JP6394076B2 - 光源装置、およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、およびプロジェクターに関する。

従来、レーザー等の光源（発光素子）から射出された光を蛍光体に照射し、蛍光体から発せられる光を照明光とする光源装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。蛍光体層から射出される光はランバート的な配光分布を持っているため、蛍光体層から射出される光を集光レンズによって集光する必要がある。また、蛍光体層に強い励起光を照射すると蛍光体層は発熱し、その結果、発光効率が低下する。そのため、蛍光体層を冷却する必要がある。
特許文献１に記載の光源装置（発光装置）では、集光レンズ（透光性部材）が波長変換部材（蛍光体層）と接している。特許文献２に記載の光源装置では、集光レンズと蛍光体層との間に大きな間隔が設けられている。

特開２０１０−１９９３５７号公報 特開２０１０−２１７５６６号公報

発明者の実験によれば、特許文献１のように集光レンズが蛍光体層と接している場合、特許文献２のように集光レンズと蛍光体層との間に大きな間隔がある場合よりも、見かけの発光領域の面積、言い換えればエテンデューが大きいことがわかった。光源装置を例えばプロジェクターに搭載した場合、エテンデューが大きいと、光源装置の後段に設けられた光学素子によって飲み込めない光が多くなる。そのため、特許文献１の光源装置では、光の利用効率が低いという課題がある。

特許文献２に記載の光源装置では、集光レンズと蛍光体層との間に、熱伝導率が低く、かつ厚い空気層が設けられているため、集光レンズを通しての放熱効率は小さい。そのため、特許文献２の光源装置では、蛍光体層の温度が上昇し、その結果、発光効率が低下するという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る光源装置は、励起光を射出する発光素子と、光射出面を有する波長変換素子と、前記光射出面から射出された光が入射する光入射面を有し、該光入射面が前記光射出面と対向するように配置された光学素子と、前記波長変換素子の前記光射出面と前記光学素子の前記光入射面との間に設けられた空隙と、前記波長変換素子の内部から前記光射出面に臨界角以上の入射角で入射した光が全反射するように、前記空隙を保持するスペーサーと、を備えることを特徴とする。

本適用例に係る光源装置によれば、波長変換素子から射出される光を高い効率で利用することができる。また、スペーサーを備えているため、空隙の厚さを、波長変換素子から光学素子へ熱が移動しやすい厚さに確実に保持することができる。

［適用例２］上記適用例に係る光源装置において、前記空隙には、気体からなる層が設けられていることが好ましい。

この構成によれば、空隙が真空の場合に比べ、波長変換素子の光射出面と光学素子の光入射面との間の熱抵抗を小さくすることができるため、波長変換素子の熱を効率良く光学素子に伝えることができる。よって、波長変換素子の熱を、光学素子を通して効率よく放熱させることが可能となる。

［適用例３］上記適用例に係る光源装置において、前記気体は、ヘリウムを含むことが好ましい。

この構成によれば、空隙は、気体の中で熱伝導率が高いヘリウムを含むため、波長変換素子の熱を効率良く光学素子に伝えることができる。

［適用例４］上記適用例に係る光源装置において、前記スペーサーは、前記波長変換素子および前記光学素子の少なくともいずれか一方に一体的に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、スペーサーが波長変換素子および光学素子とは別の部材で形成される構成に比べ、部品点数を削減することができる。従って、波長変換素子の光射出面と光学素子の光入射面との空隙が所定の厚さに規制された光源装置を容易に製造することが可能となる。ところで、スペーサーは波長変換素子から射出される光を吸収したり反射させる虞がある。この構成によれば、スペーサーを所望の位置に配置できる。すなわち、波長変換素子から射出される光に悪影響を与えないようにスペーサーを配置することが容易である。

［適用例５］上記適用例に係る光源装置において、前記波長変換素子の前記光射出面は、複数の凸部を有し、前記複数の凸部における少なくとも１つの凸部が前記スペーサーとして機能することが好ましい。

この構成によれば、波長変換素子の光射出面が所定の高さの凸部を有する面となるように波長変換素子を形成することで、少なくとも１つの凸部をスペーサーとして用いることができる。これによれば、スペーサーが波長変換素子および光学素子とは別の部材で形成される構成に比べ、部品点数を削減することができる。また、スペーサーの位置を指定する必要がないので、製造が容易になる。

［適用例６］上記適用例に係る光源装置において、前記光学素子の前記光入射面は、複数の凸部を有し、前記複数の凸部における少なくとも１つの凸部が前記スペーサーとして機能することが好ましい。

この構成によれば、光学素子の光入射面が所定の高さの凸部を有する面となるように光学素子を形成することで、少なくとも１つの凸部をスペーサーとして用いることができる。これによれば、スペーサーが波長変換素子および光学素子とは別の部材で形成される構成に比べ、部品点数を削減することができる。また、スペーサーの位置を指定する必要がないので、製造が容易になる。

