JP2012098438A - Wavelength conversion element, light source device, and projector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent body wheel, a light source device, and a projector that can inhibit reduction of light use efficiency as a whole system including the fluorescent body wheel.SOLUTION: A wavelength conversion element includes a wheel substrate 31 as a substrate, a light emitting element 40 including a fluorescent body layer 41 provided on the substrate and including a fluorescent body 100 and a light transmission layer 42 provided opposite to the substrate of the fluorescent body layer 41, and a first reflection part 43a provided on a first lateral surface 34a of the light emitting element 40 crossing an interface between the fluorescent body layer 41 and the light transmission layer 42, which first reflection part 43a reflects a light advancing parallel to the substrate in an inside of the fluorescent body layer 41 in a direction opposite to the substrate.

Description

本発明は、波長変換素子、光源装置及びプロジェクター、特に、蛍光を発生させる蛍光体ホイールに関する。   The present invention relates to a wavelength conversion element, a light source device, and a projector, and more particularly to a phosphor wheel that generates fluorescence.

近年、プロジェクターの高性能化に関して、広色域かつ高効率な光源としてレーザーが注目されている。従来、プロジェクターに用いられる光源装置の一つとして、レーザー光を励起光として、励起光とは異なる波長の蛍光を発生させる光源装置が提案されている。励起光の照射による蛍光体を含む蛍光体層の温度上昇は、蛍光の発生効率の低下や蛍光体層の劣化の促進の原因となり得る。かかる課題に対しては、例えば、ホイール基板に蛍光体層が設けられた蛍光体ホイールを回転させることで、蛍光体層へ入射する励起光のエネルギーを分散させ、蛍光体層の温度上昇の抑制を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。   In recent years, lasers have attracted attention as a light source with a wide color gamut and high efficiency for improving the performance of projectors. 2. Description of the Related Art Conventionally, as one of light source devices used in projectors, a light source device that uses laser light as excitation light and generates fluorescence having a wavelength different from that of the excitation light has been proposed. An increase in the temperature of the phosphor layer containing the phosphor due to the irradiation of the excitation light may cause a decrease in the generation efficiency of the fluorescence and an acceleration of the deterioration of the phosphor layer. In response to this problem, for example, by rotating a phosphor wheel provided with a phosphor layer on a wheel substrate, the energy of excitation light incident on the phosphor layer is dispersed, and the temperature rise of the phosphor layer is suppressed. Techniques for achieving this have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開２００９−２７７５１６号公報JP 2009-277516 A 特開２０１０−８６８１５号公報JP 2010-86815 A

蛍光体ホイールの蛍光体層は、励起光の照射領域であるスポットに対して広い範囲に設けられる。蛍光体層に分散されている蛍光体（蛍光体結晶）は、発生した蛍光を等方的に放出する。蛍光体層は所定の厚みを持っているため、ホイール基板の面法線に対して大きな角度をなす蛍光成分は、蛍光体層のうち励起光の照射領域の外側にまで伝播することになる。励起光の照射領域の外側に伝播した蛍光は、その先に存在する蛍光体へ入射することによりさらに散乱する。蛍光体層での散乱の繰り返しにより照射領域の外側に向かって蛍光が伝播すると、蛍光体ホイールにおける発光面積が増加する。すなわち、エテンデューが増加する。蛍光体ホイールにおける発光面積の増加は、光源装置より後方の光学系によって取り込まれない光を増加させ、蛍光体ホイールを含むシステム全体としての光利用効率の低下を引き起こすことになる。   The phosphor layer of the phosphor wheel is provided in a wide range with respect to the spot that is the irradiation region of the excitation light. The phosphor (phosphor crystal) dispersed in the phosphor layer emits the generated fluorescence isotropically. Since the phosphor layer has a predetermined thickness, the fluorescent component having a large angle with respect to the surface normal of the wheel substrate propagates to the outside of the excitation light irradiation region of the phosphor layer. Fluorescence propagated outside the irradiation region of the excitation light is further scattered by being incident on a phosphor existing ahead. When fluorescence propagates toward the outside of the irradiation region due to repeated scattering in the phosphor layer, the light emission area in the phosphor wheel increases. That is, etendue increases. The increase in the light emission area in the phosphor wheel increases the light that is not taken in by the optical system behind the light source device, and causes a reduction in the light utilization efficiency of the entire system including the phosphor wheel.

一般的に、蛍光体層において蛍光体を保持するバインダーは、空気より高い屈折率の材料が使用されている。蛍光体層と空気との界面へ蛍光体層側から臨界角以上の角度で入射した光は、界面での全反射により蛍光体層に戻る。蛍光のうち界面で全反射した成分は、蛍光体層の内部を伝播し、その先に存在する蛍光体で散乱する。このような界面での全反射によっても、発光面積の増加は生じることとなる。また、蛍光体層と空気との界面で全反射されて蛍光体層に戻った蛍光は蛍光体に吸収され、蛍光体層が発熱するため、光の射出効率が低下することにもなる。   Generally, a material having a refractive index higher than that of air is used as the binder for holding the phosphor in the phosphor layer. Light that has entered the interface between the phosphor layer and air at an angle greater than the critical angle from the phosphor layer side returns to the phosphor layer by total reflection at the interface. The component of the fluorescence that is totally reflected at the interface propagates inside the phosphor layer and is scattered by the phosphor existing ahead. Even by such total reflection at the interface, an increase in the light emitting area occurs. In addition, the fluorescence that has been totally reflected at the interface between the phosphor layer and the air and returned to the phosphor layer is absorbed by the phosphor, and the phosphor layer generates heat, resulting in a decrease in light emission efficiency.

蛍光体層から射出する光は、ランバート放射に近い角度分布を示す。蛍光体層の蛍光出射面の法線に対して大きな角度をなして蛍光体層から射出した光は、蛍光体層の射出側に設けられたピックアップレンズや導光手段による充分な捕捉が困難であることから、光利用効率が低下する。   The light emitted from the phosphor layer exhibits an angular distribution close to Lambert radiation. Light emitted from the phosphor layer at a large angle with respect to the normal of the phosphor emitting surface of the phosphor layer is difficult to capture sufficiently by a pickup lens or a light guide provided on the emission side of the phosphor layer. As a result, the light utilization efficiency decreases.

本発明は、上記の課題のうち少なくとも１つを解決し、蛍光体ホイールを含むシステム全体としての光利用効率を向上させることが可能な波長変換素子、光源装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a wavelength conversion element, a light source device, and a projector capable of solving at least one of the above-described problems and improving the light utilization efficiency of the entire system including a phosphor wheel. To do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長変換素子は、基板と、前記基板に設けられ、蛍光体を含む蛍光体層と該蛍光体層の前記基板とは反対側に設けられた光透過層と、を含む発光素子と、前記蛍光体層と前記光透過層との界面と交差する前記発光素子の第１の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第１の反射部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a wavelength conversion element according to the present invention includes a substrate, a phosphor layer provided on the substrate, and a phosphor layer including the phosphor, and the phosphor layer opposite to the substrate. A light-transmitting element including a light-transmitting layer provided on the side, and a first side surface of the light-emitting element that intersects an interface between the phosphor layer and the light-transmitting layer, A first reflecting portion configured to reflect light traveling parallel to the substrate in a direction opposite to the substrate;

第１の反射部は、蛍光体層の内部を基板と平行に進む光を反射することで、発光領域を制限し、蛍光体層における発光面積の増加を抑制させる。つまり、発光領域は、第１の反射部を越えて広がることはない。   The first reflecting portion reflects light traveling in parallel with the substrate inside the phosphor layer, thereby limiting the light emitting region and suppressing an increase in the light emitting area in the phosphor layer. That is, the light emitting region does not extend beyond the first reflecting portion.

さらに、蛍光体層の基板とは反対側に光透過層が設けられているため、光透過層が設けられていない場合と比較して、蛍光体層から基板の外に射出される光の量が増加する。それは、蛍光体層と光透過層との界面における臨界角が蛍光体層と空気との界面における臨界角よりも大きくなるからである。   Furthermore, since the light transmission layer is provided on the opposite side of the phosphor layer from the substrate, the amount of light emitted from the phosphor layer to the outside of the substrate compared to the case where the light transmission layer is not provided. Will increase. This is because the critical angle at the interface between the phosphor layer and the light transmission layer is larger than the critical angle at the interface between the phosphor layer and air.

さらに、第１の反射部は、蛍光体層の内部を基板と平行に進む光を基板とは逆方向に向かって反射させることができる。すなわち、基板の面法線に対する光線角度が小さくなるように蛍光体層から光透過層へ進行した光の進行方向を変化させることができる。このように、光透過層の射出面、すなわち光透過層と空気との界面における光線角度を小さくすることで、光透過層の射出面における光の全反射を抑制させることができる。また、光透過層から射出する光の射出角が小さくなるため、ピックアップレンズや導光手段で取り込まれる光の量を増加させることが可能となる。   Furthermore, the first reflecting portion can reflect light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate in a direction opposite to the substrate. That is, the traveling direction of the light traveling from the phosphor layer to the light transmission layer can be changed so that the light beam angle with respect to the surface normal of the substrate becomes small. As described above, by reducing the light ray angle at the exit surface of the light transmission layer, that is, the interface between the light transmission layer and air, it is possible to suppress total reflection of light at the exit surface of the light transmission layer. In addition, since the emission angle of light emitted from the light transmission layer is reduced, it is possible to increase the amount of light taken in by the pickup lens or the light guide unit.

このように本発明によれば、波長変換素子を含むシステム全体としての光利用効率を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, the light utilization efficiency of the entire system including the wavelength conversion element can be improved.

また、本発明の好ましい態様としては、前記第１の側面は、前記基板の回転軸を中心とする円に沿う方向と該円と交差する方向とのうちいずれか一方の方向に沿っていることが望ましい。第１の側面が基板の回転軸を中心とする円に沿う方向に沿っている場合は、該円の半径方向について発光面積の増加を抑制させるとともに、光透過層から射出する光の光線角度を小さくすることができる。また、第１の側面が基板の回転軸を中心とする円と交差する方向に沿っている場合は、該円の円周方向について発光面積の増加を抑制させるとともに、光透過層から射出する光の光線角度を小さくすることができる。   In a preferred aspect of the present invention, the first side surface is along one of a direction along a circle centering on the rotation axis of the substrate and a direction intersecting the circle. Is desirable. In the case where the first side surface is along a direction along a circle centering on the rotation axis of the substrate, an increase in the light emitting area is suppressed in the radial direction of the circle, and the light beam angle of light emitted from the light transmission layer is set. Can be small. In addition, when the first side surface is along a direction intersecting with a circle centered on the rotation axis of the substrate, an increase in the light emission area in the circumferential direction of the circle is suppressed, and light emitted from the light transmission layer The light beam angle can be reduced.

