JP2017142479A - 波長変換素子、光源装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
Description
この構成によれば、透光性部材と光入射端面との間に空気層が設けられていない場合に比べて、波長変換層で生成された蛍光光のうち、光入射端面で全反射する成分が多くなる。これにより、波長変換層で生成された蛍光光のうち所望の方向に取り出せる成分をさらに増やすことができる。
この構成によれば、第1の反射部のうち、平坦面に形成された領域の光学特性の均一性は、第1の反射部が曲面に設けられた場合よりも高い。
この構成によれば、波長変換層で生成された蛍光光のうち、所望の方向に取り出せる成分が従来の波長変換素子よりも多い。
この構成によれば、透光性部材を介して波長変換層で発生した熱を放出することができる。
この構成によれば、波長変換層と透光性部材との界面での反射が抑制され、界面反射に伴う光の損失を減らすことができる。
一般に、ダイクロイック膜は反射率の入射角依存性を有するのに対し、金属材料からなる反射面は反射率の入射角依存性を有していない。そのため、第1の反射部がダイクロイック膜のみで構成されていると、入射角によっては蛍光光がダイクロイック膜を透過するため、所望の方向への蛍光光の取り出し効率が低下する。その点、上記の構成によれば、蛍光光の入射角が大きくなりやすい領域に金属材料からなる反射面が設けられているため、所望の方向への蛍光光の取り出し効率を高めることができる。
この構成によれば、ダイクロイック膜は透光性部材に設け、金属材料からなる反射面は構造体に設けることが可能であるため、ダイクロイック膜および反射面各々の光学特性を高めることができる。また、透光性部材の光入射端面とは反対側の面にダイクロイック膜を成膜する際の成膜プロセスを簡略化することができる。
この構成によれば、反射膜を適宜選択することによって所望の反射率を有する反射面を得ることができる。
この構成によれば、ダイクロイック膜に向かって波長変換層から射出された蛍光光は、透光性部材を透過することなくダイクロイック膜に入射する。これにより、透光性部材の内部吸収による蛍光光の損失を抑えることができる。
この構成によれば、本発明の一つの態様の波長変換素子を備えたことにより、光利用効率が高い光源装置を提供することができる。
この構成によれば、波長変換層の光入射端面とダイクロイック膜との間の距離と、波長変換層の光射出端面と集光光学系との間の距離とのバランスを取りやすい。また、第2の反射部が基材と波長変換層との間に設けられているため、波長変換層で生成された蛍光光のうち、基材に向かって進んだ成分が第2の反射部で反射される。そのため、第2の反射部が設けられていない場合と比べて、基材に吸収されて損失となる成分が少なくなる。また、基材の内部を進む成分が少なくなるため、透光性部材や集光光学系を大きくしなくて済む。また、所定の領域から射出される光、つまり所定のエテンデューで射出される光が増えるため、光学系で有効に使える光の量が増加する。
この構成によれば、蛍光光のうち、ダイクロイック膜で反射されて光入射端面の外側の領域に向かって進んだ成分を、再びダイクロイック膜で反射させることができるため、損失となる成分の割合をより小さくすることができる。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置を備えているため、光利用効率が高いプロジェクターを実現することができる。
以下、本発明の実施形態について、図1〜図4を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
本実施形態のプロジェクターは、3つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。
図1は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。図2は、本実施形態の光源装置を示す概略構成図である。
次に、本実施形態の光源装置2について説明する。
図2は、光源装置2の概略構成を示す図である。
図2に示すように、光源装置2は、励起光源110と、アフォーカル光学系11と、ホモジナイザー光学系12と、第1の集光光学系20と、波長変換素子30と、第2の集光光学系60と、インテグレーター光学系125と、偏光変換素子140と、を備える。
次に、本実施形態の波長変換素子について説明する。
図3は、波長変換素子30を、図2の照明光軸100axを含む平面で切断した断面図である。図4は、励起光Bの入射側から見た波長変換素子30の平面図である。
図3および図4に示すように、波長変換素子30は、基材31と、波長変換層32と、透光性部材33と、第1の反射部を構成するダイクロイック膜34と、第2の反射膜35と、第3の反射膜36と、を備えている。すなわち、本実施形態は、第1の反射部がダイクロイック膜34で構成された例である。なお、本実施形態の第2の反射膜35は、特許請求の範囲の第2の反射部に対応する。本実施形態の第3の反射膜36は、特許請求の範囲の第3の反射部に対応する。第2の集光光学系60は、特許請求の範囲の集光光学系に対応する。
以下、本発明の第2実施形態について、図5を用いて説明する。
第2実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図5は、第2実施形態の波長変換素子の断面図である。図5は、第1実施形態における図3に対応している。
図5において、図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、透光性部材41を構成する凸メニスカスレンズの凹面を第1の曲面41aと称する。第1の曲面41aは、特許請求の範囲に記載の傾斜部に相当する。
以下、本発明の第3実施形態について、図6を用いて説明する。
第3実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図6は、第3実施形態の波長変換素子の断面図である。図6は、第1実施形態における図3に対応している。
図6において、図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第4実施形態について、図7を用いて説明する。