［適用例７］本適用例に係るプロジェクターは、上記記載の光源装置と、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する光変調装置と、前記光変調装置にて変調された光を投写する投写レンズと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、プロジェクターは、上述した光源装置を備えるので、明るい画像を投影可能である。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図。 第１実施形態の波長変換装置の構成を模式的に示す断面図。 第１実施形態の波長変換装置における波長変換素子の一部、およびコリメートレンズの一部を模式的に示す断面図。 コリメートレンズの光入射面がエバネッセント領域の内部に位置している場合の光の挙動を示す図。 波長変換素子から光学素子へ入射する光の進み方を示す図。 波長変換素子の光射出面が十分厚い空隙と接している場合の２次光源像の形成を示す図。 波長変換素子の光射出面がコリメートレンズの光入射面と接している場合の２次光源像の形成を示す図。 第２実施形態の波長変換装置を説明するための図。 第３実施形態の光学ユニットの構成を示す模式図。 変形例における波長変換装置を示す模式図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、変調した光をスクリーン等の投写面に拡大投写する。

図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成を示す模式図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、光源装置２を有する光学ユニット３、冷却装置４、および外装筐体５を備える。なお、図示は省略するが、外装筐体５内には、制御部や、光源装置２、冷却装置４に電力を供給する電源装置等が配置されている。また、各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜異ならせてある。

制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、コンピューターとして機能するものであり、プロジェクター１の動作の制御、例えば、画像の投写に関わる制御や冷却装置４を駆動する制御等を行う。
外装筐体５は、詳細な説明は省略するが、複数の部材で構成され、外気を取り込む吸気口、および内部の温まった空気を外部に排気する排気口等が設けられている。

光学ユニット３は、制御部による制御の下、光源装置２から射出された光を光学的に処理して投写する。
光学ユニット３は、図１に示すように、光源装置２に加え、インテグレーター照明光学系３２、色分離光学系３３、光変調装置としての液晶ライトバルブ３４、クロスダイクロイックプリズム３５、および投写レンズ３６を備える。

光源装置２は、発光素子２１Ａ，２１Ｂ、ダイクロイックミラー２２、および波長変換装置６を備ええる。
発光素子２１Ａおよび発光素子２１Ｂは、ダイクロイックミラー２２を介して互いに対向するように配置される。発光素子２１Ａは、発光強度のピークが例えば約４３５ｎｍ（青色）のレーザー光からなる励起光Ｅｘを射出する。発光素子２１Ｂは、発光強度のピークが例えば約４５５ｎｍの青色光Ｂを射出する。なお、発光素子２１Ａが射出する励起光Ｅｘは、青色光に限らず、紫色光や紫外光であってもよい。

ダイクロイックミラー２２は、青色光Ｂおよび励起光Ｅｘを反射し、赤色光および緑色光を含む黄色光Ｙを透過する機能を有している。そして、ダイクロイックミラー２２は、発光素子２１Ｂから射出された青色光Ｂをインテグレーター照明光学系３２に向けて反射し、発光素子２１Ａから射出された励起光Ｅｘをインテグレーター照明光学系３２とは反対側に反射するように配置される。

波長変換装置６は、基板６１、基板６１上に形成された波長変換素子６２、光学素子としてのコリメートレンズ６３を備える。波長変換装置６は、ダイクロイックミラー２２にて反射した励起光Ｅｘを黄色光Ｙに変換し、この黄色光Ｙをダイクロイックミラー２２に向けて射出する。波長変換装置６から射出された黄色光Ｙは、ダイクロイックミラー２２に入射する。黄色光Ｙは、発光素子２１Ｂから射出されてダイクロイックミラー２２に入射した青色光Ｂとダイクロイックミラー２２によって合成される。合成された光はインテグレーター照明光学系３２に射出される。なお、波長変換装置６については、後で詳細に説明する。

インテグレーター照明光学系３２は、レンズアレイ３２１，３２２、偏光変換素子３２３、および重畳レンズ３２４を備える。レンズアレイ３２１，３２２、および重畳レンズ３２４は、光源装置２から射出された光を液晶ライトバルブ３４の表面で略均一化させる。偏光変換素子３２３は、レンズアレイ３２２から射出された非偏光光を液晶ライトバルブ３４で利用可能な第１の直線偏光光に変換する。

色分離光学系３３は、ダイクロイックミラー３３１，３３２、および反射ミラー３３３，３３４，３３５を備える。色分離光学系３３は、インテグレーター照明光学系３２から射出された光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂに分離し、分離した各色光を各液晶ライトバルブ３４に導く。

液晶ライトバルブ３４は、赤色光Ｒを画像情報に応じて変調する液晶ライトバルブ３４Ｒ、緑色光Ｇを画像情報に応じて変調する液晶ライトバルブ３４Ｇ、青色光Ｂを画像情報に応じて変調する液晶ライトバルブ３４Ｂを備える。

各液晶ライトバルブ３４は、透過型の液晶パネルと、液晶パネルの光入射側に配置された入射側偏光板と、液晶パネルの光射出側に配置された射出側偏光板とを有している。各色光は、各液晶ライトバルブ３４にて変調された後、クロスダイクロイックプリズム３５に射出される。