また、本発明の好ましい態様としては、前記第１の側面と対向する前記発光素子の第２の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第２の反射部をさらに有することが望ましい。これにより、発光面積の増加をさらに抑制させることができる。さらに、小さな光線角度で光透過層から射出する光の量を増加させることができるため、ピックアップレンズや導光手段で取り込まれる光の量をさらに増加させることができる。   In a preferred aspect of the present invention, light that travels in parallel with the substrate through the phosphor layer is provided on the second side surface of the light-emitting element facing the first side surface. It is desirable to further have a second reflecting portion that reflects in the direction. Thereby, the increase in the light emission area can be further suppressed. Furthermore, since the amount of light emitted from the light transmission layer at a small light beam angle can be increased, the amount of light taken in by the pickup lens or the light guide means can be further increased.

また、本発明の好ましい態様としては、前記第１の側面と交差する前記発光素子の第３の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第３の反射部と、前記第３の側面と対向する前記発光素子の第４の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第４の反射部と、をさらに有することが望ましい。これにより、発光面積の増加をさらに抑制させるとともに、小さな光線角度で光透過層から射出する光の量をさらに増加させることができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the light provided on the third side surface of the light-emitting element intersecting the first side surface and traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate is opposite to the substrate. A third reflecting portion that reflects toward the direction, and a fourth side surface of the light emitting element that faces the third side surface, and the light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate is transmitted to the substrate. It is desirable to further include a fourth reflecting portion that reflects in the opposite direction. As a result, an increase in the light emitting area can be further suppressed, and the amount of light emitted from the light transmission layer at a small light beam angle can be further increased.

また、本発明の好ましい態様としては、前記発光素子は、前記基板の表面に設けられていることが望ましい。ホイール基板上に蛍光体層を設けることで、蛍光体層で発生した熱を外部へ効果的に放散させることができる。   As a preferred embodiment of the present invention, it is desirable that the light emitting element is provided on the surface of the substrate. By providing the phosphor layer on the wheel substrate, the heat generated in the phosphor layer can be effectively dissipated to the outside.

また、本発明の好ましい態様としては、前記発光素子は、前記基板に設けられた溝に設けられていることが望ましい。ホイール基板の溝に蛍光体層を設けることで、蛍光体層の材料の塗布を安定して行うことができる。   As a preferred embodiment of the present invention, it is desirable that the light emitting element is provided in a groove provided in the substrate. By providing the phosphor layer in the groove of the wheel substrate, the material of the phosphor layer can be stably applied.

また、本発明の好ましい態様としては、前記第１の反射部の前記発光素子とは反対側に設けられた熱伝導部をさらに備えることが望ましい。これにより、蛍光体層で生じた熱を効果的に放散させることができる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to further include a heat conducting portion provided on the opposite side of the first reflecting portion from the light emitting element. Thereby, the heat generated in the phosphor layer can be effectively dissipated.

また、本発明の好ましい態様としては、前記蛍光体層は、前記蛍光体が分散されたバインダーを有し、前記光透過層の屈折率は、前記バインダーの屈折率と同じであることが望ましい。これにより、蛍光体から射出される蛍光が、蛍光体層と光透過層との界面において反射されて蛍光体層に戻ることがない。そのため、蛍光体層による蛍光の吸収による光の損失や熱の発生を抑制させることができる。   As a preferred embodiment of the present invention, the phosphor layer preferably has a binder in which the phosphor is dispersed, and the refractive index of the light transmission layer is preferably the same as the refractive index of the binder. Thereby, the fluorescence emitted from the phosphor is not reflected at the interface between the phosphor layer and the light transmission layer and returned to the phosphor layer. Therefore, it is possible to suppress light loss and heat generation due to fluorescence absorption by the phosphor layer.

また、本発明の好ましい態様としては、前記光透過層の前記蛍光体層とは反対側の表面に設けられた凹凸構造を有することが望ましい。これにより、光透過層と空気との界面での光の反射を抑制させ、光透過層から効率良く光を取り出すことができる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to have a concavo-convex structure provided on the surface of the light transmission layer opposite to the phosphor layer. Thereby, reflection of light at the interface between the light transmission layer and air can be suppressed, and light can be efficiently extracted from the light transmission layer.

また、本発明の好ましい態様としては、前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光を透過させ、前記蛍光体から射出される蛍光を反射する波長分離層を有することが望ましい。波長分離層は、蛍光体層の内部を励起光の入射面に向かって進行する蛍光を光透過層の方向へ反射させる。これにより、基板の蛍光体層が設けられている面とは反対側から励起光を照射した際、波長変換素子は、効率良く蛍光を射出することができる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, a wavelength separation layer that is provided between the substrate and the phosphor layer, transmits excitation light that excites the phosphor, and reflects fluorescence emitted from the phosphor. It is desirable to have The wavelength separation layer reflects the fluorescence traveling toward the incident surface of the excitation light in the phosphor layer toward the light transmission layer. Thereby, when the excitation light is irradiated from the side opposite to the surface on which the phosphor layer of the substrate is provided, the wavelength conversion element can efficiently emit fluorescence.

また、本発明の好ましい態様としては、前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光と前記蛍光体から射出される蛍光とを反射する反射層を有することが望ましい。これにより、前記光透過層側から励起光を蛍光体に照射した際、波長変換素子は、蛍光と励起光の一部とを効率良く射出することができる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, a reflective layer is provided between the substrate and the phosphor layer and reflects the excitation light that excites the phosphor and the fluorescence emitted from the phosphor. Is desirable. Thus, when the phosphor is irradiated with excitation light from the light transmission layer side, the wavelength conversion element can efficiently emit fluorescence and a part of the excitation light.

また、本発明の好ましい態様としては、前記基板は、金属から形成されることが望ましい。これにより、蛍光体層で生じた熱を効果的に放散させることができる。   As a preferred embodiment of the present invention, the substrate is preferably made of metal. Thereby, the heat generated in the phosphor layer can be effectively dissipated.

さらに、本発明に係る光源装置は、励起光を射出する励起光用光源部と、前記励起光の照射により蛍光を射出する上記の波長変換素子と、を有することを特徴とする。これにより、光源装置を含むシステム全体としての光利用効率が高く、かつ所望の色光を得られる光源装置を提供できる。   Furthermore, a light source device according to the present invention includes an excitation light source unit that emits excitation light, and the wavelength conversion element that emits fluorescence when irradiated with the excitation light. Accordingly, it is possible to provide a light source device that has high light use efficiency as a whole system including the light source device and can obtain desired color light.

また、本発明の好ましい態様としては、前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポットの、前記基板の回転軸を中心とする円の半径方向の大きさは、前記蛍光体層の前記半径方向の幅より小さいことが望ましい。これにより、励起光の入射位置が蛍光体層からはみ出さないための、波長変換素子の回転によるぶれの許容範囲を大きくすることができる。   In a preferred aspect of the present invention, the size of the spot of the excitation light formed on the wavelength conversion element in the radial direction of a circle around the rotation axis of the substrate is the radius of the phosphor layer. Desirably smaller than the width in the direction. Accordingly, it is possible to increase an allowable range of shaking due to the rotation of the wavelength conversion element so that the incident position of the excitation light does not protrude from the phosphor layer.

また、本発明に係る光源装置は、励起光を射出する励起光用光源部と、該励起光の照射により蛍光を射出する請求項１に記載の波長変換素子と、を有する光源装置であって、前記第１の側面は、前記基板の回転軸を中心とする円と交差し、前記波長変換素子は、前記第１の側面と対向する前記発光素子の第２の側面に設けられるとともに前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第２の反射部をさらに有し、前記励起光用光源部により前記励起光を射出するパルス周波数をＦ（Ｈｚ）、前記波長変換素子の回転数をｍ（ｒｐｓ）、とすると、Ｆはｍの整数倍であることが望ましい。これにより、励起光用光源部は、円周方向において第１の反射部と第２の反射部との間に設けられている蛍光体層へ、励起光を適切に入射させることができる。   Moreover, the light source device according to the present invention is a light source device comprising: an excitation light source unit that emits excitation light; and the wavelength conversion element according to claim 1 that emits fluorescence when irradiated with the excitation light. The first side surface intersects with a circle centered on the rotation axis of the substrate, and the wavelength conversion element is provided on the second side surface of the light emitting element facing the first side surface and the fluorescence. A second reflection unit configured to reflect light traveling in a body layer parallel to the substrate in a direction opposite to the substrate; and a pulse frequency at which the excitation light is emitted by the excitation light source unit. Assuming that F (Hz) and the rotation speed of the wavelength conversion element are m (rps), F is preferably an integral multiple of m. Thereby, the light source part for excitation light can appropriately make excitation light incident on the fluorescent substance layer provided between the 1st reflection part and the 2nd reflection part in the circumferential direction.

さらに、本発明に係るプロジェクターは、上記の光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調して、投写することを特徴とする。これにより、プロジェクターは、システム全体としての光利用効率の低下を抑制させることができる。   Furthermore, a projector according to the present invention is characterized in that the light emitted from the light source device is modulated in accordance with an image signal and projected. Thereby, the projector can suppress the fall of the light utilization efficiency as the whole system.

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクターの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector according to a first embodiment of the invention. 図２は、蛍光体ホイール及びピックアップレンズの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the phosphor wheel and the pickup lens. 図３は、蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel. 図４は、実施例１の変形例１に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel according to the first modification of the first embodiment. 図５は、実施例１の変形例２に係る蛍光体ホイールの平面図である。FIG. 5 is a plan view of the phosphor wheel according to the second modification of the first embodiment. 図６は、蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel. 図７は、実施例１の変形例３に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel according to the third modification of the first embodiment. 図８は、実施例１の変形例４に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of the phosphor wheel according to the fourth modification of the first embodiment. 図９は、本発明の実施例２に係る蛍光体ホイールの平面図である。FIG. 9 is a plan view of a phosphor wheel according to the second embodiment of the present invention. 図１０は、一つの単位構造体の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of one unit structure. 図１１は、円周方向における蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel in the circumferential direction. 図１２は、本発明の実施例３に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel according to the third embodiment of the present invention. 図１３は、蛍光体ホイールを用いた光源装置の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a light source device using a phosphor wheel.

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクター１の概略構成図である。光源装置１０は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を含む照明光を射出する。光源装置１０は、レーザーダイオードアレイ２、集光レンズ４、波長変換素子として機能する蛍光体ホイール５及びピックアップレンズ６を有する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector 1 according to a first embodiment of the invention. The light source device 10 emits illumination light including red (R) light, green (G) light, and blue (B) light. The light source device 10 includes a laser diode array 2, a condenser lens 4, a phosphor wheel 5 that functions as a wavelength conversion element, and a pickup lens 6.

