JP6737150B2 - 波長変換素子、光源装置及びプロジェクター - Google Patents

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ものである。

特許文献１には、励起光を放射する励起光源と、励起光を集光する光学系と、集光され
た励起光が入射してこれにより励起されて蛍光を放射する蛍光体と、蛍光体が形成された
ガラス基板を備えた光源装置が開示されている。この構成では、ガラス基板の一面側に蛍
光体が形成され、当該ガラス基板の一面（励起光入射）側に、ヒートシンクからなる冷却
機構が設けられており、蛍光体を効率良く冷却することができる。このような特許文献１
の光源装置では、冷却機構の励起光入射側（ガラス基板の一面側）に冷却フィンが形成さ
れていることから、励起光入射側に透光性部材を設けることはできない。

特開２０１２−１６９０４９号公報

波長変換層の励起光入射側に熱伝導率の高い透光性部材、または放熱性の良い透光性部
材（例えば、サファイアなど）を設ける場合において、波長変換層の光入射面に透光性部
材を接合するために用いられる接着材としては、界面反射を抑えるために、屈折率が１．
７６（透光性部材の屈折率）〜１．８３（波長変換層の屈折率）の間で、透明性と高い耐
熱性が要求される。しかしながら、このような条件を満たす接着材は存在しない。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、波長変換層の光入射面
側に透光性部材を良好に設けることができるとともに、界面反射を抑制し、放熱性を向上
させ、波長変換効率の低下を抑制することのできる、波長変換素子、光源装置及びプロジ
ェクターを提供することを目的の一つとしている。

本発明の一態様における波長変換素子は、励起光が入射する光入射面と、前記光入射面
に対向する光射出面と、前記光入射面の端部と前記光射出面の端部とを接続する接続面と
、を有する波長変換層と、前記波長変換層を支持するとともに前記接続面に接触して設け
られる支持部材と、前記励起光の進行方向と反対方向に突出する曲面を有し、前記波長変
換層の前記光入射面に対向して設けられ、前記支持部材に接合部材を介して接合される透
光性部材と、を有する冷却手段と、を備え、前記波長変換層の前記光入射面と前記透光性
部材との間には空気層が設けられ、前記空気層は前記接合部材の厚さよりも薄い構成とな
っている。

本発明によれば、波長変換層と透光性部材の間に設けられた空気層によって、透光性を
有しつつ、界面反射が抑制されるとともに、波長変換層の放熱性を高めることができる。
また、空気層は、耐熱性について考慮する必要がない。これにより、波長変換層の波長変
換効率が低下することを抑制することができる。

本発明の一態様における波長変換素子において、前記支持部材は、前記透光性部材に対
向するとともに前記透光性部材に接合されない非接合部を有し、前記非接合部に前記波長
変換層が配置されている構成としてもよい。

本発明によれば、波長変換層が支持部材を介して透光性部材に取り付けられた状態とな
り、透光性部材と波長変換層との間に空気層を形成することができる。

本発明の一態様における波長変換素子において、前記支持部材は、前記透光性部材に接
合される接合面を有し、前記波長変換層の前記光入射面が、前記接合面よりも前記励起光
の進行方向と反対方向に突出することにより、前記接合面と前記光入射面との間に段部が
形成されている構成としてもよい。

本発明によれば、波長変換層の光入射面を透光性部材により近づけることができる。空
気層の厚さは薄ければ薄いほど、熱の伝搬性が高まるので、波長変換層の熱が空気層を介
して透光性部材へと伝わり、放熱させることができる。

本発明の一態様における波長変換素子において、前記透光性部材がサファイアを含むと
ともに、前記曲面は半球形状を呈している構成としてもよい。

本発明によれば、熱伝導率の高いサファイアからなる透光性部材を備えることにより、
波長変換層において生じた熱を透光性部材において効果的に放熱させることができる。

本発明の一態様における波長変換素子において、前記接合部材には、前記空気層と外部
空間とを連通させる通気口が設けられている構成としてもよい。

本発明によれば、波長変換層の発熱によって空気層が膨張した場合であっても、通気口
を介して空気を外部へ逃がすことができ、透光性部材と支持部材との間の剥離等を防ぐこ
とができる。