クロスダイクロイックプリズム３５は、各液晶ライトバルブ３４にて変調された各色光を合成する。

投写レンズ３６は、複数のレンズ（図示省略）を備え、クロスダイクロイックプリズム３５にて合成された光をスクリーンＳＣ上に拡大投写する。

冷却装置４は、図１に示すように、光源装置２の近傍に配置される冷却ファンや、図示しない吸気ファン、排気ファン、ダクト部材等を備える。冷却ファンは、光源装置２に冷却空気を送風し、光源装置２を冷却する。吸気ファンは、外装筐体５の吸気口から外気を取り込み、この外気は、ダクト部材に導かれて液晶ライトバルブ３４等の光学部品を冷却する。排気ファンは、光源装置２や液晶ライトバルブ３４等を冷却して暖まった外装筐体５内部の空気を、外装筐体５の排気口から外部に排出する。

〔波長変換装置の構成〕
ここで、波長変換装置６について、詳細に説明する。
図２は、波長変換装置６の構成を模式的に示す断面図である。
波長変換装置６は、図２に示すように、基板６１、波長変換素子６２、コリメートレンズ６３に加え、スペーサー６４、熱伝導部材６５、および放熱部６６を備える。

基板６１は、例えば、銅等の熱伝導性が良好な部材で板状に形成されている。基板６１と波長変換素子６２との間には銀等の材料で形成された反射膜６９が設けられている。この反射膜６９は光を拡散させるような拡散性を有している。

波長変換素子６２は、複数の蛍光体粒子とバインダとを含む。蛍光体粒子は、発光素子２１Ａから射出された励起光Ｅｘによって励起されて黄色光Ｙを発する蛍光体を含んでいる。蛍光体粒子から放射状に射出された黄色光Ｙのうち、基板６１に向かう成分は、反射膜６９にて反射し、波長変換素子６２の光射出面６２Ａから射出する。なお、蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅを含有する材料が用いられている。本実施形態では、複数の蛍光体粒子とバインダとを含む波長変換素子６２を用いたが、バインダを含まない蛍光体粒子の焼結体を波長変換素子として用いてもよい。

コリメートレンズ６３は、波長変換素子６２から射出された黄色光Ｙが入射する光入射面６３Ａを有する。この光入射面６３Ａが波長変換素子６２の光射出面６２Ａと対向するようにコリメートレンズ６３が配置される。コリメートレンズ６３は、波長変換素子６２から射出された黄色光Ｙを略平行化する機能を有している。なお、コリメートレンズ６３によって黄色光Ｙを十分平行化することができない場合は、コリメートレンズ６３の後段にレンズを追加してもよい。

波長変換素子６２の光射出面６２Ａとコリメートレンズ６３の光入射面６３Ａとの間には、空隙６Ｇ（空気層）が設けられている。スペーサー６４によって、空隙６Ｇの厚さ（以下、「素子間距離」という）が所定の値に設定される。スペーサー６４としては、例えば、ガラス製の粒状部材が用いられる。スペーサー６４は、波長変換素子６２の外周縁部近傍に配置されている。

具体的に、素子間距離について、図３を用いて説明する。
図３は、波長変換装置６における波長変換素子６２の一部、およびコリメートレンズ６３の一部を模式的に示す断面図である。ここで、空隙６Ｇ（空気層）が光射出面６２Ａと接触している場合においてスネルの法則によって定義される臨界角をθｃ１で表すことにする。本明細書において、特に断りがない限り、「臨界角」はθｃ１を意味する。
波長変換素子６２の内部では、蛍光体粒子から射出された黄色光Ｙが放射状に伝搬する。波長変換素子６２の内部から光射出面６２Ａへ臨界角θｃ１以上の入射角で入射した光を符号１０ａで示す。光射出面６２Ａの外側には、光１０ａに伴って光射出面の外側にエバネッセント光が発生する。本明細書では、エバネッセント光が伝搬する領域のことを「エバネッセント領域」と呼ぶ。図３では、エバネッセント領域Ｅを、ハッチングを用いて示した。

素子間距離６Ｌは、コリメートレンズ６３の光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に位置するように設定される。エバネッセント領域Ｅの厚さは光の波長程度であるため、素子間距離６Ｌを、使用する光の波長以上に設定すればよい。可視光を扱う場合、素子間距離６Ｌの下限は７００ｎｍが好ましい。本実施形態においては可視光を扱うので、素子間距離６Ｌを７００ｎｍとした。これにより、波長変換素子６２の内部から光射出面６２Ａに臨界角θｃ１以上の入射角で入射した光は、光射出面６２Ａにおいて全反射し、光入射面６３Ａへ入射することはない。

しかし、図４に示したように、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの内部に位置する場合、光１０ａの一部の成分は光射出面６２Ａで反射するが、他の成分は、あたかも光入射面６３Ａが光射出面６２Ａと接しているかのように、１回だけ屈折してコリメートレンズ６３の内部へ進行する。

次に、蛍光体粒子から射出された黄色光Ｙの光入射面６３Ａでの挙動について、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に位置している場合と、光入射面６３Ａが光射出面６２Ａと接触している場合とを比較して説明する。図５は、波長変換素子６２の一部、およびコリメートレンズ６３の一部を模式的に示す断面図であり、図５（ａ）、（ｃ）は、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に位置している波長変換装置６ｐ，６ｒを示す図、図５（ｂ）、（ｄ）は、光入射面６３Ａが光射出面６２Ａと接触している波長変換装置６ｑ，６ｓを示す図である。また図５は、波長変換素子６２からコリメートレンズ６３へ入射する光の進み方を示す。直線６Ａｘは、光入射面６３Ａの法線と平行な軸を表している。

