JP6940788B2 - Light source device and projector equipped with the light source device - Google Patents
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本発明は、光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source device and a projector provided with the light source device.
近年、時分割で複数の波長の光を取り出し、取り出された複数の波長の光を順次変調することで画像を形成して投影する時分割式のプロジェクタが普及している。このような時分割式のプロジェクタに用いる光源装置として、例えば、白色光を出力する光源と、複数のカラーフィルタが貼られた回転ホイールとを備えて、光源から出射された白色光を、一定速度で回転する回転ホイールに入射させて、時分割で複数の波長の光(例えば、青、緑、赤色光)を取り出すものが知られている。 In recent years, a time-division type projector that extracts light having a plurality of wavelengths by time division and sequentially modulates the extracted light having a plurality of wavelengths to form and project an image has become widespread. As a light source device used for such a time-divided projector, for example, a light source that outputs white light and a rotating wheel to which a plurality of color filters are attached are provided, and white light emitted from the light source is emitted at a constant speed. It is known that light of a plurality of wavelengths (for example, blue, green, and red light) is extracted by incident on a rotating wheel that rotates with.
また、半導体レーザを始めとする単波長の光を出力する光源により、カラーフィルタの代わりに蛍光体層を有する回転ホイールを用いて、これに半導体レーザ等の光源から出射された単波長の光を入射させることで、時分割で複数の波長の光を取り出す光源装置も提案されている。例えば、青色の半導体レーザから出た光を蛍光体により、緑や赤の光に波長変換することができる。その中には、特許文献1に示すように、レーザ光源の角度を光軸方向に回転させて取り付けることで、蛍光体へ集光した時のレーザ光源の略楕円形状を広げて、プロジェクタ投射時に均一な明るさにする方法が提案されている。
Further, by using a light source that outputs single-wavelength light such as a semiconductor laser, a rotating wheel having a phosphor layer is used instead of a color filter, and single-wavelength light emitted from a light source such as a semiconductor laser is used for this. A light source device that extracts light of a plurality of wavelengths in a time-divided manner by incident light has also been proposed. For example, the light emitted from a blue semiconductor laser can be wavelength-converted to green or red light by a phosphor. As shown in
また、特許文献2に示すように、複数のレーザ光源の配置間隔と出射面側に設置されたコリメータレンズのレンズ間隔とをずらすことで、蛍光体上での集光点が半導体レーザごとで異なるようにして光密度を下げて、蛍光体を励起する方法が提案されている。 Further, as shown in Patent Document 2, by shifting the arrangement interval of a plurality of laser light sources and the lens interval of the collimator lens installed on the emission surface side, the focusing point on the phosphor differs for each semiconductor laser. A method of exciting a phosphor by lowering the light density in this way has been proposed.
特許文献1に示された光源装置のように、半導体レーザの光軸方向に回転させて配置する場合、個々のレーザの回転方向を調整する必要がある。また、集光点位置が同じであるため中心の光密度が高く、蛍光体の発光効率が低下するといった問題がある。また、特許文献2に示された光源装置の場合、集光点位置がレーザ光源ごとに異なるので集光点位置を変えることができるが、コリメートレンズから出射した平行光は集光径が小さいため光密度が高く、蛍光体の発光効率が低下するといった課題がある。
When the semiconductor laser is rotated and arranged in the optical axis direction as in the light source device shown in
従って、本発明の目的は、上記の課題を解決するものであり、複数の半導体レーザを使用した光源において、蛍光体の発光効率低下を抑制し、簡易に組み立て可能な光源装置、ひいてはこの光源装置を用いたプロジェクタを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in a light source using a plurality of semiconductor lasers, a light source device that suppresses a decrease in luminous efficiency of a phosphor and can be easily assembled, and by extension, this light source device. The purpose is to provide a projector using the above.
上記の課題を解決するため、本発明に係る光源装置の1つの実施態様では、
半導体レーザ及び該半導体レーザから出射された光を略平行光とするコリメートレンズを有する複数の光源が、各光源からの出射光が同じ向きの略平行光となるように配置された複数の筐体と、
前記複数の筐体からの出射光を蛍光体に向けて集光する集光レンズと、
前記蛍光体を有し、前記集光レンズからの光を透過させる蛍光体ホイールと、
を備え、
前記複数の筐体の支持部材に対する取り付け角度を異ならせることで、前記筐体からの出射光の前記集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせている。
In order to solve the above problems, in one embodiment of the light source device according to the present invention,
A plurality of housings in which a plurality of light sources having a semiconductor laser and a collimated lens in which the light emitted from the semiconductor laser is substantially parallel light are arranged so that the light emitted from each light source becomes substantially parallel light in the same direction. When,
A condenser lens that collects the light emitted from the plurality of housings toward the phosphor and
A phosphor wheel having the phosphor and transmitting light from the condenser lens,
With
By making the mounting angles of the plurality of housings with respect to the support members different, the incident angles of the light emitted from the housings with respect to the optical axis of the condensing lens are made different.
本発明に係るプロジェクタの1つの実施態様では、上記の実施態様の光源装置と、画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、前記画像を拡大して投射する投射手段と、を備えている。 In one embodiment of the projector according to the present invention, based on the light source device of the above embodiment and image data, light emitted from the light source device in a plurality of wavelength bands is sequentially modulated to form an image. It includes a modulation means and a projection means for enlarging and projecting the image.
以上のように、本発明においては、複数の半導体レーザを使用した光源で、蛍光体の発光効率低下を抑制し、簡易に組み立て可能な光源装置、ひいてはこの光源装置を用いたプロジェクタを提供することができる。 As described above, the present invention provides a light source device using a plurality of semiconductor lasers, which suppresses a decrease in luminous efficiency of a phosphor and can be easily assembled, and by extension, a projector using this light source device. Can be done.
本発明に係る光源装置の実施態様1では、
半導体レーザ及び該半導体レーザから出射された光を略平行光とするコリメートレンズを有する複数の光源が、各光源からの出射光が同じ向きの略平行光となるように配置された複数の筐体と、
前記複数の筐体からの出射光を蛍光体に向けて集光する集光レンズと、
前記蛍光体を有し、前記集光レンズからの光を透過させる蛍光体ホイールと、
を備え、
前記複数の筐体の支持部材に対する取り付け角度を異ならせることで、前記筐体からの出射光の前記集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせている。
In the first embodiment of the light source device according to the present invention,
A plurality of housings in which a plurality of light sources having a semiconductor laser and a collimated lens in which the light emitted from the semiconductor laser is substantially parallel light are arranged so that the light emitted from each light source becomes substantially parallel light in the same direction. When,
A condenser lens that collects the light emitted from the plurality of housings toward the phosphor and
A phosphor wheel having the phosphor and transmitting light from the condenser lens,
With
By making the mounting angles of the plurality of housings with respect to the support members different, the incident angles of the light emitted from the housings with respect to the optical axis of the condensing lens are made different.
本実施態様によれば、複数の筐体から出射された光は、集光レンズにより蛍光体ホイール上(つまり蛍光体上)のそれぞれ異なる位置に集光される。従って、蛍光体上の集光領域での光密度を抑えることができるため、蛍光体からの出射光を効率よく利用することが可能となる。
また、筐体の支持部材に対する取り付け角度を異ならせるだけで、上記を実現できるので、生産性を犠牲にすることなく製造が可能となる。
このため、蛍光体の発光効率低下をできる限り抑制し、かつ簡易な組立を実現して量産性を犠牲にすることなく製造可能な光源装置を提供することができる。
According to this embodiment, the light emitted from the plurality of housings is focused by the condenser lens at different positions on the phosphor wheel (that is, on the phosphor). Therefore, since the light density in the condensing region on the phosphor can be suppressed, the light emitted from the phosphor can be efficiently used.
