JP6743625B2 - 波長変換装置、光源装置、およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、波長変換装置、光源装置、およびプロジェクターに関する。

従来、光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、スクリーン等の投写面に画像を投写するプロジェクターが知られている。近年、プロジェクター等の光源装置として、半導体レーザー等の発光素子、および蛍光体を用いた光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の光源装置は、励起光を射出する励起光源部と、蛍光発光部とを有している。蛍光発光部は、蛍光体層を有する蛍光体プレートと、蛍光体プレートを載置させる基板と、蛍光体プレートを覆う集光レンズと、集光レンズを保持するレンズホルダーと、ヒートシンクと、を備える。蛍光体プレートは、励起光源部から射出された励起光が照射されて、励起光とは異なる波長帯の蛍光を発する。また、蛍光体プレートは、少なくとも基板と集光レンズとによって密閉されている。

特開２０１４−１２３０１４号公報

近年、より明るい画像の投写を可能とするために、より高輝度の光を射出する光源装置が求められている。より高輝度の光を射出するために、励起光の光強度を上げると、蛍光体層がより高温になるため、放熱性を高める必要がある。
しかしながら、特許文献１に記載の光源装置では、蛍光発光部にヒートシンクが設けられているとはいうものの、励起光が照射されることによって発熱する蛍光体層の熱を充分に放熱することが難しいと考えられる。放熱が不十分で蛍光体層の発熱が顕著になると、発光効率が低下する現象（温度消光）が生じるため、高輝度の光を射出することが難しいことや、温度上昇による蛍光体層等の劣化によって長期信頼性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］本適用例に係る波長変換装置は、励起光に励起されることによって、前記励起光の波長帯とは異なる波長帯の光を発する波長変換層を有する波長変換装置であって、第１面を有し、当該第１面において前記波長変換層を保持する基材と、前記波長変換層に対向して配置された透光部材と、を備え、前記第１面には、前記波長変換層と併設された開口部が設けられ、前記基材には、前記開口部と当該波長変換装置の外部とを連通させる流路が設けられ、前記透光部材は、前記波長変換層および前記開口部に対向する対向面を有していることを特徴とする。

この構成によれば、基材の流路に空気を流通させることで、その空気を開口部から流出させ、透光部材によって空気の流れを変えて波長変換層に向かわせることが可能となる。よって、励起光で励起されることによって発熱する波長変換層、および基材が効率よく冷却され、温度上昇が抑制される波長変換装置の提供が可能となる。
また、波長変換層に塵埃が付着すると、励起光によってこの塵埃が炭化して励起光をより吸収することにより、さらに温度上昇の要因となるが、本構成の波長変換装置は、基材および透光部材によって波長変換層の表面に塵埃が付着することが抑制されるので、この温度上昇の要因を減少させることが可能となる。
したがって、輝度の低下を抑制しつつ、信頼性に優れた波長変換装置の提供が可能となる。また、波長変換層として内部に蛍光体を有する蛍光体層を用いれば、蛍光体の温度上昇に伴って発光効率が低下する現象（温度消光）が抑制されるので、高輝度の光を発する波長変換装置の提供が可能となる。

［適用例２］上記適用例に係る波長変換装置において、前記透光部材は、前記対向面が凹面に形成されたレンズであることが好ましい。

この構成によれば、透光部材の対向面が凹面に形成されているので、開口部から流出した空気をより効率的に波長変換層に向かわせることが可能になる。また、透光部材は、レンズなので、波長変換層から発せられた光を所定の方向に導くことが可能となる。よって、波長変換層がさらに効率的に冷却されつつ、所定の方向に光を発する波長変換装置の提供が可能となる。

［適用例３］上記適用例に係る波長変換装置において、前記開口部は、空気が流出する第１開口部を有し、前記第１開口部は、前記波長変換層を介して両側に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、基材には、波長変換層を介して両側にそれぞれ第１開口部が設けられているので、それぞれ第１開口部から流出する空気は、波長変換層と透光部材との間で互いに衝突する。これによって、第１開口部から流出する空気を集中的に波長変換層に向かわせることが可能なので、波長変換装置は、波長変換層がさらに効率的に冷却される。

［適用例４］上記適用例に係る波長変換装置において、前記開口部は、空気が流入する第２開口部を有していることが好ましい。

この構成によれば、第１開口部から流出し、波長変換層と透光部材との間に流入した空気をこの第２開口部から波長変換装置の外部に流出させることが可能となる。よって、波長変換層を冷却した空気をスムーズに波長変換装置の外部に流出させることが可能となるので、波長変換層のさらに効率的な冷却や塵埃付着の防止が可能となる。

［適用例５］上記適用例に係る波長変換装置において、前記第１面と前記透光部材との間に配置され、前記第１開口部、前記第２開口部、および前記波長変換層を囲む環状部材を備え、前記環状部材は、前記第１面および前記透光部材に密接していることが好ましい。

