JP6369037B2 - Light source device, projector - Google Patents

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Description

本発明は、光源装置、プロジェクターに関するものである。   The present invention relates to a light source device and a projector.

従来から、光源装置から射出された光により光変調装置を照明し、光変調装置により変調されて射出された画像光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが広く知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a projector that illuminates a light modulation device with light emitted from a light source device and enlarges and projects the image light modulated and emitted by the light modulation device onto a screen using a projection optical system is widely known.

プロジェクター用の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー(LD)などのレーザー光源が注目されている。レーザー光源を用いたプロジェクターでは、半導体レーザーから射出された励起光(青色光)と、この励起光により蛍光体を励起することによって生成された蛍光光(黄色光)とを照明光として利用することが知られている。   As a light source for a projector, a laser light source such as a semiconductor laser (LD) capable of obtaining light with high luminance and high output has attracted attention. In a projector using a laser light source, excitation light (blue light) emitted from a semiconductor laser and fluorescent light (yellow light) generated by exciting a phosphor with this excitation light are used as illumination light. It has been known.

特許文献1には、蛍光体層を備える光源装置と、光源装置から射出された光の拡がりを抑える凸メニスカスレンズと、を備えたプロジェクターが開示されている。   Patent Document 1 discloses a projector including a light source device including a phosphor layer and a convex meniscus lens that suppresses the spread of light emitted from the light source device.

特開2011−128482号公報JP 2011-128482 A

特許文献1に示すプロジェクターでは、断面視矩形状を成す複数の基台の上に蛍光体層が配置されている。高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーにより励起される蛍光体層は非常に高温になるが、従来文献の構成では蛍光体層の冷却が不十分である。このことが、蛍光体層の劣化や蛍光体層の発光効率の低下を招くおそれがある。   In the projector shown in Patent Document 1, a phosphor layer is disposed on a plurality of bases having a rectangular shape in cross section. Although the phosphor layer excited by the semiconductor laser that can obtain light with high luminance and high output becomes very high temperature, the structure of the conventional literature is insufficiently cooled. This may lead to deterioration of the phosphor layer and a decrease in luminous efficiency of the phosphor layer.

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、蛍光体層の冷却効率を向上することのできる光源装置、プロジェクターを提供することを目的の一つとしている。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a light source device and a projector that can improve the cooling efficiency of the phosphor layer.

本発明の一形態である光源装置は、光源と、第1面を有する基板と、前記第1面上に設けられ、前記第1面に対して傾斜する傾斜面を有する凸部と、前記凸部上に設けられ、前記光源から射出された第1の波長帯の光により励起されることによって前記第1の波長帯の光とは異なる第2の波長帯の光を生成する蛍光体層と、前記蛍光体層の前記凸部とは反対側に配置され、前記蛍光体層の光射出面に対向する光入射面が凹面とされたメニスカスレンズと、を備え、前記傾斜面は、前記メニスカスレンズの前記光入射面の曲率に倣うように湾曲していることを特徴とする。 A light source device according to one aspect of the present invention includes a light source, a substrate having a first surface, a convex portion provided on the first surface and having an inclined surface inclined with respect to the first surface, and the convex A phosphor layer that is provided on the part and generates light of a second wavelength band different from the light of the first wavelength band by being excited by light of the first wavelength band emitted from the light source; A meniscus lens disposed on the opposite side of the phosphor layer from the convex portion and having a light incident surface facing the light exit surface of the phosphor layer as a concave surface, and the inclined surface includes the meniscus curved so as to follow the curvature of the light incident surface of the lens, characterized in Rukoto.

本発明の一形態である光源装置によれば、蛍光体層を備える凸部が傾斜面を備えて構成されていることから、凸部とメニスカスレンズとの間を空気がスムーズに流動し、蛍光体層を効率よく冷却することができる。また、傾斜面を設けることにより凸部の表面積が増えるため、蛍光体層に対する放熱効果を高めることが可能となる。   According to the light source device which is an embodiment of the present invention, the convex portion including the phosphor layer is configured to include the inclined surface, and thus air smoothly flows between the convex portion and the meniscus lens, The body layer can be efficiently cooled. Moreover, since the surface area of the convex portion is increased by providing the inclined surface, it is possible to enhance the heat dissipation effect on the phosphor layer.

本発明の一形態である光源装置において、前記メニスカスレンズは、蛍光体層の中心からの光線の前記光入射面への最大入射角が60°未満となるように構成されている構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、メニスカスレンズの凹面に入射する光線のフレネル損失が軽減され、蛍光体層から放射された光の入射効率を高めることができる。
In the light source device according to one aspect of the present invention, the meniscus lens may be configured such that a maximum incident angle of light rays from the center of the phosphor layer to the light incident surface is less than 60 °. .
According to the light source device which is an embodiment of the present invention, Fresnel loss of light incident on the concave surface of the meniscus lens can be reduced, and the incident efficiency of light emitted from the phosphor layer can be increased.

本発明の一形態である光源装置において、前記凸部は平坦面を有し、前記平坦面上に前記蛍光体層が設けられている構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、凸部上に蛍光体層を設けやすく、製造が簡単になる。
In the light source device according to one aspect of the present invention, the convex portion may have a flat surface, and the phosphor layer may be provided on the flat surface.
According to the light source device which is one form of this invention, a fluorescent substance layer is easy to provide on a convex part, and manufacture becomes easy.

本発明の一形態である光源装置において、前記傾斜面上に前記蛍光体層が設けられている構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、凸部の傾斜面に倣うようにして蛍光体層が形成されるため、蛍光体層の表面上をよりスムーズに空気が流れていくことになる。これにより、蛍光体層の冷却効率が向上する。
In the light source device according to one embodiment of the present invention, the phosphor layer may be provided on the inclined surface.
According to the light source device according to one aspect of the present invention, the phosphor layer is formed so as to follow the inclined surface of the convex portion, so that air flows more smoothly on the surface of the phosphor layer. . Thereby, the cooling efficiency of the phosphor layer is improved.

本発明の一形態である光源装置において、前記メニスカスレンズは、前記光入射面の外側に前記メニスカスレンズの光軸と交差する端面を有しており、前記端面が前記蛍光体層よりも前記基板側に位置している構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、メニスカスレンズの光入射面と蛍光体層とを近づけて配置することができるため、蛍光体層から放射される光の多くをメニスカスレンズに入射させることが可能となる。
In the light source device according to one aspect of the present invention, the meniscus lens has an end surface that intersects an optical axis of the meniscus lens outside the light incident surface, and the end surface is located on the substrate rather than the phosphor layer. It is good also as a structure located in the side.
According to the light source device which is an embodiment of the present invention, the light incident surface of the meniscus lens and the phosphor layer can be arranged close to each other, so that most of the light emitted from the phosphor layer is incident on the meniscus lens. It becomes possible.

本発明の一形態である光源装置において、前記メニスカスレンズの前記光入射面には反射防止構造が施されている構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、メニスカスレンズの凹面に入射する光線のフレネル損失が軽減され、蛍光体層から放射された光の入射効率を高めることができる。
The light source device which is one form of this invention WHEREIN: It is good also as a structure by which the reflection preventing structure is given to the said light-incidence surface of the said meniscus lens.
According to the light source device which is an embodiment of the present invention, Fresnel loss of light incident on the concave surface of the meniscus lens can be reduced, and the incident efficiency of light emitted from the phosphor layer can be increased.

本発明の一形態である光源装置において、平面視円形状をなす前記凸部と前記メニスカスレンズとが同軸上に配置されている構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、傾斜面を有する凸部とメニスカスレンズとが同軸上に配置されているため、凸部とメニスカスレンズとの間の空間が軸回りに均一に形成される。これにより、凸部(蛍光体層)とメニスカスレンズとの間の空間を空気がスムーズに流れていく。
The light source device which is one form of this invention WHEREIN: It is good also as a structure by which the said convex part and the said meniscus lens which make a planar view circular shape are arrange | positioned coaxially.
According to the light source device according to one aspect of the present invention, since the convex portion having the inclined surface and the meniscus lens are arranged coaxially, a space between the convex portion and the meniscus lens is uniformly formed around the axis. Is done. Thereby, air smoothly flows through the space between the convex portion (phosphor layer) and the meniscus lens.

本発明の一形態である光源装置において、前記凸部と前記基板とが一体に形成されている構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、凸部と基板とを接着させる接着剤が不要となる。これにより、凸部及び基板を熱伝導の高い材料を用いて形成することが可能となるため蛍光体層の放熱性が向上する。したがって、蛍光体層の劣化や発光効率の低下を防止することができる。
The light source device which is one form of this invention WHEREIN: It is good also as a structure by which the said convex part and the said board | substrate are integrally formed.
According to the light source device which is one form of this invention, the adhesive agent which adhere | attaches a convex part and a board | substrate becomes unnecessary. Thereby, since it becomes possible to form a convex part and a board | substrate using a material with high heat conductivity, the heat dissipation of a fluorescent substance layer improves. Therefore, it is possible to prevent the phosphor layer from being deteriorated and the luminous efficiency from being lowered.

本発明の一形態である光源装置において、前記凸部が銅から構成されている構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、熱伝導率の高い銅を用いて凸部を形成することにより、蛍光体層に対する放熱性を高めることができる。
The light source device which is one form of this invention WHEREIN: It is good also as a structure by which the said convex part is comprised from copper.
According to the light source device which is one form of this invention, the heat dissipation with respect to a fluorescent substance layer can be improved by forming a convex part using copper with high heat conductivity.

本発明の一形態である光源装置において、前記蛍光体層の平面形状が矩形状とされている構成としてもよい。
本発明の一形態である光源装置によれば、蛍光体層を製造しやすい。また、例えば、平面視矩形状のレンズを備えたマルチレンズアレイのような光学系を介して被照射領域を照射する場合、矩形状の蛍光体層から放射された光がマルチレンズアレイの形状に概ね一致することになり、照射光のロスが少なくなる。
In the light source device according to one aspect of the present invention, the phosphor layer may have a rectangular planar shape.
According to the light source device which is one form of this invention, it is easy to manufacture a fluorescent substance layer. In addition, for example, when irradiating the irradiated region via an optical system such as a multi-lens array having a rectangular lens in plan view, the light emitted from the rectangular phosphor layer has the shape of the multi-lens array. In general, they match and the loss of irradiation light is reduced.

本発明の一形態であるプロジェクターは、照明光を照明する照明装置と、前記照明光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備え、前記照明装置として、上記の光源装置を用いることを特徴とする。
本発明の一形態である光源装置によれば、蛍光体層に対する冷却効率の高い光源装置を備えたことにより、信頼性の高いプロジェクターが得られる。
A projector according to an aspect of the present invention includes an illumination device that illuminates illumination light, a light modulation device that modulates the illumination light according to image information to form image light, and a projection optical system that projects the image light And the light source device is used as the illumination device.
According to the light source device which is an embodiment of the present invention, a projector with high reliability can be obtained by including the light source device with high cooling efficiency for the phosphor layer.

