal having a high light reflectance such as aluminum or silver, a dielectric multilayer film in which a plurality of layers of silicon oxide and titanium oxide are alternately stacked, or the like is used.

なお、光反射性を持たない支持基板19の支持面に反射膜20を形成する構成に代えて、光反射性を有する材料で支持基板自体を形成しても良い。具体的には、支持基板の材料として、ガラス、セラミック等の無機物、樹脂等に代えて、アルミニウム、銀等の金属を用いても良い。支持基板の材料に金属を用いた場合、支持基板の表面がそのまま反射面となるため、反射膜を形成する必要がなく、蛍光体ホイール12の製造工程の簡略化が図れる。また、支持基板の材料に金属を用いた場合、蛍光体の発熱を蛍光体ホイールの面内で伝達しやすいため、蛍光体の最高到達温度を下げることができる。その結果、蛍光体ホイールの信頼性を改善でき、励起光の変換効率を向上させることができる。   Instead of forming the reflective film 20 on the support surface of the support substrate 19 that does not have light reflectivity, the support substrate itself may be formed of a material having light reflectivity. Specifically, instead of an inorganic material such as glass or ceramic, a resin, or the like, a metal such as aluminum or silver may be used as the material for the support substrate. When a metal is used for the material of the support substrate, the surface of the support substrate becomes a reflection surface as it is, so that it is not necessary to form a reflection film, and the manufacturing process of the phosphor wheel 12 can be simplified. Further, when a metal is used as the material for the support substrate, the heat generated by the phosphor is easily transmitted within the surface of the phosphor wheel, so that the maximum temperature reached by the phosphor can be lowered. As a result, the reliability of the phosphor wheel can be improved, and the conversion efficiency of excitation light can be improved.

発光層21は、光透過性を有する基材と、励起光を吸収して蛍光を発する複数の蛍光体粒子と、を含んでいる。基材の構成材料としては、光透過性を有する樹脂材料を用いることができ、中でも高い耐熱性を有するシリコン樹脂(屈折率:約1.4)を好適に用いることができる。蛍光体粒子は、レーザー光源9から射出される励起光を吸収して蛍光を発する粒子状の蛍光体である。例えば、蛍光体粒子には、中心波長が450nmの青色光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、レーザー光源9が射出する励起光の一部を赤色の波長帯域から緑色の波長帯域まで(全体として黄色の波長領域)を含む比較的ブロードな波長分布を有する光に変換して射出する。   The light emitting layer 21 includes a light-transmitting base material and a plurality of phosphor particles that emit fluorescence by absorbing excitation light. As the constituent material of the base material, a resin material having optical transparency can be used, and among them, a silicon resin having a high heat resistance (refractive index: about 1.4) can be suitably used. The phosphor particles are particulate phosphors that absorb the excitation light emitted from the laser light source 9 and emit fluorescence. For example, the phosphor particles include a substance that emits fluorescence when excited by blue light having a center wavelength of 450 nm, and a part of the excitation light emitted from the laser light source 9 is changed from the red wavelength band to the green wavelength band. The light is converted into light having a relatively broad wavelength distribution including (up to the yellow wavelength region as a whole) and emitted.

このような蛍光体粒子として、平均粒径が1μmから数十μm程度のものが高い発光効率を示すことが知られている。蛍光体粒子としては、通常知られたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体を用いることができる。具体的には、例えば平均粒径が10μmの(Y,Gd)(Al,Ga)12:Ceで示される組成のYAG系蛍光体(屈折率:約1.8)を用いることができる。 なお、蛍光体粒子の形成材料は、1種であっても良く、2種以上の形成材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いることとしても良い。 As such phosphor particles, those having an average particle diameter of about 1 μm to several tens of μm are known to exhibit high luminous efficiency. As the phosphor particles, commonly known YAG (yttrium, aluminum, garnet) phosphors can be used. Specifically, for example, a YAG phosphor having a composition represented by (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce having an average particle diameter of 10 μm (refractive index: about 1.8) is used. it can. The phosphor particle forming material may be one kind, or a mixture of particles formed using two or more kinds of forming materials may be used as the phosphor particles.

図1に示すように、蛍光体ホイール12は支持基板19の中心にモーター22が接続され、支持基板19の中心を通る回転軸23を中心として回転可能に設けられている。モーター22は、蛍光体ホイール12を使用時において例えば7500rpmで回転させる。この場合、蛍光体ホイール12上の励起光が照射される領域(ビームスポット)は、約18m/秒で移動する。すなわち、モーター22は、蛍光体ホイール12上におけるビームスポットの位置を変位させる位置変位手段として機能する。これにより、励起光が蛍光体ホイール12上の同一の位置を照射し続けないため、照射位置の熱劣化を防止し、装置を長寿命化することができる。     As shown in FIG. 1, the phosphor wheel 12 has a motor 22 connected to the center of the support substrate 19, and is provided so as to be rotatable about a rotation shaft 23 passing through the center of the support substrate 19. The motor 22 rotates the phosphor wheel 12 at, for example, 7500 rpm when in use. In this case, the region (beam spot) irradiated with the excitation light on the phosphor wheel 12 moves at about 18 m / sec. That is, the motor 22 functions as a position displacement unit that displaces the position of the beam spot on the phosphor wheel 12. Thereby, since excitation light does not continue irradiating the same position on the fluorescent substance wheel 12, the thermal deterioration of an irradiation position can be prevented and a lifetime of an apparatus can be extended.

