JP2017142539A - Light source device and image projection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置及び画像投影装置に関し、より詳細には、例えばプロジェクタ等の投影型画像表示装置（画像投影装置）の光源として用いる光源装置及びそれを備える画像投影装置に関する。 The present invention relates to a light source device and an image projecting device, and more particularly to a light source device used as a light source of a projection type image display device (image projecting device) such as a projector and an image projecting device including the same.
近年、家庭内での映画鑑賞や会議でのプレゼンテーション等において、例えばプロジェクタ等の投影型画像表示装置を用いる機会が増えている。このようなプロジェクタでは、一般に、光源として、例えば高輝度の水銀ランプ等の放電型ランプが用いられる。また、最近の固体発光素子（例えば半導体レーザ、発光ダイオード等）の開発技術の進展に伴い、固体発光素子を利用したプロジェクタも提案されている（例えば特許文献１参照）。 In recent years, opportunities for using a projection type image display device such as a projector have increased in appreciation of movies at home and presentations at conferences. In such a projector, a discharge lamp such as a high-intensity mercury lamp is generally used as a light source. A projector using a solid-state light-emitting element has also been proposed with the progress of development technology of recent solid-state light-emitting elements (for example, semiconductor lasers, light-emitting diodes) (see, for example, Patent Document 1).
特許文献１で提案されているプロジェクタは、ＤＬＰ（Digital Light Processing：登録商標）方式のプロジェクタである。この方式のプロジェクタでは、異なる色の光を１秒間に数千回程度、時分割で表示することにより画像をフルカラー表示する。それゆえ、特許文献１のプロジェクタでは、固体発光素子を用いた赤色発光装置、緑色発光装置及び青色発光装置をそれぞれ別個に用意し、各発光装置からの出射光を時分割制御して外部に射出して画像光を表示する。 The projector proposed in Patent Document 1 is a DLP (Digital Light Processing: registered trademark) type projector. This type of projector displays images in full color by displaying light of different colors in a time-sharing manner several thousand times per second. Therefore, in the projector of Patent Document 1, a red light emitting device, a green light emitting device, and a blue light emitting device each using a solid light emitting element are prepared separately, and the light emitted from each light emitting device is time-division controlled and emitted to the outside. To display image light.
なお、特許文献１のプロジェクタで用いられる各発光装置は、回転駆動される発光ホイールと、発光ホイールの表面に形成され、励起光を吸収して所定色の光を発光する発光体と、励起光を射出する励起光源（固体発光素子）とで構成される。また、各発光装置に用いる励起光源としては、発光体で発光する光の波長帯域より短い波長帯域の励起光を射出する光源が用いられる。 Each light-emitting device used in the projector of Patent Document 1 includes a light-emitting wheel that is driven to rotate, a light-emitting body that is formed on the surface of the light-emitting wheel, absorbs excitation light, and emits light of a predetermined color, and excitation light. And an excitation light source (solid light-emitting element) that emits light. Further, as the excitation light source used for each light emitting device, a light source that emits excitation light in a wavelength band shorter than the wavelength band of light emitted from the light emitter is used.
上述のように、従来、水銀ランプを用いないプロジェクタが提案されており、このようなプロジェクタでは、水銀レスのプロジェクタを実現することができ、近年の環境問題に対応することが可能である。また、例えば半導体レーザ、発光ダイオード等の固体発光素子を光源として用いた場合、水銀ランプに比べて長寿命であり、輝度低下も小さいという利点も得られる。 As described above, a projector that does not use a mercury lamp has been conventionally proposed. With such a projector, a mercury-free projector can be realized, and it is possible to cope with recent environmental problems. Further, when a solid-state light emitting element such as a semiconductor laser or a light emitting diode is used as a light source, there are advantages that it has a longer life than a mercury lamp and a decrease in luminance is small.
しかしながら、上記特許文献１で提案されている技術は、ＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタ等のように、互いに波長の異なる複数の単色光を時分割で射出する光源装置（照明装置）にのみ適用可能である。例えば、３ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）方式のプロジェクタ等の画像表示装置のように、白色光を射出する光源装置を必要とする用途には、上記特許文献１で提案されている技術を適用することができない。 However, the technique proposed in Patent Document 1 is applied only to a light source device (illumination device) that emits a plurality of monochromatic lights having different wavelengths in a time-division manner, such as a DLP (registered trademark) projector. Is possible. For example, the technique proposed in Patent Document 1 may be applied to an application that requires a light source device that emits white light, such as an image display device such as a 3LCD (Liquid Crystal Display) projector. Can not.
本発明は、上記現状を鑑みなされたものであり、本発明の目的は、例えば３ＬＣＤ方式のプロジェクタ等の様々な用途に対しても適用可能な水銀レスの光源装置及びそれを備える画像投影装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a mercury-less light source device that can be applied to various uses such as a 3LCD projector, and an image projection device including the mercury-free light source device. Is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、第１の色光を含む励起光を射出する励起光源と、励起光が入射されることにより励起光の少なくとも一部を第１の色光とは異なる第２の色光に変換する蛍光体と、蛍光体に対して励起光の入射側とは反対側に設けられる反射部材と、を有する蛍光部材と、励起光源と蛍光部材との間の光路上に設けられ、第１の色光における第１偏光成分および第２偏光成分のうちいずれか一方を透過し他方を反射するとともに、第２の色光における第１偏光成分および第２偏光成分の双方を透過する偏光ビームスプリッタと、を備える。本明細書で「波長」という場合は、単一波長だけでなく所定の波長帯域も含む意味である。 In order to solve the above problems, a light source device of the present invention includes an excitation light source that emits excitation light including first color light, and at least part of the excitation light as first color light when the excitation light is incident. Is a fluorescent member having a phosphor that converts to a different second color light, a fluorescent member that is provided on the opposite side of the phosphor from the incident side of the excitation light, and light between the excitation light source and the fluorescent member. Provided on the road, transmits one of the first polarization component and the second polarization component in the first color light, reflects the other, and both the first polarization component and the second polarization component in the second color light. A polarizing beam splitter that transmits the light. In this specification, “wavelength” means not only a single wavelength but also a predetermined wavelength band.
また、本発明の画像投影装置は、光源装置部と、画像投影部とを備える構成とし、各部の機能を次のようにする。光源装置部は、上記本発明の光源装置と同様の構成にする。そして、画像投影部は、光源装置部から射出された光を用いて所定の画像光を生成し、該生成した画像光を外部に投影する。 Moreover, the image projector of this invention is set as the structure provided with a light source device part and an image projector, and the function of each part is as follows. The light source device section has the same configuration as the light source device of the present invention. The image projection unit generates predetermined image light using the light emitted from the light source device unit, and projects the generated image light to the outside.
本発明では、光源装置（光源装置部）は、蛍光体で発光した第２の波長帯を有する光（第２の色光）と、蛍光体及び第１の反射膜で反射した第１の波長帯（第１の色光）を有する励起光の一部とを含む合波光を射出する。すなわち、本発明では、第１の色光を含む励起光及び発光光（第２の色光）とは異なる波長帯域の光を射出する。それゆえ、本発明では、例えば、励起光を青色光とし、発光光を赤色光及び緑色光の両成分を含む光（例えば黄色光等）とした場合には、白色光を光源装置（光源装置部）から射出することができる。 In the present invention, the light source device (light source device unit) includes light having the second wavelength band emitted from the phosphor (second color light) and the first wavelength band reflected by the phosphor and the first reflecting film. Combined light including part of the excitation light having (first color light) is emitted. That is, in the present invention, light having a wavelength band different from that of the excitation light and the emission light (second color light) including the first color light is emitted. Therefore, in the present invention, for example, when the excitation light is blue light and the emitted light is light including both components of red light and green light (for example, yellow light), white light is emitted from the light source device (light source device). Part).
