JPWO2016185850A1 - 光変換装置および光源装置、ならびにプロジェクタ - Google Patents

Abstract

本発明は、蛍光体で発生する熱をモータレスで冷却することを可能にした、小型、かつ信頼性の高い光変換装置および光源装置、ならびにプロジェクタを提供することを目的とする。本開示の光変換装置は、励起光によって励起される蛍光体（１２）と、蛍光体が接合されたレンズ面を有し、蛍光体に励起光を入射させる第１の集光レンズ（１１Ａ）と、少なくとも、蛍光体が接合された領域の周囲においてレンズ面が接着された放熱部材（１４）とを備える。

Description

本開示は、光の波長を変換する蛍光体を備えた光変換装置および光源装置、ならびにプロジェクタに関する。

近年、プレゼンテーション用、もしくは、デジタルシネマ用のプロジェクタ等に用いられる光源に、従来の高圧水銀ランプやキセノンランプ等ではなく、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）やレーザダイオード（Laser Diode；ＬＤ）といった固体発光素子を採用する製品が増えてきている。ＬＥＤ等の固体発光素子は、サイズや消費電力だけでなく、高信頼性という点でも、放電ランプよりも有利である。中でも、さらなる高輝度化および低消費電力化を達成するためには、点光源であるＬＤを用いて光利用効率を高めることが有効である。

ＬＤを光源として用いたプロジェクタとしては、回転する基体上に成膜された蛍光体をＬＤから出射されるレーザ光によって励起し、これによって生じた蛍光を利用するものが開発されている。このようなプロジェクタでは、蛍光体の光変換効率の温度特性、蛍光体を基体上に形成するためのバインダ等の耐熱性のために温度上昇を抑える必要がある。このため、例えば、特許文献１では、蛍光体層が形成され、モータによって回転駆動される蛍光体ホイールが取り付けられた蛍光体ホイール装置および蛍光体層の発光部に冷却風を送風する送風機を密閉容器に収容したプロジェクタが開示されている。密閉容器には、空気の循環経路が設けられており、送風機からの風が蛍光体ホイールの発光部に流れるようになっている。

また、特許文献２および特許文献３には、蛍光体ホイールを回転させることなく、蛍光体の放熱をヒートシンクで行う非回転方式が提案されている。例えば特許文献２には、裏面にヒートシンクが設けられた基板上にスペーサと蛍光体とを配置し、基板と、励起光の集光を行う平凸形状の集光レンズとによってスペーサと蛍光体とを挟み込んで接着する構造が提案されている。また、特許文献３には、基板上に配置された蛍光体をメニスカス形状の集光レンズによって密閉する構造が提案されている。

特開２０１４−９２５９９号公報 特開２０１４−１６５０５８号公報 特開２０１４−１２３０１４号公報

上記した蛍光体ホイールをモータによって回転させる方式では、回転による騒音の発生やモータの寿命を考慮する必要があり得る。また、蛍光体と集光レンズとの間に空気が介在する方式が一般的であるが、埃付着による信頼性低下を回避するために蛍光体の冷却を防塵する構造が必要となり得る。これにより、冷却系のサイズが大きくなり得る。

これに対して非回転方式では騒音や寿命の問題は少ないものの、回転方式に比べて蛍光体の発熱による温度上昇が大きくなり、光変換効率の低下や、蛍光体もしくは接着材の劣化により高輝度化が困難である。例えば、特許文献２および特許文献３に記載の構造では、少なくとも蛍光体の周囲において、蛍光体に最も近い集光レンズと基板との間に空気層が介在しており、放熱能力が低下し得る。

蛍光体で発生する熱をモータレスで冷却することを可能にした、小型、かつ信頼性の高い光変換装置および光源装置、ならびにプロジェクタを提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態に係る光変換装置は、励起光によって励起される蛍光体と、蛍光体が接合されたレンズ面を有し、蛍光体に励起光を入射させる第１の集光レンズと、少なくとも、蛍光体が接合された領域の周囲においてレンズ面が接着された放熱部材とを備えたものである。

本開示の一実施の形態に係る光源装置は、光変換装置と、光変換装置に向けて励起光を出射する光源部とを有し、光変換装置は、励起光によって励起される蛍光体と、蛍光体が接合されたレンズ面を有し、蛍光体に励起光を入射させる第１の集光レンズと、少なくとも、蛍光体が接合された領域の周囲においてレンズ面が接着された放熱部材とを備えたものである。

