JP6187612B2 - Light source device and projector provided with the light source device - Google Patents
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Description
光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source device and a projector including the light source device.
近年、時分割で複数の波長の光を取り出し、取り出された複数の波長の光を順次変調することで画像を形成して投影する時分割式のプロジェクタが普及している。このような時分割式のプロジェクタに用いる光源装置として、例えば、白色光を出力する光源と、複数のカラーフィルタが貼られた回転ホイールとを備えて、光源から出射された白色光を、一定速度で回転する回転ホイールに入射させて、時分割で複数の波長の光（例えば、青、緑、赤色光）を取り出すものが知られている。 2. Description of the Related Art In recent years, time division projectors that take out light of a plurality of wavelengths in a time division manner and form and project an image by sequentially modulating the extracted light of the plurality of wavelengths have become widespread. As a light source device used for such a time-division projector, for example, a light source that outputs white light and a rotating wheel to which a plurality of color filters are attached are used to convert white light emitted from the light source at a constant speed. The light is made incident on a rotating wheel that rotates in order to extract light of a plurality of wavelengths (for example, blue, green, and red light) in a time-sharing manner.
また、半導体レーザを始めとする単波長の光を出力する光源により、カラーフィルタの代わりに蛍光体層を有する回転ホイールを用いて、これに半導体レーザ等の光源から出射された単波長の光を入射させることで、時分割で複数の波長の光を取り出す光源装置も提案されている。例えば、青色の半導体レーザから出た光を蛍光体により、緑や赤の光に波長変換することができる。 In addition, by using a rotating wheel having a phosphor layer instead of a color filter with a light source that outputs light of a single wavelength such as a semiconductor laser, light of a single wavelength emitted from a light source such as a semiconductor laser is applied to the rotating wheel. There has also been proposed a light source device that extracts light of a plurality of wavelengths in a time division manner by making it incident. For example, light emitted from a blue semiconductor laser can be wavelength-converted into green or red light by a phosphor.
その中には、特許文献１に示すように、複数のレーザ光源を、光軸を中心に順次回転させて配置することにより、蛍光体へ集光したときの集光形状を略楕円形状に広げて、プロジェクタ投射時に均一な明るさにする方法が提案されている。
また、特許文献２に示すように、複数のレーザ光源の配置間隔と出射面側に設置されたコリメータレンズのレンズ間隔とをずらすことにより、蛍光体上での集光点が半導体レーザごとに異なるようにして、光密度を下げて蛍光体を励起する方法が提案されている。
また、特許文献３に示すように、レーザ光源と蛍光体ホイールとの間に回折光学素子を設けることにより、蛍光体表面へのビーム集光位置を複数とするようにして、光密度を下げて蛍光体を励起する方法が提案されている。
Among them, as shown in Patent Document 1, by arranging a plurality of laser light sources sequentially rotated around the optical axis, the condensing shape when condensing on the phosphor is expanded into a substantially elliptical shape. Thus, a method for obtaining uniform brightness during projector projection has been proposed.
Moreover, as shown in Patent Document 2, the focal point on the phosphor differs for each semiconductor laser by shifting the arrangement interval of the plurality of laser light sources and the lens interval of the collimator lens installed on the exit surface side. In this way, a method for exciting the phosphor by lowering the light density has been proposed.
Further, as shown in Patent Document 3, by providing a diffractive optical element between the laser light source and the phosphor wheel, a plurality of beam condensing positions on the phosphor surface can be provided, and the light density can be lowered. A method for exciting a phosphor has been proposed.
特許文献１に示された光源装置のように、複数の半導体レーザを、光軸を中心に回転させて配置する場合、個々のレーザの回転方向を調整する必要がある。また、集光点位置が同じであるため、中心の光密度が高く、蛍光体の発光効率が低下するといった問題がある。
また、特許文献２に示された光源装置の場合、集光点位置がレーザ光源ごとに異なるので集光点位置を変えることができるが、コリメートレンズから出射した平行光は集光径が小さいため光密度が高く、蛍光体の発光効率が低下するといった課題がある。更に、特許文献１及び２に示された光源装置では、集光レンズの集光領域におけるビーム形状が、半導体レーザのファーフィールドパターンまたはニアフィールドパターンに依存するので、所望の大きさのビーム形状や所望のアスペクト比のビーム形状を得ることは困難である。
When a plurality of semiconductor lasers are arranged around the optical axis as in the light source device disclosed in Patent Document 1, it is necessary to adjust the rotation direction of each laser. Moreover, since the condensing point positions are the same, there is a problem that the light density at the center is high and the luminous efficiency of the phosphor is lowered.
Further, in the case of the light source device disclosed in Patent Document 2, the condensing point position can be changed because the condensing point position differs for each laser light source, but the parallel light emitted from the collimator lens has a small condensing diameter. There is a problem that the light density is high and the luminous efficiency of the phosphor is lowered. Furthermore, in the light source devices disclosed in Patent Documents 1 and 2, the beam shape in the condensing region of the condensing lens depends on the far field pattern or near field pattern of the semiconductor laser. It is difficult to obtain a beam shape having a desired aspect ratio.
また、特許文献３に示された光源装置の場合、回折光学素子を使用するため、高額になるといった課題がある。 Moreover, in the case of the light source device shown in Patent Document 3, there is a problem that the cost is high because a diffractive optical element is used.
上記の課題を解決するため、本発明の１つの実施態様に係る光源装置では、半導体レーザとコリメートレンズとを有する複数の光源と、前記光源からの光を集光する集光レンズと、前記光源と前記集光レンズとの間に配置される光学部品と、蛍光体を有し、前記集光レンズで集光した光を透過させる蛍光体ホイールと、を備え、前記光学部品が、前記コリメートレンズの光軸に垂直な面から傾斜した前記光源ごとに異なる傾斜光学面を有しており、前記半導体レーザの中に、集光点形状の短軸の方向が第１の方向に配置された第１の半導体レーザと、集光点形状の短軸の方向が前記第１の方向と異なる第２の方向に配置された第２の半導体レーザとがあり、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザのうちの一方の出射光の光路に、拡散層が形成されている。 In order to solve the above problems, in a light source device according to one embodiment of the present invention, a plurality of light sources having a semiconductor laser and a collimator lens, a condensing lens for condensing light from the light sources, and the light sources And an optical component disposed between the condensing lens and a phosphor wheel that has a phosphor and transmits light collected by the condensing lens, and the optical component includes the collimating lens. The light source has a different inclined optical surface inclined from a plane perpendicular to the optical axis, and the short axis direction of the condensing point shape is arranged in the first direction in the semiconductor laser. And a second semiconductor laser disposed in a second direction in which the direction of the short axis of the condensing point shape is different from the first direction, the first semiconductor laser and the second semiconductor laser One of the semiconductor lasers in the optical path of the emitted light Diffusion layer is formed.
本発明の１つの実施態様に係るプロジェクタでは、上記の実施態様の光源装置と、画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、前記画像を拡大して投射する投射手段と、を備えている。 In a projector according to an embodiment of the present invention, light that forms an image by sequentially modulating light in a plurality of wavelength bands emitted from the light source device based on the light source device of the above embodiment and image data. Modulation means and projection means for enlarging and projecting the image.
以上のように、本発明の１つの実施態様に係る光源装置においては、複数の半導体レーザを使用した光源装置において、蛍光体の発光効率低下を抑制でき、更に集光領域で、所望の大きさ及び所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を得ることができる光源装置を低い製造コストで提供し、ひいてはこの光源装置を用いたプロジェクタを低い製造コストで提供することができる。 As described above, in the light source device according to one embodiment of the present invention, in the light source device using a plurality of semiconductor lasers, it is possible to suppress a decrease in the luminous efficiency of the phosphor, and in the light condensing region, a desired size. In addition, it is possible to provide a light source device capable of obtaining a condensing point shape (beam shape) having a desired aspect ratio at a low manufacturing cost, and to provide a projector using the light source device at a low manufacturing cost.
本発明の実施態様１に係る光源装置では、半導体レーザとコリメートレンズとを有する複数の光源と、前記光源からの光を集光する集光レンズと、前記光源と前記集光レンズとの間に配置される光学部品と、蛍光体を有し、前記集光レンズで集光した光を透過させる蛍光体ホイールと、を備え、前記光学部品が、前記コリメートレンズの光軸に垂直な面から傾斜した前記光源ごとに異なる傾斜光学面を有しており、前記半導体レーザの中に、集光点形状の短軸の方向が第１の方向に配置された第１の半導体レーザと、集光点形状の短軸の方向が前記第１の方向と異なる第２の方向に配置された第２の半導体レーザとがあり、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザのうちの一方の出射光の光路に、拡散層が形成されている。 In the light source device according to the first embodiment of the present invention, a plurality of light sources including a semiconductor laser and a collimator lens, a condensing lens that condenses light from the light source, and the light source and the condensing lens An optical component that is disposed; and a phosphor wheel that has a phosphor and transmits light collected by the condenser lens, the optical component being inclined from a plane perpendicular to the optical axis of the collimating lens. A first semiconductor laser having a different inclined optical surface for each light source, the short axis direction of the condensing point shape being arranged in the first direction in the semiconductor laser, and a condensing point There is a second semiconductor laser arranged in a second direction in which the direction of the minor axis of the shape is different from the first direction, and either one of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser is emitted. A diffusion layer is formed in the optical path of the incident light.
本実施態様によれば、光源と集光レンズとの間に配置される光学部品が、コリメートレンズの光軸に垂直な面から傾斜した光源ごとに異なる傾斜光学面を有しているので、複数の光源から出射された光は、集光レンズにより蛍光体ホイール上（つまり蛍光体上）のそれぞれ異なる位置に集光される。従って、蛍光体上の集光領域における光密度を抑えることができるため、蛍光体からの出射光を効率よく利用することが可能となる。
更に、集光点形状の短軸の方向が第１の方向に配置された第１の半導体レーザと、集光点形状の短軸の方向が第１の方向と異なる第２の方向に配置された第２の半導体レーザとがあり、第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザのうちの一方の出射光の光路に、拡散層が形成されているので、集光点形状（集光点におけるビーム形状、以下ビーム形状と略する）の大きさが異なり、集光レンズの集光領域で、所望の大きさ及び所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。
また、回折光学素子のような高額な部品を用いる必要が無いので、本実施態様では、複数の半導体レーザを使用した光源装置において、蛍光体の発光効率低下を抑制でき、更に集光領域で、所望の大きさ及び所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を得ることができる光源装置を低い製造コストで提供できる。
According to this embodiment, the optical component disposed between the light source and the condensing lens has different inclined optical surfaces for each light source inclined from the surface perpendicular to the optical axis of the collimating lens. The light emitted from the light source is condensed at different positions on the phosphor wheel (that is, on the phosphor) by the condenser lens. Therefore, since the light density in the condensing area | region on fluorescent substance can be suppressed, it becomes possible to utilize the emitted light from fluorescent substance efficiently.
Further, the first semiconductor laser in which the direction of the short axis of the condensing point shape is arranged in the first direction, and the direction of the short axis of the condensing point shape is arranged in the second direction different from the first direction. Since the diffusion layer is formed in the optical path of one of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser, the condensing point shape (at the condensing point) The size of the beam shape (hereinafter abbreviated as the beam shape) is different, and a condensing point shape (beam shape) having a desired size and a desired aspect ratio can be obtained in the condensing region of the condensing lens.
In addition, since it is not necessary to use expensive parts such as a diffractive optical element, in this embodiment, in the light source device using a plurality of semiconductor lasers, it is possible to suppress a decrease in the luminous efficiency of the phosphor, and in the light collecting region, A light source device capable of obtaining a condensing point shape (beam shape) having a desired size and a desired aspect ratio can be provided at a low manufacturing cost.
なお、上記の「光学部品が光源ごとに異なる傾斜光学面を有する」ことには、傾斜角度が異なる場合もあり得るし、同じ傾斜角度のものが異なる方向に配置される場合もあり得る。また、一部の光源において、同じ傾斜角度のものが同じ方向に配置される場合もあり得る。更に、同じ傾斜角度のものが同じ方向に隣接して配置される場合には、隣接する傾斜光学面を一体的に成形することあり得る。また、光学部品は光源ごとに形成されていればよいが、それらの光学部品が複数の光源に対して一体のものであってもよい。光学部品が光源ごとに形成されていることで、最適な集光点形状（ビーム形状）を得ることができるため、きめ細かな調整を行うことができる。 In addition, the above-mentioned “the optical component has a different inclined optical surface for each light source” may have different inclination angles, or may have the same inclination angle arranged in different directions. In addition, in some light sources, ones having the same inclination angle may be arranged in the same direction. Furthermore, when the thing of the same inclination angle is arrange | positioned adjacent to the same direction, it is possible to shape | mold the adjacent inclination optical surface integrally. Moreover, although the optical component should just be formed for every light source, those optical components may be integral with respect to several light sources. Since the optical component is formed for each light source, an optimal condensing point shape (beam shape) can be obtained, and fine adjustment can be performed.
本発明の実施態様２に係る光源装置では、上記の実施態様１において、前記拡散層が前記光学部品の光学面に形成されている。 In the light source device according to the second embodiment of the present invention, in the first embodiment, the diffusion layer is formed on the optical surface of the optical component.
本実施態様によれば、拡散層が光学部品の光学面に形成されているので、コンパクトな光源装置で、所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を効率的に得ることができる。
なお、拡散層が、光学部品の傾斜光学面に設けられる場合も、光学部品のコリメートレンズの光軸に垂直な光学面に設けられる場合もある。
According to this embodiment, since the diffusion layer is formed on the optical surface of the optical component, a condensing point shape (beam shape) having a desired aspect ratio can be efficiently obtained with a compact light source device.
The diffusion layer may be provided on the inclined optical surface of the optical component or may be provided on the optical surface perpendicular to the optical axis of the collimating lens of the optical component.
本発明の実施態様３に係る光源装置では、上記の実施態様１または２において、前記複数の光源は、前記傾斜光学面の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第１の光源と、前記傾斜光学面の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第２の光源とを少なくとも有する。 In the light source device according to Embodiment 3 of the present invention, in the above Embodiment 1 or 2, the plurality of light sources includes two first light sources in which the inclined optical surfaces are inclined in opposite directions by 180 degrees, And at least two second light sources in which the inclination of the inclined optical surface is 180 degrees opposite to each other.