上述のように、本発明の光源装置（光源装置部）では、第１の色光を含む励起光及び発光光（第２の色光）とは異なる波長帯域の光を射出することができ、励起光の第１の波長帯と発光光の第２の波長帯との組み合わせを適宜設定することにより、例えば白色光等の光を射出することができる。それゆえ、本発明によれば、例えば３ＬＣＤ方式のプロジェクタ等の様々な用途に対しても適用可能な水銀レスの光源装置及びそれを備える画像投影装置を提供することができる。 As described above, the light source device (light source device unit) of the present invention can emit light having a wavelength band different from that of the excitation light including the first color light and the emission light (second color light). By appropriately setting the combination of the first wavelength band and the second wavelength band of the emitted light, for example, light such as white light can be emitted. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a mercury-free light source device that can be applied to various uses such as a 3LCD projector, and an image projection device including the mercury-free light source device.
以下に、本発明の実施形態に係る照明装置（光源装置）及びそれを備える画像表示装置の一例を、図面を参照しながら下記の順で説明する。なお、本実施形態では、画像表示装置として、３ＬＣＤ方式のプロジェクタ（画像投影装置）を例に挙げ説明するが、本発明はこれに限定されず、白色光を必要とする任意の画像表示装置に適用可能であり、同様の効果が得られる。
１．画像表示装置の構成例
２．光源装置部（照明装置）の構成例
３．蛍光部材の構成例
４．偏光ビームスプリッタの構成例
５．光源装置部の動作例
６．各種変形例
Hereinafter, an example of an illumination device (light source device) according to an embodiment of the present invention and an image display device including the illumination device will be described in the following order with reference to the drawings. In the present embodiment, a 3LCD projector (image projection apparatus) is described as an example of the image display apparatus. However, the present invention is not limited to this, and any image display apparatus that requires white light can be used. It can be applied and the same effect can be obtained.
1. 1. Configuration example of
［１．画像表示装置の構成例］
図１に、本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す。なお、図１では、説明を簡略化するため、主に、本実施形態の画像表示装置１０において画像光を外部に投影する際に動作する要部のみを示す。また、図１には、透過型のＬＣＤ光変調素子を用いた３ＬＣＤ方式のプロジェクタの構成例を示すが、本発明はこれに限定されない。本発明は、反射型のＬＣＤ光変調素子を用いる３ＬＣＤ方式のプロジェクタにも適用可能である。
[1. Configuration example of image display apparatus]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an image display apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, for the sake of simplification of description, only main parts that operate when image light is projected to the outside in the image display apparatus 10 of the present embodiment are mainly shown. FIG. 1 shows a configuration example of a 3LCD type projector using a transmissive LCD light modulation element, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a 3LCD projector using a reflective LCD light modulation element.
画像表示装置１０は、光源装置部１（照明装置）と、光学エンジン部２（画像投影部）とを備える。なお、光源装置部１の構成の説明は後で詳述する。 The image display device 10 includes a light source device unit 1 (illumination device) and an optical engine unit 2 (image projection unit). The configuration of the light source device unit 1 will be described in detail later.
光学エンジン部２は、光源装置部１から射出された光（この例では白色光ＬＷ）を光学的に処理して画像光ＬＩを生成し、その画像光ＬＩを外部の例えばスクリーン等に拡大投影する。光学エンジン部２は、例えば、分光光学系２０と、３つのＬＣＤ光変調素子（以下では、それぞれ第１ＬＣＤパネル２１〜第３ＬＣＤパネル２３という）と、プリズム２４と、投影光学系２５とを有する。なお、光学エンジン部２の構成は、図１に示す例に限定されず、例えば用途等に応じて適宜変更できる。例えば、光学エンジン部２内の各構成部間の光路上に必要となる各種光学素子を適宜配置してもよい。
The
また、この例の光学エンジン部２では、第１ＬＣＤパネル２１の光出射面と、第３ＬＣＤパネル２３の光出射面とが対向するように両者を配置し、その両者の対向方向と直交する方向に第２ＬＣＤパネル２２を配置する。そして、第１ＬＣＤパネル２１〜第３ＬＣＤパネル２３の光出射面で囲まれた領域にプリズム２４を配置する。また、この例では、プリズム２４を挟んで、第２ＬＣＤパネル２２の光出射面と対向する位置に投影光学系２５を配置する。なお、分光光学系２０は、第１ＬＣＤパネル２１〜第３ＬＣＤパネル２３の光入射側に設けられる。
Moreover, in the
分光光学系２０は、例えばダイクロイックミラー、反射ミラー等で構成され、光源装置部１から入射される白色光ＬＷを、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲに分光し、各波長成分の光を対応するＬＣＤパネルに射出する。この例では、分光光学系２０は、分光した青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲをそれぞれ、第１ＬＣＤパネル２１、第２ＬＣＤパネル２２及び第３ＬＣＤパネル２３に射出する。なお、本実施形態では、分光光学系２０内において、各波長成分の偏光方向も所定の方向になるように調整される。
The spectroscopic
第１ＬＣＤパネル２１〜第３ＬＣＤパネル２３のそれぞれは、透過型のＬＣＤパネルで構成される。各ＬＣＤパネルは、図示しないパネルドライブ部からの駆動信号に基づいて、液晶セル（不図示）に封入された液晶分子の配列を変化させることにより、入射光を液晶セル単位で透過または遮断する（変調する）。そして、各ＬＣＤパネルは、変調した所定波長の光（変調光）をプリズム２４に射出する。
Each of the
プリズム２４は、第１ＬＣＤパネル２１〜第３ＬＣＤパネル２３からそれぞれ入射された各波長成分の変調光を合波し、その合波光、すなわち、画像光ＬＩを投影光学系２５に射出する。
The prism 24 combines the modulated light of each wavelength component incident from the
投影光学系２５は、プリズム２４から入射された画像光を、例えば外部のスクリーン等の表示面に拡大投影する。 The projection optical system 25 enlarges and projects the image light incident from the prism 24 onto a display surface such as an external screen.
［２．光源装置部１の構成例］
次に、本実施形態の光源装置部１の内部構成を、図１を参照しながら説明する。光源装置部１は、励起光源１１と、偏光ビームスプリッタ１２（分光光学系）と、１／４波長板１３と、集光光学系１４（光学系）と、蛍光部材１５と、モータ１６（駆動部）とを備える。
[2. Configuration example of light source device unit 1]
Next, the internal configuration of the light source device unit 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. The light source unit 1 includes an excitation light source 11, a polarizing beam splitter 12 (spectral optical system), a
本実施形態の光源装置部１では、蛍光部材１５側から、蛍光部材１５の後述する反射膜３１及び蛍光体層３２、集光光学系１４、１／４波長板１３、並びに、偏光ビームスプリッタ１２が、この順で蛍光部材１５からの出射光の光路上に配置される。また、励起光源１１は、蛍光部材１５からの出射光の光路と直交する方向で且つ偏光ビームスプリッタ１２の一つの光入射面に対向する位置に配置される。
In the light source device unit 1 of the present embodiment, from the fluorescent member 15 side, a reflective film 31 and a
励起光源１１は、所定波長（第１の波長）の光を射出する固体発光素子で構成する。この例では、励起光源１１として、波長４４５ｎｍの青色光（励起光Ｂｓ）を射出する青色レーザを用いる。また、励起光源１１からは、直線偏光（Ｓ偏光）の励起光Ｂｓを射出する。なお、本実施形態では、励起光の波長を、蛍光部材１５内の後述する蛍光体層３２で発光する光（以下、発光光という）の波長より短くする。
The excitation light source 11 is composed of a solid light emitting element that emits light of a predetermined wavelength (first wavelength). In this example, a blue laser that emits blue light having a wavelength of 445 nm (excitation light Bs) is used as the excitation light source 11. The excitation light source 11 emits linearly polarized light (S-polarized) excitation light Bs. In the present embodiment, the wavelength of the excitation light is made shorter than the wavelength of light (hereinafter referred to as emitted light) emitted from a
また、青色レーザで励起光源１１を構成する場合、一つの青色レーザで所定出力の励起光Ｂｓを得る構成にしてもよいが、複数の青色レーザからの出射光を合波して所定出力の励起光Ｂｓを得る構成にしてもよい。さらに、青色光（励起光Ｂｓ）の波長は４４５ｎｍに限定されず、青色光と呼ばれる光の波長帯域内の波長であれば任意の波長を用いることができる。 When the excitation light source 11 is configured with a blue laser, the excitation light Bs with a predetermined output may be obtained with a single blue laser. However, the excitation light Bs with a predetermined output may be combined by combining light emitted from a plurality of blue lasers. You may make it the structure which obtains light Bs. Furthermore, the wavelength of blue light (excitation light Bs) is not limited to 445 nm, and any wavelength can be used as long as it is within the wavelength band of light called blue light.