また、波長変換装置６ｐ，６ｑ各々が備えるコリメートレンズ６３（６３１）の屈折率と、波長変換装置６ｒ，６ｓ各々が備えるコリメートレンズ６３（６３２）の屈折率は互いに異なっている。そして、波長変換素子６２の屈折率をｎ１とし、波長変換装置６ｐ，６ｑ各々が備えるコリメートレンズ６３（６３１）の屈折率をｎ２１とし、波長変換装置６ｒ，６ｓ各々が備えるコリメートレンズ６３（６３２）の屈折率をｎ２２とする。ここで、ｎ２１＜ｎ１＜ｎ２２とする。

波長変換装置６ｐ，６ｑ，６ｒ，６ｓ各々において、光入射面６３Ａへの入射角をθａｐ、θａｑ、θａｒ、θａｓで表し、光入射面６３Ａでの屈折角をθｂｐ、θｂｑ、θｂｒ、θｂｓで表わす。

光射出面６２Ａにおいて全反射が起こる場合がある。その場合、臨界角よりもわずかに小さい角度で光射出面６２Ａに入射した光は、光射出面６２Ａを透過した後、光射出面６２Ａとほぼ平行に進行する。しかし、理解しやすくするため、図５においては、光射出面６２Ａ（光入射面６３Ａ）とほぼ平行に進行する光を、光射出面６２Ａと有限の角度をなして進む光２０ａで代用している。よって、θａｐ＝θｂｑ＝θａｒ＝θａｓである。

始めに、ｎ２１がｎ１よりも小さい波長変換装置６ｐと波長変換装置６ｑを比較する。波長変換装置６ｑにおいては、光入射面６３Ａが光射出面６２Ａと接触しており、波長変換素子６２の内部から光射出面６２Ａに入射した光に対する臨界角をθｃ２とする。光射出面６２Ａに対して臨界角θｃ２よりもわずかに小さい入射角θａｑで入射した光は、光射出面６２Ａ（光入射面６３１Ａ）で屈折してコリメートレンズ６３１へ入射する。屈折角はθｂｑである。すなわち、コリメートレンズ６３１へ入射した光２０ａは、コリメートレンズ６３１の光軸に対してθｂｑの角度をもって進行する。

これに対して、波長変換装置６ｐにおいては、光射出面６２Ａに対して臨界角θｃ１よりもわずかに小さい入射角で入射した光は、光射出面６２Ａで屈折して空隙６Ｇへ射出される。空隙６Ｇへ射出された光は、図５（ａ）に示したように、光２０ａとして光入射面６３１Ａに入射する。光２０ａは光入射面６３１Ａにて屈折し、コリメートレンズ６３１へ入射する。屈折角はθｂｐである。θｂｐはθａｐよりも小さい。すなわち、θｂｐはθｂｑよりも小さく、波長変換装置６ｑの場合と比較して、波長変換装置６ｐの方が、コリメートレンズ６３１の内部を進行する光がより集光されていることがわかる。

次に、ｎ２２がｎ１よりも大きい波長変換装置６ｒと波長変換装置６ｓを比較する。波長変換装置６ｓにおいては、光入射面６３Ａが光射出面６２Ａと接触している。波長変換素子６２の内部から光射出面６２Ａへ、光射出面６２Ａに対してほぼ平行に入射した光２０ａは、光射出面６２Ａ（光入射面６３２Ａ）で屈折してコリメートレンズ６３２へ入射する。屈折角はθｂｓである。

これに対して、波長変換装置６ｒにおいては、波長変換装置６ｐの場合と同様に、光２０ａが光入射面６３２Ａに入射する。光２０ａは光入射面６３２Ａにて屈折し、コリメートレンズ６３２へ入射する。屈折角はθｂｒである。θｂｒはθｂｓよりも小さい。すなわち、波長変換装置６ｓの場合と比較して、波長変換装置６ｒの方が、コリメートレンズ６３２の内部を進行する光がより集光されていることがわかる。

以上の説明では、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に位置している場合と、光入射面６３Ａが光射出面６２Ａと接触している場合とを比較した。なお、光入射面６３Ａが光射出面６２Ａとは接触していないが、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの内部に位置している場合の光の挙動は、図４を用いて既に説明したように一部の光が反射し一部の光が透過する、という点以外は、光入射面６３Ａが光射出面６２Ａと接触している場合と同じであるため、説明を省略する。

以上のように、波長変換素子６２の屈折率とコリメートレンズ６３の屈折率との大小関係に関わらず、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に位置しているほうが、他の場合と比較して、波長変換素子６２で生成された光がコリメートレンズ６３によって、より大きく集光されることがわかる。このことは、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に位置している場合、波長変換素子６２で生成された光は、光射出面６２Ａと光入射面６３Ａとにおいて１回ずつ計２回屈折するのに対して、他の場合では１回しか屈折しないことによる。

