JP6950476B2

JP6950476B2 - Light source device and projector using it

Info

Publication number: JP6950476B2
Application number: JP2017217731A
Authority: JP
Inventors: 丈裕西森
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: JP2019090863A

Description

本発明は、光源装置、及びこれを用いたプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source device and a projector using the same.

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、メモリカード等に記憶されている画像をスクリーンに投影するプロジェクタが多用されている。プロジェクタは、光源から射出された光をＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device：マイクロミラー素子）、液晶素子などの画像表示素子に集光させ、スクリーン上に画像を投射するものである。従来のプロジェクタは、高輝度の放電ランプを光源とするものが主流であったが、近年、励起光を出力する固体発光素子と、励起光を吸収して所定の波長帯域光に変換する蛍光体を組み合わせた光源装置が用いられるようになっている。 Today, projectors that project images stored on the screens of personal computers, video images, memory cards, etc. are often used. A projector focuses light emitted from a light source on an image display element such as a DMD (Digital Micro-mirror Device) or a liquid crystal element, and projects an image on a screen. Conventional projectors mainly use a high-intensity discharge lamp as a light source, but in recent years, a solid-state light emitting element that outputs excitation light and a phosphor that absorbs excitation light and converts it into predetermined wavelength band light. A light source device that combines the above has come to be used.

励起光を出力する固体発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）等が用いられている。励起光と、２種類の蛍光体層が形成された回転基板（蛍光体ホイール）を用いて、３色の光（励起光と２つの蛍光）を生成し、３つの色光を合成することで白色光が得られる（特許文献１参照）。 As a solid-state light emitting element that outputs excitation light, a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), an organic EL (Electro Luminescence), or the like is used. Using the excitation light and a rotating substrate (fluorescent wheel) on which two types of phosphor layers are formed, three colors of light (excitation light and two fluorescence) are generated, and the three color lights are combined to create white light. Light is obtained (see Patent Document 1).

今までの光源装置では、高出力の白色光を得るために多数の励起光源を使用し、励起光源からの各射出光を集光して蛍光体の１カ所に照射している。励起密度の高い光を蛍光体の１カ所に照射すると、照射箇所の温度が急激に高くなり、蛍光体の温度消光特性によって蛍光変換効率（発光効率）が低下する。温度消光とは、温度上昇により励起光によって電子が励起状態になる確率が下がる現象である。集光した光を３つに分岐して、各分岐光を蛍光体上の対応する領域に照射する場合でも、分岐された各光の励起密度は依然として高く、加熱により蛍光体の発光効率が低下する。 In the conventional light source device, a large number of excitation light sources are used in order to obtain high-power white light, and each emission light from the excitation light source is collected and irradiated to one place of the phosphor. When light having a high excitation density is irradiated to one place of the phosphor, the temperature of the irradiated place rises sharply, and the fluorescence conversion efficiency (luminous efficiency) decreases due to the temperature quenching characteristic of the phosphor. Temperature quenching is a phenomenon in which the probability that an electron will be excited by excitation light decreases as the temperature rises. Even when the focused light is branched into three and each branched light is applied to the corresponding region on the phosphor, the excitation density of each branched light is still high, and the luminous efficiency of the phosphor is reduced by heating. do.

本発明は、光源装置において、温度消光の影響を低減して高効率の蛍光変換を実現することを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the influence of temperature quenching in a light source device to realize highly efficient fluorescence conversion.

上記課題を解決するために、一つの態様では、光源装置は、
励起光を出力する複数の光源と、
蛍光体が配置された第１領域と蛍光体が配置されていない第２領域とを有する蛍光体担持部と、
を有し、
前記複数の光源から出力される励起光は、前記蛍光体担持部の異なる位置を照射し、
前記異なる位置からの出射光を合成した合成光が出力され、
前記複数の光源は、前記蛍光体担持部に形成される照射スポットが、前記第１領域と前記第２領域に所定の面積割合でまたがるように前記蛍光体担持部を照射し、
前記所定の面積割合が異なる複数の前記照射スポットが形成する。

In order to solve the above problem, in one embodiment, the light source device is
With multiple light sources that output excitation light,
A phosphor-supporting portion having a first region in which a phosphor is arranged and a second region in which a phosphor is not arranged,
Have,
The excitation light output from the plurality of light sources irradiates different positions of the phosphor-supporting portion, and the excitation light is emitted.
The combined light that combines the emitted light from the different positions is output .
The plurality of light sources irradiate the phosphor-supporting portion so that the irradiation spot formed on the phosphor-supporting portion straddles the first region and the second region at a predetermined area ratio.
A plurality of the irradiation spots having different predetermined area ratios are formed .

上記の構成により、光源装置で温度消光の影響を低減して、高効率の蛍光変換を実現することができる。 With the above configuration, it is possible to reduce the influence of temperature quenching in the light source device and realize highly efficient fluorescence conversion.

第１実施形態の光源装置の概略図である。It is the schematic of the light source apparatus of 1st Embodiment. 第１実施形態の光源装置で用いられる蛍光体ホイールの概略図である。It is the schematic of the phosphor wheel used in the light source apparatus of 1st Embodiment. 図２のサークルで囲んだ領域の拡大図である。It is an enlarged view of the area surrounded by the circle of FIG. 蛍光体ホイールに形成されるスポットの別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the spot formed on a phosphor wheel. 光源装置とともに用いられるカラーホイールの一例である。This is an example of a color wheel used together with a light source device. 第２実施形態の光源装置の概略図である。It is the schematic of the light source apparatus of 2nd Embodiment. 第２実施形態の光源装置で用いられる蛍光体ホイールの概略図である。It is the schematic of the phosphor wheel used in the light source device of 2nd Embodiment. 図７のサークルで囲んだ領域の拡大図である。It is an enlarged view of the area surrounded by the circle of FIG. 第３実施形態の光源装置の概略図である。It is the schematic of the light source apparatus of 3rd Embodiment. 第３実施形態の光源装置で用いられる蛍光体ホイールの概略図である。It is the schematic of the phosphor wheel used in the light source device of 3rd Embodiment. 図１０のサークルで囲んだ領域の拡大図である。It is an enlarged view of the area surrounded by the circle of FIG. 光源装置の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a light source device. 組み立て後の光源装置の外観図である。It is an external view of the light source device after assembly. 光源アレイの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light source array. 光源アレイを形成する光源集合体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light source aggregate which forms the light source array. 蛍光ホイール上に形成されるスポットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the spot formed on a fluorescent wheel. 光源装置の光軸に沿った方向の垂直断面図である。It is a vertical cross-sectional view in the direction along the optical axis of a light source device. 光源装置を用いたプロジェクタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of a projector using a light source device.

実施形態では、高出力の白色光を実現しつつ、温度消光の影響を低減して発光効率を高めるため、複数の光源から出力された励起光の各々を、蛍光体担持部のそれぞれ異なる箇所に分散させて照射する。各照射箇所からの出射光を集光して白色光を出力する。 In the embodiment, in order to reduce the influence of temperature quenching and increase the luminous efficiency while realizing high-power white light, each of the excitation lights output from a plurality of light sources is placed at different locations on the phosphor-supporting portion. Disperse and irradiate. White light is output by condensing the emitted light from each irradiation point.

蛍光体担持部の各照射箇所での励起強度は高くないので、温度消光が抑制される。蛍光体担持部の各箇所で白色の出射光を生成してもよい。この場合は、それぞれの白色光を集光して高出力の白色光が得られる。この構成では、個々の光源素子のばらつきと、各照射位置での蛍光のばらつきを吸収して、安定した色調の白色光を出力することができる。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の光源装置１０Ａの概略図である。光源装置１０Ａは、複数の光源１１と、蛍光体担持部２Ａと、集光レンズ８０を有する。蛍光体担持部２Ａは、蛍光体４５として、緑色蛍光体層４５Ｇと、赤色蛍光体層４５Ｒを担持している。 Since the excitation intensity at each irradiation site of the phosphor-supported portion is not high, temperature quenching is suppressed. White emitted light may be generated at each location of the phosphor-supported portion. In this case, each white light is condensed to obtain high-power white light. In this configuration, it is possible to absorb the variation of individual light source elements and the variation of fluorescence at each irradiation position, and output white light having a stable color tone.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic view of the light source device 10A of the first embodiment. The light source device 10A includes a plurality of light sources 11, a phosphor-supporting portion 2A, and a condenser lens 80. The phosphor supporting portion 2A supports a green phosphor layer 45G and a red phosphor layer 45R as the phosphor 45.

複数の光源１１から出力された光は、蛍光体担持部２Ａのそれぞれ異なる箇所を照射する。各光源１１と蛍光体担持部２Ａの間に、光源１１から出力される励起光を所望のスポット径に成形する光学系２０を配置してもよい。 The light output from the plurality of light sources 11 irradiates different portions of the phosphor-supporting portion 2A. An optical system 20 that forms the excitation light output from the light source 11 to a desired spot diameter may be arranged between each light source 11 and the phosphor-supported portion 2A.