この構成によれば、基材と透光部材との間には、第１開口部、第２開口部、および波長変換層を囲み、第１面および透光部材に密接する環状部材が配置されている。これによって、第１開口部から流出させる空気に塵埃が含まれないように構成することで、波長変換層の冷却が可能になると共に、外部から環状部材が囲む領域への塵埃の侵入を抑制することが可能となる。よって、波長変換層へのさらなる塵埃付着の抑制、すなわち、塵埃の炭化に伴う温度上昇がさらに抑制される波長変換装置の提供が可能となる。

［適用例６］上記適用例に係る波長変換装置において、前記基材は、前記第１面を有し、前記第１面において前記波長変換層を保持する第１部材と、前記第１面を有し、前記第１部材に対して前記波長変換層に設けられる第２部材と、を備え、前記第１部材は、前記第２部材が前記第１部材に設けられることにより、前記流路を形成する凹部が形成され、前記第２部材は、前記第１部材が設けられることにより、前記開口部を形成することが好ましい。

この構成によれば、凹部を有する第１部材に第２部材を波長変換層側に設けることで、上述した流路を有する基材を構成することができる。よって、基材内に流路を有する構成であっても、加工が容易で、また、製造工数の増加を抑制した波長変換装置の提供が可能となる。

［適用例７］本適用例に係る光源装置は、励起光を射出する光源と、前記励起光が入射する上記に記載の波長変換装置と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、光源装置は、上述した波長変換装置を備えているので、信頼性に優れ、高輝度の光を射出することが可能となる。

［適用例８］本適用例に係るプロジェクターは、上記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、前記画像光を投写する投写光学装置と、前記波長変換装置に空気を送風する送風装置と、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、上述した光学装置および送風装置を備えているので、波長変換装置の温度上昇を抑制することが可能となる。よって、長期に亘って、明るい画像の投写が可能なプロジェクターの提供が可能となる。

第１実施形態に係るプロジェクターの主な構成を示す模式図。 第１実施形態における照明装置の構成を示す模式図。 第１実施形態における波長変換装置の構成を模式的に示す断面図。 第１実施形態における波長変換素子を模式的に示す平面図。 第２実施形態における波長変換装置の構成を模式的に示す断面図。 第２実施形態における波長変換素子を模式的に示す平面図。 変形例の一例を示す波長変換素子の模式図。 変形例の一例を示す波長変換素子の模式図。

以下、本発明の実施形態について、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、光源から射出された光を画像情報に応じて変調し、スクリーン等の投写面に画像を投写する。なお、以下に示す各図においては、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。

（第１実施形態）
［プロジェクターの主な構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の主な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、外装筐体２、および外装筐体２内に収納された制御部（図示省略）、光学ユニット３、および冷却装置４を備える。なお、図示は省略するが、プロジェクター１は、電子部品に電力を供給する電源装置を備えている。

光学ユニット３は、図１に示すように、照明装置３１、色分離光学系３２、平行化レンズ３３、光変調装置３４、色合成光学装置３５および投写光学装置３６を備える。
照明装置３１は、後で詳細に説明するが、光軸３１Ａｘを中心とする白色光ＷＬを射出する。

色分離光学系３２は、ダイクロイックミラー３２１，３２２、反射ミラー３２３，３２４，３２５およびリレーレンズ３２６，３２７を備え、照明装置３１から射出された白色光ＷＬを赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）および青色光（ＬＢ）に分離する。
リレーレンズ３２６，３２７は、ダイクロイックミラー３２２の光路後段側に配置され、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機能を有している。
平行化レンズ３３は、各色光用にそれぞれ設けられ、入射する色光を平行化する。

光変調装置３４は、各色光用にそれぞれ設けられている（ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ用の光変調装置を、それぞれ３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂとする）。光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂは、それぞれが液晶パネルと、液晶パネルの光入射側および光射出側に配置された一対の偏光板と、を備えて構成されている。光変調装置３４は、図示しない複数の微小画素がマトリクス状に形成された矩形状の画像形成領域（図示省略）を有し、入射する各色光（ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ）を画像情報に応じて変調して画像光を生成する。

色合成光学装置３５は、クロスダイクロイックプリズムを備え、光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂにて変調された色光を合成する。
投写光学装置３６は、鏡筒および複数のレンズ（いずれも図示省略）を備え、色合成光学装置３５にて合成された画像光を投写面ＳＣに投写する。これにより、投写面ＳＣ上には、拡大されたカラー画像が表示される。

冷却装置４は、照明装置３１を冷却する第１冷却装置４Ａを備えている。第１冷却装置４Ａは、照明装置３１の後述する波長変換装置５に空気を送風する送風ファン４１、および波長変換装置５に空気を導くダクト部材（図示省略）を備える。送風ファン４１は送風装置に相当する。なお、図示は省略するが、冷却装置４は、光変調装置３４等を冷却する第２冷却装置や、外装筐体２内の温まった空気を外部に排気する排気装置等を備えている。