偏光ビームスプリッタ１２（ＰＢＳ）は、励起光源１１から入射される励起光Ｂｓと、蛍光部材１５から入射される出射光（合波光）とを分離する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１２は、励起光源１１から入射された励起光Ｂｓを反射して、その反射光を、集光光学系１４を介して蛍光部材１５に射出する。また、偏光ビームスプリッタ１２は、蛍光部材１５から射出された光を透過し、その透過光を光学エンジン部２内の分光光学系２０に射出する。
The polarization beam splitter 12 (PBS) separates the excitation light Bs incident from the excitation light source 11 and the outgoing light (combined light) incident from the fluorescent member 15. Specifically, the
本実施形態では、偏光ビームスプリッタ１２で上述のような光の分離動作が実現されるように、偏光ビームスプリッタ１２の分光特性を設計する。なお、偏光ビームスプリッタ１２の分光特性の具体例は後で詳述する。また、励起光源１１から入射された励起光Ｂｓと、蛍光部材１５からの出射光とを分離する光学系の構成としては、偏光ビームスプリッタ１２に限定されず、上述した光の分離動作を可能にする構成であれば、任意の光学系を用いることができる。
In the present embodiment, the spectral characteristics of the
１／４波長板１３は、入射光に対してπ／２の位相差を生じさせる位相素子であり、入射光が直線偏光の場合には直線偏光を円偏光に変換し、入射光が円偏光の場合には円偏光を直線偏光に変換する。本実施形態では、１／４波長板１３は、偏光ビームスプリッタ１２から射出される直線偏光の励起光を円偏光の励起光に変換し、蛍光部材１５から射出される合波光に含まれる円偏光の励起光成分を直線偏光に変換する。
The quarter-
集光光学系１４は、１／４波長板１３から射出された励起光を所定のスポット径に集光し、該集光した励起光（以下、集光光という）を蛍光部材１５に射出する。また、集光光学系１４は、蛍光部材１５から射出される合波光を平行光に変換し、その平行光を１／４波長板１３に射出する。なお、集光光学系１４は、例えば、一枚のコリメートレンズで構成してもよいし、複数のレンズを用いて入射光を平行光に変換する構成にしてもよい。
The condensing optical system 14 condenses the excitation light emitted from the
蛍光部材１５は、集光光学系１４を介して入射された励起光（青色光）の一部を吸収し、所定波長帯域（第２の波長）の光を発光するとともに、残りの励起光を反射する。そして、蛍光部材１５は、発光光と反射した励起光の一部とを合波し、その合波光を集光光学系１４に射出する。 The fluorescent member 15 absorbs a part of the excitation light (blue light) incident through the condensing optical system 14, emits light in a predetermined wavelength band (second wavelength), and transmits the remaining excitation light. reflect. Then, the fluorescent member 15 combines the emitted light and a part of the reflected excitation light, and emits the combined light to the condensing optical system 14.
この例では、光学エンジン部２に入射する光を白色光ＬＷとするので、蛍光部材１５は、励起光により、緑色光及び赤色光を含む波長帯域（約４８０〜６８０ｎｍ）の光を発光する。そして、本実施形態では、緑色光及び赤色光を含む波長帯域の発光光と、蛍光部材１５（後述する反射膜３１及び蛍光体層３２）で反射する励起光（青色光）の一部とを合波して白色光を生成する。なお、蛍光部材１５のより詳細な構成は、後で詳述する。
In this example, since the light incident on the
また、蛍光部材１５から射出される発光光は、ランバーシアン（均等拡散）状に広がる光であるので、集光光学系１４と蛍光部材１５との間の距離が長いと集光光学系１４で発光光を十分集光することができなくなり、励起光の利用効率が低下する。また、蛍光部材１５に照射する励起光のスポット径が大きすぎると、発光光の広がりも大きくなり、この場合も同様に励起光の利用効率が低下する。それゆえ、本実施形態では、十分な励起光の利用効率が得られるように、集光光学系１４の例えばレンズ構成、焦点距離及び配置位置等の構成や、集光光学系１４と蛍光部材１５との距離が設定される。 Further, since the emitted light emitted from the fluorescent member 15 is light that spreads in a Lambertian (uniform diffusion) shape, if the distance between the condensing optical system 14 and the fluorescent member 15 is long, the condensing optical system 14 The emitted light cannot be sufficiently collected, and the utilization efficiency of the excitation light is reduced. If the spot diameter of the excitation light applied to the fluorescent member 15 is too large, the spread of the emitted light also increases. In this case as well, the utilization efficiency of the excitation light decreases. Therefore, in the present embodiment, the condensing optical system 14 has a configuration such as a lens configuration, a focal length, and an arrangement position, and the condensing optical system 14 and the fluorescent member 15 so that sufficient excitation light utilization efficiency can be obtained. And the distance is set.
モータ１６は、蛍光部材１５を所定の回転数で回転駆動する。この際、モータ１６は、励起光の照射方向に直交する面（後述する蛍光体層３２の励起光の照射面）内で、蛍光部材１５が回転するように蛍光部材１５を駆動する。これにより、蛍光部材１５内の励起光の照射位置が、励起光の照射方向に直交する面内において回転数に対応した速度で時間的に変化（移動）する。
The
上述のように蛍光部材１５をモータ１６で回転駆動して蛍光部材１５内の励起光の照射位置を時間とともに変化させることにより、照射位置の温度上昇を抑制することができ、蛍光体層３２の発光効率の低下を防止することができる。また、蛍光体原子が励起光を吸収して発光するまでに多少時間（例えば数ｎｓｅｃ程度）が掛かり、その励起期間中に、次の励起光が蛍光体原子に照射されてもその励起光に対しては発光しない。しかしながら、本実施形態のように蛍光部材１５内の励起光の照射位置を時間とともに変化させることにより、励起光の照射位置には、励起されていない蛍光体原子が次々と配置されることになり、蛍光体層３２をより効率よく発光させることができる。
As described above, the fluorescent member 15 is rotationally driven by the
なお、本実施形態では、モータ１６により蛍光部材１５を回転駆動する例を示すが、本発明はこれに限定されず、蛍光部材１５中の励起光の照射位置が時間とともに変化する構成であれば任意の構成にすることができる。例えば、蛍光部材１５を、励起光の照射方向に直交する面内の所定方向に直線的に往復運動させることにより、励起光の照射位置を時間とともに変化させてもよい。また、蛍光部材１５を固定し、励起光源１１及び各種光学系を蛍光部材１５に対して相対的に移動させることにより、励起光の照射位置を時間とともに変化させてもよい。
In the present embodiment, an example in which the fluorescent member 15 is rotationally driven by the
［３．蛍光部材の構成例］
次に、蛍光部材１５のより詳細な構成を、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。なお、図２（ａ）は、集光光学系１４側から見た蛍光部材１５の正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｃ）は、集光光学系１４とは反対側から見た蛍光部材１５の正面図である。
[3. Configuration example of fluorescent member]
Next, a more detailed configuration of the fluorescent member 15 will be described with reference to FIGS. 2A is a front view of the fluorescent member 15 viewed from the light collecting optical system 14 side, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2 (c) is a front view of the fluorescent member 15 viewed from the side opposite to the condensing optical system 14. FIG.