本発明の一態様における光源装置は、上記の波長変換素子と、前記励起光を射出する励
起光源と、を備える。

本発明によれば、界面反射を抑えつつ放熱性の高い波長変換素子を備えているので、波
長変換効率の高い光源装置が実現できる。

本発明の一態様におけるプロジェクターは、上記の光源装置と、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。

本発明によれば、波長変換効率に優れた光源装置を備えたプロジェクターとなり、信頼
性の高いものとなる。

実施形態のプロジェクターを示す概略構成図。 第１実施形態における光源装置の概略構成を示す図。 第１実施形態における波長変換素子を、図２の照明光軸を含む平面で切断した断面図。 第１実施形態における波長変換素子を励起光の入射側から見た平面図。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図。 第２実施形態における光源装置の構成を示す図。 第２実施形態における波長変換素子を、図６の照明光軸を含む平面で切断した断面図。

以下、本発明の実施形態について、各図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。

［第１実施形態］
（プロジェクター）
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として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。なお、光変調装置として、反射型液晶ライドバルブを
用いることもできる。また、光変調装置として、マイクロミラーを用いたデバイス、例え
ば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものなど、液晶以外の光変調装
置を用いてもよい。
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１に示すように、プロジェクター１は、光源装置２Ａと、色分離光学系３と、光変調
装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、光合成光学系５と、投射光学系６と、を
備えている。光源装置２Ａは、照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、光源装置２Ａ
からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離する。光変調装置４Ｒ，
光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂはそれぞれ、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢを画
像情報に応じて変調し、各色の画像光を形成する。光合成光学系５は、各光変調装置４Ｒ
，４Ｇ，４Ｂからの各色の画像光を合成する。投射光学系６は、光合成光学系５からの合
成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する。

図２に示すように、光源装置２Ａは、半導体レーザーから射出された青色の励起光Ｂの
うち、波長変換されずに射出される青色の励起光Ｂの一部と、波長変換素子３０による励
起光の波長変換によって生じる黄色の蛍光光Ｙと、が合成された白色の照明光（白色光）
ＷＬを射出する。光源装置２Ａは、略均一な照度分布を有するように調整された照明光Ｗ
Ｌを色分離光学系３に向けて射出する。光源装置２Ａの具体的な構成については後述する
。

図１に示すように、色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａと、第２のダ
イクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の
反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えてい
る。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２Ａから射出された照明光ＷＬを、赤色
光ＬＲと、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとが混合された光と、に分離する。そのため、第１の
ダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧおよび青色光
ＬＢを反射する特性を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧと青色光
ＬＢとが混合された光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。そのため、第２のダイク
ロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する特性を有
する。

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１のダイクロイックミラ
ー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂ
および第３の反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２のダイクロイック
ミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。

第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中の第２
のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。第１のリレーレンズ９ａおよび第
２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも
長くなることによる青色光ＬＢの光損失を補償する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々は、液晶パネルから構
成されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々は、赤色
光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢの各々を通過させる間に、赤色光ＬＲ、緑色光Ｌ
Ｇ、および青色光ＬＢの各々を画像情報に応じて変調し、各色に対応した画像光を形成す
る。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々の光入射側および光
射出側には、偏光板（図示略）がそれぞれ配置されている。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々の光入射側には、光変
調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々に入射する赤色光ＬＲ、緑色
光ＬＧ、および青色光ＬＢの各々を平行化するフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレン
ズ１０Ｇ，およびフィールドレンズ１０Ｂが設けられている。

光合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。光合成光学系
５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々からの各色の画像
光を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向かって射出する。

投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、光合成光学系５
により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。これにより、スク
リーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。