［照明装置の主な構成］
図２は、照明装置３１の構成を示す模式図である。
照明装置３１は、図２に示すように、光源２１、コリメーター光学系２２、アフォーカル光学系２３、ホモジナイザ光学系２４、光学素子２５、位相差板２６、ピックアップ光学系２７、波長変換素子５１、ヒートシンク５２、およびインテグレーター光学系２９を備えている。

光源２１は、複数の半導体レーザー２１ａがマトリクス状に配列されて構成され、光軸２１Ａｘを中心に光を射出する。半導体レーザー２１ａは、例えば、４４０〜４８０ｎｍの波長帯にピーク波長を有する青色光ＢＬ（励起光）を射出する。なお、本実施形態では、各半導体レーザー２１ａから射出される青色光ＢＬは、光学素子２５に対してＳ偏光光である。
コリメーター光学系２２は、例えば、各半導体レーザー２１ａに個別に対応して配置された複数のコリメーターレンズ２２ａを備え、光源２１から射出された青色光ＢＬを平行化する。

アフォーカル光学系２３は、例えば、アフォーカルレンズ２３ａ，２３ｂを備え、コリメーター光学系２２から射出された青色光ＢＬのサイズ（光束幅）を調整する。
ホモジナイザ光学系２４は、例えば、一対のマルチレンズアレイ２４ａ，２４ｂを備え、アフォーカル光学系２３から射出された、青色光ＢＬの光強度分布を均一な状態に変換する。

光学素子２５は、略三角柱状に形成された２つのプリズムが界面Ｋにて貼り合わされ、略直方体形状に形成されている。そして、この界面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子２５Ａが設けられている。光学素子２５は、界面Ｋが光軸２１Ａｘ，３１Ａｘそれぞれに対して４５°の角度をなし、互いに直交する光軸２１Ａｘ，３１Ａｘの交点と傾斜面Ｋの光学中心とが略一致するように配置されている。

偏光分離素子２５Ａは、所定の波長帯の光についてはＳ偏光光とＰ偏光光とを分離するが、他の所定の波長帯の光についてはＳ偏光光およびＰ偏光光を透過させる、波長選択性（偏光分離特性）を有している。具体的に、偏光分離素子２５Ａは、青色光ＢＬについては、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過させる。そして、偏光分離素子２５Ａは、波長変換素子５１から発せられる黄色光ＹＬについては、偏光状態にかかわらず透過させる。なお、光学素子２５としては、プリズム形状のものに限らず、平板状のダイクロイックミラーを用いたものであってもよい。

ホモジナイザ光学系２４から射出され、偏光分離素子２５Ａに入射した青色光ＢＬは、Ｓ偏光光であることから、偏光分離素子２５Ａにて反射し、青色光ＢＬｓ（励起光）として射出される。

位相差板２６は、１／４波長板（λ／４板）であり、偏光分離素子２５Ａにて反射したＳ偏光光である青色光ＢＬｓ（励起光）を円偏光である青色光ＢＬ_C（励起光）に変換する。
ピックアップ光学系２７は、例えば、位相差板２６側から順に配置された第１レンズ２７ａ、第２レンズ２７ｂ、および第３レンズ２７ｃを備え、位相差板２６から射出された青色光ＢＬ_C（励起光）を波長変換素子５１の後述する蛍光体層５１Ｐに向かって集光させる。

波長変換素子５１は、波長変換層としての蛍光体層５１Ｐ、および基材６を備え、回転しないように構成されている。基材６は、第３レンズ２７ｃ側となる第１面６ａ、および第１面６ａとは反対側となる第２面６ｂを有している。蛍光体層５１Ｐは、この第１面６ａに保持されているとともに、図示しない接合部材で第１面６ａに接合されている。第３レンズ２７ｃは、蛍光体層５１Ｐに対向して配置された透光部材に相当する。

蛍光体層５１Ｐは、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体（例えば、ＹＡＧ系の蛍光体（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ等）が含有されて形成されている。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。本実施形態の蛍光体層５１Ｐは、厚みが、例えば０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍで形成されているが、この数値に限定されるものではない。なお、蛍光体層５１Ｐは、無機バインダーを用いずに蛍光体を焼結した蛍光体層であってもよい。
蛍光体は、ピックアップ光学系２７によって集光された青色光ＢＬ_S（励起光）により励起され、非偏光光である蛍光（緑色光および赤色光を含む黄色光ＹＬ、例えば、５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する光）を発する。このように、蛍光体層５１Ｐは、励起光で励起されることによって、励起光の波長帯とは異なる波長帯の光を発する。
また、蛍光体層５１Ｐの第１面６ａと対向する面と第１面６ａとの間には、反射膜が設けられ、入射する青色光ＢＬ_C（励起光）の一部を反射するように形成されている。すなわち、波長変換素子５１からは、青色光ＢＬ_C（励起光）により励起された黄色光ＹＬ、および青色光ＢＬ_Cが発せられる。