次に、図６および図７を参照して、上記のような光の挙動が見かけの発光領域（エテンデュー）に及ぼす影響について説明する。

図６は、波長変換素子６２の光射出面６２Ａが十分厚い空隙６Ｇと接している場合の２次光源像の形成を示す図である。図６（ａ）は、光射出面６２Ａが十分厚い空隙６Ｇと接している場合の光学系Ｏ１を示す図である。光学系Ｏ１では、コリメート光学系は２枚のコリメートレンズＣＬ１，ＣＬ２からなり、集光光学系は２枚の集光レンズＦＬ１，ＦＬ２からなる。図６（ｂ）は、光学系Ｏ１において、集光光学系の焦点面に形成される２次光源像を示す図である。
図７は、波長変換素子６２の光射出面６２ＡがコリメートレンズＣＬ３の光入射面と接している場合の２次光源像の形成を示す図である。図７（ａ）は、光射出面６２ＡがコリメートレンズＣＬ３の光入射面と接している場合の光学系Ｏ２を示す図である。光学系Ｏ２では、コリメート光学系は３枚のコリメートレンズＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ５からなり、集光光学系は２枚の集光レンズＦＬ１，ＦＬ２からなる。図７（ｂ）は、光学系Ｏ２において、集光光学系の焦点面に形成される２次光源像を示す図である。光学系Ｏ１と光学系Ｏ２とではレンズ構成が異なっているが、そのことは得られる光源像の大きさには影響を及ぼさない。

図６（ｂ）と図７（ｂ）からわかるように、光学系Ｏ１によって得られる２次光源像（見かけの発光領域）のほうが、光学系Ｏ２によって得られる２次光源像（見かけの発光領域）よりも小さい。すなわち、本発明によれば、比較的小さなエテンデューを得ることができる。したがって、本発明によれば、波長変換素子６２で生成された光を効率的に利用することができる。

素子間距離６Ｌの上限は１ｍｍ以下であることが好ましい。素子間距離６Ｌが１ｍｍ以下であれば、光射出面６２Ａと光入射面６３Ａとの間の熱抵抗が比較的小さい。そのため、波長変換素子６２で発生した熱を、空隙６Ｇを介して効率的にコリメートレンズ６３へ伝えることができる。つまり、波長変換素子６２で発生した熱を、コリメートレンズ６３を通して効率よく放熱させることができる。

素子間距離６Ｌは１００μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。波長変換素子６２を効率的に冷却するためには、素子間距離６Ｌは、波長変換素子６２の内部から光射出面６２Ａに臨界角θｃ１以上の入射角で入射した光が全反射する限りにおいて短い方が良い。

熱伝導部材６５は、コリメートレンズ６３の熱を基板６１に伝える機能を有している。熱伝導部材６５は、熱伝導性が良好な部材、例えば銅材で形成される。これにより、コリメートレンズ６３と基板６１とが熱伝導可能に接続される。本実施形態において、熱伝導部材６５は、図２に示すように、波長変換素子６２の外側でコリメートレンズ６３と基板６１とを接続する。

放熱部６６は、ヒートシンクを有し、基板６１の波長変換素子６２とは反対側に配置されている。放熱部６６には、波長変換素子６２から基板６１へ直接伝わる熱と、波長変換素子６２からコリメートレンズ６３および熱伝導部材６５を介して基板６１に伝わる熱が伝導する。なお、熱伝導部材６５が放熱部６６に接続されるように構成してもよい。

そして、放熱部６６に伝わった熱は、冷却装置４によって放熱され、基板６１、すなわち波長変換装置６は、放熱部６６の熱が放熱されることによって冷却される。そして、冷却装置４によって放熱された熱は、前述したように、排気ファン、排気口を介して外装筐体５外部に排出される。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）光射出面６２Ａに対して臨界角θｃ１よりも大きい入射角で入射した黄色光Ｙが光射出面６２Ａで全反射するように、素子間距離６Ｌをスペーサー６４によって設定している。これによって、光入射面６３Ａが光射出面６２Ａと接触している構成や、エバネッセント領域Ｅの内部にコリメートレンズ６３の光入射面６３Ａが配置される構成に比べ、波長変換素子６２から射出される光は、見かけ上エテンデューが小さなものとなる。したがって、波長変換素子６２が発する光の利用効率を高めることができる。

（２）また、素子間距離６Ｌは、エバネッセント領域Ｅにコリメートレンズ６３の光入射面６３Ａが配置されない範囲で、スペーサー６４によって微細な距離に保持される。そのため、励起光を受光することによって波長変換素子６２で発生した熱を、コリメートレンズ６３に効率的に伝えることが可能となる。よって、コリメートレンズ６３を利用した波長変換素子６２の冷却、ひいては波長変換装置６の効率的な冷却が可能となる。

（３）波長変換装置６は、熱伝導部材６５を備えるので、コリメートレンズ６３の熱を効率良く基板６１に伝えることができる。よって、波長変換装置６のさらに効率的な冷却が可能となる。