本開示の一実施の形態に係るプロジェクタは、光変換装置と光変換装置に向けて励起光を出射する光源部とを有する光源装置と、光源装置から出射された光に基づいて画像を生成する画像生成部とを含み、光変換装置は、励起光によって励起される蛍光体と、蛍光体が接合されたレンズ面を有し、蛍光体に励起光を入射させる第１の集光レンズと、少なくとも、蛍光体が接合された領域の周囲においてレンズ面が接着された放熱部材とを備えたものである。

本開示の一実施の形態に係る光変換装置もしくは光源装置、またはプロジェクタでは、蛍光体に励起光を入射させる第１の集光レンズのレンズ面に、蛍光体が接合される。蛍光体が接合されたレンズ面は、少なくとも、蛍光体が接合された領域の周囲において放熱部材に接着される。

本開示の一実施の形態に係る光変換装置もしくは光源装置、またはプロジェクタによれば、第１の集光レンズのレンズ面に蛍光体を接合すると共に、蛍光体が接合されたレンズ面における少なくとも蛍光体が接合された領域の周囲を放熱部材に接着するようにしたので、蛍光体で発生する熱をモータレスで冷却することが可能となり、小型化、かつ信頼性を高めることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本開示の第１の実施の形態に係るプロジェクタの一例を示す構成図である。 第１の実施の形態に係る光源装置の一例を示す構成図である。 第１の実施の形態に係る光変換装置の一例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る光変換装置の要部の構成例を拡大して示す断面図である。 第１の実施の形態に係る光変換装置の製造工程の一例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る光変換装置の第１の構成例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る光変換装置の第２の構成例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る光変換装置の第２の構成例の変形例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る光変換装置の第３の構成例を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る光変換装置の一例を示す断面図である。 第４の実施の形態に係る光変換装置の一例を示す断面図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
１．１ 構成
１．１．１ プロジェクタの構成例（図１）
１．１．２ 光源装置の構成例（図２）
１．１．３ 光変換装置の構成例（反射型の光変換装置）（図３〜図５）
１．２ 作用・効果
２．第２の実施の形態（反射型の光変換装置）
２．１ 第１の構成例（図６）
２．２ 第２の構成例（図７、図８）
２．３ 第３の構成例（図９）
３．第３の実施の形態（反射型、液冷方式の光変換装置）（図１０）
４．第４の実施の形態（透過型の光変換装置）（図１１）
５．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１ 構成］

（１．１．１ プロジェクタの構成例）
図１は、本開示の第１の実施の形態に係るプロジェクタの一構成例を示している。
本実施の形態に係るプロジェクタ１は、光源装置１００と、光源装置１００から出射された光に基づいて画像を生成する画像生成システム４００と、投射光学系６００とを備えている。画像生成システム４００は、照射された光をもとに画像を生成する画像生成部と、画像生成部に光源装置１００から出射された光を照射する照明光学系４２０とを有している。

画像生成部は、赤色用のライトバルブ４１０Ｒと、緑色用のライトバルブ４１０Ｇと、青色用のライトバルブ４１０Ｂと、各ライトバルブ４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂからの光を合成するダイクロイックプリズム５４０とを有している。ライトバルブ４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂは例えば、透過型の液晶表示素子よりなる。

投射光学系６００は、画像生成部で生成された画像を図示しないスクリーンに投射するものであり、複数のレンズ６１０を有している。

照明光学系４２０は、インテグレータ素子４３０と、偏光変換素子４４０と、集光レンズ４５０と、ダイクロイックミラー４６０，４７０と、ミラー４８０，４９０，５００と、リレーレンズ５１０，５２０と、フィールドレンズ５３０Ｒ，５３０Ｇ，５３０Ｂとを有している。

インテグレータ素子４３０は、第１のフライアイレンズ４３１と、第２のフライアイレンズ４３２とを含んでいる。第１のフライアイレンズ４３１は例えば、２次元的に配列された複数のマイクロレンズを有している。第２のフライアイレンズ４３２は例えば、第１のフライアイレンズ４３１の各マイクロレンズに対応するように配列された複数のマイクロレンズを有している。

インテグレータ素子４３０は、全体として、光源装置１００から偏光変換素子４４０に照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。光源装置１００からインテグレータ素子４３０に入射する光は、例えば白色光Ｌｗの平行光となっている。光源装置１００からの平行光は、第１のフライアイレンズ４３１の複数のマイクロレンズによって複数の光束に分割される。分割された光束は、第２のフライアイレンズ４３２における対応するマイクロレンズにそれぞれ結像する。第２のフライアイレンズ４３２の複数のマイクロレンズのそれぞれが、２次光源として機能する。第２のフライアイレンズ４３２の複数のマイクロレンズから、輝度が揃った複数の平行光が、偏光変換素子４４０への入射光として照射される。