（光源装置）
次に、第１実施形態における光源装置２Ａの構成について説明する。
図２は、第１実施形態における光源装置の概略構成を示す図である。

図２に示すように、光源装置２Ａ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、集光光学系２０と、波長変換素子３０と、ピックアップ光
学系６０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１４
０と、重畳レンズ１５０とを備える。

励起光源１１０は、レーザー光からなる青色の励起光Ｂを射出する複数の半導体レーザ
ー１１０Ａから構成されている。励起光Ｂの発光強度のピークは、例えば４４５ｎｍであ
る。複数の半導体レーザー１１０Ａは、照明光軸１００ａｘと直交する一つの平面内にお
いてアレイ状に配置されている。なお、励起光源１１０としては、４４５ｎｍ以外の波長
、例えば４５５ｎｍや４６０ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーを用いることもでき
る。また、励起光源１１０としては、半導体レーザーダイオードに限らずＬＥＤ（Light
Emitting Diode）を用いることもできる。

アフォーカル光学系１１は、例えば凸レンズ１１ａと、凹レンズ１１ｂと、を備えてい
る。アフォーカル光学系１１は、励起光源１１０から射出された複数のレーザー光からな
る光束の径を縮小する。なお、アフォーカル光学系１１と励起光源１１０との間にコリメ
ーター光学系を配置し、アフォーカル光学系１１に入射する励起光を平行光束に変換する
ようにしてもよい。

ホモジナイザー光学系１２は、例えば第１マルチレンズアレイ１２ａと、第２マルチレ
ンズアレイ１２ｂと、を備えている。ホモジナイザー光学系１２は、励起光の光強度分布
を後述する波長変換層上で均一な状態、いわゆるトップハット分布にする。ホモジナイザ
ー光学系１２は、第１マルチレンズアレイ１２ａおよび第２マルチレンズアレイ１２ｂの
複数のレンズから射出された複数の小光束を、集光光学系２０とともに、波長変換層上で
互いに重畳させる。これにより、波長変換層上に照射される励起光Ｂの光強度分布を均一
な状態とする。

集光光学系２０は、例えば第１レンズ２０ａと、第２レンズ２０ｂと、を備えている。
集光光学系２０は、ホモジナイザー光学系１２から波長変換素子３０までの光路中に配置
され、励起光Ｂを集光させて波長変換素子３０の波長変換層に入射させる。
本実施形態において、第１レンズ２０ａおよび第２レンズ２０ｂは、それぞれ凸レンズか
ら構成されている。

ピックアップ光学系６０は、例えば第１コリメートレンズ６２と、第２コリメートレン
ズ６４と、を備えている。ピックアップ光学系６０は、波長変換素子３０から射出された
光を略平行化する平行化光学系である。第１コリメートレンズ６２および第２コリメート
レンズ６４は、それぞれ凸レンズから構成されている。

第１レンズアレイ１２０は、ピックアップ光学系６０から射出された光を複数の部分光
束に分割するための複数の第１レンズ１２２を有する。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を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０と
ともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２２の像を光変調装置４Ｒ、光変調装
置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２レンズ１
３２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２レンズアレイ１３０から射出された光を直線偏光に変換す
る。偏光変換素子１４０は、例えば、偏光分離膜と位相差板と（ともに図示略）を備えて
いる。

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て光変調
装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。

（波長変換素子）
次に、第１実施形態における波長変換素子の構成について説明する。
図３は、第１実施形態における波長変換素子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、第１実施形態における波長変換素子を励起光Ｂの
入射側から見た平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図３及び図４に示すように、波長変換素子３０は、支持部材３１及び透光性部材３３を
有する冷却手段１３と、反射膜３５と、波長変換層３２と、ダイクロイック膜３４Ａと、
反射防止膜３４Ｃと、を備えて構成されている。

支持部材３１は、矩形の板材で構成され、板厚方向で互いに対向する第１の面（接合面
）３１ａと第２の面３１ｂとを有している。ピックアップ光学系６０は、支持部材３１の
第２の面３１ｂ側に設けられている。支持部材３１には、第１の面３１ａと第２の面３１
ｂとの間で厚さ方向を貫通する孔（非接合部）３１ｈが設けられている。第１の面３１ａ
の法線方向から見たとき、孔３１ｈの形状は矩形である。支持部材３１は、ガラス、石英
等の透光性を有する材料で構成されていてもよいし、金属等の透光性を有しない材料で構
成されていてもよい。金属材料の場合、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属が用い
られることが望ましい。