本実施形態の場合、蛍光体ホイール12が発光領域Cと非発光領域Dとを有しているため、励起光が発光領域Cを照射している期間では蛍光体ホイール12から黄色の蛍光が射出され、励起光が非発光領域Dを照射している期間では蛍光体ホイール12から反射膜20で反射した青色の励起光が射出される。上述したように、蛍光体ホイール12では4つの発光領域Cと4つの非発光領域Dとが周方向に交互に並んでいるため、蛍光体ホイール12が1回転する間に青色光、黄色光、青色光、黄色光、…というように、青色光と黄色光とが1msec毎に交互に切り替わりながら射出される。このとき、人間の目にとっては青色光と黄色光とが時間的に積分され、青色光と黄色光との合成光である白色光が射出されているように見える。また、蛍光体ホイール12の発光領域Cと非発光領域Dの面積比率を変えることによって、蛍光体ホイール12から射出される青色光の光量と黄色光の光量との比率を変えることができ、白色光の色調整を行うことができる。   In the case of the present embodiment, since the phosphor wheel 12 has the light emitting region C and the non-light emitting region D, yellow fluorescence is emitted from the phosphor wheel 12 during the period in which the excitation light irradiates the light emitting region C. During the period when the excitation light is radiating the non-light emitting region D, the blue excitation light reflected by the reflective film 20 is emitted from the phosphor wheel 12. As described above, in the phosphor wheel 12, since the four light emitting regions C and the four non-light emitting regions D are alternately arranged in the circumferential direction, blue light, yellow light, Blue light, yellow light,... Are emitted while being alternately switched every 1 msec. At this time, for the human eye, blue light and yellow light are temporally integrated, and it appears that white light, which is a combined light of blue light and yellow light, is emitted. Further, by changing the area ratio between the light emitting region C and the non-light emitting region D of the phosphor wheel 12, the ratio of the amount of blue light emitted from the phosphor wheel 12 to the amount of yellow light can be changed. Light color adjustment can be performed.

コリメート光学系13は、蛍光体ホイール12から射出される光の広がりを抑える第1レンズ25と、第1レンズ25から入射される光を略平行化する第2レンズ26とを備えており、全体として蛍光体ホイール12から射出された光を平行化するものである。第1レンズ25と第2レンズ26とは凸レンズで構成されている。     The collimating optical system 13 includes a first lens 25 that suppresses the spread of light emitted from the phosphor wheel 12, and a second lens 26 that substantially collimates the light incident from the first lens 25. The light emitted from the phosphor wheel 12 is made parallel. The 1st lens 25 and the 2nd lens 26 are comprised by the convex lens.

レンズアレイ14,15は、コリメート光学系13から射出された光の輝度分布を均一化するものである。レンズアレイ14は、複数の第1マイクロレンズ27がマトリクス状に配列されたものである。同様に、レンズアレイ15は、複数の第2マイクロレンズ28がマトリクス状に配列されたものである。第1マイクロレンズ27と第2マイクロレンズ28とは1対1で対応している。コリメート光学系13から射出された光は、複数の第1マイクロレンズ27に空間的に分割されて入射する。第1マイクロレンズ27は、入射した光を対応する第2マイクロレンズ28に結像させる。これにより、複数の第2マイクロレンズ28の各々に2次光源像が形成される。なお、第1マイクロレンズ27、第2マイクロレンズ28の外形形状は、液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bの画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。     The lens arrays 14 and 15 make the luminance distribution of the light emitted from the collimating optical system 13 uniform. The lens array 14 has a plurality of first microlenses 27 arranged in a matrix. Similarly, the lens array 15 includes a plurality of second microlenses 28 arranged in a matrix. The first microlens 27 and the second microlens 28 have a one-to-one correspondence. The light emitted from the collimating optical system 13 is spatially divided and incident on the plurality of first microlenses 27. The first microlens 27 forms an image of the incident light on the corresponding second microlens 28. Thereby, a secondary light source image is formed on each of the plurality of second microlenses 28. Note that the outer shapes of the first microlens 27 and the second microlens 28 are substantially similar to the outer shapes of the image forming areas of the liquid crystal light valve 4R, the liquid crystal light valve 4G, and the liquid crystal light valve 4B.

偏光変換素子16は、レンズアレイ14,15から射出された光の偏光状態を揃えるものである。偏光変換素子16は、複数の偏光変換セルを含んでいる。各偏光変換セルは、第2マイクロレンズ28と1対1で対応している。第2マイクロレンズ28に形成された2次光源像からの光は、この第2マイクロレンズ28に対応する偏光変換セルの入射領域に入射する。     The polarization conversion element 16 aligns the polarization state of the light emitted from the lens arrays 14 and 15. The polarization conversion element 16 includes a plurality of polarization conversion cells. Each polarization conversion cell has a one-to-one correspondence with the second microlens 28. The light from the secondary light source image formed on the second microlens 28 enters the incident area of the polarization conversion cell corresponding to the second microlens 28.