偏光変換素子４４０は、インテグレータ素子４３０を介して入射した入射光の偏光状態を揃える機能を有する。集光レンズ４５０は、偏光変換素子４４０を介して、青色光Ｂ３、緑色光Ｇ３および赤色光Ｒ３を含む出射光を出射する。

ダイクロイックミラー４６０，４７０は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。例えば、ダイクロイックミラー４６０は、赤色光Ｒ３を選択的に反射する。ダイクロイックミラー４７０は、ダイクロイックミラー４６０を透過した緑色光Ｇ３および青色光Ｂ３のうち、緑色光Ｇ３を選択的に反射する。残る青色光Ｂ３が、ダイクロイックミラー４７０を透過する。これにより、光源装置１００から出射された白色光Ｌｗが、異なる色の複数の色光に分離される。

分離された赤色光Ｒ３は、ミラー４８０により反射され、フィールドレンズ５３０Ｒを通ることによって平行化された後、赤色光Ｒ３の変調用のライトバルブ４１０Ｒに入射する。緑色光Ｇ３は、フィールドレンズ５３０Ｇを通ることによって平行化された後、緑色光Ｇ３の変調用のライトバルブ４１０Ｇに入射する。青色光Ｂ３は、リレーレンズ５１０を通ってミラー４９０により反射され、さらにリレーレンズ５２０を通ってミラー５００により反射される。ミラー５００により反射された青色光Ｂ３は、フィールドレンズ５３０Ｂを通ることによって平行化された後、青色光Ｂ３の変調用のライトバルブ４１０Ｂに入射する。

ライトバルブ４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂはそれぞれ、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない画像再生装置等の信号源と電気的に接続されている。ライトバルブ４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂはそれぞれ、供給された各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、各色の画像を生成する。すなわち、ライトバルブ４１０Ｒは赤色画像を生成する。ライトバルブ４１０Ｇは緑色画像を生成する。ライトバルブ４１０Ｂは青色画像を生成する。変調された各色の画像の光は、ダイクロイックプリズム５４０に入射して合成される。ダイクロイックプリズム５４０は、３つの方向から入射した各色の画像の光を重ね合わせて合成し、投射光学系６００に向けて出射する。

投射光学系６００は、ダイクロイックプリズム５４０によって合成された画像の光を図示しないスクリーンに照射する。これにより、フルカラーの画像が表示される。

（１．１．２ 光源装置の構成例）
図２は、光源装置１００の一構成例を示している。

光源装置１００は、光変換装置１０と、光変換装置１０に向けて励起光を出射する光源部２０とを備えている。光源部２０は、光源２１０と、集光ミラー２１１Ａ，２１１Ｂおよび集光ミラー２１２と、ダイクロイックミラー２１３と、青光源光学系２１４と、集光レンズ２１５とを有している。

後に詳述するが、光変換装置１０は、第１の集光レンズ１１Ａおよび第２の集光レンズ１１Ｂと、励起光によって励起される蛍光体１２とを有している。

光源２１０は例えば、例えば、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長範囲内に発光強度のピーク波長を有する青色光Ｌｂ１を発振可能な青色ＬＤで構成されている。青光源光学系２１４も、例えば青色光Ｌｂ２を発振可能な青色ＬＤを含んで構成されている。光源２１０および青光源光学系２１４には、ＬＤのほか、ＬＥＤ等の他の光源が用いられていてもよい。

集光ミラー２１１Ａ，２１１Ｂおよび集光ミラー２１２は、光源２１０から出射された青色光Ｌｂ１を、励起光として光変換装置１０に向けて出射させるための光学系である。

青光源光学系２１４は、光変換装置１０から出射された黄色光Ｌｙと合成して白色光Ｌｗを生成するための青色光Ｌｂ２を出射するものである。ダイクロイックミラー２１３および集光レンズ２１５は、黄色光Ｌｙと青色光Ｌｂ２とを合成して白色光Ｌｗを生成し、外部に出射するための光学系である。

集光ミラー２１１Ａ，２１１Ｂは、光源２１０から出射された青色光Ｌｂ１の光束を略平行にすると共に、集光ミラー２１２に集中させる凹面反射面を有するものである。集光ミラー２１２は、集光ミラー２１１Ａ，２１１Ｂによって集中させた青色光Ｌｂ１を光変換装置１０に向けて反射させるものである。