反射膜３５は、支持部材３１と波長変換層３２との間に設けられている。すなわち、反
射膜３５は、支持部材３１の孔３１ｈの内周面３１ｅに設けられている。反射膜３５は、
波長変換層３２で生成された蛍光光（黄色光Ｙ）を反射させる。反射膜３５には、アルミ
ニウム、銀等の光反射率の高い金属材料が用いられることが望ましい。

波長変換層３２は、支持部材３１の孔３１ｈの内部に設けられて支持されている。波長
変換層３２の光射出面３２ｂの法線方向から見たとき、波長変換層３２の形状は矩形であ
る。波長変換層３２は、青色の励起光Ｂを黄色の蛍光光Ｙに変換して射出する蛍光体粒子
（図示略）を含む。

波長変換層３２は、励起光源１１０から射出された励起光Ｂが入射するとともに励起光
Ｂの光軸に交差する光入射面３２ａと、光入射面３２ａに対向する光射出面３２ｂと、光
入射面３２ａと光射出面３２ｂとを接続する接続面３２ｃとを有する。光入射面３２ａは
、支持部材３１の第１の面３１ａよりも透光性部材３３側に位置し、光射出面３２ｂは、
支持部材３１の第２の面３１ｂよりも孔３１ｈ内に位置する。接続面３２ｃは、支持部材
３１の孔３１ｈの内周面に設けられた反射膜３５に接触して設けられている。なお、光射
出面３２ｂは、支持部材３１の第２の面３１ｂと同一平面上に形成されてもよい。波長変
換層３２は、光入射面３２ａと光射出面３２ｂとを別々に有する、透過型の波長変換層で
ある。

蛍光体粒子として、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光
体が用いられる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよいし、２種以上の材
料を用いて形成された粒子が混合されたものが用いられてもよい。波長変換層３２には、
耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような波長変換層３
２として、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダ
ーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などが好適に用いられる。

ダイクロイック膜３４Ａは、波長変換層３２の光入射面３２ａ上に設けられている。ダ
イクロイック膜３４Ａは、励起光源１１０から射出された青色の励起光Ｂを透過し、波長
変換層３２で生成された黄色の蛍光光Ｙを反射する特性を有する。

透光性部材３３は、波長変換層３２の光入射面３２ａに対向して設けられ、接合部材３
６を介して支持部材３１の第１の面３１ａ側に固定されている。本実施形態の透光性部材
３３は、熱伝導性の高いサファイアからなり、断面視半球形状を呈する平凸レンズで構成
されている。透光性部材３３は、平坦面３３ｆと、凸面（曲面）３３ｄと、を有している
。透光性部材３３の平坦面３３ｆは、波長変換層３２の光入射面３２ａとダイクロイック
膜３４Ａを介して対向している。透光性部材３３の凸面３３ｄは、励起光源１１０からの
励起光Ｂの進行方向と反対方向に突出する曲面である。

反射防止膜３４Ｃは、透光性部材３３の平坦面３３ｆ上に設けられている。反射防止膜
３４Ｃは、励起光Ｂの反射を抑制する特性を有し、透光性部材３３の平坦面３３ｆに成膜
することで励起光の透過効率が向上する。反射防止膜３４Ｃは、平坦面３３ｆの全面に設
けられなくともよい。例えば、反射防止膜３４Ｃは、平坦面３３ｆの光入射面３２ａ（ダ
イクロイック膜３４Ａ）に対向する部分に少なくとも設けられていればよい。

