JP2023013092A - 波長変換素子、光源装置、及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上させることが可能な、波長変換素子、光源装置、及びプロジェクターを提供する。
【解決手段】第１面１１ｂ１を有する基材１１と、第１面１１ｂ１に対向する第２面１２ｂ１を有し、第１波長帯の励起光Ｅを第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光Ｙに変換する波長変換部１２と、波長変換部１２と基材１１とを接合する接合部１３ａ，１３ｂと、励起光Ｅが入射する領域において、波長変換部１２と基材１１と接合部１３ａ，１３ｂとに囲まれた空気層１４と、を備え、基材１１の第１面１１ｂ１は、Ｚ方向に湾曲する第１領域２１を有し、波長変換部１２の第２面１２ｂ１は、第１領域２１と対向し、Ｚ方向に湾曲する第２領域２２を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、波長変換素子、光源装置、及びプロジェクターに関する。

特許文献１には、反射面を有する基材と、波長変換層と、基材と波長変換層とを接合する接合部と、基材と接合部と波長変換層とによって囲まれた空気層と、を有する波長変換素子が開示されている。この波長変換素子が回転することにより、空気層に空気が入り込み、波長変換素子を冷却することが可能となっている。

特開２０１９－１７５５７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の波長変換素子では、波長変換層が歪みを有した場合には、歪みなどに起因して空気層の厚みにムラが生じ、冷却効率が低下するという課題がある。

波長変換素子は、第１面を有する基材と、前記第１面に対向する第２面を有し、第１波長帯の励起光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光に変換する波長変換部と、前記波長変換部と前記基材とを接合する接合部と、前記励起光が入射する領域において、前記波長変換部と前記基材と前記接合部とに囲まれた空気層と、を備え、前記基材の前記第１面は、第１方向に湾曲する第１領域を有し、前記波長変換部の前記第２面は、前記第１領域と対向し、前記第１方向に湾曲する第２領域を有する。

光源装置は、上記に記載の波長変換素子と、前記励起光を射出する発光素子と、を備える。

プロジェクターは、上記に記載の光源装置と、外装筐体と、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する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

プロジェクターの構成を示す概略図。 第１実施形態の波長変換装置の構成を示す斜視図。 波長変換装置の構成を示す平面図。 図３に示す波長変換装置のＡ－Ａ’線に沿う波長変換素子の断面図。 第２実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図。 変形例の波長変換素子の構成を示す断面図。 変形例の波長変換素子の構成を示す断面図。 変形例の波長変換素子の構成を示す断面図。 変形例の波長変換素子の構成を示す断面図。 変形例の波長変換素子の構成を示す断面図。

まず、図１を参照しながら、プロジェクター１０００の構成について説明する。

図１に示すように、プロジェクター１０００は、図示しない外装筐体の中に配置された、第１照明装置５０１と、第２照明装置５０２と、色分離導光光学系５０３と、光変調装置４００Ｒと、光変調装置４００Ｇと、光変調装置４００Ｂと、光合成素子６００と、投射光学装置７００と、を備えている。なお、第１照明装置５０１及び第２照明装置５０２を合わせて、光源装置５００と称する。

第１照明装置５０１は、発光素子としての第１光源１０と、コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー８０と、コリメート集光光学系９０と、波長変換装置３０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。

第１光源１０は、発光強度のピーク波長が、例えば、４４５ｎｍであり、波長範囲が、例えば、４４０～４５０ｎｍの第１波長帯の青色の励起光Ｅを射出する半導体レーザーから構成されている。第１光源１０は、１つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。

第１光源１０は、第１光源１０から射出されるレーザー光の光軸２００ａｘが照明光軸１００ａｘと直交するように配置されている。なお、第１光源１０は、４４５ｎｍ以外のピーク波長、例えば４６０ｎｍのピーク波長を有する励起光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。

コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４と、を備えている。コリメート光学系７０は、第１光源１０から射出された光を略平行化する。第１レンズ７２及び第２レンズ７４は、それぞれ凸レンズで構成されている。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０からコリメート集光光学系９０までの間の光路中に、第１光源１０の光軸２００ａｘと照明光軸１００ａｘとの各々に対して４５°の角度で交差する向きに配置されている。ダイクロイックミラー８０は、励起光Ｅを反射させ、赤色光成分および緑色光成分を含む黄色の蛍光Ｙを透過させる。

コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０を透過した励起光Ｅを集光させて波長変換装置３０の波長変換層１２ａに入射させる機能と、波長変換装置３０から射出された蛍光Ｙを略平行化する機能とを有する。コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２と、第２レンズ９４と、を備える。第１レンズ９２および第２レンズ９４は、それぞれ凸レンズで構成されている。

なお、第１照明装置５０１を構成する、波長変換装置３０の具体的な構成については、図２及び図３を参照しながら後述する。

第２照明装置５０２は、第２光源７１０と、集光光学系７６０と、拡散板７３２と、コリメート光学系７７０と、を備えている。

第２光源７１０は、第１照明装置５０１の第１光源１０と同一の半導体レーザーから構成されている。第２光源７１０は、１つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。また、第２光源７１０は、第１光源１０の半導体レーザーとは波長帯が異なる半導体レーザーから構成されていてもよい。

集光光学系７６０は、第１レンズ７６２と、第２レンズ７６４と、を備えている。集光光学系７６０は、第２光源７１０から射出された青色光Ｂを拡散板７３２の拡散面、もしくは拡散板７３２の近傍に集光させる。第１レンズ７６２および第２レンズ７６４は、凸レンズで構成されている。

拡散板７３２は、第２光源７１０からの青色光Ｂを拡散させ、波長変換装置３０から射出された蛍光Ｙの配光分布に近い配光分布を有する青色光Ｂを生成する。拡散板７３２として、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。

コリメート光学系７７０は、第１レンズ７７２と、第２レンズ７７４と、を備えている。コリメート光学系７７０は、拡散板７３２から射出された光を略平行化する。第１レンズ７７２及び第２レンズ７７４は、それぞれ凸レンズで構成されている。

第２照明装置５０２から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー８０で反射され、波長変換装置３０から射出されてダイクロイックミラー８０を透過した蛍光Ｙと合成されて白色光Ｗとなる。白色光Ｗは、第１レンズアレイ１２０に入射する。

第１レンズアレイ１２０は、ダイクロイックミラー８０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ１２２を備えている。複数の第１レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内においてマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１レンズ１２２に対応する複数の第２レンズ１３２を有している。第２レンズアレイ１３０は、後段の重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０を構成する各第１レンズ１２２の像を光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第２レンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内においてマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された複数の部分光束の各々を、偏光方向が揃った直線偏光光に変換する。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光し、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、及び重畳レンズ１５０は、波長変換装置３０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系５０３は、ダイクロイックミラー２１０，２２０と、反射ミラー２３０，２４０，２５０と、リレーレンズ２６０，２７０と、を備えている。色分離導光光学系５０３は、第１照明装置５０１と第２照明装置５０２とから得られた白色光Ｗを赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとに分離し、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを、対応する光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導く。

フィールドレンズ３００Ｒは、色分離導光光学系５０３と光変調装置４００Ｒとの間に配置されている。フィールドレンズ３００Ｇは、色分離導光光学系５０３と光変調装置４００Ｇとの間に配置されている。フィールドレンズ３００Ｂは、色分離導光光学系５０３と光変調装置４００Ｂとの間に配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射させる。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射させる。反射ミラー２４０及び反射ミラー２５０は、青色光成分を反射させる。

ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２３０で反射し、フィールドレンズ３００Ｒを透過して赤色光用の光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射した緑色光は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射し、フィールドレンズ３００Ｇを透過して緑色光用の光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光は、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、及びフィールドレンズ３００Ｂを経て、青色光用の光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する。光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂのそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。

光合成素子６００は、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂから射出された各画像光を合成してフルカラーの画像光を形成する。光合成素子６００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

光合成素子６００から射出された画像光は、投射光学装置７００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置７００は、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにより変調された光を投射する。投射光学装置７００は、複数の投射レンズ６で構成されている。

次に、図２～図４を参照しながら、第１実施形態の波長変換装置３０及び波長変換素子１００の構成について説明する。

図２及び図３に示すように、波長変換装置３０は、波長変換素子１００と、モーター５０と、を備えている。波長変換素子１００は、回転軸５１の周りを回転可能に配置されている。モーター５０は、波長変換素子１００を回転軸５１の周りを回転させる。