蛍光部材１５は、円盤状の基板３０と、基板３０の一方（励起光の入射側）の表面上に形成された反射膜３１（第１の反射膜）及び蛍光体層３２（蛍光体）とを有する。 The fluorescent member 15 includes a disk-shaped substrate 30, a reflective film 31 (first reflective film) and a phosphor layer 32 (phosphor) formed on the surface of one side (excitation light incident side) of the substrate 30. Have
基板３０は、例えばガラス、透明樹脂等の透明材料で形成される。なお、基板３０の形成材料は透明材料に限定されず、所定の強度を有する材料であれば任意の材料で形成することができる。なお、基板３０の厚さ等のサイズは、例えば必要とする強度、重量等を考慮して適宜設定される。また、基板３０の中心は、モータ１６の回転軸１６ａに取り付けられ、固定ハブ１６ｂにより基板３０が回転軸１６ａに固定される。
The substrate 30 is made of a transparent material such as glass or transparent resin. The material for forming the substrate 30 is not limited to a transparent material, and any material can be used as long as it has a predetermined strength. The size such as the thickness of the substrate 30 is appropriately set in consideration of, for example, required strength and weight. The center of the substrate 30 is attached to the rotating shaft 16a of the
反射膜３１は、図２（ａ）に示すように、基板３０の一方の表面上にドーナツ状に形成される。そして、ドーナツ状の反射膜３１と基板３０とが同心円となるように、反射膜３１が基板３０上に配置される。なお、反射膜３１の半径方向の幅は、集光光学系１４により集光される励起光（集光光）のスポットサイズより大きくなるように設定される。 The reflective film 31 is formed in a donut shape on one surface of the substrate 30 as shown in FIG. The reflective film 31 is arranged on the substrate 30 so that the donut-shaped reflective film 31 and the substrate 30 are concentric. The radial width of the reflective film 31 is set to be larger than the spot size of the excitation light (condensed light) collected by the condensing optical system 14.
反射膜３１は、入射される光の波長及び入射角に関係なく、全ての光を反射する。それゆえ、反射膜３１は、蛍光体層３２で励起された光（発光光）を集光光学系１４側に反射するだけでなく、蛍光体層３２を透過した励起光（青色光）の一部も集光光学系１４側に反射する。
The reflective film 31 reflects all light regardless of the wavelength and incident angle of incident light. Therefore, the reflection film 31 not only reflects the light (emitted light) excited by the
ここで、図３に、反射膜３１の一構成例を示す。反射膜３１は、例えばＳｉＯ２層やＭｇＦ２層等からなる第１の誘電体層３１ａと、例えばＴｉＯ２層やＴａ２Ｏ３層等からなる第２の誘電体層３１ｂとを基板３０上に交互に積層して形成される。すなわち、反射膜３１は、ダイクロイックミラー（ダイクロイック膜）で構成することができる。反射膜３１を例えば図３に示すようなダイクロイックミラーで構成した場合には、各誘電体層の積層数、各誘電体層の厚さ、各誘電体層の形成材料等を調整することにより、反射膜３１の反射（透過）特性が所定の特性になるように設定することができる。なお、第１の誘電体層３１ａ及び第２の誘電体層３１ｂの積層数は、通常、数層〜数十層である。また、第１の誘電体層３１ａ及び第２の誘電体層３１ｂは、例えば蒸着法やスパッタ法等の積層手法を用いて形成される。なお、反射膜３１の構成は図３に示す例に限定されず、例えば、アルミニウム等の金属膜で構成してもよい。 Here, FIG. 3 shows a configuration example of the reflective film 31. The reflective film 31 includes a first dielectric layer 31 a made of, for example, a SiO 2 layer or a MgF 2 layer, and a second dielectric layer 31 b made of, for example, a TiO 2 layer or a Ta 2 O 3 layer on the substrate 30. Are alternately stacked. That is, the reflective film 31 can be formed of a dichroic mirror (dichroic film). When the reflective film 31 is configured by a dichroic mirror as shown in FIG. 3, for example, by adjusting the number of dielectric layers stacked, the thickness of each dielectric layer, the formation material of each dielectric layer, etc. The reflection (transmission) characteristic of the reflection film 31 can be set to a predetermined characteristic. In addition, the number of laminated layers of the first dielectric layer 31a and the second dielectric layer 31b is usually several to several tens. Further, the first dielectric layer 31a and the second dielectric layer 31b are formed using a lamination method such as a vapor deposition method or a sputtering method. Note that the configuration of the reflective film 31 is not limited to the example shown in FIG. 3, and may be configured of a metal film such as aluminum.
蛍光体層３２は、層状の蛍光体で形成され、励起光が入射された際に、励起光の一部を吸収して所定波長帯域の光を発光する。さらに、蛍光体層３２は、吸収されない残りの励起光のうち、一部の励起光を透過させ且つ残りの励起光を拡散（反射）する。なお、蛍光体層３２で反射された励起光成分は、無偏光の光となる。
The
本実施形態では、反射膜３１及び蛍光体層３２で反射された励起光の一部と、蛍光体層３２での発光光とを合波して白色光を生成するので、蛍光体層３２を、例えばＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系蛍光材料等で形成する。この場合、青色の励起光が入射されると、蛍光体層３２は波長４８０〜６８０ｎｍの帯域の光（黄色光）を発光する。
In the present embodiment, part of the excitation light reflected by the reflective film 31 and the
なお、蛍光体層３２としては、赤色光及び緑色光を含む波長帯域の光を発光する膜であれば、任意の構成及び材料の膜を用いることができるが、発光効率及び耐熱性の観点ではＹＡＧ系蛍光体材料で形成された膜を用いることが好ましい。
As the
蛍光体層３２は、蛍光材料とバインダとを混合した所定の蛍光剤を反射膜３１上に塗布することにより形成される。図２（ａ）〜（ｃ）に示す例では蛍光体層３２を反射膜３１の全面に渡って形成するので、蛍光体層３２の表面形状もドーナッツ状となる。なお、蛍光体層３２は、励起光が照射される領域に形成されていればよいので、蛍光体層３２の形状は、図２（ａ）〜（ｃ）に示す例に限定されず、例えば、蛍光体層３２の半径方向の幅が、反射膜３１のそれより狭くてもよい。
The
また、蛍光体層３２における、発光量、並びに、励起光の透過量及び反射量（拡散量）の割合は、例えば蛍光体層３２の厚さや蛍光体密度（含有量）等により調整することができる。それゆえ、本実施形態では、光源装置部１からの出射光が白色光となるように、蛍光体層３２の厚さや蛍光体密度等を調整する。
In addition, the light emission amount and the ratio of the amount of transmitted and reflected light and the amount of reflection (diffusion amount) in the
なお、上記実施形態の蛍光部材１５では、基板３０上に反射膜３１を介して層状の蛍光体（蛍光体層３２）を設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、蛍光体を十分な剛性を有する板状部材で構成した場合には、基板３０を設けなくてもよい。また、この場合、反射膜３１を板状部材からなる蛍光体の一方の表面に直接形成してもよいし、蛍光体とは別個に反射ミラーを用意し、その反射ミラーを反射膜３１の代わりに用いてもよい。 In addition, although the fluorescent member 15 of the said embodiment demonstrated the example which provides a layered fluorescent substance (phosphor layer 32) on the board | substrate 30 via the reflecting film 31, this invention is not limited to this. For example, when the phosphor is composed of a plate member having sufficient rigidity, the substrate 30 may not be provided. In this case, the reflection film 31 may be formed directly on one surface of the phosphor made of a plate-like member, or a reflection mirror is prepared separately from the phosphor, and the reflection mirror is used instead of the reflection film 31. You may use for.