ダイクロイックミラー２１３は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。具体的には、ダイクロイックミラー２１３は、光源２１０から出射された青色光Ｌｂ１と、青光源光学系２１４から出射された青色光Ｌｂ２とを透過すると共に、光変換装置１０において青色光Ｌｂ１から光変換された黄色光Ｌｙを反射する。

ダイクロイックミラー２１３を透過した青色光Ｌｂ１が、光変換装置１０において第１の集光レンズ１１Ａおよび第２の集光レンズ１１Ｂを介して蛍光体１２に照射されることによって、蛍光体１２が励起される。励起された蛍光体１２は、例えば、励起光である青色光Ｌｂ１を、蛍光成分として赤色波長域から緑色波長域までを含む波長域の黄色光Ｌｙに変換する。この黄色光Ｌｙは、ダイクロイックミラー２１３によって集光レンズ２１４に向けて反射される。また、青光源光学系２１４から出射された青色光Ｌｂ２は、集光レンズ２１４に向けてダイクロイックミラー２１３を透過する。青色光Ｌｂ２と黄色光Ｌｙとが合成されることにより、白色光Ｌｗが生成される。

（１．１．３ 光変換装置の構成例）
図３は、光変換装置１０の一構成例を示している。図４は、光変換装置１０の要部の一構成例を拡大して示している。

光変換装置１０は、第１の集光レンズ１１Ａと、第２の集光レンズ１１Ｂと、蛍光体１２と、ヒートシンク１３と、ヒートスプレッダ１４と、レンズホルダ１５とを有している。第１の集光レンズ１１Ａおよび蛍光体１２とヒートスプレッダ１４との間には、図４に示したように、反射層２１と、接着層２２とが形成されていてもよい。

光変換装置１０において、励起光が入射する順に、第２の集光レンズ１１Ｂと、第１の集光レンズ１１Ａとが配置されている。第１の集光レンズ１１Ａは、蛍光体１２が接合された所定のレンズ面を有している。第１の集光レンズ１１Ａは、第２の集光レンズ１１Ｂを介して入射した励起光を蛍光体１２に集光するようになっている。また、第１の集光レンズ１１Ａは、蛍光体１２からの蛍光成分を第２の集光レンズ１１Ｂに向けて出射するようになっている。第１の集光レンズ１１Ａのレンズ材料は、蛍光体１２からの蛍光成分を効率よく取り込めるよう、屈折率が蛍光体１２に近い方が望ましい。また、第１の集光レンズ１１Ａのレンズ材料は、蛍光体１２からの発熱を効率よく拡散することができる材料であることが望ましい。これらのことから、第１の集光レンズ１１Ａは、例えばサファイアレンズであることが望ましい。

第２の集光レンズ１１Ｂは、光源部２０からの励起光を第１の集光レンズ１１Ａに向けて集光するようになっている。また、第２の集光レンズ１１Ｂは、第１の集光レンズ１１Ａを介して入射した蛍光体１２からの蛍光成分を光源部２０に向けて集光するようになっている。第２の集光レンズ１１Ｂは、例えば、第１の集光レンズ１１Ａよりも外径が大きく、レンズホルダ１５によって外周部分が保持されている。

なお、図３では、集光レンズが２枚の構成例を示しているが、この例に限らず、集光レンズが３枚以上であってもよい。

蛍光体１２と、第１の集光レンズ１１Ａの所定のレンズ面における蛍光体１２が接合された領域以外の領域とがすべて、熱伝導性層を介して放熱部材に接着されていることが望ましい。図４の構成例では、反射層２１が熱伝導性層として機能し得る。また、ヒートスプレッダ１４が放熱部材として機能し得る。また、反射層２１とヒートスプレッダ１４との間には、接着層２２が設けられていてもよい。

ヒートシンク１３およびヒートスプレッダ１４は、蛍光体１２の発熱を拡散し、温度を下げる放熱部材としての機能を有している。また、ヒートスプレッダ１４は、第１の集光レンズ１１Ａの温度を下げる機能を有している。ヒートシンク１３は、ヒートスプレッダ１４の裏面に設けられている。ヒートシンク１３は、ヒートスプレッダ１４により拡散された熱を空気に伝えて放熱する機能を有している。ヒートシンク１３およびヒートスプレッダ１４は、金属やセラミックスによる熱伝導率が比較的高い材料によって構成されている。例えば、銅、アルミニウム、サファイア、またはモリブデンなどによって構成されている。