本実施態様によれば、傾斜光学面の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第１の光源と、傾斜光学面の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第２の光源とを少なくとも有するので、集光レンズの光軸に対して対称な位置に第１の光源による２つの集光点形状（ビーム形状）及び第２の光源による２つの集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。よって、集光レンズの光軸を中心として、所定に広がった集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。 According to this embodiment, the two first light sources with the inclined optical surfaces inclined 180 degrees opposite to each other, and the two second light sources with the inclined optical surfaces inclined 180 degrees opposite to each other, Therefore, two condensing point shapes (beam shape) by the first light source and two condensing point shapes (beam shape) by the second light source are provided at positions symmetrical to the optical axis of the condensing lens. Can be obtained. Therefore, it is possible to obtain a condensing point shape (beam shape) that spreads in a predetermined manner around the optical axis of the condensing lens.
本発明の実施態様４に係る光源装置では、上記の実施態様１から３の何れかにおいて、前記光学部品の前記傾斜光学面の傾斜が、前記半導体レーザの前記集光点形状の長軸を中心とした回転方向に付けられている。 In the light source device according to Embodiment 4 of the present invention, in any one of Embodiments 1 to 3, the inclination of the inclined optical surface of the optical component is centered on the major axis of the condensing point shape of the semiconductor laser. It is attached in the direction of rotation.
本実施態様によれば、光学部品の傾斜光学面の傾斜が、半導体レーザの集光点形状の長軸を中心とした回転方向（「集光点形状の短軸の方向」ということもできる）に付けられているので、各半導体レーザから出射された光が互いに重なり合う領域を少なくでき、適切に集光領域で光密度を抑えることができる。 According to this embodiment, the inclination of the inclined optical surface of the optical component is a rotation direction around the major axis of the condensing point shape of the semiconductor laser (also referred to as “the minor axis direction of the condensing point shape”). Therefore, the area where the light emitted from each semiconductor laser overlaps with each other can be reduced, and the light density can be appropriately suppressed in the condensing area.
本発明の実施態様５に係る光源装置では、上記の実施態様１から４の何れかにおいて、前記第１の方向及び前記第２の方向が９０度異なる。 In the light source device according to Embodiment 5 of the present invention, in any one of Embodiments 1 to 4, the first direction and the second direction are different by 90 degrees.
本実施態様によれば、第１の方向及び前記第２の方向が９０度異なるので、拡散層によって、所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を確実に得ることができる。 According to this embodiment, since the first direction and the second direction are different by 90 degrees, a condensing point shape (beam shape) having a desired aspect ratio can be reliably obtained by the diffusion layer.
本発明の実施態様６に係る光源装置では、上記の実施態様１から５の何れかにおいて、前記光源が、支持部材の同一平面上に固定されている。 In the light source device according to Embodiment 6 of the present invention, in any one of Embodiments 1 to 5, the light source is fixed on the same plane of the support member.
本実施態様によれば、光源が、支持部材の同一平面上に固定されているので、より大きな平面を用いて光源から発生する熱を放熱することができ、よって光源装置の長寿命化に貢献できる。 According to this embodiment, since the light source is fixed on the same plane of the support member, the heat generated from the light source can be dissipated using a larger plane, thus contributing to the extension of the life of the light source device. it can.
本発明の実施態様７に係る光源装置では、上記の実施態様１から６の何れかにおいて、前記傾斜光学面が、前記コリメートレンズの光軸の垂直面から０．２５〜２度の傾斜角度で形成されている。 In the light source device according to Embodiment 7 of the present invention, in any one of Embodiments 1 to 6, the inclined optical surface has an inclination angle of 0.25 to 2 degrees with respect to a vertical plane of the optical axis of the collimating lens. Is formed.
本実施態様によれば、傾斜光学面が、コリメートレンズの光軸の垂直面から０．２５〜２度の傾斜角度で形成されているので、適切な範囲内において異なる位置に集光することができる。 According to this embodiment, since the inclined optical surface is formed at an inclination angle of 0.25 to 2 degrees from the vertical surface of the optical axis of the collimating lens, it can be condensed at different positions within an appropriate range. it can.
本発明の実施態様８に係る光源装置では、上記の実施態様１から７の何れかにおいて、
前記コリメートレンズが、平行光を出射するための光軸方向の配置位置とは異なる位置に
配置されている。
In the light source device according to Embodiment 8 of the present invention, in any one of Embodiments 1 to 7,
The collimating lens is arranged at a position different from the arrangement position in the optical axis direction for emitting parallel light.
本実施態様によれば、コリメートレンズが、平行光を出射するための光軸方向の配置位置とは異なる位置に配置されているので、蛍光体上の集光領域における光密度を抑えることができ、集光点形状（ビーム形状）の大きさを調整することもできる。 According to this embodiment, since the collimating lens is arranged at a position different from the arrangement position in the optical axis direction for emitting parallel light, the light density in the condensing region on the phosphor can be suppressed. The size of the condensing point shape (beam shape) can also be adjusted.
本発明の実施態様９に係る光源装置では、上記の実施態様１から８の何れかにおいて、
前記支持部材が放熱部材である。
In the light source device according to Embodiment 9 of the present invention, in any one of Embodiments 1 to 8,
The support member is a heat dissipation member.
本実施態様によれば、支持部材が放熱部材なので、光源を効率的に冷却でき、かつ部品点数を抑制して、光源装置の小型化を促進することができる。 According to this embodiment, since the support member is a heat radiating member, the light source can be efficiently cooled, and the number of components can be suppressed, thereby reducing the size of the light source device.
本発明の実施態様１０に係る光源装置では、上記の実施態様１から９の何れかにおいて、前記光源からの出射光の波長帯域が、３７０〜５００ｎｍである。
本発明の実施態様１１に係る光源装置では、上記の実施態様１から１０の何れかにおいて、前記蛍光体のうちの１つは、赤色光を含む光で発光する蛍光体である。
In the light source device according to Embodiment 10 of the present invention, in any one of Embodiments 1 to 9, the wavelength band of the emitted light from the light source is 370 to 500 nm.
In the light source device according to Embodiment 11 of the present invention, in any one of Embodiments 1 to 10, one of the phosphors is a phosphor that emits light including light including red light.
仮に、赤色光を含む光で発光する蛍光体が、温度が上昇による波長変換効率の低下が大きい傾向があるとしても、本実施態様によれば、蛍光体上の集光領域における光密度を抑えることができるため、長変換効率が低下を抑制することができる。 Even if the phosphor that emits light including red light tends to have a large decrease in wavelength conversion efficiency due to an increase in temperature, according to the present embodiment, the light density in the condensing region on the phosphor is suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in long conversion efficiency.
本発明の第１の実施態様に係るプロジェクタでは、上記の実施態様１〜１１の何れかの実施態様の光源装置と、画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、前記画像を拡大して投射する投射手段と、を備えている。 In the projector according to the first embodiment of the present invention, the light source device according to any one of the above embodiments 1 to 11 and light of a plurality of wavelength bands emitted from the light source device based on image data. Light modulation means for sequentially modulating the image to form an image, and projection means for enlarging and projecting the image.
本実施態様によれば、複数の半導体レーザ及び蛍光体ホイールを使用した光源装置を備え、該光源装置において、蛍光体の発光効率低下を抑制でき、更に光源装置からの出力光の集光領域で、所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を得ることができるプロジェクタを低い製造コストで提供することができる。
次に、本発明の実施形態に係る光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタについて、以下に図面を用いながら詳細に説明する。
According to this embodiment, a light source device using a plurality of semiconductor lasers and a phosphor wheel is provided, and in the light source device, a decrease in luminous efficiency of the phosphor can be suppressed, and further in a light collection region of output light from the light source device. A projector capable of obtaining a condensing point shape (beam shape) having a desired aspect ratio can be provided at a low manufacturing cost.
Next, a light source device according to an embodiment of the present invention and a projector including the light source device will be described in detail with reference to the drawings.
（光源装置の概要の説明）
まず、図１ａ及び図１ｂを参照しながら、本発明の１つの実施形態に係る光源装置について説明する。なお、図１ａは、本発明の１つの実施形態に係る光源装置を示すための模式的な平面図であって、光源装置１の平面図を示すとともに、集光レンズ２０側から光源１０Ａ、１０Ｂの半導体レーザ１２Ａ、１２Ｂを見たときの図を図１ａの左に半導体レーザ等の正面図として示し、更に、１つの半導体レーザから出射されるレーザ光のファーフィールドパターンとニアフィールドパターンを説明するために軸を定義した軸説明図を図１ａの中央下に示したものである。図１ｂは、本発明の１つの実施形態に係る光源装置を示すための模式的な側面図であって、光源装置の側面図を示すと共に、集光レンズ２０側から光源１０Ａ、１０Ｂの半導体レーザ１２Ａ、１２Ｂを見たときの図を図１ｂの左に半導体レーザ等の正面図として示し、更に、１つの半導体レーザから出射されるレーザ光のファーフィールドパターンとニアフィールドパターンを説明するために軸を定義した軸説明図を図１ｂの中央下に示したものである。また図１ａ及び図１ｂの半導体レーザ等の正面図において、矢印Ａから見た光源装置１が、本実施形態の光源装置の平面図（図１ａ）と対応し、矢印Ｂから見た光源装置１が、本実施形態の光源装置の側面（図１ｂ）と対応する。
(Description of the outline of the light source device)
First, a light source device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1a and 1b. FIG. 1a is a schematic plan view for showing a light source device according to one embodiment of the present invention, showing a plan view of the light source device 1 and light sources 10A and 10B from the condenser lens 20 side. When the semiconductor lasers 12A and 12B are viewed, a front view of the semiconductor laser or the like is shown on the left of FIG. 1a, and further, a far field pattern and a near field pattern of laser light emitted from one semiconductor laser will be described. For this purpose, an axis explanatory diagram defining the axis is shown in the lower center of FIG. 1a. FIG. 1B is a schematic side view for showing a light source device according to one embodiment of the present invention, showing a side view of the light source device, and a semiconductor laser of the light sources 10A and 10B from the condenser lens 20 side. FIGS. 12A and 12B are views as a front view of a semiconductor laser or the like on the left side of FIG. 1B, and axes for explaining a far field pattern and a near field pattern of laser light emitted from one semiconductor laser. An explanatory view of the axis that defines is shown in the lower center of FIG. 1b. 1a and 1b, the light source device 1 viewed from the arrow A corresponds to the plan view (FIG. 1a) of the light source device of the present embodiment, and the light source device 1 viewed from the arrow B. Corresponds to the side surface (FIG. 1 b) of the light source device of the present embodiment.
はじめに、光源装置の平面図を示す図１ａを用いて、本発明の１つの実施形態に係る光源装置の概要を説明する。図１ａに示すように、本実施形態に係る光源装置１は、放熱部材６０に取り付けられた光源１０Ａ、１０Ｂ、拡散層７２、光学部品７０、集光レンズ２０、蛍光体ホイール３０、受光レンズ４０及び回転駆動部５０を備える。
本実施形態では、光源１０Ａ、１０Ｂから青色光が出射され、出射された青色光は、拡散層７２及び光学部品７０を透過して集光レンズ２０に入射し、集光レンズ２０で集光されて、回転駆動部５０によって回転する蛍光体ホイール３０に入射する。蛍光体ホイール３０は、光が透過する材料で構成され、入射側表面に誘電体膜３１が、出射側表面に蛍光体３２が同心円状に形成されている。更に詳細に述べれば、出射側表面に緑蛍光体領域、赤蛍光体領域及び青透過領域が同心円状に設けられている。緑蛍光体は青色光が入射すると緑色光を発し、赤蛍光体は青色光が入射すると赤色光を発する。よって、集光レンズ２０から青色光が蛍光体ホイール３０に入射すると、蛍光体ホイール３０から時分割で、緑色光、赤色光及び青色光が出射され、受光レンズ４０に入射する。そして、受光レンズ４０によって光が所定の向きに進行方向が変えられて、光源装置１から出力される。具体的には、受光レンズ４０によって、光が広がる方向に出射することもできるし、平行光を出射することもできるし、所定の位置に集光することもできる。
なお、本実施形態で用いる半導体レーザ１２Ａ、１２Ｂの波長は、３７０〜５００ｎｍ内の光を発することが望ましく、４２０〜５００ｎｍ内の光を発することが更に望ましい。
First, an outline of a light source device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1a showing a plan view of the light source device. As shown in FIG. 1 a, the light source device 1 according to this embodiment includes light sources 10 </ b> A and 10 </ b> B attached to a heat dissipation member 60, a diffusion layer 72, an optical component 70, a condenser lens 20, a phosphor wheel 30, and a light receiving lens 40. And a rotation drive unit 50.
In the present embodiment, blue light is emitted from the light sources 10 </ b> A and 10 </ b> B, and the emitted blue light passes through the diffusion layer 72 and the optical component 70 and enters the condenser lens 20 and is condensed by the condenser lens 20. Then, the light enters the phosphor wheel 30 that is rotated by the rotation driving unit 50. The phosphor wheel 30 is made of a material that transmits light, and a dielectric film 31 is formed on the incident side surface, and a phosphor 32 is formed concentrically on the emission side surface. More specifically, a green phosphor region, a red phosphor region, and a blue transmission region are provided concentrically on the exit side surface. The green phosphor emits green light when blue light is incident, and the red phosphor emits red light when blue light is incident. Therefore, when blue light enters the phosphor wheel 30 from the condenser lens 20, green light, red light, and blue light are emitted from the phosphor wheel 30 in a time-sharing manner and enter the light receiving lens 40. Then, the traveling direction of the light is changed to a predetermined direction by the light receiving lens 40, and the light is output from the light source device 1. Specifically, the light receiving lens 40 can emit light in the direction in which the light spreads, it can emit parallel light, or it can be condensed at a predetermined position.
Note that the wavelengths of the semiconductor lasers 12A and 12B used in this embodiment desirably emit light within a range of 370 to 500 nm, and more desirably emit light within a range of 420 to 500 nm.
光源１０Ａ、１０Ｂについて更に詳細に述べると、図１ａ及び図１ｂに示すように、支持部材である放熱部材６０の取り付け面に、２つの光源（以下「第１の光源」と称する）１０Ａ及び２つの光源（以下「第２の光源」と称する）１０Ｂの計４個の光源が取り付けられている。
２つの第１の光源１０Ａでは、それぞれ、１つの筐体１１と、１つの筐体１１に４つずつ設けられた青色光を出射する第１の半導体レーザ１２Ａと、各々の第１の半導体レーザ１２Ａに対応する４つのコリメートレンズ１３を有する。同様に、第２の光源１０Ｂでは、それぞれ、１つの筐体１１と、１つの筐体１１に４つずつ設けられた青色光を出射する第２の半導体レーザ１２Ｂと、各々の第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する４つのコリメートレンズ１３を有する。なお、第１の光源１０Ａと第２の光源１０Ｂは、それぞれ少なくとも１つの第１の半導体レーザ１２Ａと第２の半導体レーザ１２Ｂとを有していればよい。また、図１ａおよび図１ｂに示すように筐体１１について、各光源のそれぞれが１つの筐体を有しているが、４つの光源に対して１つの筐体を有する場合もあり得る。
The light sources 10A and 10B will be described in more detail. As shown in FIGS. 1a and 1b, two light sources (hereinafter referred to as “first light sources”) 10A and 2 are attached to the mounting surface of the heat radiating member 60 as a support member. A total of four light sources, one light source (hereinafter referred to as “second light source”) 10B, are attached.