レーザーダイオードアレイ２は、アレイ状に配置された複数のレーザーダイオード３から構成されている。レーザーダイオードアレイ２は、励起光２００を射出する励起光用光源部として機能する。   The laser diode array 2 is composed of a plurality of laser diodes 3 arranged in an array. The laser diode array 2 functions as a light source unit for excitation light that emits excitation light 200.

励起光２００は、例えば、４５０ｎｍ付近の波長のＢ光である。集光レンズ４は、レーザーダイオードアレイ２から射出された励起光２００を蛍光体ホイール５にて集光させる集光光学系として機能する。蛍光体ホイール５は、励起光２００の照射により励起光２００とは異なる波長の蛍光を射出する。ピックアップレンズ６は、励起光２００の光路上に設けられている。ピックアップレンズ６は、蛍光体ホイール５から射出した蛍光と蛍光体ホイール５を透過した励起光２００とを捕捉し、コリメート光学系１１へ進行させる。   The excitation light 200 is, for example, B light having a wavelength near 450 nm. The condensing lens 4 functions as a condensing optical system that condenses the excitation light 200 emitted from the laser diode array 2 by the phosphor wheel 5. The phosphor wheel 5 emits fluorescence having a wavelength different from that of the excitation light 200 when irradiated with the excitation light 200. The pickup lens 6 is provided on the optical path of the excitation light 200. The pickup lens 6 captures the fluorescence emitted from the phosphor wheel 5 and the excitation light 200 transmitted through the phosphor wheel 5, and advances it to the collimating optical system 11.

コリメート光学系１１は、光源装置１０からの光をロッドインテグレーター１２に集光する。ロッドインテグレーター１２は、入射した光を内部にて多重反射させて均一化する。重畳レンズ１３は、ロッドインテグレーター１２にて複数に分割された光束を空間光変調装置にて重畳させる。   The collimating optical system 11 condenses the light from the light source device 10 on the rod integrator 12. The rod integrator 12 multi-reflects incident light to make it uniform. The superimposing lens 13 superimposes the light beam divided into a plurality by the rod integrator 12 using a spatial light modulator.

第１ダイクロイックミラー１４は、重畳レンズ１３から入射したＲ光及びＧ光を反射し、Ｂ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１４を透過したＢ光は、反射ミラー１６での反射により光路が折り曲げられ、入射側偏光板２０Ｂへ入射する。入射側偏光板２０Ｂを透過した光は、液晶パネル２１Ｂへ入射する。液晶パネル２１Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｂを透過した光は、射出側偏光板２２Ｂへ入射する。射出側偏光板２２Ｂを透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。   The first dichroic mirror 14 reflects R light and G light incident from the superimposing lens 13 and transmits B light. The B light transmitted through the first dichroic mirror 14 has its optical path bent by reflection by the reflection mirror 16 and is incident on the incident-side polarizing plate 20B. The light transmitted through the incident side polarizing plate 20B enters the liquid crystal panel 21B. The liquid crystal panel 21B constitutes a spatial light modulation device that modulates the B light according to the image signal. The light transmitted through the liquid crystal panel 21B is incident on the exit-side polarizing plate 22B. The light transmitted through the exit-side polarizing plate 22B enters the cross dichroic prism 23.

第１ダイクロイックミラー１４で反射したＲ光およびＧ光は、第２ダイクロイックミラー１５へ入射する。第２ダイクロイックミラー１５は、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー１５での反射により光路が折り曲げられたＧ光は、入射側偏光板２０Ｇへ入射する。入射側偏光板２０Ｇを透過したＧ光は、液晶パネル２１Ｇへ入射する。液晶パネル２１Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｇを透過した光は、射出側偏光板２２Ｇへ入射する。射出側偏光板２２Ｇを透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。   The R light and G light reflected by the first dichroic mirror 14 enter the second dichroic mirror 15. The second dichroic mirror 15 reflects G light and transmits R light. The G light whose optical path is bent by the reflection at the second dichroic mirror 15 enters the incident-side polarizing plate 20G. The G light transmitted through the incident side polarizing plate 20G is incident on the liquid crystal panel 21G. The liquid crystal panel 21G constitutes a spatial light modulation device that modulates G light according to an image signal. The light transmitted through the liquid crystal panel 21G is incident on the exit-side polarizing plate 22G. The light transmitted through the exit side polarizing plate 22G enters the cross dichroic prism 23.

第２ダイクロイックミラー１５を透過したＲ光は、反射ミラー１７での反射により光路が折り曲げられ、リレーレンズ１８に入射する。リレーレンズ１８を透過したＲ光は、反射ミラー１９での反射により光路が折り曲げられ、入射側偏光板２０Ｒへ入射する。入射側偏光板２０Ｒを透過したＲ光は、液晶パネル２１Ｒへ入射する。液晶パネル２１Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｒを透過した光は、射出側偏光板２２Ｒへ入射する。射出側偏光板２２Ｒを透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。   The R light that has passed through the second dichroic mirror 15 has its optical path bent by reflection by the reflection mirror 17 and enters the relay lens 18. The R light that has passed through the relay lens 18 has its optical path bent due to reflection by the reflection mirror 19, and is incident on the incident-side polarizing plate 20R. The R light transmitted through the incident side polarizing plate 20R enters the liquid crystal panel 21R. The liquid crystal panel 21R constitutes a spatial light modulation device that modulates R light according to an image signal. The light transmitted through the liquid crystal panel 21R is incident on the exit-side polarizing plate 22R. The light transmitted through the exit-side polarizing plate 22R enters the cross dichroic prism 23.

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２３は、各空間光変調装置で変調された光を合成して映像光とし、投写光学系２４へ進行させる。投写光学系２４は、クロスダイクロイックプリズム２３で合成された映像光を不図示のスクリーンへ投写する。   The cross dichroic prism 23 that is a color combining optical system combines the light modulated by each spatial light modulation device into image light, and advances it to the projection optical system 24. The projection optical system 24 projects the image light combined by the cross dichroic prism 23 onto a screen (not shown).

図２（ａ）は、波長変換素子として機能する蛍光体ホイール５の平面図であり、図２（ｂ）は、蛍光体ホイール５の断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）においては、蛍光体ホイール５にホイールモーター３３が装着されており、図２（ｂ）においては、蛍光体ホイール５にピックアップレンズ６がさらに組み合わせられている。蛍光体ホイール５は、構造体３２と、回転軸Ｒの周りに回転可能なホイール基板３１とを有する。構造体３２については後で詳述する。図２（ａ）に示した蛍光体ホイール５の平面図は、蛍光体ホイール５を構造体３２が設けられた側から見た平面図である。また、図２（ｂ）に示した蛍光体ホイール５の断面図は、蛍光体ホイール５の中心位置を含む断面である。また、図３は、ホイール基板３１の回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に沿う蛍光体ホイール５の断面ＡＡ’である。   FIG. 2A is a plan view of the phosphor wheel 5 that functions as a wavelength conversion element, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the phosphor wheel 5. 2A and 2B, a wheel motor 33 is attached to the phosphor wheel 5, and in FIG. 2B, a pickup lens 6 is further combined with the phosphor wheel 5. . The phosphor wheel 5 includes a structure 32 and a wheel substrate 31 that can rotate around the rotation axis R. The structure 32 will be described in detail later. The plan view of the phosphor wheel 5 shown in FIG. 2A is a plan view of the phosphor wheel 5 as viewed from the side where the structure 32 is provided. Moreover, the cross-sectional view of the phosphor wheel 5 shown in FIG. 2B is a cross section including the center position of the phosphor wheel 5. FIG. 3 is a cross section AA ′ of the phosphor wheel 5 along the radial direction of a circle centered on the rotation axis R of the wheel substrate 31.

図２に示したように、ホイール基板３１は、円形状の板状部材であって、ガラス等の透明部材から構成されている。ホイール基板３１の中心には、円柱状のホイールモーター３３を貫通させる開口が設けられている。開口においてホイール基板３１がホイールモーター３３に装着されることで、ホイール基板３１はホイールモーター３３と一体とされている。ホイール基板３１は、ホイールモーター３３の駆動によって、円形状の中心位置を回転軸Ｒとして回転する。   As shown in FIG. 2, the wheel substrate 31 is a circular plate-like member, and is made of a transparent member such as glass. In the center of the wheel substrate 31, an opening through which the cylindrical wheel motor 33 passes is provided. The wheel substrate 31 is integrated with the wheel motor 33 by mounting the wheel substrate 31 to the wheel motor 33 in the opening. The wheel substrate 31 rotates with the center position of the circular shape as the rotation axis R by driving the wheel motor 33.

図３に示したように本実施例では、構造体３２は、発光素子４０、第１の反射部４３ａ、及び第２の反射部４３ｂを含む。発光素子４０は、粒子状の複数の蛍光体１００を含む蛍光体層４１および光透過層４２を含む。蛍光体１００は励起光２００の照射により励起され、蛍光を発生する。蛍光体層４１は、蛍光体１００の粒子が分散された、透明樹脂からなるバインダーを有する。光透過層４２は、蛍光体層４１のホイール基板３１とは反対側に設けられており、蛍光体層４１から入射した光を透過させる。   As shown in FIG. 3, in this embodiment, the structural body 32 includes a light emitting element 40, a first reflecting portion 43a, and a second reflecting portion 43b. The light emitting element 40 includes a phosphor layer 41 including a plurality of particulate phosphors 100 and a light transmission layer 42. The phosphor 100 is excited by irradiation with the excitation light 200 to generate fluorescence. The phosphor layer 41 has a binder made of a transparent resin in which particles of the phosphor 100 are dispersed. The light transmission layer 42 is provided on the opposite side of the phosphor layer 41 from the wheel substrate 31 and transmits light incident from the phosphor layer 41.

構造体３２は、ホイール基板３１が有する複数の面のうち励起光２００が入射する側とは反対側の表面３１ａに設けられている。図２（ａ）に示したように、構造体３２に含まれる発光素子４０は、平面視で一定の幅を持つ環をなしている。発光素子４０がなす環は、ホイール基板３１が回転することによって得られる励起光２００の照射領域の軌跡に対応している。   The structure 32 is provided on the surface 31a opposite to the side on which the excitation light 200 is incident among the plurality of surfaces of the wheel substrate 31. As shown in FIG. 2A, the light emitting element 40 included in the structure 32 forms a ring having a certain width in plan view. The ring formed by the light emitting element 40 corresponds to the locus of the irradiation area of the excitation light 200 obtained by rotating the wheel substrate 31.