ヒートシンク５２は、複数のフィン５２１を有し、基材６の第２面６ｂ側に配置されてる。ヒートシンク５２は、青色光ＢＬ_C（励起光）が照射されることにより発熱する蛍光体層５１Ｐの熱を基材６を介して放熱する。ヒートシンク５２は、送風ファン４１から送風された空気によって放熱される。なお、複数のフィン５２１は、送風ファン４１から送風された空気の流れに沿うように形成されているが、ヒートシンク５２を示した図面の中には、複数のフィン５２１を認識し易いように、空気の流れに沿わないように図示した図面もある。

後で詳細に説明するが、基材６には、送風ファン４１から送風された空気が流通する流路６Ｆａ（図３参照）が設けられている。そして、蛍光体層５１Ｐは、ヒートシンク５２による放熱に加え、この流路６Ｆａを流れ、第３レンズ２７ｃを用いた空気の流れによって冷却される。波長変換素子５１、ヒートシンク５２、および第３レンズ２７ｃは、波長変換装置５に相当し、この波長変換装置５については後で詳細に説明する。また、光源２１および波長変換装置５は、光源装置２０に相当する。

波長変換素子５１から発せられた黄色光ＹＬは、ピックアップ光学系２７および位相差板２６を通過する。このとき、黄色光ＹＬは、偏光方向が揃っていない光束のため、位相差板２６を通過した後も、偏光方向が揃っていない状態のまま偏光分離素子２５Ａに入射し、偏光分離素子２５Ａを透過する。

一方、波長変換素子５１で、反射または後方散乱した青色光ＢＬｃは、再びピックアップ光学系２７および位相差板２６を通過する。また、この青色光ＢＬｃは、位相差板２６を通過することによって、円偏光からＰ偏光光である青色光ＢＬｐに変換される。そして、この青色光ＢＬｐは、偏光分離素子２５Ａを透過する。尚、波長変換素子５１で反射または後方散乱した青色光の一部は、偏光状態が乱れて、位相差板２６を通過後にP偏光光にならない成分があり、この成分の光（S偏光成分）は光源２１側に戻っていく。

そして、偏光分離素子２５Ａを透過した黄色光ＹＬおよび青色光ＢＬｐは、合成されて白色光ＷＬとしてインテグレーター光学系２９に射出される。

インテグレーター光学系２９は、第１レンズアレイ２９ａ、第２レンズアレイ２９ｂ、偏光変換素子２９ｃ、および重畳レンズ２９ｄを備える。インテグレーター光学系２９は、光学素子２５から射出された白色光ＷＬの照度分布を、各光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）の画像形成領域において略均一化する。

具体的に、第１レンズアレイ２９ａは、光軸３１Ａｘに交差する面上にマトリクス状に配列された複数の小レンズを有し、入射する白色光ＷＬを複数の部分光束に分割する。
第２レンズアレイ２９ｂは、第１レンズアレイ２９ａと同様に、マトリクス状に配列された複数の小レンズを有し、各小レンズにより分割された複数の部分光束を、重畳レンズ２９ｄとともに各光変調装置３４の画像形成領域に重畳させる。
偏光変換素子２９ｃは、第２レンズアレイ２９ｂと重畳レンズ２９ｄとの間に配置され、入射される複数の部分光束の偏光方向を揃える。

［波長変換装置の構成］
ここで、波長変換装置５について詳細に説明する。
波長変換装置５は、前述したように、波長変換素子５１、ヒートシンク５２、および第３レンズ２７ｃを備えている。
図３は、波長変換装置５の構成を模式的に示す断面図である。図４は、波長変換素子５１を模式的に示す平面図であり、第３レンズ２７ｃ側から見た図である。
図４に示すように、波長変換素子５１の基材６は、平面視矩形状に形成されている。蛍光体層５１Ｐは、平面視矩形状に形成され、基材６の中央部に配置されている。また、蛍光体層５１Ｐは、矩形状の一辺が、矩形状の基材６の一辺と同じ方向を向くように形成されている。また、本実施形態の蛍光体層５１Ｐは、一辺の大きさが例えば、１ｍｍ〜２ｍｍで形成されているが、この数値に限定されるものではない。

基材６は、図３に示すように、第１面６ａとは反対側、すなわち第２面６ｂ側を形成するとともに、第１面６ａに蛍光体層５１Ｐを保持する第１部材６１、および第１面６ａを有し、第１部材６１に対して蛍光体層５１Ｐ側に設けられる板状の第２部材６２を備えている。
第１部材６１および第２部材６２は、熱伝導率が高い金属（例えば、銅や銀）や、セラミックス等で形成されている。

第２部材６２の第１面６ａには、蛍光体層５１Ｐを露出させる開口部、および蛍光体層５１Ｐと併設された複数の開口部６２１が形成されている。すなわち、蛍光体層５１Ｐは、第１部材６１に設けられており、第１部材６１の蛍光体層５１Ｐが設けられた部位は、第１面６ａとなる。そして、開口部６２１は、図４に示すように、矩形状の蛍光体層５１Ｐの４つの辺それぞれの外側に設けられている。すなわち、開口部６２１は、平面視において蛍光体層５１Ｐの左右上下にそれぞれ設けられている。換言すると、開口部６２１は、平面視における左右方向および上下方向の２方向において、蛍光体層５１Ｐを介して両側に設けられている。