In each of the two first light sources 10A, one housing 11 and four first semiconductor lasers 12A that emit blue light provided in each housing 11 and each first semiconductor laser. It has four collimating lenses 13 corresponding to 12A. Similarly, in the second light source 10B, one housing 11, the second semiconductor laser 12B that emits blue light provided in each of the four housings 11, and each second semiconductor. It has four collimating lenses 13 corresponding to the laser 12B. Note that the first light source 10A and the second light source 10B only need to have at least one first semiconductor laser 12A and second semiconductor laser 12B, respectively. In addition, as shown in FIGS. 1a and 1b, each of the light sources has one housing for the housing 11, but there may be one housing for four light sources.
以上のように、２個の第１の光源１０Ａと２個の第２の光源１０Ｂとが、放熱部材６０の１つの取付面に隣接して（側面が互いに接して）取り付けられている。
つまり、光源１０が、支持部材の同一平面上に固定されているので、よって、放熱部材６０のより大きな平面を用いて光源１０から発生する熱を放熱することができ、光源装置１の長寿命化に貢献できる。
更に、支持部材が放熱部材６０なので、光源１０Ａ、１０Ｂを効率的に冷却でき、かつ部品点数を抑制して、光源装置１の小型化を促進することができる。
As described above, the two first light sources 10 </ b> A and the two second light sources 10 </ b> B are mounted adjacent to one mounting surface of the heat dissipation member 60 (side surfaces are in contact with each other).
That is, since the light source 10 is fixed on the same plane of the support member, heat generated from the light source 10 can be radiated using a larger plane of the heat radiating member 60, and the light source device 1 has a long life. Can contribute to
Furthermore, since the supporting member is the heat radiating member 60, the light sources 10A and 10B can be efficiently cooled, and the number of components can be suppressed, thereby reducing the size of the light source device 1.
次に、図１ａ（光源の平面図）を用いて、更に詳細に説明する。図１ａの左側の半導体レーザ等の正面図において、第１の光源１０Ａに設けられた第１の半導体レーザ１２Ａのニアフィールドパターンの長軸（下の図のＸ軸）が、光源装置１の垂直方向（つまり図面左右方向）になるように配置されており、第２の光源１０Ｂに設けられた第２の半導体レーザ１２Ｂのニアフィールドパターンの長軸が、光源装置１の水平方向（つまり図面上下方向）になるように配置されている。
本実施形態では、図１ａの半導体レーザ等の正面図において、図面で左右方向を第１の方向と称し、図面で上下方向が第２の方向と称する。つまり、本実施形態では、第１の方向及び第２の方向が９０度異なる。言い換えれば、第１の方向と第２の方向のなす角が９０度になっている。図１では、第１の方向及び第２の方向を図面上下方向及び図面左右方向で示したが、その他の任意の方向を採用することができる。また、第１の方向及び第２の方向が、本実施形態では９０度異なっているが、これに限られず、その他の任意の角度で異なるようにすることができる。
Next, it demonstrates still in detail using FIG. 1a (plan view of a light source). In the front view of the semiconductor laser or the like on the left side of FIG. 1 a, the long axis (X axis in the lower diagram) of the near field pattern of the first semiconductor laser 12 </ b> A provided in the first light source 10 </ b> A is perpendicular to the light source device 1. The major axis of the near field pattern of the second semiconductor laser 12B provided in the second light source 10B is in the horizontal direction of the light source device 1 (that is, up and down in the drawing). Direction).
In the present embodiment, in the front view of the semiconductor laser or the like of FIG. 1a, the left-right direction is referred to as a first direction in the drawing, and the up-down direction is referred to as a second direction in the drawing. That is, in the present embodiment, the first direction and the second direction are different by 90 degrees. In other words, the angle formed by the first direction and the second direction is 90 degrees. In FIG. 1, the first direction and the second direction are shown in the vertical direction of the drawing and the horizontal direction of the drawing, but any other direction can be adopted. In addition, the first direction and the second direction are different by 90 degrees in the present embodiment. However, the first direction and the second direction are not limited to this, and may be different at other arbitrary angles.
更に、本実施形態では、コリメートレンズ１３が平行光を出射するための光軸方向の配置位置（つまり焦点位置）からずれて配置されている。これにより、後述するように、集光領域の面積を大きくして、集光する光の光密度を抑制することができる。従って、集光点形状の短軸の方向（ファーフィールドパターンの短軸の方向）と、半導体レーザ１２Ａ、１２Ｂのニアフィールドパターンの長軸（下の図のＸ軸）の方向が一致し、集光領域における集光点形状の長軸の方向（ファーフィールドパターンの長軸の方向）と、半導体レーザ１２Ａ、１２Ｂのニアフィールドパターンの短軸の方向（下の図のＹ軸）が一致する。
ただし、この配置に限られるもではなく、コリメートレンズ１３が焦点位置に配置され
場合もあり得る。この場合には、集光領域におけるファーフィールドパターンの長軸の方向と、半導体レーザ１２Ａ、１２Ｂのニアフィールドパターンの長軸の方向が一致し、集光領域におけるファーフィールドパターンの短軸の方向と、半導体レーザ１２Ａ、１２Ｂのニアフィールドパターンの短軸の方向が一致する。
Further, in the present embodiment, the collimating lens 13 is arranged so as to be shifted from the arrangement position (that is, the focal position) in the optical axis direction for emitting parallel light. Thereby, as will be described later, the area of the condensing region can be increased and the light density of the condensed light can be suppressed. Therefore, the direction of the short axis of the condensing point shape (the direction of the short axis of the far field pattern) and the direction of the long axis of the near field pattern of the semiconductor lasers 12A and 12B (the X axis in the lower diagram) coincide, The direction of the long axis of the condensing point shape in the light region (the direction of the long axis of the far field pattern) coincides with the direction of the short axis of the near field pattern of the semiconductor lasers 12A and 12B (Y axis in the lower diagram).
However, the arrangement is not limited to this, and the collimating lens 13 may be arranged at the focal position. In this case, the direction of the major axis of the far field pattern in the condensing region and the direction of the major axis of the near field pattern of the semiconductor lasers 12A and 12B coincide, and the direction of the minor axis of the far field pattern in the condensing region The minor axis directions of the near field patterns of the semiconductor lasers 12A and 12B coincide with each other.
第１の半導体レーザ１２Ａから出射された光の光軸と、対応するコリメートレンズ１３の光軸と一致しており、また集光レンズ２０の光軸２１と平行になっている。同様に、第２の半導体レーザ１２Ｂから出射された光の光軸と、対応するコリメートレンズ１３の光軸と一致しており、また集光レンズ２０の光軸２１と平行になっている。 The optical axis of the light emitted from the first semiconductor laser 12 </ b> A coincides with the optical axis of the corresponding collimating lens 13, and is parallel to the optical axis 21 of the condenser lens 20. Similarly, the optical axis of the light emitted from the second semiconductor laser 12 </ b> B coincides with the optical axis of the corresponding collimator lens 13 and is parallel to the optical axis 21 of the condenser lens 20.
第１の光源１０Ａ及び第２の光源１０Ｂの各々に対応して光学部品７０が備えられている。光学部品７０は、コリメートレンズ１３の光軸に垂直な面から傾斜した傾斜光学面７４を有している。傾斜光学面７４の傾斜の向きについて、図１ａの左の半導体レーザ等の正面図を用いて説明する。なお、傾斜光学面７４の傾斜の向きを明確に示すため、半導体レーザ等の正面図の周囲に、光学部品７０の側面形状を模式的に示している。
具体的には、図１ａの半導体レーザ等の正面図において、左下の第１の半導体レーザ１２Ａに対応する光学部品７０は、集光領域における集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（つまり半導体レーザ１２Ａのニアフィールドパターンの長軸の方向（図で左右方向／第１の方向））に傾斜が付けられた傾斜光学面７４を有する。更に詳細に述べれば、図面左側が高く（つまり厚みが厚く）、図面右側が低い（つまり厚みが薄い）傾斜が付けられている。なお、集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向に傾斜が付けられていることは、集光点形状（ファーフィールドパターン）の長軸を中心とした回転方向に付けられているということができる。
なお、もし、コリメートレンズ１３が焦点位置に配置されている場合には、光学部品７０の傾斜光学面７４の傾斜は、集光領域における集光点形状（ニアフィールドパターン）の短軸の方向に付けられる。
An optical component 70 is provided corresponding to each of the first light source 10A and the second light source 10B. The optical component 70 has an inclined optical surface 74 that is inclined from a surface perpendicular to the optical axis of the collimating lens 13. The direction of inclination of the inclined optical surface 74 will be described with reference to the front view of the left semiconductor laser and the like in FIG. 1a. In addition, in order to clearly show the inclination direction of the inclined optical surface 74, the side shape of the optical component 70 is schematically shown around the front view of the semiconductor laser or the like.
Specifically, in the front view of the semiconductor laser or the like of FIG. 1a, the optical component 70 corresponding to the first semiconductor laser 12A in the lower left is the direction of the short axis of the condensing point shape (far field pattern) in the condensing region. That is, it has an inclined optical surface 74 inclined in the direction of the major axis of the near field pattern of the semiconductor laser 12A (left / right direction / first direction in the figure). More specifically, the left side of the drawing is inclined (ie, thick) and the right side of the drawing is low (ie, thin). The inclination in the direction of the short axis of the condensing point shape (far field pattern) means that it is attached in the rotation direction around the long axis of the condensing point shape (far field pattern). be able to.
If the collimating lens 13 is disposed at the focal position, the inclination of the inclined optical surface 74 of the optical component 70 is in the direction of the short axis of the condensing point shape (near field pattern) in the condensing region. Attached.
図１ａの半導体レーザ等の正面図において、右上の第１の半導体レーザ１２Ａに対応する光学部品７０は、集光領域における集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（つまり半導体レーザ１２Ａのニアフィールドパターンの長軸の方向（図で左右方向／第１の方向））に傾斜が付けられ、正面図の左下の第１の半導体レーザ１２Ａとは反対に、図面右側が高く、図面左側が低い傾斜が付けられている。
右下の第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する光学部品７０は、光領域における集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（つまり半導体レーザ１２Ｂのニアフィールドパターンの長軸の方向（図で上下方向／第２の方向））に傾斜が付けられ、図面下側が高く、図面上側が低い傾斜が付けられている。
図１ａの半導体レーザ等の正面図において左上の第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する光学部品７０は、集光領域における集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（つまり半導体レーザ１２Ｂのニアフィールドパターンの長軸の方向（図で上下方向／第２の方向））に傾斜が付けられ、右下の第２の半導体レーザ１２Ｂとは反対に、図面上側が高く、図面下側が低い傾斜が付けられている。
In the front view of the semiconductor laser or the like in FIG. 1a, the optical component 70 corresponding to the first semiconductor laser 12A in the upper right is the direction of the short axis of the condensing point shape (far field pattern) in the condensing region (that is, the semiconductor laser 12A). In contrast to the first semiconductor laser 12A in the lower left of the front view, the right side of the drawing is higher and the left side of the drawing is inclined, in the direction of the major axis of the near field pattern (left / right direction / first direction in the figure). Has a low slope.
The optical component 70 corresponding to the second semiconductor laser 12B in the lower right has a short axis direction (that is, a long axis direction of the near field pattern of the semiconductor laser 12B) (see FIG. In the vertical direction / second direction)), the lower side of the drawing is higher and the upper side of the drawing is lower.
In the front view of the semiconductor laser or the like of FIG. 1a, the optical component 70 corresponding to the second semiconductor laser 12B in the upper left is the direction of the short axis of the condensing point shape (far field pattern) in the condensing region (that is, the semiconductor laser 12B). In the direction of the major axis of the near field pattern (vertical direction / second direction in the figure), the upper side of the drawing is high and the lower side of the drawing is low, contrary to the second semiconductor laser 12B in the lower right. Is attached.
以上のように、本実施形態では、傾斜光学面７４の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第１の光源１０Ａと、傾斜光学面７４の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第２の光源１０Ｂとを有する。また、光学部品７０が光源１０Ａ、１０Ｂごとに形成され、各光学部品７０が、光源１０Ａ、１０Ｂごとに異なる傾斜光学面７４を有している。 As described above, in the present embodiment, the two first light sources 10A in which the inclined optical surface 74 is inclined 180 degrees in the opposite direction and the inclined optical surface 74 are inclined in the opposite direction 180 degrees. Two second light sources 10B. An optical component 70 is formed for each of the light sources 10A and 10B, and each optical component 70 has a different inclined optical surface 74 for each of the light sources 10A and 10B.
図１ａの平面図に示すように、本実施形態では、光学部品７０の出射側、つまり光源１０から離れた側の面に、傾斜光学面７４が形成されている。ただし、これに限られるものではなく、傾斜光学面７４が、光学部品７０の入射側、つまり光源１０に近い側に形成されている場合もあり得るし、光学部品７０の入射側及び出射側の両側に形成され場合もある。光学部品７０の入射側及び出射側の両側に形傾斜光学面が形成され場合には、テーパの付いていない平板状の光学部品７０が斜めに配置される場合も含まれる。 As shown in the plan view of FIG. 1 a, in this embodiment, an inclined optical surface 74 is formed on the exit side of the optical component 70, that is, on the surface away from the light source 10. However, the present invention is not limited to this, and the inclined optical surface 74 may be formed on the incident side of the optical component 70, that is, on the side close to the light source 10, or on the incident side and the emission side of the optical component 70. Sometimes formed on both sides. When the inclined optical surfaces are formed on both the incident side and the exit side of the optical component 70, the case where the flat optical component 70 without a taper is disposed obliquely is also included.