Further, since the above can be realized only by changing the mounting angle with respect to the support member of the housing, manufacturing becomes possible without sacrificing productivity.
Therefore, it is possible to provide a light source device that can be manufactured without sacrificing mass productivity by suppressing a decrease in luminous efficiency of the phosphor as much as possible and realizing simple assembly.
本発明に係る光源装置の実施態様2では、上記の実施態様1において、
前記光源において、前記コリメートレンズの前記半導体レーザに対する取り付け位置が、前記コリメートレンズから平行光を出射させるためのレンズ取り付け位置からずれている。
In the second embodiment of the light source device according to the present invention, in the first embodiment described above,
In the light source, the mounting position of the collimating lens with respect to the semiconductor laser is deviated from the lens mounting position for emitting parallel light from the collimated lens.
本実施態様によれば、各光源において、半導体レーザに対するコリメートレンズの位置をずらすことで、コリメートレンズから出射された光は平行光からずれるため、蛍光体上の集光領域での集光径を大きくしながらも、複数の半導体レーザの集光点位置ずれは小さくすることができる。
つまり、同一の筐体に備えられた半導体レーザの光は略同一位置に集光されるが、集光径の拡大により光密度を下げている。よって、集光領域の光密度を抑えることができるため、蛍光体からの出射光を効率よく利用することが可能となる。ただし、1つの筐体内の半導体レーザ1つ1つの集光点位置はわずかにしか変わらないため、全体として集光領域の面積拡大を適度に抑制できる。
また、光源装置の実施態様1及び2を組み合わせることにより、複数の筐体から出射された光は蛍光体上でそれぞれ異なる位置に集光され、かつ1つ1つの筐体からの光の集光径は大きいため、十分に光密度を低く抑えることができ、蛍光体の発光効率低下を十分に抑制することできる。
According to the present embodiment, by shifting the position of the collimating lens with respect to the semiconductor laser in each light source, the light emitted from the collimated lens is deviated from the parallel light, so that the focusing diameter in the focusing region on the phosphor is increased. Although it is large, the displacement of the focusing points of the plurality of semiconductor lasers can be reduced.
That is, the light of the semiconductor laser provided in the same housing is focused at substantially the same position, but the light density is lowered by increasing the focusing diameter. Therefore, since the light density in the condensing region can be suppressed, the light emitted from the phosphor can be efficiently used. However, since the position of each condensing point of each semiconductor laser in one housing changes only slightly, it is possible to appropriately suppress the expansion of the area of the condensing region as a whole.
Further, by combining the first and second embodiments of the light source device, the light emitted from the plurality of housings is collected at different positions on the phosphor, and the light from each housing is collected. Since the diameter is large, the light density can be sufficiently suppressed to be low, and the decrease in luminous efficiency of the phosphor can be sufficiently suppressed.
本発明に係る光源装置の実施態様3では、上記の実施態様1または2において、
前記筐体において、前記光源が前記半導体レーザのファーフィールドパターンにおける短軸方向に整列しており、
前記筐体の取り付け角度は、前記ファーフィールドパターンの長軸を中心に回転する方向に角度が変えられている。
In the third embodiment of the light source device according to the present invention, in the above-described first or second embodiment,
In the housing, the light sources are aligned in the minor axis direction in the farfield pattern of the semiconductor laser.
The mounting angle of the housing is changed in the direction of rotation about the long axis of the farfield pattern.
本実施態様によれば、筐体において、各光源はファーフィールドパターンにおける短軸方向に整列しており、筐体の支持部材に対する取り付け角度は、ファーフィールドパターンの長軸を中心に回転する方向に角度が変えられるので、各光源から出射された光が互いに干渉することなく、適切に集光領域で光密度を抑えることができる。 According to this embodiment, in the housing, the light sources are aligned in the minor axis direction in the farfield pattern, and the mounting angle of the housing with respect to the support member is in the direction of rotation about the long axis of the farfield pattern. Since the angle can be changed, the light emitted from each light source does not interfere with each other, and the light density can be appropriately suppressed in the condensing region.
本発明に係る光源装置の実施態様4では、上記の実施態様1〜3の何れかにおいて、
前記筐体は同一の前記支持部材に固定されており、前記筐体の前記支持部材との取り付け面が傾斜している。
In the fourth embodiment of the light source device according to the present invention, in any one of the
The housing is fixed to the same support member, and the mounting surface of the housing with the support member is inclined.
本実施態様によれば、筐体の支持部材との取り付け面を傾斜させるだけで、確実に集光領域で光密度を抑えることができ、生産性を犠牲にすることなく製造が可能となる。 According to this embodiment, the light density can be surely suppressed in the condensing region only by inclining the mounting surface of the housing with the support member, and the production can be performed without sacrificing productivity.
本発明に係る光源装置の実施態様5では、上記の実施態様4において、
隣接する2つの前記筐体を前記支持部材に固定するとき、前記筐体からの出射光の略光軸方向を回転中心として、該隣接する2つの筐体を相対的に180度回転させて固定される。
In embodiment 5 of the light source device according to the present invention, in embodiment 4 described above,
When the two adjacent housings are fixed to the support member, the two adjacent housings are relatively rotated 180 degrees and fixed with the direction of the optical axis of the light emitted from the housing as the center of rotation. Will be done.
本実施態様によれば、支持部材との取り付け面が傾斜した同一形状の筐体を用いて、取り付ける角度を相対的に180度回転させて(言い換えれば、一定の回転方向において、180度度回転させて)固定することで、各筐体からの出射光の集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせることができる。よって、非常に簡単な構造を用いて、確実に集光領域で光密度を抑えることができる。 According to this embodiment, using a housing having the same shape with an inclined mounting surface with the support member, the mounting angle is relatively rotated by 180 degrees (in other words, rotated by 180 degrees in a certain rotation direction). By fixing it, the angle of incidence of the light emitted from each housing with respect to the optical axis of the condensing lens can be made different. Therefore, the light density can be surely suppressed in the condensing region by using a very simple structure.
本発明に係る光源装置の実施態様6では、上記の実施態様4において、
隣接する4つの前記筐体を前記支持部材に固定するとき、前記筐体からの出射光の略光軸方向を回転中心として、該隣接する2つの筐体を相対的に90度回転させて固定される。
In embodiment 6 of the light source device according to the present invention, in embodiment 4 described above,
When the four adjacent housings are fixed to the support member, the two adjacent housings are relatively rotated and fixed by 90 degrees with the direction of the optical axis of the light emitted from the housing as the center of rotation. Will be done.
本実施態様によれば、支持部材との取り付け面が傾斜した同一形状の筐体を用いて、取り付ける角度を相対的に90度回転させて(言い換えれば、1つの筐体を基準に、一定の回転方向において、90度、180度、270度回転させて)固定することで、各筐体からの出射光の集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせることができる。よって、非常に簡単な構造を用いて、確実に集光領域で光密度を抑えることができる。 According to this embodiment, using a housing having the same shape with an inclined mounting surface to the support member, the mounting angle is relatively rotated by 90 degrees (in other words, a constant housing with respect to one housing). By fixing (rotated 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees) in the rotation direction, the incident angle of the light emitted from each housing with respect to the optical axis of the condensing lens can be made different. Therefore, the light density can be surely suppressed in the condensing region by using a very simple structure.