図４に示すように、本実施形態の波長変換素子１００は、基材１１と、波長変換部１２と、接合部１３と、空気層１４と、を備えている。波長変換素子１００は、励起光Ｅが入射した側と同じ側に向けて蛍光Ｙを射出する。すなわち、波長変換素子１００は、反射型の波長変換素子である。

基材１１は、基材本体１１ａと、反射層１１ｂと、を有する。基材本体１１ａは、金属を含む材料で構成されている。一例として、基材本体１１ａは、アルミニウム、銅等の熱伝導率の高い金属製の円形の板材から構成されている。

反射層１１ｂは、基材本体１１ａの第１面１１ａ１の全面に設けられている。反射層１１ｂは、第１面１１ｂ１と対向する波長変換部１２の第２面１２ｂ１から射出された蛍光Ｙおよび励起光Ｅを反射する。反射層１１ｂは、例えば、銀等の反射率の高い金属から構成されている。反射層１１ｂは、蛍光Ｙ及び励起光Ｅを高い反射率で反射するように設計されている。

そのため、平滑な反射層１１ｂを形成するために、基材本体１１ａの第１面１１ａ１は高い平滑度を有している。これにより、反射層１１ｂは、蛍光Ｙの大部分を、図４の上方向（基材本体１１ａとは反対側）に向けて反射する。すなわち、基材１１は、蛍光Ｙを反射させる反射面である第１面１１ｂ１を有する。

なお、反射層１１ｂの励起光Ｅの入射側に、図示しない保護膜が設けられていてもよい。保護膜には、例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の透明膜が用いられる。保護膜が設けられた場合、反射層１１ｂが外部の雰囲気から保護されるとともに、基材１１の表面に様々な角度で入射した蛍光Ｙを高い反射率で反射することができる。さらに、反射層１１ｂと基材本体１１ａの第１面１１ａ１との間に、反射層１１ｂを劣化から保護するための図示しない保護層が設けられていてもよい。

図２及び図３に示すように、波長変換部１２は、基材１１の回転軸５１の周囲に開口１２ｈを有する円環状の形状を有する。すなわち、波長変換部１２は、基材１１の第１面１１ｂ１側において、回転軸５１を囲むように設けられている。

図４に示すように、波長変換部１２は、例えば、波長変換層１２ａと、波長変換層１２ａの第１面１１ｂ１と対向する面に設けられた誘電体多層膜１２ｂと、を有する。また、波長変換部１２は、第１波長帯の励起光Ｅが入射する入射面１２ａ１と、入射面１２ａ１とは反対側の第２面１２ｂ１と、を有する。

波長変換層１２ａは、第１波長帯の励起光Ｅが入射する入射面１２ａ１と、入射面１２ａ１とは反対側の第２面１２ａ２と、を有する。波長変換層１２ａは、励起光Ｅを励起光Ｅの波長帯とは異なる波長帯の蛍光Ｙに波長変換するセラミック蛍光体を含んでいる。すなわち、波長変換層１２ａは、励起光Ｅを第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光Ｙに波長変換する。第２波長帯は、例えば、４９０ｎｍ～７５０ｎｍであり、蛍光Ｙは、赤色光成分および緑色光成分を含む黄色光である。なお、波長変換層１２ａは、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。

波長変換層１２ａは、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤として、セリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、波長変換層１２ａとして、Ｙ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₃等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やゾルゲル法等の湿式法により得られるＹ－Ａｌ－Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。

また、波長変換層１２ａの第２面１２ａ２に、誘電体多層膜１２ｂが設けられている。誘電体多層膜１２ｂは、例えば、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とが交互に複数積層された膜である。すなわち、誘電体多層膜１２ｂは、屈折率が互いに異なる２種の誘電体膜が交互に複数積層された構成を有する。誘電体多層膜１２ｂを構成する各誘電体膜の層数は、特に限定されない。