第１部材６１には、図３に示すように、第１面６ａが第２面６ｂ側に凹む複数の凹部６１１が形成されている。各凹部６１１は、図４に示すように、矩形状の蛍光体層５１Ｐの各辺に沿う位置から第１部材６１の各端面まで延出している。凹部６１１は、第２部材６２が第１部材６１の蛍光体層５１Ｐ側に設けられることにより流路６Ｆａを形成する。また、第２部材６２は、第１部材６１の蛍光体層５１Ｐ側に設けられることにより、開口部６２１を形成する。
そして、基材６には、４つの端面それぞれに開口部（流入口６ｉ）が設けられ、各開口部６２１とこれらの流入口６ｉとがそれぞれ連通されている。流入口６ｉは、送風ファン４１から送風された空気が流入する開口部である。開口部６２１は、空気が流出する第１開口部に相当し、流入口６ｉから流入した空気が流出する。このように、流路６Ｆａは、各開口部６２１と波長変換装置５の外部とを連通させる。

第３レンズ２７ｃは、図３に示すように、蛍光体層５１Ｐおよび複数の開口部６２１に対向する対向面２７１を有している。本実施形態の第３レンズ２７ｃは、対向面２７１が蛍光体層５１Ｐとは反対側に凹む凹面に形成されたメニスカスレンズである。
蛍光体層５１Ｐから発せられる蛍光は、概略９８％が蛍光体層５１Ｐの中心（光軸３１Ａｘ）に対して約８０°内に発散する発散光である。そこで、本実施形態の第３レンズ２７ｃにおいては、対向面２７１の凹面形状がこの約８０°内の発散光が入射するように形成されている。また、対向面２７１には、ＡＲ（Anti Reflect）コート膜等の反射防止の処理が施されている。これらによって、蛍光体層５１Ｐから発せられた光は、効率よく第３レンズ２７ｃに入射することとなる。

ここで、送風ファン４１から波長変換装置５に送風された空気の流れについて説明する。
送風ファン４１から送風された空気は、図示しないダクト部材に導かれ、図４に示すように、各流入口６ｉから各流路６Ｆａに流入する。各流路６Ｆａを流通した空気は、図３に示すように、各開口部６２１から流出する。

各開口部６２１から流出した空気は、殆どが第３レンズ２７ｃに向かい、一部が蛍光体層５１Ｐに向かう。
第３レンズ２７ｃに向かった空気は、対向面２７１に衝突して方向が変更され、蛍光体層５１Ｐ側に向かう。対向面２７１が蛍光体層５１Ｐとは反対側に凹む凹面に形成されているので、対向面２７１に衝突した空気は、蛍光体層５１Ｐの表面と平行となる方向への分散が抑制され、この方向より蛍光体層５１Ｐ側に傾斜した方向に向かう。さらに、各開口部６２１から流出する空気の一部は、互いに衝突するので、蛍光体層５１Ｐに向かって集中的に流れる。
そして、蛍光体層５１Ｐを冷却した空気は、第１面６ａと第３レンズ２７ｃとの間から波長変換装置５の外部に流れ、図示しない排気装置によって、外装筐体２の外部に排出される。
このように、送風ファン４１から空気は、効率よく蛍光体層５１Ｐに向かって流れ、蛍光体層５１Ｐおよび基材６を冷却すると共に、蛍光体層５１Ｐの表面への塵埃の付着を防止する。

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）波長変換装置５は、外部から流入した空気が効率よく蛍光体層５１Ｐに向かって流れるように構成されている。これによって、励起光に励起されることによって発熱する蛍光体層５１Ｐおよび基材６が効率よく冷却され、温度上昇が抑制される波長変換装置５の提供が可能となる。
また、蛍光体層５１Ｐの表面に塵埃が付着することが抑制されるので、塵埃の炭化に伴う温度上昇の要因を減少させることが可能となる。
したがって、輝度の低下を抑制しつつ、信頼性に優れた波長変換装置５の提供が可能となる。また、蛍光体の温度消光が抑制されるので、高輝度の光を発する波長変換装置５の提供が可能となる。

（２）対向面２７１が蛍光体層５１Ｐとは反対側に凹む凹面に形成されているので、開口部６２１から流出した空気をより効率的に蛍光体層５１Ｐに向かわせることが可能となる。また、蛍光体層５１Ｐに対向して配置された透光部材は、レンズ（第３レンズ２７ｃ）なので、蛍光体層５１Ｐから発せられた光を所定の方向に導くことができる。よって、蛍光体層５１Ｐがさらに効率的に冷却されつつ、所定の方向に光を発する波長変換装置５の提供が可能となる。