レンズホルダ１５は、第２の集光レンズ１１Ｂを位置決めして保持するためのものである。レンズホルダ１５は、ヒートスプレッダ１４と一体化させてもよい。

第１の集光レンズ１１Ａと第２の集光レンズ１１Ｂは、間隔をあけて配置されている。これにより、第１の集光レンズ１１Ａと第２の集光レンズ１１Ｂとの間に空間１６が形成されている。空間１６は、外部からの埃の侵入を防ぐ防塵構造であることが望ましい。例えば、ヒートスプレッダ１４の上面の一部および第２の集光レンズ１１Ｂの外周部をレンズホルダ１５によって覆って密閉構造とすることが望ましい。

蛍光体１２は、光源部２０からの励起光である青色光Ｌｂ１によって励起されて、励起光の波長とは異なる波長域の光を発するものである。蛍光体１２は、例えば、約４４５ｎｍの中心波長を持つ青色光Ｌｂ１によって励起されて蛍光を発する蛍光体材料を含んでおり、青色光Ｌｂ１の一部を、黄色光Ｌｙに変換して蛍光成分として出射する。蛍光体１２に含まれる蛍光体材料としては、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、蛍光体材料の種類、励起される光の波長域、および励起により発生される可視光の波長域は上述したものに限定されない。

蛍光体１２は、励起光を波長変換する、多結晶もしくは焼結体である固体である。蛍光体１２は、例えば基板に粉末状の蛍光体材料を塗布したものであってもよい。または、蛍光体材料を無機材料で固めたものであってもよい。または、蛍光体材料を結晶材料で加工したもの、あるいは蛍光体材料を焼結したものものであってもよい。蛍光体１２は、励起光と異なる波長に変換する機能を有したものであれば、その形態は上記に限定されない。

蛍光体１２の平面サイズは例えば、第１の集光レンズ１１Ａの外径の１／５以下にしてもよい。蛍光体１２の側面は、図４に示したように傾斜した形状となっていてもよい。これにより、図４に示したように、ヒートスプレッダ１４側の蛍光体１２の表面のサイズに対して、第１の集光レンズ１１Ａに接合されている側の蛍光体１２の表面のサイズの方が大きくなっていてもよい。

蛍光体１２と第１の集光レンズ１１Ａにおける所定のレンズ面との接合部２３は、蛍光体１２と第１の集光レンズ１１Ａとの間の光学的な損失を低減し、放熱を促進する機能を有している。蛍光体１２と第１の集光レンズ１１Ａにおける所定のレンズ面は、接着層を有せず、薄膜を介して互いに直接接合されていることが望ましい。接合方法は、接着剤を使用しない方法、例えば常温接合やオプティカルコンタクトを用いることができる。

反射層２１は、蛍光体１２からの光の取り出し効率を高めるためのものである。反射層２１の面積は、蛍光体１２の面積よりも大きいことが望ましい。詳しくは、反射層２１は、蛍光体１２の部分だけでなく、蛍光体１２の外側の領域に亘って設けられていることが望ましい。少なくとも、蛍光体１２とヒートスプレッダ１４との間と、第１の集光レンズ１１Ａの所定のレンズ面における蛍光体１２が接合された領域の周囲とにまで反射層２１を形成することにより、励起光によって接合部２３やヒートスプレッダ１４付近が暖められるのを低減することができる。また、接合部２３の励起光による光劣化を防ぐことができる。

図５は、光変換装置１０の製造工程の一例を示している。
まず、図５の上段に示したように、蛍光体１２を第１の集光レンズ１１Ａの所定の位置、例えば所定のレンズ面の中心部に位置決めして接合する。例えば第１の集光レンズ１１Ａを平凸形状のレンズにした場合、平面となるレンズ面を所定のレンズ面にすることが望ましい。接合方法は、例えば常温接合またはオプティカルコンタクトにより接合する。

次に、図５の中段に示したように、蛍光体１２の表面、および第１の集光レンズ１１Ａの所定のレンズ面における少なくとも蛍光体１２が接合された領域の周囲に反射層２１を形成する。反射層２１としては、例えば蒸着によりＡｇ膜を形成する。

次に、図５の下段に示したように、接着層２２を介して、表面に反射層２１が形成された、第１の集光レンズ１１Ａおよび蛍光体１２を、ヒートスプレッダ１４に接着する。接着層２２としては例えばＡｇペースト等の熱伝導率の高い接着剤を用いることができる。

［１．３ 作用・効果］
以上のように、本実施の形態によれば、第１の集光レンズ１１Ａの所定のレンズ面に蛍光体１２を接合すると共に、蛍光体１２と、蛍光体１２が接合された所定のレンズ面における蛍光体１２が接合された領域以外の領域とをすべて放熱部材であるヒートスプレッダ１４に接着するようにしたので、蛍光体１２で発生する熱をモータレスで冷却することが可能となり、小型化、かつ信頼性を高めることができる。