蛍光体ホイール５は、ホイール基板３１の表面に構造体３２を設けることで、蛍光体１００で発生した熱を外部へ効果的に放散させることができる。   The phosphor wheel 5 can dissipate the heat generated in the phosphor 100 to the outside effectively by providing the structure 32 on the surface of the wheel substrate 31.

図３に示したように、発光素子４０は、平面視でホイール基板３１の回転軸Ｒを中心とする円の形状を有する第１の側面３４ａおよび第２の側面３４ｂを備える。第１の側面３４ａと第２の側面３４ｂとは、互いに対向している。第１の側面３４ａは、環状の発光素子４０のホイールモーター３３側の側面であり、第２の側面３４ｂは、環状の発光素子４０のホイール基板３１の外縁側の側面である。本実施例では、適宜、第１の側面３４ａと第２の側面３４ｂを併せて側面３４と呼ぶことがある。   As shown in FIG. 3, the light emitting element 40 includes a first side surface 34 a and a second side surface 34 b having a circular shape centering on the rotation axis R of the wheel substrate 31 in plan view. The first side surface 34a and the second side surface 34b face each other. The first side surface 34 a is the side surface of the annular light emitting element 40 on the wheel motor 33 side, and the second side surface 34 b is the side surface of the annular light emitting element 40 on the outer edge side of the wheel substrate 31. In the present embodiment, the first side surface 34a and the second side surface 34b may be collectively referred to as the side surface 34 as appropriate.

第１の反射部４３ａは発光素子４０の第１の側面３４ａに設けられ、第２の反射部４３ｂは発光素子４０の第２の側面３４ｂに設けられている。第１の側面３４ａに交差する断面、たとえば回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に沿った断面において、第１の側面３４ａと第２の側面３４ｂとの間の距離が蛍光体４１から光透過層４２に向かって大きくなっている。したがって、第１の反射部４３ａと第２の反射部４３ｂとの間の距離も、蛍光体層４１から光透過層４２に向かって大きくなっている。本実施例では、適宜、第１の反射部４３ａと第２の反射部４３ｂを併せて反射部４３と呼ぶことがある。また、本明細書では便宜上、上記のような形態にて設けられた反射部を、テーパ形状の反射部、と呼ぶ。あるいは、反射部がテーパ形状を有している、という。反射部４３は、蛍光体層４１から入射した蛍光及び励起光と、光透過層４２から入射した蛍光及び励起光とを反射する。反射部４３としては、高反射性部材、例えば金属部材からなる膜を用いる。   The first reflecting portion 43 a is provided on the first side surface 34 a of the light emitting element 40, and the second reflecting portion 43 b is provided on the second side surface 34 b of the light emitting element 40. In a cross section intersecting the first side surface 34a, for example, a cross section along the radial direction of a circle centering on the rotation axis R, the distance between the first side surface 34a and the second side surface 34b is light from the phosphor 41. It increases toward the transmission layer 42. Therefore, the distance between the first reflecting portion 43 a and the second reflecting portion 43 b is also increased from the phosphor layer 41 toward the light transmitting layer 42. In the present embodiment, the first reflecting portion 43a and the second reflecting portion 43b may be collectively referred to as the reflecting portion 43 as appropriate. In addition, in this specification, for convenience, the reflecting portion provided in the above-described form is referred to as a tapered reflecting portion. Or it says that the reflective part has a taper shape. The reflector 43 reflects the fluorescence and excitation light incident from the phosphor layer 41 and the fluorescence and excitation light incident from the light transmission layer 42. As the reflection part 43, a highly reflective member, for example, a film made of a metal member is used.

ダイクロイック膜４４は、ホイール基板３１と蛍光体層４１との間、すなわち蛍光体層４１が有する複数の面のうち励起光２００の入射面４１ａに設けられている。ダイクロイック膜４４は、レーザーダイオードアレイ２から出射された励起光２００を透過させ、蛍光体１００から出射された蛍光を反射する波長特性を持つ波長分離層として機能する。   The dichroic film 44 is provided between the wheel substrate 31 and the phosphor layer 41, that is, on the incident surface 41 a of the excitation light 200 among a plurality of surfaces of the phosphor layer 41. The dichroic film 44 functions as a wavelength separation layer having a wavelength characteristic that transmits the excitation light 200 emitted from the laser diode array 2 and reflects the fluorescence emitted from the phosphor 100.

蛍光体１００は、励起光２００の照射により、Ｇ光及びＲ光を含む蛍光を発生させる。蛍光体層４１へ入射した励起光２００のうちの一部は、蛍光とともに蛍光体層４１からピックアップレンズ６に向かって射出する。このように、光源装置１０は、Ｇ光およびＲ光を含む蛍光と、Ｂ光を含む励起光２００とを混合させることにより、白色の照明光を射出する。蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ蛍光体を用いる。蛍光体層４１は、例えば、粉末状の蛍光体１００とバインダーとの混合物をホイール基板３１に塗布し、熱硬化させることにより得られる。光透過層４２は、蛍光体層４１のバインダーと同じ屈折率の透明樹脂から構成されている。   The phosphor 100 generates fluorescence including G light and R light when irradiated with the excitation light 200. A part of the excitation light 200 incident on the phosphor layer 41 is emitted from the phosphor layer 41 toward the pickup lens 6 together with the fluorescence. As described above, the light source device 10 emits white illumination light by mixing the fluorescence including the G light and the R light and the excitation light 200 including the B light. For example, a YAG phosphor is used as the phosphor. The phosphor layer 41 is obtained, for example, by applying a mixture of powdered phosphor 100 and a binder to the wheel substrate 31 and thermally curing the mixture. The light transmission layer 42 is made of a transparent resin having the same refractive index as the binder of the phosphor layer 41.

蛍光体層４１の入射面４１ａには、励起光２００のスポットが形成される。光源装置１０は、回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に測った励起光２００のスポット径ｄ１が、入射面４１ａの半径方向の幅Ｍより小さくなるように調整される。これにより、励起光２００の入射位置を入射面４１ａからはみ出させないために許容される、蛍光体ホイール５の回転によるぶれの上限値を大きくすることができる。   A spot of the excitation light 200 is formed on the incident surface 41 a of the phosphor layer 41. The light source device 10 is adjusted such that the spot diameter d1 of the excitation light 200 measured in the radial direction of the circle centered on the rotation axis R is smaller than the radial width M of the incident surface 41a. Thereby, it is possible to increase the upper limit value of the shake due to the rotation of the phosphor wheel 5 that is allowed to prevent the incident position of the excitation light 200 from protruding from the incident surface 41a.

ホイール基板３１へ入射した励起光２００は、ホイール基板３１及びダイクロイック膜４４を透過して、蛍光体層４１へ入射する。蛍光体層４１へ入射した励起光２００の一部は、蛍光体１００を励起し、励起された蛍光体１００は蛍光を発する。蛍光体１００で発生した蛍光は、発光位置を中心としてほぼ等方的に出射される。   The excitation light 200 incident on the wheel substrate 31 passes through the wheel substrate 31 and the dichroic film 44 and enters the phosphor layer 41. Part of the excitation light 200 incident on the phosphor layer 41 excites the phosphor 100, and the excited phosphor 100 emits fluorescence. The fluorescence generated in the phosphor 100 is emitted approximately isotropic around the light emission position.

蛍光体層４１から光透過層４２へ進行した蛍光及び励起光２００のうち、光透過層４２と空気との界面へ臨界角より小さい角度で入射した成分は、光透過層４２から空気中へ射出する。   Of the fluorescence and excitation light 200 that have traveled from the phosphor layer 41 to the light transmission layer 42, components that have entered the interface between the light transmission layer 42 and air at an angle smaller than the critical angle are emitted from the light transmission layer 42 into the air. To do.

本実施例では、光透過層４２の屈折率は蛍光体層４１のバインダーの屈折率と同じであるため、蛍光体層４１と光透過層４２との界面においては光が反射しない。そのため、蛍光体１００から射出された蛍光や、蛍光体によって散乱された励起光が蛍光体層４１と光透過層４２との界面において反射されて蛍光体層４１に戻ることはない。その結果、蛍光が蛍光体層４１によって吸収されることによる光の損失や熱の発生が抑制される。なお、光透過層４２は、バインダーと同じ屈折率とする場合に限られず、例えば、バインダーより低い屈折率の材料で構成することとしても良い。   In this embodiment, since the refractive index of the light transmission layer 42 is the same as the refractive index of the binder of the phosphor layer 41, no light is reflected at the interface between the phosphor layer 41 and the light transmission layer 42. Therefore, the fluorescence emitted from the phosphor 100 and the excitation light scattered by the phosphor are not reflected at the interface between the phosphor layer 41 and the light transmission layer 42 and returned to the phosphor layer 41. As a result, light loss and heat generation due to the absorption of fluorescence by the phosphor layer 41 are suppressed. The light transmission layer 42 is not limited to the same refractive index as that of the binder, and may be formed of a material having a refractive index lower than that of the binder, for example.

蛍光体層４１の内部をホイール基板３１へ向かって進行した蛍光は、ダイクロイック膜４４で反射し、光透過層４２の方向へ進行する。そのため、蛍光体１００から発せられた蛍光は、ホイール基板３１側へ漏れず、光透過層４２の蛍光出射面４２ａから効率良く射出することができる。本明細書においては、蛍光出射面４２ａは、光透過層４２が有する複数の面のうち、蛍光体から発せられた蛍光が光透過層４２から空気中に射出される面を指す。   The fluorescence that has traveled toward the wheel substrate 31 inside the phosphor layer 41 is reflected by the dichroic film 44 and travels toward the light transmission layer 42. Therefore, the fluorescence emitted from the phosphor 100 can be efficiently emitted from the fluorescence emission surface 42a of the light transmission layer 42 without leaking to the wheel substrate 31 side. In the present specification, the fluorescence emission surface 42a refers to a surface from which the fluorescence emitted from the phosphor is emitted from the light transmission layer 42 into the air among the plurality of surfaces of the light transmission layer 42.

また、テーパ形状の反射部４３によって、ホイール基板３１の法線Ｎに対する光線角度が小さくなるように光の進行方向を変化させることができる。したがって、光透過層４２の蛍光出射面４２ａにおける光線角度が小さくなり、光透過層４２と空気との界面における光の全反射が抑制され、その結果、光透過層４２の内部を進行する光が光透過層４２の蛍光出射面４２ａから空気中に射出しやすくなる。   Further, the traveling direction of the light can be changed by the tapered reflecting portion 43 so that the light ray angle with respect to the normal line N of the wheel substrate 31 becomes small. Therefore, the light ray angle at the fluorescence emission surface 42a of the light transmission layer 42 is reduced, and total reflection of light at the interface between the light transmission layer 42 and air is suppressed. As a result, light traveling inside the light transmission layer 42 is transmitted. It becomes easy to inject into the air from the fluorescence emission surface 42a of the light transmission layer 42.