蛍光体担持部２Ａは、後述するように、蛍光体４５が設けられた領域と、透過領域とを有する。各光源１１から出力される励起光の強度はそれほど大きくなく、蛍光体担持部２Ａの照射位置での励起密度も高くない。蛍光体４５での昇温が抑制され、光源装置１０Ａの発光効率を高く維持することができる。 The phosphor-supporting portion 2A has a region provided with the phosphor 45 and a transmission region, as will be described later. The intensity of the excitation light output from each light source 11 is not so high, and the excitation density at the irradiation position of the phosphor carrier 2A is not high. The temperature rise in the phosphor 45 is suppressed, and the luminous efficiency of the light source device 10A can be maintained high.

蛍光体担持部２Ａの異なる箇所から出射される複数の光は、集光レンズ８０で集光される。集光レンズ８０で集光された光９９が、光源装置１０Ａの出力光である。この出力光は、蛍光体担持部２Ａの複数の箇所を透過した光の合成光である。 A plurality of lights emitted from different locations of the phosphor-supporting portion 2A are condensed by the condenser lens 80. The light 99 collected by the condenser lens 80 is the output light of the light source device 10A. This output light is a synthetic light of light transmitted through a plurality of locations of the phosphor-supporting portion 2A.

光源装置１０Ａの出力光は、色切り換え部９のカラーホイール９０の所定の位置に集光される。カラーホイール９０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラー領域を有し、光源装置１０Ａの出力光を各色の光に切り替えて、出力する。 The output light of the light source device 10A is collected at a predetermined position of the color wheel 90 of the color switching unit 9. The color wheel 90 has red (R), green (G), and blue (B) color regions, and switches the output light of the light source device 10A to the light of each color and outputs the light.

色切り換え部９は、カラーホイール９０の他に、カラーホイール９０を駆動軸９２のまわりに駆動するステッピングモータ９１を有する。光源装置１０Ａから出力された光が、カラーホイール９０のいずれのカラー領域に入射するかによって、特定の色光がカラーホイール９０から時分割で取出される。カラーホイール９０を透過した光は、ロッドインテグレータ９３に入射する。ロッドインテグレータ９３は、カラーホイール９０を透過した光の光量及び／または照度を均一に調整する光学部品である。このような光学部品として、ロッドインテグレータ９３に替えて、あるいはロッドインテグレータ９３と組み合わせてライトトンネル等を用いてもよい。 In addition to the color wheel 90, the color switching unit 9 has a stepping motor 91 that drives the color wheel 90 around the drive shaft 92. Specific color light is extracted from the color wheel 90 in a time-division manner depending on which color region of the color wheel 90 the light output from the light source device 10A is incident on. The light transmitted through the color wheel 90 is incident on the rod integrator 93. The rod integrator 93 is an optical component that uniformly adjusts the amount and / or illuminance of light transmitted through the color wheel 90. As such an optical component, a light tunnel or the like may be used instead of the rod integrator 93 or in combination with the rod integrator 93.

光源装置１０Ａについて、より詳細に説明する。複数の光源１１は所望の配置パターンで並べられている。配置パターンは、円環状、多角形または楕円の環状、矩形配置の組み合わせなどである。複数の光源１１からの出力光が干渉しない程度にアレイ状に配置されていればよいので、所望の配列パターンを採用することができる。この例では、複数の光源１１が環状に配列されたアレイを用いる。 The light source device 10A will be described in more detail. The plurality of light sources 11 are arranged in a desired arrangement pattern. The arrangement pattern is an annular shape, a polygonal or elliptical ring shape, a combination of rectangular arrangements, and the like. Since it is sufficient that the output lights from the plurality of light sources 11 are arranged in an array so as not to interfere with each other, a desired array pattern can be adopted. In this example, an array in which a plurality of light sources 11 are arranged in a ring shape is used.

各光源１１は、発光ダイオード、レーザーダイオード、有機ＥＬ等、所定の波長の励起光を出力する発光素子である。ＬＤ等の固体発光素子を用いることで、放電ランプに比べて、色再現性、発光効率、光利用効率等が良好であり、瞬時に点灯し、かつ寿命が長い。点光源（或いは平行ビーム）であるため、照明系が設計しやすく、色合成が簡易になる。 Each light source 11 is a light emitting element such as a light emitting diode, a laser diode, or an organic EL that outputs excitation light having a predetermined wavelength. By using a solid-state light emitting element such as LD, the color reproducibility, luminous efficiency, light utilization efficiency, etc. are better than those of a discharge lamp, the lamp lights up instantly, and the life is long. Since it is a point light source (or a parallel beam), it is easy to design an illumination system and color composition is easy.

各光源１１から射出した光は、各光源に対応して設けられた光学系２０によって、所望のスポット径に整形され、蛍光体担持部２Ａの所定の領域に導かれる。光学系２０は、たとえば、集光レンズ２０６、２０７を含むレンズ群で形成されてもよい。 The light emitted from each light source 11 is shaped into a desired spot diameter by the optical system 20 provided corresponding to each light source, and is guided to a predetermined region of the phosphor-supporting portion 2A. The optical system 20 may be formed of, for example, a lens group including condenser lenses 206 and 207.

蛍光体担持部２Ａは、蛍光体ホイール２１と、蛍光体ホイール２１の入射面に形成されたダイクロイック層３、及び、蛍光体ホイール２１の出射面に形成された蛍光体４５の層を有する。図１の例では、蛍光体ホイール２１に赤色蛍光体層４５Ｒと緑色蛍光体層４５Ｇが設けられている。 The phosphor carrier 2A has a phosphor wheel 21, a dichroic layer 3 formed on the incident surface of the phosphor wheel 21, and a layer of the phosphor 45 formed on the exit surface of the phosphor wheel 21. In the example of FIG. 1, the phosphor wheel 21 is provided with the red phosphor layer 45R and the green phosphor layer 45G.

ダイクロイック層３は、光源１１からの射出光（励起光）のみを透過し、その他の波長成分を反射する。この例では、励起光は青色の光である。赤色蛍光体層４５Ｒは、励起光で照射されると赤色の蛍光を発する。緑色蛍光体層４５Ｇは、励起光で照射されると緑色の蛍光を発する。励起光の波長を別の波長に変換するという点で、波長変換層と呼んでもよい。 The dichroic layer 3 transmits only the emission light (excitation light) from the light source 11 and reflects other wavelength components. In this example, the excitation light is blue light. The red phosphor layer 45R emits red fluorescence when irradiated with excitation light. The green phosphor layer 45G emits green fluorescence when irradiated with excitation light. It may be called a wavelength conversion layer in that it converts the wavelength of the excitation light into another wavelength.

ダイクロイック層３と、蛍光体ホイール２１を透過した各光線は、蛍光体ホイール２１の出射面から出射し、対応するピックアップレンズ５０で平行光にされ、集光レンズ８０により、カラーホイール９０上の１点に集光される。集光レンズ８０から出射された光９９は、蛍光体ホイール２１の複数の箇所を透過した光の合成光である。 Each light ray transmitted through the dichroic layer 3 and the phosphor wheel 21 is emitted from the exit surface of the phosphor wheel 21 and is made into parallel light by the corresponding pickup lens 50, and is made parallel by the condenser lens 80. It is focused on a point. The light 99 emitted from the condenser lens 80 is a composite light of light transmitted through a plurality of locations of the phosphor wheel 21.

図２は、蛍光体ホイール２１の概略図、図３は、図２のサークルで囲んだ領域Ａの拡大図である。蛍光体ホイール２１は、透過型基板２０１に、同心円で形成された環状の赤色蛍光体層４５Ｒと、緑色蛍光体層４５Ｇを有する。赤色蛍光体層４５Ｒと、緑色蛍光体層４５Ｇの間は、透過領域２０２である。 FIG. 2 is a schematic view of the phosphor wheel 21, and FIG. 3 is an enlarged view of a region A surrounded by a circle in FIG. The phosphor wheel 21 has an annular red phosphor layer 45R formed by concentric circles and a green phosphor layer 45G on the transmissive substrate 201. The transmission region 202 is between the red phosphor layer 45R and the green phosphor layer 45G.

透過型基板２０１は、ガラス、プラスチック等の透過性の高い材料で形成されている。透過型基板２０１は、回転軸４８に接続されており、ステッピングモータ４９によって回転される。回転軸４８は、透過型基板２０１の中心を通り、基板の法線と平行に設けられており、蛍光体ホイール２１を基板の面内方向に回転可能に支持している。 The transmissive substrate 201 is made of a highly transparent material such as glass or plastic. The transmissive substrate 201 is connected to the rotating shaft 48 and is rotated by the stepping motor 49. The rotating shaft 48 passes through the center of the transmissive substrate 201 and is provided parallel to the normal of the substrate, and rotatably supports the phosphor wheel 21 in the in-plane direction of the substrate.