［４．偏光ビームスプリッタの構成例］
本実施形態の光源装置部１では、図１に示すように、励起光源１１から偏光ビームスプリッタ１２を介して蛍光部材１５に入射される励起光の光路と、蛍光部材１５から光学エンジン部２に入射される合波光の光路とが重なる。それゆえ、本実施形態では、上述したように、偏光ビームスプリッタ１２の分光特性を適宜調整して両方の光を分離する。
[4. Configuration example of polarization beam splitter]
In the light source device unit 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the optical path of the excitation light incident on the fluorescent member 15 from the excitation light source 11 via the
図４に、本実施形態で用いる偏光ビームスプリッタ１２の分光特性例を示す。なお、図４に示す分光特性の横軸は波長であり、縦軸は透過率である。また、図４中の実線で示す特性Ｔｐは、Ｐ偏光の入射光に対する偏光ビームスプリッタ１２の透過率特性であり、破線で示す特性Ｒｐは、Ｐ偏光の入射光に対する偏光ビームスプリッタ１２の反射率特性である。さらに、図４中の点線で示す特性Ｔｓは、Ｓ偏光の入射光に対する偏光ビームスプリッタ１２の透過率特性であり、一点鎖線で示す特性Ｒｓは、Ｓ偏光の入射光に対する偏光ビームスプリッタ１２の反射率特性である。
FIG. 4 shows an example of spectral characteristics of the
本実施形態で用いる偏光ビームスプリッタ１２では、図４に示すように、蛍光体層３２から射出される波長４８０〜６８０ｎｍの帯域の光成分に対しては、偏光方向に関係なく、透過率は約１００％となり、反射率は約０％となる。すなわち、波長４８０〜６８０ｎｍの帯域の光（黄色光）は、全て、偏光ビームスプリッタ１２を透過する。
In the
一方、偏光ビームスプリッタ１２のＰ偏光の青色光に対する透過率は、図４に示すように、約１００％となり、反射率は約０％となる。また、偏光ビームスプリッタ１２のＳ偏光の青色光に対する透過率は約０％となり、反射率は約１００％となる。すなわち、偏光ビームスプリッタ１２は、Ｐ偏光の青色光が入射された際には、その光を透過し、Ｓ偏光の青色光が入射された際には、その光を反射する。
On the other hand, the transmittance of the
偏光ビームスプリッタ１２の分光特性を図４に示すような特性に設定することにより、蛍光部材１５に入射する励起光と、蛍光部材１５からの出射光とを分離することができる。具体的には、励起光源１１から入射される励起光Ｂｓ（青色光）は、Ｓ偏光の光であるので、偏光ビームスプリッタ１２により反射され、蛍光部材１５に導かれる。
By setting the spectral characteristics of the
一方、蛍光部材１５から射出される合波光に含まれる発光光成分は、４８０〜６８０ｎｍの波長帯域の光成分であるので、偏光ビームスプリッタ１２を透過する。また、蛍光部材１５から射出される合波光に含まれる励起光（青色光）成分のうち、反射膜３１から反射される励起光成分は後述するようにＰ偏光の光であるので、偏光ビームスプリッタ１２を透過する。さらに、蛍光部材１５から射出される合波光に含まれる励起光成分のうち、蛍光体層３２から直接反射される励起光成分は無偏光であるので、その励起光成分の約半分程度が偏光ビームスプリッタ１２を透過する。すなわち、蛍光部材１５から射出された合波光の一部は、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、その透過した合波光が白色光ＬＷとして光学エンジン部２内の分光光学系２０に導かれる。
On the other hand, the emitted light component included in the combined light emitted from the fluorescent member 15 is a light component in the wavelength band of 480 to 680 nm, and thus passes through the
［５．光源装置部の動作例］
次に、本実施形態の光源装置部の動作例を、図１及び５を参照しながら具体的に説明する。なお、図５は、本実施形態の偏光ビームスプリッタ１２の分光動作の様子を示す図であり、図５中の丸印Ａ１がＳ偏光の偏光方向を示し、白抜き矢印Ａ２がＰ偏光の偏光方向を示す。また、図５では、説明を簡略化するため、蛍光体層３２から直接反射される無偏光の励起光成分の図示は省略する。
[5. Example of operation of light source unit]
Next, an example of the operation of the light source device unit of the present embodiment will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing the state of spectral operation of the
まず、励起光源１１は、偏光ビームスプリッタ１２にＳ偏光の励起光Ｂｓ（青色光）を射出する。次いで、偏光ビームスプリッタ１２は、入射された励起光Ｂｓを蛍光部材１５に向かう方向に反射する。次いで、偏光ビームスプリッタ１２は、反射した励起光を、１／４波長板１３を介して集光光学系１４に射出する。そして、集光光学系１４は、入射された励起光を所定のスポット径に集光し、その集光光を蛍光部材１５に照射する。
First, the excitation light source 11 emits S-polarized excitation light Bs (blue light) to the
次いで、蛍光部材１５の蛍光体層３２に励起光が照射されると、蛍光体層３２は、その励起光の一部を吸収し、これにより、赤色光及び緑色光を含む波長４８０〜６８０ｎｍの帯域の光（黄色光）を発光する。また、この際、蛍光体層３２は、蛍光体層３２で吸収されない励起光の一部を拡散して集光光学系１４側に反射するとともに、吸収されない励起光の残りの一部を透過させ、反射膜３１に導く。そして、反射膜３１は、蛍光体層３２を透過した励起光を集光光学系１４側に反射する。なお、この際、蛍光体層３２の発光光の一部も反射膜３１により集光光学系１４側に反射される。
Next, when the
その結果、蛍光部材１５内で、蛍光体層３２からの発光光と、蛍光体層３２及び反射膜３１から反射された励起光の一部とが合波され、蛍光部材１５からその合波光が集光光学系１４に射出される。
As a result, the emitted light from the
次いで、集光光学系１４は、蛍光部材１５から射出された合波光を平行光に変換し、その平行光を１／４波長板１３を介して偏光ビームスプリッタ１２に射出する。
Next, the condensing optical system 14 converts the combined light emitted from the fluorescent member 15 into parallel light, and emits the parallel light to the
この際、１／４波長板１３を通過する合波光に含まれる発光光成分、すなわち、赤色光成分Ｒｐｓ（図５中の破線矢印）及び緑色光成分Ｇｐｓ（一点鎖線矢印）は無偏光（Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の両方を含む）である。それゆえ、合波光に含まれる赤色光成分Ｒｐｓ及び緑色光成分Ｇｐｓは、１／４波長板１３をそのまま通過し、偏光ビームスプリッタ１２に入射される。
At this time, the emitted light component included in the combined light passing through the quarter-
一方、合波光に含まれる励起光成分（青色光成分）のうち、反射膜３１から反射された励起光成分は、偏光ビームスプリッタ１２に入射されるまでに、１／４波長板１３をトータルで２回通過する。具体的には、反射膜３１から反射される励起光成分は、励起光源１１から蛍光部材１５に至る励起光の光路及び蛍光部材１５から偏光ビームスプリッタ１２に至る合波光の光路において、それぞれ１回ずつ１／４波長板１３を通過する。それゆえ、１／４波長板１３を通過した後の合波光に含まれる反射膜３１からの反射光成分の偏光方向は、励起光源１１から射出された励起光Ｂｓに対して９０度回転する。
On the other hand, among the excitation light components (blue light components) included in the combined light, the excitation light component reflected from the reflective film 31 is not applied to the
本実施形態では、励起光源１１から射出された励起光ＢｓはＳ偏光の光であるので、偏光ビームスプリッタ１２に入射される反射膜３１から反射された励起光成分Ｂｐ（青色光）は、図５に示すように、Ｐ偏光の光となる。一方、蛍光体層３２から直接反射された励起光成分（図５では不図示）は、無偏光であるので、１／４波長板１３をそのまま通過し、偏光ビームスプリッタ１２に入射される（図５では不図示）。
In this embodiment, since the excitation light Bs emitted from the excitation light source 11 is S-polarized light, the excitation light component Bp (blue light) reflected from the reflective film 31 incident on the
そして、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ１２に図４に示すような分光特性を持たせているので、偏光ビームスプリッタ１２は、合波光に含まれる赤色光成分Ｒｐｓ及び緑色光成分Ｇｐｓをそのまま通過させる。
In this embodiment, since the
また、偏光ビームスプリッタ１２に入射された励起光成分のうち、反射膜３１からの反射光成分（Ｂｐ）はＰ偏光の光であるので、偏光ビームスプリッタ１２は、反射膜３１からの反射光成分（Ｂｐ）をそのまま通過させる。しかしながら、偏光ビームスプリッタ１２に入射された励起光成分のうち、蛍光体層３２からの反射光成分は無偏光の光であるので、偏光ビームスプリッタ１２は、その反射光成分のうち、Ｐ偏光の光成分のみを通過させる。この際、蛍光体層３２から反射された励起光成分のうち、偏光ビームスプリッタ１２を通過する割合は約５０％程度となる。それゆえ、本実施形態では、蛍光部材１５から射出された励起光成分のうち、約７０〜８０％の励起光成分が偏光ビームスプリッタ１２を通過することになる。
Of the excitation light components incident on the
この結果、偏光ビームスプリッタ１２の光学エンジン部２側の出射面からは、赤色光成分Ｒｐｓ及び緑色光成分Ｇｐｓと、反射膜３１及び蛍光体層３２で反射された励起光成分（青色光成分）の一部とが合波された光、すなわち、白色光ＬＷが射出される。本実施形態では、このようにして、光源装置部１から白色光ＬＷを射出する。
As a result, the red light component Rps and the green light component Gps, and the excitation light component (blue light component) reflected by the reflective film 31 and the
上記構成の本実施形態の光源装置部１において、本発明者は、光源装置部１の各部のパラメータを次のように設定し、光源装置部１からの出射光のスペクトル特性を調べた。
励起光源１１（青色レーザ）の波長：４４５ｎｍ
励起光の集光径：１ｍｍ
励起光の入射角θ：２０度以下
偏光ビームスプリッタ１２の分光特性：図４に示す特性
集光光学系１４及び蛍光体層３２間の距離：１ｍｍ以下
蛍光部材１５の回転数：３０００ｒｐｍ
蛍光体層３２の形成材料：ＹＡＧ系蛍光体
蛍光体層３２の厚さ：５０μｍ
蛍光体層３２の幅：５ｍｍ
In the light source device unit 1 of the present embodiment configured as described above, the inventor set the parameters of each part of the light source device unit 1 as follows, and examined the spectral characteristics of the light emitted from the light source device unit 1.