第4実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図7は、第4実施形態の波長変換素子の断面図である。図7は、第1実施形態における図3に対応している。
図7において、図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
以下、本発明の第5実施形態について、図8を用いて説明する。
第5実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図8は、第5実施形態の波長変換素子の断面図である。図8は、第1実施形態における図3に対応している。
図8において、図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
その他の構成は、第4実施形態と同様である。
以下、本発明の第6実施形態について、図9を用いて説明する。
第6実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図9は、第6実施形態の波長変換素子の断面図である。図9は、第1実施形態における図3に対応している。
図9において、図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
その他の構成は、第5実施形態と同様である。
以下、本発明の第7実施形態について、図10を用いて説明する。
第7実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置全体の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図10は、第7実施形態の波長変換素子の断面図である。図10は、第6実施形態における図9に対応している。
図10において、図9と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
その他の構成は、第6実施形態と同様である。
例えば透光性部材として、第1実施形態では平凸レンズを用い、第2実施形態では凸メニスカスレンズを用いたが、これら平凸レンズ、凸メニスカスレンズの他、例えば平凹レンズ、凹メニスカスレンズを用いてもよい。また、第3実施形態および第7実施形態のように、レンズ以外の形状を有する透光性部材を用いてもよい。
また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
Claims (14)
- 光入射端面を有する波長変換層と、
前記波長変換層の前記光入射端面側に設けられ、前記光入射端面に対して傾斜した傾斜部を含む支持面を有する透光性部材と、
前記支持面に沿うように設けられ、前記波長変換層から射出された蛍光光を反射させる第1の反射部と、を備え、
前記第1の反射部のうち少なくとも一部は、前記波長変換層を励起するための励起光を透過させるダイクロイック膜で構成され、
前記透光性部材は、前記励起光が前記ダイクロイック膜と前記光入射端面とをこの順に透過して前記波長変換層に入射するように配置されており、
前記光入射端面を含む平面を基準面とし、前記基準面と垂直な方向における前記基準面と前記第1の反射部との間隔を前記基準面と前記第1の反射部との距離としたとき、前記傾斜部は、前記第1の反射部の周縁領域における前記基準面と前記第1の反射部との距離が、前記第1の反射部の中心領域における前記基準面と前記第1の反射部との距離よりも小さくなるように、前記光入射端面に対して傾斜している、波長変換素子。 - 前記透光性部材と前記光入射端面との間に空気層が設けられている、請求項1に記載の波長変換素子。
- 前記支持面は平坦面を含む、請求項1または請求項2に記載の波長変換素子。
- 前記支持面は曲面を含む、請求項1または請求項2に記載の波長変換素子。
- 前記透光性部材は、平凸レンズであり、
前記平凸レンズの平坦面は、前記光入射端面に対向しており、
前記平坦面は、前記光入射端面と熱的に接触している、請求項1に記載の波長変換素子。 - 前記透光性部材の屈折率は、前記波長変換層を構成する蛍光体と略等しい、請求項5に記載の波長変換素子。
- 前記第1の反射部は、金属材料からなる反射面をさらに備え、
前記光入射端面と垂直な方向から見たとき、前記ダイクロイック膜は、前記波長変換層の前記中心領域を含む領域に設けられ、前記反射面は、少なくとも前記ダイクロイック膜よりも外側に設けられている、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の波長変換素子。 - 前記光入射端面と垂直な方向から見たとき、前記反射面と重なっている構造体をさらに備え、
前記支持面は、前記透光性部材の前記光入射端面とは反対側に設けられ、
前記反射面は、前記構造体に設けられている、請求項7に記載の波長変換素子。 - 前記反射面は、前記構造体に設けられた反射膜で構成されている、請求項8に記載の波長変換素子。
- 前記支持面は、前記透光性部材の前記光入射端面側に設けられている、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記励起光を射出する励起光源と、を備えた、光源装置。 - 第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面と、を有する基材と、
集光光学系と、
第2の反射部と、をさらに備え、
前記基材は、前記基材を前記第1の面と前記第2の面との間で貫通する孔を有し、
前記波長変換層は、前記孔に設けられ、
前記透光性部材は、前記基材の前記第1の面側に設けられ、
前記集光光学系は、前記基材の前記第2の面側に設けられ、
前記第2の反射部は、前記基材と前記波長変換層との間に設けられている、請求項11に記載の光源装置。 - 前記平面と垂直な方向から見たとき、前記光入射端面の輪郭は前記ダイクロイック膜の輪郭の内部に位置しており、前記蛍光光のうち、前記ダイクロイック膜で反射されて前記光入射端面の外側の領域に向かって進む成分を前記ダイクロイック膜に向けて反射させる第3の反射部をさらに備える、請求項11または請求項12に記載の光源装置。
- 請求項11から請求項13までのいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える、プロジェクター。
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