接合部材３６は、透光性部材３３の平坦面３３ｆ上に設けられた反射防止膜３４Ｃと、
支持部材３１の第１の面３１ａと、の間に配置され、透光性部材３３を支持部材３１に接
合している。接合部材３６としては、透光性、不透光性を問わず、高い熱伝導率を有する
ものが好ましい。例えば、半田、熱伝導シート等が挙げられる。接合部材３６は、接合強
度を確保するためにある程度の厚みが必要である。そこで、本実施形態では光軸方向に沿
う厚さが数十μｍよりも厚く設定され、後述する空気層３７よりも厚いことが好ましい。

透光性部材３３と波長変換層３２との間には、空気層３７が設けられている。すなわち
、透光性部材３３の平坦面３３ｆ（平坦面３３ｆ上の反射防止膜３４Ｃ）と波長変換層３
２の光入射面３２ａ（光入射面３２ａ上のダイクロイック膜３４Ａ）との間には、空気層
３７が設けられている。本実施形態では、空気層３７の厚さが接合部材３６の厚さよりも
薄くなるように、波長変換層３２の光入射面３２ａが、励起光源１１０からの励起光の進
行方向と反対方向に突出している。つまり、本実施形態では、波長変換層３２の光入射面
３２ａを支持部材３１の第１の面３１ａよりも透光性部材３３側に突出させて配置してあ
る。このため、支持部材３１のうち、透光性部材３３に接合される第１の面３１ａと、波
長変換層３２の光入射面３２ａとの間には段部３８が形成される。本実施形態において、
光軸方向に沿う空気層３７の厚さは、熱伝達の観点から、２０μｍ以下が好ましく、１０
μｍ以下がさらに好ましい。

透光性部材３３の平坦面３３ｆ（平坦面３３ｆ上の反射防止膜３４Ｃ）または、波長変
換層３２の光入射面３２ａ（光入射面３２ａ上のダイクロイック膜３４Ａ）には、微細な
凹凸が形成されていてもよい。仮に、平坦面３３ｆまたは光入射面３２ａに微細な凹凸が
形成されていたとしても、透光性部材３３と波長変換層３２とを接近させた場合に、平坦
面３３ｆと光入射面３２ａとが部分的に当接することはあっても、波長変換層３２側のダ
イクロイック膜３４Ａと、透光性部材３３側の反射防止膜３４Ｃとが互いに密着して空気
層３７が形成されないようなことはなく、波長変換層３２の光入射面３２ａ及び透光性部
材３３の平坦面３３ｆの間、または、ダイクロイック膜３４Ａ及び反射防止膜３４Ｃの間
に空気層３７が形成されることになる。

そのため、図３に示したように、ダイクロイック膜３４Ａと反射防止膜３４Ｃとが接触
することなく完全に離間した状態で、これらの間に一定の厚さで空気層３７が設けられて
いてもよいし、ダイクロイック膜３４Ａ及び反射防止膜３４Ｃ、または、波長変換層３２
の光入射面３２ａ及び透光性部材３３の平坦面３３ｆが部分的に当接した状態で厚さが一
様でない空気層３７が形成されていてもよい。

図４に示すように、空気層３７が設けられる空間は、接合部材３６に設けられた２つの
通気口３６ｔ、３６ｔを介して波長変換素子３０の外部空間と連通している。波長変換層
３２の光入射面３２ａは、発熱によって約１５０℃近くにまで上昇する。波長変換層３２
の発熱によって空気層３７が膨張した場合に、通気口３６ｔ、３６ｔを通じて空気が流動
して波長変換素子３０の外部空間に放出され、支持部材３１と透光性部材３３との間で剥
離が生じるのを防ぐことができる。

通気口３６ｔは、透光性部材３３と支持部材３１との間で接合部材３６が存在しない領
域からなる。通気口３６ｔは少なくとも１つあればよく、通気口３６ｔの数や位置、大き
さ等は図示した構成に限られず、空気層３７の体積などに応じて適宜設定される。

空気層３７は、透光性であり、界面反射を抑制しつつ、耐熱性を考慮する必要がない。
一方で、透光性部材３３は、波長変換層３２を支持する支持部材３１に対して接合部材３
６を介して良好に接合されている。