Wavelength of excitation light source 11 (blue laser): 445 nm
Condensing diameter of excitation light: 1mm
Incident angle θ of excitation light: 20 degrees or less Spectral characteristics of polarizing beam splitter 12: characteristics shown in FIG. 4 Distance between condensing optical system 14 and phosphor layer 32: 1 mm or less Rotation speed of fluorescent member 15: 3000 rpm
Forming material of phosphor layer 32: YAG-based phosphor Thickness of phosphor layer 32: 50 μm
Width of phosphor layer 32: 5 mm
図６に、上記条件で得られた光源装置部１からの出射光のスペクトル特性を示す。なお、図６に示す特性では、横軸が波長であり、縦軸が出射光の強度（任意単位）である。図６から明らかなように、上記条件では、出射光に、波長４４５ｎｍ付近の光成分（青色光成分）と、約４８０〜６８０ｎｍに渡る波長領域の光成分、すなわち、赤色光成分及び緑色光成分を含む光成分とが含まれていることが分かる。このことからも、本実施形態の光源装置部１から、白色光が出射されていることが分かる。 FIG. 6 shows the spectral characteristics of the emitted light from the light source unit 1 obtained under the above conditions. In the characteristics shown in FIG. 6, the horizontal axis is the wavelength, and the vertical axis is the intensity (arbitrary unit) of the emitted light. As is apparent from FIG. 6, under the above conditions, the emitted light includes a light component in the vicinity of a wavelength of 445 nm (blue light component) and a light component in a wavelength region extending over about 480 to 680 nm, that is, a red light component and a green light component. It can be seen that a light component including This also shows that white light is emitted from the light source device unit 1 of the present embodiment.
上述のように、本実施形態では、固体発光素子を用いて光源装置部１から白色光を射出することができる。それゆえ、本実施形態は、例えば３ＬＣＤ方式のプロジェクタ等のように、白色光を射出する光源装置を必要とする用途にも適用可能である。すなわち、本実施形態では、様々な用途に適用可能な水銀レスの光源装置部１（照明装置）及びそれを備える画像表示装置１０を提供することができる。 As described above, in the present embodiment, white light can be emitted from the light source device unit 1 using a solid light emitting element. Therefore, the present embodiment can also be applied to applications that require a light source device that emits white light, such as a 3LCD projector. That is, in the present embodiment, it is possible to provide a mercury-less light source device unit 1 (illumination device) that can be applied to various uses and an image display device 10 including the same.
本実施形態の光源装置部１は、水銀ランプを用いる必要が無いので、近年の環境問題に対応することができる。また、本実施形態では、水銀ランプに比べてより長寿命で且つ輝度低下も小さい光源装置部１及び画像表示装置１０を提供することができる。さらに、本実施形態のように、励起光源１１に固体発光素子を用いた場合には、水銀ランプに比べて点灯時間をより短縮することができる。 Since the light source device unit 1 of this embodiment does not need to use a mercury lamp, it can cope with recent environmental problems. Further, in the present embodiment, it is possible to provide the light source device unit 1 and the image display device 10 that have a longer lifetime and a lower luminance reduction than the mercury lamp. Further, when a solid light emitting element is used as the excitation light source 11 as in the present embodiment, the lighting time can be further shortened as compared with a mercury lamp.
また、本実施形態の光源装置部１のように励起光源１１として半導体レーザを用いた場合には、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体光源に比べても、十分高輝度の光を射出することができ、高輝度光源の実現が可能になる。さらに、本実施形態のように、青色光レーザで蛍光体層３２を発光させて白色光を生成する構成は、赤色光、緑色光及び青色光の各固体光源を個別に用意して白色光を生成する構成に比べてより簡易で且つ安価である。
Further, when a semiconductor laser is used as the excitation light source 11 as in the light source device unit 1 of the present embodiment, light with sufficiently high luminance is emitted even when compared with a solid light source such as an LED (Light Emitting Diode). Therefore, a high-intensity light source can be realized. Further, as in the present embodiment, the configuration in which the
［６．各種変形例］
（１）変形例１
本実施形態では、偏光ビームスプリッタ１２を用いて、蛍光部材１５に入射する励起光と、光学エンジン部２に入射する白色光とを分離する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、偏光ビームスプリッタ１２の代わりに、一部の領域で青色光を反射するような構成の反射ミラーを用いてもよい。その一例（変形例１）を図７に示す。
[6. Various modifications]
(1) Modification 1
In the present embodiment, the example in which the
変形例１の反射ミラー４０（分光光学系）は、板状の透明基板４１（基材）と、その一方の表面の一部に形成された反射膜４２（第２の反射膜）とで構成される。また、反射膜４２は、励起光のスポット径程度のサイズで形成される。なお、この例では、励起光の照射位置に反射膜４２が配置され且つ反射ミラー４０の表面が励起光の入射方向に対して約４５度傾斜するように、反射ミラー４０を光源装置部１内に配置する。
The reflection mirror 40 (spectral optical system) of Modification 1 includes a plate-like transparent substrate 41 (base material) and a reflection film 42 (second reflection film) formed on a part of one surface thereof. Is done. The reflective film 42 is formed with a size that is approximately the spot diameter of the excitation light. In this example, the
透明基板４１は、例えばガラスや透明樹脂等の透明材料で形成され、反射膜４２は、例えば、図３に示すようなダイクロイックミラー（ダイクロイック膜）で構成することができる。反射膜４２をダイクロイックミラーで構成した場合、各誘電体層の形成材料、並びに、誘電体層の厚さ及び積層数等を調整することにより、青色光のみを選択的に反射し、その他の波長成分を透過させることもできる。また、反射膜４２を例えばアルミニウム等の金属膜で形成してもよい。 The transparent substrate 41 is formed of a transparent material such as glass or transparent resin, and the reflection film 42 can be formed of, for example, a dichroic mirror (dichroic film) as shown in FIG. When the reflective film 42 is composed of a dichroic mirror, only the blue light is selectively reflected by adjusting the formation material of each dielectric layer, the thickness of the dielectric layer, the number of stacked layers, and the like. The component can also be permeated. Further, the reflective film 42 may be formed of a metal film such as aluminum.
図７に示すような構成の反射ミラー４０を用いた場合には、励起光源１１からの励起光は反射膜４２で反射され、蛍光部材１５に入射される。一方、蛍光部材１５から集光光学系１４を介して反射ミラー４０に入射される合波光（白色光ＬＷ）は主に、反射膜４２が形成されていない領域を通過して、光学エンジン部２に入射される。なお、反射膜４２を青色光以外の波長帯域の光を透過するように設計した場合には、合波光（白色光ＬＷ）に含まれる赤色光成分及び緑色光成分もまた反射膜４２の形成領域を通過する。
When the
この例において、励起光源１１として半導体レーザを用いた場合には、励起光源１１から射出される励起光のスポット径は、集光光学系１４から射出される合波光（白色光ＬＷ）のそれに比べて十分小さい。それゆえ、この例の構成においても、十分大きな強度の白色光ＬＷを光源装置部１から射出することができる。 In this example, when a semiconductor laser is used as the excitation light source 11, the spot diameter of the excitation light emitted from the excitation light source 11 is compared with that of the combined light (white light LW) emitted from the condensing optical system 14. Small enough. Therefore, even in the configuration of this example, the white light LW having a sufficiently large intensity can be emitted from the light source device unit 1.