第1実施形態におけるプロジェクターの概略構成を示す図。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to a first embodiment. 第1実施形態における光源装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the light source device in 1st Embodiment. 蛍光発光素子が備える蛍光体層の各構成例を示す図。The figure which shows each structural example of the fluorescent substance layer with which a fluorescence light emitting element is provided. 蛍光発光素子とその周辺の構成を示す図。The figure which shows a fluorescence light emitting element and the periphery structure. 蛍光発光素子の概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of a fluorescence light emitting element. 蛍光体層におけるランバート発散角度θを示す図。The figure which shows the Lambert divergence angle (theta) in a fluorescent substance layer. (A)は第1実施形態における蛍光体層周辺の空気の流れを示す図、(B)は従来の構成における蛍光体層周辺の空気の流れを示す図。(A) is a figure which shows the flow of the air around the fluorescent substance layer in 1st Embodiment, (B) is a figure which shows the flow of the air around the fluorescent substance layer in the conventional structure. 第1実施形態における第1ピックアップレンズの有効径と、従来の第1ピックアップレンズの有効径との比較を示す図。The figure which shows the comparison with the effective diameter of the 1st pick-up lens in 1st Embodiment, and the effective diameter of the conventional 1st pick-up lens. (A)は、蛍光体層からメニスカスレンズに入射する光線の最大入射角を示す図であって、(B)は、従来の平凸レンズに対する最大入射角を示す図。(A) is a figure which shows the maximum incident angle of the light ray which injects into a meniscus lens from a fluorescent substance layer, (B) is a figure which shows the maximum incident angle with respect to the conventional plano-convex lens. 第2実施形態における反射防止膜が設けられた第1ピックアップレンズの構成を示す図。The figure which shows the structure of the 1st pick-up lens provided with the antireflection film in 2nd Embodiment. ガラス基板(nd=1.7723)上に従来の反射防止膜を形成した場合の反射特性を示す図。The figure which shows the reflection characteristic at the time of forming the conventional anti-reflective film on a glass substrate (nd = 1.7723). 他の反射防止構造としてモスアイシートを設けた場合の構成を示す図。The figure which shows the structure at the time of providing a moth-eye sheet | seat as another antireflection structure. 第3実施形態における蛍光発光素子における凸部の形状例を示す図。The figure which shows the example of a shape of the convex part in the fluorescence light emitting element in 3rd Embodiment. 第4実施形態における蛍光発光素子における凸部の形状例を示す図。The figure which shows the example of a shape of the convex part in the fluorescence light emitting element in 4th Embodiment. 第5実施形態における蛍光発光素子における凸部の形状例を示す図。The figure which shows the example of a shape of the convex part in the fluorescence light emitting element in 5th Embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

[プロジェクター]
先ず、本発明に係る第1実施形態のプロジェクターの一例について説明する。
図1は、第1実施形態におけるプロジェクターの概略構成を示す図である。
[projector]
First, an example of the projector according to the first embodiment of the invention will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to the first embodiment.

図1に示すように、プロジェクター1は、スクリーン(被投射面)SCR上にカラー映像(画像)を表示する投射型画像表示装置であり、照明装置20Aと、色分離光学系3、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4B、合成光学系5、投射光学系6を概略備えている。   As shown in FIG. 1, the projector 1 is a projection-type image display device that displays a color image (image) on a screen (projected surface) SCR, and includes an illumination device 20A, a color separation optical system 3, and a light modulation device. 4R, a light modulation device 4G, a light modulation device 4B, a synthesis optical system 5, and a projection optical system 6 are roughly provided.

光変調装置4R,光変調装置4Gおよび光変調装置4Bは、赤色光LR、緑色光LG、青色光LBの各色光に対応した3つの光変調装置である。照明装置20Aは、光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー(レーザー光源)21a(図2)を用いている。   The light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B are three light modulation devices corresponding to each color light of the red light LR, the green light LG, and the blue light LB. The illumination device 20A uses, as a light source, a semiconductor laser (laser light source) 21a (FIG. 2) that can obtain light with high luminance and high output.

照明装置20Aは、半導体レーザー21aから射出された励起光(青色光)と、この励起光により蛍光体を励起することによって生成された蛍光光(黄色光)とを混ぜることによって照明光(白色光)WLを得るものである。照明装置20Aは、均一な照度分布を有するように調整された照明光WLを色分離光学系3に向かって照射する。   The illuminating device 20A mixes excitation light (blue light) emitted from the semiconductor laser 21a with fluorescent light (yellow light) generated by exciting the phosphor with this excitation light, thereby illuminating light (white light). ) WL is obtained. The illuminating device 20A irradiates the color separation optical system 3 with the illumination light WL adjusted to have a uniform illuminance distribution.

色分離光学系3は、第1ダイクロイックミラー7a及び第2ダイクロイックミラー7bと、第1反射ミラー8a、第2反射ミラー8b及び第3反射ミラー8cと、第1リレーレンズ9a及び第2リレーレンズ9bとを概略備えている。   The color separation optical system 3 includes a first dichroic mirror 7a and a second dichroic mirror 7b, a first reflection mirror 8a, a second reflection mirror 8b and a third reflection mirror 8c, a first relay lens 9a and a second relay lens 9b. And roughly.

このうち、第1ダイクロイックミラー7aは、照明装置20Aからの照明光WLを赤色光LRとその他の色光(緑色光LG,青色光LB)とに分離する機能を有し、分離された赤色光LRを透過すると共に、その他の色光(緑色光LG,青色光LB)を反射する。   Among these, the first dichroic mirror 7a has a function of separating the illumination light WL from the illumination device 20A into the red light LR and other color lights (green light LG, blue light LB), and the separated red light LR. , And other color light (green light LG, blue light LB) is reflected.

一方、第2ダイクロイックミラー7bは、その他の色光(緑色光LG,青色光LB)を緑色光LGと青色光LBとに分離する機能を有し、分離された緑色光LGを反射すると共に、青色光LBを透過する。   On the other hand, the second dichroic mirror 7b has a function of separating the other color light (green light LG, blue light LB) into green light LG and blue light LB, reflects the separated green light LG, and is blue. Transmits light LB.

第1反射ミラー8aは、赤色光LRの光路中に配置されて、第1ダイクロイックミラー7aを透過した赤色光LRを光変調装置4Rに向けて反射する。   The first reflection mirror 8a is disposed in the optical path of the red light LR, and reflects the red light LR transmitted through the first dichroic mirror 7a toward the light modulation device 4R.

一方、第2反射ミラー8b及び第3反射ミラー8cは、青色光LBの光路中に配置されて、第2ダイクロイックミラー7bを透過した青色光LBを光変調装置4Bに向けて反射する。なお、緑色光LGの光路中には、反射ミラーを配置する必要はなく、緑色光LGは、第2ダイクロイックミラー7bから光変調装置4Gに向けて反射される。   On the other hand, the second reflection mirror 8b and the third reflection mirror 8c are arranged in the optical path of the blue light LB, and reflect the blue light LB transmitted through the second dichroic mirror 7b toward the light modulation device 4B. Note that it is not necessary to dispose a reflection mirror in the optical path of the green light LG, and the green light LG is reflected from the second dichroic mirror 7b toward the light modulation device 4G.

第1リレーレンズ9a及び第2リレーレンズ9bは、青色光LBの光路の、第2反射ミラー8bの下流に配置されている。第1リレーレンズ9a及び第2リレーレンズ9bは、青色光LBの光路長が赤色光LRや緑色光LGの光路長よりも長くなることによる青色光LBの光損失を補償する機能を有している。   The first relay lens 9a and the second relay lens 9b are disposed downstream of the second reflection mirror 8b in the optical path of the blue light LB. The first relay lens 9a and the second relay lens 9b have a function of compensating for the optical loss of the blue light LB due to the optical path length of the blue light LB being longer than the optical path lengths of the red light LR and the green light LG. Yes.

光変調装置4R,4G,4Bの各々は、液晶パネルからなり、各色光LR,LG,LBを通過させる間に、各色光LR,LG,LBを画像情報に応じて変調した画像光を形成する。なお、各光変調装置4R,4G,4Bの入射側及び射出側には、一対の偏光板(図示せず。)が配置されており、特定の方向の直線偏光の光のみを通過させる仕組みとなっている。   Each of the light modulation devices 4R, 4G, and 4B includes a liquid crystal panel, and forms image light obtained by modulating the color lights LR, LG, and LB according to image information while passing the color lights LR, LG, and LB. . In addition, a pair of polarizing plates (not shown) are arranged on the incident side and the emission side of each of the light modulation devices 4R, 4G, 4B, and a mechanism that allows only linearly polarized light in a specific direction to pass therethrough. It has become.

また、各光変調装置4R,4G,4Bの光入射面側には、各光変調装置4R,4G,4Bに入射する各色光LR,LG,LBを平行化するフィールドレンズ10R,フィールドレンズ10G,フィールドレンズ10Bが配置されている。   Further, on the light incident surface side of each of the light modulation devices 4R, 4G, and 4B, a field lens 10R, a field lens 10G, and a parallel lens that collimates the color lights LR, LG, and LB incident on the light modulation devices 4R, 4G, and 4B. A field lens 10B is disposed.

合成光学系5は、クロスダイクロイックプリズムからなり、各光変調装置4R,4G,4Bからの画像光が入射することによって、各色光LR,LG,LBに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系6に向かって射出する。   The combining optical system 5 is composed of a cross dichroic prism. When the image light from each of the light modulation devices 4R, 4G, and 4B is incident, the combining optical system 5 combines the image light corresponding to each color light LR, LG, and LB and combines them. The emitted image light is emitted toward the projection optical system 6.

投射光学系6は、投射レンズ群からなり、合成光学系5により合成された画像光をスクリーンSCRに向かって拡大投射する。これにより、スクリーンSCR上には、拡大されたカラー映像(画像)が表示される。   The projection optical system 6 includes a projection lens group, and enlarges and projects the image light combined by the combining optical system 5 toward the screen SCR. Thereby, an enlarged color video (image) is displayed on the screen SCR.

[光源装置]
図2は、第1実施形態における光源装置の概略構成を示す図である。
本実施形態の照明装置20Aは、図2に示すように、光源装置2と、インテグレータ光学系29と、偏光変換素子30と、重畳光学系31と、を概略備えている。
光源装置2は、アレイ光源(光源)21と、コリメータ光学系22と、アフォーカル光学系23と、ホモジナイザ光学系24と、第1反射部60と、偏光分離素子50Aを含む光学素子25Aと、第1位相差板26と、ピックアップ光学系27と、蛍光発光素子28と、ヒートシンク34と、を備えて構成されている。
[Light source device]
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the light source device according to the first embodiment.
As illustrated in FIG. 2, the illumination device 20 </ b> A of the present embodiment schematically includes a light source device 2, an integrator optical system 29, a polarization conversion element 30, and a superimposing optical system 31.
The light source device 2 includes an array light source (light source) 21, a collimator optical system 22, an afocal optical system 23, a homogenizer optical system 24, a first reflecting unit 60, an optical element 25A including a polarization separation element 50A, A first retardation plate 26, a pickup optical system 27, a fluorescent light emitting element 28, and a heat sink 34 are provided.

アレイ光源21は、光軸ax1を有する。蛍光発光素子28から射出された蛍光光YLの光軸をax2とすれば、光軸ax1と光軸ax2とは同一平面内にあり、且つ、互いに直交している。   The array light source 21 has an optical axis ax1. Assuming that the optical axis of the fluorescent light YL emitted from the fluorescent light emitting element 28 is ax2, the optical axis ax1 and the optical axis ax2 are in the same plane and are orthogonal to each other.