さらに、蛍光体層４１の内部をホイール基板３１に対して平行に進行する蛍光成分は、反射部４３での反射により、蛍光体ホイール５の半径方向への伝播が阻止される。本実施形態による蛍光体ホイール５では、蛍光体層４１での蛍光の伝播が反射部４３によって阻止されるため、蛍光体層４１における発光面積の増加が抑制される。   Further, the fluorescent component traveling in the phosphor layer 41 in parallel with the wheel substrate 31 is prevented from propagating in the radial direction of the phosphor wheel 5 due to reflection by the reflecting portion 43. In the phosphor wheel 5 according to the present embodiment, the propagation of the fluorescence in the phosphor layer 41 is blocked by the reflecting portion 43, so that an increase in the light emission area in the phosphor layer 41 is suppressed.

また、光透過層４２の蛍光出射面４２ａから射出する光の射出角を小さくすることで、ピックアップレンズ６等で取り込まれる光の量を増大させることが可能となる。これにより、蛍光体ホイール５を含むプロジェクター１は、システム全体としての光利用効率を向上させることができる。   Further, by reducing the emission angle of light emitted from the fluorescence emission surface 42a of the light transmission layer 42, the amount of light taken in by the pickup lens 6 or the like can be increased. Thereby, the projector 1 including the phosphor wheel 5 can improve the light utilization efficiency of the entire system.

（変形例１）
図４は、本実施例の変形例１に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。実施例１に係る蛍光体ホイール５では、構造体３２は、ホイール基板３１が有する複数の面のうち励起光２００が入射する側とは反対側の表面３１ａに設けられていたが、本変形例に係る蛍光体ホイールでは、ホイール基板４５の表面４５ａに設けられた溝４６に構造体３２が設けられていることを特徴とする。反射部４３は、発光素子４０の側面３４と溝４６の壁面とに挟まれている。ダイクロイック膜４４は、溝４６の底に設けられている。溝４６に蛍光体層４１を設けることで、蛍光体層４１の材料の塗布を安定して行うことができる。 (Modification 1)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel according to the first modification of the present embodiment. In the phosphor wheel 5 according to the first embodiment, the structural body 32 is provided on the surface 31a opposite to the side on which the excitation light 200 is incident among the plurality of surfaces of the wheel substrate 31. In the phosphor wheel according to the above, the structure 32 is provided in the groove 46 provided in the surface 45a of the wheel substrate 45. The reflecting portion 43 is sandwiched between the side surface 34 of the light emitting element 40 and the wall surface of the groove 46. The dichroic film 44 is provided at the bottom of the groove 46. By providing the phosphor layer 41 in the groove 46, the material of the phosphor layer 41 can be stably applied.

（変形例２）
図５は、本実施例の変形例２に係る蛍光体ホイール７の平面図である。図６は、蛍光体ホイール７の要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイール７は、蛍光体１００からの熱を伝導する熱伝導部４７を有する。熱伝導部４７は、ホイール基板３１の表面３１ａの上に、構造体３２と接するように設けられている。熱伝導部４７は、高い熱伝導率の部材、例えば銅やアルミニウムを用いて構成されている。 (Modification 2)
FIG. 5 is a plan view of the phosphor wheel 7 according to the second modification of the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel 7. The phosphor wheel 7 according to this modification has a heat conducting portion 47 that conducts heat from the phosphor 100. The heat conducting portion 47 is provided on the surface 31 a of the wheel substrate 31 so as to be in contact with the structure 32. The heat conducting unit 47 is configured using a member having high heat conductivity, such as copper or aluminum.

励起光２００の照射によって蛍光体１００で生じた熱は、蛍光体層４１から反射部４３を経て、或いは蛍光体層４１から光透過層４２及び反射部４３を経て、熱伝導部４７へ伝導する。蛍光体ホイール７は、熱伝導部４７を設けることで、蛍光体１００で生じた熱を効果的に放散させることができる。蛍光体ホイール７は、効果的な放熱により、高い効率で蛍光を発生させることが可能となる。   The heat generated in the phosphor 100 by the irradiation of the excitation light 200 is conducted from the phosphor layer 41 through the reflecting portion 43 or from the phosphor layer 41 through the light transmitting layer 42 and the reflecting portion 43 to the heat conducting portion 47. . The phosphor wheel 7 can dissipate the heat generated in the phosphor 100 effectively by providing the heat conducting portion 47. The phosphor wheel 7 can generate fluorescence with high efficiency by effective heat dissipation.

熱伝導部４７は、ホイール基板３１の表面のうち構造体３２以外の部分を完全に覆う場合に限られない。熱伝導部４７は、蛍光体１００で生じた熱を効果的に放散させるためには、ホイール基板３１の表面３１ａのうち構造体３２の周囲の少なくとも一部に設けられていれば良いものとする。蛍光体ホイール７は、発光素子４０の側面３４と熱伝導部４７との間に反射部４３を設ける他、熱伝導部４７の一部を反射部として機能させることとしても良い。   The heat conduction part 47 is not limited to the case of completely covering a part other than the structure 32 on the surface of the wheel substrate 31. In order to effectively dissipate the heat generated in the phosphor 100, the heat conducting unit 47 may be provided on at least a part of the surface 31 a of the wheel substrate 31 around the structure 32. . The phosphor wheel 7 may be configured such that a part of the heat conducting portion 47 functions as a reflecting portion in addition to providing the reflecting portion 43 between the side surface 34 of the light emitting element 40 and the heat conducting portion 47.

（変形例３）
図７は、本実施例の変形例３に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイールは、ホイール基板４５及び熱伝導部４７に形成された溝４８に、構造体３２が設けられている。本変形例の場合も、蛍光体ホイールは、熱伝導部４７を設けることで、蛍光体１００で生じた熱を効果的に放散させることができる。熱伝導部４７は、ホイール基板４５の表面のうち溝４８以外の部分を完全に覆うこととしても良く、構造体３２の周囲の一部に設けることとしても良い。 (Modification 3)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel according to the third modification of the present embodiment. In the phosphor wheel according to the present modification, the structure 32 is provided in the groove 48 formed in the wheel substrate 45 and the heat conducting unit 47. Also in this modification, the phosphor wheel can dissipate the heat generated in the phosphor 100 effectively by providing the heat conducting portion 47. The heat conducting portion 47 may completely cover a portion of the surface of the wheel substrate 45 other than the groove 48, or may be provided on a part of the periphery of the structure 32.

（変形例４）
図８は、本実施例の変形例４に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイールは、光透過層４２の蛍光出射面４２ａに設けられた凹凸構造（モスアイ構造）４９を有する。 (Modification 4)
FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel according to the fourth modification of the present embodiment. The phosphor wheel according to this modified example has a concavo-convex structure (moth eye structure) 49 provided on the fluorescence emission surface 42 a of the light transmission layer 42.

凹凸構造４９の各々は、例えば、蛍光の波長より短い幅で構成され、二次元的に設けられている。凹凸構造４９は、光透過層４２と空気との界面での光の反射を抑制させる。本変形例に係る蛍光体ホイールは、凹凸構造４９によって光透過層４２から効率良く光を取り出すことができる。   Each of the concavo-convex structures 49 is, for example, formed with a width shorter than the wavelength of fluorescence and is provided two-dimensionally. The uneven structure 49 suppresses reflection of light at the interface between the light transmission layer 42 and air. The phosphor wheel according to this modification can efficiently extract light from the light transmission layer 42 by the uneven structure 49.

（変形例５）
上記の実施例及び変形例１乃至４に係る蛍光体ホイールでは、第１の反射部４３ａと第２の反射部４３ｂとが設けられていたが、いずれか一方のみを設けてもよい。たとえば、第２の反射部４３ｂのみを設けた場合、法線Ｎに対して大きな角度をなして進行する蛍光成分は、第２の反射部４３ｂでの反射により、ホイール基板３１の外側方向への伝播が阻止される。第２の反射部４３ｂによって反射された光は、蛍光体層４１の内部を蛍光体１００によって散乱されながら進行し、光透過層４２に進入する。従って、第１の反射部４３ａと第２の反射部４３ｂのうちいずれか一方のみを設けた場合であっても、システム全体としての光利用効率を向上させる効果が得られる。 (Modification 5)
In the phosphor wheel according to the above-described embodiment and Modifications 1 to 4, the first reflecting portion 43a and the second reflecting portion 43b are provided, but only one of them may be provided. For example, when only the second reflecting portion 43b is provided, the fluorescent component that travels at a large angle with respect to the normal line N is reflected toward the outer side of the wheel substrate 31 by reflection at the second reflecting portion 43b. Propagation is prevented. The light reflected by the second reflecting portion 43 b travels while being scattered by the phosphor 100 inside the phosphor layer 41 and enters the light transmission layer 42. Therefore, even when only one of the first reflecting portion 43a and the second reflecting portion 43b is provided, the effect of improving the light utilization efficiency of the entire system can be obtained.

図９は、本発明の実施例２に係る波長変換素子として機能する蛍光体ホイール５０の平面図である。本実施例では、反射部は、ホイール基板３１の回転軸Ｒを中心とする円の形状に設けられた側面と、円の半径方向に設けられた側面とに設けられている。蛍光体ホイール５０は、実施例１の光源装置１０に適用される。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。蛍光体層を含む構造体は、円周方向に配列された反射部によって、複数の単位構造体５１に分割されている。   FIG. 9 is a plan view of a phosphor wheel 50 that functions as a wavelength conversion element according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the reflecting portions are provided on the side surface provided in the shape of a circle centered on the rotation axis R of the wheel substrate 31 and the side surface provided in the radial direction of the circle. The phosphor wheel 50 is applied to the light source device 10 of the first embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The structure including the phosphor layer is divided into a plurality of unit structures 51 by reflection portions arranged in the circumferential direction.