また、空気層３７の厚さは薄ければ薄いほど、熱の伝搬性が高まる。このため、本実施
形態では、接合部材３６の厚さよりも空気層３７の厚さが薄くなるような構成とした。つ
まり、波長変換層３２の光入射面３２ａを支持部材３１の第１の面３１ａよりも透光性部
材３３側へ突出させ、波長変換層３２を透光性部材３３にできる限り近接させて配置した
。これによって、波長変換層３２の熱が支持部材３１側だけでなく、空気層３７を介して
透光性部材３３にも伝わり易くなる。これら支持部材３１及び透光性部材３３を有する冷
却手段１３によって、波長変換層３２の放熱性が向上し、波長変換素子３０の波長変換効
率が低下することを抑制することができる。

特に、波長変換素子３０のように波長変換層３２を回転させない場合、すなわち、波長
変換素子３０が蛍光体ホイールではない場合、波長変換層３２の温度上昇が課題となる。
本実施形態では、波長変換層３２の光入射面３２ａ側に透光性部材３３を配置するととも
に、透光性部材３３と波長変換層３２との間に空気層３７を設けたので、波長変換層３２
の熱が支持部材３１側だけでなく、空気層３７を介して透光性部材３３にも伝わり易くな
る。これら支持部材３１及び透光性部材３３を有する冷却手段１３によって、波長変換層
３２の放熱性が向上し、波長変換素子３０の波長変換効率が低下することを抑制すること
ができる。

さらに、透光性部材３３は、熱伝導率の高いサファイアから形成されていることから、
波長変換層３２において生じた熱を透光性部材３３において効果的に放熱させることがで
きる。

また、本実施形態では、波長変換層３２と透光性部材３３とを接合している接合部材３
６に設けられた通気口３６ｔを介して、空気層３７と波長変換素子３０の外部空間とが連
通されており、空気が流動する構成となっている。これにより、波長変換層３２の発熱に
よって膨張した空気（空気層３７）を、通気口３６ｔを通じて外部に流出させることがで
きる。これにより、空気層３７の膨張に起因する波長変換素子３０の損傷を抑えることが
できる。

以上述べたように、本実施形態の構成によれば、放熱性の高い波長変換素子３０を備え
ているので、波長変換効率の高い光源装置２Ａが実現され、信頼性の高いプロジェクター
１が得られる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の光源装置について説明する。
以下に示す本実施形態の光源装置は、青色分離型の光源装置２Ｂを備えた点において上
記第１実施形態の構成と異なる。よって、以下の説明では、光源装置２Ｂの構成について
詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１
〜図５と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

図６は、第２実施形態における光源装置の構成を示す図である。
光源装置２Ｂは、図６に示すように、励起光源１１０と、コリメート光学系４２と、位
相差板４３と、偏光分離素子４４と、第１ホモジナイザー光学系４５と、第１の集光光学
系４６と、波長変換素子７０と、第１ピックアップレンズ４８と、ダイクロイックミラー
４９と、全反射ミラー５０と、第２位相差板５１と、第２ホモジナイザー光学系５２と、
第２の集光光学系５３と、反射型回転拡散素子５４と、第２ピックアップレンズ５５と、
を概略備えている。

光源装置２Ｂのうち、励起光源１１０、コリメート光学系４２、位相差板４３、偏光分
離素子４４、第１ホモジナイザー光学系４５、第１の集光光学系４６、波長変換素子７０
、第１ピックアップレンズ４８及びダイクロイックミラー４９は、光軸１００ａｘ上に順
次並んで配置されている。

位相差板４３は、回転機構を有した１／２波長板で構成されている。位相差板４３は、
コリメート光学系４２で集光した励起光Ｂのうち、Ｐ偏光およびＳ偏光を任意の割合に変
換する。なお、位相差板４３は、１／４波長板でもよく、回転や移動によって偏光状態（
Ｐ偏光およびＳ偏光の割合）を変化させることができれば特に限定されるものではない。

