JP6954329B2 - 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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Description
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を用いて説明する。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
図1は、本実施形態に係るプロジェクター1の概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター1は、スクリーンSCR上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター1は、照明装置2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、合成光学系5と、投射光学装置6と、を備えている。照明装置2の構成については、後で説明する。
図2は、照明装置2の概略構成を示す図である。
図2に示すように、照明装置2は、第1光源装置11と、第2光源装置12と、ダイクロイックミラー13と、均一化照明手段14と、を備えている。本実施形態の第1光源装置11は、特許請求の範囲の「光源装置」に相当する。
図3は、本実施形態の波長変換素子23の断面図である。
図3に示すように、波長変換素子23は、第1放熱部材51と、波長変換層52と、第1透光性部材53と、第1ダイクロイックミラー54(第1層)と、反射層55と、を備えている。第1透光性部材53、第1ダイクロイックミラー54、および波長変換層52は、励起光Eが入射する側からこの順に積層されている。以下、第1透光性部材53、第1ダイクロイックミラー54、および波長変換層52からなる積層体を波長変換部56と称する。
波長変換素子23において、第1透光性部材53に入射した励起光Eは、第1ダイクロイックミラー54を透過して波長変換層52に入射する。波長変換層52の内部では励起光Eが波長変換されて蛍光Yが生成され、蛍光Yは波長変換層52の内部をあらゆる方向に向かって等方的に進行する。そのため、蛍光Yの一部は波長変換層52の第2面52bに到達し、蛍光Yの他の一部は波長変換層52の第1面52aに到達し、蛍光Yのさらに他の一部は波長変換層52の第1側面52cに到達する。
第1ダイクロイックミラー54が誘電体多層膜で構成されている場合、図4に示すように、誘電体多層膜の反射率は、一例として、入射角が0〜30°および55〜90°付近の領域では95%以上の略一定の値を示し、入射角が略40°の近傍で最小値を示し、50%程度にまで低下する。したがって、波長変換層52から第1ダイクロイックミラー54に対して垂直に近い方向、すなわち入射角が0°に近い方向から蛍光Yが入射したとしても、蛍光Yの大部分は第1ダイクロイックミラー54で反射され、ほとんど第1透光性部材53に入射することはない。
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の説明は省略する。
図5は、第2実施形態の波長変換素子60の断面図である。
図5において、第1実施形態で用いた図面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。
波長変換素子60のその他の構成は、第1実施形態の波長変換素子23の構成と同様である。
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の説明は省略する。
図6は、第3実施形態の波長変換素子64の断面図である。
図6において、上記実施形態で用いた図面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。
波長変換素子64のその他の構成は、第2実施形態の波長変換素子23の構成と同様である。
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の説明は省略する。
図7は、第4実施形態の波長変換素子68の断面図である。
図7において、上記実施形態で用いた図面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。
波長変換素子68のその他の構成は、第3実施形態の波長変換素子23の構成と同様である。
以下、本発明の第5実施形態について、図8および図9を用いて説明する。
第5実施形態のプロジェクターの構成は第1実施形態と同様であり、照明装置および波長変換素子の構成が第1実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略する。
図8は、第5実施形態の照明装置16の概略構成図である。
図8において、第1実施形態の図2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。
図9において、上記実施形態で用いた図面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。
波長変換素子73のその他の構成は、第1実施形態の波長変換素子23の構成と同様である。
以下、第1変形例について、図10を用いて説明する。
図10は、第1変形例の波長変換素子78の断面図である。
図10において、上記実施形態で用いた図面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、第2変形例について、図11を用いて説明する。
図11は、第2変形例の波長変換素子81の断面図である。
図11において、上記実施形態で用いた図面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、第3変形例について、図12を用いて説明する。
図12は、第3変形例の波長変換素子85の断面図である。
図12において、上記実施形態で用いた図面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、第4変形例について、図13を用いて説明する。
図13は、第4変形例の波長変換素子88の断面図である。