（３）蛍光体層５１Ｐを介して両側にそれぞれ第１開口部（開口部６２１）が設けられているので、それぞれ第１開口部から流出する空気は、蛍光体層５１Ｐと透光部材との間で互いに衝突する。これによって、第１開口部から流出する空気を集中的に蛍光体層５１Ｐに向かわせることが可能なので、波長変換装置５は、蛍光体層５１Ｐがさらに効率的に冷却される。

（４）凹部６１１を有する第１部材６１に第２部材６２を第１部材６１の蛍光体層５１Ｐが設けられる側に設けることにより、流路６Ｆａを有する基材６を構成することができる。よって、基材６内に流路６Ｆａを有する構成であっても、加工が容易で、また、製造工数の増加を抑制した波長変換装置５の提供が可能となる。

（５）光源装置２０は、波長変換装置５を備えているので、信頼性に優れ、高輝度の光を射出することが可能となる。

（６）プロジェクター１は、波長変換装置５を有する光源装置２０および送風ファン４１を備えているので、波長変換装置５の温度上昇を抑制することが可能となる。よって、長期に亘って、明るい画像の投写が可能なプロジェクター１の提供が可能となる。

（７）波長変換装置５は、波長変換素子５１が回転しないように構成されているので、回転する構成に比べ、小型化、軽量化や、低コスト化が可能となる。また、波長変換素子５１を回転させる装置が不要となるので、プロジェクター１の小型化や軽量化が可能となる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態に係る波長変換装置７について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第１実施形態と同様の構成要素には、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５は、本実施形態の波長変換装置７の構成を模式的に示す断面図である。
本実施形態の波長変換装置７は、図５に示すように、第１実施形態の波長変換素子５１とは異なる波長変換素子７１を備え、第１実施形態の波長変換装置５（図３参照）が備えていない環状部材９を備えている。

波長変換素子７１は、第１実施形態の基材６とは異なる基材８を備えている。
基材８は、第１実施形態の基材６と同様に、第１面８ａとは反対側を形成するとともに、第１面８ａに蛍光体層５１Ｐを保持する第１部材８１、および第３レンズ２７ｃ側となる第１面８ａを有し、第１部材８１に対して蛍光体層５１Ｐ側に設けられる板状の第２部材８２を備えている。

そして、第２部材８２の第１面８ａには、蛍光体層５１Ｐを露出させる開口部、および蛍光体層５１Ｐに併設された開口部８２１，８２２が形成されている。すなわち、蛍光体層５１Ｐは、第１部材８１に設けられており、第１部材８１の蛍光体層５１Ｐが設けられた部位は、第１面８ａとなる。
図６は、本実施形態の波長変換素子７１を模式的に示す平面図である。
開口部８２１は、図６に示すように、矩形状の蛍光体層５１Ｐの４つの辺のうちの１辺の外側に設けられている。開口部８２２は、蛍光体層５１Ｐの開口部８２１とは反対側に設けられている。

第１部材８１には、第２部材８２とで流路８Ｆａ，８Ｆｂを形成する凹部８１１，８１２が形成されている。凹部８１１は、開口部８２１に対応して設けられ、矩形状の蛍光体層５１Ｐの辺に沿う位置から端面まで延出している。凹部８１２は、開口部８２２に対応して設けられ、矩形状の蛍光体層５１Ｐの辺に沿う位置から端面まで延出している。

そして、基材８には、凹部８１１が形成された側の端面に開口部（流入口８ｉ）が設けられ、、凹部８１２が形成された側の端面に開口部（流出口８ｅ）が設けられている。
流入口８ｉは、送風ファン４１から送風された空気が流入する開口部である。開口部８２１は、空気が流出する第１開口部に相当し、流入口８ｉから流入した空気が流出する。開口部８２２は、空気が流入する第２開口部に相当し、第１面８ａと第３レンズ２７ｃとの間の空気が流入する。流出口８ｅは、開口部８２２から流入した空気が流出する開口部である。このように、流路８Ｆａは、開口部８２１と波長変換装置５の外部とを連通させる。また、流路８Ｆｂは、開口部８２２と波長変換装置５の外部とを連通させる。

環状部材９は、図５に示すように、開口部８２１，８２２、および蛍光体層５１Ｐを囲む環状に形成され、第１面８ａと第３レンズ２７ｃとの間に配置される。また、環状部材９は、第１面８ａおよび第３レンズ２７ｃに密接して配置されている。ここで、密接とは、環状部材９が第１面８ａおよび第３レンズ２７ｃに隙間なく接していることや、環状部材９が接着剤等を介して第１面８ａや第３レンズ２７ｃに固定される構成も含むことをいう。このように、波長変換装置７は、基材８と第３レンズ２７ｃとの間において、開口部８２１（第１開口部）、開口部８２２（第２開口部）、および蛍光体層５１Ｐを囲む環状部材９の内側の領域７Ｔが、開口部８２１（第１開口部）および開口部８２２（第２開口部）を除いて密閉されている。

ここで、送風ファン４１から波長変換装置７に送風された空気の流れについて説明する。
送風ファン４１から送風された空気は、図示しないダクト部材に導かれ、図５、図６に示すように、流入口８ｉから流路８Ｆａに流入する。また、詳細な説明は省略するが、流路８Ｆａに流入する空気は、塵埃が含まれないように構成されている。