（４）空隙６Ｇには、気体が存在しているので、空隙６Ｇが真空の場合に比べ、波長変換素子６２の熱を効率良くコリメートレンズ６３に伝えることができる。

（５）プロジェクター１は、上述した光源装置２を備えるので、波長変換素子６２が発する黄色光Ｙを効率的に利用することができる。その結果、明るい画像表示が可能となる。

（６）プロジェクター１は、上述した光源装置２を備えるので、波長変換装置６の効率的な冷却が可能であり、冷却装置４の小型化も可能となる。したがって、小型化されたプロジェクター１の提供が可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る光源装置について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第１実施形態の光源装置２と同様の構成および同様の部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態の光源装置は、第１実施形態の光源装置２における波長変換素子６２と表面粗さが異なる波長変換素子２６２を備える。

図８は、本実施形態の波長変換素子２６２を説明するための図であり、（ａ）は、波長変換素子２６２を有する波長変換装置２６の模式図、（ｂ）は、波長変換素子２６２の表面粗さの例を示す図である。
本実施形態の波長変換素子２６２の光射出面２６２Ａは、図８（ａ）に示すように、微細な複数の凹凸を有して形成されている。この凹凸は、図８（ｂ）に示すように、最大高さＲｍｘ、中心線平均粗さＲａを有し、最大高さＲｍｘと中心線平均粗さＲａとの差が所定の値（第１実施形態における素子間距離６Ｌ、図３参照）となるように形成されている。そして、コリメートレンズ６３は、波長変換素子２６２の凹凸形状における最大高さとなる凸部に光入射面６３Ａが接触するように配置される。すなわち、波長変換装置２６は、光射出面２６２Ａの凹凸形状における少なくとも１つの凸部がスペーサーの機能を有して構成されている。

以上の説明では、中心線平均粗さＲａを高さの基準としたが、これに限られない。たとえば、波長変換素子２６２の光射出面２６２Ａとは反対側の面を基準としてもよい。

以上説明したように、本実施形態の光源装置によれば、第１実施形態の光源装置２の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
スペーサーが波長変換素子２６２およびコリメートレンズ６３とは別の部材で形成される構成に比べ、部品点数を削減することができる。また、スペーサーの位置を指定する必要がないので、波長変換素子２６２の光射出面２６２Ａとコリメートレンズ６３の光入射面６３Ａとの空隙が所定の厚さに規制された波長変換装置２６を容易に製造することが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る光源装置について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第１実施形態の光源装置２と同様の構成および同様の部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図９は、本実施形態の光学ユニット７の構成を示す模式図である。
本実施形態の光学ユニット７は、図９に示すように、第１実施形態の光源装置２と構成の異なる光源装置８を備える。

第１実施形態の光源装置２は、励起光Ｅｘを射出する発光素子２１Ａおよび青色光Ｂを射出する発光素子２１Ｂを備え、発光素子２１Ａから射出された励起光Ｅｘがコリメートレンズ６３側から波長変換素子６２に入射するように構成されている。これに対して、本実施形態の光源装置８は、青色光Ｂを射出する発光素子８１を備え、発光素子８１から射出された青色光Ｂがコリメートレンズ６３とは反対側から波長変換素子６２に入射するように構成されている。

具体的に、光源装置８は、発光素子８１および波長変換装置８２を備え、波長変換装置８２は、基板８３、波長変換素子６２、スペーサー６４、コリメートレンズ６３、および熱伝導部材６５を備える。
発光素子８１は、レーザー光からなる青色光Ｂを射出する。
基板８３は、少なくとも青色光Ｂを透過する材料からなる。基板８３としては、ガラスを用いてもよいが、例えば水晶などの熱伝導性が比較的高い材料を用いれば、波長変換素子６２を効率的に冷却することができる。

図示していないが、基板８３と波長変換素子６２との間には、青色光Ｂを透過し、かつ黄色光Ｙを反射するダイクロイックミラーが設けられている。
波長変換素子６２とコリメートレンズ６３との間には、第１実施形態と同様にスペーサーによって所定の厚さに規制された空隙６Ｇが設けられている。これにより、コリメートレンズ６３の光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に配置される。

発光素子８１から射出された青色光Ｂは、基板８３を透過し、一部が波長変換素子６２を透過してコリメートレンズ６３に射出され、一部が波長変換素子６２内の蛍光体によって黄色光Ｙに変換される。第１実施形態で説明したと同様に、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に配置されているため、光源装置８によれば、比較的小さなエテンデューを得ることができる。したがって、本発明によれば、波長変換素子６２で生成された光を効率的に利用することができる。

そして、波長変換素子６２が黄色光Ｙを発する際に生成する熱は、基板８３およびコリメートレンズ６３に伝わる。コリメートレンズ６３に伝わった熱は、さらに熱伝導部材６５を介して基板８３に伝わる。そして、基板８３は、図示しない冷却装置によって冷却される。なお、発光素子８１から射出される青色光Ｂを遮らない領域に、基板８３と熱伝導可能に配置される放熱部を設け、基板８３およびこの放熱部を冷却装置が冷却するように構成してもよい。