アレイ光源21は、複数の半導体レーザー21aが配列されたものからなる。具体的には、光軸ax1と直交する面内に複数の半導体レーザー21aがアレイ状に並ぶことによってアレイ光源21が構成されている。   The array light source 21 is composed of a plurality of semiconductor lasers 21a arranged. Specifically, the array light source 21 is configured by arranging a plurality of semiconductor lasers 21a in an array in a plane orthogonal to the optical axis ax1.

光軸ax1上においては、アレイ光源21と、コリメータ光学系22と、アフォーカル光学系23と、ホモジナイザ光学系24と、光学素子25Aとが、この順に並んで配置されている。一方、光軸ax2上においては、蛍光光反射部32bと、蛍光体層32と、励起光透過反射部32aと、ピックアップ光学系27と、第1位相差板26と、光学素子25Aと、インテグレータ光学系29と、偏光変換素子30と、重畳光学系31とが、この順に並んで配置されている。   On the optical axis ax1, the array light source 21, the collimator optical system 22, the afocal optical system 23, the homogenizer optical system 24, and the optical element 25A are arranged in this order. On the other hand, on the optical axis ax2, the fluorescent light reflecting portion 32b, the phosphor layer 32, the excitation light transmitting / reflecting portion 32a, the pickup optical system 27, the first phase difference plate 26, the optical element 25A, the integrator, and the like. The optical system 29, the polarization conversion element 30, and the superimposing optical system 31 are arranged in this order.

半導体レーザー21aは、第1の波長帯の第1の光束として、例えば440〜480nmの波長域にピーク波長を有する励起光(青色光)BLを射出する。また、各半導体レーザー21aから射出される励起光BLは、コヒーレントな直線偏光光であり、偏光分離素子50Aに向かって光軸ax1と平行に射出される。   The semiconductor laser 21a emits excitation light (blue light) BL having a peak wavelength in a wavelength region of 440 to 480 nm, for example, as a first light flux in the first wavelength band. The excitation light BL emitted from each semiconductor laser 21a is coherent linearly polarized light, and is emitted in parallel with the optical axis ax1 toward the polarization separation element 50A.

アレイ光源21では、各半導体レーザー21aが射出する励起光BLの偏光方向を、偏光分離素子50Aで反射される偏光成分(例えばS偏光成分)の偏光方向と一致させている。アレイ光源21から射出された励起光BLは、コリメータ光学系22に入射する。   In the array light source 21, the polarization direction of the excitation light BL emitted from each semiconductor laser 21a is matched with the polarization direction of the polarization component (eg, S polarization component) reflected by the polarization separation element 50A. The excitation light BL emitted from the array light source 21 enters the collimator optical system 22.

コリメータ光学系22は、アレイ光源21から射出された励起光BLを平行光に変換するものである。例えば、各半導体レーザー21aに対応してアレイ状に並んで配置された複数のコリメータレンズ22aからなる。コリメータ光学系22を通過することにより平行光に変換された励起光BLは、アフォーカル光学系23に入射する。   The collimator optical system 22 converts the excitation light BL emitted from the array light source 21 into parallel light. For example, it comprises a plurality of collimator lenses 22a arranged in an array corresponding to each semiconductor laser 21a. The excitation light BL converted into parallel light by passing through the collimator optical system 22 enters the afocal optical system 23.

アフォーカル光学系23は、励起光BLのサイズ(スポット径)を調整するものであり、例えば2枚のアフォーカルレンズ23a,アフォーカルレンズ23bから構成されている。アフォーカル光学系23を通過することによりサイズが調整された励起光BLは、ホモジナイザ光学系24に入射する。   The afocal optical system 23 adjusts the size (spot diameter) of the excitation light BL, and is composed of, for example, two afocal lenses 23a and afocal lenses 23b. The excitation light BL whose size is adjusted by passing through the afocal optical system 23 is incident on the homogenizer optical system 24.

ホモジナイザ光学系24は、励起光BLの光強度分布を均一な状態(いわゆるトップハット分布)に変換するものである。例えば、一対のマルチレンズアレイ24a,マルチレンズアレイ24bからなる。ホモジナイザ光学系24により光強度分布が均一な状態に変換された励起光BLは、偏光分離素子50Aを介して蛍光発光素子28に入射する。   The homogenizer optical system 24 converts the light intensity distribution of the excitation light BL into a uniform state (so-called top hat distribution). For example, it consists of a pair of multi-lens array 24a and multi-lens array 24b. The excitation light BL that has been converted to a uniform light intensity distribution by the homogenizer optical system 24 is incident on the fluorescent light-emitting element 28 via the polarization separation element 50A.

光学素子25Aは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムからなり、ダイクロイックプリズムは、光軸ax1に対して45°の角度をなす傾斜面Kを有している。また、傾斜面Kは、光軸ax2に対して45°の角度をなしている。さらに、光学素子25Aは、互いに直交する光軸ax1,ax2の交点と傾斜面Kの光学中心とが一致するように配置されている。傾斜面Kには、波長選択性を有する偏光分離素子50Aが設けられている。   The optical element 25A is composed of, for example, a dichroic prism having wavelength selectivity, and the dichroic prism has an inclined surface K that forms an angle of 45 ° with respect to the optical axis ax1. Further, the inclined surface K forms an angle of 45 ° with respect to the optical axis ax2. Furthermore, the optical element 25A is arranged so that the intersection of the optical axes ax1 and ax2 orthogonal to each other and the optical center of the inclined surface K coincide. On the inclined surface K, a polarization separation element 50A having wavelength selectivity is provided.

偏光分離素子50Aは、偏光分離素子50Aに入射した第1の波長帯の励起光BLを、偏光分離素子50Aに対するS偏光成分(一方の偏光成分)とP偏光成分(他方の偏光成分)とに分離する偏光分離機能を有している。偏光分離素子50Aは、励起光BLのS偏光成分を反射し、励起光BLのP偏光成分を透過する。また、偏光分離素子50Aは、偏光分離素子50Aに入射した光のうち、第1の波長帯とは異なる第2の波長帯の光を、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。
なお、光学素子25Aとしては、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものに限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。
The polarization separation element 50A converts the excitation light BL of the first wavelength band incident on the polarization separation element 50A into an S polarization component (one polarization component) and a P polarization component (the other polarization component) for the polarization separation element 50A. It has a polarization separation function to separate. The polarization separation element 50A reflects the S-polarized component of the excitation light BL and transmits the P-polarized component of the excitation light BL. In addition, the polarization separation element 50A has a color separation function of transmitting light having a second wavelength band different from the first wavelength band from light incident on the polarization separation element 50A regardless of the polarization state. ing.
The optical element 25A is not limited to a prism shape such as a dichroic prism, and a parallel plate dichroic mirror may be used.

偏光分離素子50Aに入射した励起光BLは、その偏光方向がS偏光成分と一致していることから、S偏光の励起光BLsとして、蛍光発光素子28に向かって反射される。   The excitation light BL incident on the polarization separation element 50A is reflected toward the fluorescent light-emitting element 28 as S-polarized excitation light BLs because the polarization direction thereof coincides with the S-polarization component.

第1位相差板26は、偏光分離素子50Aと励起光透過反射部32aとの間の光路中に配置されている。第1位相差板26としては、例えば1/4波長板(λ/4板)を用いることができる。第1位相差板26に入射するS偏光(直線偏光)の励起光BLsは、円偏光の励起光BLcに変換された後、ピックアップ光学系27に入射する。   The first retardation plate 26 is disposed in the optical path between the polarization separation element 50A and the excitation light transmitting / reflecting portion 32a. As the first retardation plate 26, for example, a ¼ wavelength plate (λ / 4 plate) can be used. S-polarized (linearly polarized) excitation light BLs incident on the first retardation plate 26 is converted into circularly-polarized excitation light BLc and then incident on the pickup optical system 27.

ピックアップ光学系27は、励起光BLcを蛍光体層32に向かって集光させるものであり、例えば第1ピックアップレンズ27a,第2ピックアップレンズ27b,第3ピックアップレンズ27cから構成されている。   The pickup optical system 27 collects the excitation light BLc toward the phosphor layer 32, and includes, for example, a first pickup lens 27a, a second pickup lens 27b, and a third pickup lens 27c.

蛍光発光素子28は、蛍光体層32と、蛍光体層32を支持する支持部33とを有している。支持部33は、保持基板35と、保持基板35の第1面35a上に設けられる凸部36とを備えて構成されている。蛍光体層32は、励起光BLcが入射する面とは反対側の面を凸部36に接触させた状態で、不図示の接着剤によって、凸部36に固定されている。蛍光体層32には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。
なお、蛍光発光素子28の構成については後で詳述する。
The fluorescent light emitting element 28 includes a phosphor layer 32 and a support portion 33 that supports the phosphor layer 32. The support portion 33 includes a holding substrate 35 and a convex portion 36 provided on the first surface 35 a of the holding substrate 35. The phosphor layer 32 is fixed to the convex portion 36 with an adhesive (not shown) in a state where the surface opposite to the surface on which the excitation light BLc is incident is in contact with the convex portion 36. As the phosphor layer 32, it is preferable to use a layer excellent in heat resistance and surface processability.
The configuration of the fluorescent light emitting element 28 will be described in detail later.

ヒートシンク34は、蛍光発光素子28の保持基板35に固定され、放熱板34Aと複数の放熱フィン34Bとを有している。ヒートシンク34は、蛍光体層32の熱を放熱することによって、蛍光体層32の熱劣化を防止するものである。   The heat sink 34 is fixed to the holding substrate 35 of the fluorescent light emitting element 28, and has a heat radiating plate 34A and a plurality of heat radiating fins 34B. The heat sink 34 prevents heat deterioration of the phosphor layer 32 by radiating heat of the phosphor layer 32.

図3(a),図3(b),図3(c)は、蛍光発光素子が備える蛍光体層の各構成例を示す図である。以下、図2及び図3を参照して説明する。
図3(a),図3(b),図3(c)に示すように、蛍光体層32の光射出面32A側には、励起光透過反射部32aが設けられている。励起光透過反射部32aは、図2に示すピックアップ光学系27から入射した励起光BLcのうち一部の光BLc1を、第1位相差板26を経由して偏光分離素子50Aに入射するように拡散反射し、ピックアップ光学系27から入射した励起光BLcのうち他の一部の光(第1の波長帯の光)BLc2を蛍光体層32に向けて透過させる。また、励起光透過反射部32aは、蛍光体層32からの光(第2の波長帯の光)BLc2を透過させる。
FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C are diagrams illustrating examples of the configuration of the phosphor layer included in the fluorescent light-emitting element. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C, an excitation light transmitting / reflecting portion 32a is provided on the light emission surface 32A side of the phosphor layer 32. The excitation light transmitting / reflecting unit 32a makes a part of the excitation light BLc incident from the pickup optical system 27 shown in FIG. 2 incident on the polarization separation element 50A via the first phase plate 26. The other part of light (first wavelength band light) BLc2 of the excitation light BLc incident from the pickup optical system 27 is diffusely reflected and transmitted toward the phosphor layer 32. The excitation light transmitting / reflecting part 32a transmits light (second wavelength band light) BLc2 from the phosphor layer 32.