蛍光体ホイール２１の回転は必須ではない。図２に示すように、各光源１１から出力された励起光ＰＬ（Ｂ）は、蛍光体ホイール２１の上に分散された複数のスポットを形成する。蛍光体ホイール２１での熱集中が防止され、各スポット位置での昇温が抑制されているので、ステッピングモータ４９をオフにして用いることも可能である。 The rotation of the phosphor wheel 21 is not essential. As shown in FIG. 2, the excitation light PL (B) output from each light source 11 forms a plurality of dispersed spots on the phosphor wheel 21. Since heat concentration on the phosphor wheel 21 is prevented and the temperature rise at each spot position is suppressed, the stepping motor 49 can be turned off and used.

蛍光体ホイール２１を所定の回転レートで回転する場合は、励起光ＰＬ（Ｂ）のスポット位置を、照射単位時間ごとにずらすことができる。また、蛍光体ホイール２１が回転することによって、蛍光体ホイール２１自体がヒートスプレッダとして機能する。この場合は、熱分散と冷却効果をさらに高めることができる。 When the phosphor wheel 21 is rotated at a predetermined rotation rate, the spot position of the excitation light PL (B) can be shifted for each irradiation unit time. Further, as the phosphor wheel 21 rotates, the phosphor wheel 21 itself functions as a heat spreader. In this case, the heat dispersion and cooling effect can be further enhanced.

図３は、蛍光体ホイール２１に形成される励起光ＰＬ（Ｂ）のスポット２０３の一例である。透過基板２０１の環状の蛍光領域に導かれた励起光ＰＬ（Ｂ）は、赤色蛍光体層４５Ｒと、緑色蛍光体層４５Ｇと、透過領域２０２にまたがるスポット２０３を形成する。スポット２０３の形状と径は、光学系２０により制御されている。 FIG. 3 is an example of the spot 203 of the excitation light PL (B) formed on the phosphor wheel 21. The excitation light PL (B) guided to the annular fluorescence region of the transmission substrate 201 forms a red phosphor layer 45R, a green phosphor layer 45G, and a spot 203 straddling the transmission region 202. The shape and diameter of the spot 203 are controlled by the optical system 20.

図３の例では、励起光ＰＬ（Ｂ）のスポット２０３は、スポット面積の約２割で赤色蛍光体層４５Ｒを照射し、約７割で緑色蛍光体層４５Ｇを照射している。スポット面積の約１割は、透過領域２０２を照射している。 In the example of FIG. 3, the spot 203 of the excitation light PL (B) irradiates the red phosphor layer 45R with about 20% of the spot area and the green phosphor layer 45G with about 70%. About 10% of the spot area illuminates the transmission region 202.

この面積割合で蛍光体ホイール２１を通過した赤色光、青色光、及び緑色光は、ピックアップレンズ５０（図１参照）で平行光９９ａにされる。ピックアップレンズ５０から出力される平行光９９ａは、この例では３色の光が所定の割合で混合された白色光である。図１を参照して説明したように、複数の白色光が集光レンズ８０によってひとつの白色光に集光される。これにより、複数の光源１１のばらつき、各スポットで生成される白色光のばらつき等を吸収して、安定した白色光源が実現される。 The red light, blue light, and green light that have passed through the phosphor wheel 21 at this area ratio are converted to parallel light 99a by the pickup lens 50 (see FIG. 1). The parallel light 99a output from the pickup lens 50 is white light in which light of three colors is mixed at a predetermined ratio in this example. As described with reference to FIG. 1, a plurality of white lights are condensed into one white light by the condenser lens 80. As a result, a stable white light source is realized by absorbing variations in the plurality of light sources 11, variations in white light generated at each spot, and the like.

蛍光体ホイール２１に形成されるスポット２０３は、図３の例に限定されない。最終的に集光レンズ８０から出力される光が白色光になればよいので、複数のピックアップレンズ５０からそれぞれ異なる色の光が出力され、集光レンズ８０による光混合の結果、白色光が生成されてもよい。 The spot 203 formed on the phosphor wheel 21 is not limited to the example of FIG. Since it is sufficient that the light finally output from the condenser lens 80 becomes white light, light of different colors is output from the plurality of pickup lenses 50, and white light is generated as a result of light mixing by the condenser lens 80. May be done.

図４は、蛍光体ホイール２１に形成されるスポットの別の例を示す図である。例（Ａ）では、緑色蛍光体層４５Ｇと透過領域２０２にまたがる第１スポット２０３−１と、赤色蛍光体層４５Ｒと透過領域２０２にまたがる第２スポット２０３−２が形成される。第１スポット２０３−１からシアン色の光が出力され、第２スポット２０３−２からマゼンダ色の光が出力され、集光レンズ８０で集光されて白色光が生成される。 FIG. 4 is a diagram showing another example of the spot formed on the phosphor wheel 21. In Example (A), the first spot 203-1 straddling the green phosphor layer 45G and the transmission region 202 and the second spot 203-2 straddling the red phosphor layer 45R and the transmission region 202 are formed. Cyan-colored light is output from the first spot 203-1 and magenta-colored light is output from the second spot 203-2, and the light is condensed by the condenser lens 80 to generate white light.

図４の例（Ｂ）では、緑色蛍光体層４５Ｇの内部に形成される第１スポット２０３−１と、赤色蛍光体層４５Ｒと透過領域２０２にまたがる第２スポット２０３−２が形成されている。第１スポットから緑（Ｇ）の波長の光が出力され、第２スポットから赤（Ｒ）と青（Ｂ）の波長の光が出力され、集光レンズ８０で集光されて白色光となる。例（Ａ）と例（Ｂ）で、スポット全体が占める面積割合を緑領域、赤領域、透明領域で７：２：１としてもよい。 In the example (B) of FIG. 4, the first spot 203-1 formed inside the green phosphor layer 45G and the second spot 203-2 straddling the red phosphor layer 45R and the transmission region 202 are formed. .. Light with a wavelength of green (G) is output from the first spot, light with wavelengths of red (R) and blue (B) is output from the second spot, and the light is condensed by the condenser lens 80 to become white light. .. In Example (A) and Example (B), the area ratio occupied by the entire spot may be 7: 2: 1 in the green area, the red area, and the transparent area.

図４の例（Ａ）、（Ｂ）以外にも、複数のスポット２０３を透過した光を集光して白色光を得ることができれば、蛍光体ホイール２１上にどのようなスポットを形成してもよい。この構成により、複数の光源１１から出力された各励起光ＰＬ（Ｂ）で蛍光体ホイール２１上の異なる箇所を照射して、蛍光体４５の温度上昇を抑制し、高い発光効率で白色光を得ることができる。 In addition to the examples (A) and (B) of FIG. 4, if white light can be obtained by condensing the light transmitted through the plurality of spots 203, what kind of spots can be formed on the phosphor wheel 21. May be good. With this configuration, each excitation light PL (B) output from the plurality of light sources 11 irradiates different parts on the phosphor wheel 21, suppresses the temperature rise of the phosphor 45, and emits white light with high luminous efficiency. Obtainable.

光源装置１０Ａでは、従来構成で用いられていた分割ミラーや合成ミラー等が省略され、構成が簡素化され小型化される。また、各光源１１のばらつきが吸収され、安定した品質の白色光を生成することができる。複数の光源１１を環状に配置し、光源群の中心と蛍光ホイール２１の中心を同軸上に配置する場合は、光源装置１０Ａを大型化せずに蛍光体ホイール２１をできるだけ大きくすることができる。蛍光体ホイールの放熱領域を増やすことで、冷却効率が向上する。第１実施形態の光源装置１０Ａは、小型化と高い蛍光変換効率を両立できる点で優れている。 In the light source device 10A, the split mirror, the composite mirror, and the like used in the conventional configuration are omitted, and the configuration is simplified and miniaturized. Further, the variation of each light source 11 is absorbed, and white light of stable quality can be generated. When a plurality of light sources 11 are arranged in a ring shape and the center of the light source group and the center of the fluorescent wheel 21 are arranged coaxially, the phosphor wheel 21 can be made as large as possible without increasing the size of the light source device 10A. Cooling efficiency is improved by increasing the heat dissipation area of the phosphor wheel. The light source device 10A of the first embodiment is excellent in that it can achieve both miniaturization and high fluorescence conversion efficiency.

図５は、光源装置１０Ａとともに用いられるカラーホイール９０の一例を示す。カラーホイール９０は、円形の基板９０１で形成され、ステッピングモータ９１により回転軸９２のまわりに駆動されて光色を切り替える。基板９０１の回転方向に沿って、分割された領域９０２Ｒ、９０２Ｂ、及び９０２Ｇが配置されている。 FIG. 5 shows an example of a color wheel 90 used together with the light source device 10A. The color wheel 90 is formed of a circular substrate 901 and is driven around a rotating shaft 92 by a stepping motor 91 to switch the light color. The divided regions 902R, 902B, and 902G are arranged along the rotation direction of the substrate 901.