波長変換部１２に励起光Ｅが入射した際には、波長変換部１２において熱が発生する。本実施形態では、モーター５０によって波長変換素子１００を回転させることにより、波長変換部１２における励起光Ｅの入射位置を時間的に移動させている。これにより、波長変換部１２の同じ位置に励起光Ｅが常時照射されることで、波長変換部１２の一部のみが局所的に加熱され、劣化することが防止される。図３において、励起光Ｅの入射領域を符号Ｔの円で示す。

図４に示すように、接合部１３ａ，１３ｂは、それぞれ円形の基材１１の第１面１１ａ１の内周側と外周側とに設けられ、波長変換部１２と基材１１とを接合する。接合部１３ａ，１３ｂは、入射した光の吸収や反射を抑えるために透明な接着剤で構成されていることが望ましい。この種の接着剤として、例えば、熱硬化性のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、無機接着剤等が用いられる。

接合部１３ａ，１３ｂは、波長変換部１２の入射面１２ａ１における励起光Ｅの入射領域Ｔを除く領域に設けられている。これにより、波長変換部１２の略中央部においては、基材１１の第１面１１ｂ１と波長変換部１２の第２面１２ｂ１とが互いに離間し、空気層１４が設けられている。言い換えれば、空気層１４は、励起光Ｅが入射する領域において、波長変換部１２と基材１１と接合部１３ａ，１３ｂとに囲まれた空間である。

図３に示すように、接合部１３ａ，１３ｂの各々は、周方向の一部で途切れており、複数の開口部１３ｃを有している。このように、接合部１３ａ，１３ｂに開口部１３ｃが設けられたことによって、基材１１と波長変換部１２と接合部１３ａ，１３ｂとによって囲まれた空間は、密閉された空間とはならず、波長変換素子１００の外部空間と連通する。換言すると、接合部１３ａ，１３ｂは、基材１１と波長変換部１２と接合部１３ａ，１３ｂとによって囲まれた空間と外部空間とを連通させる開口部１３ｃを有する。

また、図４に示すように、本実施形態の波長変換素子１００は、基材１１の第１面１１ｂ１の一部が、第１方向である＋Ｚ方向に湾曲している。なお、第１面１１ｂ１の湾曲している領域を、第１領域２１とする。また、波長変換素子１００は、波長変換部１２の第２面１２ｂ１における、第１領域２１と対向する領域、言い換えれば、第１領域２１と平面視で重なる領域が、＋Ｚ方向に湾曲している。なお、第２面１２ｂ１における湾曲している領域を、第２領域２２とする。

第１領域２１の第１面１１ｂ１の曲率は、例えば、第２領域２２の第２面１２ｂ１の曲率と同じである。よって、空気層１４の全域に亘って厚みを均一にすることができる。このように、第１領域２１の第１面１１ｂ１と、第２領域２２の第２面１２ｂ１とが、同じ＋Ｚ方向に湾曲しているので、第１面１１ｂ１と第２面１２ｂ１との間の空気層１４の厚みにばらつきが生じることを抑えることができる。よって、空気層１４の全域に亘って略同じ量の空気を取り込むことが可能となり、冷却効率が低下することを抑えることができる。

なお、本実施形態では、歪みやすい波長変換部１２の第２領域２２の湾曲形状に合わせて、基材１１の第１領域２１の形状を成形する。基材１１を湾曲させる方法としては、例えば、プレス加工、研磨加工、熱を加えて曲げる、などの方法が挙げられる。なお、基材１１が湾曲した場合は、基材１１の第１領域２１の形状に合わせて、波長変換部１２の第２領域２２の形状を成形するようにしてもよい。その場合は、基材１１の湾曲に沿うように、波長変換部１２を研磨することが考えられる。

また、本実施形態では、波長変換部１２の第２領域２２と基材１１の第１領域２１とに接合部１３が当接している。この場合、接合部１３も湾曲した形状になる。

以上述べたように、第１実施形態の波長変換素子１００は、第１面１１ｂ１を有する基材１１と、第１面１１ｂ１に対向する第２面１２ｂ１を有し、第１波長帯の励起光Ｅを第１波長帯とは異なる第２波長帯の光に変換する波長変換部１２と、波長変換部１２と基材１１とを接合する接合部１３ａ，１３ｂと、励起光Ｅが入射する領域において、波長変換部１２と基材１１と接合部１３ａ，１３ｂとに囲まれた空気層１４と、を備え、基材１１の第１面１１ｂ１は、第１方向である＋Ｚ方向に湾曲する第１領域２１を有し、波長変換部１２の第２面１２ｂ１は、第１領域２１と対向し、＋Ｚ方向に湾曲する第２領域２２を有する。