また、蛍光体層32の励起光透過反射部32aとは反対側に、蛍光光反射部32bが設けられている。蛍光光反射部32bは鏡面反射面からなる。鏡面反射面は、反射膜32cを設けることによって形成することができる。また、鏡面反射面は、蛍光体層32を支持する凸部36が光反射特性を有する場合、凸部36の蛍光体層32と対向する面を鏡面化することによって形成することができる。   Further, a fluorescent light reflecting portion 32b is provided on the opposite side of the phosphor layer 32 from the excitation light transmitting / reflecting portion 32a. The fluorescent light reflecting portion 32b is made of a specular reflection surface. The specular reflection surface can be formed by providing the reflection film 32c. In addition, when the convex portion 36 that supports the phosphor layer 32 has light reflection characteristics, the specular reflection surface can be formed by mirroring the surface of the convex portion 36 that faces the phosphor layer 32.

本実施形態における蛍光体層32は、第1の波長帯の光である光BLc2を吸収して励起される蛍光体を含み、この光(第1の波長帯の光)BLc2により励起された蛍光体が、第1の波長帯とは異なる第2の波長帯の光として、例えば500〜700nmの波長域にピーク波長を有する蛍光光(黄色光YL)を生成する。   The phosphor layer 32 in the present embodiment includes a phosphor that is excited by absorbing light BLc2 that is light in the first wavelength band, and fluorescence that is excited by this light (light in the first wavelength band) BLc2. The body generates fluorescent light (yellow light YL) having a peak wavelength in a wavelength range of 500 to 700 nm, for example, as light of a second wavelength band different from the first wavelength band.

蛍光光反射部32bは、蛍光体層32で生成された蛍光光のうち一部の蛍光光YL1を反射して蛍光体層32の外部へと射出させ、偏光分離素子50A(図2)へと入射させる。さらに、蛍光光反射部32bは、光BLc2のうち蛍光体層32によって吸収されなかった成分を、第1位相差板26(図2)を経由して偏光分離素子50Aに入射するように反射する。また、蛍光体層32で生成された蛍光光のうち、他の一部の蛍光光YL2は、蛍光光反射部32bを介さずに蛍光体層32の外部へと射出される。   The fluorescent light reflecting section 32b reflects a part of the fluorescent light YL1 generated in the fluorescent material layer 32 and emits the fluorescent light YL1 to the outside of the fluorescent material layer 32, to the polarization separation element 50A (FIG. 2). Make it incident. Further, the fluorescent light reflecting section 32b reflects the component of the light BLc2 that has not been absorbed by the phosphor layer 32 so as to enter the polarization separation element 50A via the first retardation plate 26 (FIG. 2). . Of the fluorescent light generated in the fluorescent layer 32, another part of the fluorescent light YL2 is emitted outside the fluorescent layer 32 without passing through the fluorescent light reflecting portion 32b.

このように、蛍光体層32で生成された蛍光光(黄色光)YL(YL1,YL2)と、光BLc2のうち蛍光体層32によって吸収されなかった成分とは、励起光透過反射部32aを透過して、光BLc1と共にピックアップ光学系27に入射する。   As described above, the fluorescent light (yellow light) YL (YL1, YL2) generated in the phosphor layer 32 and the components of the light BLc2 that are not absorbed by the phosphor layer 32 cause the excitation light transmitting / reflecting part 32a. The light passes through and enters the pickup optical system 27 together with the light BLc1.

図2に示すように、ピックアップ光学系27に入射した蛍光光(黄色光)YLは、さらに第1位相差板26を通過する。このとき、蛍光光YLは、偏光方向が揃っていない非偏光光のため、第1位相差板26を通過した後も、非偏光の状態のまま偏光分離素子50Aに入射する。そして、蛍光光YLは偏光分離素子50Aを透過する。   As shown in FIG. 2, the fluorescent light (yellow light) YL incident on the pickup optical system 27 further passes through the first retardation plate 26. At this time, since the fluorescent light YL is non-polarized light whose polarization direction is not uniform, after passing through the first phase difference plate 26, the fluorescent light YL is incident on the polarization separation element 50A without being polarized. Then, the fluorescent light YL passes through the polarization separation element 50A.

光BLc1は、励起光透過反射部32aで拡散反射された光であるため、光BLc1の偏光状態は拡散反射によって乱されている。また、光BLc2のうち蛍光体層32によって吸収されなかった成分の偏光状態は、蛍光体層32によって乱されている。そのため、励起光のうち蛍光体層32によって吸収されなかった成分と、光BLc1とは、ピックアップ光学系27に入射した後は同じ振る舞いをする。そこで、以下では光BLc1の振る舞いについて説明する。   Since the light BLc1 is light diffusely reflected by the excitation light transmitting / reflecting unit 32a, the polarization state of the light BLc1 is disturbed by diffuse reflection. Further, the polarization state of the component of the light BLc 2 that has not been absorbed by the phosphor layer 32 is disturbed by the phosphor layer 32. Therefore, the component of the excitation light that has not been absorbed by the phosphor layer 32 and the light BLc 1 behave the same after entering the pickup optical system 27. Therefore, the behavior of the light BLc1 will be described below.

励起光透過反射部32aで反射された光(青色光)BLc1は、再びピックアップ光学系27及び第1位相差板26を通過する。第1位相差板26は、円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。しかし、光BLc1の偏光状態は乱されているため、光BLc1は、P偏光の青色光BLpに変換される光と、S偏光の青色光BLs’に変換される光とを含む。   The light (blue light) BLc1 reflected by the excitation light transmitting / reflecting portion 32a passes through the pickup optical system 27 and the first retardation plate 26 again. The first retardation plate 26 has a function of converting circularly polarized light into linearly polarized light. However, since the polarization state of the light BLc1 is disturbed, the light BLc1 includes light that is converted into P-polarized blue light BLp and light that is converted into S-polarized blue light BLs'.

第1位相差板26を通過したP偏光の青色光BLpは、偏光分離素子50Aを透過して、照明光WLとして利用される。一方、第1位相差板26を通過したS偏光の青色光BLs’は、偏光分離素子50Aによって反射され、第1反射部60に入射する。第1反射部60は、入射した光を、偏光分離素子50Aに入射するように反射する。このように、第1反射部60は、励起光反射部から偏光分離素子50Aを経由してアレイ光源21に向けて進行する光のうち少なくとも一部を、偏光分離素子50Aに入射するように反射する。   The P-polarized blue light BLp that has passed through the first phase plate 26 passes through the polarization separation element 50A and is used as illumination light WL. On the other hand, the S-polarized blue light BLs ′ that has passed through the first retardation plate 26 is reflected by the polarization separation element 50 </ b> A and is incident on the first reflector 60. The first reflecting unit 60 reflects the incident light so as to enter the polarization separation element 50A. Thus, the first reflection unit 60 reflects at least a part of the light traveling from the excitation light reflection unit via the polarization separation element 50A toward the array light source 21 so as to enter the polarization separation element 50A. To do.

第1反射部60は、複数のミラー61からなる。これら複数のミラー61は、アレイ光源21から偏光分離素子50Aに進行する励起光BLが通過する位置とは異なる位置に設けられている。これにより、第1反射部60は、アレイ光源21から射出される励起光BLを遮断することなく、偏光分離素子50Aによって反射された青色光BLs’を偏光分離素子50Aに向けて効率良く反射することができる。これにより、青色光BLs’を反射させつつ、均一な照度分布を有する青色光BLs’を得ることができる。   The first reflecting unit 60 includes a plurality of mirrors 61. The plurality of mirrors 61 are provided at positions different from the positions through which the excitation light BL traveling from the array light source 21 to the polarization separation element 50A passes. Accordingly, the first reflecting unit 60 efficiently reflects the blue light BLs ′ reflected by the polarization separation element 50A toward the polarization separation element 50A without blocking the excitation light BL emitted from the array light source 21. be able to. Accordingly, it is possible to obtain the blue light BLs ′ having a uniform illuminance distribution while reflecting the blue light BLs ′.

青色光BLs’は、偏光分離素子50Aを透過した蛍光光YLとともに、照明光WLとして利用される。すなわち、青色光BLs’と蛍光光YLとは、偏光分離素子50Aから互いに同一方向に向けて射出される。これにより、青色光BLs’と蛍光光(黄色光)YLとが合成された白色の照明光WLが得られる。   The blue light BLs ′ is used as the illumination light WL together with the fluorescent light YL transmitted through the polarization separation element 50A. That is, the blue light BLs' and the fluorescent light YL are emitted from the polarization separation element 50A in the same direction. Thereby, white illumination light WL obtained by combining the blue light BLs ′ and the fluorescent light (yellow light) YL is obtained.

偏光分離素子50Aから射出された照明光WLは、インテグレータ光学系29に入射する。インテグレータ光学系29は、照明光WLの照度分布を均一化する。インテグレータ光学系29は、例えば、レンズアレイ29a,レンズアレイ29bから構成されている。
レンズアレイ29a,29bは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されたものからなる。
The illumination light WL emitted from the polarization separation element 50A enters the integrator optical system 29. The integrator optical system 29 makes the illuminance distribution of the illumination light WL uniform. The integrator optical system 29 includes, for example, a lens array 29a and a lens array 29b.
The lens arrays 29a and 29b are made up of a plurality of microlenses arranged in an array.

インテグレータ光学系29を透過した照明光WLは、偏光変換素子30に入射する。偏光変換素子30は、照明光WLの偏光方向を揃えるものである。偏光変換素子30は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。偏光変換素子30は、偏光方向が揃っていない蛍光光YLと、S偏光の青色光BLs’の偏光方向との偏光方向を揃えるため、他方の偏光成分を一方の偏光成分に、例えばP偏光成分をS偏光成分に変換する。   The illumination light WL that has passed through the integrator optical system 29 enters the polarization conversion element 30. The polarization conversion element 30 aligns the polarization direction of the illumination light WL. The polarization conversion element 30 includes, for example, a polarization separation film, a phase difference plate, and a mirror. The polarization conversion element 30 aligns the polarization direction of the fluorescent light YL whose polarization direction is not aligned with the polarization direction of the S-polarized blue light BLs ′, so that the other polarization component is changed to one polarization component, for example, a P polarization component. Is converted to an S-polarized component.

偏光変換素子30を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光WLは、重畳光学系31に入射する。重畳光学系31は、偏光変換素子30から射出された照明光WLを重畳させる。重畳光学系31は、例えば、重畳レンズから構成されている。重畳光学系31を通過することにより重畳された照明光WLは、その輝度分布が均一化された状態で光源装置2から射出される。   The illumination light WL whose polarization direction is aligned by passing through the polarization conversion element 30 enters the superimposing optical system 31. The superimposing optical system 31 superimposes the illumination light WL emitted from the polarization conversion element 30. The superposition optical system 31 is composed of, for example, a superposition lens. The illumination light WL superimposed by passing through the superimposing optical system 31 is emitted from the light source device 2 with its luminance distribution made uniform.