領域９０２Ｒは、赤色成分の光だけを透過し、その他の光成分を吸収又は反射する。領域９０２Ｂは青色成分の光だけを透過し、その他の光成分を吸収又は反射する。領域９０２Ｂは緑色成分の光だけを透過し、その他の光成分を吸収又は反射する。領域９０２Ｒ、９０２Ｂ、及び９０２Ｇが円周方向に配置され、基板９０１の回転により、赤色、青色、緑色の光が順次放射される。 The region 902R transmits only the light of the red component and absorbs or reflects the other light components. Region 902B transmits only the light of the blue component and absorbs or reflects the other light components. Region 902B transmits only the light of the green component and absorbs or reflects the other light components. Regions 902R, 902B, and 902G are arranged in the circumferential direction, and red, blue, and green lights are sequentially emitted by the rotation of the substrate 901.

カラーホイール９０から放射された光は、ロッドインテグレータ９３等の光学部品（図１参照）で光量が均一化された後に、リレーレンズ等を介して液晶、ＤＭＤなどの画像形成素子アレイに照射される。画像形成素子アレイで形成された画像は、投射レンズにより外部スクリーンに投射される。光源装置１０Ａを用いたプロジェクタの詳細な構成については、後述する。
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態の光源装置１０Ｂの概略図である。光源装置１０Ｂは、蛍光体担持部２Ｂの構成を除いて、第１実施形態と同じである。同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する記載を省略する。 The light emitted from the color wheel 90 is applied to an image forming element array such as a liquid crystal display or a DMD through a relay lens or the like after the amount of light is made uniform by an optical component (see FIG. 1) such as a rod integrator 93. .. The image formed by the image forming element array is projected onto an external screen by a projection lens. The detailed configuration of the projector using the light source device 10A will be described later.
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a schematic view of the light source device 10B of the second embodiment. The light source device 10B is the same as that of the first embodiment except for the configuration of the phosphor supporting portion 2B. The same components are designated by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

第２実施形態の蛍光体担持部２Ｂは、蛍光体ホイール２１上に黄色蛍光体層４５Ｙを有する。黄色蛍光体層４５Ｙは、励起光の照射により黄色の蛍光を発する蛍光材料で形成されている。光源１１として青色光源を用いる場合、青色波長の励起光ＰＬ（Ｂ）の入射を受けて、黄色波長の光を発する材料が用いられる。 The phosphor carrying portion 2B of the second embodiment has a yellow phosphor layer 45Y on the phosphor wheel 21. The yellow phosphor layer 45Y is formed of a fluorescent material that emits yellow fluorescence when irradiated with excitation light. When a blue light source is used as the light source 11, a material that emits light having a yellow wavelength is used in response to the incident of the excitation light PL (B) having a blue wavelength.

複数の光源１１から出力された光は、光学系２０でスポット整形され、黄色蛍光体層４５Ｙを有する蛍光体ホイール２１の対応する箇所に入射する。蛍光体ホイール２１の各照射位置で生成された光はピックアップレンズ５０で平行光９９ａにされ、集光レンズ８０により、カラーホイール９０の所定の位置に集光される。 The light output from the plurality of light sources 11 is spot-shaped by the optical system 20 and incident on the corresponding portion of the phosphor wheel 21 having the yellow phosphor layer 45Y. The light generated at each irradiation position of the phosphor wheel 21 is made into parallel light 99a by the pickup lens 50, and is condensed to a predetermined position of the color wheel 90 by the condenser lens 80.

図７は、蛍光体担持部２Ｂの構成を示す図である。図８は、図７のサークルで囲まれた領域Ａの拡大図である。蛍光体ホイール２１を形成する透過型基板２０１の出射面に、黄色蛍光体層４５Ｙが設けられている。黄色蛍光体層４５Ｙが設けられていない領域は、励起光ＰＬ（Ｂ）をそのまま透過させる透過領域２０２である。 FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the phosphor-supporting portion 2B. FIG. 8 is an enlarged view of the area A surrounded by the circle of FIG. 7. A yellow phosphor layer 45Y is provided on the exit surface of the transmissive substrate 201 forming the phosphor wheel 21. The region where the yellow phosphor layer 45Y is not provided is a transmission region 202 through which the excitation light PL (B) is transmitted as it is.

蛍光体ホイール２１の上で、黄色蛍光体層４５Ｙと透過領域２０２にまたがるスポット２０３が複数形成される。スポット２０３の数と形成位置は、光源１１の数と配置に対応する。図８に示すように、スポット２０３は、スポット面積の約９割で黄色蛍光体層４５Ｙを照射し、約１割で透過領域２０２を照射するように形成されている。 A plurality of spots 203 straddling the yellow phosphor layer 45Y and the transmission region 202 are formed on the phosphor wheel 21. The number and formation positions of the spots 203 correspond to the number and arrangement of the light sources 11. As shown in FIG. 8, the spot 203 is formed so as to irradiate the yellow phosphor layer 45Y on about 90% of the spot area and irradiate the transmission region 202 on about 10%.

黄色蛍光体層４５を透過した光は黄色の光である。透過領域２０２を透過した光は青色光である。加法混色により各スポット２０３で生成される光は白色光となる。蛍光体ホイール２１を透過した光はピックアップレンズ５０で平行光９９ａにされ、集光レンズ８０により複数の平行光９９ａが一点に集光される。 The light transmitted through the yellow phosphor layer 45 is yellow light. The light transmitted through the transmission region 202 is blue light. The light generated at each spot 203 by additive color mixing becomes white light. The light transmitted through the phosphor wheel 21 is converted into parallel light 99a by the pickup lens 50, and a plurality of parallel lights 99a are focused by the condenser lens 80 at one point.

図７及び図８の構成を用いる場合、各ピックアップレンズ５０から出力される平行光９９ａは白色光であり、集光レンズ８０からの出射光９９は、平行光９９ａを合成した白色光である。励起密度が高くない複数の励起光線で蛍光体ホイール２１の複数の箇所を照射して所望の蛍光を生成し、その後集光して白色光を生成するので、蛍光体の昇温、温度消光を抑制することができる。また、光源１１のばらつき、各スポット２０３で生成される蛍光のばらつきを吸収して、安定した白色光を生成することができる。 When the configurations of FIGS. 7 and 8 are used, the parallel light 99a output from each pickup lens 50 is white light, and the emitted light 99 from the condenser lens 80 is white light obtained by synthesizing the parallel light 99a. Since a plurality of excitation rays having a low excitation density irradiate a plurality of parts of the phosphor wheel 21 to generate desired fluorescence and then condense to generate white light, the phosphor is heated and the temperature is extinguished. It can be suppressed. Further, it is possible to generate stable white light by absorbing the variation of the light source 11 and the variation of the fluorescence generated at each spot 203.

集光レンズ８０から取り出される光が白色光になればよいので、各スポット２０３で生成される光は、必ずしもすべてが白色光でなくてもよい。蛍光体ホイール２１の全体として、スポット２０３が占めるトータルの面積のうち、黄色蛍光体層４５Ｙが約９割、透過領域２０２が約１割となればよい。したがって、黄色蛍光体層４５Ｙの内部に形成される第１スポットと、黄色蛍光体層４５Ｙと透過領域２０２にまたがる第２スポットを混在させてもよい。また、２つの黄色蛍光体層４５Ｙを間に透過領域２０２を挟んで二重に配置してもよい。 Since the light extracted from the condenser lens 80 may be white light, the light generated at each spot 203 does not necessarily have to be all white light. Of the total area occupied by the spot 203 as a whole of the phosphor wheel 21, the yellow phosphor layer 45Y may be about 90% and the transmission region 202 may be about 10%. Therefore, the first spot formed inside the yellow phosphor layer 45Y and the second spot straddling the yellow phosphor layer 45Y and the transmission region 202 may be mixed. Further, the two yellow phosphor layers 45Y may be doubly arranged with the transmission region 202 sandwiched between them.

図６に戻って、集光レンズ８０を通過した光９９は、カラーホイール９０の所定の位置に入射する。カラーホイール９０はステッピングモータ９１により回転軸９２の周りに回転する。カラーホイール９０は、第１実施形態と同様に、円周方向に分割された赤色の領域９０２Ｒ、青色の領域９０２Ｂ、及び緑色の領域９０２Ｇを有し（図５参照）、時分割で赤色光、青色光、緑色光を順次放射する。カラーホイール９０を透過した光は、ロッドインテグレータで光量が均一化された後に、画像形成パネルに導かれる。後述するように、画像形成パネルに形成された画像は、投射レンズによって外部スクリーンに投射される。 Returning to FIG. 6, the light 99 that has passed through the condenser lens 80 is incident on the predetermined position of the color wheel 90. The color wheel 90 is rotated around a rotation shaft 92 by a stepping motor 91. Similar to the first embodiment, the color wheel 90 has a red region 902R, a blue region 902B, and a green region 902G divided in the circumferential direction (see FIG. 5), and the red light is divided in time. It emits blue light and green light in sequence. The light transmitted through the color wheel 90 is guided to the image forming panel after the amount of light is made uniform by the rod integrator. As will be described later, the image formed on the image forming panel is projected onto the external screen by the projection lens.