この構成によれば、第１面１１ｂ１の第１領域２１と第２面１２ｂ１の第２領域２２とが、同じ＋Ｚ方向に湾曲しているので、第１面１１ｂ１と第２面１２ｂ１との間の空気層１４の厚みにばらつきが生じることを抑えることができる。よって、空気層１４の全域に亘って略同じ量の空気を取り込むことが可能となり、冷却効率が低下することを抑えることができる。

また、第１実施形態の波長変換素子１００において、第１領域２１の第１面１１ｂ１の曲率と、第２領域２２の第２面１２ｂ１の曲率と、が等しいことが好ましい。この構成によれば、第１面１１ｂ１の湾曲した領域と、第２面１２ｂ１の湾曲した領域と、が同じ曲率であるので、空気層１４の全域に亘って厚みを均一にすることが可能となり、冷却効率を向上させることができる。

また、第１実施形態の光源装置５００は、上記に記載の波長変換素子１００と、励起光Ｅを射出する第１光源１０と、を備える。この構成によれば、冷却効率が低下することが抑えられ、信頼性を向上することが可能な光源装置５００を提供することができる。

また、第１実施形態のプロジェクター１０００は、上記に記載の光源装置５００と、外装筐体と、光源装置５００から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにより変調された光を投射する投射光学装置７００と、を備える。この構成によれば、信頼性を向上することが可能なプロジェクター１０００を提供することができる。

次に、図５を参照しながら、第２実施形態の波長変換素子１０１について説明する。

図５に示すように、第２実施形態の波長変換素子１０１は、波長変換部１２に、接合部１３ａ，１３ｂと当接する突起部１２ｃ１を設けている点と、基材１１と波長変換部１２との間隔を維持するスペーサー１５を設けている点とが、第１実施形態の波長変換素子１００と異なっている。その他の構成については概ね同様である。このため第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

第２実施形態の波長変換素子１０１は、第１実施形態と同様に、基材１１の第１面１１ｂ１の第１領域２１が＋Ｚ方向に湾曲し、波長変換部１２の第２面１２ｂ１の第２領域２２が＋Ｚ方向に湾曲している。基材１１と波長変換部１２とは、接合部１３ａ，１３ｂによって接合されている。本実施形態では、湾曲する領域に接合部１３が当接しないので、基材１１の第１面１１ｂ１と波長変換部１２の第２面１２ｂ１の第２領域２２とが対向する領域においては接合部１３の厚さが略均一であることが望ましい。

第２実施形態の波長変換部１２は、上記したように、接合部１３ａ，１３ｂと当接する突起部１２ｃ１が設けられている。具体的には、突起部１２ｃ１は、波長変換部１２の側面に設けられている。この突起部１２ｃ１は、接合部１３ａ，１３ｂと当接する表面積を増やすことができればよく、数量や形状に限定されない。また、突起部１２ｃ１の材料としては、波長変換部１２と同様の材料で構成されているが、これに限定されない。また、波長変換部１２の側面に突起部１２ｃ１が設けられているので、波長変換部１２を研磨加工する際に邪魔にならず、加工がしやすい。

このように、波長変換部１２に複数の突起部１２ｃ１を設け、波長変換部１２の表面積が大きくなるので、波長変換部１２が接合部１３ａ，１３ｂに当接した際、波長変換部１２と接合部１３ａ，１３ｂとの接着力を向上させることができる。よって、例えば、波長変換部１２が有する歪みなどに起因して、波長変換部１２と接合部１３ａ，１３ｂとが引き剥がされることを抑えることができる。

また、第２実施形態の接合部１３ａ，１３ｂは、円形の基材１１の周方向、または、周方向に直交する方向に複数のスペーサー１５を有する。スペーサー１５は、例えば、ガラスビーズである。スペーサー１５は、基材１１と波長変換部１２との間の間隔を保持するために用いられる。スペーサー１５は、例えば、シリカからなる球状の粒子が用いられる。スペーサー１５は、基材１１と波長変換部１２との間に挟持された状態で、スペーサー１５自身が変形しないだけの剛性を有している。スペーサー１５の直径は、例えば、１μｍである。