以上説明したように、本実施形態の光源装置８によれば、第１実施形態の光源装置２の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
光源装置８は、黄色光Ｙ用および青色光Ｂ用の発光素子８１を備えて構成されているので、光源装置を小型に構成できる。よって、第１実施形態のプロジェクター１より小型のプロジェクターに適した光源装置８の提供が可能となる。

なお、前記実施形態は、以下のように変更してもよい。
（変形例１）
第１実施形態では、スペーサー６４が波長変換素子６２およびコリメートレンズ６３とは、別の部材で構成されているが、波長変換素子６２およびコリメートレンズ６３の少なくともいずれか一方にスペーサーとなる突起が形成されるように構成してもよい。
図１０は、変形例１における波長変換装置６０を示す模式図であり、（ａ）は、スペーサーとなる突起６４ａが形成されたコリメートレンズ１６３を備える波長変換装置６０ａを示す図、（ｂ）は、スペーサーとなる突起６４ｂが形成された波長変換素子１６２を備える波長変換装置６０ｂを示す図である。

図１０（ａ）に示すように、コリメートレンズ１６３の突起６４ａは、波長変換素子６２の外周縁部近傍に対向する位置に形成され、コリメートレンズ１６３は、この突起６４ａが波長変換素子６２に接触して配置される。そして、波長変換装置６０ａによれば、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に配置されているため、第１実施形態の波長変換装置６と同様に、比較的小さなエテンデューを得ることができる。さらに、冷却装置４によって冷却される。

図１０（ｂ）に示すように、波長変換素子１６２の突起６４ｂは、波長変換素子１６２の外周縁部近傍に形成され、コリメートレンズ６３は、突起６４ｂに接触して配置される。そして、波長変換装置６０ｂによれば、光入射面６３Ａがエバネッセント領域Ｅの外部に配置されているため、第１実施形態の波長変換装置６と同様に、比較的小さなエテンデューを得ることができる。さらに、冷却装置４によって冷却される。

この構成によれば、スペーサーが波長変換素子６２，１６２およびコリメートレンズ６３，１６３とは別の部材で形成される構成に比べ、部品点数を削減すると共に、スペーサーを所望の位置に容易に配置できる。ところで、スペーサーは波長変換素子から射出される光を吸収したり反射させる虞がある。この構成によれば、スペーサーを所望の位置に配置できる。すなわち、波長変換素子から射出される光に悪影響を与えないようにスペーサーを配置することが容易である。よって、波長変換素子６２，１６２から射出される光に対するスペーサーの影響を抑制され、かつ、波長変換素子６２，１６２の光射出面とコリメートレンズ６３，１６３の光入射面との間に所定の厚さの空隙が備えられた波長変換装置６０を容易に製造することが可能となる。

（変形例２）
第２実施形態では、波長変換素子２６２の光射出面２６２Ａが微細な凹凸形状を有し、この凹凸形状における少なくとも１つの凸部がスペーサーの機能を有して構成されているが、コリメートレンズ６３の光入射面６３Ａが微細な凹凸形状を有し、この凹凸形状における少なくとも１つの凸部がスペーサーの機能を有するように構成してもよい。

（変形例３）
第１実施形態では、空隙６Ｇに空気が存在するように構成されているが、スペーサー６４を粘着材等に混合した封止部材を用い、スペーサー６４で空隙を所定の厚さに規制すると共に、封止部材によって空隙６Ｇを密閉し、この空隙６Ｇに空気より熱伝導率が高い気体、例えばヘリウムを有する気体を封入するように構成してもよい。
ヘリウムは、気体の中で熱伝導率が高いので、波長変換素子６２の熱を効率良くコリメートレンズ６３に伝えることができる。よって、さらに効率的な波長変換装置６の冷却が可能となる。

（変形例４）
第１実施形態の光源装置２は、黄色光Ｙを生成するための発光素子２１Ａおよび波長変換装置６を備えているが、この発光素子２１Ａおよび波長変換装置６に替え、赤色光Ｒ用の発光素子および波長変換装置と、緑色光Ｇ用の発光素子および波長変換装置と、を備える構成としてもよい。すなわち、赤色光Ｒ用の波長変換装置は、赤色光Ｒ用の発光素子からの励起光によって赤色光Ｒを発する波長変換素子（例えば、赤色蛍光体を含有する材料）を備え、この波長変換素子とコリメートレンズとが所定の間隔で配置され、エテンデューが小さな赤色光Ｒを射出する。そして、緑色光Ｇ用の波長変換装置は、緑色光Ｇ用の発光素子からの励起光によって緑色光Ｇを発する波長変換素子（例えば、緑色蛍光体を含有する材料）を備え、この波長変換素子とコリメートレンズとが所定の間隔で配置され、エテンデューが小さな緑色光Ｇを射出する。
これによって、第１実施形態で示した効果に加え、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂの輝度をそれぞれ独立に制御することができるので、投写される画像のホワイトバランスを容易に調整可能なプロジェクターを提供することができる。

（変形例５）
前記実施形態では、光学素子としてコリメートレンズが用いられているが、コリメートレンズ以外のレンズや、レンズ以外の光学部品、例えば、板状の光透過部材や光の偏光状態を変換する部材等を光学素子として構成してもよい。