更に、図１ａの左の半導体レーザ等の正面図において、複数の点で模式的に示すように、第１の半導体レーザ１２Ａに対応する光学部品７０にだけ、拡散層７２が設けられている。図１ａの平面図に示すように、本実施形態では、光学部品７０の入射側、つまり光源１０に近い側の光学面に、拡散層７２が形成されている。ただし、これに限られるものではなく、拡散層７２が、光学部品７０の出射側、つまり光源１０から遠い側の光学に形成されている場合もあり得る。また、拡散層７２は、コリメートレンズ１３から集光レンズ２０の間において、第１の半導体レーザ１２Ａの出射光の光路上の任意の位置に配置することができる。なお、拡散層７２が、光学部品７０から離れた位置に形成される場合には、拡散層７２自体で自立可能な強度を有していればよい。 Further, in the front view of the semiconductor laser or the like on the left side of FIG. 1a, as schematically shown by a plurality of points, the diffusion layer 72 is provided only in the optical component 70 corresponding to the first semiconductor laser 12A. As shown in the plan view of FIG. 1 a, in this embodiment, a diffusion layer 72 is formed on the optical surface on the incident side of the optical component 70, that is, on the side close to the light source 10. However, the present invention is not limited to this, and the diffusion layer 72 may be formed on the emission side of the optical component 70, that is, on the optical side far from the light source 10. Further, the diffusion layer 72 can be disposed at any position on the optical path of the emitted light from the first semiconductor laser 12 </ b> A between the collimating lens 13 and the condenser lens 20. When the diffusion layer 72 is formed at a position away from the optical component 70, it is only necessary that the diffusion layer 72 has a strength capable of supporting itself.
次に、図１ｂ（光源の側面図）について説明する。図１ｂは、左の半導体レーザ等の正面図の矢印Ｂから見た光源装置の側面図であり、図１ａの平面図から９０度図面手前側に回転させた場合の図に相当する。
図１ｂの左の半導体レーザ等の正面図において、右下の第１の半導体レーザ１２Ａに対応する光学部品７０は、集光領域における集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（つまり半導体レーザ１２Ａのニアフィールドパターンの長軸の方向（図で上下方向／第１の方向））に傾斜が付けられ、図面下側が高く（つまり厚みが厚く）、図面上側が低い（つまり厚みが薄い）傾斜が付けられている。
図１ｂの左の半導体レーザ等の正面図において、左上の第１の半導体レーザ１２Ａに対応する光学部品７０は、集光領域における集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（つまり半導体レーザ１２Ａのニアフィールドパターンの長軸の方向（図で上下方向／第１の方向））に傾斜が付けられ、右下の第１の半導体レーザ１２Ａとは反対に、図面上側が高く、図面下側が低い傾斜が付けられている。
Next, FIG. 1b (side view of the light source) will be described. FIG. 1B is a side view of the light source device as seen from the arrow B in the front view of the left semiconductor laser or the like, and corresponds to a view when rotated 90 degrees from the plan view of FIG.
In the front view of the left semiconductor laser or the like in FIG. 1b, the optical component 70 corresponding to the lower right first semiconductor laser 12A is in the direction of the short axis of the condensing point shape (far field pattern) in the condensing region (that is, The major axis direction (vertical direction / first direction in the figure) of the near field pattern of the semiconductor laser 12A is inclined, the lower side of the drawing is high (that is, the thickness is high), and the upper side of the drawing is low (that is, the thickness is thin). ) Inclined.
In the front view of the left semiconductor laser or the like in FIG. 1B, the optical component 70 corresponding to the first semiconductor laser 12A in the upper left is the direction of the short axis of the condensing point shape (far field pattern) in the condensing region (that is, the semiconductor). In the direction of the major axis of the near field pattern of the laser 12A (vertical direction / first direction in the figure), the upper side of the drawing is high, contrary to the lower right first semiconductor laser 12A, and the lower side of the drawing. The side has a low slope.
図１ｂの左の半導体レーザ等の正面図において、左下の第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する光学部品７０は、集光領域における集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（つまり半導体レーザ１２Ｂのニアフィールドパターンの長軸の方向（図で左右方向／第２の方向））に傾斜が付けられ、図面左側が高く、図面右側が低い傾斜が付けられている。
右上の第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する光学部品７０は、集光領域における集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（つまり半導体レーザ１２Ｂのニアフィールドパターンの長軸の方向（図で左右方向／第２の方向））に傾斜が付けられ、正面図の左下の第２の半導体レーザ１２Ｂとは反対に、図面右側が高く、図面左側が低い傾斜が付けられている。
なお、集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向に傾斜が付けられていることは、集光点形状（ファーフィールドパターン）の長軸を中心とした回転方向に付けられているということができる。
In the front view of the left semiconductor laser and the like in FIG. 1b, the optical component 70 corresponding to the second semiconductor laser 12B in the lower left is the direction of the short axis (that is, the semiconductor) of the condensing point shape (far field pattern) in the condensing region. The direction of the major axis of the near-field pattern of the laser 12B (left / right direction / second direction in the drawing) is inclined, and the left side of the drawing is high and the right side of the drawing is low.
The optical component 70 corresponding to the second semiconductor laser 12B in the upper right has a short axis direction (that is, a long axis direction of the near field pattern of the semiconductor laser 12B) (see FIG. In the left / right direction / second direction)), the right side of the drawing is high and the left side of the drawing is low, contrary to the second semiconductor laser 12B in the lower left of the front view.
The inclination in the direction of the short axis of the condensing point shape (far field pattern) means that it is attached in the rotation direction around the long axis of the condensing point shape (far field pattern). be able to.
以上のような構成により、第１の光源１０Ａ及び第２の光源１０Ｂから集光レンズ２０の光軸２１と平行に出射された光は、光学部品７０の傾斜光学面により、傾斜の低くなった（つまり厚みが薄くなった）方向に進行方向を曲げられ、光軸２１に所定の傾斜角が付いた状態で集光レンズ２０に入射する。上述のように、４つの光源１０Ａ、１０Ｂでは、傾斜光学面７４の傾斜の向きが各々で異なるので、蛍光体３２上でそれぞれ異なる位置に集光されることになる。なお、図１ａ及び図１ｂでは、蛍光体ホイール３０の入射側表面に設けられた誘電体膜３１の表面位置で集光されるように描かれているが、誘電体膜３１は非常に薄く、蛍光体ホイール３０で光が集光されたり拡散されたりしないので、「蛍光体３２上でそれぞれ異なる位置に集光される」ということができる。
また、拡散層７２を透過する場合には、光が拡散光となるので、集光位置における形状が広がった形状になる。なお、これらの光学部品７０及び拡散層７２に関する説明は追って詳述する。
With the configuration as described above, the light emitted in parallel with the optical axis 21 of the condenser lens 20 from the first light source 10A and the second light source 10B has a low inclination due to the inclined optical surface of the optical component 70. The traveling direction is bent in the direction (that is, the thickness is reduced), and the light enters the condenser lens 20 with the optical axis 21 having a predetermined inclination angle. As described above, in the four light sources 10 </ b> A and 10 </ b> B, the inclination directions of the inclined optical surfaces 74 are different from each other, and thus the light is condensed at different positions on the phosphor 32. In FIG. 1a and FIG. 1b, it is drawn so as to be condensed at the surface position of the dielectric film 31 provided on the incident side surface of the phosphor wheel 30, but the dielectric film 31 is very thin, Since the light is not condensed or diffused by the phosphor wheel 30, it can be said that “the light is condensed at different positions on the phosphor 32”.
Further, when the light passes through the diffusion layer 72, the light becomes diffused light, so that the shape at the condensing position is widened. The description regarding the optical component 70 and the diffusion layer 72 will be described later.
上述のように、蛍光体ホイール３０は、入射側表面に誘電体膜３１が、出射側表面に蛍光体３２が同心円状に形成されている。図４に蛍光体ホイールの１つの実施形態の模式図を示す。図４（ａ）は蛍光体ホイール３０の入射側を、図４（ｂ）は蛍光体ホイール３０の出射側を示している。蛍光体ホイール３０には、緑蛍光体領域、赤蛍光体領域及び青透過領域が設けられている。緑蛍光体領域は、入射側に、青色光を透過し緑色光を反射する誘電体膜３１Ｇが形成されており、基板の出射側に、緑の波長帯域を有する蛍光体３２Ｇが塗布されている。同様に、赤蛍光体領域には、入射側に、青色光を透過し赤色光を反射する誘電体膜３１Ｒが形成されており、出射側に、赤の波長領域を有する蛍光体３２Ｒが塗布されている。青色透過領域には、入射側に、青色光を透過する誘電体膜３１Ｂが形成されており、出射側には蛍光体は塗布されていないが、入射側と同様に青色光を透過する誘電体膜３２Ｂが形成されていてもよい。また、輝度ムラ及び色度ムラを改善するために、拡散体、例えばＳｉＯ２やＴｉＯ２、Ｂａ２ＳＯ４等の粒子が塗布されていることが望ましい。 As described above, the phosphor wheel 30 has the dielectric film 31 formed on the incident side surface and the phosphor 32 formed concentrically on the output side surface. FIG. 4 shows a schematic diagram of one embodiment of the phosphor wheel. 4A shows the incident side of the phosphor wheel 30, and FIG. 4B shows the emission side of the phosphor wheel 30. The phosphor wheel 30 is provided with a green phosphor region, a red phosphor region, and a blue transmission region. In the green phosphor region, a dielectric film 31G that transmits blue light and reflects green light is formed on the incident side, and a phosphor 32G having a green wavelength band is applied on the emission side of the substrate. . Similarly, in the red phosphor region, a dielectric film 31R that transmits blue light and reflects red light is formed on the incident side, and a phosphor 32R having a red wavelength region is applied on the emission side. ing. In the blue transmissive region, a dielectric film 31B that transmits blue light is formed on the incident side, and a phosphor is not applied on the output side, but a dielectric that transmits blue light as in the incident side. A film 32B may be formed. Further, in order to improve luminance unevenness and chromaticity unevenness, it is desirable that a diffuser, for example, particles such as SiO 2 , TiO 2 , and Ba 2 SO 4 be applied.
蛍光体ホイール３０の緑及び赤蛍光体領域に形成されている誘電体膜３１Ｇ、３１Ｒは、青色光を透過し、かつそのそれぞれの領域の色に応じた波長を反射する膜とすることで、蛍光体３２Ｇ、３２Ｒから半導体レーザ１２側に出射した蛍光体光を、受光レンズ４０側に反射させることができ、これにより効率よく蛍光体光を利用することができる。 The dielectric films 31G and 31R formed in the green and red phosphor areas of the phosphor wheel 30 are films that transmit blue light and reflect wavelengths according to the colors of the respective areas. The phosphor light emitted from the phosphors 32G and 32R to the semiconductor laser 12 side can be reflected to the light receiving lens 40 side, whereby the phosphor light can be used efficiently.
蛍光体ホイール３０の緑蛍光体領域に塗布されている蛍光体３２Ｇは、波長帯域が約５００〜５６０ｎｍを含む緑色の蛍光を発生させることが望ましい。具体的な材料の一例としては、β−Ｓｉ６−ＺＡＢＺＯＺＮ８−Ｚ：ＥＡ、ＢＡ３ＡＢ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ８ＭｇＳｉ４Ｏ１６ＣＢ２：ＥＡ、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：ＥＡ、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：ＥＡなどを挙げることができる。 The phosphor 32G applied to the green phosphor region of the phosphor wheel 30 desirably generates green fluorescence including a wavelength band of about 500 to 560 nm. An example of a specific material, β-Si 6-Z AB Z O Z N 8-Z: EA, BA 3 AB 5 O 12: Ce, Ca 8 MgSi 4 O 16 C B2: EA, Ba 3 Si 6 Examples include O 12 N 2 : EA, (Sr, Ba, Ca) Si 2 O 2 N 2 : EA.
蛍光体ホイールの赤蛍光体領域に塗布されている蛍光体３２Ｒは、波長帯域が６００〜８００ｎｍを含む赤色の傾向を発生させることが望ましい。具体的な材料の一例としては、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡＢＳｉＮ３：ＥＡ、ＣａＡＢＳｉＮ３：ＥＡ、ＳｒＡＢＳｉＮ３：ＥＡ、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎなどを挙げることができる。 The phosphor 32R applied to the red phosphor region of the phosphor wheel desirably generates a red tendency in which the wavelength band includes 600 to 800 nm. Specific examples of the material include (Sr, Ca) ABSiN 3 : EA, CaABSiN 3 : EA, SrABSiN 3 : EA, and K 2 SiF 6 : Mn.
蛍光体ホイール３０における、緑・赤蛍光体領域及び青色透過領域の割合は、任意に決定することができる。例えば、プロジェクタとして要求される白色の色度及び各蛍光体等の効率などから算出することができる。ここでは緑及び赤蛍光体領域緑をそれぞれ１５０度、青透過領域を６０度としている。
また、本実施形態では、緑・赤・青の３領域としているが、４つ以上の領域としてもよい。青色と黄色による白色光領域や、緑・赤・青の領域を増やしてそれぞれ２つずつとしてもよい。
The ratio of the green / red phosphor region and the blue transmission region in the phosphor wheel 30 can be arbitrarily determined. For example, it can be calculated from the white chromaticity required for the projector and the efficiency of each phosphor. Here, the green and red phosphor regions green are each 150 degrees, and the blue transmission region is 60 degrees.
In the present embodiment, three regions of green, red, and blue are used, but four or more regions may be used. It is also possible to increase the white light area by blue and yellow and the green, red, and blue areas, respectively.
蛍光体ホイール３０は、光を透過させる透明な円板状の部材からなり、その中心は回転駆動部５０の駆動軸５０ａに固定されている。ここで、蛍光体ホイール３０の素材は、光の透過率が高い素材であれば、ガラス、樹脂、サファイア等を使用することができる。また、図４（ａ）において”ＳＰ”で示す領域は、集光レンズ２０によって集光された光源１０からの入射光が当たる領域（集光領域）を示している。更に、図４（ｂ）において”ＦＬ”で示す領域は、光源１０からの入射光よって蛍光体層が発光する領域（蛍光領域）を示している。
なお、蛍光体ホイール３０の出射側に更に１枚の基板を加え、そこにバンドパスフィルターを設けてもよい（図示せず）。これにより、より純粋な緑や赤色を得ることができる。
The phosphor wheel 30 is made of a transparent disk-shaped member that transmits light, and the center thereof is fixed to the drive shaft 50 a of the rotation drive unit 50. Here, glass, resin, sapphire, or the like can be used as the material of the phosphor wheel 30 as long as the material has high light transmittance. In FIG. 4A, an area indicated by “SP” indicates an area (condensing area) where incident light from the light source 10 condensed by the condenser lens 20 is incident. Further, an area indicated by “FL” in FIG. 4B indicates an area (fluorescent area) in which the phosphor layer emits light by incident light from the light source 10.
Note that one more substrate may be added to the emission side of the phosphor wheel 30 and a band pass filter may be provided there (not shown). Thereby, more pure green and red can be obtained.