流路８Ｆａを流通した空気は、開口部８２１から流出する。
開口部８２１から流出した空気は、殆どが第３レンズ２７ｃに向かい、一部が蛍光体層５１Ｐに向かう。
第３レンズ２７ｃに向かった空気は、対向面２７１に衝突して方向が変更され、蛍光体層５１Ｐ側に向かう。対向面２７１が蛍光体層５１Ｐとは反対側に凹む凹面に形成されているので、対向面２７１に衝突した空気は、蛍光体層５１Ｐの表面と平行となる方向への分散が抑制され、この方向より蛍光体層５１Ｐ側に傾斜した方向に向かう。

そして、蛍光体層５１Ｐを冷却した空気は、開口部８２２から流路８Ｆｂに流入し、流出口８ｅから波長変換装置７の外部に流出する。波長変換装置７の外部に流出した空気は、図示しない排気装置によって、外装筐体２の外部に排出される。
このように、波長変換装置７は、外部の空気が流入する流路８Ｆａに加え、内部から外部に空気が流出する流路８Ｆｂを有し、密閉構造を有して構成されている。

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。
基材８と第３レンズ２７ｃとの間における領域７Ｔが、開口部８２１，８２２を除いて密閉されている。また、開口部８２１（第１開口部）から流出する空気に塵埃が含まれないように構成されている。これによって、蛍光体層５１Ｐの冷却が可能になると共に、波長変換装置７の外部から領域７Ｔへの塵埃の侵入を抑制することが可能となる。よって、蛍光体層５１Ｐへのさらなる塵埃付着の抑制、すなわち、塵埃の炭化に伴う温度上昇がさらに抑制される波長変換装置７の提供が可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
前記実施形態の波長変換装置５，７は、蛍光体層５１Ｐに対向して配置された透光部材としてメニスカスレンズで構成された第３レンズ２７ｃが用いられているが、メニスカスレンズ以外のレンズであってもよい。また、蛍光体層５１Ｐに対向する対向面が、凹面以外の面で形成されたレンズであってもよい。
また、透光部材としてレンズ以外の部材、例えば、対向面が平坦に形成された板状の部材等を用いる構成であってもよい。

（変形例２）
第１実施形態では、空気が流出する第１開口部としての開口部６２１が４つ設けられているが、４つ以外の数の第１開口部を備える構成であってもよい。
また、第１実施形態では、蛍光体層５１Ｐの１つの辺に対応して１つの第１開口部（開口部６２１）が設けられているが、蛍光体層５１Ｐの１つの辺に対応して複数の第１開口部が配置される構成であってもよい。

図７は、この変形例の一例を示す波長変換素子４００の模式図である。
波長変換素子４００は、図７に示すように、基材４１０を備え、蛍光体層５１Ｐを保持する第１面４１０ａには、蛍光体層５１Ｐを介して両側にそれぞれ２つの開口部４２１が設けられている。開口部４２１は、空気が流出する第１開口部に相当する。そして、基材４１０には、各開口部４２１と本波長変換装置の外部とを連通させる流路４１０Ｆａが形成されている。そして、流路４１０Ｆａに流入された空気は、各開口部４２１から流出し、第１実施形態と同様に、蛍光体層５１Ｐを冷却する。

（変形例３）
第１実施形態では、開口部６２１と流入口６ｉとが１対１、すなわち、第１開口部（開口部６２１）と流入口６ｉとが同数で形成されているが、開口部６２１と流入口６ｉとの数が異なる構成であってもよい。すなわち、第１開口部と波長変換装置の外部とを連通させる流路が分岐する構成であってもよい。

図８は、この変形例の一例を示す波長変換素子１００の模式図である。
波長変換素子１００は、図８に示すように、基材１１０を備え、蛍光体層５１Ｐを保持する第１面１１０ａには、蛍光体層５１Ｐを介して両側に第１開口部としての開口部１１１が設けられている。そして、２つの開口部１１１と本波長変換装置の外部とを連通させる流路１１０Ｆａは、空気の流入口１１０ｉが基材１１０の一端に設けられている。そして、流路１１０Ｆａは、流入口１１０ｉから蛍光体層５１Ｐに向かって延出した後、互いに離間するように２つに分岐し、それぞれが２つの開口部１１１まで延出している。
このような構成であっても、１つの流入口１１０ｉから流入した空気で２つの開口部１１１から空気を流出させ、第１実施形態と同様に、蛍光体層５１Ｐを冷却することが可能となる。

（変形例４）
第２実施形態では、第１開口部（開口部８２１）および第２開口部（開口部８２２）がそれぞれ１つ設けられているが、第１開口部や第２開口部が複数設けられる構成であってもよい。
また、第１開口部および第２開口部を備えた波長変換装置において、密閉構造（第２実施形態における環状部材９）を備えない態様であってもよい。