本発明に係る光源装置の実施態様7では、上記の実施態様1〜3の何れかにおいて、
前記筐体は同一の前記支持部材に固定されており、前記支持部材の前記筐体の取り付け面が傾斜している。
In embodiment 7 of the light source device according to the present invention, in any of the
The housing is fixed to the same support member, and the mounting surface of the housing of the support member is inclined.
本実施態様によれば、支持部材の筐体の取り付け面が傾斜して形成することにより、各筐体からの出射光の集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせることができる。このため、一度支持部材をこのように形成すれば、筐体の形状が単純になるので、メンテナンス等で筐体を交換する場合にも、安価に容易に行うことができる。 According to this embodiment, by forming the mounting surface of the housing of the support member to be inclined, the incident angle of the light emitted from each housing with respect to the optical axis of the condensing lens can be made different. Therefore, once the support member is formed in this way, the shape of the housing is simplified, so that even when the housing is replaced for maintenance or the like, it can be easily performed at low cost.
本発明に係る光源装置の実施態様8では、上記の実施態様4〜7の何れかにおいて、
前記筐体または前記支持部材の取り付け面の傾斜角度が、0.25〜2度である。
In embodiment 8 of the light source device according to the present invention, in any of the above embodiments 4 to 7.
The inclination angle of the mounting surface of the housing or the support member is 0.25 to 2 degrees.
本実施態様によれば、傾斜角度が0.25〜2度なので、集光領域の面積をむやみに大きくすることなく、光密度を抑えることができる。 According to this embodiment, since the inclination angle is 0.25 to 2 degrees, the light density can be suppressed without unnecessarily increasing the area of the condensing region.
本発明に係る光源装置の実施態様9では、上記の実施態様1〜8の何れかにおいて、
前記支持部材が放熱部材である。
In embodiment 9 of the light source device according to the present invention, in any of the
The support member is a heat dissipation member.
本実施態様によれば、支持部材が放熱部材なので、筐体を効率的に冷却でき、かつ部品点数を抑制して、光源装置の小型化を促進することができる。 According to this embodiment, since the support member is a heat radiating member, the housing can be efficiently cooled, the number of parts can be suppressed, and the miniaturization of the light source device can be promoted.
本発明に係る光源装置の実施態様10では、上記の実施態様1〜9の何れかにおいて、
前記筐体からの出射光の波長帯域が、370〜500nmである。
In
The wavelength band of the emitted light from the housing is 370 to 500 nm.
本発明に係る光源装置の実施態様11では、上記の実施態様1〜10の何れかにおいて、
蛍光体のうちの一つは、赤色光を含む光で発光する蛍光体である。
In
One of the phosphors is a phosphor that emits light including red light.
本発明に係るプロジェクタの第1の実施形態では、上記の実施態様1〜11の何れかの実施形態の光源装置と、
画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
前記画像を拡大して投射する投射手段と、
を備えている。
In the first embodiment of the projector according to the present invention, the light source device according to any one of the
An optical modulation means that sequentially modulates light in a plurality of wavelength bands emitted from the light source device to form an image based on image data, and
A projection means for enlarging and projecting the image, and
It has.
本実施態様によれば、蛍光体の発光効率低下をできる限り抑制し、かつ簡易な組立が実現して量産性を犠牲にすることなく製造可能なプロジェクタを提供することができる。
次に、本発明の光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタについて、以下に図面を用いながら詳細に説明する。
According to this embodiment, it is possible to provide a projector that can be manufactured without sacrificing mass productivity by suppressing a decrease in luminous efficiency of a phosphor as much as possible and realizing simple assembly.
Next, the light source device of the present invention and the projector provided with the light source device will be described in detail below with reference to the drawings.
(光源装置の概要の説明)
まず、図1を参照しながら、本発明に係る光源装置の一実施形態について説明する。なお、図1は、本発明の光源装置の1つの実施形態を示す図1(a)は光源装置の模式図であり、図1(b)は光源装置の軸説明図(図1(a)の矢印A−Aからみた断面矢視図)である。図1(a)に示すように、本実施形態の光源装置1は、光源部である筐体10、集光レンズ20、蛍光板ホイール30、受光レンズ40、回転駆動部50及び放熱板60を備える。
本実施形態では、筐体10から青色光が出射され、出射された青色光は集光レンズ20に入射し、集光レンズ20で集光されて(詳細は後述する)、回転駆動部50によって回転する蛍光板ホイール30に入射する。蛍光板ホイール30は、光が透過する材料で構成され、入射側表面に誘電体膜31が、出射側表面に蛍光体層32が同心円状に形成されている。更に詳細に述べれば、出射側表面に緑蛍光体領域、赤蛍光体領域及び青透過領域が同心円状に設けられている。緑蛍光体は青色光が入射すると緑色光を発し、赤蛍光体は青色光が入射すると赤色光を発する。よって、集光レンズ20から青色光が蛍光板ホイール30に入射すると、蛍光板ホイール30から時分割で、緑色光、赤色光及び青色光が出射され、受光レンズ40に入射する。そして、受光レンズ40で集光されて、光源装置1から出射される。
なお、本実施形態で用いる半導体レーザ12の波長は、370〜500nm内の光を発することが望ましく、420〜500nm内の光を発することが更に望ましい。
(Explanation of outline of light source device)
First, an embodiment of the light source device according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 (a) shows a schematic view of the light source device, and FIG. 1 (b) shows an explanatory view of an axis of the light source device (FIG. 1 (a)) showing one embodiment of the light source device of the present invention. It is a cross-sectional view taken from the arrow AA of. As shown in FIG. 1A, the
In the present embodiment, blue light is emitted from the
The wavelength of the
支持部材である放熱板60の取り付け面に、複数の筐体10が取り付けられている。なお、図1では、実線で1つの筐体10を示し、破線でその他の筐体10を示している。各々の筐体10において、青色光を出射する半導体レーザ12及びこの半導体レーザ12から出射された光を略平行光とするコリメートレンズ13を有する光源が、筐体の本体11に複数設けられて構成され、1つの筐体10の中で、各光源からの出射光が同じ向きの略平行光となるように配置されている。各筐体10は、筐体ごとに放熱板(支持部材)60に対する取り付け角度を異ならせて取り付けられている(図1の実線で示した筐体10と破線で示した筐体10参照)。これにより、各筐体10からの出射光の光軸14は、集光レンズ20の光軸21と平行でなく、筐体10によって、それぞれ異なる入射角度で集光レンズ20に入射する。これにより、図1の実線及び破線で示すように、集光レンズ20で蛍光板ホイール30の位置で集光されるが、各筐体10ごとに、それぞれ異なる位置に集光される。なお、図1では、蛍光板ホイール30の入射側表面に設けられた誘電体膜31の表面位置で集光されるように描かれているが、誘電体膜31は非常に薄く、蛍光板ホイール30で光が集光されたり拡散されたりしないので、「蛍光体32上でそれぞれ異なる位置に集光される」ということができる。
筐体に関する実施形態の詳細な説明は後述する。
A plurality of
A detailed description of the embodiment relating to the housing will be described later.