図１ａ及び図１ｂの説明に戻り、回転駆動部５０は、ブラシレス直流モータであり、駆動軸５０ａと集光レンズ２０の光軸２１とが平行になるように配置されている。また、駆動軸５０ａに対して蛍光体ホイール３０の面が垂直となるように固定されている。回転駆動部５０の回転速度は、再生する動画のフレームレート（１秒当たりのフレーム数。単位は［ｆｐｓ］）に基づく回転速度となる。例えば、６０［ｆｐｓ］の動画を再生可能とする場合、回転駆動部５０（つまり蛍光体ホイール３０）の回転速度は、毎秒６０回転の整数倍に定めるとよい。 Returning to the description of FIG. 1A and FIG. 1B, the rotation drive unit 50 is a brushless DC motor, and is arranged such that the drive shaft 50a and the optical axis 21 of the condenser lens 20 are parallel to each other. Further, the surface of the phosphor wheel 30 is fixed so as to be perpendicular to the drive shaft 50a. The rotation speed of the rotation drive unit 50 is a rotation speed based on the frame rate of the moving image to be reproduced (the number of frames per second. The unit is [fps]). For example, when it is possible to reproduce a moving image of 60 [fps], the rotation speed of the rotation drive unit 50 (that is, the phosphor wheel 30) may be set to an integral multiple of 60 rotations per second.
蛍光体ホイール３０から出射した光は、受光レンズ４０によって所定の向きに進行方向が変えられて、光源装置１から出力される。なお、受光レンズ４０によって、光が広がる方向に出射することもできるし、平行光を出射することもできるし、所定の位置に集光することもできる。この光源装置１をプロジェクタの光源として用いる場合、光源装置１からの出射光を、変調手段へと集光し、変調手段で形成された画像を投射手段で拡大してスクリーンに投射する。このとき変調手段で形成された画像サイズと、投射手段より投射される光の広がり角との関係から算出されるエタンデュー（Etendue）は、受光レンズ４０のＮＡ及び蛍光体の発光領域の大きさに影響する。
つまり、
（変調手段により形成された画像サイズ）×（投射角度）＝（蛍光領域ＦＬ）×（受光レンズＮＡ）
となる。よって、蛍光体の発光が略ランバーシアンであることから、受光レンズ４０はできる限り高いＮＡであることが望ましい。また、蛍光領域ＦＬは小さいことが望ましい。投射側のエタンデューよりも蛍光体側のエタンデューが大きい場合、その差分は効率低下となる。
The light emitted from the phosphor wheel 30 is output from the light source device 1 by changing the traveling direction in a predetermined direction by the light receiving lens 40. The light receiving lens 40 can emit light in a direction in which light spreads, can emit parallel light, or can collect light at a predetermined position. When this light source device 1 is used as a light source of a projector, the emitted light from the light source device 1 is condensed on the modulation means, and the image formed by the modulation means is enlarged by the projection means and projected onto the screen. At this time, Etendue calculated from the relationship between the image size formed by the modulation means and the spread angle of the light projected from the projection means is the NA of the light receiving lens 40 and the size of the light emitting area of the phosphor. Affect.
That means
(Image size formed by modulation means) × (projection angle) = (fluorescence region FL) × (light receiving lens NA)
It becomes. Therefore, since the light emission of the phosphor is substantially Lambertian, it is desirable that the light receiving lens 40 has as high NA as possible. Further, it is desirable that the fluorescent region FL is small. When the Etendue on the phosphor side is larger than the Etendue on the projection side, the difference is reduced in efficiency.
上述したとおり、受光レンズ４０のＮＡが高いため、蛍光領域ＦＬはできる限り小さいことが望ましい。しかしその場合、光源１０からの光密度が高くなってしまう。本実施形態においては、蛍光領域ＦＬの大きさは１．５〜２ｍｍ程度が望ましいため、光源１０からの光は、集光領域ＳＰの大きさとして２ｍｍ以下が望ましい。なおこの形状は、個々の光源１０の集光領域の大きさではなく、複数の光源１０を取り付けた状態での、全体の集光領域の大きさである。 As described above, since the NA of the light receiving lens 40 is high, it is desirable that the fluorescent region FL be as small as possible. However, in that case, the light density from the light source 10 becomes high. In the present embodiment, since the size of the fluorescent region FL is desirably about 1.5 to 2 mm, the light from the light source 10 is desirably 2 mm or less as the size of the condensing region SP. Note that this shape is not the size of the light condensing region of each light source 10, but the size of the entire light condensing region in a state where a plurality of light sources 10 are attached.
次に、光学部品の説明をする。本発明の実施形態に係る光学部品７０について、図１ａを用いて詳細に説明する。上述のように、集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（半導体レーザのニアフィールドパターンの長軸の方向）が第１の方向（図１ａの左の半導体レーザ等の正面図において左右方向）に配置された第１の光源１０Ａ（つまり第１の半導体レーザ１２Ａ）から出射された光が、対応するコリメートレンズ１３を経て、光学部品７０の入射面に形成された拡散層７２に入射する。このとき、コリメートレンズ１３からの出射光は、集光レンズ２０の光軸２１に平行であり、光学部品７０の入射面及びこの入射面に形成された拡散層７２の入射面は、集光レンズ２０の光軸２１に対して垂直に配置されているので、コリメートレンズ１３からの出射光は、拡散層７２の入射面に垂直に入射する。拡散層７２に入射した光は、拡散層７２を通過する間に拡散光となり、光学部品７０に入射する。なお拡散層７２による影響については、追って詳細に述べる。
このとき、光学部品７０は、その出射側の面が、第１の半導体レーザ１２Ａの集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（半導体レーザのニアフィールドパターンの長軸の方向）である第１の方向において傾斜した傾斜光学面７４を有している。よって、光学部品から集光レンズ２０の光軸２１から所定の角度だけ傾斜して、光学部品７０から出射され、その角度を保ったまま、集光レンズ２０に入射する(図１ｂの側面図参照）。つまり、集光レンズ２０の光軸２１と平行ではない所定の角度（例えば、０．２５〜２度）がついて、集光レンズ２０に入射する。また、図１ａの左の半導体レーザ等の正面図に示すように、第１の光源１０Ａに対応する２つの光学部品７０では、傾斜光学面７４の傾斜が１８０度反対向きに付けられている。
よって、２つの第１の光源１０Ａに対応する２つの光学部品７０から出射された光は、集光レンズ２０により蛍光体ホイール３０上（つまり蛍光体３２上）のそれぞれ異なる位置に集光されることになる。
Next, the optical component will be described. An optical component 70 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. As described above, the direction of the short axis (the direction of the long axis of the near field pattern of the semiconductor laser) of the condensing spot shape (far field pattern) is the first direction (in the front view of the semiconductor laser or the like on the left in FIG. 1a). The light emitted from the first light source 10 </ b> A (that is, the first semiconductor laser 12 </ b> A) arranged in the left-right direction passes through the corresponding collimating lens 13 and enters the diffusion layer 72 formed on the incident surface of the optical component 70. Incident. At this time, the light emitted from the collimating lens 13 is parallel to the optical axis 21 of the condenser lens 20, and the incident surface of the optical component 70 and the incident surface of the diffusion layer 72 formed on the incident surface are the condensing lens. The light emitted from the collimating lens 13 is incident on the incident surface of the diffusion layer 72 perpendicularly. The light incident on the diffusion layer 72 becomes diffused light while passing through the diffusion layer 72 and enters the optical component 70. The effect of the diffusion layer 72 will be described later in detail.
At this time, the optical component 70 has a surface on the emission side in the direction of the short axis of the condensing point shape (far field pattern) of the first semiconductor laser 12A (the direction of the long axis of the near field pattern of the semiconductor laser). It has the inclined optical surface 74 inclined in a certain first direction. Therefore, the optical component is inclined from the optical axis 21 of the condensing lens 20 by a predetermined angle, is emitted from the optical component 70, and enters the condensing lens 20 while maintaining the angle (see the side view of FIG. 1b). ). That is, the light enters the condenser lens 20 at a predetermined angle (for example, 0.25 to 2 degrees) that is not parallel to the optical axis 21 of the condenser lens 20. Further, as shown in the front view of the left semiconductor laser and the like in FIG. 1a, the two optical components 70 corresponding to the first light source 10A have the inclined optical surface 74 inclined in the opposite direction by 180 degrees.
Therefore, the light emitted from the two optical components 70 corresponding to the two first light sources 10A is condensed at different positions on the phosphor wheel 30 (that is, on the phosphor 32) by the condenser lens 20. It will be.
同様に、集光点形状（ファーフィールドパターン）の短軸の方向（半導体レーザのニアフィールドパターンの長軸の方向）が第２の方向（図１（ａ）の左の半導体レーザ等の正面図において上下方向）に配置された第２の光源１０Ｂ（つまり第２の半導体レーザ１２Ｂ）から出射された光が、対応するコリメートレンズ１３を経て、光学部品７０に入射する。このとき、コリメートレンズ１３からの出射光は、集光レンズ２０の光軸２１に平行であり、光学部品７０の入射面は、集光レンズ２０の光軸２１に対して垂直に配置されているので、コリメートレンズ１３からの出射光は、光学部品７０の入射面に垂直に入射する。
このとき、光学部品７０は、その出射側の面が、第２の半導体レーザ１２Ｂの集光点形状の短軸の方向（半導体レーザのニアフィールドパターンの長軸の方向）である第２の方向において傾斜した傾斜光学面７４を有している。よって、光学部品から集光レンズ２０の光軸２１から所定の角度だけ傾斜して、光学部品７０から出射され、その角度を保ったまま、集光レンズ２０に入射する（図１ａの平面図参照）。つまり、集光レンズ２０の光軸２１と平行ではない所定の角度（例えば、０．２５〜２度）がついて、集光レンズ２０に入射する。また、図１ａの左の半導体レーザ等の正面図に示すように、２つの光学部品７０では、傾斜光学面７４の傾斜が１８０度反対向きに付けられている。
よって、２つの第２の光源１０Ｂに対応する２つの光学部品７０から出射された光は、集光レンズ２０により蛍光体ホイール３０上（つまり蛍光体３２上）のそれぞれ異なる位置に集光されることになる。
Similarly, the front view of the semiconductor laser or the like on the left side in FIG. 1A is the second direction (the direction of the long axis of the near field pattern of the semiconductor laser) in the short axis direction of the focal spot shape (far field pattern). The light emitted from the second light source 10 </ b> B (that is, the second semiconductor laser 12 </ b> B) arranged in the vertical direction in FIG. 1 enters the optical component 70 through the corresponding collimator lens 13. At this time, the light emitted from the collimating lens 13 is parallel to the optical axis 21 of the condenser lens 20, and the incident surface of the optical component 70 is disposed perpendicular to the optical axis 21 of the condenser lens 20. Therefore, the outgoing light from the collimating lens 13 enters the incident surface of the optical component 70 perpendicularly.
At this time, the optical component 70 has a second direction whose surface on the emission side is the short axis direction of the condensing point shape of the second semiconductor laser 12B (the long axis direction of the near field pattern of the semiconductor laser). And an inclined optical surface 74 inclined at. Therefore, the optical component is inclined from the optical axis 21 of the condenser lens 20 by a predetermined angle, is emitted from the optical component 70, and enters the condenser lens 20 while maintaining the angle (see the plan view of FIG. 1a). ). That is, the light enters the condenser lens 20 at a predetermined angle (for example, 0.25 to 2 degrees) that is not parallel to the optical axis 21 of the condenser lens 20. Further, as shown in the front view of the left semiconductor laser or the like in FIG. 1a, the two optical components 70 have the inclined optical surface 74 inclined 180 degrees in opposite directions.
Therefore, the light emitted from the two optical components 70 corresponding to the two second light sources 10B is condensed at different positions on the phosphor wheel 30 (that is, on the phosphor 32) by the condenser lens 20. It will be.
なお、傾斜光学面７４は、集光点形状の短軸の方向に付けられるので、各半導体レーザ１２から出射された光が互いに重なり合う領域を少なくすることができ、適切に集光領域で光密度を抑えることができる。なお、本実施形態のように、コリメートレンズ１３が焦点位置からずれて配置された場合には、傾斜光学面７４は、半導体レーザ１２のニアフィールドパターンの長軸の方向に付けられ、一方、仮にコリメートレンズ１３が焦点位置に配置された場合には、傾斜光学面７４は、半導体レーザ１２のニアフィールドパターンの短軸の方向に付けられることになる。 In addition, since the inclined optical surface 74 is attached in the direction of the short axis of the condensing point shape, it is possible to reduce the area where the light emitted from each semiconductor laser 12 overlaps each other, and the light density in the condensing area appropriately. Can be suppressed. When the collimating lens 13 is arranged out of the focal position as in the present embodiment, the inclined optical surface 74 is attached in the direction of the major axis of the near field pattern of the semiconductor laser 12. When the collimating lens 13 is disposed at the focal position, the inclined optical surface 74 is attached in the direction of the minor axis of the near field pattern of the semiconductor laser 12.
このような傾斜光学面７４を有する光学部品７０を伴う２つの第１の光源１０Ａ及び２つの第２の光源１０Ｂからの出射光が、集光レンズ２０によって、蛍光体ホイール３０上に集光された場合の集光点形状の一例を、図２を用いて説明する。
図２（ａ）には、傾斜光学面７４を有さない、入射側の光学面と出射側の光学面が平行な平板状の光学部品７０における集光点形状及び断面光強度を示す。図２（ｂ）では、第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する２つの光学部品７０が配置された場合の集光点形状及び断面光強度を示す。また、図２（ｃ）には、図１ａ及び図１ｂに示す実施形態に対応した場合であって、第１の半導体レーザ１２Ａに対応する２つの光学部品７０と、第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する２つの光学部品７０とが配置された場合の集光点形状及び断面光強度を示す。
図２（ｂ）及び（ｃ）の何れにおいても、第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する２つの光学部品７０により、図面の左右方向に２つ並んだ上下に長い楕円状の集光点形状が形成される。これにより、図２（ｂ）及び（ｃ）の下側の断面光強度グラフに示すように、第２の光源１０Ｂからの出射光は、１点に集中（図２（ａ）の断面光強度グラフ参照）することなく、２つのピークを有する光強度曲線に分散される。
The light emitted from the two first light sources 10A and the two second light sources 10B with the optical component 70 having such an inclined optical surface 74 is condensed on the phosphor wheel 30 by the condenser lens 20. An example of the shape of the condensing point in the case of the above will be described with reference to FIG.