本実施の形態によれば、励起光を集光する第１の集光レンズ１１Ａに蛍光体１２を直接接合しているので、蛍光体１２の放熱性を高めることができる。また、第１の集光レンズ１１Ａに蛍光体１２を直接接合しているので、蛍光体１２からの出射光の界面での内部反射を低減し、光の取り出し効率を高めることができる。これにより、同一輝度を得る時に生じる蛍光体１２の発熱自体を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、第１の集光レンズ１１Ａと接着層２２との間に反射層２１を設けていることで、蛍光体１２の温度上昇を低減するとともに、熱的接触層の信頼性を高めることができる。第１の集光レンズ１１Ａと蛍光体１２とを熱伝導率の高いヒートスプレッダ１４に接着していることで放熱性を高めることができる。

また、本実施の形態によれば、励起光を集光する第１の集光レンズ１１Ａに蛍光体１２を直接接合し、さらに、第１の集光レンズ１１Ａと第２の集光レンズ１１Ｂとで挟まれる空間１６を防塵構造にしていることで、小型で高い信頼性の蛍光体冷却系を実現できる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態についても同様である。

＜２．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用を有する部分については、適宜説明を省略する。

上記第１の実施の形態における光変換装置１０では、第１の集光レンズ１１Ａの所定のレンズ面における蛍光体１２が接合された領域以外の領域をすべて放熱部材であるヒートスプレッダ１４に接着するようにしているが、蛍光体１２が接合された領域の周囲のみを部分的にヒートスプレッダ１４に接着するようにしてもよい。以下、図６ないし図９を参照して、そのような接着構造の例を示す。

なお、本実施の形態に係るプロジェクタおよび光源装置の基本構成は、上記第１の実施の形態と略同様であってもよい。

（２．１ 第１の構成例）
図６は、本開示の第２の実施の形態に係る光変換装置の第１の構成例を示している。

この光変換装置１０Ａでは、ヒートスプレッダ１４に、凸形状の段差部１７が設けられている。ヒートスプレッダ１４の段差部１７に、蛍光体１２と、第１の集光レンズ１１Ａにおける蛍光体１２が接合された領域の周囲の所定のレンズ面とが、反射層２１と接着層２２とを介して接着されている。ヒートスプレッダ１４に、蛍光体１２および蛍光体１２の周辺部のみ接着することで、ヒートスプレッダ１４と第１の集光レンズ１１Ａとの熱膨張率差が大きい場合に、信頼性を増す効果がある。

その他の構成は、上記第１の実施の形態に係る光変換装置１０と略同様であってもよい。

（２．２ 第２の構成例）
図７は、本開示の第２の実施の形態に係る光変換装置の第２の構成例を示している。また、図８は、図７の構成例の変形例を示している。

図７に示した光変換装置１０Ｂおよび図８に示した光変換装置１０Ｂ’は、上記光変換装置１０Ａと同様、ヒートスプレッダ１４に、凸形状の段差部１７が設けられている。また、ヒートスプレッダ１４の段差部１７に、蛍光体１２と、第１の集光レンズ１１Ａにおける蛍光体１２が接合された領域の周囲の所定のレンズ面とが、反射層２１と接着層２２とを介して接着されている。

これらの光変換装置１０Ｂ，１０Ｂ’では、第１の集光レンズ１１Ａが平凸形状ではなく、蛍光体１２が接合された所定のレンズ面が、略凸形状となっている。第１の集光レンズ１１Ａの所定のレンズ面における段差部１７に接着された領域よりも外側の領域は、図７に示した光変換装置１０Ｂのように、斜めに傾斜した平面形状１８となっていてもよいし、図８に示した光変換装置１０Ｂ’のように、全体として凸の曲面形状１８Ａとなっていてもよい。

その他の構成は、上記第１の実施の形態に係る光変換装置１０と略同様であってもよい。

（２．３ 第３の構成例）
図９は、本開示の第２の実施の形態に係る光変換装置の第３の構成例を示している。

光変換装置１０Ｃは、上記光変換装置１０Ａと同様、ヒートスプレッダ１４に、凸形状の段差部１７が設けられている。また、ヒートスプレッダ１４の段差部１７に、蛍光体１２と、第１の集光レンズ１１Ａにおける蛍光体１２が接合された領域の周囲の所定のレンズ面とが、反射層２１と接着層２２とを介して接着されている。