上述のように、蛍光体ホイール30は、入射側表面に誘電体膜31が、出射側表面に蛍光体層32が同心円状に形成されている。図5に蛍光体ホイールの模式図を示す。図5(a)は蛍光体ホイールの入射側を、図5(b)は蛍光体の出射側を示している。蛍光体ホイール30には、緑蛍光体領域、赤蛍光体領域及び青透過領域が設けられている。緑蛍光体領域は、入射側に、青色光を透過し緑色光を反射する誘電体膜31Gが形成されており、基板の出射側に、緑の波長帯域を有する蛍光体32Gが塗布されている。同様に、赤蛍光体領域には、入射側に、青色光を透過し赤色光を反射する誘電体膜31Rが形成されており、出射側に、赤の波長領域を有する蛍光体32Rが塗布されている。青色透過領域には、入射側に、青色光を透過する誘電体膜31Bが形成されており、出射側には蛍光体は塗布されていないが、入射側と同様に青色光を透過する誘電体膜32Bが形成されていてもよい。また、輝度ムラ及び色度ムラを改善するために、散乱体、例えばSiO2やTiO2、Ba2So4等の粒子が塗布されていることが望ましい。
As described above, in the
蛍光体ホイール30の緑及び赤蛍光体領域に形成されている誘電体膜31G、31Rは、青色光を透過し、かつそのそれぞれの領域の色に応じた波長を反射する膜とすることで、蛍光体32G、32Rから半導体レーザ12側に出射した蛍光体光を、受光レンズ40側に反射させることができ、これにより効率よく蛍光体光を利用することができる。
The
蛍光体ホイール30の緑蛍光体領域に塗布されている蛍光体32Gは、波長帯域が約500〜560nmを含む緑色の蛍光を発生させることが望ましい。具体的な材料の一例としては、β−Si6−ZAlZOZN8−Z:Eu、Lu3Al5O12:Ce、Ca8MgSi4O16Cl2:Eu、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr,Ba,Ca)Si2O2N2:Euなどを挙げることができる。
It is desirable that the
蛍光体ホイールの赤蛍光体領域に塗布されている蛍光体32Rは、波長帯域が600〜800nmを含む赤色の傾向を発生させることが望ましい。具体的な材料の一例としては、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu、SrAlSiN3:Eu、K2SiF6:Mnなどを挙げることができる。
It is desirable that the
蛍光体ホイール30における、緑・赤蛍光体領域及び青色透過領域の割合は、任意に決定することができる。例えば、プロジェクタとして要求される白色の色度及び各蛍光体等の効率などから算出することができる。ここでは緑及び赤蛍光体領域緑をそれぞれ150度、青透過領域を60度としている。
また、本実施形態では、緑・赤・青の3領域としているが、4つ以上の領域としてもよい。青色と黄色による白色光領域や、緑・赤・青の領域を増やしてそれぞれ2つずつとしてもよい。
The ratio of the green / red phosphor region and the blue transmission region in the
Further, in the present embodiment, there are three regions of green, red, and blue, but four or more regions may be used. The white light region of blue and yellow and the green, red, and blue regions may be increased to two each.
蛍光体ホイール30は、光を透過させる透明な円板状の部材からなり、その中心は駆動体50の駆動軸50aに固定されている。ここで、蛍光体ホイール30の素材は、光の透過率が高い素材であれば、ガラス、樹脂、サファイア等を使用することができる。また、図5(a)において”SP”で示す領域は、集光レンズ20によって集光された筐体10からの入射光が当たる領域(集光領域)を示している。更に、図5(b)において”FL”で示す領域は、筐体10からの入射光よって蛍光体層が発光する領域(蛍光領域)を示している。
なお、蛍光体ホイール30の出射側に更に1枚の基板を加え、そこにバンドパスフィルターを設けてもよい(図示せず)。これにより、より純粋な緑や赤色を得ることができる。
The
An additional substrate may be added to the emission side of the
図1の説明に戻り、回転駆動部50は、ブラシレス直流モータであり、駆動軸50aと集光レンズ20の光軸21aとが平行になるように配置されている。また、駆動軸50aに対して蛍光体ホイール30の面が垂直となるように固定されている。回転駆動部50の回転速度は、再生する動画のフレームレート(1秒当たりのフレーム数。単位は[fps])に基づく回転速度となる。例えば、60[fps]の動画を再生可能とする場合、回転駆動部50(つまり蛍光体ホイール30)の回転速度は、毎秒60回転の整数倍に定めるとよい。
Returning to the description of FIG. 1, the
蛍光体ホイール30から出射した光は、受光レンズ40により集光されて、光源装置1から出射される。この光源装置1をプロジェクタの光源として用いる場合、光源装置1からの出射光を、変調手段へと集光し、変調手段で形成された画像を投射手段で拡大してスクリーンに投射する。このとき変調手段で形成された画像サイズと、投射手段より投射される光の広がり角との関係から算出されるエタンデュー(Etendue)は、受光レンズ40のNA及び蛍光体の発光領域の大きさに影響する。
つまり、
(変調手段により形成された画像サイズ)×(投射角度)=(蛍光領域FL)×(受光レンズNA)
となる。よって、蛍光体の発光が略ランバーシアンであることから、受光レンズ40はできる限り高いNAであることが望ましい。また、蛍光領域FLは小さいことが望ましい。投射側のエタンデューよりも蛍光体側のエタンデューが大きい場合、その差分は効率低下となる。
The light emitted from the
in short,
(Image size formed by the modulation means) x (projection angle) = (fluorescence region FL) x (light receiving lens NA)
Will be. Therefore, since the emission of the phosphor is substantially Lambertian, it is desirable that the
上述したとおり、受光レンズ40のNAが高いため、蛍光領域FLはできる限り小さいことが望ましい。しかしその場合、筐体10からの光密度が高くなってしまう。本実施形態においては、蛍光領域FLの大きさは2mm程度が望ましいため、筐体10からの光は、集光領域SPの大きさとして2mm以下が望ましい。なおこの形状は、個々の筐体10の集光領域の大きさではなく、複数の筐体10を取り付けた状態での、全体の集光領域の大きさである。
As described above, since the NA of the
(筐体の説明)
次に、図1から図3を用いて、本発明の一実施形態に係る筐体の説明を行う。この筐体に関する説明では、各々の筐体の放熱板(支持部材)60に対する取り付け角度を異ならせることで、筐体10からの出射光の集光レンズ20の光軸に対する入射角度を異ならせる第1の実施形態の説明と、コリメートレンズ13の半導体レーザ12に対する取り付け位置を、コリメートレンズ13から平行光を出射させるためのレンズ取り付け位置(焦点位置)からずらす第2の実施形態の説明とを含む。
(Description of housing)
Next, the housing according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In the description of this housing, the incident angle of the light emitted from the
(第1の実施形態の説明)