偏光変換セルの各々には、入射領域に対応させて偏光ビームスプリッタ膜(以下、PBS膜と称する)及び位相差板が設けられている。入射領域に入射した光は、PBS膜によりPBS膜に対するP偏光とS偏光とに分離される。P偏光、S偏光の一方の偏光(ここではS偏光)は、反射部材で反射した後、位相差板に入射する。位相差板に入射したS偏光は、位相差板により偏光状態が他方の偏光(ここではP偏光)の偏光状態に変換されてP偏光になり、P偏光とともに射出される。     Each polarization conversion cell is provided with a polarization beam splitter film (hereinafter referred to as a PBS film) and a phase difference plate corresponding to the incident region. The light incident on the incident region is separated into P-polarized light and S-polarized light with respect to the PBS film by the PBS film. One of the P-polarized light and S-polarized light (here, S-polarized light) is reflected by the reflecting member and then enters the phase difference plate. The S-polarized light incident on the phase difference plate is converted into the polarization state of the other polarization (here, P-polarized light) by the phase difference plate, becomes P-polarized light, and is emitted together with the P-polarized light.

重畳レンズ17は、偏光変換素子16から射出された光を被照明領域である液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bにて重畳させるものである。光源装置2から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより輝度分布が均一化されて光線軸周りの軸対称性が高められる。     The superimposing lens 17 superimposes the light emitted from the polarization conversion element 16 on the liquid crystal light valve 4R, the liquid crystal light valve 4G, and the liquid crystal light valve 4B that are illuminated areas. The light emitted from the light source device 2 is spatially divided and then superimposed, whereby the luminance distribution is made uniform and the axial symmetry about the light axis is enhanced.

色分離光学系3は、ダイクロイックミラー30、ダイクロイックミラー31、ミラー32、ミラー33、ミラー34、フィールドレンズ35R、フィールドレンズ35G,フィールドレンズ35B、リレーレンズ36、リレーレンズ37を含んでいる。ダイクロイックミラー30、ダイクロイックミラー31は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー30、ダイクロイックミラー31は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー30が緑色光と青色光とを反射させ、ダイクロイックミラー31が緑色光を反射させる。     The color separation optical system 3 includes a dichroic mirror 30, a dichroic mirror 31, a mirror 32, a mirror 33, a mirror 34, a field lens 35R, a field lens 35G, a field lens 35B, a relay lens 36, and a relay lens 37. The dichroic mirror 30 and the dichroic mirror 31 are formed, for example, by laminating a dielectric multilayer film on a glass surface. The dichroic mirror 30 and the dichroic mirror 31 have characteristics of selectively reflecting color light in a predetermined wavelength band and transmitting color light in other wavelength bands. Here, the dichroic mirror 30 reflects green light and blue light, and the dichroic mirror 31 reflects green light.

光源装置2から射出された光Lは、ダイクロイックミラー30に入射する。光Lのうちの赤色光LRは、ダイクロイックミラー30を透過してミラー32に入射し、ミラー32で反射してフィールドレンズ35Rに入射する。赤色光LRは、フィールドレンズ35Rにより平行化された後に、赤色光変調用の液晶ライトバルブ4Rに入射する。     The light L emitted from the light source device 2 enters the dichroic mirror 30. Of the light L, red light LR is transmitted through the dichroic mirror 30 and incident on the mirror 32, and is reflected by the mirror 32 and incident on the field lens 35R. The red light LR is collimated by the field lens 35R and then enters the liquid crystal light valve 4R for red light modulation.

光Lのうちの緑色光LGと青色光LBとは、ダイクロイックミラー30で反射して、ダイクロイックミラー31に入射する。緑色光LGは、ダイクロイックミラー31で反射してフィールドレンズ35Gに入射する。緑色光LGは、フィールドレンズ35Gにより平行化された後に、緑色光変調用の液晶ライトバルブ4Gに入射する。     Green light LG and blue light LB in the light L are reflected by the dichroic mirror 30 and enter the dichroic mirror 31. The green light LG is reflected by the dichroic mirror 31 and enters the field lens 35G. The green light LG is collimated by the field lens 35G and then enters the liquid crystal light valve 4G for green light modulation.

ダイクロイックミラー31を透過した青色光LBは、リレーレンズ36を透過し、ミラー33で反射した後、リレーレンズ37を透過し、ミラー34で反射してフィールドレンズ35Bに入射する。青色光LBは、フィールドレンズ35Bにより平行化された後に、青色光変調用の液晶ライトバルブ4Bに入射する。青色光LBの光路は他の赤色光LRの光路、緑色光LGの光路と比べて光路長が長いため、光路長が長いことによる光の損失分を補償する目的で青色光LBの光路にはこのようなリレー光学系を適用する。     The blue light LB that has passed through the dichroic mirror 31 passes through the relay lens 36, is reflected by the mirror 33, passes through the relay lens 37, is reflected by the mirror 34, and enters the field lens 35B. The blue light LB is collimated by the field lens 35B and then enters the liquid crystal light valve 4B for blue light modulation. Since the optical path of the blue light LB is longer than the optical path of the other red light LR and the optical path of the green light LG, the optical path of the blue light LB is included for the purpose of compensating for the loss of light due to the long optical path length. Such a relay optical system is applied.