FIG. 2A shows a condensing point shape and cross-sectional light intensity in a flat plate-like optical component 70 that does not have the inclined optical surface 74 and whose incident-side optical surface and output-side optical surface are parallel. FIG. 2B shows the condensing point shape and cross-sectional light intensity when two optical components 70 corresponding to the second semiconductor laser 12B are arranged. FIG. 2C shows a case corresponding to the embodiment shown in FIG. 1A and FIG. 1B, and includes two optical components 70 corresponding to the first semiconductor laser 12A and the second semiconductor laser 12B. The condensing point shape and cross-sectional light intensity when two corresponding optical components 70 are arranged are shown.
2B and 2C, the two optical components 70 corresponding to the second semiconductor laser 12B form an elliptical condensing point shape that is vertically long and aligned in the left-right direction in the drawing. It is formed. As a result, as shown in the lower cross-sectional light intensity graphs of FIGS. 2B and 2C, the emitted light from the second light source 10B is concentrated at one point (the cross-sectional light intensity in FIG. 2A). (See graph) without being dispersed into a light intensity curve having two peaks.
図２（ｃ）においては、第２の半導体レーザ１２Ｂに対応する２つの光学部品７０による左右方向に２つ並んだ上下に長い楕円状の集光点形状に加えて、第１の半導体レーザ１２Ａに対応する２つの光学部品７０により、図面の上下方向に２つ並んだ左右に長い楕円状の集光点形状が形成される。これにより、第１の光源１０Ａからの出射光についても、２つのピークを有する光強度曲線に分散される。よって、図２（ｃ）に示す集光点形状においては、４つのピークに分散される。
なお、図１ａ及び図１ｂにおいては、光学部品７０が、同じ角度で１８０度反対向きに傾斜した傾斜光学面７４を有しているが、これに限られるものではなく、それぞれ異なる傾斜角度を有する傾斜光学面を有することもできる。
In FIG. 2C, in addition to the vertically elongated elliptical condensing point shape arranged in the left-right direction by the two optical components 70 corresponding to the second semiconductor laser 12B, the first semiconductor laser 12A By the two optical components 70 corresponding to, a long elliptical condensing point shape is formed on the left and right sides, which are arranged in the vertical direction of the drawing. Thereby, the light emitted from the first light source 10A is also dispersed into a light intensity curve having two peaks. Therefore, in the condensing point shape shown in FIG.
In FIGS. 1a and 1b, the optical component 70 has the inclined optical surface 74 inclined in the opposite direction by 180 degrees at the same angle, but the present invention is not limited to this, and each has a different inclination angle. It can also have an inclined optical surface.
ここで、集光領域を１つにした場合の元の光ピーク強度をＰｏとすると、図２（ｂ）、図２（ｃ）の場合の光ピーク強度は、
Ｐ＝Ｐｏ／（集光領域数＝ 図２（ｂ）の場合は２、図２（ｃ）の場合は４）
となる。つまり、元の光ピーク強度Ｐｏを集光領域の数で割った数値となるため、本例においては、図２（ｂ）の場合は１／２、図２（ｃ）の場合は１／４の光ピーク強度となる。
Here, assuming that the original light peak intensity in the case where the light collecting area is one is Po, the light peak intensity in the case of FIG. 2B and FIG.
P = Po / (the number of condensing areas = 2 in the case of FIG. 2B, 4 in the case of FIG. 2C)
It becomes. In other words, since the original light peak intensity Po is divided by the number of condensing regions, in this example, 1/2 in the case of FIG. 2B and 1/4 in the case of FIG. 2C. Light peak intensity.
なお、傾斜光学面７４を有する光学部品７０により、コリメートレンズ１３から、集光レンズ２０の光軸に対して所定の角度がついて集光レンズ２０に入射するが、その角度としては、絶対値で０．２５〜２度が望ましい。傾斜角度が絶対値で０．２５〜２度の範囲であれば、蛍光体ホイール３０（蛍光体）における集光領域ＳＰ（図４（ａ）参照）の面積が大きくなりすぎることはない。また、図１ａ及び図１ｂに示す１つの実施形態においては、光学部品７０において、同じ傾斜角度を有する場合に限られず、光学部品７０ごとにそれぞれ異なる傾斜角度を有することもあり得る。 The optical component 70 having the inclined optical surface 74 is incident on the condensing lens 20 from the collimating lens 13 with a predetermined angle with respect to the optical axis of the condensing lens 20. The angle is an absolute value. 0.25 to 2 degrees is desirable. If the inclination angle is in the range of 0.25 to 2 degrees as an absolute value, the area of the light collection region SP (see FIG. 4A) in the phosphor wheel 30 (phosphor) will not be too large. In one embodiment shown in FIGS. 1 a and 1 b, the optical component 70 is not limited to having the same inclination angle, and each optical component 70 may have a different inclination angle.
次に拡散層の説明をする。本実施形態においては、上述のように、第１の光源１０Ａに対応する光学部品７０の入射面に拡散層７２が形成され、つまり第１の光源１０Ａからの出射光の光路上に拡散層７２が形成されているので、この拡散層７２により拡散光となる。よって、集光領域において、拡散層がない場合に比べて、より広い領域に集光されることになる。図２（ｃ）に示すように、第１の光源１０Ａからの出射光が、拡散層７２及び光学部品７０を透過して、集光レンズ２０により、左右に長い楕円状の集光点形状が形成され、第２の光源１０Ｂからの出射光が光学部品７０を透過して、集光レンズ２０により、上下に長い楕円状の集光点形状が形成される。このとき、第１の光源１０Ａによる楕円の長軸の長さが、第２の光源１０Ｂによる楕円の長軸の長さよりも長くなっている。これは、拡散層７２により光が拡散光となるので、集光領域でより大きな像を描く（集光点形状が大きくなる）ことになるからである。 Next, the diffusion layer will be described. In the present embodiment, as described above, the diffusion layer 72 is formed on the incident surface of the optical component 70 corresponding to the first light source 10A, that is, the diffusion layer 72 on the optical path of the emitted light from the first light source 10A. Therefore, the diffusion layer 72 becomes diffused light. Therefore, in the light condensing area, the light is condensed in a wider area than in the case where there is no diffusion layer. As shown in FIG. 2 (c), the light emitted from the first light source 10 </ b> A passes through the diffusion layer 72 and the optical component 70, and the condensing lens 20 forms an elliptical condensing point shape that is long on the left and right. The emitted light from the second light source 10B is transmitted through the optical component 70, and the condensing lens 20 forms an elliptical condensing point shape that is long vertically. At this time, the length of the major axis of the ellipse by the first light source 10A is longer than the length of the major axis of the ellipse by the second light source 10B. This is because light is diffused by the diffusing layer 72, so that a larger image is drawn in the condensing region (the condensing point shape becomes larger).
よって、本実施形態では、集光レンズ２０の集光領域である蛍光体ホイール３０上（つまり蛍光体３２上）において、横長（または縦長）のスペクトル比を有する集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。よって、拡散層７２の拡散強度を適切に選ぶことによって、所望の大きさ及び所望のアスペクト比を有する集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。
なお、傾斜光学面７４を有する光学部品７０により異なる位置に集光されるので、これ
により集光点形状（ビーム形状）の大きさを調整することもできる。所望の大きさ及び所望のアスペクト比を有する集光点形状（ビーム形状）の一例としては、縦１．５ｍｍ×横２ｍｍの集光点形状（ビーム形状）を例示できるが、これに限られるものではない。なお、縦１．５ｍｍ×横２ｍｍの形状であれば、約１．３３（＝２ｍｍ／１．５ｍｍ）のアスペクト比が得られるような拡散係数を有する拡散層を用いることにより実現できる。
Therefore, in the present embodiment, a condensing point shape (beam shape) having a horizontally long (or vertically long) spectral ratio on the phosphor wheel 30 (that is, on the phosphor 32) that is a light condensing region of the condensing lens 20 is used. Can be obtained. Therefore, by appropriately selecting the diffusion intensity of the diffusion layer 72, a condensing point shape (beam shape) having a desired size and a desired aspect ratio can be obtained.
In addition, since it condenses in a different position with the optical component 70 which has the inclination optical surface 74, the magnitude | size of a condensing point shape (beam shape) can also be adjusted by this. As an example of a condensing point shape (beam shape) having a desired size and a desired aspect ratio, a condensing point shape (beam shape) of 1.5 mm in length × 2 mm in width can be exemplified, but is not limited thereto. is not. In addition, if the shape is 1.5 mm long × 2 mm wide, it can be realized by using a diffusion layer having a diffusion coefficient such that an aspect ratio of about 1.33 (= 2 mm / 1.5 mm) can be obtained.
拡散層７２としては、ＳｉＯ２やＴｉＯ２、Ｂａ２ＳＯ４等の粒子からなる拡散材を含む層を例示することができる。また拡散体の粒径については０．１〜１００μｍの範囲が好ましく、さらに１〜５０μｍの範囲がより好ましい。このような層を、コーティング等によって光学部品７０の表面に設けることができる。なお、これに限られず、多数の気泡により拡散層を形成することもできるし、光を拡散する機能を有する層であれば、任意の材料、構成を採用することができる。なお、拡散層に関するその他の実施形態については、追って詳細に説明する。
本実施形態では、集光点形状において必要なアスペクト比に応じて、最適な拡散の強さ、つまり拡散の角度が得られるように、拡散体や気泡の大きさや含有量を設定することができる。更に、光源からの光の強度、蛍光体層の特性（例えば、光密度が高い光が入射したときの波長変換効率に対する影響度や視感度の強弱等）、拡散層７２及び蛍光体３２の間の距離等に応じて、最適な拡散の強さを定めることもできる。
Examples of the diffusion layer 72 include a layer including a diffusion material made of particles such as SiO 2 , TiO 2 , and Ba 2 SO 4 . The particle size of the diffuser is preferably in the range of 0.1 to 100 μm, more preferably in the range of 1 to 50 μm. Such a layer can be provided on the surface of the optical component 70 by coating or the like. Note that the present invention is not limited thereto, and a diffusion layer can be formed by a large number of bubbles, and any material and configuration can be adopted as long as the layer has a function of diffusing light. Other embodiments relating to the diffusion layer will be described in detail later.
In the present embodiment, the size and content of the diffuser and the bubbles can be set so as to obtain the optimum diffusion intensity, that is, the diffusion angle, according to the aspect ratio required for the condensing point shape. . Furthermore, the intensity of light from the light source, the characteristics of the phosphor layer (for example, the degree of influence on the wavelength conversion efficiency when the light having a high light density is incident, the intensity of the visibility, etc.), between the diffusion layer 72 and the phosphor 32 It is also possible to determine the optimum diffusion intensity according to the distance.
以上のように、図１ａ及び図１ｂに示す実施形態の光源装置１では、半導体レーザ１２とコリメートレンズ１３とを有する複数の光源１０と、光源１０からの光を集光する集光レンズ２０と、光源１０と集光レンズ２０との間に配置される光学部品７０と、蛍光体３２を有し、集光レンズ２０で集光した光を透過させる蛍光体ホイール３０と、を備え、光学部品７０が、コリメートレンズ１３の光軸に垂直な面から傾斜した光源ごとに異なる傾斜光学面７４を有しており、半導体レーザ１２の中に、集光点形状の短軸の方向が第１の方向に配置された第１の半導体レーザ１２Ａと、集光点形状の短軸の方向が第１の方向と異なる第２の方向に配置された第２の半導体レーザ１２Ｂとがあり、第１の半導体レーザ１２Ａ及び第２の半導体レーザ１２Ｂのうちの一方の出射光の光路に、拡散層７２が形成されている。 As described above, in the light source device 1 of the embodiment shown in FIGS. 1 a and 1 b, the plurality of light sources 10 including the semiconductor laser 12 and the collimator lens 13, and the condensing lens 20 that condenses the light from the light source 10. An optical component 70 disposed between the light source 10 and the condensing lens 20, and a phosphor wheel 30 having a phosphor 32 and transmitting the light condensed by the condensing lens 20. 70 has a different inclined optical surface 74 for each light source inclined from a surface perpendicular to the optical axis of the collimating lens 13, and the short axis direction of the condensing point shape is the first in the semiconductor laser 12. A first semiconductor laser 12A arranged in a direction, and a second semiconductor laser 12B arranged in a second direction in which the direction of the short axis of the condensing point shape is different from the first direction, Semiconductor laser 12A and second semiconductor laser On one optical path of the light emitted out of 2B, the diffusion layer 72 is formed.
本実施態様によれば、光源１０Ａ、１０Ｂと集光レンズ２０との間に配置される光学部品７０が、コリメートレンズ１３の光軸に垂直な面から傾斜した光源ごとに異なる傾斜光学面７４を有しているので、複数の光源１０Ａ、１０Ｂから出射された光は、集光レンズ２０により蛍光体ホイール３０上（つまり蛍光体３２上）のそれぞれ異なる位置に集光される。従って、蛍光体３２上の集光領域ＳＰ（図４（ａ）参照）における光密度を抑えることができるため、蛍光体３２からの出射光を効率よく利用することが可能となる。
更に、集光点形状の短軸の方向が第１の方向に配置された第１の半導体レーザ１２Ａと、集光点形状の短軸の方向が第１の方向と異なる第２の方向に配置された第２の半導体レーザ１２Ｂとがあり、第１の半導体レーザ１２Ａ及び第２の半導体レーザ１２Ｂのうちの一方の出射光の光路に、拡散層７２が形成されているので、集光点形状（ビーム形状）の大きさが異なり、集光レンズの集光領域ＳＰで、所望の大きさ及び所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。なお、光学部品７０の傾斜光学面７４により異なる位置に集光されるので、これにより集光点形状（ビーム形状）の大きさを調整することもできる。
また、図８に示すように、第１の半導体レーザ１２Ａ及び第２の半導体レーザ１２Ｂのそれぞれの出射光の光路の光源１０Ａ、１０Ｂと集光レンズ２０との間に、拡散層７２を有して、拡散層７２の拡散係数を第１の半導体レーザ１２Ａと第２の半導体レーザ１２Ｂとの間で異ならせることもできる。これによっても、集光レンズの集光領域ＳＰで、所望の大きさ及び所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。
また、回折光学素子のような高額な部品を用いる必要が無いので、本実施形態では、複数の半導体レーザ１２Ａ、１２Ｂを使用した光源装置において、蛍光体３２の発光効率低下を抑制でき、更に集光領域ＳＰで、所望の大きさ及び所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を得ることができる光源装置１を低い製造コストで提供できる。
According to this embodiment, the optical component 70 disposed between the light sources 10A and 10B and the condenser lens 20 has different inclined optical surfaces 74 for each light source inclined from the surface perpendicular to the optical axis of the collimating lens 13. Therefore, the light emitted from the plurality of light sources 10 </ b> A and 10 </ b> B is condensed at different positions on the phosphor wheel 30 (that is, on the phosphor 32) by the condenser lens 20. Therefore, since the light density in the condensing region SP (see FIG. 4A) on the phosphor 32 can be suppressed, the emitted light from the phosphor 32 can be used efficiently.