偏光分離素子４４は、いわゆるプレート型の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）であり
、光軸１００ａｘに対して４５°の角度をなす傾斜面を有している。偏光分離素子４４は
、入射光のうちのＰ偏光成分を通過させ、Ｓ偏光成分を反射させる。Ｐ偏光成分は、偏光
分離素子４４を透過して第１ホモジナイザー光学系４５へ向かって進む。Ｓ偏光成分は、
偏光分離素子４４で反射して、全反射ミラー５０に向かって進む。

第１ホモジナイザー光学系４５は、例えば、例えば第１マルチレンズアレイ４５ａと、
第２マルチレンズアレイ４５ｂと、を備えている。第１ホモジナイザー光学系４５は、励
起光の光強度分布を後述する波長変換層上で均一な状態、いわゆるトップハット分布にす
る。第１ホモジナイザー光学系４５は、第１マルチレンズアレイ４５ａの複数のレンズか
ら射出された複数の小光束を、第１の集光光学系４６とともに、波長変換層上で互いに重
畳させる。これにより、波長変換層上に照射される励起光Ｂの光強度分布を均一な状態と
する。

第１の集光光学系４６は、第１ホモジナイザー光学系４５から波長変換素子７０までの
光路中に配置され、励起光Ｂを集光させて波長変換素子７０の波長変換層に入射させる。
本実施形態において、第１の集光光学系４６は凸レンズから構成されている。

第１ピックアップレンズ４８は、例えば、凸レンズからなり、波長変換素子７０から射
出された黄色光Ｙを略平行化する。

ダイクロイックミラー４９は、波長変換素子７０から射出された黄色光Ｙを通過させる
とともに、黄色光Ｙに対して直交する方向から入射してくる青色光Ｂを、黄色光Ｙと同じ
光軸方向へ反射させるミラーである。

全反射ミラー５０は、青色光Ｂの光路中に配置されて、偏光分離素子４４において分離
された青色光を第２位相差板５１に向けて全反射する。

第２位相差板５１は、１／４波長板（λ／４板）である。第２位相差板５１は、偏光分
離素子４４から射出されたＳ偏光の青色光を円偏光に変換する。

第２ホモジナイザー光学系５２は、例えば、例えば第１マルチレンズアレイ５２ａと、
第２マルチレンズアレイ５２ｂと、を備えている。第２ホモジナイザー光学系５２は、第
１マルチレンズアレイ５２ａの複数のレンズから射出された複数の小光束を、第２の集光
光学系５３とともに、反射型回転拡散素子５４上で互いに重畳させる。これにより、反射
型回転拡散素子５４上に照射される青色光Ｂの光強度分布を均一な状態とする。

第２の集光光学系５３は、第２ホモジナイザー光学系５２から反射型回転拡散素子５４
までの光路中に配置され、円偏光に変換された青色光Ｂを集光させて、反射型回転拡散素
子５４に入射させる。本実施形態において、第２の集光光学系５３は凸レンズから構成さ
れている。

反射型回転拡散素子５４は、第２の集光光学系５３から射出された光線を、第２ピック
アップレンズ５５に向けて拡散反射させるものである。その中でも、反射型回転拡散素子
５４としては、反射型回転拡散素子５４に入射した光線をランバート反射またはランバー
ト反射に近い特性で拡散反射させるものを用いることが好ましい。

第２ピックアップレンズ５５は、例えば、凸レンズからなり、反射型回転拡散素子５４
から射出された青色光Ｂを略平行化する。平行化された青色光Ｂは、ダイクロイックミラ
ー４９へと進み、ダイクロイックミラー４９において、青色光Ｂに対して直交する方向へ
進行する黄色光Ｙと同じ方向へ反射される。

このように、反射型回転拡散素子５４から射出された光線（青色光Ｂ）は、ダイクロイ
ックミラー４９を透過した蛍光光（黄色光Ｙ）と合成されて、白色の照明光ＷＬが得られ
る。白色の照明光ＷＬは、図１に示した色分離光学系３に入射する。