第２実施形態の構成によっても、光源装置の小型化と蛍光変換効率の向上を両立することができる。
＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態の光源装置１０Ｃの概略図である。光源装置１０Ｃは、蛍光体担持部２Ｃの構成を除いて、第１実施形態と同じである。同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する記載を省略する。 The configuration of the second embodiment also makes it possible to achieve both miniaturization of the light source device and improvement of fluorescence conversion efficiency.
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a schematic view of the light source device 10C of the third embodiment. The light source device 10C is the same as that of the first embodiment except for the configuration of the phosphor supporting portion 2C. The same components are designated by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

第３実施形態の蛍光体担持部２Ｃは、蛍光体ホイール２１の基板として、反射型基板２０４を用いる。第１実施形態と第２実施形態では、透過型基板２０１を用いて、光源１１から出力される励起光を、蛍光体４５の形成面と反対側から入射していた。第３実施形態では、光源１１から出力される励起光を、蛍光体４５の形成面と同じ側から入射する。 The phosphor-supporting portion 2C of the third embodiment uses a reflective substrate 204 as the substrate of the phosphor wheel 21. In the first embodiment and the second embodiment, the excitation light output from the light source 11 is incident on the side opposite to the formation surface of the phosphor 45 by using the transmissive substrate 201. In the third embodiment, the excitation light output from the light source 11 is incident on the same side as the forming surface of the phosphor 45.

複数の光源１１は、たとえば円環状に配置されている。各光源１１に、ダイクロイックミラー５と、集光レンズ２０６及び２０７が設けられている。円環状の光源アレイの中心と、蛍光体ホイール２１の中心を同軸に配置することで、光源装置１０Ｃを大型化させないで、蛍光体ホイール２１の反射面に複数の照射スポットを分散させることができる。 The plurality of light sources 11 are arranged in an annular shape, for example. Each light source 11 is provided with a dichroic mirror 5 and condenser lenses 206 and 207. By arranging the center of the annular light source array and the center of the phosphor wheel 21 coaxially, it is possible to disperse a plurality of irradiation spots on the reflecting surface of the phosphor wheel 21 without increasing the size of the light source device 10C. ..

各光源１１から出力された光は、集光レンズ２０６、ダイクロイックミラー５、及び集光レンズ２０７によって、所望のスポット径に整形され、蛍光体ホイール２１の所定の位置に導かれる。集光レンズ２０６は、光源１１からの出力光を平行光に整形する。ダイクロイックミラー５は、光源１１から出力される励起光だけを反射し、その他の波長成分の光を透過する。励起光は、たとえば青色波長の光である。ダイクロイックミラー５で反射された励起光は、集光レンズ２０７で、反射型基板２０４の赤色蛍光体層４５Ｒと緑色蛍光体層４５Ｇが形成された領域に結像する。 The light output from each light source 11 is shaped into a desired spot diameter by the condenser lens 206, the dichroic mirror 5, and the condenser lens 207, and is guided to a predetermined position on the phosphor wheel 21. The condenser lens 206 shapes the output light from the light source 11 into parallel light. The dichroic mirror 5 reflects only the excitation light output from the light source 11 and transmits the light of other wavelength components. The excitation light is, for example, light having a blue wavelength. The excitation light reflected by the dichroic mirror 5 is formed by the condenser lens 207 in the region where the red phosphor layer 45R and the green phosphor layer 45G are formed on the reflective substrate 204.

反射型基板２０４の光入射面は、アルミニウム合金、銀等の高反射率の金属材料で形成されている。あるいは、屈折率の異なる誘電体薄膜を積層した多層反射膜が形成されていてもよい。 The light incident surface of the reflective substrate 204 is made of a metal material having a high reflectance such as an aluminum alloy or silver. Alternatively, a multilayer reflective film in which dielectric thin films having different refractive indexes are laminated may be formed.

蛍光体ホイール２１は、反射型基板２０４の中心を通り法線と平行に設けられた回転軸４８に接続されており、ステッピングモータ４９により回転可能である。 The phosphor wheel 21 is connected to a rotating shaft 48 provided in parallel with the normal through the center of the reflective substrate 204, and can be rotated by a stepping motor 49.

図１０は、蛍光体担持部２Ｃの構成を示す図、図１１は、図１０のサークルで囲まれた領域Ａの拡大図である。蛍光体ホイール２１を形成する反射型基板２０４の反射面に、赤色蛍光体層４５Ｒと、緑色蛍光体層４５Ｇが環状に設けられている。蛍光体４５が形成されていない領域は、反射領域２０５である。 FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the phosphor-supporting portion 2C, and FIG. 11 is an enlarged view of the region A surrounded by the circle of FIG. A red phosphor layer 45R and a green phosphor layer 45G are provided in an annular shape on the reflective surface of the reflective substrate 204 forming the phosphor wheel 21. The region where the phosphor 45 is not formed is the reflection region 205.

複数の光源１１から出力された励起光は、蛍光体ホイール２１に複数のスポット２０３を形成する。各スポット２０３は、赤色蛍光体層４５Ｒ、緑色蛍光体層４５Ｇ、及び反射領域２０５にまたがって形成されている。スポット２０３の形状とサイズは、集光レンズ２０６及び２０７によって調整されている。この例では、スポット面積の約２割が赤色蛍光体層４５Ｒを照射し、約７割が緑色蛍光体層４５Ｇを照射し、約１割が反射領域２０５を照射している。この場合、反射型基板２０４の各スポット位置で反射された光は、白色光になる。 The excitation light output from the plurality of light sources 11 forms a plurality of spots 203 on the phosphor wheel 21. Each spot 203 is formed so as to straddle the red phosphor layer 45R, the green phosphor layer 45G, and the reflection region 205. The shape and size of the spot 203 are adjusted by the condenser lenses 206 and 207. In this example, about 20% of the spot area is irradiated with the red phosphor layer 45R, about 70% is irradiated with the green phosphor layer 45G, and about 10% is irradiated with the reflection region 205. In this case, the light reflected at each spot position of the reflective substrate 204 becomes white light.

各スポット２０３は、単一の光源１１からの出力光で形成されるので、その励起密度は高くない。緑色蛍光体層４５Ｇと赤色蛍光体層４５Ｒでの昇温に起因する温度消光を防止することができる。 Since each spot 203 is formed by the output light from a single light source 11, its excitation density is not high. It is possible to prevent temperature quenching caused by temperature rise in the green phosphor layer 45G and the red phosphor layer 45R.

反射型基板２０４の反射面に形成されるスポット２０３は、かならずしも赤色蛍光体層４５Ｒ、緑色蛍光体層４５Ｇ、及び反射領域２０５の３つの領域にまたがっていなくてもよい。第１実施形態で説明したように、集光レンズ８０で集光された光９９が白色光になるのであれば、蛍光体ホイール２１上のスポット２０３の位置と大きさは、適宜設計可能である。 The spot 203 formed on the reflective surface of the reflective substrate 204 does not necessarily have to span the three regions of the red phosphor layer 45R, the green phosphor layer 45G, and the reflective region 205. As described in the first embodiment, if the light 99 collected by the condenser lens 80 becomes white light, the position and size of the spot 203 on the phosphor wheel 21 can be appropriately designed. ..

図９に戻って、蛍光体ホイール２１の反射型基板２０４で波長変換された反射光は、集光レンズ８０で１点に集光される。集光レンズ８０から出射される光９９は、各スポット２０３で生成された光が合成された白色光である。複数のスポットで生成された白色光を合成してひとつの白色光を出力することで、各光源１１のばらつきや、スポットごとに生成される白色光のばらつきを吸収して、安定した白色光源が実現する。 Returning to FIG. 9, the wavelength-converted reflected light on the reflective substrate 204 of the phosphor wheel 21 is condensed to one point by the condenser lens 80. The light 99 emitted from the condenser lens 80 is white light in which the light generated at each spot 203 is combined. By synthesizing the white light generated by a plurality of spots and outputting one white light, a stable white light source can be obtained by absorbing the variation of each light source 11 and the variation of the white light generated for each spot. Realize.

白色光は、色切り換え部９のカラーホイール９０に導光され、実施例１および２と同様に、時分割で赤色、青色、緑色の光が順次放射される。各色の放射光は、ロッドインテグレータ９３等の光学部品で光量が均一化された後に、リレーレンズで画像形成パネルに照射され、投射レンズによって外部スクリーンに投射される。 The white light is guided to the color wheel 90 of the color switching unit 9, and red, blue, and green lights are sequentially emitted in a time-division manner as in the first and second embodiments. The synchrotron radiation of each color is irradiated to the image forming panel by the relay lens after the light amount is made uniform by the optical component such as the rod integrator 93, and is projected to the external screen by the projection lens.