図13において、上記実施形態で用いた図面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、第5変形例について、図14を用いて説明する。
図14は、第5変形例の波長変換素子91の断面図である。
図14において、上記実施形態で用いた図面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、第6変形例について、図15を用いて説明する。
図15は、第6変形例の波長変換素子94の断面図である。
図15において、上記実施形態で用いた図面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、第7変形例について、図16を用いて説明する。
図16は、第7変形例の波長変換素子97の断面図である。
図16において、上記実施形態で用いた図面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。
また、第7変形例においては、第5変形例にて設けられていた第3ダイクロイックミラー75が、波長変換層52の第2面52bと第2透光性部材69の第5面69aとの間に設けられていない。よって、本変形例の波長変換素子97は、第3ダイクロイックミラー75を用いずに、励起光Eの一部を青色光Bとして透過させる。
上記の実施形態および変形例の波長変換素子のうち、第2ダイクロイックミラー61を備えた波長変換素子78,88,91,94,97において、第2ダイクロイックミラー61は、入射角θ(°)が0°<θ<θ1の範囲の励起光Eを透過させ、入射角θがθ1<θ<90°の範囲の励起光Eを反射させるとともに、蛍光Yを反射させる特性を有していてもよい。すなわち、第2ダイクロイックミラー61は、入射角が相対的に小さい励起光Eを透過させ、入射角が相対的に大きい励起光Eを反射させてもよい。
図17に示すように、上記の特性を有する第2ダイクロイックミラー61を備えた波長変換素子99を用いる場合、第1光源20および集光光学系22は、励起光Eを入射角θ1で波長変換素子99の第2ダイクロイックミラー61に入射させるように設定されていることが望ましい。そのためには、集光光学系22から射出される励起光Eの光束幅をDとし、集光光学系22のバックフォーカスをbfとしたとき、入射角θ1が下記の(1)式を満足すればよい。
θ1=atan(0.5×D)/bf …(1)
例えば上記実施形態では、回転可能とされていない固定型の波長変換素子の例を挙げたが、本発明は、モーターによって回転可能とされた波長変換素子にも適用が可能である。
Claims (11)
- 第1面と、前記第1面とは異なる第2面と、を有し、第1波長帯を有する励起光を、前記第1波長帯とは異なる第2波長帯を有する蛍光に変換する波長変換層と、
前記励起光が入射する第3面と、前記第3面とは異なる第4面と、を有し、前記励起光を少なくとも透過させる第1透光性部材と、
互いに対向する前記波長変換層の前記第1面と前記第1透光性部材の前記第4面との間に設けられる第1層と、
前記第1透光性部材の前記第3面に対向して設けられる誘電体多層膜と、
前記励起光を透過させる開口部を有する第1放熱部材と、
を備え、
前記第1透光性部材の屈折率は、前記波長変換層の屈折率よりも大きく、
前記第1層は、前記励起光を透過させるとともに、前記蛍光を反射させ、
前記誘電体多層膜は、前記第1放熱部材に接し、前記励起光を透過させるとともに、前記蛍光を反射させ、
前記第1透光性部材は、前記第1放熱部材の前記開口部を塞ぐように設けられ、前記第3面の一部は、前記第1放熱部材に重なる、波長変換素子。 - 反射層を備え、
前記波長変換層は、前記第1面と前記第2面とに交差する第1側面を有し、
前記第1透光性部材は、前記第3面と前記第4面とに交差する第2側面を有し、
前記反射層は、前記第1側面と前記第2側面とに対向して設けられ、少なくとも前記蛍光を反射させる、請求項1に記載の波長変換素子。 - 前記第1放熱部材は、凹部と、前記凹部の底面に設けられた前記開口部と、を有し、
前記波長変換層、前記第1層、および前記第1透光性部材は、前記凹部の内部に配置され、
前記凹部の側面に、前記反射層が設けられている、請求項2に記載の波長変換素子。 - 前記第2放熱部材をさらに備え、
前記第1放熱部材と前記波長変換層の前記第1側面との間に前記反射層が設けられ、
前記第1放熱部材と前記第1透光性部材の前記第2側面との間に前記第2放熱部材が設けられ、
前記第1放熱部材と前記第1透光性部材の前記第2側面との間に前記反射層が設けられる、請求項3に記載の波長変換素子。 - 第5面と、前記第5面に交差する第3側面と、を有し、前記蛍光を少なくとも透過させる第2透光性部材を備え、
前記波長変換層の前記第2面と前記第2透光性部材の前記第5面とは、互いに対向して設けられ、
前記第1放熱部材と前記第2透光性部材の前記第3側面との間に第3放熱部材が設けられ、
前記第1放熱部材と前記第2透光性部材の前記第3側面との間に前記反射層が設けられる、請求項4に記載の波長変換素子。 - 前記第2透光性部材の熱伝導率は、前記波長変換層の熱伝導率よりも大きい、請求項5に記載の波長変換素子。
- 前記第2透光性部材は、炭化ケイ素を含む、請求項5または請求項6に記載の波長変換素子。
- 前記第1透光性部材の熱伝導率は、前記波長変換層の熱伝導率よりも大きい、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
- 前記第1透光性部材は、炭化ケイ素を含む、請求項1から請求項8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9までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記励起光を前記波長変換素子の前記第1透光性部材の前記第3面に向けて射出する光源と、
を備える、光源装置。 - 請求項10に記載の光源装置と、
前記光源装置からの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。
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