はじめに、筐体に関する本発明の第1の実施形態について、図1から図3を用いて説明する。図1(a)に示すように、半導体レーザ12から出射された拡散光のファーフィールドパターンにおける短軸(X軸)方向に、半導体レーザ12が整列しており、筐体10の取り付け角度は、ファーフィールドパターンの長軸(Y軸)を中心に回転する方向に角度が変えられている。図1(a)では、垂直方向がY軸方向となる。ここで、図1(a)の矢印A−Aから見た断面矢視図である軸説明図(図1(b)参照)に、ファーフィールドパターンにおける短軸(X軸)及び長軸(Y軸)を示す。
なお、図1(a)では、短軸(X軸)方向に4つの光源(半導体レーザ12とコリメートレンズ13の対)が並んでいるが、1列の場合だけではなく、図2に示すように、4つの光源が短軸(X軸)方向に並んだ列が2列ある形態でもよく、さらに3列以上ある形態でもよい。
(Explanation of the first embodiment)
First, a first embodiment of the present invention relating to a housing will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 1A, the
In FIG. 1A, four light sources (pairs of the
上述のように、筐体10の取り付け角度は、出射光が集光レンズ20の光軸21に対して平行に入射する角度から、長軸(Y軸)を中心とした回転方向において角度が変えられている。よって、筐体10から出射された光は、取り付け角度(傾斜角度)に相当する入射角で集光レンズ20に入射する。つまり取り付け角度(傾斜角度)だけ、光軸21に対して角度をつけて集光レンズ20に入射する。この取り付け角度(傾斜角度)、つまり入射角度(集光レンズ20の光軸21に対する角度)としては、絶対値で0.25〜2度が望ましい。
もし、筐体10から出射された光が、集光レンズ20の光軸21に対して平行に入射した場合には、光軸21上の点に集光されるが、所定の入射角度で集光レンズ20に入射する場合には、図1(a)に示すように、異なる位置に集光する。よって、各筐体10の取り付け角度を異ならせれば、全て異なる位置に集光する。しかし、傾斜角度が絶対値で0.25〜2度の範囲であれば、蛍光ホイール30(蛍光体)における集光領域SP(図5(a)参照)の面積が大きくなりすぎることはない。
As described above, the mounting angle of the
If the light emitted from the
次に、図2を用いて、筐体10を傾けて支持部材である放熱板60に取り付ける一実施態様を説明する。図2(a)では、短軸(X軸)方向(図で上下方向)に4つの光源が並んだ列が2列ある筐体10が2つ隣接して配置されており(M及びN参照)、M及びNで示された2つの筐体10は放熱板60の取り付け面に対して傾斜は付けられていない。つまり、図2(a)の矢印B−Bから見た側面形状のように、筐体10は矩形の側面形状を有しており、放熱板60の取り付け面に対して、筐体10の取り付け面及び出射面は平行に配置されている。よって、放熱板60の取り付け面が、集光レンズ20の光軸21に対して垂直に配置されていれば、筐体10から、集光レンズ20の光軸21と平行な方向に光が出射される。この場合の集光レンズ20により集光された集光領域SPにおける集光点形状(M’及びN’参照)及びその光強度分布(断面光強度)を示すグラフを、図3(a)に示す。なお、Mで示す筐体10からの集光点形状MとNで示す筐体10からの集光点形状N’とは重なり合っている。このグラフから明らかなように、筐体10から出射された光は、1点に集光されるので、短軸(X軸)方向及び長軸(Y軸)方向ともに高い光ピーク強度を示し、集光領域SPの光密度が高くなっていることがわかる。
Next, an embodiment in which the
図2の説明に戻り、図2(b)では、短軸(X軸)方向(図で上下方向)に4つの光源が並んだ列が2列ある、P及びQで示された筐体10が2つ隣接して配置されている。P及びQで示された各筐体10は、同じ形状を有しており、放熱板60へ取り付ける取り付け面が傾斜した側面形状を有している。ここで、Pで示した筐体10を例に説明すると、図2(b)の矢印C−Cから見た側面形状のように、筐体10は放熱板60への取り付け面が所定の角度だけ傾斜した形状を有している。なお、この傾斜する角度は、上述のように0.25〜2度が望ましいが、図2ではそれよりも傾斜を強調して表してある。これにより、放熱板60の取り付け面が集光レンズ20の光軸21に対して垂直に配置されている場合、Pで示す筐体10から出射した光は、集光レンズ20の光軸21に対して、所定の傾斜角に相当する入射角で入射する。つまり所定の角度だけ、光軸21に対して角度をつけて集光レンズ20に入射する。集光レンズ20の光軸21の方向と一致する図面に対して垂直な方向と比べると、下側に傾いて光が出射されることになる。
一方、同じ形状(取り付け面が所定の角度だけ傾斜した形状)を有している、隣接したQで示される筐体10は、筐体10からの出射光の略光軸方向を回転中心として、隣接するPで示す筐体10に対して相対的に180度回転させた位置で固定される。これにより、集光レンズ20の光軸21の方向と一致する図面に対して垂直な方向と比べると、上側に傾いて光が出射されることになる。集光レンズ20の光軸21に対しては、所定の角度に相当する入射角で入射する(つまり所定の角度だけ、光軸21に対して角度をつけて集光レンズ20に入射する)。
Returning to the description of FIG. 2, in FIG. 2B, the
On the other hand, the
この場合の集光レンズ20で集光された集光領域SPにおける集光点形状(P’及びQ’参照)及びその光強度分布(断面光強度)を示すグラフを、図3(b)に示す。Pで示される筐体20からの光が図面で下側の位置に集光されて集光点形状P’を形成し、Qで示される筐体20からの光が図面で上側の位置に集光されて集光点形状Q’を形成する。筐体10から出射された光は、1点に集光されることなく、2カ所に分散して集光されるので、図3(b)のグラフから明らかなように、短軸(X軸)方向で2つのピークを持つ光強度分布となり、図3(a)の場合に比べて、光ピーク強度が低くなっている。
なお、図3(a)に示す集光点位置を1つにした場合の元の光ピーク強度をPoとすると、図3(b)の場合のピーク強度は、
P=Po/(集光点位置数=2)
となる。つまり、元の光ピーク強度Poを集光点位置の数で割った数値となるため、本例においては半分の光ピーク強度となる。
また、長軸(Y軸)方向でほぼ均一な光強度分布となる。よって、傾いて取り付けられていない図2(a)に示す筐体10に比べて、集光領域SPの光密度が低くなっている。ただし、長軸(Y軸)方向においては、PとQの距離に応じて、ガウス分布となることがある。
A graph showing the shape of the condensing point (see P'and Q') and the light intensity distribution (cross-sectional light intensity) in the condensing region SP condensed by the condensing
Assuming that the original light peak intensity when the focusing point positions shown in FIG. 3 (a) are one is Po, the peak intensity in the case of FIG. 3 (b) is
P = Po / (number of focusing point positions = 2)
Will be. That is, since the value is obtained by dividing the original light peak intensity Po by the number of focusing point positions, the light peak intensity is halved in this example.