第３実施形態の構成でも、光源装置の小型化と蛍光変換効率の向上が両立する。
＜光源アセンブリ＞
図１２〜図１７は、光源装置１０のアセンブリを説明する図である。光源装置１０は、第１実施形態〜第３実施形態のいずれの構成であってもよい。図１２は、光源装置１０の分解斜視図、図１３は、組み立て後の光源装置１０の外観図である。 Even in the configuration of the third embodiment, the miniaturization of the light source device and the improvement of the fluorescence conversion efficiency are compatible.
<Light source assembly>
12 to 17 are views for explaining the assembly of the light source device 10. The light source device 10 may have any of the configurations of the first embodiment to the third embodiment. FIG. 12 is an exploded perspective view of the light source device 10, and FIG. 13 is an external view of the light source device 10 after assembly.

光源装置１０は、光源ハウジング１５とレンズハウジング１４の中に配置される。光源ハウジング１５は、複数の光源１１が配列された光源アレイ７と、蛍光体ホイール２１を含む蛍光体担持部２を収容する。レンズハウジング１４は、集光レンズ８０と集光凹レンズ８１を収容する。 The light source device 10 is arranged in the light source housing 15 and the lens housing 14. The light source housing 15 accommodates a light source array 7 in which a plurality of light sources 11 are arranged, and a phosphor carrier portion 2 including a phosphor wheel 21. The lens housing 14 accommodates the condenser lens 80 and the condenser concave lens 81.

レンズハウジング１４の光出射方向の前面側に、カラーホイール９０を用いた色切り換え部９が配置されている。カラーホイール９０の出力側の所定の位置に、ロッドインテグレータ９３が配置される。ロッドインテグレータ９３の光軸と、集光レンズ８０及び集光凹レンズ８１の光軸はそろっている。 A color switching portion 9 using the color wheel 90 is arranged on the front side of the lens housing 14 in the light emitting direction. The rod integrator 93 is arranged at a predetermined position on the output side of the color wheel 90. The optical axis of the rod integrator 93 and the optical axis of the condensing lens 80 and the condensing concave lens 81 are aligned.

光源ハウジング１５の背面にヒートパイプ等を配置して、光源アレイ７に配置された各光源１１からの発熱を逃がす放熱部材として機能させてもよい。また、図１３のように光源ハウジング１５とレンズハウジング１４を組み合わせた状態で、アセンブリの両サイドにヒートシンクを配置してもよい。ヒートパイプ、ヒートシンク等と組み合わせて送風ファンを用いてもよい。 A heat pipe or the like may be arranged on the back surface of the light source housing 15 to function as a heat radiating member that dissipates heat generated from each light source 11 arranged in the light source array 7. Further, heat sinks may be arranged on both sides of the assembly in a state where the light source housing 15 and the lens housing 14 are combined as shown in FIG. A blower fan may be used in combination with a heat pipe, a heat sink, or the like.

図１４は、光源装置１０で用いられる光源アレイ７と蛍光体ホイール２１の概略図、図１５は、光源アレイ７に用いられる光源集合体１１０の概略図である。光源アレイ７は、複数の光源集合体１１０を組み合わせて形成されている。図１４では４つの矩形の光源集合体１１０を環状に組み合わせているが、この例に限定されない。３つまたは５以上の矩形の光源集合体１１０を組み合わせて多角形の光源アレイを形成してもよいし、円弧状の光源集合体１１０を組み合わせて、円環またはレーストラック型の光源アレイを形成してもよい。２つのＬ字型の光源集合体を組み合わせてもよい。 FIG. 14 is a schematic view of the light source array 7 and the phosphor wheel 21 used in the light source device 10, and FIG. 15 is a schematic view of the light source assembly 110 used in the light source array 7. The light source array 7 is formed by combining a plurality of light source aggregates 110. In FIG. 14, four rectangular light source aggregates 110 are combined in a ring shape, but the present invention is not limited to this example. Three or more rectangular light source aggregates 110 may be combined to form a polygonal light source array, or arcuate light source aggregates 110 may be combined to form a ring or racetrack type light source array. You may. Two L-shaped light source aggregates may be combined.

光源アレイ７の中心軸と同軸上に、ステッピングモータ４９の回転軸４８が配置され、回転軸４８に蛍光体ホイール２１が接続されている。この配置構成は、実施形態１及び実施形態２のように透過型基板２０１で蛍光体ホイール２１が形成されているときの配置構成である。 A rotating shaft 48 of the stepping motor 49 is arranged coaxially with the central axis of the light source array 7, and a phosphor wheel 21 is connected to the rotating shaft 48. This arrangement configuration is the arrangement configuration when the phosphor wheel 21 is formed on the transmissive substrate 201 as in the first and second embodiments.

蛍光体ホイール２１の出射面に、環状の蛍光体４５が形成されている。蛍光体４５は、第１実施形態のように、透過領域２０２を挟んで緑色蛍光体層４５Ｇと赤色蛍光体層４５Ｒが配置されたものであってもよい。あるいは、第２実施形態のように、黄色蛍光体層４５Ｙを二重に配置したものであってもよい。 An annular phosphor 45 is formed on the exit surface of the phosphor wheel 21. The phosphor 45 may be one in which the green phosphor layer 45G and the red phosphor layer 45R are arranged with the transmission region 202 interposed therebetween, as in the first embodiment. Alternatively, as in the second embodiment, the yellow phosphor layer 45Y may be doubly arranged.

図１５は、光源アレイ７に用いられる光源集合体１１０の一例を示す。長方形の基板にＬＤ等の光源１１が２次元的（２×４列）に配列されている。各光源１１に対向して集光レンズ１１１が設けられている。各光源１１から出力された光は対応する集光レンズ１１１によって所望のスポット径に整形され、蛍光ホイール２１の蛍光体４５が設けられた領域に導かれる。 FIG. 15 shows an example of the light source assembly 110 used for the light source array 7. Light sources 11 such as LDs are arranged two-dimensionally (2 × 4 rows) on a rectangular substrate. A condenser lens 111 is provided facing each light source 11. The light output from each light source 11 is shaped into a desired spot diameter by the corresponding condensing lens 111, and is guided to the region provided with the phosphor 45 of the fluorescence wheel 21.

図１６は、蛍光ホイール２１上に形成されるスポット２０３の例を示す図である。この例では、蛍光体ホイール２１に黄色蛍光体層４５Ｙが二重に配置されている。また、光源アレイ７として、４つの長方形の光源集合体１１０を環状に組み合わせたものを用いている。 FIG. 16 is a diagram showing an example of a spot 203 formed on the fluorescent wheel 21. In this example, the yellow phosphor layer 45Y is doubly arranged on the phosphor wheel 21. Further, as the light source array 7, a combination of four rectangular light source aggregates 110 in an annular shape is used.

光源アレイ７に配置されている光源１１に対応して、蛍光ホイール２１に複数の励起光のスポット２０３が分散して形成されている。図１４の光源アレイ７を用いた場合、スポットは２×４の配列の組み合わせで形成される。その結果、ひとつの黄色蛍光体層４５Ｙと透過領域２０２にまたがって形成されるスポット、２つの黄色蛍光体層４５Ｙと透過領域２０２にまたがって形成されるスポット、ほぼ黄色蛍光体層４５Ｙの領域内に形成されるスポット等が混在する。 A plurality of excitation light spots 203 are dispersed and formed on the fluorescent wheel 21 corresponding to the light source 11 arranged in the light source array 7. When the light source array 7 of FIG. 14 is used, the spots are formed by a combination of 2 × 4 arrays. As a result, a spot formed across one yellow phosphor layer 45Y and the transmission region 202, a spot formed across the two yellow phosphor layers 45Y and the transmission region 202, substantially within the region of the yellow phosphor layer 45Y. Spots and the like formed in the area are mixed.

スポットの総面積でみると、スポット面積の約９割が黄色蛍光体層４５Ｙを照射し、約１割が透過領域２０２を照射している。換言すると、複数の光源１１からの総出射光量の約１割が、蛍光体ホイール２１の透過領域２０２を透過する。蛍光体ホイール２１の各スポット２０３で生成された光を集光レンズ８０で合成すると、白色光になる。 Looking at the total area of the spots, about 90% of the spot area irradiates the yellow phosphor layer 45Y, and about 10% irradiates the transmission region 202. In other words, about 10% of the total amount of light emitted from the plurality of light sources 11 passes through the transmission region 202 of the phosphor wheel 21. When the light generated at each spot 203 of the phosphor wheel 21 is combined by the condenser lens 80, it becomes white light.

図１７は、光源装置１０の光軸に沿った方向の垂直断面図である。複数の光源１１から出力された励起光は、蛍光体ホイール２１の異なる箇所に入射する。蛍光体ホイールをそのまま透過した光と、蛍光体ホイール２１の蛍光体４５と反応して生成された蛍光は、集光レンズ８０、及び集光凹レンズ８１によって１点に集光され、白色光としてカラーホイール９０に導光される。 FIG. 17 is a vertical cross-sectional view of the light source device 10 in the direction along the optical axis. The excitation light output from the plurality of light sources 11 is incident on different parts of the phosphor wheel 21. The light transmitted through the phosphor wheel as it is and the fluorescence generated by reacting with the phosphor 45 of the phosphor wheel 21 are condensed to one point by the condensing lens 80 and the condensing concave lens 81, and are colored as white light. The light is guided to the wheel 90.