液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bは、透過型の液晶ライトバルブにより構成されている。液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bは、画像情報を含んだ画像信号を供給するパーソナルコンピューター等の信号源(図示略)と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素毎に変調して画像を形成する。液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。液晶ライトバルブ4R,液晶ライトバルブ4G,液晶ライトバルブ4Bにより変調された光(形成された画像)は、色合成素子5に入射する。     The liquid crystal light valve 4R, the liquid crystal light valve 4G, and the liquid crystal light valve 4B are constituted by transmissive liquid crystal light valves. The liquid crystal light valve 4R, the liquid crystal light valve 4G, and the liquid crystal light valve 4B are electrically connected to a signal source (not shown) such as a personal computer that supplies an image signal including image information. The liquid crystal light valve 4R, the liquid crystal light valve 4G, and the liquid crystal light valve 4B modulate the incident light for each pixel based on the supplied image signal to form an image. The liquid crystal light valve 4R, the liquid crystal light valve 4G, and the liquid crystal light valve 4B form a red image, a green image, and a blue image, respectively. The light (formed image) modulated by the liquid crystal light valve 4R, the liquid crystal light valve 4G, and the liquid crystal light valve 4B enters the color composition element 5.

色合成素子5は、ダイクロイックプリズムにより構成されている。ダイクロイックプリズムは、4つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射して緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射して緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面をそのまま直進して射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして3つの色光(画像)が重ね合わされて合成され、合成された色光が投写光学系6によってスクリーン7に拡大投写される。     The color synthesizing element 5 is constituted by a dichroic prism. The dichroic prism has a structure in which four triangular prisms are bonded to each other. The surface to be bonded in the triangular prism becomes the inner surface of the dichroic prism. On the inner surface of the dichroic prism, a mirror surface that reflects red light and transmits green light and a mirror surface that reflects blue light and transmits green light are formed orthogonal to each other. The green light incident on the dichroic prism goes straight through the mirror surface and is emitted. The red light and blue light incident on the dichroic prism are selectively reflected or transmitted by the mirror surface and emitted in the same direction as the emission direction of the green light. In this way, the three color lights (images) are superimposed and synthesized, and the synthesized color lights are enlarged and projected onto the screen 7 by the projection optical system 6.

以下、本実施形態の光源装置2におけるダイクロイックミラー10と1/4波長板11の作用について説明する。
図3は、本実施形態の光源装置2におけるダイクロイックミラー10の偏光分離特性を示す図である。図3の横軸は光の波長〔nm〕であり、縦軸は光の反射率(=反射光量/入射光量)〔%〕である。ダイクロイックミラー10は、選択反射面10aに入射する偏光がP偏光であるか、S偏光であるかによって異なる反射特性を有しており、図3における実線がP偏光の反射率を示し、破線がS偏光の反射率を示している。
Hereinafter, the operation of the dichroic mirror 10 and the quarter wavelength plate 11 in the light source device 2 of the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram showing the polarization separation characteristics of the dichroic mirror 10 in the light source device 2 of the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 3 is the wavelength of light [nm], and the vertical axis is the reflectance of light (= the amount of reflected light / the amount of incident light) [%]. The dichroic mirror 10 has different reflection characteristics depending on whether the polarized light incident on the selective reflection surface 10a is P-polarized light or S-polarized light. The solid line in FIG. 3 indicates the reflectance of P-polarized light, and the broken line indicates The reflectance of S-polarized light is shown.

図3に示すように、本実施形態のダイクロイックミラー10は、選択反射面10aと励起光L1の光軸とのなす角度が45度である状態において、P偏光に対しては概ね475nm付近で反射率が変化する。例えば波長が450nmの青色光に対する反射率は略0%であり、波長が450nmの青色光の略全量を透過する。一方、例えば波長が550nmの黄色光に対する反射率は略100%であり、波長が550nmの黄色光の略全量を反射する。また、S偏光に対しては概ね425nm付近で反射率が変化する。例えば波長が450nmの青色光に対する反射率と、波長が550nmの黄色光に対する反射率とはともに略100%であり、これらの光の略全量を反射する。   As shown in FIG. 3, the dichroic mirror 10 of the present embodiment reflects the light at approximately 475 nm with respect to the P-polarized light in a state where the angle formed by the selective reflection surface 10a and the optical axis of the excitation light L1 is 45 degrees. The rate changes. For example, the reflectivity for blue light having a wavelength of 450 nm is approximately 0%, and substantially the entire amount of blue light having a wavelength of 450 nm is transmitted. On the other hand, for example, the reflectance for yellow light having a wavelength of 550 nm is approximately 100%, and substantially the entire amount of yellow light having a wavelength of 550 nm is reflected. For S-polarized light, the reflectance changes approximately in the vicinity of 425 nm. For example, the reflectance with respect to blue light having a wavelength of 450 nm and the reflectance with respect to yellow light having a wavelength of 550 nm are both approximately 100%, and substantially all of the light is reflected.