Further, the light intensity distribution is almost uniform in the long axis (Y axis) direction. Therefore, the light density of the condensing region SP is lower than that of the
図2の説明に戻り、図2(c)では、短軸(X軸)方向(図で上下方向)に2つの光源が並んだ列が2列ある、R、S、T及びUで示された筐体10が4つ隣接して配置されている(R、S、T及びU参照)。R、S、T及びUで示された各筐体10は、同じ形状を有しており、放熱板60へ取り付ける取り付け面が所定の角度傾斜した側面形状を有している。そして、Rで示される筐体10を基準にすれば、S、T、Uの順に、筐体10からの出射光の略光軸方向を回転中心として、相対的に反時計周りに、90度、180度、270度回転させた位置で固定される。よって、放熱板60の取り付け面が集光レンズ20の光軸21に対して垂直に配置されている場合、Rで示される筐体10から、集光レンズ20の光軸21の方向と一致する垂直な方向と比べると、下側に傾いて光が出射され、Sで示される筐体10から、垂直な方向と比べると、右側に傾いて光が出射されることになり、Tで示される筐体10から、図面に対して垂直な方向と比べると、上側に傾いて光が出射され、Uで示される筐体10から、図面に対して垂直な方向と比べると、左側に傾いて光が出射されることになる。何れの場合も、各筐体10から出射した光は、集光レンズ20の光軸21に対して、所定の角度に相当する入射角で入射する(つまり所定の角度だけ、光軸21に対して角度をつけて集光レンズ20に入射する)。
Returning to the description of FIG. 2, in FIG. 2 (c), there are two rows in which two light sources are arranged in the short axis (X-axis) direction (vertical direction in the figure), which are indicated by R, S, T and
この場合の集光レンズ20により集光された集光領域SPにおける集光点形状(R’、T’、S’及びU参照)及びその光強度分布(断面光強度)を示すグラフを、図3(c)に示す。Rで示される筐体20からの光が図面で下側の位置に集光されて集光点形状R’を形成し、Sで示される筐体20からの光が図面で右側の位置に集光されて集光点形状S’を形成し、Tで示される筐体20からの光が図面で上側の位置に集光されて集光点形状T’を形成し、Uで示される筐体20からの光が図面で左側の位置に集光されて集光点形状U’を形成する。よって、筐体10から出射された光は、1点に集光されることなく、4つの領域(R’、T’、S’及びU’)に分散して集光されるので、図3(c)のグラフから明らかなように、短軸(X軸)方向及び長軸(Y軸)方向で、それぞれ2つのピークを持つ光強度分布となる。なお、図3(a)に示す集光点位置を1つにした場合の元の光ピーク強度をPoとすると、図2(c)の場合のピーク強度は、
P=Po/(集光点位置数=4)
となる。つまり、元の光ピーク強度Poを集光点位置の数で割った数値となるため、本例においては1/4の光ピーク強度なる。
よって、図2(a)に示す実施形態に対応する図3(a)に比べて非常に低い光ピーク強度となり、図2(b)に示す実施形態に対応する図3(b)と比べてもより低い光強度となる。よって、傾いて取り付けられていない図2(a)に示す筐体10に比べて、集光領域SPの光密度が非常に低くなっている。
なお、図2(c)に示す実施形態(図3(c)のグラフ参照)において、最も光密度が低くなっているが、図2(b)に示す実施形態(図3(b)のグラフ参照)においても、図2(a)に示す場合(図3(a)のグラフ参照)に比べて、十分光密度が低くなっており、蛍光体の発光効率低下を十分抑制することができる。
A graph showing the shape of the condensing point (see R', T', S'and U) and the light intensity distribution (cross-sectional light intensity) in the condensing region SP condensed by the condensing
P = Po / (number of focusing point positions = 4)
Will be. That is, since the value is obtained by dividing the original light peak intensity Po by the number of focusing point positions, the light peak intensity is 1/4 in this example.
Therefore, the light peak intensity is much lower than that of FIG. 3 (a) corresponding to the embodiment shown in FIG. 2 (a), and compared with FIG. 3 (b) corresponding to the embodiment shown in FIG. 2 (b). Will have lower light intensity. Therefore, the light density of the condensing region SP is much lower than that of the
In the embodiment shown in FIG. 2 (c) (see the graph in FIG. 3 (c)), the light density is the lowest, but the embodiment shown in FIG. 2 (b) (graph in FIG. 3 (b)). Also in (see), the light density is sufficiently lower than in the case shown in FIG. 2 (a) (see the graph in FIG. 3 (a)), and the decrease in luminous efficiency of the phosphor can be sufficiently suppressed.
以上のように、本実施形態では、複数の筐体が同一の放熱板(取り付け部材)60に固定される場合に、放熱板(取り付け部材)60に対する取り付け角度が異なっているので、集光レンズ20の光軸21に対する入射角度がそれぞれ異なる。よって、複数の筐体10から出射された光は、集光レンズ20により蛍光体ホイール30上に集光されるが、蛍光体上でそれぞれ異なる位置に集光される。従って、集光領域SPにおける光密度を抑えることができるため、蛍光体からの出射光を効率よく利用することが可能となる。
また、筐体10の放熱板(取り付け部材)60に対する取り付け角度を異ならせるだけで、これを実現できるので、生産性を犠牲にすることなく製造が可能となる。
このため、蛍光体の発光効率低下をできる限り抑制し、かつ簡易な組立が実現して量産性を犠牲にすることなく製造可能な光源装置1を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, when a plurality of housings are fixed to the same heat sink (mounting member) 60, the mounting angles with respect to the heat sink (mounting member) 60 are different, so that the condenser lens The incident angles of the 20 with respect to the
Further, since this can be realized only by changing the mounting angle of the
Therefore, it is possible to provide a
また、筐体10において、各光源はファーフィールドパターンにおける短軸(X軸)方向に整列しており、筐体10の取り付け角度は、ファーフィールドパターンの長軸(Y軸)を中心に回転する方向に角度が変えられているので、各光源から出射された光が互いに干渉することなく、適切に集光領域SPで光密度を抑えることができる。
Further, in the
更に、筐体10の放熱板(取り付け部材)60との取り付け面を傾斜させるだけで、確実に集光領域SPでの光密度を抑えることができ、生産性においても犠牲にすることなく製造が可能となる。
Further, the light density in the condensing region SP can be surely suppressed only by inclining the mounting surface of the
特に、放熱板(取り付け部材)60との取り付け面が傾斜した同一形状の筐体10を用いて、取り付ける角度を相対的に180度回転させて(言い換えれば、一定の回転方向において、180度回転させて)固定することで、各筐体からの出射光の集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせることができる。よって、非常に簡単な構造を用いて、確実に集光領域SPで光密度を抑えることができる。
In particular, using a
特に、放熱板(取り付け部材)60との取り付け面が傾斜した同一形状の筐体10を用いて、取り付ける角度を相対的に90度回転させて(言い換えれば、1つの筐体を基準に、一定の回転方向において、90度、180度、270度回転させて)固定することで、各筐体からの出射光の集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせることができる。よって、非常に簡単な構造を用いて、確実に集光領域SPで光密度を抑えることができる。
In particular, using a
また、筐体10の放熱板(取り付け部材)60との取り付け面に対する傾斜角度が、0.25〜2度とすれば、集光領域SPの面積をむやみに大きくすることなく、光密度を抑えることができる。
Further, if the inclination angle of the
更に、支持部材として、放熱板60を用いているので、筐体10を効率的に冷却することが可能で、かつ部品点数を抑制して、光源装置1の小型化を促進することができる。
Further, since the
<第1の実施形態における変形例の説明>
なお、上述の実施形態では、筐体10の放熱板60への取り付け面を傾斜させているが、これに限られるものではなく、支持部材である放熱板60の筐体10の取り付け面を傾斜させて、各筐体からの出射光の集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせることができる。この場合、筐体10の取り付け面側は傾斜しておらず、矩形の側面形状を有することができる。