図５を参照して述べたように、カラーホイール９０は、青色成分の光のみを透過し、その他の光成分を吸収又は反射する領域９０２Ｂと、緑色成分の光のみを透過し、その他の光成分を吸収又は反射する領域９０２Ｇと、赤色成分の光のみを透過し、その他の光成分を吸収又は反射する領域９０２Ｒが、回転方向に分割配置されている。 As described with reference to FIG. 5, the color wheel 90 transmits only the light of the blue component and transmits or reflects the other light components 902B, and transmits only the light of the green component and transmits the other light. The region 902G that absorbs or reflects the component and the region 902R that transmits only the light of the red component and absorbs or reflects the other light components are separately arranged in the rotation direction.

カラーホイール９０から時分割で赤色、青色、緑色の光が順次放射され、ロッドインテグレータ９３で各色の光量が均一化される。
＜プロジェクタの構成＞
図１８は、光源装置１０を用いたプロジェクタ１の構成例を示す。プロジェクタ１は、パーソナルコンピュータ等の画像情報出力装置８に接続されている。 Red, blue, and green lights are sequentially emitted from the color wheel 90 in a time-division manner, and the amount of light of each color is made uniform by the rod integrator 93.
<Projector configuration>
FIG. 18 shows a configuration example of the projector 1 using the light source device 10. The projector 1 is connected to an image information output device 8 such as a personal computer.

プロジェクタ１は、光源装置１０、光源駆動装置１３５、色切り換え部９、ロッドインテグレータ９３を含む照明光学系１７０、画像形成パネル１６０、投射光学系１８０、制御装置１９０、及び画像入力インターフェース１９１を有する。 The projector 1 includes a light source device 10, a light source driving device 135, a color switching unit 9, an illumination optical system 170 including a rod integrator 93, an image forming panel 160, a projection optical system 180, a control device 190, and an image input interface 191.

制御装置１９０は、画像入力インターフェース１９１を介して画像情報出力装置８から入力される画像情報に基づいて、画像形成パネル１６０、光源駆動装置１３５、及び色切り換え部９を制御する。制御装置１９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリを有し、プロジェクタ１の全体の動作を制御してもよい。 The control device 190 controls the image forming panel 160, the light source driving device 135, and the color switching unit 9 based on the image information input from the image information output device 8 via the image input interface 191. The control device 190 has a CPU (Central Processing Unit) and a memory, and may control the overall operation of the projector 1.

光源駆動装置１３５は、光源装置１０の各光源１１を駆動する。光源装置１０で、複数の光源１１から出力される励起光は、蛍光体ホイール２１の複数の箇所を照射する。複数のスポットから出射する蛍光は集光レンズ８０で集光され、白色光として光源装置１０から出力される。蛍光体ホイール２１の蛍光体に励起密度の低い光が分散されて入射するので、蛍光体の温度消光が抑制され、蛍光変換効率が高く維持される。集光レンズ８０により集光された白色光は、色切り換え部９のカラーホイール９０に入射する。 The light source driving device 135 drives each light source 11 of the light source device 10. The excitation light output from the plurality of light sources 11 in the light source device 10 irradiates a plurality of locations of the phosphor wheel 21. The fluorescence emitted from the plurality of spots is condensed by the condenser lens 80 and output as white light from the light source device 10. Since light having a low excitation density is dispersed and incident on the phosphor of the phosphor wheel 21, the temperature quenching of the phosphor is suppressed and the fluorescence conversion efficiency is maintained high. The white light collected by the condenser lens 80 is incident on the color wheel 90 of the color switching unit 9.

カラーホイール９０を回転するステッピングモータ９１の動作は、制御装置１９０によって制御されている。カラーホイール９０の回転により、領域９０２Ｒ、９０２Ｂ、及び９０２Ｇから、時分割で赤色光、青色光、及び緑色光が順次取り出される。 The operation of the stepping motor 91 that rotates the color wheel 90 is controlled by the control device 190. By rotating the color wheel 90, red light, blue light, and green light are sequentially extracted from the regions 902R, 902B, and 902G in a time-division manner.

カラーホイール９０を透過した光はロッドインテグレータ９３に入射し、色ごとに光量が均一化される。ロッドインテグレータ９３の入射側に集光レンズが配置されていてもよい。ロッドインテグレータ９３から出射した光は、照明光学系１７０のリレーレンズ１７１、１７２、１７３、及びミラー１７４、１７５を介して、画像形成パネル１６０を照射する。 The light transmitted through the color wheel 90 enters the rod integrator 93, and the amount of light is made uniform for each color. A condenser lens may be arranged on the incident side of the rod integrator 93. The light emitted from the rod integrator 93 irradiates the image forming panel 160 through the relay lenses 171 and 172, 173 of the illumination optical system 170 and the mirrors 174 and 175.

画像形成パネル１６０は、ＤＭＤ、液晶等の微細な画像形成素子が２次元状に配置されており、各素子が画素を形成する。制御装置１９０は、画像情報に基づいて、画像形成パネル１６０を画素単位でオン・オフ制御し、赤色成分の画像、緑色成分の画像、及び青色成分の画像を時分割で形成する。 In the image forming panel 160, fine image forming elements such as DMD and liquid crystal are arranged two-dimensionally, and each element forms a pixel. The control device 190 controls the image formation panel 160 on / off on a pixel-by-pixel basis based on the image information, and forms a red component image, a green component image, and a blue component image in a time-divided manner.

画像形成パネル１６０での各色の画像形成タイミングと、カラーホイール９０での各色光の切り替えタイミングは、制御装置１９０の制御の下で同期している。画像形成パネル１６０に赤色成分の画像が形成されているときは、赤色画像は、照明光学系１７０を介して赤色光で照射される。赤色画像で反射された赤色光は、投射光学系１８０により、外部のスクリーンへ拡大投射される。 The image formation timing of each color on the image forming panel 160 and the switching timing of each color light on the color wheel 90 are synchronized under the control of the control device 190. When an image of a red component is formed on the image forming panel 160, the red image is irradiated with red light via the illumination optical system 170. The red light reflected by the red image is magnified and projected onto an external screen by the projection optical system 180.

画像形成パネル１６０に緑色成分の画像が形成されているときは、緑色画像は、照明光学系１７０を介して緑色光で照射される。緑色画像で反射された緑色光は、投射光学系１８０により、外部のスクリーンへ拡大投射される。 When an image of a green component is formed on the image forming panel 160, the green image is irradiated with green light via the illumination optical system 170. The green light reflected by the green image is magnified and projected onto an external screen by the projection optical system 180.

画像形成パネル１６０に青色成分の画像が形成されているときは、青色画像は、照明光学系１７０を介して青色光で照射される。青色画像で反射された青色光は、投射光学系１８０により、外部のスクリーンへ拡大投射される。 When an image of a blue component is formed on the image forming panel 160, the blue image is irradiated with blue light via the illumination optical system 170. The blue light reflected by the blue image is magnified and projected onto an external screen by the projection optical system 180.

上述した各白の動作が非常に短い時間で繰り返し行われ、スクリーン上にフルカラー画像が形成され、表示される。 The above-mentioned white operations are repeated in a very short time, and a full-color image is formed and displayed on the screen.

光源装置１０、色切り替え部９、画像形成パネル１６０、及び照明光学系１７０で画像表示装置が形成されてもよい。 An image display device may be formed by the light source device 10, the color switching unit 9, the image forming panel 160, and the illumination optical system 170.

プロジェクタ１は、光源装置１０自体が小型、かつ温度消光が抑制されて蛍光変換効率が高い。また、カラーホイール９０の回転と画像形成パネル１６０の画像形成タイミングが同期しており、白色光から各色の光を分岐するための光学系が不要である。したがってプロジェクタ１を小型かつ高輝度にすることができる。 In the projector 1, the light source device 10 itself is small, temperature quenching is suppressed, and the fluorescence conversion efficiency is high. Further, the rotation of the color wheel 90 and the image formation timing of the image forming panel 160 are synchronized, and an optical system for branching the light of each color from the white light is unnecessary. Therefore, the projector 1 can be made compact and have high brightness.

以上、特定の実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した例に限定されない。たとえば、光源１１から出力される励起光は青色光に限定されず、赤色光または緑色光の励起光を用いてもよい。この場合は、蛍光体ホイール２１に形成される蛍光体の材料を変更して、所望の色の波長に変換すればよい。 Although the above description has been made based on specific examples, the present invention is not limited to the above-mentioned examples. For example, the excitation light output from the light source 11 is not limited to blue light, and red light or green light excitation light may be used. In this case, the material of the phosphor formed on the phosphor wheel 21 may be changed to convert to a wavelength of a desired color.