本実施形態の場合、レーザー光源9からは励起光L1として中心波長が450nmのP偏光の青色光が射出されるため、この励起光L1は図3の偏光分離特性を有するダイクロイックミラー10の選択反射面10aを透過することができる。図1に示すように、ダイクロイックミラー10を透過した往路の励起光L1は1/4波長板11を透過すると、位相が1/4波長進むため、P偏光が例えば右回りの円偏光に変換される。右回りの円偏光となった往路の励起光L1は、その後、蛍光体ホイール12で反射するが、この反射によって位相が1/2波長進むため、右回りの円偏光が左回りの円偏光に変換される。左回りの円偏光となった復路の励起光L2は1/4波長板11を透過すると、位相が1/4波長遅れるため、左回りの円偏光がS偏光に変換される。S偏光に変換された中心波長が450nmの青色光は、図3の偏光分離特性を有するダイクロイックミラー10の選択反射面10aで反射する。また、蛍光体ホイール12から発せられた中心波長が550nmの黄色の蛍光は、偏光状態に係わらずダイクロイックミラー10の選択反射面10aで反射する。   In the present embodiment, since the laser light source 9 emits P-polarized blue light having a central wavelength of 450 nm as the excitation light L1, the excitation light L1 is selectively reflected by the dichroic mirror 10 having the polarization separation characteristics shown in FIG. The surface 10a can be transmitted. As shown in FIG. 1, when the forward excitation light L1 that has passed through the dichroic mirror 10 passes through the quarter-wave plate 11, the phase advances by 1/4 wavelength, so that the P-polarized light is converted into, for example, clockwise circularly-polarized light. The The forward excitation light L1 that has become clockwise circularly polarized light is then reflected by the phosphor wheel 12, and the phase advances by 1/2 wavelength due to this reflection, so that the clockwise circularly polarized light becomes counterclockwise circularly polarized light. Converted. When the backward excitation light L2 that has become counterclockwise circularly polarized light passes through the quarter-wave plate 11, the phase is delayed by a quarter wavelength, so that the counterclockwise circularly polarized light is converted to S-polarized light. The blue light having a center wavelength of 450 nm converted to S-polarized light is reflected by the selective reflection surface 10a of the dichroic mirror 10 having the polarization separation characteristics shown in FIG. Further, yellow fluorescence emitted from the phosphor wheel 12 and having a center wavelength of 550 nm is reflected by the selective reflection surface 10a of the dichroic mirror 10 regardless of the polarization state.

仮にダイクロイックミラー10が図3のような偏光分離特性を持っていなかったとすると、復路の励起光L2がダイクロイックミラー10を透過してしまい、後段の光学系に向けて光路を変更できないおそれがある。本実施形態では、青色の励起光と黄色の蛍光とで白色光を生成しているので、それでは所望の白色光を得ることができない。その点、本実施形態の光源装置2は、ダイクロイックミラー10が図3のような偏光分離特性を持っているため、所望の白色光を得ることができる。   If the dichroic mirror 10 does not have the polarization separation characteristic as shown in FIG. 3, the return path excitation light L2 may pass through the dichroic mirror 10 and the optical path may not be changed toward the subsequent optical system. In the present embodiment, since white light is generated by blue excitation light and yellow fluorescence, desired white light cannot be obtained. In that respect, the light source device 2 of the present embodiment can obtain desired white light because the dichroic mirror 10 has the polarization separation characteristics as shown in FIG.

本実施形態の光源装置2においては、レーザー光源9から射出される励起光の光路が蛍光体ホイール12で折り返され、励起光と蛍光とが蛍光体ホイール12からレーザー光源9に向けて射出され、その途中でダイクロイックミラー10によって後段の光学系に向けて反射される。このように、反射型の蛍光体ホイール12を用い、光路を折り返すことで光源装置2の小型化を図ることができる。また、蛍光体ホイール12の支持基板19が熱伝導率に優れているため、蛍光体の温度上昇が抑制され、信頼性を確保できるとともに、蛍光体の変換効率を高められる。   In the light source device 2 of the present embodiment, the optical path of the excitation light emitted from the laser light source 9 is folded back by the phosphor wheel 12, and the excitation light and the fluorescence are emitted from the phosphor wheel 12 toward the laser light source 9. On the way, the light is reflected by the dichroic mirror 10 toward the subsequent optical system. In this way, the light source device 2 can be downsized by using the reflective phosphor wheel 12 and turning the optical path back. Moreover, since the support substrate 19 of the phosphor wheel 12 is excellent in thermal conductivity, the temperature rise of the phosphor is suppressed, reliability can be ensured, and the phosphor conversion efficiency can be increased.

なお、本実施形態においては、レーザー光源9から射出される青色光と蛍光体ホイール12から発せられる黄色光とで白色光を生成する例を示したが、この構成に限ることはない。例えば、青色光を励起光として赤色光を発する蛍光体が設けられた赤色発光領域と、青色光を励起光として緑色光を発する蛍光体が設けられた緑色発光領域と、蛍光体が設けられず、励起光である青色光を反射する非発光領域と、を備えた蛍光体ホイールを用いても良い。この場合、蛍光体ホイールが1回転する間に赤色光、緑色光、青色光が順次切り替わりながら射出され、これらの光が合成された白色光が得られる。また、例えば赤色光は第2の波長領域を含む蛍光であり、緑色光は第3の波長領域を含む蛍光であり、赤色発光領域は、支持面19aのうちの例えば第1の領域に相当する。   In the present embodiment, an example in which white light is generated by blue light emitted from the laser light source 9 and yellow light emitted from the phosphor wheel 12 is shown, but the present invention is not limited to this configuration. For example, a red light emitting region provided with a phosphor that emits red light using blue light as excitation light, a green light emitting region provided with a phosphor that emits green light using blue light as excitation light, and a phosphor are not provided. A phosphor wheel including a non-light emitting region that reflects blue light that is excitation light may be used. In this case, red light, green light, and blue light are emitted while being sequentially switched during one rotation of the phosphor wheel, and white light obtained by combining these lights is obtained. For example, red light is fluorescence including the second wavelength region, green light is fluorescence including the third wavelength region, and the red light emitting region corresponds to, for example, the first region of the support surface 19a. .