（変形例５）
前記実施形態では、蛍光体層５１Ｐが第１部材６１，８１に配置されるように構成されているが、蛍光体層５１Ｐが第２部材に配置されるように構成してもよい。すなわち、蛍光体層５１Ｐを配置可能な部位、およびこの部位から離間する位置に開口部を有する第２部材を構成してもよい。

（変形例６）
前記実施形態の基材６，８は、２つの部材（第１部材６１，８１と第２部材６２，８２と）を備え、この２つの部材が積層されることで流路を有する基材６，８が形成されるように構成されているが、一体の部材からの加工で、流路を形成するような態様であってもよい。

（変形例７）
前記実施形態の波長変換装置５，７は、基材６，８とは別体のヒートシンク５２を備えているが、放熱性が高まるような形状を有する基材を構成し、この基材とは別体のヒートシンクを備えない波長変換装置を構成してもよい。

（変形例８）
第２実施形態では、冷却装置４の送風ファン４１によって、流入口８ｉに空気が送風されるように構成されているが、この送風ファン４１に替え、流出口８ｅから空気を吸入するファンを備える冷却装置を構成してもよい。この構成においても、流入口８ｉから空気を流入させ、第２実施形態で説明したと同様の空気の流れで領域７Ｔ内に空気を流通させ、流出口８ｅから空気を流出させることが可能となる。

（変形例９）
前記実施形態の基材６，８は、平面視矩形状に限らず多角形状や円形状であってもよい。

（変形例１０）
前記実施形態のプロジェクター１は、光変調装置３４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用い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。

（変形例１１）
前記実施形態の光変調装置３４は、３つの光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂを用いるいわゆる３板方式を採用しているが、これに限らず、単板方式を採用してもよく、あるいは、２つまたは４つ以上の光変調装置を備えるプロジェクターにも適用できる。
なお、前記実施形態において、流路６Ｆａ、８Ｆａ、８Ｆｂ等を流れる冷媒としての空気は、空気以外の気体であってもよい。

１…プロジェクター、５，７…波長変換装置、６，８，１１０，４１０…基材、６Ｆａ，８Ｆａ，８Ｆｂ，１１０Ｆａ，４１０Ｆａ…流路、６ａ，８ａ，１１０ａ，４１０ａ…第１面、７Ｔ…領域、９…環状部材、２０…光源装置、２１…光源、２７ｃ…第３レンズ（透光部材）、３４，３４Ｂ，３４Ｇ，３４Ｒ…光変調装置、３６…投写光学装置、４１…送風ファン（送風装置）、５１Ｐ…蛍光体層、６１，８１…第１部材、６２，８２…第２部材、１１１…開口部（第１開口部）、２７１…対向面、６１１，８１１…凹部、６２１…開口部（第１開口部）、８２１…開口部（第１開口部）、８２２…開口部（第２開口部）。

Claims (8)

1. 励起光に励起されることによって、前記励起光の波長帯とは異なる波長帯の光を発する波長変換層を有する波長変換装置であって、
   第１面を有し、当該第１面において前記波長変換層を保持する基材と、
   前記基材の第１面と前記波長変換層とを接合する接合部材と、
   前記波長変換層に対向して配置された透光部材と、
   を備え、
   前記第１面には、前記波長変換層と併設され、空気が流出または流入する開口部が設けられ、
   前記基材には、前記開口部と当該波長変換装置の外部とを連通させる流路が設けられ、
   前記透光部材は、前記波長変換層および前記開口部に対向する対向面を有していることを特徴とする波長変換装置。
2. 請求項１に記載の波長変換装置であって、
   前記透光部材は、前記対向面が凹面に形成されたレンズであることを特徴とする波長変換装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の波長変換装置であって、
   前記開口部は、空気が流出する第１開口部を有し、
   前記第１開口部は、前記波長変換層を介して両側に設けられていることを特徴とする波長変換装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の波長変換装置であって、
   前記開口部は、空気が流入する第２開口部を有していることを特徴とする波長変換装置。
5. 請求項４に記載の波長変換装置であって、
   前記第１面と前記透光部材との間に配置され、前記第１開口部、前記第２開口部、および前記波長変換層を囲む環状部材を備え、
   前記環状部材は、前記第１面および前記透光部材に密接していることを特徴とする波長変換装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の波長変換装置であって、
   前記基材は、
   前記第１面を有し、前記第１面において前記波長変換層を保持する第１部材と、
   前記第１面を有し、前記第１部材に対して前記波長変換層側に設けられる第２部材と、
   を備え、
   前記第１部材は、前記第２部材が前記第１部材に設けられることにより、前記流路を形成する凹部が形成され、
   前記第２部材は、前記第１部材に設けられることにより、前記開口部を形成することを特徴とする波長変換装置。
7. 励起光を射出する光源と、
   前記励起光が入射する請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の波長変換装置と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
8. 請求項７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、
   前記画像光を投写する投写光学装置と、
   前記波長変換装置に空気を送風する送風装置と、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。

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