また、この例のように、蛍光部材１５に入射する励起光と光学エンジン部２に入射する合波光とを分離するための分光光学系として反射ミラー４０を用いた場合には、分光光学系の構成をより簡易にすることができる。さらに、この例の構成では、反射ミラー４０に入射される光の偏光方向を考慮する必要がないので、上記実施形態のように１／４波長板１３を設ける必要が無くなる。それゆえ、この例では、光源装置部１の構成をより簡易にすることができ、より安価な光源装置部１を提供することができる。
Further, as in this example, when the
（２）変形例２
上記実施形態及び変形例１では、分光光学系（偏光ビームスプリッタ１２又は反射ミラー４０）により、励起光源１１から射出された励起光を反射し、且つ、蛍光部材１５から射出された合波光を透過させる例を説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
(2)
In the above embodiment and the first modification, the spectroscopic optical system (the
例えば、分光光学系を、励起光源１１から射出された励起光を透過して蛍光部材１５に導き、且つ、蛍光部材１５から射出された合波光を反射して光学エンジン部２に導くように構成してもよい。なお、この場合には、励起光源１１から偏光ビームスプリッタ１２に入射する励起光をＰ偏光の光にする。
For example, the spectroscopic optical system is configured to transmit the excitation light emitted from the excitation light source 11 and guide it to the fluorescent member 15, and to reflect the combined light emitted from the fluorescent member 15 and guide it to the
（３）変形例３
上記実施形態では、光源装置部１内に１／４波長板１３を設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、高出力の白色光を必要としない用途では、１／４波長板１３を設けなくてもよい。
(3) Modification 3
In the above embodiment, an example in which the
１／４波長板１３を設けない場合、Ｓ偏光の励起光が偏光ビームスプリッタ１２及び集光光学系１４を介して蛍光体層３２に直接入射される。この場合、蛍光体層３２に入射された励起光の一部は蛍光体層３２内で拡散され、集光光学系１４に無偏光の励起光成分が反射される。そして、蛍光体層３２から反射される励起光成分のうち、Ｐ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ１２を透過する。また、反射膜３１から反射される励起光成分はＳ偏光の光となるので、この励起光成分は偏光ビームスプリッタ１２を透過しない。それゆえ、この例の構成では、蛍光体層３２から反射される励起光のＰ偏光成分と、蛍光体層３２からの発光光とを含む白色光が光源装置部１から射出される。
When the quarter-
なお、この例の構成では、光源装置部１から射出される白色光（合波光）に含まれる励起光成分は、蛍光体層３２から反射されるＰ偏光成分のみとなる。それゆえ、この例では、上記実施形態に比べて出射光の強度及び励起光の利用効率は低下する。しかしながら、この例の光源装置部１では、１／４波長板１３を設ける必要がないので、上記実施形態に比べてより簡易な構成となる。
In the configuration of this example, the excitation light component included in the white light (combined light) emitted from the light source device unit 1 is only the P-polarized component reflected from the
（４）変形例４
上記実施形態及び変形例１では、分光光学系（偏光ビームスプリッタ１２または反射ミラー４０）を用いて、蛍光部材１５に入射する励起光と、蛍光部材１５から射出される合波光とを分離する例を説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、励起光を蛍光部材１５に対して斜め入射し、励起光の入射光路とは異なる光路で、蛍光部材１５から射出される合波光を集光する場合には、上述した分光光学系や１／４波長板１３を設けなくてもよい。この場合には、光源装置部１の構成がより簡易になる。
(4) Modification 4
In the above embodiment and Modification 1, an example in which excitation light incident on the fluorescent member 15 and combined light emitted from the fluorescent member 15 are separated using a spectroscopic optical system (the
（５）変形例５
上記実施形態では、光源装置部１内に、集光光学系１４を設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、高出力の出射光を必要としない用途等に本実施形態の光源装置部１を適用する場合には、光源装置部１を、集光光学系１４を備えない構成にしてもよい。
(5) Modification 5
In the above embodiment, the example in which the condensing optical system 14 is provided in the light source device 1 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, when the light source device unit 1 of the present embodiment is applied to an application that does not require high output light, the light source device unit 1 may be configured without the condensing optical system 14.
（６）変形例６
上記実施形態では、光源装置部１（照明装置）の出射光を白色光とする例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、出射光としてシアン光（またはマゼンダ光）を必要とする用途では、励起光として青色光を用い、蛍光体層３２を緑色光（または赤色光）のみを発光する蛍光材料で形成すればよい。すなわち、必要とする出射光の波長（色）に応じて、励起光の波長と蛍光体層３２の形成材料との組み合わせを適宜選択すればよい。この場合、適用可能な用途の範囲をより一層広げることができる。
(6) Modification 6
In the above embodiment, the example in which the emitted light of the light source device unit 1 (illumination device) is white light has been described, but the present invention is not limited to this. For example, in applications that require cyan light (or magenta light) as outgoing light, blue light may be used as excitation light, and the
１…光源装置部、２…光学エンジン部、１０…画像表示装置、１１…励起光源、１２…偏光ビームスプリッタ、１３…１／４波長板、１４…集光光学系、１５…蛍光部材、１６…モータ、２０…分光光学系、２１…第１ＬＣＤパネル、２２…第２ＬＣＤパネル、２３…第３ＬＣＤパネル、２４…プリズム、２５…投影光学系、３０…基板、３１，４２…反射膜、３２…蛍光体層、４０…反射ミラー、４１…透明基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source device part, 2 ... Optical engine part, 10 ... Image display apparatus, 11 ... Excitation light source, 12 ... Polarizing beam splitter, 13 ... 1/4 wavelength plate, 14 ... Condensing optical system, 15 ... Fluorescent member, 16 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Motor, 20 ... Spectral optical system, 21 ... 1st LCD panel, 22 ... 2nd LCD panel, 23 ... 3rd LCD panel, 24 ... Prism, 25 ... Projection optical system, 30 ... Substrate, 31, 42 ... Reflective film, 32 ... Phosphor layer, 40 ... reflection mirror, 41 ... transparent substrate
上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、第１の色光を含む励起光を射出する励起光源と、励起光が入射されることにより励起光の少なくとも一部を第１の色光とは異なる第２の色光に変換する蛍光体と、蛍光体に対して励起光の入射側とは反対側に設けられる反射部材と、を有する蛍光部材と、励起光源と蛍光部材との間の光路上に設けられ、第１の色光における第１偏光成分および第２偏光成分のうち第２偏光成分を第１偏光成分へ変換し、第１偏光成分に変換された第１の色光と反射部材で反射された第２の色光を射出する１／４波長板と、を備える。本明細書で「波長」という場合は、単一波長だけでなく所定の波長帯域も含む意味である。
In order to solve the above problems, a light source device of the present invention includes an excitation light source that emits excitation light including first color light, and at least part of the excitation light as first color light when the excitation light is incident. Is a fluorescent member having a phosphor that converts to a different second color light, a fluorescent member that is provided on the opposite side of the phosphor from the incident side of the excitation light, and light between the excitation light source and the fluorescent member. A first color light that is provided on the road, converts the second polarization component of the first polarization component and the second polarization component in the first color light into the first polarization component, and is converted into the first polarization component and the reflection member. A quarter-wave plate for emitting the reflected second color light . In this specification, “wavelength” means not only a single wavelength but also a predetermined wavelength band.
Claims (34)
前記励起光が入射されることにより前記励起光の少なくとも一部を前記第１の色光とは異なる第２の色光に変換する蛍光体と、前記蛍光体に対して前記励起光の入射側とは反対側に設けられる反射部材と、を有する蛍光部材と、
前記励起光源と前記蛍光部材との間の光路上に設けられ、前記第１の色光における第１偏光成分および第２偏光成分のうちいずれか一方を透過し他方を反射するとともに、前記第２の色光における第１偏光成分および第２偏光成分の双方を透過する偏光ビームスプリッタと、を備える
光源装置。 An excitation light source that emits excitation light including first color light;
A phosphor that converts at least a part of the excitation light into a second color light different from the first color light when the excitation light is incident, and an incident side of the excitation light with respect to the phosphor A fluorescent member having a reflective member provided on the opposite side;
Provided on the optical path between the excitation light source and the fluorescent member, transmits one of the first polarization component and the second polarization component in the first color light, reflects the other, and the second And a polarization beam splitter that transmits both the first polarization component and the second polarization component of the color light.