さらに、これらの3原色の光に例えば白、黄、黒緑等の色光を加えて4色にしても良く、これにより色、階調、輝度等の表現範囲を広げることができる。あるいは、1つの蛍光体ホイール内に同じ特性の領域を周期的に繰り返して並べる構成とすれば、カラーブレークアップを低減することができる。例えば、1つの蛍光体ホイールを6個の領域に分割し、これらの領域に赤色発光領域、緑色発光領域、非発光領域(青色光射出領域)、赤色発光領域、緑色発光領域、非発光領域(青色光射出領域)をこの順に割り当てても良い。   Further, for example, white, yellow, and black-green light may be added to these three primary colors to form four colors, thereby widening the expression range of colors, gradations, luminances, and the like. Or if it is set as the structure which arranges the area | region of the same characteristic in one fluorescent substance wheel periodically and repeatedly, a color breakup can be reduced. For example, one phosphor wheel is divided into six areas, and these areas are divided into a red light emission area, a green light emission area, a non-light emission area (blue light emission area), a red light emission area, a green light emission area, and a non-light emission area ( Blue light emission areas) may be assigned in this order.

本実施形態においては図3を用いて説明したように、波長が450nmのP偏光の青色光に対する反射率Rpが略0%であり、波長が450nmのS偏光の青色光に対する反射率Rsが略100%であるようなダイクロイックミラー10を用いている。反射率Rpと反射率Rsとの差は大きいほうが好ましいが、必ずしも、反射率Rpが略0%であり、かつ反射率Rsが略100%である必要は無い。
例えば、P偏光成分がS偏光成分よりも優勢な往路の励起光L1がダイクロイックミラー10に入射し、S偏光成分がP偏光成分よりも優勢な復路の励起光L2がダイクロイックミラー10に入射する場合、励起光L1が含む第1の波長領域において、S偏光成分に対する反射率がP偏光成分に対する反射率よりも高ければよい。このようにすれば、楕円偏光の励起光L1のうち優勢なP偏光成分がダイクロイックミラー10を透過して発光層21に入射し、蛍光体ホイール12で反射した楕円偏光の励起光L2のうち優勢なS偏光成分がダイクロイックミラー10によって後段の光学系に向けて反射される。そのため、効率が高い光源装置を実現することができる。
同様に、S偏光成分がP偏光成分よりも優勢な往路の励起光L1がダイクロイックミラー10に入射し、P偏光成分がS偏光成分よりも優勢な復路の励起光L2がダイクロイックミラー10に入射する場合、励起光L1が含む第1の波長領域において、P偏光成分に対する反射率がS偏光成分に対する反射率よりも高ければよい。
In the present embodiment, as described with reference to FIG. 3, the reflectance Rp for P-polarized blue light having a wavelength of 450 nm is approximately 0%, and the reflectance Rs for S-polarized blue light having a wavelength of 450 nm is approximately A dichroic mirror 10 that is 100% is used. Although it is preferable that the difference between the reflectance Rp and the reflectance Rs is large, it is not always necessary that the reflectance Rp is approximately 0% and the reflectance Rs is approximately 100%.
For example, the forward excitation light L1 in which the P polarization component is dominant over the S polarization component is incident on the dichroic mirror 10, and the return excitation light L2 in which the S polarization component is dominant over the P polarization component is incident on the dichroic mirror 10. In the first wavelength region included in the excitation light L1, it is sufficient that the reflectance for the S-polarized component is higher than the reflectance for the P-polarized component. In this way, the dominant P-polarized component of the elliptically polarized excitation light L1 passes through the dichroic mirror 10 and enters the light emitting layer 21, and is dominant among the elliptically polarized excitation light L2 reflected by the phosphor wheel 12. S-polarized components are reflected by the dichroic mirror 10 toward the subsequent optical system. Therefore, a light source device with high efficiency can be realized.
Similarly, the forward excitation light L1 in which the S polarization component is dominant over the P polarization component enters the dichroic mirror 10, and the return excitation light L2 in which the P polarization component is dominant over the S polarization component enters the dichroic mirror 10. In this case, it is sufficient that the reflectance for the P-polarized component is higher than the reflectance for the S-polarized component in the first wavelength region included in the excitation light L1.