また、光変換装置１０Ｃでは、ヒートスプレッダ１４における段差部１７よりも外側の領域に、ヒートスプレッダ１４に対する第１の集光レンズ１１Ａの位置決めを行うための位置決め部１９が設けられている。位置決め部１９は、部分的に凹形状とされている。これにより、第１の集光レンズ１１Ａが位置決めされ、結果として、蛍光体１２が位置決めされている。

その他の構成は、上記第１の実施の形態に係る光変換装置１０と略同様であってもよい。

＜３．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態について説明する。以下では、上記第１の実施の形態または上記第２の実施の形態と同様の構成および作用を有する部分については、適宜説明を省略する。

図１０は、本開示の第３の実施の形態に係る光変換装置１０Ｄの一構成例を示している。
上記第１の実施の形態における光変換装置１０では、第１の集光レンズ１１Ａと第２の集光レンズ１１Ｂとの間の空間１６を密閉構造にしている。これに対して、本実施の形態に係る光変換装置１０Ｄでは、レンズホルダ１５に冷却液２４が通過する通過孔が設けられ、第１の集光レンズ１１Ａと第２の集光レンズ１１Ｂとの間の空間１６を冷却液２４が通過する構造とされている。また、ヒートシンク１３の部分にも冷却液２４が通過する構造となっていてもよい。

冷却液２４は、例えば、シリコンオイル等の、透過率が高く、凝固点が−２０℃以下の液体であることが望ましい。透過率は、例えば可視光に対して９５％以上であることが望ましい。これにより、冷却液２４によって、空冷方式に比べて第１の集光レンズ１１Ａとヒートスプレッダ１４とを省スペースで効率よく冷却することができる。

その他の構成は、上記第１の実施の形態に係る光変換装置１０と略同様であってもよい。また、本実施の形態に係るプロジェクタおよび光源装置の基本構成は、上記第１の実施の形態と略同様であってもよい。

＜４．第４の実施の形態＞
次に、本開示の第４の実施の形態について説明する。以下では、上記第１ないし第３の実施の形態と同様の構成および作用を有する部分については、適宜説明を省略する。

図１１は、本開示の第４の実施の形態に係る光変換装置１０Ｅの一構成例を示している。
上記第１ないし第３の実施の形態は、蛍光体１２による蛍光成分を励起光の入射方向とは反対方向に反射する反射型の光変換装置の構成例となっている。これに対して、本実施の形態に係る光変換装置１０Ｅは、蛍光成分と励起光の一部とが蛍光体１２を透過し、同一方向に出射されるような構成されている。

光変換装置１０Ｅは、第１の集光レンズ１１Ａおよび第２の集光レンズ１１Ｂに加えて、第３の集光レンズ１１Ｃおよび第４の集光レンズ１１Ｄを備えている。第３の集光レンズ１１Ｃおよび第４の集光レンズ１１Ｄは、蛍光成分および励起光の出射方向に配置されている。第３の集光レンズ１１Ｃと第４の集光レンズ１１Ｄは、間隔をあけて配置されている。これにより、第３の集光レンズ１１Ｃと第４の集光レンズ１１Ｄとの間に空間２５が形成されている。第４の集光レンズ１１Ｄは、例えば、第３の集光レンズ１１Ｃよりも外径が大きく、レンズホルダ１５によって外周部分が保持されている。

本実施の形態では、蛍光体１２による蛍光成分である黄色光Ｌｙと蛍光体１２を透過した青色光Ｌｂ１との合成により白色光Ｌｗを生成することができる。この白色光Ｌｗを図１のプロジェクタ１における照明光学系４２０に出射する。第３の集光レンズ１１Ｃおよび第４の集光レンズ１１Ｄは、蛍光成分および励起光を照明光学系４２０に向けて集光して出射する。この場合、蛍光体１２を透過する青色光Ｌｂ１の利用ができるため、図２の構成に対して、光源部２０の青光源光学系２１４やダイクロイックミラー２１３を削減でき、光源部２０を小型化できる。

光変換装置１０Ｅにおいて、第３の集光レンズ１１Ｃは、第１の集光レンズ１１Ａとの間で蛍光体１２とヒートスプレッダ１４とを挟み込むようにして対向配置されている。第３の集光レンズ１１Ｃには、蛍光体１２から出射された蛍光成分と励起光とが入射する。第３の集光レンズ１１Ｃは、蛍光体１２の出射面に接合された所定のレンズ面を有する。第３の集光レンズ１１Ｃのレンズ材料、および第３の集光レンズ１１Ｃにおける蛍光体１２の接合方法は、第１の集光レンズ１１Ａと略同様であってもよい。
第３の集光レンズ１１Ｃは、本開示による出射側レンズの一具体例に相当する。