図１０は、一つの単位構造体５１の斜視図である。単位構造体５１は、発光素子５７、円周方向に設けられた第１の反射部５４ａ、第２の反射部５４ｂ、半径方向に設けられた第３の反射部５５ａ、及び第４の反射部５５ｂを含む。発光素子５７は、粒子状の蛍光体１００を含む蛍光体層５２および光透過層５３を含む。このように、発光素子５７は、第１の反射部５４ａと第２の反射部５４ｂと第３の反射部５５ａと第４の反射部５５ｂとによって取り囲まれている。一つの単位構造体５１について円周方向に設けられた第１の反射部５４ａおよび第２の反射部５４ｂは、実施例１における反射部４３（図３参照）と同様に、円の半径方向に沿う断面においてテーパ形状を有している。本実施例では、適宜、第１の反射部５４ａと第２の反射部５４ｂとを併せて、反射部５４と呼ぶことがある。同様に、第３の反射部５５ａと第４の反射部５５ｂとを併せて、反射部５５と呼ぶことがある。   FIG. 10 is a perspective view of one unit structure 51. The unit structure 51 includes a light emitting element 57, a first reflection portion 54a provided in the circumferential direction, a second reflection portion 54b, a third reflection portion 55a provided in the radial direction, and a fourth reflection portion. 55b is included. The light emitting element 57 includes a phosphor layer 52 including a particulate phosphor 100 and a light transmission layer 53. As described above, the light emitting element 57 is surrounded by the first reflecting portion 54a, the second reflecting portion 54b, the third reflecting portion 55a, and the fourth reflecting portion 55b. The first reflecting portion 54a and the second reflecting portion 54b provided in the circumferential direction for one unit structure 51 are arranged in the radial direction of the circle in the same manner as the reflecting portion 43 (see FIG. 3) in the first embodiment. It has a tapered shape in the cross section along. In the present embodiment, the first reflecting portion 54a and the second reflecting portion 54b may be collectively referred to as the reflecting portion 54 as appropriate. Similarly, the third reflecting portion 55a and the fourth reflecting portion 55b may be collectively referred to as the reflecting portion 55.

図１１は、図９において一点鎖線で示す円周方向における蛍光体ホイール５０の要部断面図である。複数の単位構造体５１は、反射部５５によって互いに仕切られて、円周方向に並んでいる。波長分離層であるダイクロイック膜５６は、ホイール基板３１と、各単位構造体５１の蛍光体層５２との間に設けられている。一つの単位構造体５１について半径方向に設けられた反射部５５は、円周方向に沿う断面においてテーパ形状を有している。   FIG. 11 is a cross-sectional view of the main part of the phosphor wheel 50 in the circumferential direction indicated by a dashed line in FIG. The plurality of unit structures 51 are partitioned from each other by the reflection portion 55 and are arranged in the circumferential direction. The dichroic film 56 that is a wavelength separation layer is provided between the wheel substrate 31 and the phosphor layer 52 of each unit structure 51. The reflection portion 55 provided in the radial direction with respect to one unit structure 51 has a tapered shape in a cross section along the circumferential direction.

本実施形態による蛍光体ホイール５０では、テーパ形状を有する反射部５４を円周方向に設け、テーパ形状を有する反射部５５を半径方向に設けることで、円周方向と半径方向について、発光領域が制限される。そのため、発光面積の増加を抑制させるとともに、光透過層５３の蛍光出射面５３ａにおける光線角度を小さくすることが可能となる。これにより、蛍光体ホイール５０を含むプロジェクター１は、システム全体としての光利用効率をさらに向上させることができる。   In the phosphor wheel 50 according to the present embodiment, the light-emitting region is provided in the circumferential direction and the radial direction by providing the reflective portion 54 having a tapered shape in the circumferential direction and providing the reflective portion 55 having a tapered shape in the radial direction. Limited. For this reason, it is possible to suppress an increase in the light emission area and to reduce the light beam angle on the fluorescence emission surface 53a of the light transmission layer 53. Thereby, the projector 1 including the phosphor wheel 50 can further improve the light utilization efficiency of the entire system.

図１１に示したように、互いに隣り合う２つの単位構造体５１同士の間には、蛍光体１００が設けられていない領域が存在する。そこで、レーザーダイオードアレイ２（図１参照）は、蛍光体１００が設けられていない領域に励起光２００を照射しないように、つまり各単位構造体５１の蛍光体層５２へ励起光２００が適切に入射するように、蛍光体ホイール５０の回転に応じたパルス周波数で励起光２００を射出する。光源装置１０は、蛍光体１００が設けられていない領域への励起光２００の射出を停止させることで光利用効率を向上させるとともに、光源装置１０から射出される光の強度を安定化させることができる。さらに、パルス発光とすることでレーザーダイオード３の寿命を延ばすことが可能となる。   As shown in FIG. 11, a region where the phosphor 100 is not provided exists between two unit structures 51 adjacent to each other. Therefore, the laser diode array 2 (see FIG. 1) does not irradiate the excitation light 200 to a region where the phosphor 100 is not provided, that is, the excitation light 200 is appropriately applied to the phosphor layer 52 of each unit structure 51. The excitation light 200 is emitted at a pulse frequency corresponding to the rotation of the phosphor wheel 50 so as to be incident. The light source device 10 can improve the light use efficiency by stopping the emission of the excitation light 200 to the region where the phosphor 100 is not provided, and can stabilize the intensity of the light emitted from the light source device 10. it can. Furthermore, the lifetime of the laser diode 3 can be extended by using pulsed light emission.

１パルスの励起光２００を蛍光体ホイール５０へ入射した場合に、円周方向における照射領域の長さＬは、式（１）により計算される。
Ｌ＝ｄ２＋２πｒｍＤ／Ｆ （１） When one pulse of excitation light 200 is incident on the phosphor wheel 50, the length L of the irradiation region in the circumferential direction is calculated by the equation (1).
L = d2 + 2πrmD / F (1)

但し、ｄ２は励起光２００の円周方向のスポット径（単位ｍ）、ｒは発光素子５７の半径方向の中心と回転中心Ｒとの間の距離（単位ｍ）、ｍは蛍光体ホイール５０の回転数（単位ｒｐｓ）、Ｄは励起光２００のパルスのデューティー比、Ｆは励起光２００のパルス周波数（単位Ｈｚ）とする。図１０に示すように、蛍光体層５２の入射面５２ａの、円周方向についての長さをＬとすることで、励起光２００を単位構造体５１に適切に照射することが可能となる。   However, d2 is the spot diameter (unit m) in the circumferential direction of the excitation light 200, r is the distance (unit m) between the radial center of the light emitting element 57 and the rotation center R, and m is the phosphor wheel 50. The rotation speed (unit: rps), D is the duty ratio of the pulse of the excitation light 200, and F is the pulse frequency (unit: Hz) of the excitation light 200. As shown in FIG. 10, by setting the length of the incident surface 52a of the phosphor layer 52 in the circumferential direction to L, the excitation light 200 can be appropriately irradiated to the unit structure 51.

長さＬがスポット径ｄ２のＴ倍まで許容可能、言い換えると、励起光２００の滲み量がスポット径ｄ２のＴ倍まで許容可能、とした場合、Ｔ＝Ｌ／ｄ２を式（１）に代入して、距離ｒについての式（２）が求められる。
ｒ＝（Ｔ−１）ｄ２Ｆ／（２πｒｍＤ） （２） When the length L is allowable up to T times the spot diameter d2, in other words, the amount of bleeding of the excitation light 200 is allowable up to T times the spot diameter d2, T = L / d2 is substituted into the equation (1). Thus, equation (2) for the distance r is obtained.
r = (T−1) d2F / (2πrmD) (2)

例えば、パルス周波数Ｆを１００ｋＨｚ、デューティー比Ｄを０．３、スポット径ｄ２を１ｍｍ、回転数ｍを１００００／６０ｒｐｓ（＝１００００ｒｐｍ）、Ｔを１．１、とした場合、式（２）により、距離ｒはおよそ３．２ｃｍと計算される。このとき、一つの単位構造体５１の円周方向の長さは、およそ１．１ｍｍとなる。光源装置１０は、このような計算に応じた設計及び駆動により、レーザーダイオードアレイ２による励起光２００の照射と蛍光体ホイール５０の回転とを同期させる。   For example, when the pulse frequency F is 100 kHz, the duty ratio D is 0.3, the spot diameter d2 is 1 mm, the rotational speed m is 10,000 / 60 rps (= 10000 rpm), and T is 1.1, The distance r is calculated to be approximately 3.2 cm. At this time, the length of one unit structure 51 in the circumferential direction is approximately 1.1 mm. The light source device 10 synchronizes the irradiation of the excitation light 200 by the laser diode array 2 and the rotation of the phosphor wheel 50 by design and driving according to such calculation.

蛍光体ホイール５０に形成される単位構造体５１の数Ｓは、Ｓ＝Ｆ／ｍにより求められる。Ｓは整数であることから、Ｆはｍの整数倍となる。これにより、レーザーダイオードアレイ２は、蛍光体１００が設けられていない領域を避けて、各単位構造体５１の発光素子５７へ励起光２００を適切に入射させることができる。   The number S of unit structures 51 formed on the phosphor wheel 50 is obtained by S = F / m. Since S is an integer, F is an integral multiple of m. Thereby, the laser diode array 2 can appropriately make the excitation light 200 incident on the light emitting element 57 of each unit structure 51 while avoiding the region where the phosphor 100 is not provided.

各実施例の蛍光体ホイールは、空間光変調装置として透過型の液晶パネルを用いるプロジェクター１に適用される場合に限られない。蛍光体ホイールは、反射型のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えるプロジェクターに適用しても良い。   The phosphor wheel of each embodiment is not limited to being applied to the projector 1 that uses a transmissive liquid crystal panel as a spatial light modulator. The phosphor wheel may be applied to a projector equipped with a reflective LCOS (Liquid Crystal On Silicon) or DMD (Digital Micromirror Device).

図１２は、本発明の実施例３に係る波長変換素子として機能する蛍光体ホイール７０の要部断面図である。実施例１に係る蛍光体ホイール５と異なる点について説明する。本実施例に係る蛍光体ホイール７０では、蛍光体層４１の入射面４１ａに、励起光２００と蛍光とを反射させる反射層７２がダイクロイック膜４４のかわりに設けられている。励起光２００は、ホイール基板３１の構造体３２が設けられている側から蛍光体１００に照射される。   FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part of a phosphor wheel 70 that functions as a wavelength conversion element according to Example 3 of the invention. Differences from the phosphor wheel 5 according to the first embodiment will be described. In the phosphor wheel 70 according to the present embodiment, a reflection layer 72 that reflects the excitation light 200 and fluorescence is provided on the incident surface 41 a of the phosphor layer 41 instead of the dichroic film 44. The excitation light 200 is applied to the phosphor 100 from the side where the structure 32 of the wheel substrate 31 is provided.