（波長変換素子）
次に、第２実施形態における波長変換素子の構成について説明する。
図７は、第２実施形態における波長変換素子を、図６の照明光軸１００ａｘを含む平面
で切断した断面図である。
図７に示すように、波長変換素子７０は、孔７１ｈ（非接合部）を有する支持部材７１
及び透光性部材３３を有する冷却手段７３と、反射膜３５と、波長変換層７２と、ダイク
ロイック膜３４Ａと、ダイクロイック膜３４Ｂと、反射防止膜３４Ｃと、を備え、波長変
換層７２と透光性部材３３との間に空気層３７を有している。

本実施形態の波長変換層７２は、励起光源１１０より放射された青色の励起光Ｂにより
励起されて黄色の蛍光光Ｙを放射する。波長変換層７２の厚さは、入射した励起光Ｂの全
てを黄色光Ｙに変換することのできる厚さに設定する。

波長変換層７２の光入射面７２ａには、青色光Ｂを透過させるとともに黄色光Ｙを反射
させるダイクロイック膜３４Ａが設けられている。波長変換層７２の光射出面７２ｂには
、青色光を反射させるとともに黄色光を透過させるダイクロイック膜３４Ｂが設けられて
いる。

本実施形態においても、波長変換層７２を、その光入射面７２ａが支持部材７１の第１
の面７１ａよりも透光性部材３３側に突出するように配置しており、空気層３７の厚さが
、透光性部材３３と支持部材７１とを接合させている接合部材３６の厚さよりも薄い構成
となっている。

以上述べたように、本実施形態の構成においても、界面反射を抑制しつつ、高い放熱性
を有するとともに波長変換効率の低下を抑制した波長変換素子７０を得ることができ、少
ない投入電力でより投射面の明るいプロジェクター１を提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発
明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の
範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらに
ついても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…プロジェクター、２Ａ，２Ｂ…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投
射光学系、１３，７３…冷却手段、３０，７０…波長変換素子、３１，７１…支持部材、
３１ａ…第１の面（接合面）、３１ｈ，７１ｈ…孔（非接合部）、３２，７２…波長変換
層、３２ａ，７２ａ…光入射面、３２ｂ，７２ｂ…光射出面、３２ｃ…接続面、３３…透
光性部材、３３ｄ…凸面（曲面）、３６…接合部材、３７…空気層、３８…段部、１１０
…励起光源、Ｂ…励起光

Claims (7)

1. 励起光が入射する光入射面と、前記光入射面に対向する光射出面と、前記光入射面の端
   部と前記光射出面の端部とを接続する接続面と、を有する波長変換層と、
   前記波長変換層を支持するとともに前記接続面に接触して設けられる支持部材と、前記
   励起光の進行方向と反対方向に突出する曲面を有し、前記波長変換層の前記光入射面に対
   向して設けられ、前記支持部材に接合部材を介して接合される透光性部材と、を有する冷
   却手段と、を備え、
   前記波長変換層の前記光入射面と前記透光性部材との間には空気層が設けられ、
   前記空気層は前記接合部材の厚さよりも薄い、波長変換素子。
2. 前記支持部材は、前記透光性部材に対向するとともに前記透光性部材に接合されない非
   接合部を有し、前記非接合部に前記波長変換層が配置されている、
   請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記支持部材は、前記透光性部材に接合される接合面を有し、
   前記波長変換層の前記光入射面が、前記接合面よりも前記励起光の進行方向と反対方向
   に突出することにより、前記接合面と前記光入射面との間に段部が形成されている、
   請求項１または２に記載の波長変換素子。
4. 前記透光性部材がサファイアを含むとともに、前記曲面は半球形状を呈している、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の波長変換素子。
5. 前記接合部材には、前記空気層と外部空間とを連通させる通気口が設けられている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
6. 前記励起光を射出する励起光源と、
   前記励起光が入射される請求項１から５のいずれか一項に記載の波長変換素子と、を備
   える光源装置。
7. 請求項６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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