以上述べたように、第２実施形態の波長変換素子１０１において、波長変換部１２は、接合部１３ａ，１３ｂと当接する領域において複数の突起部１２ｃ１を有することが好ましい。この構成によれば、波長変換部１２が複数の突起部１２ｃ１を有し、突起部１２ｃ１によって波長変換部１２の表面積が大きくなるので、波長変換部１２が接合部１３ａ，１３ｂに当接した際、波長変換部１２と接合部１３ａ，１３ｂとの接着力を向上させることができる。よって、例えば、波長変換部１２が有する歪みなどに起因して、波長変換部１２と接合部１３ａ，１３ｂとが引き剥がされることを抑えることができる。加えて、波長変換部１２の表面積が大きくなるので、冷却効率を向上させることができる。

また、第２実施形態の波長変換素子１０１において、接合部１３ａ，１３ｂは、基材１１と波長変換部１２とに当接し、基材１１と波長変換部１２との間隔を維持するスペーサー１５を有することが好ましい。この構成によれば、スペーサー１５を有するので、基材１１と波長変換部１２との間隔を所定の間隔に維持することが可能となり、空気層１４の全域に亘って厚みにムラが生じることを抑えることができる。

また、基材１１と波長変換部１２との間に配置されたすべてのスペーサー１５が基材１１と波長変換部１２とに当接していることが望ましい。しかしながら、円形の基材１１の周方向に直交する方向において対向する少なくとも一対のスペーサー１５が、基材１１と波長変換部１２とに当接していれば、空気層１４の厚さにムラが生じることを抑制することができる。

以下、上記した実施形態の変形例を説明する。

上記した第１実施形態のように、基材１１の第１面１１ｂ１、及び波長変換部１２の第２面１２ｂ１が、＋Ｚ方向に湾曲することに限定されず、図６に示すように湾曲していてもよい。

図６に示すように、変形例の波長変換素子１０２は、基材１１の第１面１１ｂ１、及び波長変換部１２の第２面１２ｂ１が、－Ｚ方向に湾曲している。具体的には、少なくとも励起光Ｅ及び蛍光Ｙに影響する、基材１１の第１領域２１ａ、及び波長変換部１２の第２領域２２ａが、同じ－Ｚ方向に湾曲している。なお、第１領域２１ａの第１面１１ｂ１の曲率と、第２領域２２ａの第２面１２ｂ１の曲率とは、同じ曲率である。

このように、変形例の波長変換素子１０２によれば、第１面１１ｂ１の第１領域２１ａと第２面１２ｂ１の第２領域２２ａとが、同じ方向に湾曲しているので、第１面１１ｂ１と第２面１２ｂ１との間の空気層１４の厚みにばらつきが生じることを抑えることができる。よって、空気層１４の全域に亘って略同じ量の空気を取り込むことが可能となり、冷却効率が低下することを抑えることができる。

また、図７に示す変形例の波長変換素子１０３のように、基材１１と波長変換部１２とが波状になっている構成でもよい。

図７に示すように、変形例の波長変換素子１０３は、基材１１の第１面１１ｂ１の第１領域２１が＋Ｚ方向に湾曲し、波長変換部１２の第２面１２ｂ１の第２領域２２が同じ＋Ｚ方向に湾曲している。一方、基材の第１面１１ｂ１の第３領域２３は、＋Ｚ方向とは異なり反対側の第２方向である－Ｚ方向に湾曲している。波長変換部１２の第２面１２ｂ１の第４領域２４は、第３領域２３と同様に、－Ｚ方向に湾曲している。なお、第４領域２４は、第３領域２３と対向する領域である。また、第３領域２３の第１面１１ｂ１の曲率と、第４領域２４の第２面１２ｂ１の曲率とは、同じ曲率である。つまり、第１面１１ｂ１と第２面１２ｂ１とは、波状となっている。