次に、蛍光発光素子28とその周辺の構成について詳しく述べる。
図4は、蛍光発光素子とその周辺の構成を示す図である。図5は、蛍光発光素子の概略構成を示す斜視図である。
図4及び図5に示すように、蛍光発光素子28は、平面視矩形状の蛍光体層32と、蛍光体層32を支持する支持部33と、を有して構成されている。
Next, the configuration of the fluorescent light emitting element 28 and its periphery will be described in detail.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the fluorescent light emitting element and its periphery. FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of the fluorescent light emitting device.
As shown in FIGS. 4 and 5, the fluorescent light emitting element 28 includes a fluorescent layer 32 that is rectangular in a plan view and a support portion 33 that supports the fluorescent layer 32.

支持部33は、第1面35aを有する保持基板(基板)35と、第1面35a上の略中央に設けられた凸部36と、を備えている。本実施形態における保持基板35と凸部36とは一体的に形成されており、熱伝導の高い純銅からなる。   The support portion 33 includes a holding substrate (substrate) 35 having a first surface 35a, and a convex portion 36 provided substantially at the center on the first surface 35a. In the present embodiment, the holding substrate 35 and the convex portion 36 are integrally formed and are made of pure copper having high thermal conductivity.

凸部36は、第1面35aに接する底面36bと、第1面35aに対して傾斜する傾斜面36cと、第1面35aに平行な平坦面(端面)36aとを有してなる。凸部36の底面36b及び平坦面36aの平面形状は円形を呈し、平坦面36aの面積は、底面36bの面積よりも小さい。また、平坦面36aと底面36bとを繋ぐ傾斜面36cは、断面視において外側へ向けて湾曲した湾曲面となっている。   The convex portion 36 has a bottom surface 36b in contact with the first surface 35a, an inclined surface 36c inclined with respect to the first surface 35a, and a flat surface (end surface) 36a parallel to the first surface 35a. The planar shapes of the bottom surface 36b and the flat surface 36a of the convex portion 36 are circular, and the area of the flat surface 36a is smaller than the area of the bottom surface 36b. Further, the inclined surface 36c that connects the flat surface 36a and the bottom surface 36b is a curved surface that is curved outward in a sectional view.

このような凸部36の平坦面36a上に蛍光体層32が保持されている。蛍光体層32は、不図示の接着剤により平坦面36aの略中央に固定されている。接着剤の材質は特に限定されないが、熱伝導率に優れたものを用いることが好ましい。これにより、蛍光体層32で生じた熱が凸部36や保持基板35や接着剤を介して放散しやすくなる。
なお、凸部36に平坦面36aを設けておくことにより、凸部36に対する蛍光体層32のアライメントが容易になる。
The phosphor layer 32 is held on the flat surface 36 a of the convex portion 36. The phosphor layer 32 is fixed to the approximate center of the flat surface 36a with an adhesive (not shown). The material of the adhesive is not particularly limited, but it is preferable to use an adhesive having excellent thermal conductivity. Thereby, the heat generated in the phosphor layer 32 is easily dissipated through the convex portion 36, the holding substrate 35, and the adhesive.
In addition, by providing the flat surface 36 a on the convex portion 36, the phosphor layer 32 can be easily aligned with the convex portion 36.

蛍光体層32は、半導体レーザー21a(図2)からの励起光を波長変換するもので、波長446nmの励起光を吸収して励起される蛍光体(不図示)と、蛍光体を含有するバインダー(不図示)とを含んでいる。このような蛍光体層32としては、例えばアルミナ等の無機バインダー中に蛍光体を分散させた蛍光体層が好適に用いられる。もしくは、バインダーを用いずに蛍光体を焼結した蛍光体層を用いることもできる。   The phosphor layer 32 converts the wavelength of the excitation light from the semiconductor laser 21a (FIG. 2), a phosphor (not shown) that is excited by absorbing the excitation light having a wavelength of 446 nm, and a binder containing the phosphor. (Not shown). As such a phosphor layer 32, for example, a phosphor layer in which a phosphor is dispersed in an inorganic binder such as alumina is preferably used. Alternatively, a phosphor layer obtained by sintering a phosphor without using a binder can be used.

保持基板35の法線方向から見て、保持基板35と蛍光体層32との平面形状はともに矩形である。蛍光体層32の平面寸法は保持基板35の平面寸法よりも小さい。また、蛍光体層32の平面形状は、矩形である方が好ましいが、より好ましくは正方形である。これにより蛍光体層32の製造が容易となる。
なお、蛍光体層32の平面形状は上記したものに限られず、円形とすることもできる。
When viewed from the normal direction of the holding substrate 35, the planar shapes of the holding substrate 35 and the phosphor layer 32 are both rectangular. The planar dimension of the phosphor layer 32 is smaller than the planar dimension of the holding substrate 35. The planar shape of the phosphor layer 32 is preferably rectangular, but more preferably square. Thereby, manufacture of the fluorescent substance layer 32 becomes easy.
Note that the planar shape of the phosphor layer 32 is not limited to the above, and may be a circle.

蛍光体層32から放射される光はランバート放射に近い角度分布を示す発散光である。
図6は、蛍光体層から射出される光の発散角度θを示す図である。蛍光体層から射出される光のうち凡そ98%の光が、160°以内の発散角度θで射出される。そこで、本実施形態においては、蛍光体層32からの光のうち、特に発散角度θが160°以内の光を第1ピックアップレンズ27aへ効率よく入射させる構成となっている。
The light emitted from the phosphor layer 32 is a diverging light having an angular distribution close to Lambert radiation.
FIG. 6 is a diagram showing a divergence angle θ of light emitted from the phosphor layer. About 98% of the light emitted from the phosphor layer is emitted at a divergence angle θ within 160 °. Therefore, in the present embodiment, light having a divergence angle θ of 160 ° or less among the light from the phosphor layer 32 is efficiently incident on the first pickup lens 27a.

図4に戻り、本実施形態における第1ピックアップレンズ27aは、蛍光体層32及び支持部33に対向するとともに、平面視において支持部33の凸部36と同心円上(同軸上)となる位置に配置されている。第1ピックアップレンズ27aは、蛍光体層32の光射出面32Aに対向する光入射面27A(蛍光体層32からの光が入射するレンズ面)が凹面とされたメニスカスレンズであって、ガラスや石英、プラスチック等から成る。上述した凸部36は、その傾斜面36cが、第1ピックアップレンズ27aの凹面を成す光入射面27Aの傾斜に倣うように構成される。つまり、これらの断面方向から見て、凸部36の傾斜面36cと、第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aとが同じ方向へ傾斜している。
ここで、傾斜面36cの曲率と光入射面27Aの曲率とが概ね一致していることがより好ましい。
Returning to FIG. 4, the first pickup lens 27 a in the present embodiment faces the phosphor layer 32 and the support portion 33 and is concentrically (coaxially) with the convex portion 36 of the support portion 33 in plan view. Has been placed. The first pickup lens 27a is a meniscus lens in which a light incident surface 27A (a lens surface on which light from the phosphor layer 32 is incident) facing the light emission surface 32A of the phosphor layer 32 is a concave surface, and is made of glass or Made of quartz, plastic, etc. The convex part 36 mentioned above is comprised so that the inclined surface 36c may follow the inclination of 27 A of light-incidence surfaces which comprise the concave surface of the 1st pick-up lens 27a. That is, when viewed from these cross-sectional directions, the inclined surface 36c of the convex portion 36 and the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a are inclined in the same direction.
Here, it is more preferable that the curvature of the inclined surface 36c and the curvature of the light incident surface 27A substantially coincide.

第1ピックアップレンズ27aは、蛍光体層32及び支持部33から所定の間隔をおいた位置に配置されており、蛍光体層32と第1ピックアップレンズ27aとの間に空気を流動させるための空間38が形成されている。本実施形態のように、蛍光体層32が固定されている場合、蛍光体層32の周囲に空気が滞留し易い。そこで、本実施形態では、蛍光発光素子28とこれに対向して配置される第1ピックアップレンズ27aとの間を空気がスムーズに流動していくような構造となっている。   The first pickup lens 27a is disposed at a predetermined distance from the phosphor layer 32 and the support portion 33, and a space for allowing air to flow between the phosphor layer 32 and the first pickup lens 27a. 38 is formed. When the phosphor layer 32 is fixed as in the present embodiment, air tends to stay around the phosphor layer 32. Therefore, in the present embodiment, the structure is such that air smoothly flows between the fluorescent light emitting element 28 and the first pickup lens 27a disposed opposite to the fluorescent light emitting element 28.

上述したように、蛍光体層32を保持する凸部36の傾斜面36cは、メニスカスレンズからなる第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aの曲率に倣うようにして湾曲している。さらに、凸部36と第1ピックアップレンズ27aとの配置が略同心円状の関係のため、相互間に形成される空間38内で空気抵抗が少なく、空気が流動しやすいという効果が得られる。つまり、蛍光体層32の周囲に空気が滞留しにくい構造となっている。これにより、空間38内を空気がスムーズに流れるため、蛍光体層32の光射出面32Aが常に新しい冷却空気に晒されることになり、蛍光体層32の冷却効果が向上する。   As described above, the inclined surface 36c of the convex portion 36 holding the phosphor layer 32 is curved so as to follow the curvature of the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a made of a meniscus lens. Furthermore, since the arrangement of the convex portion 36 and the first pickup lens 27a is a substantially concentric relationship, there is an effect that the air resistance is small in the space 38 formed between them and the air easily flows. That is, the structure is such that air does not easily stay around the phosphor layer 32. Thereby, since air flows smoothly in the space 38, the light emission surface 32A of the phosphor layer 32 is always exposed to new cooling air, and the cooling effect of the phosphor layer 32 is improved.

図7(A)は本実施形態における蛍光体層周辺の空気の流路を示す図であり、図7(B)は従来の構成における蛍光体層周辺の空気の流路を示す図である。
図7(B)に示すような断面矩形状の凸部51上に蛍光体層32を備えた従来の構成の場合、凸部51と保持基板35との境界付近や凸部51の平端面51aと側面51cとが成す角部付近において、空気の乱流が生じる。すると、空間48内を空気がスムーズに流れず、蛍光体層32の周囲に空気が滞留する。
FIG. 7A is a diagram showing air flow paths around the phosphor layer in the present embodiment, and FIG. 7B is a diagram showing air flow paths around the phosphor layer in the conventional configuration.
In the case of the conventional configuration in which the phosphor layer 32 is provided on the convex portion 51 having a rectangular cross section as shown in FIG. 7B, the vicinity of the boundary between the convex portion 51 and the holding substrate 35 and the flat end surface 51 a of the convex portion 51. A turbulent air flow occurs in the vicinity of the corner formed by the side 51c. Then, air does not flow smoothly in the space 48, and air stays around the phosphor layer 32.

これに対し、図7(A)に示す本実施形態の構成では、蛍光体層32を保持する凸部36は、第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aの曲率に略等しい傾斜面36cを有している。そのため、凸部36(蛍光体層32)と第1ピックアップレンズ27aとの間に形成される空間38内を、空気がスムーズに流動する。その結果、蛍光体層32の周囲に空気が滞留することがなくなる。   On the other hand, in the configuration of the present embodiment shown in FIG. 7A, the convex portion 36 that holds the phosphor layer 32 has an inclined surface 36c that is substantially equal to the curvature of the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a. doing. Therefore, air smoothly flows in the space 38 formed between the convex portion 36 (phosphor layer 32) and the first pickup lens 27a. As a result, air does not stay around the phosphor layer 32.