請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the polarization beam splitter transmits a first polarization component and reflects a second polarization component in the first color light.
請求項１又は２に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the polarization beam splitter reflects a second polarization component of excitation light emitted from the excitation light source.
請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。 4. The light source device according to claim 1, wherein the polarization beam splitter transmits the first polarization component and the second polarization component of the second color light converted by the phosphor and reflected by the reflection member. 5. .
請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a quarter-wave plate that converts a second polarization component of excitation light emitted from the excitation light source into a first polarization component.
請求項５に記載の光源装置。 The light source device according to claim 5, wherein the quarter-wave plate converts the first polarization component in the first color light into a second polarization component by allowing the first color light to pass twice.
請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。 The polarization beam splitter is disposed at a position where an emission direction of the excitation light from the excitation light source and an emission direction of the second color light from the fluorescent member are orthogonal to each other. The light source device described.
請求項１乃至７のいずれかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the first polarization component is a P polarization component, and the second polarization component is an S polarization component.
請求項１乃至８のいずれかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the excitation light source emits linearly polarized excitation light.
請求項９に記載の光源装置。 The light source device according to claim 9, wherein the excitation light source emits excitation light of the second polarization component in the first color light as the linearly polarized excitation light.
請求項１乃至１０のいずれかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the first color light includes a blue light component, and the second color light includes a red light component and a green light component.
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the fluorescent member has a disk shape.
前記駆動部が、前記蛍光部材を、前記蛍光体の前記励起光の照射面内の所定方向に回転させている状態で、前記励起光を前記蛍光体に照射する
請求項１乃至１２のいずれかに記載の光源装置。 A drive unit connected to a position corresponding to the center of the fluorescent member, and a drive unit that rotates the fluorescent member so that the irradiation position of the excitation light on the phosphor moves in the rotation circumferential direction with time; ,
The said drive part irradiates the said excitation light to the said fluorescent substance in the state which is rotating the said fluorescent member in the predetermined direction in the irradiation surface of the said excitation light of the said fluorescent substance. The light source device according to 1.
請求項１乃至１３のいずれかに記載の光源装置。 Provided on the excitation light incident side of the fluorescent member, and condenses the excitation light emitted from the excitation light source so as to have a predetermined spot diameter on the phosphor, and is emitted by the phosphor to emit the fluorescence. The light source device according to claim 1, further comprising an optical system that converts emitted light emitted from the member into substantially parallel light.
請求項１乃至１４のいずれかに記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the reflection member reflects at least the second color light.
前記反射部材は、前記基板上に配置される
請求項１乃至１５のいずれかに記載の光源装置。 The fluorescent member further includes a substrate,
The light source device according to claim 1, wherein the reflecting member is disposed on the substrate.
請求項１３を引用する請求項１６に記載の光源装置。 The light source device according to claim 16, wherein the substrate is fixed to the drive shaft by a fixing hub.
前記励起光が入射されることにより前記励起光の少なくとも一部を前記第１の色光とは異なる第２の色光に変換する蛍光体と、前記蛍光体に対して前記励起光の入射側とは反対側に設けられる反射部材と、を有する蛍光部材と、
前記励起光源と前記蛍光部材との間の光路上に設けられ、前記第１の色光における第１偏光成分および第２偏光成分のうちいずれか一方を透過し他方を反射するとともに、前記第２の色光における第１偏光成分および第２偏光成分の双方を透過する偏光ビームスプリッタと、を有する光源装置部と、
前記光源装置部から射出された光を用いて所定の画像光を生成し、該生成した画像光を外部に投影する画像投影部と、を備える
画像投影装置。 An excitation light source that emits excitation light including first color light;
A phosphor that converts at least a part of the excitation light into a second color light different from the first color light when the excitation light is incident, and an incident side of the excitation light with respect to the phosphor A fluorescent member having a reflective member provided on the opposite side;
Provided on the optical path between the excitation light source and the fluorescent member, transmits one of the first polarization component and the second polarization component in the first color light, reflects the other, and the second A light source device having a polarization beam splitter that transmits both the first polarization component and the second polarization component in the color light;
An image projection apparatus comprising: an image projection unit that generates predetermined image light using light emitted from the light source unit and projects the generated image light to the outside.
請求項１８に記載の画像投影装置。 The image projector according to claim 18, wherein the polarization beam splitter transmits a first polarization component and reflects a second polarization component in the first color light.
請求項１８又は１９に記載の画像投影装置。 The image projection device according to claim 18, wherein the polarization beam splitter reflects a second polarization component of excitation light emitted from the excitation light source.
請求項１８乃至２０のいずれかに記載の画像投影装置。 21. The image projection according to claim 18, wherein the polarization beam splitter transmits the first polarization component and the second polarization component of the second color light converted by the phosphor and reflected by the reflection member. apparatus.
請求項１８乃至２１のいずれかに記載の画像投影装置。 The image projection device according to claim 18, further comprising a quarter-wave plate that converts a second polarization component of excitation light emitted from the excitation light source into a first polarization component.
請求項２２に記載の画像投影装置。 The image projection device according to claim 22, wherein the quarter-wave plate converts the first polarization component in the first color light into a second polarization component by allowing the first color light to pass twice.
請求項１８乃至２３のいずれかに記載の画像投影装置。 The polarization beam splitter is disposed at a position where an emission direction of the excitation light from the excitation light source and an emission direction of the second color light from the fluorescent member are orthogonal to each other. The image projection apparatus described.
請求項１８乃至２４のいずれかに記載の画像投影装置。 The image projection device according to any one of claims 18 to 24, wherein the first polarization component is a P polarization component, and the second polarization component is an S polarization component.
請求項１８乃至２５のいずれかに記載の画像投影装置。 The image projection device according to claim 18, wherein the excitation light source emits linearly polarized excitation light.
請求項２６に記載の画像投影装置。 The image projection device according to claim 26, wherein the excitation light source emits the excitation light of the second polarization component in the first color light as the linearly polarized excitation light.
請求項１８乃至２７のいずれかに記載の画像投影装置。 The image projector according to any one of claims 18 to 27, wherein the first color light includes a blue light component, and the second color light includes a red light component and a green light component.
請求項１８乃至２８のいずれかに記載の画像投影装置。 The image projection device according to any one of claims 18 to 28, wherein the fluorescent member has a disk shape.
前記駆動部が、前記蛍光部材を、前記蛍光体の前記励起光の照射面内の所定方向に回転させている状態で、前記励起光を前記蛍光体に照射する
請求項１８乃至２９のいずれかに記載の画像投影装置。 A drive unit connected to a position corresponding to the center of the fluorescent member, and a drive unit that rotates the fluorescent member so that the irradiation position of the excitation light on the phosphor moves in the rotation circumferential direction with time; ,
30. The driving unit irradiates the phosphor with the excitation light in a state in which the phosphor member is rotated in a predetermined direction within the excitation light irradiation surface of the phosphor. The image projection apparatus described in 1.
請求項１８乃至３０のいずれかに記載の画像投影装置。 Provided on the excitation light incident side of the fluorescent member, and condenses the excitation light emitted from the excitation light source so as to have a predetermined spot diameter on the phosphor, and is emitted by the phosphor to emit the fluorescence. The image projection device according to any one of claims 18 to 30, further comprising: an optical system that converts emitted light emitted from the member into substantially parallel light.
請求項１８乃至３１のいずれかに記載の画像投影装置。 The image projection device according to claim 18, wherein the reflection member reflects at least the second color light.
前記反射部材は、前記基板上に配置される
請求項１８乃至３２のいずれかに記載の画像投影装置。 The fluorescent member further includes a substrate,
The image projection device according to claim 18, wherein the reflecting member is disposed on the substrate.
請求項３０を引用する請求項３３に記載の画像投影装置。 The image projection apparatus according to claim 33, wherein the substrate is fixed to the drive shaft by a fixed hub.
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