光源アレイ７を形成する光源集合体１１０は、２×４のマトリクス配置に限定されず、１×２、１×４、２×３、３×４などのマトリクス配置であってもよい。 The light source aggregate 110 forming the light source array 7 is not limited to the matrix arrangement of 2 × 4, and may have a matrix arrangement of 1 × 2, 1 × 4, 2 × 3, 3 × 4.

各色の光の光量を均一にする光学部品として、ロッドインテグレータ９３に替えて、ライトトンネル、または２枚一組にしたフライアイレンズを用いてもよい。画像形成パネル１６０として、反射型パネルに替えて透過型パネルを用いてもよい。いずれの場合も、複数の光源の各々から出力される比較的励起密度の低い光で、蛍光体上の異なる位置を照射するので、蛍光体の温度消光を抑制し、蛍光変換効率を高く維持することができる。 As an optical component that equalizes the amount of light of each color, a light tunnel or a pair of fly-eye lenses may be used instead of the rod integrator 93. As the image forming panel 160, a transmissive panel may be used instead of the reflective panel. In either case, the light with a relatively low excitation density output from each of the plurality of light sources irradiates different positions on the phosphor, so that the temperature quenching of the phosphor is suppressed and the fluorescence conversion efficiency is maintained high. be able to.

また、複数の照射スポットの各々で蛍光を生成した後に集光することで、光源のばらつき、生成された蛍光のばらつき等を吸収して、安定した白色光を生成することができる。 Further, by generating fluorescence at each of the plurality of irradiation spots and then condensing the light, it is possible to absorb variations in the light source, variations in the generated fluorescence, and the like, and generate stable white light.

蛍光体ホイールの形状に合わせて、複数の光源を環状に配置した光源アレイを用いることで、光源の近接配置が可能になる。また、蛍光体上に形成されるスポットの照射面積の割合を所望の割合に設計することができる。 By using a light source array in which a plurality of light sources are arranged in a ring shape according to the shape of the phosphor wheel, the light sources can be arranged close to each other. In addition, the ratio of the irradiation area of the spot formed on the phosphor can be designed to a desired ratio.

１プロジェクタ
２、２Ａ〜２Ｃ蛍光体担持部
３ダイクロイック層
５ダイクロイックミラー
７光源アレイ
８画像情報出力装置
９色切り換え部
１０、１０Ａ〜１０Ｃ光源装置
１１光源
２１蛍光体ホイール
４５蛍光体
４５Ｒ赤色蛍光体層
４５Ｇ緑色蛍光体層
４５Ｙ黄色蛍光体層
８０集光レンズ
８１集光凹レンズ
９０カラーホイール
９３ロッドインテグレータ
９９白色光
１１０光源集合体
１３５光源駆動装置
１６０画像形成パネル
１７０照明光学系
１７１、１７２、１７３リレーレンズ
１８０投射光学系
１９０制御装置
１９１画像入力インターフェース
２０１透過型基板
２０２透過領域（第２領域）
２０３スポット
２０４反射型基板
２０５反射領域（第２領域）
ＰＬ励起光 1 Projector 2, 2A to 2C Phosphorus carrier 3 Dichroic layer 5 Dichroic mirror 7 Light source array 8 Image information output device 9 Color switching unit 10, 10A to 10C Light source device 11 Light source 21 Light source wheel 45 Light source 45R Red phosphor layer 45G Green phosphor layer 45Y Yellow phosphor layer 80 Condensing lens 81 Condensing concave lens 90 Color wheel 93 Rod integrator 99 White light 110 Light source assembly 135 Light source drive 160 Image forming panel 170 Illumination optical system 171, 172, 173 Relay lens 180 Projection optical system 190 Control device 191 Image input interface 201 Transmission type substrate 202 Transmission region (second region)
203 Spot 204 Reflective substrate 205 Reflective region (second region)
PL excitation light

特開２０１２−１３７６０８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-137608

Claims

励起光を出力する複数の光源と、
蛍光体が配置された第１領域と蛍光体が配置されていない第２領域とを有する蛍光体担持部と、
を有し、
前記複数の光源から出力される励起光は、前記蛍光体担持部の異なる位置を照射し、
前記異なる位置からの出射光を合成した合成光が出力され、
前記複数の光源は、前記蛍光体担持部に形成される照射スポットが、前記第１領域と前記第２領域に所定の面積割合でまたがるように前記蛍光体担持部を照射し、
前記所定の面積割合が異なる複数の前記照射スポットを形成する、
ことを特徴とする光源装置。 With multiple light sources that output excitation light,
A phosphor-supporting portion having a first region in which a phosphor is arranged and a second region in which a phosphor is not arranged,
Have,
The excitation light output from the plurality of light sources irradiates different positions of the phosphor-supporting portion, and the excitation light is emitted.
The combined light that combines the emitted light from the different positions is output .
The plurality of light sources irradiate the phosphor-supporting portion so that the irradiation spot formed on the phosphor-supporting portion straddles the first region and the second region at a predetermined area ratio.
Forming a plurality of the irradiation spots having different predetermined area ratios .
A light source device characterized by that.

前記複数の光源が配置された光源アレイ、
を有し、前記光源アレイの中心軸と前記蛍光体担持部の中心軸とがそろっていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 A light source array in which the plurality of light sources are arranged,
The light source device according to claim 1, wherein the central axis of the light source array and the central axis of the phosphor-supporting portion are aligned with each other.

前記光源アレイは、２以上の光源がマトリクス状に配置された光源集合体を組み合わせたアレイであることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the light source array is an array in which two or more light sources are a combination of light source aggregates arranged in a matrix.

前記第１領域は環状の蛍光体層であり、
前記光源アレイは、複数の前記光源集合体を環状に配置したものであることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。 The first region is a cyclic phosphor layer.
The light source device according to claim 3, wherein the light source array is formed by arranging a plurality of the light source aggregates in a ring shape.

前記蛍光体担持部の出射側に配置される集光レンズ、
をさらに有し、
前記集光レンズは前記出射光を集光して白色光を出射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。 A condenser lens arranged on the exit side of the phosphor-supporting portion,
Have more
The light source device according to any one of claims 1 to 4, wherein the condensing lens collects the emitted light and emits white light.

前記複数の光源は、青色の励起光を出力し、
前記第１領域は、赤色蛍光体層と緑色蛍光体層を有し、
前記複数の光源は、前記照射スポットが、前記赤色蛍光体層と前記緑色蛍光体層の少なくとも一方と、前記第２領域にまたがるように前記蛍光体担持部を照射することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。 The plurality of light sources output blue excitation light, and the plurality of light sources output blue excitation light.
The first region has a red phosphor layer and a green phosphor layer, and has a red phosphor layer and a green phosphor layer.
The plurality of light sources are characterized in that the irradiation spot irradiates the phosphor-supporting portion so as to straddle at least one of the red phosphor layer and the green phosphor layer and the second region. 5. The light source device according to 5.

前記複数の光源は、青色の励起光を出力し、
前記第１領域は、黄色蛍光体層を有し、
前記複数の光源は、前記照射スポットが、所定の面積割合で前記黄色蛍光体層と前記第２領域にまたがるように前記蛍光体担持部を照射することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。 The plurality of light sources output blue excitation light, and the plurality of light sources output blue excitation light.
The first region has a yellow phosphor layer and
Wherein the plurality of light sources, a light source of claim 5, wherein the irradiation spot, and then irradiating the phosphor carrier part as a predetermined area ratio across the second region and the yellow phosphor layer Device.

前記異なる位置からの前記出射光は第１の白色光であり、前記合成光は第２の白色光であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the emitted light from the different positions is the first white light, and the synthesized light is the second white light.

請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置の出力光に含まれる各色の光を所定のタイミングで切り替えて出力する色切り替え部と、
前記タイミングと同期して、各色の画像を形成する画像形成部と、
前記各色の光で対応する色の画像を照射する照明光学系と、
各色の照射画像を外部に投射する投射光学系と、
を有する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 8.
A color switching unit that switches and outputs light of each color included in the output light of the light source device at a predetermined timing, and
An image forming unit that forms an image of each color in synchronization with the timing,
An illumination optical system that irradiates an image of the corresponding color with the light of each color, and
A projection optical system that projects irradiation images of each color to the outside,
A projector characterized by having.

前記色切り替え部は、回転方向に沿って分割配置された異なる色領域を有するカラーホイールを有し、
前記カラーホイールの回転速度は、各色の光の切り替えタイミングと画像形成タイミングが同期するように制御されていることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ。 The color switching unit has a color wheel having different color regions that are divided and arranged along the rotation direction.
The projector according to claim 9 , wherein the rotation speed of the color wheel is controlled so that the switching timing of the light of each color and the image formation timing are synchronized.

前記照明光学系は、前記色切り替え部から出力される前記各色の光の光量を均一化する光学部品を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載のプロジェクタ。 The projector according to claim 9 or 10 , wherein the illumination optical system includes an optical component that equalizes the amount of light of each color output from the color switching unit.