また、本実施形態における第1ピックアップレンズ27aは、コバ部27Bを有している。さらに、光入射面27Aの外側に、メニスカスレンズである第1ピックアップレンズ27aの光軸と交差する端面11を有している。第1ピックアップレンズ27aは、端面11が蛍光体層32の光射出面32Aよりも保持基板35側に位置するように配置されている。   Further, the first pickup lens 27a in the present embodiment has an edge portion 27B. Furthermore, the end surface 11 that intersects the optical axis of the first pickup lens 27a that is a meniscus lens is provided outside the light incident surface 27A. The first pickup lens 27 a is disposed so that the end surface 11 is positioned closer to the holding substrate 35 than the light emission surface 32 </ b> A of the phosphor layer 32.

コバ部27Bを有する第1ピックアップレンズ27aであれば、光入射面27Aを蛍光体層32の光射出面32Aに近づけて配置することができる。また、レンズ外周部にコバ部27Bを設けることで、第1ピックアップレンズ27aのハンドリングが良くなる。   With the first pickup lens 27 a having the edge portion 27 </ b> B, the light incident surface 27 </ b> A can be disposed close to the light emitting surface 32 </ b> A of the phosphor layer 32. Further, by providing the edge portion 27B on the outer periphery of the lens, the handling of the first pickup lens 27a is improved.

図8は、第1実施形態における第1ピックアップレンズ27aの有効径D1と、比較例の第1ピックアップレンズ54の有効径Dとの比較を示す図である。
なお、図中において、本実施形態における第1ピックアップレンズ27aを実線で示し、比較例の第1ピックアップレンズ54を二点鎖線あるいは破線で示す。ここでは、比較例の第1ピックアップレンズ54として、コバ部を有しないレンズを示す。また、蛍光体層32の中心から発散角度160°で放射される光を破線の矢印で示す。
FIG. 8 is a diagram showing a comparison between the effective diameter D1 of the first pickup lens 27a in the first embodiment and the effective diameter D of the first pickup lens 54 of the comparative example.
In the drawing, the first pickup lens 27a in the present embodiment is indicated by a solid line, and the first pickup lens 54 of the comparative example is indicated by a two-dot chain line or a broken line. Here, a lens having no edge portion is shown as the first pickup lens 54 of the comparative example. Further, light emitted from the center of the phosphor layer 32 at a divergence angle of 160 ° is indicated by a dashed arrow.

蛍光体層32から放出された光の殆どを受光しようとすると、図8に示す比較例の第1ピックアップレンズ54のように、レンズの有効径Dが大きくなってしまい、光源装置の大型化に繋がる。また、従来の第1ピックアップレンズ54では、コバ部を有しない構成のため取扱いが難しい。   When trying to receive most of the light emitted from the phosphor layer 32, the effective diameter D of the lens increases as in the first pickup lens 54 of the comparative example shown in FIG. 8, which increases the size of the light source device. Connected. Further, the conventional first pickup lens 54 is difficult to handle because it has no edge portion.

本実施形態においては第1ピックアップレンズ27aを、比較例の第1ピックアップレンズ54よりも蛍光体層32に近づけて配置した。図中の破線で示すように、光入射面54Aの凹部内の空間へ蛍光体層32が入り込むように第1ピックアップレンズ54を配置した場合、蛍光体層32からの光が入射しない不要部分54b(図中のハッチングで示す部分)は不要になる。この不要部分54bを取り除くことで、コバ部27Bを形成することができる。これに伴い、第1ピックアップレンズ27aの有効径D1が小さくなり、レンズ全体を小型化することができる。また、従来よりもレンズ占有領域を小さくすることができるため、光軸方向における蛍光体層32の光射出面32Aと、第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aとの距離が短くなり、ひいては光源装置2全体の小型化に繋がる。さらに、本実施形態では、コバ部27Bの端面11が蛍光体層32の光射出面32Aよりも保持基板35側に位置するように第1ピックアップレンズ27aを配置している。これにより、蛍光体層32からの光の入射効率をあまり低下させることなく、第1ピックアップレンズ27aのサイズをコンパクトにすることが可能となる。   In the present embodiment, the first pickup lens 27a is disposed closer to the phosphor layer 32 than the first pickup lens 54 of the comparative example. As indicated by a broken line in the figure, when the first pickup lens 54 is arranged so that the phosphor layer 32 enters the space in the concave portion of the light incident surface 54A, an unnecessary portion 54b where light from the phosphor layer 32 does not enter. (The portion indicated by hatching in the figure) becomes unnecessary. By removing the unnecessary portion 54b, the edge portion 27B can be formed. Accordingly, the effective diameter D1 of the first pickup lens 27a is reduced, and the entire lens can be reduced in size. In addition, since the lens occupying area can be made smaller than in the prior art, the distance between the light emitting surface 32A of the phosphor layer 32 and the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a in the optical axis direction becomes shorter, and as a result, the light source This leads to downsizing of the entire device 2. Furthermore, in the present embodiment, the first pickup lens 27a is arranged so that the end surface 11 of the edge portion 27B is positioned closer to the holding substrate 35 than the light emission surface 32A of the phosphor layer 32. Thereby, the size of the first pickup lens 27a can be made compact without significantly reducing the incident efficiency of light from the phosphor layer 32.

なお、第1ピックアップレンズ27aの形状等によっては、光入射面27Aの端面11と蛍光体層32の光射出面32Aとが光軸方向で一致するように配置してもよい。   Depending on the shape and the like of the first pickup lens 27a, the end surface 11 of the light incident surface 27A and the light exit surface 32A of the phosphor layer 32 may be arranged to coincide with each other in the optical axis direction.

図9(A)は、蛍光体層からメニスカスレンズに入射する光線の最大入射角を示す図であって、図9(B)は、従来の平凸レンズに対する最大入射角を示す図である。ここで、最大入射角とは、蛍光体層32の中心から最大の発散角度で射出された光がレンズの光入射面に入射する位置における光入射面の法線と入射光の進行方向とがなす角である。   FIG. 9A is a diagram showing the maximum incident angle of light rays that enter the meniscus lens from the phosphor layer, and FIG. 9B is a diagram showing the maximum incident angle with respect to a conventional plano-convex lens. Here, the maximum incident angle refers to the normal of the light incident surface at the position where the light emitted from the center of the phosphor layer 32 with the maximum divergence angle is incident on the light incident surface of the lens and the traveling direction of the incident light. It is an angle to make.

図9(A)に示すように、本実施形態における第1ピックアップレンズ27aは、最大入射角βが60°未満となるように構成されている。これにより、光入射面27Aにおける入射光の全反射が抑えられ、蛍光体層32から放射された光のほとんどを第1ピックアップレンズ27aに入射させることが可能となる。   As shown in FIG. 9A, the first pickup lens 27a in the present embodiment is configured such that the maximum incident angle β is less than 60 °. Thereby, total reflection of incident light on the light incident surface 27A is suppressed, and most of the light emitted from the phosphor layer 32 can be incident on the first pickup lens 27a.

一方、図9(B)に示すように平凸レンズ57を用いた場合は、平凸レンズ57の光入射面57Aが蛍光体層32の光射出面32Aと平行に配置される。そのため、平凸レンズ57への最大入射角β’が80°程度になり、フレネル損失が生じ易い。   On the other hand, when the plano-convex lens 57 is used as shown in FIG. 9B, the light incident surface 57A of the plano-convex lens 57 is arranged in parallel with the light exit surface 32A of the phosphor layer 32. Therefore, the maximum incident angle β ′ to the plano-convex lens 57 is about 80 °, and Fresnel loss is likely to occur.

以上のことから、本実施形態では蛍光体層32に対向配置される第1ピックアップレンズ27aとして、光入射面27Aが凹面とされたメニスカスレンズを用いている。   From the above, in the present embodiment, a meniscus lens having a light incident surface 27A as a concave surface is used as the first pickup lens 27a disposed to face the phosphor layer 32.

本実施形態におけるプロジェクター1は、上述したような光源装置2を備えている。本実施形態における光源装置2は、蛍光発光素子28及び第1ピックアップレンズ27aに特に特徴を有している。
上述したように、第1ピックアップレンズ27aとして、蛍光体層32に対向する光入射面27Aが凹面をなすメニスカスレンズを用いている。これに対し蛍光発光素子28は、蛍光体層32を保持する凸部36が、第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aの凹面に沿った傾斜面36cを有している。この結果、凸部36と第1ピックアップレンズ27aとの間に所定の厚さを有した空間38が形成される。凸部36の傾斜面36cと第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aとがともに同じような湾曲形状を成す形状とすることで、これらの間に空気の滞る箇所のない空間38(流路)が形成される。
また、平面視円形状を成す凸部36と第1ピックアップレンズ27aとが同軸上に配置されているため、空間38が光軸ax2の回りに均一に形成され、空間38が極端に狭くなる箇所もない。
The projector 1 in this embodiment includes the light source device 2 as described above. The light source device 2 in this embodiment is particularly characterized by the fluorescent light emitting element 28 and the first pickup lens 27a.
As described above, as the first pickup lens 27a, a meniscus lens in which the light incident surface 27A facing the phosphor layer 32 forms a concave surface is used. On the other hand, in the fluorescent light emitting element 28, the convex portion 36 that holds the phosphor layer 32 has an inclined surface 36c along the concave surface of the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a. As a result, a space 38 having a predetermined thickness is formed between the convex portion 36 and the first pickup lens 27a. By forming the inclined surface 36c of the convex portion 36 and the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a to have a similar curved shape, there is no space 38 (channel) where there is no air stagnation between them. Is formed.
Further, since the convex portion 36 and the first pickup lens 27a having a circular shape in plan view are arranged coaxially, the space 38 is uniformly formed around the optical axis ax2, and the space 38 becomes extremely narrow. Nor.

このような構成により、空間38内を空気がスムーズに流動して、発熱する蛍光体層32(特に、光射出面32A側)を効果的に冷却することができる。また、蛍光体層32を保持する凸部36に傾斜面36cを設けたことにより、純銅からなる凸部36の表面積が増えるため、蛍光体層32に対する放熱効果を高めることが可能となる。   With such a configuration, it is possible to effectively cool the phosphor layer 32 (in particular, the light emission surface 32A side) that generates heat by smoothly flowing air in the space 38. Moreover, since the surface area of the convex portion 36 made of pure copper is increased by providing the inclined surface 36 c on the convex portion 36 that holds the phosphor layer 32, it is possible to enhance the heat dissipation effect on the phosphor layer 32.

また、本実施形態では、第1ピックアップレンズ27aとして光入射面27Aが凹面とされたメニスカスレンズを用いており、光入射面27Aに入射される光線の最大入射角が60°未満となるように構成されている。これにより、光入射面27Aにおける光線の全反射が抑えられ、蛍光体層32から放射された光の入射効率を高めることができる。   In the present embodiment, a meniscus lens having a concave light incident surface 27A is used as the first pickup lens 27a so that the maximum incident angle of light incident on the light incident surface 27A is less than 60 °. It is configured. Thereby, the total reflection of the light beam on the light incident surface 27A is suppressed, and the incident efficiency of the light emitted from the phosphor layer 32 can be increased.