このように、変形例の波長変換素子１０３において、基材１１の第１面１１ｂ１は、＋Ｚ方向とは異なる－Ｚ方向に湾曲した第３領域２３を有し、波長変換部１２の第２面１２ｂ１は、第３領域２３と対向し－Ｚ方向に湾曲した第４領域２４を有する。この構成によれば、＋Ｚ方向、及び＋Ｚ方向と異なる－Ｚ方向に湾曲する、言い換えれば、波状に湾曲する場合においても、それぞれ対向する領域において同じ方向に湾曲しているので、空気層１４の全域に亘って厚みにばらつきが生じることを抑えることができる。

また、変形例の波長変換素子１０３において、第３領域２３の第１面１１ｂ１の曲率と、第４領域２４の第２面１２ｂ１の曲率と、が等しい。この構成によれば、第１面１１ｂ１の湾曲した領域と、第２面１２ｂ１の湾曲した領域と、が同じ曲率であるので、空気層１４の全域に亘って厚みを均一にすることが可能となり、冷却効率を向上させることができる。

また、図８、図９、及び図１０に示すような波長変換素子１０４，１０５，１０６の構成でもよい。

図８に示す変形例の波長変換素子１０４は、波長変換部１２の突起部１２ｃ２が、第２面１２ｂ１の側に設けられている点が、第２実施形態の波長変換素子１０１と異なっている。なお、突起部１２ｃ２のうち、波長変換部１２側とは反対側の端部を第１面１１ｂ１に当接させるようにしてもよい。この場合、突起部１２ｃ２の大きさの設定で基材１１と波長変換部１２との間隔を所定の間隔に維持することが可能となるので、接合部１３ａ，１３ｂの中にスペーサー１５を配置しなくてもよくなる。

図９に示す変形例の波長変換素子１０５は、波長変換部１２の突起部１２ｃ３が、入射面１２ａ１の側に設けられている。なお、基材１１と波長変換部１２との間には、第２実施形態と同様に、スペーサー１５が配置されている。

図１０に示す変形例の波長変換素子１０６は、波長変換部１２の突起部１２ｃ１，１２ｃ３が、側面の側と、入射面１２ａ１の側と、の２方向に設けられている。波長変換部１２と接合部１３ａ，１３ｂとが当接する表面積を大きくする点、空気層１４の厚みを調整しやすい点では、この波長変換素子１０６の形態が好ましい。

また、波長変換素子１００～１０６は、励起光Ｅを反射させる反射型に限定されず、透過型の構成にしてもよい。具体的には、基材１１側から励起光Ｅを入射させ、波長変換部１２側に蛍光Ｙを射出する。この場合、基材１１にサファイア等の透明かつ高熱伝導率材料を採用することが好ましい。

また、波長変換素子１００～１０６は、図３に示すＡ－Ａ’線に沿う方向に湾曲することに限定されず、波長変換素子１００～１０６において、円環状に形成された波長変換部１２の周方向に湾曲する場合にも、上記実施形態や変形例の構成を適用することができる。つまり、円環状に形成された波長変換部１２を有する波長変換素子１００～１０６において、基材１１の第１面１１ｂ１の第１領域２１が＋Ｚ方向に湾曲し、波長変換部１２の第２面１２ｂ１の第２領域２２が同じ＋Ｚ方向に湾曲している。一方、基材の第１面１１ｂ１の第３領域２３は、＋Ｚ方向とは異なり反対側の第２方向である－Ｚ方向に湾曲している。波長変換部１２の第２面１２ｂ１の第４領域２４は、第３領域２３と同様に、－Ｚ方向に湾曲している。なお、第２領域２２は第１領域２１と対向しており、第４領域２４は第３領域２３と対向する領域である。第２領域２２は第４領域２４に対して波長変換部２０の周方向上に設けられ、第１領域２１は第３領域２３に対して波長変換部２０周方向に設けられている。

また、第１実施形態の波長変換素子１００は、接合部１３ａ，１３ｂの中にスペーサー１５が無い構成であることに限定されず、第２実施形態のように、接合部１３ａ，１３ｂの中にスペーサー１５を含む構成にしてもよい。