このため、一度、支持部材である放熱板60をこのように形成すれば、筐体10の形状が単純になるので、メンテナンス等で筐体10を交換する場合にも、安価に容易に行うことができる。
<Explanation of Modification Example in First Embodiment>
In the above-described embodiment, the mounting surface of the
Therefore, once the
なお、上述の実施形態では、放熱板60を筐体10を取り付ける支持部材としたが、これに限られるものではなく、用途に応じて、他の任意の部材を支持部材とすることができる。
In the above-described embodiment, the
(第2の実施形態の説明)
次に、筐体に関する本発明の第2の実施形態について、図4を用いて説明する。本実施形態では、光源1において、コリメートレンズ13の半導体レーザ12に対する取り付け位置が、コリメートレンズ13から平行光を出射させるためのレンズ取り付け位置からずれて配置されている。図4(a)には、コリメートレンズ13から平行光を出射させる焦点位置に配置された場合を示す。図4(b)は、コリメートレンズ13を焦点位置から0.2mm程度半導体レーザ12側に移動させて配置した場合を示す。つまり、コリメートレンズ13の焦点位置に半導体レーザ12が配置されている場合に比べて、両者の距離が0.2mm程度短くなっている。なお、図4(a)、(b)のどちらの場合も、図1及び図2を用いて説明した筐体10を放熱板(支持部材)60に対して所定の角度だけ傾けて取り付けた構造で示している。
コリメートレンズ13を焦点位置からずれ量は、0.1〜0.5mmが望ましく、図4(b)では、半導体レーザ13側にずれているが、逆に集光レンズ20側にずれている場合もあり得る。
(Explanation of the second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention relating to the housing will be described with reference to FIG. In the present embodiment, in the
The amount of deviation of the collimating
図4(a)及び(b)に示す配置において、集光レンズ20により集光された集光領域SPにおける集光点形状及びその光強度分布(断面光強度)を、図4(c)及び(d)に示す。
図4(c)には、コリメートレンズ12を焦点位置に配置した場合の集光点形状及び光強度分布(断面光強度)を示し、図4(d)には、コリメートレンズ12を焦点位置からずれて配置した場合の集光点形状及び光強度分布(断面光強度)を示す。
図4(c)に示すコリメートレンズ12を焦点位置に配置した場合と、図4(d)に示すコリメートレンズ12を焦点位置からずらして配置した場合とを比較すると、図4(d)のような、焦点位置からずらして配置した場合には、図4(c)の場合に比べて、集光領域SPでの光の面積は大きくなり、かつ光ピーク強度も低くなっている。
In the arrangement shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the shape of the condensing point in the condensing region SP condensed by the condensing
FIG. 4C shows the shape of the condensing point and the light intensity distribution (cross-sectional light intensity) when the collimating
A comparison between the case where the collimating
ここでPoを、コリメートレンズ13を焦点位置に配置した場合の集光領域SPにおける光ピーク強度とすると、コリメートレンズ13を焦点位置からずらした場合の集光領域SPにおける光ピーク強度P‘は、
P‘=Po/(πr2/πr0 2)
となる。ここでrはコリメータレンズ13を焦点位置に配置した場合の集光領域SPにおける集光径の半径であり、roはコリメータレンズをずらして配置した場合の集光領域SPにおける集光径の半径である。
図4(c)における集光径の半径は0.1mm程度であり、図4(d)における集光径の半径は1mm程度であるため、光ピーク強度は、コリメータレンズ13を焦点位置からずらして配置した場合には、コリメータレンズ13を焦点位置に配置した場合と比べて1/100程度となる。
Here, assuming that Po is the light peak intensity in the condensing region SP when the collimating
P '= Po / (πr2 / πr 0 2)
Will be. Where r is the radius of the focused diameter in the condensing region SP in the case where a
Since the radius of the focusing diameter in FIG. 4C is about 0.1 mm and the radius of the focusing diameter in FIG. 4D is about 1 mm, the light peak intensity shifts the
図4(a)及び(c)に示す場合であっても、筐体10を放熱板(支持部材)60に対して所定の角度だけ傾けて取り付けた構造なので、複数の筐体10による集光領域SPにおける光密度を抑えることができるが、図4(b)及び(d)に示す場合には、下記のように、更に光密度を抑えることができる。
各光源において、半導体レーザ12に対するコリメートレンズ13の位置を焦点位置からずらす場合には、コリメートレンズ12からの光は平行光からずれるため、蛍光体の集光点での集光径を大きくすることができ、かつ複数個の半導体レーザ12の集光点位置ずれは小さくすることができる。
つまり、同一の筐体10に備えられた半導体レーザの光は略同一位置に集光されるが、集光径の拡大により光密度を下げることができる。よって、蛍光体からの出射光を効率よく利用することが可能となる。ただし、1つの筐体10内の半導体レーザ1つ1つの集光点位置はわずかにしか変わらないため、全体として集光領域SPの拡大を適度に抑制できる。
Even in the cases shown in FIGS. 4A and 4C, since the
In each light source, when the position of the collimating
That is, the light of the semiconductor laser provided in the
(第1及第2の実施形態の組み合わせに関する説明)
次に、筐体10の取り付け角度を異ならせた本発明の第1の実施形態と、コリメートレンズ13を焦点位置からずらして配置した本発明の第2の実施形態とを組み合わせた場合の蛍光体の出力について、図6のグラフを用いて説明する。
図6のグラフは、蛍光体の光出力と光源部10の励起光出力との関係を示す。(A)に示す点線は、図2(a)に示す傾斜が付いていない形態と図4(b)に示すコリメートレンズが焦点位置からずれて配置されている形態とを組み合わせた形態の蛍光体出力を示し、(B)に示す一点鎖線は、図2(b)に示す傾斜及び回転させた形態と図4(b)に示すコリメートレンズが焦点位置からずれて配置されている形態とを組み合わせた形態の蛍光体出力を示し、(C)に示す実線は、図2(c)に示す傾斜及び回転させた形態と図4(b)に示すコリメートレンズが焦点位置からずれて配置されている形態を組み合わせた形態の蛍光体出力を示し、(D)に示すピッチが密な点線は、図2(a)に示す傾斜のない形態と図4(a)に示すコリメートレンズが焦点位置に配置されている形態とを組み合わせた形態の蛍光体出力を示す。
(Explanation of Combination of First and Second Embodiments)
Next, a phosphor when the first embodiment of the present invention in which the mounting angles of the
The graph of FIG. 6 shows the relationship between the light output of the phosphor and the excitation light output of the
(D)のピッチが密な点線で示す、コリメートレンズが焦点位置に配置されかつ図2(a)に示す傾斜が付いていない形態においては、励起出力を上げていくと、蛍光体出力はピークを迎えて、逆に減少していく。(A)の点線で示す、コリメートレンズが焦点位置からずれて配置されているが、図2(a)に示す傾斜が付いていない形態においては、図4(b)に示すような効果はあるが、励起出力を上げていくと、蛍光体出力も上昇するが徐々に飽和していく。
一方で、(B)の一点鎖線または(C)の実線で示す、コリメートレンズが焦点位置からずれて配置され、図2(b)または(c)に示す傾斜及び回転させた形態においては、図4(b)に示すような効果に加えて、図3(b)、(c)に示すような効果により、傾斜及び回転蛍光体出力の飽和を抑制し、光源部10からの光の出力が高い場合においても、効果的に蛍光体を使用することができる。これは、集光領域SPにおける光密度を低く抑えることができるので、蛍光体の発光効率低下を抑制するからである。(B)の一点鎖線のグラフ及び(C)の実線のグラフを比べると、図2(c)及び図3(c)に対応する(C)の実線に示す形態の方が、より効果的に蛍光体を使用することができるが、図2(b)及び図3(b)に対応する(B)の一点鎖線に示す形態であっても、従来に比べ、蛍光体出力に関する優れた性能を発揮することは明らかである。
In the form in which the collimating lens is arranged at the focal position and has no inclination as shown in FIG. 2 (a), which is indicated by the dense dotted line in (D), the phosphor output peaks as the excitation output is increased. On the contrary, it will decrease. The collimated lens shown by the dotted line in (A) is arranged so as to be deviated from the focal position, but in the form without the inclination shown in FIG. 2 (a), the effect as shown in FIG. 4 (b) is obtained. However, as the excitation output increases, the phosphor output also increases, but gradually saturates.