[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図4、図5を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様であり、光源装置に補助固体光源を備えた点が異なっている。
図4は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。図5は、光源装置に用いるダイクロイックミラーの偏光分離特性を示す図である。
図4において、第1実施形態の図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projector of this embodiment is the same as that of the first embodiment, except that an auxiliary solid-state light source is provided in the light source device.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the projector according to the present embodiment. FIG. 5 is a diagram showing polarization separation characteristics of a dichroic mirror used in the light source device.
In FIG. 4, the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 1 of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態のプロジェクター41は、図4に示すように、光源装置42が、レーザー光源9に加えて、補助レーザー光源43(補助固体光源)を備えている。補助レーザー光源43は、射出光L3の光路がレーザー光源9からの励起光L1の光路と直交し、ダイクロイックミラー44の選択反射面44aに対して45度の角度をなすように配置されている。補助レーザー光源43は、レーザー光源9からの射出光(励起光)と同じ色の色光を射出するものでも良いし、蛍光体ホイール12から発せられる蛍光と同じ色の色光を射出するものでも良いし、レーザー光源9からの射出光や蛍光体ホイール12から発せられる蛍光とは異なる色の色光を射出するものでも良い。本実施形態の補助レーザー光源43は、中心波長が660nmの赤色光を射出するものとする。また、補助レーザー光源43は、レーザー光源9とは独立してオン・オフが制御できるものとする。   In the projector 41 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the light source device 42 includes an auxiliary laser light source 43 (auxiliary solid light source) in addition to the laser light source 9. The auxiliary laser light source 43 is disposed such that the optical path of the emitted light L3 is orthogonal to the optical path of the excitation light L1 from the laser light source 9 and forms an angle of 45 degrees with respect to the selective reflection surface 44a of the dichroic mirror 44. The auxiliary laser light source 43 may emit color light having the same color as that emitted from the laser light source 9 (excitation light), or may emit color light having the same color as the fluorescence emitted from the phosphor wheel 12. Alternatively, the light emitted from the laser light source 9 or the color light different from the fluorescence emitted from the phosphor wheel 12 may be emitted. The auxiliary laser light source 43 of this embodiment emits red light having a center wavelength of 660 nm. The auxiliary laser light source 43 can be turned on / off independently of the laser light source 9.

本実施形態のダイクロイックミラー44は、図5に示すように、第1実施形態のダイクロイックミラー10と偏光分離特性が異なっている。具体的には、本実施形態の場合、短波長側の偏光分離特性は第1実施形態と同様であるが、長波長側の偏光分離特性が異なっている。P偏光に対しては、475nm付近に加えて、概ね625nm付近で反射率が変化する。例えば波長が660nmの赤色光に対する反射率は略0%であり、波長が660nmの赤色光の略全量を透過する。したがって、ダイクロイックミラー44は、レーザー光源9から射出される励起光と蛍光体ホイール12から発せられる蛍光に対しては第1実施形態と同じ挙動を示し、補助レーザー光源43から射出されるP偏光の赤色光は選択反射面44aを透過する。これにより、補助レーザー光源43から射出される赤色光は、レーザー光源9から射出される青色光と蛍光体ホイール12から発せられる黄色光とともに後段の光学系に向けて進行する。   As shown in FIG. 5, the dichroic mirror 44 of the present embodiment is different in polarization separation characteristics from the dichroic mirror 10 of the first embodiment. Specifically, in the case of this embodiment, the polarization separation characteristic on the short wavelength side is the same as that of the first embodiment, but the polarization separation characteristic on the long wavelength side is different. For P-polarized light, the reflectance changes approximately in the vicinity of 625 nm in addition to in the vicinity of 475 nm. For example, the reflectance for red light having a wavelength of 660 nm is approximately 0%, and substantially the entire amount of red light having a wavelength of 660 nm is transmitted. Therefore, the dichroic mirror 44 exhibits the same behavior as the first embodiment with respect to the excitation light emitted from the laser light source 9 and the fluorescence emitted from the phosphor wheel 12, and the P-polarized light emitted from the auxiliary laser light source 43. The red light is transmitted through the selective reflection surface 44a. Thus, the red light emitted from the auxiliary laser light source 43 travels toward the subsequent optical system together with the blue light emitted from the laser light source 9 and the yellow light emitted from the phosphor wheel 12.

本実施形態においても、高い信頼性を確保するとともに、装置の小型化を図ることができる光源装置およびプロジェクターを提供できる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。さらに本実施形態の場合、光源装置42が個別に制御可能な補助レーザー光源43を備えているため、補助レーザー光源43から射出される光の色や光量を適宜選択することにより、色、階調、輝度等の表現範囲を自由に広げることができる。   Also in the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, such as providing a light source device and a projector that can ensure high reliability and reduce the size of the device. Furthermore, in the case of the present embodiment, the light source device 42 includes the auxiliary laser light source 43 that can be individually controlled. Therefore, by appropriately selecting the color and light amount of the light emitted from the auxiliary laser light source 43, the color and gradation are selected. The range of expression such as brightness can be freely expanded.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、レーザー光源から射出される青色の励起光と蛍光体ホイールから発せられる黄色の蛍光とで白色光を合成し、あるいは、赤色の蛍光と緑色の蛍光と青色の励起光とで白色光を合成し、得られた白色光を色分離光学系で赤色光、緑色光、青色光に分離して3つの光変調素子に導く構成のプロジェクターの例を示した。この構成に代えて、赤色の蛍光と緑色の蛍光と青色の励起光とを時分割で射出するのと同期させて1つの光変調素子を時分割で駆動し、赤色光用画像、緑色光用画像、青色光用画像を順次表示することでフルカラーの画像を表示する構成のプロジェクター、いわゆる単板式のプロジェクターとしても良い。この場合、光変調素子としては液晶ライトバルブを用いても良いが、DMD(Digital Micromirror Device :TI 社の登録商標)を用いても良い。また、発光素子として、蛍光体ホイールの例を説明したが、固定された平板の上に発光層を備えた蛍光素子を用いてもよい。その他、上記実施形態で示したプロジェクターの各構成要素の構成材料、形状、数、配置等に関しては適宜変更が可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, white light is synthesized by blue excitation light emitted from a laser light source and yellow fluorescence emitted from a phosphor wheel, or red fluorescence, green fluorescence, and blue excitation light are combined. An example of a projector having a configuration in which white light is synthesized, and the obtained white light is separated into red light, green light, and blue light by a color separation optical system and led to three light modulation elements is shown. Instead of this configuration, one light modulation element is driven in time division in synchronization with emission of red fluorescence, green fluorescence, and blue excitation light in time division, and images for red light and green light are used. A projector that is configured to display a full-color image by sequentially displaying an image and an image for blue light, a so-called single-plate projector may be used. In this case, a liquid crystal light valve may be used as the light modulation element, but DMD (Digital Micromirror Device: registered trademark of TI) may be used. Moreover, although the example of the fluorescent substance wheel was demonstrated as a light emitting element, you may use the fluorescent element provided with the light emitting layer on the fixed flat plate. In addition, the constituent material, shape, number, arrangement, and the like of each component of the projector shown in the above embodiment can be appropriately changed.