蛍光体層４１の内部をホイール基板３１へ向かって進行した蛍光は、反射層７２で反射され、光透過層４２の方向へ進行する。そのため、蛍光体１００から発せられた蛍光は、ホイール基板３１側へ漏れず、光透過層４２の蛍光出射面４２ａから効率良く射出することができる。また、蛍光体層４１の内部をホイール基板３１へ向かって進行する励起光も、同様に反射層７２で反射され、光透過層４２の蛍光出射面４２ａから効率良く射出することができる。   The fluorescence that has traveled toward the wheel substrate 31 inside the phosphor layer 41 is reflected by the reflection layer 72 and travels toward the light transmission layer 42. Therefore, the fluorescence emitted from the phosphor 100 can be efficiently emitted from the fluorescence emission surface 42a of the light transmission layer 42 without leaking to the wheel substrate 31 side. Similarly, the excitation light traveling inside the phosphor layer 41 toward the wheel substrate 31 is also reflected by the reflection layer 72 and can be efficiently emitted from the fluorescence emission surface 42 a of the light transmission layer 42.

図１３に、蛍光体ホイール７０を用いた光源装置７４の一例を示す。励起光２００は、ホイール基板３１の構造体３２が設けられている側から蛍光体１００に照射され、励起光２００の一部と蛍光体１００が発した蛍光とは、ピックアップレンズ６によって捕捉される。ピックアップレンズ６によって捕捉された光は、実施例１で説明したコリメート光学系１１へ進行する。このようにして、光源装置７４はプロジェクターの光源として利用される。このような反射型のホイール基板であっても、実施例１で説明した透過型のホイール基板と同様、システム全体としての光利用効率を向上させる効果が得られる。   FIG. 13 shows an example of the light source device 74 using the phosphor wheel 70. The excitation light 200 is applied to the phosphor 100 from the side where the structure 32 of the wheel substrate 31 is provided, and a part of the excitation light 200 and the fluorescence emitted by the phosphor 100 are captured by the pickup lens 6. . The light captured by the pickup lens 6 proceeds to the collimating optical system 11 described in the first embodiment. In this way, the light source device 74 is used as a light source for the projector. Even with such a reflective wheel substrate, the effect of improving the light utilization efficiency of the entire system can be obtained, as with the transmissive wheel substrate described in the first embodiment.

反射型の蛍光体ホイール７０の場合、ホイール基板３１として透明部材を用いる必要はない。ホイール基板として金属を用いれば、蛍光体１００で生じた熱を効果的に放散させることができる。この場合、実施例１の変形例１で示したように、ホイール基板の表面に設けた溝に発光素子４０を設けることが好ましい。この構成によれば、蛍光体１００で生じた熱を、さらに効率的に放散させることができる。さらに、アルミ等の光反射率が高い金属を用いれば、ホイール基板自体が反射部材として機能するため、反射部４３や反射層７２を設ける必要がない。   In the case of the reflective phosphor wheel 70, it is not necessary to use a transparent member as the wheel substrate 31. If a metal is used as the wheel substrate, the heat generated in the phosphor 100 can be effectively dissipated. In this case, as shown in Modification 1 of Example 1, it is preferable to provide the light emitting element 40 in a groove provided on the surface of the wheel substrate. According to this configuration, the heat generated in the phosphor 100 can be dissipated more efficiently. Furthermore, if a metal having a high light reflectance such as aluminum is used, the wheel substrate itself functions as a reflecting member, so that it is not necessary to provide the reflecting portion 43 and the reflecting layer 72.

以上のように、本発明に係る蛍光体ホイール、光源装置及びプロジェクターは、レーザー光を用いて画像を表示する場合に有用である。   As described above, the phosphor wheel, the light source device, and the projector according to the present invention are useful when displaying an image using laser light.

１ プロジェクター、２ レーザーダイオードアレイ、３ レーザーダイオード、４ 集光レンズ、５ 蛍光体ホイール、６ ピックアップレンズ、７ 蛍光体ホイール、１０ 光源装置、１１ コリメート光学系、１２ ロッドインテグレーター、１３ 重畳レンズ、１４ 第１ダイクロイックミラー、１５ 第２ダイクロイックミラー、１６、１７、１９ 反射ミラー、１８ リレーレンズ、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ 入射側偏光板、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ 液晶パネル、２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ 射出側偏光板、２３ クロスダイクロイックプリズム、２４ 投写光学系、３１ ホイール基板、３１ａ 表面、３２ 構造体、３３ ホイールモーター、３４ａ 第１の側面、３４ｂ 第２の側面、４０ 発光素子、４１ 蛍光体層、４１ａ 入射面、４２ 光透過層、４２ａ 蛍光出射面、４３ａ 第１の反射部、４３ｂ 第２の反射部、４４ ダイクロイック膜、４５ ホイール基板、４５ａ 表面、４６ 溝、４７ 熱伝導部、４８ 溝、４９ 凹凸構造、５０ 蛍光体ホイール、５１ 単位構造体、５２ 蛍光体層、５２ａ 入射面、５３ 光透過層、５３ａ 蛍光出射面、５４ 反射部、５４ａ 第１の反射部、５４ｂ 第２の反射部、５５ 反射部、５５ａ 第３の反射部、５５ｂ 第４の反射部、５６ ダイクロイック膜、５７ 発光素子、７０ 蛍光体ホイール、７２ 反射層、７４ 光源装置、１００ 蛍光体、２００ 励起光、Ｎ 法線、Ｒ 回転軸   1 projector, 2 laser diode array, 3 laser diode, 4 condenser lens, 5 phosphor wheel, 6 pickup lens, 7 phosphor wheel, 10 light source device, 11 collimating optical system, 12 rod integrator, 13 superimposing lens, 14 1 dichroic mirror, 15 second dichroic mirror, 16, 17, 19 reflecting mirror, 18 relay lens, 20R, 20G, 20B incident side polarizing plate, 21R, 21G, 21B liquid crystal panel, 22R, 22G, 22B exit side polarizing plate, 23 cross dichroic prism, 24 projection optical system, 31 wheel substrate, 31a surface, 32 structure, 33 wheel motor, 34a first side, 34b second side, 40 light emitting element, 41 phosphor layer, 41a incident surface, 42 Light transmission layer, 42a Fluorescent emission surface, 43a 1st reflection portion, 43b 2nd reflection portion, 44 dichroic film, 45 wheel substrate, 45a surface, 46 groove, 47 heat conduction portion, 48 groove, 49 uneven structure, 50 Phosphor wheel, 51 unit structure, 52 phosphor layer, 52a entrance surface, 53 light transmission layer, 53a fluorescence exit surface, 54 reflector, 54a first reflector, 54b second reflector, 55 reflector, 55a Third reflecting portion, 55b Fourth reflecting portion, 56 Dichroic film, 57 Light emitting element, 70 Phosphor wheel, 72 Reflecting layer, 74 Light source device, 100 Phosphor, 200 Excitation light, N normal, R Rotation axis

Claims (16)