On the other hand, in the tilted and rotated form shown in FIG. 2B or FIG. In addition to the effects shown in 4 (b), the effects shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c) suppress the saturation of the tilt and the rotating phosphor output, and the light output from the
よって、上述の第1の実施形態及び第2の実施形態を組み合わせることにより、複数の筐体10から出射された光は蛍光体上でそれぞれ異なる位置に集光され、かつ1つ1つの筐体10からの光の集光径は大きいため、十分に光密度を低く抑えることができ、蛍光体の発光効率低下を十分に抑制することできる。
Therefore, by combining the above-mentioned first embodiment and the second embodiment, the light emitted from the plurality of
以上のように、本発明の実施形態における光源装置1では、光源部10の取り付け面を傾斜させかつ回転させて配置させることにより、複数の光源部10の集光点位置をそれぞれずらして、蛍光体の集光領域での光密度を低減することができる。更に、コリメートレンズ13の位置をずらすことにより、蛍光体の集光領域SPでの形状を、エタンデューを犠牲にすることなく大きくして、光密度を下げることができる。これにより、蛍光体の光変換効率の低下を抑制し、効率的に蛍光体を使用することができる。更に、同一形状の筐体10の配置を変えて組み込むことが可能であり、量産性を犠牲にすることもない。
As described above, in the
なお、筐体10の数は、上述の実施形態に限定されるものではなく、少なくとも2つ以上であれば任意の個数でよく、筐体10内の半導体レーザ12の数についても、少なくとも2つ以上であれば任意の個数でよい。また、上述の実施形態では、コリメートレンズ13は1つの半導体レーザ12に1つとなっているが、例えば、レンズアレイでもよい。
The number of
(本発明のプロジェクタの説明)
次に、図7を用いて、上述の実施形態で示した光源装置1を、いわゆる1チップ方式のDLPプロジェクタにおける光源装置として用いる場合を説明する。なお、図7は、上述の実施形態で示した光源装置1を備えたプロジェクタ100の構成を示すための模式図であって、光源装置1やプロジェクタ100を上から見た模式的な平面図である。図7に示された光源装置1の2つの筐体10は、上側に傾いて配置された筐体10と下側に傾いて配置された筐体10とが隣接して配置されており、これにより、2つの筐体10からの出射光の集光レンズ20の光軸に対する入射角度を異ならせている。なお、筐体10は2つに限られるものではなく、上述のように、任意の数の筐体10を備えることができる。
図7において、光源装置1から出射された光は、光空間変調器であるDMD(Digital Micromirror Device)素子110で反射され、投射手段である投射レンズ120によって集光されて、スクリーンSCに投影される。DMD素子は、スクリーンに投影された画像の各画素に相当する微細なミラーをマトリックス状に配列したものであり、各ミラーの角度を変化させてスクリーンへ出射する光を、マイクロ秒単位でオン/オフすることができる。
また、各ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、投射レンズへ入射する光の階調を変化させることにより、投影する画像の画像データに基づいた階調表示が可能になる。
(Explanation of the Projector of the Present Invention)
Next, a case where the
In FIG. 7, the light emitted from the
In addition, by changing the gradation of the light incident on the projection lens according to the ratio of the time when each mirror is on and the time when it is off, it is possible to display the gradation based on the image data of the projected image. Become.
なお、本実施形態では、光変調手段としてDMD素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。また、本発明に係る光源装置1及びこの光源装置1を用いたプロジェクタは、上述した実施形態に限られるものではなく、その他の様々な実施形態が本発明に含まれる。
In the present embodiment, the DMD element is used as the light modulation means, but the present invention is not limited to this, and any other light modulation element can be used depending on the application. Further, the
本発明の実施の形態を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。 Although the embodiments of the present invention have been described, the disclosed contents may be changed in the details of the configuration, and changes in the combination and order of the elements in the embodiments deviate from the claimed scope and ideas of the present invention. It can be realized without.
1 光源装置
10 筐体
11 筐体の本体
12 半導体レーザ
13 コリメートレンズ
14 半導体レーザの光軸
20 集光レンズ
21 集光レンズの光軸
30 蛍光体ホイール
31 誘電体膜
32 蛍光体
40 受光レンズ
50 回転駆動体
50a 回転軸
60 放熱板(支持部材)
100 プロジェクタ
110 DMD素子
120 投射レンズ
SC スクリーン
SP 集光領域
FL 蛍光体発光領域
1
100
Claims (8)
前記複数の筐体からの出射光を蛍光体に向けて集光する集光レンズと、
前記蛍光体を有し、前記集光レンズからの光を透過させる蛍光体ホイールと、
を備え、
前記筐体からの出射光の前記集光レンズの光軸に対する入射角度を異ならせるように、前記筐体が同一の支持部材に取り付けられており、
前記複数の筐体が、前記支持部材に固定されたとき前記半導体レーザの載置面が前記支持部材の取り付け面に対して傾斜した略同一の形状を有しており、
隣接する2つの前記筐体を前記支持部材に固定するとき、前記筐体からの出射光の略光軸方向を回転中心として、該隣接する2つの筐体を相対的に180度回転させて固定されることを特徴とする光源装置。 A plurality of housings in which a plurality of light sources having a semiconductor laser and a collimated lens in which the light emitted from the semiconductor laser is substantially parallel light are arranged so that the light emitted from each light source becomes substantially parallel light in the same direction. When,
A condenser lens that collects the light emitted from the plurality of housings toward the phosphor and
A phosphor wheel having the phosphor and transmitting light from the condenser lens,
Equipped with a,
As varying the incident angle with respect to the optical axis of the condenser lens of the light emitted from the front Kikatami body, wherein the housing is mounted on the same support member,
When the plurality of housings are fixed to the support member, the mounting surface of the semiconductor laser has substantially the same shape that is inclined with respect to the mounting surface of the support member .
When the two adjacent housings are fixed to the support member, the two adjacent housings are relatively rotated 180 degrees and fixed with the direction of the optical axis of the light emitted from the housing as the center of rotation. A light source device characterized by being
前記筐体の取り付け角度は、前記ファーフィールドパターンの長軸を中心に回転する方向に角度が変えられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 In the housing, the light sources are aligned in the minor axis direction in the farfield pattern of the semiconductor laser.
The light source device according to claim 1 or 2, wherein the mounting angle of the housing is changed in a direction of rotation about a long axis of the farfield pattern.
画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
前記画像を拡大して投射する投射手段と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。 The light source device according to any one of claims 1 to 7.
An optical modulation means that sequentially modulates light in a plurality of wavelength bands emitted from the light source device to form an image based on image data, and
A projection means for enlarging and projecting the image, and
A projector characterized by being equipped with.
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