（変形例６）
前記実施形態のプロジェクターは、光変調装置として透過型の液晶パネルを用いているが、反射型の液晶パネルを利用したものであってもよい。また、光変調装置としてマイクロミラー型の光変調装置、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものであってもよい。
また、インテグレーター照明光学系３２に替えて、入射する光を内面で多重反射することによって略均一化して射出するロッドレンズを有するロッドインテグレーター光学系を備える光学ユニットを構成してもよい。

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を、照明器具や自動車の前照灯などに用いてもよい。

１…プロジェクター、２，８…光源装置、３，７…光学ユニット、４…冷却装置、６，２６，６０，８２…波長変換装置、６Ｇ…空隙、６Ｌ…素子間距離、２１Ａ，２１Ｂ，８１…発光素子、３４，３４Ｂ，３４Ｇ，３４Ｒ…液晶ライトバルブ（光変調装置）、３６…投写レンズ、６１，８３…基板、６２，１６２，２６２…波長変換素子、６２Ａ，２６２Ａ…光射出面、６３，１６３…コリメートレンズ（光学素子）、６３Ａ…光入射面、６４…スペーサー、６４ａ…突起、６４ｂ…突起、６５…熱伝導部材、６６…放熱部。

Claims (13)

1. 励起光を射出する発光素子と、
   光射出面を有する波長変換素子と、
   前記光射出面から射出された光が入射する光入射面を有し、該光入射面が前記光射出面と対向するように配置された光学素子と、
   前記波長変換素子の前記光射出面と前記光学素子の前記光入射面との間に設けられた空隙と、
   前記波長変換素子の内部から前記光射出面に臨界角以上の入射角で入射した光が全反射するように、前記空隙を保持するスペーサーと、
   を備え、
   前記空隙の厚さは、前記励起光の波長以上、かつ、１ｍｍ以下であることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置であって、
   前記空隙には、気体からなる層が設けられていることを特徴とする光源装置。
3. 請求項２に記載の光源装置であって、
   前記気体は、ヘリウムを含むことを特徴とする光源装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光源装置であって、
   前記スペーサーは、前記波長変換素子および前記光学素子の少なくともいずれか一方に一体的に設けられていることを特徴とする光源装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光源装置であって、
   前記波長変換素子の前記光射出面は、複数の凸部を有し、
   前記複数の凸部における少なくとも１つの凸部が前記スペーサーとして機能することを特徴とする光源装置。
6. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光源装置であって、
   前記光学素子の前記光入射面は、複数の凸部を有し、
   前記複数の凸部における少なくとも１つの凸部が前記スペーサーとして機能することを特徴とする光源装置。
7. 励起光を射出する発光素子と、
   光射出面を有する波長変換素子と、
   前記光射出面から射出された光が入射する光入射面を有し、該光入射面が前記光射出面と対向するように配置された光学素子と、
   前記波長変換素子の前記光射出面と前記光学素子の前記光入射面との間に設けられた空隙と、
   前記波長変換素子の内部から前記光射出面に臨界角以上の入射角で入射した光が全反射するように、前記空隙を保持するスペーサーと、
   を備え、
   前記スペーサーは、前記波長変換素子に一体的に設けられ、
   前記スペーサーは、前記波長変換素子の外周縁部に設けられていることを特徴とする光源装置。
8. 励起光を射出する発光素子と、
   光射出面を有する波長変換素子と、
   前記光射出面から射出された光が入射する光入射面を有し、該光入射面が前記光射出面と対向するように配置された光学素子と、
   前記波長変換素子の前記光射出面と前記光学素子の前記光入射面との間に設けられた空隙と、
   前記波長変換素子の内部から前記光射出面に臨界角以上の入射角で入射した光が全反射するように、前記空隙を保持するスペーサーと、
   を備え、
   前記スペーサーは、前記光学素子に一体的に設けられ、
   前記スペーサーは、前記波長変換素子の外周縁部に対向して設けられていることを特徴とする光源装置。
9. 励起光を射出する発光素子と、
   光射出面を有する波長変換素子と、
   前記光射出面から射出された光が入射する光入射面を有し、該光入射面が前記光射出面と対向するように配置された光学素子と、
   前記波長変換素子の前記光射出面と前記光学素子の前記光入射面との間に設けられた空隙と、
   前記波長変換素子の内部から前記光射出面に臨界角以上の入射角で入射した光が全反射するように、前記空隙を保持するスペーサーと、
   を備え、
   前記波長変換素子の前記光射出面は、複数の凸部を有し、
   前記複数の凸部における少なくとも１つの凸部が前記スペーサーとして機能することを特徴とする光源装置。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の光源装置であって、
    前記空隙には、気体からなる層が設けられていることを特徴とする光源装置。
11. 請求項１０に記載の光源装置であって、
    前記気体は、ヘリウムを含むことを特徴とする光源装置。
12. 請求項７〜請求項１１のいずれか一項に記載の光源装置であって、
    前記空隙の厚さは１ｍｍ以下であることを特徴とする光源装置。
13. 請求項１〜請求項１２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する光変調装置と、
    前記光変調装置にて変調された光を投写する投写レンズと、
    を備えることを特徴とするプロジェクター。