基板と、
前記基板に設けられ、蛍光体を含む蛍光体層と該蛍光体層の前記基板とは反対側に設けられた光透過層と、を含む発光素子と、
前記蛍光体層と前記光透過層との界面と交差する前記発光素子の第１の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第１の反射部と、
を備えたことを特徴とする波長変換素子。 A substrate,
A light emitting device provided on the substrate and including a phosphor layer containing a phosphor and a light transmission layer provided on the opposite side of the phosphor layer from the substrate;
Provided on the first side surface of the light-emitting element that intersects the interface between the phosphor layer and the light transmission layer, the light traveling inside the phosphor layer in parallel with the substrate is directed in the direction opposite to the substrate. A first reflecting part to be reflected,
A wavelength conversion element comprising: 前記第１の側面は、前記基板の回転軸を中心とする円に沿う方向と該円と交差する方向とのうちいずれか一方の方向に沿っていることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。   2. The first side surface according to claim 1, wherein the first side surface is along one of a direction along a circle centering on a rotation axis of the substrate and a direction intersecting with the circle. Wavelength conversion element. 前記第１の側面と対向する前記発光素子の第２の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第２の反射部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の波長変換素子。   Second reflection provided on the second side surface of the light emitting element facing the first side surface and reflecting the light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate in a direction opposite to the substrate. The wavelength conversion element according to claim 2, further comprising a portion. 前記第１の側面と交差する前記発光素子の第３の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第３の反射部と、
前記第３の側面と対向する前記発光素子の第４の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第４の反射部と、
をさらに有することを特徴とする請求項２又は３に記載の波長変換素子。 A third reflection is provided on a third side surface of the light emitting element that intersects the first side surface, and reflects light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate in a direction opposite to the substrate. And
A fourth reflection is provided on a fourth side surface of the light emitting element facing the third side surface, and reflects light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate in a direction opposite to the substrate. And
The wavelength conversion element according to claim 2, further comprising: 前記発光素子は、前記基板の表面に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the light emitting element is provided on a surface of the substrate. 前記発光素子は、前記基板に設けられた溝に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the light emitting element is provided in a groove provided in the substrate. 前記第１の反射部の前記発光素子とは反対側に設けられた熱伝導部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to claim 1, further comprising a heat conduction part provided on a side of the first reflection part opposite to the light emitting element. 前記蛍光体層は、前記蛍光体が分散されたバインダーを有し、
前記光透過層の屈折率は、前記バインダーの屈折率と同じであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の波長変換素子。 The phosphor layer has a binder in which the phosphor is dispersed,
The wavelength conversion element according to claim 1, wherein a refractive index of the light transmission layer is the same as a refractive index of the binder. 前記光透過層の前記蛍光体層とは反対側の表面に設けられた凹凸構造を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の波長変換素子。   9. The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element has an uneven structure provided on a surface of the light transmission layer opposite to the phosphor layer. 前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光を透過させ、前記蛍光体から射出される蛍光を反射する波長分離層を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の波長変換素子。   2. A wavelength separation layer that is provided between the substrate and the phosphor layer, transmits excitation light that excites the phosphor, and reflects fluorescence emitted from the phosphor. The wavelength conversion element as described in any one of 9 to 9. 前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光と前記蛍光体から射出される蛍光とを反射する反射層を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の波長変換素子。   The reflective layer which is provided between the said board | substrate and the said fluorescent substance layer, and reflects the excitation light which excites the fluorescent substance, and the fluorescence inject | emitted from the said fluorescent substance is characterized by the above-mentioned. The wavelength conversion element as described in any one. 前記基板は、金属からなることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の波長変換素子。   The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the substrate is made of metal. 励起光を射出する励起光用光源部と、
前記励起光の照射により蛍光を射出する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の波長変換素子と、を有することを特徴とする光源装置。 An excitation light source unit that emits excitation light;
A wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 12, which emits fluorescence upon irradiation with the excitation light. 前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポットの、前記基板の回転軸を中心とする円の半径方向の大きさは、前記蛍光体層の前記半径方向の幅より小さいことを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。   A size of a spot of the excitation light formed on the wavelength conversion element in a radial direction of a circle centering on a rotation axis of the substrate is smaller than a width of the phosphor layer in the radial direction. The light source device according to claim 13. 励起光を射出する励起光用光源部と、該励起光の照射により蛍光を射出する請求項１に記載の波長変換素子と、を有する光源装置であって、
前記第１の側面は、前記基板の回転軸を中心とする円と交差し、
前記波長変換素子は、前記第１の側面と対向する前記発光素子の第２の側面に設けられるとともに前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第２の反射部をさらに有し、
前記励起光用光源部により前記励起光を射出するパルス周波数をＦ（Ｈｚ）、前記波長変換素子の回転数をｍ（ｒｐｓ）、とすると、Ｆはｍの整数倍であることを特徴とする光源装置。 A light source device comprising: an excitation light source unit that emits excitation light; and the wavelength conversion element according to claim 1 that emits fluorescence when irradiated with the excitation light.
The first side surface intersects a circle centered on the rotation axis of the substrate;
The wavelength conversion element is provided on the second side surface of the light emitting element facing the first side surface, and transmits light traveling in the phosphor layer in parallel with the substrate in a direction opposite to the substrate. A second reflecting portion for reflecting;
F is an integral multiple of m, where F (Hz) is the pulse frequency at which the excitation light is emitted from the excitation light source unit, and m (rps) is the rotation speed of the wavelength conversion element. Light source device. 請求項１３から１５のいずれか一項に記載の光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調して、投写することを特徴とするプロジェクター。   A projector, wherein the light emitted from the light source device according to any one of claims 13 to 15 is modulated in accordance with an image signal and projected.
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Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012128297A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Hitachi Consumer Electronics Co Ltd Light source device
JP2012137705A (en) * 2010-12-28 2012-07-19 Hitachi Consumer Electronics Co Ltd Light source device
JP2013073217A (en) * 2011-09-29 2013-04-22 Casio Comput Co Ltd Phosphor device, illumination apparatus, and projector apparatus
JP2014501948A (en) * 2010-12-09 2014-01-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Lighting device for generating light
WO2014021027A1 (en) * 2012-08-02 2014-02-06 日亜化学工業株式会社 Wavelength conversion device
WO2014123145A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 ウシオ電機株式会社 Fluorescent light source device
JP2014149513A (en) * 2013-01-11 2014-08-21 Mitsubishi Electric Corp Light source device and projector
JP2014157698A (en) * 2013-02-15 2014-08-28 Ushio Inc Fluorescence light source device
JP2014194895A (en) * 2013-03-29 2014-10-09 Ushio Inc Fluorescent light source device
JP2015135455A (en) * 2014-01-20 2015-07-27 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
US9134595B2 (en) 2011-09-29 2015-09-15 Casio Computer Co., Ltd. Phosphor device, illumination apparatus and projector apparatus
JP2015213076A (en) * 2015-06-16 2015-11-26 シャープ株式会社 Light emitting device, and illuminating device
JP2015230322A (en) * 2014-06-03 2015-12-21 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
JP2016170359A (en) * 2015-03-13 2016-09-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Phosphor wheel and light source device including the same, and projection type display device
JP2016170357A (en) * 2015-03-13 2016-09-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Phosphor wheel and light source device using the same, as well as light projection device
JP2016194698A (en) * 2016-05-17 2016-11-17 カシオ計算機株式会社 Phosphor device, lighting device and projector
US9519204B2 (en) 2010-12-17 2016-12-13 Hitachi Maxell, Ltd. Light source apparatus used in a projection type image display apparatus
JP2016225177A (en) * 2015-06-01 2016-12-28 株式会社リコー Straight tube type led lamp and luminaire
JPWO2014115492A1 (en) * 2013-01-24 2017-01-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Solid state light source device
JP2017021100A (en) * 2015-07-08 2017-01-26 セイコーエプソン株式会社 Wavelength conversion element, method for manufacturing wavelength conversion element, illumination device and projector
WO2017081885A1 (en) * 2015-11-10 2017-05-18 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 Phosphor wheel, projector, and phosphor-wheel production method
JP2018531415A (en) * 2015-09-25 2018-10-25 マテリオン コーポレイション High optical power light conversion device using phosphor elements with solder attachment
US10914453B2 (en) 2015-10-26 2021-02-09 Seiko Epson Corporation Wavelength conversion device, illumination device, and projector
JPWO2019171775A1 (en) * 2018-03-06 2021-03-18 ソニー株式会社 Light emitting element, light source device and projector

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004221163A (en) * 2003-01-10 2004-08-05 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting device, its forming method, planar light emitting device using the light emitting device
JP2006026135A (en) * 2004-07-16 2006-02-02 Olympus Corp Endoscope apparatus
JP2008016647A (en) * 2006-07-06 2008-01-24 Sanyo Electric Co Ltd Light-emitting device and manufacturing method therefor
JP2008177227A (en) * 2007-01-16 2008-07-31 Toshiba Corp Light-emitting apparatus
JP2009170723A (en) * 2008-01-17 2009-07-30 Nichia Corp Light-emitting device
JP2010085740A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Casio Computer Co Ltd Light source device and projector
JP2010102300A (en) * 2008-09-26 2010-05-06 Casio Computer Co Ltd Projection apparatus and projection method
JP2010219324A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Nichia Corp Light-emitting device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004221163A (en) * 2003-01-10 2004-08-05 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting device, its forming method, planar light emitting device using the light emitting device
JP2006026135A (en) * 2004-07-16 2006-02-02 Olympus Corp Endoscope apparatus
JP2008016647A (en) * 2006-07-06 2008-01-24 Sanyo Electric Co Ltd Light-emitting device and manufacturing method therefor
JP2008177227A (en) * 2007-01-16 2008-07-31 Toshiba Corp Light-emitting apparatus
JP2009170723A (en) * 2008-01-17 2009-07-30 Nichia Corp Light-emitting device
JP2010102300A (en) * 2008-09-26 2010-05-06 Casio Computer Co Ltd Projection apparatus and projection method
JP2010085740A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Casio Computer Co Ltd Light source device and projector
JP2010219324A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Nichia Corp Light-emitting device

Cited By (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014501948A (en) * 2010-12-09 2014-01-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Lighting device for generating light
JP2012128297A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Hitachi Consumer Electronics Co Ltd Light source device
US9519204B2 (en) 2010-12-17 2016-12-13 Hitachi Maxell, Ltd. Light source apparatus used in a projection type image display apparatus
JP2012137705A (en) * 2010-12-28 2012-07-19 Hitachi Consumer Electronics Co Ltd Light source device
JP2013073217A (en) * 2011-09-29 2013-04-22 Casio Comput Co Ltd Phosphor device, illumination apparatus, and projector apparatus
US9134595B2 (en) 2011-09-29 2015-09-15 Casio Computer Co., Ltd. Phosphor device, illumination apparatus and projector apparatus
CN104379987A (en) * 2012-08-02 2015-02-25 日亚化学工业株式会社 Wavelength conversion device
CN107193180A (en) * 2012-08-02 2017-09-22 日亚化学工业株式会社 Wavelength converter
JP2017194706A (en) * 2012-08-02 2017-10-26 日亜化学工業株式会社 Method for manufacturing wavelength converting device
WO2014021027A1 (en) * 2012-08-02 2014-02-06 日亜化学工業株式会社 Wavelength conversion device
US9562667B2 (en) 2012-08-02 2017-02-07 Nichia Corporation Wavelength converting device
US9909750B2 (en) 2012-08-02 2018-03-06 Nichia Corporation Wavelength converting device
JPWO2014021027A1 (en) * 2012-08-02 2016-07-21 日亜化学工業株式会社 Wavelength converter
US10001261B2 (en) 2013-01-11 2018-06-19 Mitsubishi Electric Corporation Light source apparatus and projector
JP2014149513A (en) * 2013-01-11 2014-08-21 Mitsubishi Electric Corp Light source device and projector
JPWO2014115492A1 (en) * 2013-01-24 2017-01-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Solid state light source device
US10139053B2 (en) 2013-01-24 2018-11-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Solid-state light source device
WO2014123145A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 ウシオ電機株式会社 Fluorescent light source device
JP2014157698A (en) * 2013-02-15 2014-08-28 Ushio Inc Fluorescence light source device
JP2014194895A (en) * 2013-03-29 2014-10-09 Ushio Inc Fluorescent light source device
JP2015135455A (en) * 2014-01-20 2015-07-27 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
JP2015230322A (en) * 2014-06-03 2015-12-21 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
JP2016170359A (en) * 2015-03-13 2016-09-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Phosphor wheel and light source device including the same, and projection type display device
JP2016170357A (en) * 2015-03-13 2016-09-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Phosphor wheel and light source device using the same, as well as light projection device
JP2016225177A (en) * 2015-06-01 2016-12-28 株式会社リコー Straight tube type led lamp and luminaire
JP2015213076A (en) * 2015-06-16 2015-11-26 シャープ株式会社 Light emitting device, and illuminating device
JP2017021100A (en) * 2015-07-08 2017-01-26 セイコーエプソン株式会社 Wavelength conversion element, method for manufacturing wavelength conversion element, illumination device and projector
JP2021067957A (en) * 2015-09-25 2021-04-30 マテリオン コーポレイション High optical power light conversion device using phosphor element with solder attachment
JP2018531415A (en) * 2015-09-25 2018-10-25 マテリオン コーポレイション High optical power light conversion device using phosphor elements with solder attachment
JP7113745B2 (en) 2015-09-25 2022-08-05 マテリオン コーポレイション High optical power light conversion device using phosphor elements with solder attachment
JP7170073B2 (en) 2015-09-25 2022-11-11 マテリオン コーポレイション High optical power light conversion device using phosphor elements with solder attachment
US11658252B2 (en) 2015-09-25 2023-05-23 Materion Corporation High optical power light conversion device using a phosphor element with solder attachment
US10914453B2 (en) 2015-10-26 2021-02-09 Seiko Epson Corporation Wavelength conversion device, illumination device, and projector
JPWO2017081885A1 (en) * 2015-11-10 2018-08-30 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 Phosphor wheel, projector, and method for manufacturing phosphor wheel
WO2017081741A1 (en) * 2015-11-10 2017-05-18 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 Phosphor wheel, projector, and phosphor-wheel production method
US10288873B2 (en) 2015-11-10 2019-05-14 Nec Display Solutions, Ltd. Phosphor wheel, projector, and method of manufacturing phosphor wheel
WO2017081885A1 (en) * 2015-11-10 2017-05-18 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 Phosphor wheel, projector, and phosphor-wheel production method
JP2016194698A (en) * 2016-05-17 2016-11-17 カシオ計算機株式会社 Phosphor device, lighting device and projector
JPWO2019171775A1 (en) * 2018-03-06 2021-03-18 ソニー株式会社 Light emitting element, light source device and projector

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