このように、第1ピックアップレンズ27aに対する蛍光体層32からの光の取り込み効率に優れ、蛍光体層32に対する冷却効率が高い光源装置2を備えたことにより、信頼性の高いプロジェクター1が得られる。   Thus, the projector 1 with high reliability can be obtained by including the light source device 2 that is excellent in the efficiency of capturing light from the phosphor layer 32 with respect to the first pickup lens 27a and has high cooling efficiency with respect to the phosphor layer 32. .

[第2実施形態]
次に、第2実施形態における光源装置の構成について述べる。
本実施形態における光源装置の基本構成は第1実施形態と略同様であるが、第1ピックアップレンズの構成において異なる。よって、以下の説明では、第1ピックアップレンズの構成について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図1〜図9と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
[Second Embodiment]
Next, the configuration of the light source device in the second embodiment will be described.
The basic configuration of the light source device in the present embodiment is substantially the same as that in the first embodiment, but differs in the configuration of the first pickup lens. Therefore, in the following description, the configuration of the first pickup lens will be described in detail, and description of common parts will be omitted. Moreover, in each drawing used for description, the same code | symbol shall be attached | subjected to the same component as FIGS.

図10は、第2実施形態における反射防止膜が設けられた第1ピックアップレンズの構成を示す図である。
図10に示すように、本実施形態の第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aには、反射防止構造の一例として、AR(Anti Reflect)コート膜よりなる反射防止膜39が設けられている。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the first pickup lens provided with the antireflection film in the second embodiment.
As shown in FIG. 10, an antireflection film 39 made of an AR (Anti Reflect) coat film is provided on the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a of the present embodiment as an example of an antireflection structure.

反射防止膜39としては、MgF膜、Ta膜またはSiO多層膜等が挙げられ、公知の蒸着プロセスを用いて形成することができる。反射防止膜39は、蛍光体層32の発光波長に合うように調整されている。これにより、蛍光体層32から放射された光が第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aにおいて反射するのを防止でき、第1ピックアップレンズ27aへ入射するときの光の損失を低減することができる。 Examples of the antireflection film 39 include an MgF 2 film, a Ta 2 O 5 film, and a SiO 2 multilayer film, and can be formed using a known vapor deposition process. The antireflection film 39 is adjusted to match the emission wavelength of the phosphor layer 32. Thereby, it is possible to prevent the light emitted from the phosphor layer 32 from being reflected on the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a, and to reduce the loss of light when entering the first pickup lens 27a. .

次に、蛍光体層32の中心からの光の第1ピックアップレンズ27aへの最大入射角が60°未満となるようにする理由について述べる。
図11は、ガラス基板(nd=1.7723)上に従来の反射防止膜を形成した場合の反射特性を示す図である。ただし、図11において、直線(a)、直線(b)および直線(c)は反射防止膜を形成しない場合の反射特性である。直線(a)は入射角が60°の入射光に対する反射特性であり、直線(b)は入射角が70°の入射光に対する反射特性であり、直線(c)は入射角が80°の入射光に対する反射特性である。
Next, the reason why the maximum incident angle of light from the center of the phosphor layer 32 to the first pickup lens 27a is less than 60 ° will be described.
FIG. 11 is a diagram showing the reflection characteristics when a conventional antireflection film is formed on a glass substrate (nd = 1.723). However, in FIG. 11, the straight line (a), the straight line (b), and the straight line (c) are reflection characteristics when the antireflection film is not formed. The straight line (a) is a reflection characteristic with respect to incident light having an incident angle of 60 °, the straight line (b) is a reflection characteristic with respect to incident light having an incident angle of 70 °, and the straight line (c) is incident with an incident angle of 80 °. This is a reflection characteristic for light.

図11に示すように、入射光の入射角度が0°以上60°未満の範囲であれば、可視域の内の広い波長域において反射率は3%程度以下である。
一方、入射角度が60°以上になると反射率が急に大きくなる。例えば波長400nm〜700nmの範囲における反射率は、入射角度60°で3〜4%程度、入射角度70°で10〜20%程度、入射角度80°で30〜42%程度である。
As shown in FIG. 11, when the incident angle of incident light is in the range of 0 ° to less than 60 °, the reflectance is about 3% or less in a wide wavelength region within the visible region.
On the other hand, when the incident angle is 60 ° or more, the reflectance suddenly increases. For example, the reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is about 3 to 4% at an incident angle of 60 °, about 10 to 20% at an incident angle of 70 °, and about 30 to 42% at an incident angle of 80 °.

反射防止膜39を形成しない場合と比較すると、反射防止膜39を形成することで、入射角度60°以上80°以下の入射光に対する反射率を10%程度低減することができる。
しかしそれでも、入射角度60°以上80°以下の入射光に対する反射率は入射角度60°未満の光に対する反射率と比較すると著しく大きい。
Compared with the case where the antireflection film 39 is not formed, by forming the antireflection film 39, the reflectance with respect to incident light having an incident angle of 60 ° to 80 ° can be reduced by about 10%.
However, the reflectivity for incident light with an incident angle of 60 ° or more and 80 ° or less is significantly larger than the reflectivity for light with an incident angle of less than 60 °.

そのため、本実施形態では、第1ピックアップレンズ27aに入射する光が入射角度60°未満となるように、光入射面27Aの曲率が設定されている。第1ピックアップレンズ27aに対する蛍光体層32から放射された光の光入射率としては、凡そ90%以上が見込まれ、第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aに反射防止膜39を施した場合には、95%以上の透過率が見込まれる。   Therefore, in this embodiment, the curvature of the light incident surface 27A is set so that the light incident on the first pickup lens 27a has an incident angle of less than 60 °. The light incident rate of the light emitted from the phosphor layer 32 with respect to the first pickup lens 27a is expected to be approximately 90% or more, and the antireflection film 39 is applied to the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a. Is expected to have a transmittance of 95% or more.

次に、第1ピックアップレンズ27a(以下、第1ピックアップレンズ27aをメニスカスレンズ27aと言うことがある。)としてメニスカスレンズを設けた場合と、図9(B)に示したような平凸レンズ57を設けた場合とにおける入射効率の比較について述べる。ここでは、各レンズの光入射面に、反射防止膜を設けない場合、単層の反射防止膜を設けた場合、3層の反射防止膜を設けた場合のそれぞれにおける入射光の反射率の違いについても説明する。   Next, when a meniscus lens is provided as the first pickup lens 27a (hereinafter, the first pickup lens 27a may be referred to as a meniscus lens 27a), and a plano-convex lens 57 as shown in FIG. A comparison of the incident efficiency with the case where it is provided will be described. Here, when no antireflection film is provided on the light incident surface of each lens, when a single-layer antireflection film is provided, and when a three-layer antireflection film is provided, the difference in reflectance of incident light in each case Is also explained.

先ず、メニスカスレンズおよび平凸レンズの各光入射面に反射防止処理を施さない状態での入射効率について述べる。
この場合、平凸レンズ57の光入射面57Aに対する光の入射効率が67.73%であるのに対し、メニスカスレンズ27aの光入射面27Aに対する光の入射効率は72.55%であり、メニスカスレンズ27aの入射効率は平凸レンズ57の入射効率の約1.07倍である。
First, the incidence efficiency in a state where the anti-reflection treatment is not applied to each light incident surface of the meniscus lens and the plano-convex lens will be described.
In this case, the incident efficiency of light on the light incident surface 57A of the plano-convex lens 57 is 67.73%, whereas the incident efficiency of light on the light incident surface 27A of the meniscus lens 27a is 72.55%. The incident efficiency of 27a is approximately 1.07 times the incident efficiency of the plano-convex lens 57.

次に、各レンズの光入射面に単層のARコートを施した場合のそれぞれの光の入射効率について述べる。
この場合、単層のARコートが施された平凸レンズ57の光入射面57Aに対する光の入射効率は92.25%であった。一方、単層のARコートが施されたメニスカスレンズ27aの光入射面27Aに対する光の入射効率は95.93%となり、メニスカスレンズの入射効率は平凸レンズ57の入射効率の約1.04倍である。
Next, the incident efficiency of each light when a single-layer AR coating is applied to the light incident surface of each lens will be described.
In this case, the light incident efficiency on the light incident surface 57A of the plano-convex lens 57 provided with the single-layer AR coating was 92.25%. On the other hand, the incident efficiency of light on the light incident surface 27A of the meniscus lens 27a provided with the single-layer AR coating is 95.93%, and the incident efficiency of the meniscus lens is about 1.04 times the incident efficiency of the plano-convex lens 57. is there.

次に、各レンズの光入射端面に3層の多層膜からなるARコートを施した場合のそれぞれの光の入射効率について述べる。
ここでは、3層構造のARコート膜として、光入射面上に、SiO膜、ZrO膜、MgF膜をこの順で積層した。各層の詳細は、例えば、SiO膜(屈折率:1.7、厚み:80.88nm)、ZrO膜(屈折率:2.1、厚み:130.95nm)、MgF膜(屈折率:1.38、厚み:99.64nm)である。
Next, the incident efficiency of each light when the AR coating composed of a multilayer film of three layers is applied to the light incident end face of each lens will be described.
Here, as the AR coating film having a three-layer structure, an SiO 2 film, a ZrO 2 film, and an MgF 2 film were laminated in this order on the light incident surface. Details of each layer are, for example, SiO 2 film (refractive index: 1.7, thickness: 80.88 nm), ZrO 2 film (refractive index: 2.1, thickness: 130.95 nm), MgF 2 film (refractive index: 1.38, thickness: 99.64 nm).

この場合、多層膜から成るARコートが施された平凸レンズ57の光入射面57Aに対する光の入射効率が93.23%であるのに対して、多層膜から成るARコートが施されたメニスカスレンズ27aの光入射面27Aに対する光の入射効率は97.22%であり、メニスカスレンズの入射効率は平凸レンズ57の入射効率の約1.04倍である。   In this case, the incident efficiency of light on the light incident surface 57A of the plano-convex lens 57 to which the AR coating made of the multilayer film is applied is 93.23%, whereas the meniscus lens to which the AR coating made of the multilayer film is applied. The incident efficiency of light on the light incident surface 27A of 27a is 97.22%, and the incident efficiency of the meniscus lens is about 1.04 times the incident efficiency of the plano-convex lens 57.

以上のことから、蛍光体層32からの光を入射させる第1ピックアップレンズ27aとして、従来の平凸レンズ57に替えて凹面を有するメニスカスレンズを用いることだけでも光の入射効率が大幅に向上するが、さらに、光入射面27Aに反射防止膜を設けることにより、更なる入射効率の向上を図ることが可能である。このとき、単層の反射防止膜でも十分に光の入射効率を高めることが可能であるが、3層の多層膜から成る反射防止膜を設けることで、光入射面27Aでの入射光の全反射がさらに抑えられてより多くの光を第1ピックアップレンズ27aに採り込むことが可能である。   From the above, the light incident efficiency is greatly improved by using a meniscus lens having a concave surface instead of the conventional plano-convex lens 57 as the first pickup lens 27a for making the light from the phosphor layer 32 incident. Further, by providing an antireflection film on the light incident surface 27A, it is possible to further improve the incident efficiency. At this time, it is possible to sufficiently increase the light incidence efficiency even with a single-layer antireflection film, but by providing an antireflection film composed of a three-layer multilayer film, all incident light on the light incident surface 27A can be obtained. The reflection is further suppressed, and more light can be taken into the first pickup lens 27a.