Furthermore, the first semiconductor laser 12A in which the direction of the short axis of the condensing point shape is arranged in the first direction, and the direction of the short axis of the condensing point shape is arranged in the second direction different from the first direction. Since the diffusion layer 72 is formed in the optical path of one of the first semiconductor laser 12A and the second semiconductor laser 12B, the condensing point shape is obtained. The size of (beam shape) is different, and a condensing point shape (beam shape) having a desired size and a desired aspect ratio can be obtained in the condensing region SP of the condensing lens. In addition, since it condenses in a different position with the inclination optical surface 74 of the optical component 70, the magnitude | size of a condensing point shape (beam shape) can also be adjusted by this.
Also, as shown in FIG. 8, a diffusion layer 72 is provided between the light sources 10A and 10B and the condenser lens 20 in the optical paths of the emitted light of the first semiconductor laser 12A and the second semiconductor laser 12B. Thus, the diffusion coefficient of the diffusion layer 72 can be made different between the first semiconductor laser 12A and the second semiconductor laser 12B. This also makes it possible to obtain a condensing point shape (beam shape) having a desired size and a desired aspect ratio in the condensing region SP of the condensing lens.
In addition, since it is not necessary to use expensive parts such as a diffractive optical element, in this embodiment, in the light source device using a plurality of semiconductor lasers 12A and 12B, a decrease in the luminous efficiency of the phosphor 32 can be suppressed. In the light region SP, the light source device 1 capable of obtaining a condensing point shape (beam shape) having a desired size and a desired aspect ratio can be provided at a low manufacturing cost.
なお、上記の「光学部品が光源ごとに異なる傾斜光学面を有する」ことには、傾斜角度が異なる場合もあり得るし、同じ傾斜角度のものが異なる方向に配置される場合もあり得る。また、一部の光源において、同じ傾斜角度のものが同じ方向に配置される場合もあり得る。同じ傾斜角度のものが同じ方向に隣接して配置される場合には、隣接する傾斜光学面を一体的に成形することあり得る。 In addition, the above-mentioned “the optical component has a different inclined optical surface for each light source” may have different inclination angles, or may have the same inclination angle arranged in different directions. In addition, in some light sources, ones having the same inclination angle may be arranged in the same direction. When those having the same inclination angle are arranged adjacent to each other in the same direction, it is possible to integrally form adjacent inclined optical surfaces.
更に、本実施形態によれば、光学部品７０が光源１０ごとに形成されているので、最適な集光点形状（ビーム形状）を得るため、きめ細かな調整を行うことができる。また、拡散層７２が光学部品７０の光学面に形成されているので、コンパクトな光源装置１で、所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を効率的に得ることができる。
なお、拡散層７２が、図１ａ及び図１ｂの場合のように、光学部品７０のコリメートレンズ１３の光軸に垂直な光学面に設けられる場合もあるし、光学部品７０の傾斜光学面に設けられる場合もある。また、拡散層７２を独立した部品として設けて、光源１０からの出射光の光路上の集光レンズ２０までの間の何れか位置に配置することもできる。
Furthermore, according to the present embodiment, since the optical component 70 is formed for each light source 10, fine adjustment can be performed in order to obtain an optimum condensing point shape (beam shape). Further, since the diffusion layer 72 is formed on the optical surface of the optical component 70, the compact light source device 1 can efficiently obtain a condensing point shape (beam shape) having a desired aspect ratio.
The diffusion layer 72 may be provided on the optical surface perpendicular to the optical axis of the collimating lens 13 of the optical component 70 as in FIGS. 1a and 1b, or may be provided on the inclined optical surface of the optical component 70. Sometimes. Further, the diffusion layer 72 may be provided as an independent component and disposed at any position between the light condensing lens 20 on the optical path of the light emitted from the light source 10.
また、本実施形態によれば、傾斜光学面７４の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第１の光源１０Ａと、傾斜光学面７４の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第２の光源１０Ｂとを少なくとも有するので、集光レンズ２０の光軸に対して対称な位置に第１の光源１０Ａによる２つの集光点形状（ビーム形状）及び第２の光源１０Ｂによる２つの集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。よって、集光レンズ２０の光軸を中心として、所定に広がった集光点形状（ビーム形状）を得ることができる。 In addition, according to the present embodiment, the two first light sources 10A in which the inclination optical surface 74 is inclined in the opposite direction by 180 degrees and the two first light sources 10A in which the inclination optical surface 74 is inclined in the opposite direction by 180 degrees are provided. At least the second light source 10B, two condensing point shapes (beam shapes) by the first light source 10A and two by the second light source 10B are located symmetrically with respect to the optical axis of the condensing lens 20. A condensing point shape (beam shape) can be obtained. Therefore, it is possible to obtain a condensing point shape (beam shape) that spreads in a predetermined manner around the optical axis of the condensing lens 20.
また、本実施形態によれば、光学部品７０の傾斜光学面７４の傾斜が、半導体レーザ１２の集光点形状の短軸の方向、つまり半導体レーザ１２の集光点形状の長軸を中心とした回転方向に付けられているので、各半導体レーザ１２から出射された光が互いに重なり合う領域を少なくすることができ、適切に集光領域で光密度を抑えることができる。 Further, according to the present embodiment, the inclination of the inclined optical surface 74 of the optical component 70 is centered on the short axis direction of the condensing point shape of the semiconductor laser 12, that is, the long axis of the condensing point shape of the semiconductor laser 12. Therefore, the region where the light emitted from each semiconductor laser 12 overlaps with each other can be reduced, and the light density can be appropriately suppressed in the condensing region.
本実施形態によれば、第１の方向及び第２の方向が９０度異なるので、拡散層７２によって、所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を確実に得ることができる。
また、本実施形態によれば、傾斜光学面７４が、コリメートレンズ１３の光軸の垂直面から０．２５〜２度の傾斜角度で形成されているので、適切な範囲内において異なる位置に集光することができる。
更に、赤の波長領域を有する蛍光体３２Ｒが、温度が上昇による波長変換効率の低下が大きい傾向があるとしても、本実施形態によれば、蛍光体上の集光領域における光密度を抑えることができるため、波長変換効率が低下を抑制することができる。
According to the present embodiment, since the first direction and the second direction are different by 90 degrees, the light condensing point shape (beam shape) having a desired aspect ratio can be reliably obtained by the diffusion layer 72.
In addition, according to the present embodiment, the inclined optical surface 74 is formed at an inclination angle of 0.25 to 2 degrees from the vertical surface of the optical axis of the collimating lens 13, so that it is concentrated at different positions within an appropriate range. Can be light.
Furthermore, even if the phosphor 32R having the red wavelength region tends to have a large decrease in wavelength conversion efficiency due to an increase in temperature, according to the present embodiment, the light density in the condensing region on the phosphor is suppressed. Therefore, a decrease in wavelength conversion efficiency can be suppressed.
次に、図３を用いて、コリメートレンズ１３の位置と光強度の関係を説明する。図３の上側に半導体レーザ１２、コリメートレンズ１３、光学部品７０等の配置を模式的に示し、下側に、集光点形状（ビーム形状）と断面光強度を示す。図３（ａ）、（ｂ）には、半導体レーザ１２、コリメートレンズ１３及び光学部品７０が記載され、図３（ａ）では、コリメートレンズ１３が平行光を出射するための光軸方向の配置位置、つまり焦点位置に配置された場合を示し、図３（ｂ）では、コリメートレンズ１３が焦点位置（平行光を出射するための光軸方向の配置位置）からずれて配置された場合を示す。図３（ｃ）では、図３（ｂ）の状態に、更に拡散層７２を配置した場合を示す。 Next, the relationship between the position of the collimating lens 13 and the light intensity will be described with reference to FIG. The arrangement of the semiconductor laser 12, the collimating lens 13, the optical component 70, etc. is schematically shown on the upper side of FIG. 3, and the condensing point shape (beam shape) and the sectional light intensity are shown on the lower side. 3A and 3B show the semiconductor laser 12, the collimating lens 13, and the optical component 70. In FIG. 3A, the collimating lens 13 is arranged in the optical axis direction for emitting parallel light. FIG. 3B shows a case where the collimating lens 13 is arranged so as to deviate from the focal position (arrangement position in the optical axis direction for emitting parallel light). . FIG. 3C shows a case where a diffusion layer 72 is further arranged in the state of FIG.
図３（ａ）に示すように、コリメートレンズ１３を焦点位置（平行光を出射するための光軸方向の配置位置）に配置した場合には、集光領域における集光点形状は小さく、光ピーク強度が高くなっている（光密度は高くなっている）。一方、図３（ｂ）に示すように、コリメートレンズ１３を焦点位置（平行光を出射するための光軸方向の配置位置）からずらして配置した場合には、集光領域における集光点形状の面積は大きくなり、光ピーク強度が低くなっている（光密度は低くなっている）。よって、コリメートレンズ１３を焦点位置（平行光を出射するための光軸方向の配置位置）からずらすことによって、集光領域の面積を大きくして、集光する光の光密度を抑制することもできる。 As shown in FIG. 3A, when the collimating lens 13 is disposed at the focal position (arrangement position in the optical axis direction for emitting parallel light), the condensing point shape in the condensing region is small, and the light Peak intensity is high (light density is high). On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the collimating lens 13 is arranged shifted from the focal position (arrangement position in the optical axis direction for emitting parallel light), the shape of the condensing point in the condensing region. The area of the light increases and the light peak intensity decreases (the light density decreases). Therefore, by shifting the collimating lens 13 from the focal position (arrangement position in the optical axis direction for emitting parallel light), the area of the condensing region can be increased and the light density of the condensed light can be suppressed. it can.
以上のように、コリメートレンズ１３が、焦点位置（平行光を出射するための光軸方向の配置位置）とは異なる位置に配置されているので、蛍光体上の集光領域における光密度を抑えることができ、集光点形状（ビーム形状）の大きさを調整することもできる。 As described above, since the collimating lens 13 is disposed at a position different from the focal position (arrangement position in the optical axis direction for emitting parallel light), the light density in the condensing region on the phosphor is suppressed. It is also possible to adjust the size of the condensing point shape (beam shape).
更に図３（ｃ）に示すように、コリメートレンズ１３を焦点位置（平行光を出射するための光軸方向の配置位置）からずらし、傾斜光学面７４を有する光学部品７０によって、集光領域においてそれぞれ異なる位置に集光することに加えて、拡散層７２によって光の進む角度を広げて、集光領域の面積を大きくすることにより、蛍光体上で光密度を抑制することもできる。また、第１の方向及び第２の方向の少なくとも一方に拡散層７２を設けることによって、所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を形成することができる。
なお、図３（ａ）においては、模式的に、コリメートレンズ１３を焦点位置平行光を出射するための光軸方向の配置位置に配置した場合の集光点形状を小さく描いているが、用途によっては、本発明の実施形態において、コリメートレンズ１３を焦点位置平行光を出射するための光軸方向の配置位置に配置することは可能である。
Further, as shown in FIG. 3C, the collimating lens 13 is shifted from the focal position (arrangement position in the optical axis direction for emitting parallel light), and the optical component 70 having the inclined optical surface 74 is used in the light collection region. In addition to condensing light at different positions, it is also possible to suppress the light density on the phosphor by widening the light traveling angle by the diffusion layer 72 and increasing the area of the light collecting region. Further, by providing the diffusion layer 72 in at least one of the first direction and the second direction, a condensing point shape (beam shape) having a desired aspect ratio can be formed.
In FIG. 3 (a), the condensing point shape when the collimating lens 13 is arranged at the arrangement position in the optical axis direction for emitting the parallel light at the focal position is drawn small. Depending on the case, in the embodiment of the present invention, it is possible to arrange the collimating lens 13 at the arrangement position in the optical axis direction for emitting the focal position parallel light.
（傾斜光学面及び拡散層の有無による蛍光体の出力効率への影響に関する説明）
次に、図５のグラフを用いて、傾斜光学面７４を有するまたは有さない場合、及び拡散層７２を有するまたは有さない場合における蛍光体の出力効率について説明する。
図５のグラフは、蛍光体の光出力と光源の励起光出力との関係を示す。（Ａ）に示す細かい点線は、傾斜光学面７４も拡散層７２も有さない場合を示し、（Ｂ）に示す点線は、傾斜光学面７４は有するが、拡散層７２は有さない場合を示し、（Ｃ）に示す実線は、傾斜光学面７４及び拡散層７２を有する場合を示す。
（Ａ）の細かい点線で示す傾斜光学面７４も拡散層７２も有さない場合には、励起出力を上げていくと、蛍光体出力はピークを迎えて、逆に減少していく。（Ｂ）の点線で示す、傾斜光学面７４は有するが、拡散層７２は有さない場合には、励起出力を上げていくと、蛍光体出力も上昇するが徐々に飽和していく。
一方、（Ｃ）の実線で示す傾斜光学面７４及び拡散層７２を有する場合では、蛍光体出力の飽和を抑制し、光源１０からの光の出力が高い場合においても、効果的に蛍光体を使用することができる。これは、集光領域における光密度を低く抑えることができるので、蛍光体の発光効率低下を抑制するからである。
よって、傾斜光学面７４及び拡散層７２を組み合わせることにより、複数の光源１０から出射された光は蛍光体上でそれぞれ異なる位置に集光され、かつ１つ１つの光源１０からの光の集光径は大きいため、十分に光密度を低く抑えることができ、蛍光体の発光効率低下を十分に抑制することできる。
(Explanation of the effect on the output efficiency of the phosphor due to the presence of the inclined optical surface and the diffusion layer)
Next, the output efficiency of the phosphor with and without the inclined optical surface 74 and with or without the diffusion layer 72 will be described using the graph of FIG.
The graph of FIG. 5 shows the relationship between the light output of the phosphor and the excitation light output of the light source. A fine dotted line shown in (A) shows a case where neither the inclined optical surface 74 nor the diffusion layer 72 is provided, and a dotted line shown in (B) shows a case where the inclined optical surface 74 is provided but the diffusion layer 72 is not provided. The solid line shown in FIG. 8C shows the case where the inclined optical surface 74 and the diffusion layer 72 are provided.
In the case where neither the inclined optical surface 74 nor the diffusing layer 72 shown by the fine dotted line in (A) is present, when the excitation output is increased, the phosphor output reaches a peak and conversely decreases. In the case where the inclined optical surface 74 shown by the dotted line (B) is provided but the diffusion layer 72 is not provided, when the excitation output is increased, the phosphor output increases, but gradually becomes saturated.