1,41…プロジェクター、2,42…光源装置、4R,4G,4B…液晶ライトバルブ(光変調素子)、9…レーザー光源(固体光源)、10,44…ダイクロイックミラー、11…1/4波長板(位相差板)、12…蛍光体ホイール(発光素子)、19…支持基板(支持基材)、20…反射膜、21…発光層、43…補助レーザー光源(補助固体光源)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,41 ... Projector, 2,42 ... Light source device, 4R, 4G, 4B ... Liquid crystal light valve (light modulation element), 9 ... Laser light source (solid light source), 10, 44 ... Dichroic mirror, 11 ... 1/4 wavelength Plate (retardation plate), 12 ... phosphor wheel (light emitting element), 19 ... support substrate (support base material), 20 ... reflection film, 21 ... light emitting layer, 43 ... auxiliary laser light source (auxiliary solid light source).

Claims (7)

第1の波長領域を含む励起光を射出する固体光源と、
前記励起光の照射によって前記第1の波長領域とは異なる第2の波長領域を含む蛍光を発する蛍光体を含む蛍光体層および前記蛍光体層を支持する支持面を有する支持基材を備えた発光素子と、
前記固体光源と前記発光素子との間の前記励起光の光路上に設けられたダイクロイックミラーと、
前記発光素子と前記ダイクロイックミラーとの間の前記励起光の光路上に設けられた位相差板と、を備え、
前記支持基材が、前記励起光と前記蛍光とを反射させる反射面を備え、
前記ダイクロイックミラーは、前記蛍光を反射するとともに、前記第1の波長領域における第1の偏光成分に対する反射率が、前記第1の波長領域における第2の偏光成分に対する反射率よりも低く、
前記支持基材の支持面のうちの第1の領域に前記蛍光体層が設けられ、前記支持面のうちの第2の領域には前記蛍光体層が設けられておらず、
前記第1の領域と前記第2の領域の双方にわたって、前記反射面を構成する反射膜が設けられていることを特徴とする光源装置。
A solid-state light source that emits excitation light including a first wavelength region;
Provided is a phosphor layer including a phosphor that emits fluorescence including a second wavelength region different from the first wavelength region by irradiation of the excitation light, and a support substrate having a support surface that supports the phosphor layer. A light emitting element;
A dichroic mirror provided on the optical path of the excitation light between the solid-state light source and the light-emitting element;
A retardation plate provided on the optical path of the excitation light between the light emitting element and the dichroic mirror,
The support substrate includes a reflective surface that reflects the excitation light and the fluorescence;
The dichroic mirror reflects the fluorescence and has a lower reflectance for the first polarization component in the first wavelength region than a reflectance for the second polarization component in the first wavelength region,
The phosphor layer is provided in a first region of the support surface of the support substrate, and the phosphor layer is not provided in a second region of the support surface,
A light source device characterized in that a reflective film constituting the reflective surface is provided over both the first region and the second region.
前記第1の偏光成分が前記ダイクロイックミラーの反射面に対するP偏光もしくはS偏光のうちのいずれか一方であり、前記第2の偏光成分が前記P偏光および前記S偏光のうちの残りの他方であり、
前記位相差板が前記第1の波長領域に対する1/4波長板であることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
The first polarization component is either P-polarized light or S-polarized light with respect to the reflecting surface of the dichroic mirror, and the second polarization component is the other of the P-polarized light and the S-polarized light. ,
The light source device according to claim 1, wherein the retardation plate is a ¼ wavelength plate for the first wavelength region.
前記支持基材が金属基板からな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 light source device according to claim 1, wherein the support base is made of a metal substrate. 前記発光素子に、前記第2の波長領域とは異なる第3の波長領域を含む蛍光を発する第2の蛍光体層が設けられたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の光源装置。   The second phosphor layer that emits fluorescence including a third wavelength region different from the second wavelength region is provided in the light emitting element. The light source device described. 前記第1の波長領域とは異なる波長領域を含む光を射出する補助固体光源を備えたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の光源装置。   5. The light source device according to claim 1, further comprising an auxiliary solid-state light source that emits light including a wavelength region different from the first wavelength region. 前記支持基材が、前記支持面に交差する回転軸を中心として回転可能とされたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の光源装置。   6. The light source device according to claim 1, wherein the support base material is rotatable about a rotation axis that intersects the support surface. 7. 請求項1ないし6のいずれか一項に記載の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。   A light source device according to any one of claims 1 to 6, a light modulation element that modulates light emitted from the light source device, a projection optical system that projects light modulated by the light modulation element, A projector characterized by comprising:
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