なお、上述したARコートは反射防止構造の一例であり、他の反射防止構造を第1ピックアップレンズ27a(光入射面27A)に対して施してもよい。例えば、図12に示すように、円錐状の微細な突起部40aを複数周期的に配列してなるモスアイシート40等を光入射面27Aに設けてもよい。   The AR coating described above is an example of an antireflection structure, and another antireflection structure may be applied to the first pickup lens 27a (light incident surface 27A). For example, as shown in FIG. 12, a moth-eye sheet 40 or the like in which a plurality of fine conical protrusions 40a are periodically arranged may be provided on the light incident surface 27A.

本実施形態のように、第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aに反射防止膜39を設けることで、光入射面27Aにおける光の反射をより一層防止することができ、蛍光体層32から放射された光の入射効率をさらに高めることができる。   As in the present embodiment, by providing the antireflection film 39 on the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a, reflection of light on the light incident surface 27A can be further prevented, and radiation from the phosphor layer 32 can be achieved. The incident efficiency of the emitted light can be further increased.

[第3実施形態]
次に、第3実施形態における光源装置の構成について述べる。
本実施形態における光源装置の基本構成は第1実施形態と略同様であるが、蛍光体層32を保持する凸部の形状において異なる。よって、以下の説明では、凸部の構成について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図1〜図9と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
[Third Embodiment]
Next, the configuration of the light source device in the third embodiment will be described.
The basic configuration of the light source device in the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but differs in the shape of the convex portion that holds the phosphor layer 32. Therefore, in the following description, the configuration of the convex portion will be described in detail, and description of common portions will be omitted. Moreover, in each drawing used for description, the same code | symbol shall be attached | subjected to the same component as FIGS.

図13は、第3実施形態における蛍光発光素子における凸部の形状例を示す図である。
図13に示すように、本実施形態における凸部41は、凸部41の底面41bと平坦面41aとを繋ぐ傾斜面41cが径方向に湾曲していない、円錐状となっている。
このような構成であっても、凸部41の傾斜面41cと第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aとの間に形成される空間38内を空気がスムーズに流動し、蛍光体層32を効率よく冷却することができる。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the shape of the protrusions in the fluorescent light emitting device according to the third embodiment.
As shown in FIG. 13, the convex portion 41 in the present embodiment has a conical shape in which an inclined surface 41 c that connects the bottom surface 41 b of the convex portion 41 and the flat surface 41 a is not curved in the radial direction.
Even in such a configuration, air smoothly flows in the space 38 formed between the inclined surface 41c of the convex portion 41 and the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a. It can be cooled efficiently.

[第4実施形態]
次に、第4実施形態における光源装置の構成について述べる。
本実施形態における光源装置の基本構成は第1実施形態と略同様であるが、蛍光体層32を保持する凸部の形状において異なる。よって、以下の説明では、凸部の構成について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図1〜図9と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
[Fourth Embodiment]
Next, the configuration of the light source device in the fourth embodiment will be described.
The basic configuration of the light source device in the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but differs in the shape of the convex portion that holds the phosphor layer 32. Therefore, in the following description, the configuration of the convex portion will be described in detail, and description of common portions will be omitted. Moreover, in each drawing used for description, the same code | symbol shall be attached | subjected to the same component as FIGS.

図14は、第4実施形態における蛍光発光素子における凸部の形状例を示す図である。
図14に示すように、本実施形態における凸部42は、その表面に第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aに対向する平坦面(底面42bに平行な平坦面)が設けられておらず、表面全体が湾曲した傾斜面42cを有する。蛍光体層32は傾斜面42cの頂部(底面42bから最も離れた部分)に設けられ、傾斜面42cの形状に倣って全体が湾曲している。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the shape of the convex portion in the fluorescent light emitting device in the fourth embodiment.
As shown in FIG. 14, the convex portion 42 in the present embodiment is not provided with a flat surface (a flat surface parallel to the bottom surface 42b) facing the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a on the surface thereof. The entire surface has an inclined surface 42c that is curved. The phosphor layer 32 is provided on the top of the inclined surface 42c (the portion farthest from the bottom surface 42b), and is entirely curved following the shape of the inclined surface 42c.

このような構成であっても、凸部42の傾斜面42cと第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aとの間に形成される空間38内を空気がスムーズに流動し、蛍光体層32を効率よく冷却することができる。   Even in such a configuration, air smoothly flows in the space 38 formed between the inclined surface 42c of the convex portion 42 and the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a, and the phosphor layer 32 is It can be cooled efficiently.

[第5実施形態]
次に、第5実施形態における光源装置の構成について述べる。
本実施形態における光源装置の基本構成は第1実施形態と略同様であるが、蛍光体層32を保持する凸部の形状において異なる。よって、以下の説明では、凸部の構成について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図1〜図9と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
[Fifth Embodiment]
Next, the configuration of the light source device in the fifth embodiment will be described.
The basic configuration of the light source device in the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but differs in the shape of the convex portion that holds the phosphor layer 32. Therefore, in the following description, the configuration of the convex portion will be described in detail, and description of common portions will be omitted. Moreover, in each drawing used for description, the same code | symbol shall be attached | subjected to the same component as FIGS.

図15は、第5実施形態における蛍光発光素子における凸部の形状例を示す図である。
図15に示すように、本実施形態における凸部43は、全体的に円柱形状を呈し、平坦面43aの周縁部分を面取りしたような傾斜面43cを有する形状とされている。蛍光体層32を保持する平坦面43aの周囲に傾斜面43cを設けることにより、凸部43の傾斜面43cと第1ピックアップレンズ27aの光入射面27Aとの間に形成される空間38内を空気がスムーズに流動し、蛍光体層32を効率よく冷却することができる。
また、傾斜面43cを設けたことで、単なる円柱形状とされている場合よりも、凸部43の表面積が増えるので放熱効果が向上する。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the shape of the protrusions in the fluorescent light emitting device according to the fifth embodiment.
As shown in FIG. 15, the convex portion 43 in the present embodiment has a cylindrical shape as a whole, and has a shape having an inclined surface 43 c that chamfers the peripheral portion of the flat surface 43 a. By providing the inclined surface 43c around the flat surface 43a holding the phosphor layer 32, the inside of the space 38 formed between the inclined surface 43c of the convex portion 43 and the light incident surface 27A of the first pickup lens 27a is formed. The air flows smoothly, and the phosphor layer 32 can be efficiently cooled.
Moreover, since the surface area of the convex part 43 increases by providing the inclined surface 43c, compared with the case where it is only a cylindrical shape, the heat dissipation effect is improved.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the examples. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to.

蛍光発光素子における凸部の形状は上述したものに限られず、他の形状としてもよい。   The shape of the convex portion in the fluorescent light emitting element is not limited to the above-described shape, and may be another shape.

1…プロジェクター、2…光源装置(照明装置)、36c,41c,42c,43c…傾斜面、11…端面、21…アレイ光源(光源)、27A,57A…光入射面、27B…コバ、27c…第3ピックアップレンズ、メニスカスレンズ、32…蛍光体層、32A…光射出面、35…保持基板(基板)、35a…第1面、36,41,42,43…凸部、36a…平坦面(端面)、YL…黄色光、蛍光光(第2の波長帯の光)、BLc2…光(第1の波長帯の光)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 2 ... Light source device (illuminating device), 36c, 41c, 42c, 43c ... Inclined surface, 11 ... End surface, 21 ... Array light source (light source), 27A, 57A ... Light incident surface, 27B ... Edge, 27c ... Third pickup lens, meniscus lens, 32 ... phosphor layer, 32A ... light emission surface, 35 ... holding substrate (substrate), 35a ... first surface, 36, 41, 42, 43 ... convex portion, 36a ... flat surface ( End face), YL ... yellow light, fluorescent light (light in the second wavelength band), BLc2 ... light (light in the first wavelength band)

Claims (11)

光源と、
第1面を有する基板と、
前記第1面上に設けられ、前記第1面に対して傾斜する傾斜面を有する凸部と、
前記凸部上に設けられ、前記光源から射出された第1の波長帯の光により励起されることによって前記第1の波長帯の光とは異なる第2の波長帯の光を生成する蛍光体層と、
前記蛍光体層の前記凸部とは反対側に配置され、前記蛍光体層の光射出面に対向する光入射面が凹面とされたメニスカスレンズと、を備え
前記傾斜面は、前記メニスカスレンズの前記光入射面の曲率に倣うように湾曲していることを特徴とする光源装置。
A light source;
A substrate having a first surface;
A convex portion provided on the first surface and having an inclined surface inclined with respect to the first surface;
A phosphor that is provided on the convex portion and is excited by light of the first wavelength band emitted from the light source to generate light of a second wavelength band different from the light of the first wavelength band Layers,
A meniscus lens disposed on the opposite side of the convex portion of the phosphor layer and having a concave light incident surface facing the light emission surface of the phosphor layer ,
The inclined surface is a light source device characterized that you have curved so as to follow the curvature of the light incident surface of the meniscus lens.
前記メニスカスレンズは、前記蛍光体層の中心からの光線の前記光入射面への最大入射角が60°未満となるように構成されている請求項1に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the meniscus lens is configured such that a maximum incident angle of a light beam from a center of the phosphor layer to the light incident surface is less than 60 °. 前記凸部は平坦面を有し、
前記平坦面上に前記蛍光体層が設けられている請求項1または2のいずれか一項に記載の光源装置。
The convex portion has a flat surface,
The light source device according to claim 1, wherein the phosphor layer is provided on the flat surface.
前記傾斜面上に前記蛍光体層が設けられている請求項1または2のいずれか一項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the phosphor layer is provided on the inclined surface. 前記メニスカスレンズは、前記光入射面の外側に前記メニスカスレンズの光軸と交差する端面を有しており、前記端面が前記蛍光体層よりも前記基板側に位置している請求項1から4のいずれか一項に記載の光源装置。   5. The meniscus lens has an end surface that intersects the optical axis of the meniscus lens outside the light incident surface, and the end surface is located on the substrate side with respect to the phosphor layer. The light source device according to any one of the above. 前記メニスカスレンズの前記光入射面は反射防止構造を備えている請求項1から5のいずれか一項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the light incident surface of the meniscus lens includes an antireflection structure. 前記凸部は平面視円形状をなし、
前記凸部と前記メニスカスレンズとが同軸上に配置されている請求項1から6のいずれか一項に記載の光源装置。
The convex portion has a circular shape in plan view,
The light source device according to claim 1, wherein the convex portion and the meniscus lens are coaxially arranged.
前記凸部と前記基板とが一体に形成されている請求項1から7のいずれか一項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the convex portion and the substrate are integrally formed. 前記凸部が銅から構成されている請求項1から8のいずれか一項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the convex portion is made of copper. 前記蛍光体層の平面形状が矩形状とされている請求項1から9のいずれか一項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein a planar shape of the phosphor layer is rectangular. 照明光を照明する照明装置と、
前記照明光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備え、
前記照明装置として、請求項1から10のいずれか一項に記載の光源装置を用いることを特徴とするプロジェクター。
An illumination device for illuminating illumination light;
A light modulation device that modulates the illumination light according to image information to form image light;
A projection optical system for projecting the image light,
11. A projector using the light source device according to claim 1 as the illumination device.
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