On the other hand, in the case of having the inclined optical surface 74 and the diffusion layer 72 shown by the solid line in (C), saturation of the phosphor output is suppressed, and the phosphor is effectively used even when the light output from the light source 10 is high. Can be used. This is because the light density in the light condensing region can be kept low, so that a decrease in the luminous efficiency of the phosphor is suppressed.
Therefore, by combining the inclined optical surface 74 and the diffusion layer 72, the light emitted from the plurality of light sources 10 is condensed at different positions on the phosphor, and the light from each light source 10 is condensed. Since the diameter is large, the light density can be sufficiently reduced, and a decrease in the luminous efficiency of the phosphor can be sufficiently suppressed.
以上のように、本発明の実施形態における光源装置１では、傾斜光学面７４を有する光学部品７０により、複数の光源１０の集光領域をそれぞれずらして、蛍光体の集光領域における光密度を低減することができる。また、コリメートレンズ１３の位置をずらすデフォーカスを行うことにより、蛍光体の集光領域での形状を、エタンデューを犠牲にすることなく大きくして、光密度を下げることができる。更に、拡散層により、蛍光体の集光領域での形状を、エタンデューを犠牲にすることなく大きくして、光密度を下げることができる。これにより、蛍光体の光変換効率の低下を抑制し、効率的に蛍光体を使用することができる。更に、同一形状の光源１０の配置を変えて組み込むことが可能であり、量産性を犠牲にすることもない。 As described above, in the light source device 1 according to the embodiment of the present invention, the optical components 70 having the inclined optical surfaces 74 are used to shift the light condensing regions of the plurality of light sources 10, respectively, so Can be reduced. Further, by performing defocusing by shifting the position of the collimating lens 13, the shape of the phosphor in the light condensing region can be increased without sacrificing etendue, and the light density can be reduced. Furthermore, the diffusion layer can increase the shape of the phosphor in the light condensing region without sacrificing etendue, thereby reducing the light density. Thereby, the fall of the light conversion efficiency of fluorescent substance can be suppressed and fluorescent substance can be used efficiently. Furthermore, the arrangement of the light sources 10 having the same shape can be changed and incorporated, and mass productivity is not sacrificed.
なお、光源１０の数は、上述の実施形態に限定されるものではなく、少なくとも４つ以上であれば任意の個数でよく、１つの光源１０内の半導体レーザ１２の数については、任意の個数でよい。
また、上述の実施形態の説明において、第１の方向及び第２の方向が９０度異なる、とは第１の方向と第２の方向とのなす角度が９０度であることと同義である。
Note that the number of the light sources 10 is not limited to the above-described embodiment, and may be any number as long as it is at least four, and the number of the semiconductor lasers 12 in one light source 10 may be any number. It's okay.
In the description of the above-described embodiment, the first direction and the second direction differ by 90 degrees are synonymous with the angle formed by the first direction and the second direction being 90 degrees.
（光学部品のその他の実施形態の説明）
上述の実施形態では、傾斜光学面７４を有する光学部品７０及び拡散層７２の両方の部材を有しているが、これに限られるものではなく、拡散層７２を有さず、第１の半導体レーザ１２Ａ及び第２の半導体レーザ１２Ｂのうちの一方の出射光の光路に、拡散層の機能を果たす光学部品７０を有する場合も考えられる。このような光学部品のその他の実施形態の説明を、図６を用いて行う。図６は、本発明の実施形態の光学部品のその他の実施形態を示す模式図である。
(Description of other embodiments of optical component)
In the above-described embodiment, both the optical component 70 having the inclined optical surface 74 and the member of the diffusion layer 72 are included. However, the present invention is not limited to this, and the first semiconductor does not have the diffusion layer 72. There may be a case where an optical component 70 that functions as a diffusion layer is provided in the optical path of one of the emitted light of the laser 12A and the second semiconductor laser 12B. Other embodiments of such an optical component will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic view showing another embodiment of the optical component according to the embodiment of the present invention.
図６（ａ）には、上述の光学部品７０及び拡散層７２の両方の部材を有する場合を示す。一方、図６（ｂ）に示す実施形態では、個別に拡散層は有さず、代わりに、光学部品７０Ａの内部に気泡を含ませたり、ＳｉＯ２やＴｉＯ２、Ｂａ２ＳＯ４等の粒子からなる拡散材を含ませたりすることによって、通過する光を分散させることができる。本実施形態でも、集光点形状において必要なアスペクト比に応じて、最適な拡散の強さ、つまり拡散の角度が得られるように、拡散体や気泡の大きさや含有量を設定することができる。気泡の大きさや拡散体の粒径については、上述の実施形態と同様のものを適用することができる。 FIG. 6A shows a case where both the optical component 70 and the diffusion layer 72 are included. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 6B, there is no individual diffusion layer. Instead, bubbles are included in the optical component 70A, or particles such as SiO 2 , TiO 2 , Ba 2 SO 4, etc. The light passing therethrough can be dispersed by including a diffusing material made of Also in this embodiment, the size and content of the diffuser and the bubbles can be set so as to obtain the optimal diffusion strength, that is, the diffusion angle, according to the aspect ratio required for the condensing point shape. . Regarding the size of the bubbles and the particle size of the diffuser, the same ones as in the above-described embodiment can be applied.
図６（ｃ）に示す実施形態では、個別に拡散層は有さず、代わりに、ガラス製の光学部品７０Ｂにおいて、屈折率を異ならせるようにして、通過した光を拡散させることができる。本実施形態においても、集光点形状において必要なアスペクト比に応じて、調整することができる。 In the embodiment shown in FIG. 6 (c), there is no individual diffusion layer, and instead, in the optical component 70B made of glass, the light passing therethrough can be diffused by making the refractive index different. Also in the present embodiment, it is possible to adjust according to a required aspect ratio in the condensing point shape.
図６（ｄ）に示す実施形態では、個別に拡散層は有さず、代わりに、光学部品７０Ｃの入射面または出射面に凹凸面を設けることによって、光を拡散させることができる。本実施形態においても、集光点形状で要求されるアスペクト比に応じて、最適な拡散係数が得られるように、凹凸の大きさやピッチを設定することができる。 In the embodiment shown in FIG. 6 (d), there is no individual diffusion layer. Instead, light can be diffused by providing an uneven surface on the entrance surface or exit surface of the optical component 70C. Also in the present embodiment, the size and pitch of the unevenness can be set so that an optimum diffusion coefficient can be obtained according to the aspect ratio required for the condensing point shape.
（本発明の１つの実施形態に係るプロジェクタの説明）
次に、図７を用いて、上述の実施形態で示した光源装置１を、いわゆる１チップ方式のＤＢＰプロジェクタにおける光源装置として用いる場合を説明する。なお、図７は、上述の実施形態で示した光源装置１を備えたプロジェクタ１００の構成を示すための模式図であって、光源装置１やプロジェクタ１００を上から見た模式的な平面図である。
図７において、光源装置１から出射された光は、光空間変調器であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子１１０で反射され、投射手段である投射レンズ１２０によって集光されて、スクリーンＳＣに投影される。ＤＭＤ素子は、スクリーンに投影された画像の各画素に相当する微細なミラーをマトリックス状に配列したものであり、各ミラーの角度を変化させてスクリーンへ出射する光を、マイクロ秒単位でオン／オフすることができる。
また、各ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、投射レンズへ入射する光の階調を変化させることにより、投影する画像の画像データに基づいた階調表示が可能になる。
(Description of projector according to one embodiment of the present invention)
Next, the case where the light source device 1 shown in the above-described embodiment is used as a light source device in a so-called one-chip DBP projector will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram for illustrating the configuration of the projector 100 including the light source device 1 shown in the above-described embodiment, and is a schematic plan view of the light source device 1 and the projector 100 as viewed from above. is there.
In FIG. 7, light emitted from the light source device 1 is reflected by a DMD (Digital Micromirror Device) element 110 which is an optical spatial modulator, condensed by a projection lens 120 which is a projection means, and projected onto a screen SC. The The DMD element is a matrix in which fine mirrors corresponding to each pixel of an image projected on a screen are arranged in a matrix, and the light emitted to the screen by changing the angle of each mirror is turned on / off in units of microseconds. Can be turned off.
In addition, by changing the gradation of light incident on the projection lens according to the ratio of the time when each mirror is turned on and the time when it is turned off, gradation display based on the image data of the image to be projected becomes possible. Become.
なお、本実施形態では、光変調手段としてＤＭＤ素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。また、本発明に係る光源装置１及びこの光源装置１を用いたプロジェクタは、上述した実施形態に限られるものではなく、その他の様々な実施形態が本発明に含まれる。 In the present embodiment, the DMD element is used as the light modulation means. However, the present invention is not limited to this, and any other light modulation element can be used depending on the application. In addition, the light source device 1 and the projector using the light source device 1 according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments are included in the present invention.
以上のように、本実施形態によれば、複数の半導体レーザ及び蛍光体ホイールを使用した光源装置１を備え、該光源装置１において、蛍光体の発光効率低下を抑制でき、更に光源装置１からの出力光の集光領域で、所望のアスペクト比の集光点形状（ビーム形状）を得ることができるプロジェクタ１００を低い製造コストで提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the light source device 1 using a plurality of semiconductor lasers and phosphor wheels is provided. In the light source device 1, a decrease in the luminous efficiency of the phosphor can be suppressed. It is possible to provide the projector 100 that can obtain a condensing point shape (beam shape) having a desired aspect ratio in the condensing region of the output light at a low manufacturing cost.
本発明の実施の形態を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。 Although the embodiments of the present invention have been described, the disclosure may vary in the details of the configuration, and combinations of elements and changes in the order in the embodiments depart from the scope and spirit of the claimed invention. It can be realized without.
１ 光源装置
１０ 光源
１１ 筐体
１２ 半導体レーザ
１３ コリメートレンズ
２０ 集光レンズ
２１ 集光レンズの光軸
３０ 蛍光体ホイール
３１ 誘電体膜
３２ 蛍光体
４０ 受光レンズ
５０ 回転駆動部
５０ａ 駆動軸
６０ 放熱部材（支持部材）
７０ 光学部品
７２ 拡散層
７４ 傾斜光学面
１００ プロジェクタ
１１０ ＤＭＤ素子
１２０ 投射レンズ
ＳＣ スクリーン
ＳＰ 集光領域
ＦＬ 蛍光体発光領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source device 10 Light source 11 Housing | casing 12 Semiconductor laser 13 Collimating lens 20 Condensing lens 21 Optical axis 30 of condensing lens Phosphor wheel 31 Dielectric film 32 Phosphor 40 Light receiving lens 50 Rotation drive part 50a Drive shaft 60 Heat radiation member ( Support member)
70 Optical component 72 Diffusion layer 74 Inclined optical surface 100 Projector 110 DMD element 120 Projection lens SC Screen SP Condensing area FL Phosphor light emitting area
Claims (13)
前記光源からの光を集光する集光レンズと、
前記光源と前記集光レンズとの間に配置され、前記光源からの光を透過させる光学部品と、
蛍光体を有し、前記集光レンズで集光した光を透過させる蛍光体ホイールと、
を備え、
前記光学部品が、前記コリメートレンズの光軸に垂直な面から傾斜した前記光源ごとに異なる傾斜光学面を有しており、
前記半導体レーザの中に、集光点形状の短軸の方向が第１の方向に配置された第１の半導体レーザと、集光点形状の短軸の方向が前記第１の方向と異なる第２の方向に配置された第２の半導体レーザとがあり、
前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザのうちの一方の出射光の光路のうち、前記光源と前記集光レンズとの間に、拡散層が形成されていることを特徴とする光源装置。 A plurality of light sources having a semiconductor laser and a collimating lens;
A condensing lens for condensing light from the light source;
An optical component disposed between the light source and the condenser lens and transmitting light from the light source;
A phosphor wheel having a phosphor and transmitting the light collected by the condenser lens;
With
The optical component has a different inclined optical surface for each of the light sources inclined from a surface perpendicular to the optical axis of the collimating lens;
In the semiconductor laser, the first semiconductor laser in which the direction of the short axis of the condensing point shape is arranged in the first direction, and the direction of the short axis of the condensing point shape is different from the first direction. And a second semiconductor laser arranged in the direction of
A light source characterized in that a diffusion layer is formed between the light source and the condenser lens in an optical path of one of the emitted light of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser. apparatus.
前記光源からの光を集光する集光レンズと、
前記光源と前記集光レンズとの間に配置され、前記光源からの光を透過させる光学部品と、
蛍光体を有し、前記集光レンズで集光した光を透過させる蛍光体ホイールと、
を備え、
前記光学部品が、前記コリメートレンズの光軸に垂直な面から傾斜した前記光源ごとに異なる傾斜光学面を有しており、
前記半導体レーザの中に、集光点形状の短軸の方向が第１の方向に配置された第１の半導体レーザと、集光点形状の短軸の方向が前記第１の方向と異なる第２の方向に配置された第２の半導体レーザとがあり、
前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザのそれぞれの出射光の光路のうち、前記光源と前記集光レンズとの間に、拡散層を有し、前記拡散層の拡散係数が、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとの間で異なることを特徴とする光源装置。 A plurality of light sources having a semiconductor laser and a collimating lens;
A condensing lens for condensing light from the light source;
An optical component disposed between the light source and the condenser lens and transmitting light from the light source;
A phosphor wheel having a phosphor and transmitting the light collected by the condenser lens;
With
The optical component has a different inclined optical surface for each of the light sources inclined from a surface perpendicular to the optical axis of the collimating lens;
In the semiconductor laser, the first semiconductor laser in which the direction of the short axis of the condensing point shape is arranged in the first direction, and the direction of the short axis of the condensing point shape is different from the first direction. And a second semiconductor laser arranged in the direction of
Of the optical paths of the emitted light of each of the first semiconductor laser and the second semiconductor laser, a diffusion layer is provided between the light source and the condenser lens, and the diffusion coefficient of the diffusion layer is A light source device, wherein the light source device is different between the first semiconductor laser and the second semiconductor laser.
前記傾斜光学面の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第１の光源と、前記傾斜光学面の傾斜が１８０度反対向きに付けられた２つの第２の光源とを少なくとも有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光源装置。 The plurality of light sources are
And having at least two first light sources with tilted optical surfaces inclined at 180 degrees opposite to each other and two second light sources with tilted optical surfaces inclined at 180 degrees opposite to each other. The light source device according to claim 1, wherein the light source device is a light source device.
画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
前記画像を拡大して投射する投射手段と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。 The light source device according to any one of claims 1 to 12,
A light modulation unit that sequentially modulates light of a plurality of wavelength bands emitted from the light source device to form an image based on image data;
Projection means for enlarging and projecting the image;
A projector comprising:
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