１０…発光素子としての第１光源、１１…基材、１１ａ…基材本体、１１ａ１…第１面、１１ｂ…反射層、１１ｂ１…第１面、１２…波長変換部、１２ａ１…入射面、１２ａ…波長変換層、１２ａ２…第２面、１２ｂ…誘電体多層膜、１２ｂ１…第２面、１２ｃ１…突起部、１２ｃ２…突起部、１２ｃ３…突起部、１２ｈ…開口、１３，１３ａ，１３ｂ…接合部、１３ｃ…開口部、１４…空気層、１５…スペーサー、２１，２１ａ…第１領域、２２，２２ａ…第２領域、２３…第３領域、２４…第４領域、３０…波長変換装置、５０…モーター、５１…回転軸、７０…コリメート光学系、７２…第１レンズ、７４…第２レンズ、８０…ダイクロイックミラー、９０…コリメート集光光学系、９２…第１レンズ、９４…第２レンズ、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６…波長変換素子、１００ａｘ…照明光軸、１２０…第１レンズアレイ、１２２…第１レンズ、１３０…第２レンズアレイ、１３２…第２レンズ、１４０…偏光変換素子、１５０…重畳レンズ、２００ａｘ…光軸、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０…反射ミラー、２６０，２７０…リレーレンズ、３００Ｂ，３００Ｇ，３００Ｒ…フィールドレンズ、４００Ｂ，４００Ｇ，４００Ｒ…光変調装置、５００…光源装置、５０１…第１照明装置、５０２…第２照明装置、５０３…色分離導光光学系、６００…光合成素子、７００…投射光学装置、７１０…第２光源、７３２…拡散板、７６０…集光光学系、７６２…第１レンズ、７６４…第２レンズ、７７０…コリメート光学系、７７２…第１レンズ、７７４…第２レンズ、１０００…プロジェクター。

Claims (10)

1. 第１面を有する基材と、
   前記第１面に対向する第２面を有し、第１波長帯の励起光を前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光に変換する波長変換部と、
   前記波長変換部と前記基材とを接合する接合部と、
   前記励起光が入射する領域において、前記波長変換部と前記基材と前記接合部とに囲まれた空気層と、
   を備え、
   前記基材の前記第１面は、第１方向に湾曲する第１領域を有し、
   前記波長変換部の前記第２面は、前記第１領域と対向し、前記第１方向に湾曲する第２領域を有する、波長変換素子。
2. 請求項１に記載の波長変換素子であって、
   前記波長変換部は、前記接合部と当接する領域において複数の突起部を有する、波長変換素子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の波長変換素子であって、
   前記接合部は、前記基材と前記波長変換部とに当接し、前記基材と前記波長変換部との間隔を維持するスペーサーを有する、波長変換素子。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の波長変換素子であって、
   前記基材の前記第１面は、前記第１方向とは異なる第２方向に湾曲した第３領域を有し、
   前記波長変換部の前記第２面は、前記第３領域と対向し前記第２方向に湾曲した第４領域を有する、波長変換素子。
5. 請求項４に記載の波長変換素子であって、
   前記波長変換部は、円環状に形成され、
   前記基材の前記第１面の前記第１領域は、前記第１面の前記第３領域の前記波長変換部の周方向上に設けられ、
   前記波長変換部の前記第２面の前記第２領域は、前記第２面の前記第４領域の前記波長変換部の周方向上に設けられている波長変換素子。
6. 請求項４に記載の波長変換素子であって、
   前記波長変換部は、円環状に形成され、
   前記基材の前記第１面の前記第１領域は、前記第１面の前記第３領域の前記波長変換部の周方向に直交する方向上に設けられ、
   前記波長変換部の前記第２面の前記第２領域は、前記第２面の前記第４領域の前記波長変換部の周方向に直交する方向上に設けられている波長変換素子。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の波長変換素子であって、
   前記第１領域の前記第１面の曲率と、前記第２領域の前記第２面の曲率と、が等しい、波長変換素子。
8. 請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の波長変換素子であって、
   前記第３領域の前記第１面の曲率と、前記第４領域の前記第２面の曲率と、が等しい、波長変換素子。
9. 請求項１乃至請求項８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発光素子と、
   を備える、光源装置。
10. 請求項９に記載の光源装置と、
    外装筐体と、
    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する光変調装置と、
    前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
    を備える、プロジェクター。

Images