第１の集光レンズ１１Ａの所定のレンズ面と第３の集光レンズ１１Ｃの所定のレンズ面とにおける蛍光体１２が接合された領域以外の領域は、すべてヒートスプレッダ１４に接着されている。なお、第１の集光レンズ１１Ａの所定のレンズ面における蛍光体１２が接合された領域以外の領域とヒートスプレッダ１４との間において、蛍光体１２の周囲に反射層を設けてもよい。また、ヒートスプレッダ１４に、第１の集光レンズ１１Ａと第３の集光レンズ１１Ｃとを位置決めするための位置決め部を設けてもよい。

また、光変換装置１０Ｅにおいて、レンズホルダ１５には、冷却液２４が通過する通過孔が設けられている。これにより、第１の集光レンズ１１Ａと第２の集光レンズ１１Ｂとの間の空間１６と、第３の集光レンズ１１Ｃと第４の集光レンズ１１Ｄとの間の空間２５とを冷却液２４が通過する構造とされている。

なお、本実施の形態に係るプロジェクタおよび光源装置のその他の基本構成は、上記第１の実施の形態と略同様であってもよい。

＜５．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、上記第１ないし第３の実施の形態における光源装置１００では、励起光である青色光Ｌｂ１を発する光源２１０のほかに、蛍光体１２による蛍光成分である黄色光Ｌｙと合成される青色光Ｌｂ２を発する青光源光学系２１４を備え、黄色光Ｌｙと青光源光学系２１４からの青色光Ｌｂ２とを合成することにより白色光Ｌｗを生成するようにしたが、青光源光学系２１４を設けない構成にすることもできる。例えば、蛍光体１２による蛍光成分が白色光Ｌｗとなるような構成にして、青光源光学系２１４を省略してもよい。この場合、例えば、励起光である青色光Ｌｂ１を４０５ｎｍとし、蛍光体１２をＹＡＧ系と他の系統の蛍光体とを混合したものを用いるようにしてもよい。

また、本開示による技術は、プロジェクタに限らず、車のヘッドライトや特殊照明等にも適用可能である。

例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
励起光によって励起される蛍光体と、
前記蛍光体が接合されたレンズ面を有し、前記蛍光体に前記励起光を入射させる第１の集光レンズと、
少なくとも、前記蛍光体が接合された領域の周囲において前記レンズ面が接着された放熱部材と
を備える光変換装置。
（２）
少なくとも、前記蛍光体と前記放熱部材との間と、前記レンズ面における前記蛍光体が接合された領域の周囲とに形成された反射層、をさらに備える
上記（１）に記載の光変換装置。
（３）
前記反射層と前記放熱部材との間に形成された接着層、をさらに備える
上記（２）に記載の光変換装置。
（４）
前記蛍光体と、前記レンズ面における前記蛍光体が接合された領域以外の領域とがすべて前記放熱部材に接着されている
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（５）
前記放熱部材は、凸形状の段差部を有し、
前記段差部に、前記蛍光体と、前記蛍光体が接合された領域の周囲の前記レンズ面とが接着されている
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（６）
前記レンズ面における前記段差部に接着された領域よりも外側の領域は平面形状である
上記（５）に記載の光変換装置。
（７）
前記レンズ面における前記段差部に接着された領域よりも外側の領域は曲面形状である
上記（５）に記載の光変換装置。
（８）
前記放熱部材は、前記段差部よりも外側の領域に、前記放熱部材に対する前記第１の集光レンズの位置決めを行う位置決め部をさらに有する
上記（５）に記載の光変換装置。
（９）
前記第１の集光レンズよりも外径が大きく、前記第１の集光レンズに向けて前記励起光を出射する第２の集光レンズと、
前記第２の集光レンズを保持するレンズホルダと
をさらに備える
上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（１０）
前記第１の集光レンズと第２の集光レンズとが間隔をあけて配置され、前記第１の集光レンズと第２の集光レンズとの間の空間が、前記レンズホルダと前記放熱部材とによって密閉構造とされている
上記（９）に記載の光変換装置。
（１１）
前記第１の集光レンズと第２の集光レンズとが間隔をあけて配置され、前記第１の集光レンズと第２の集光レンズとの間の空間を冷却液が通過する構造とされている
上記（９）に記載の光変換装置。
（１２）
前記蛍光体の平面サイズは、前記第１の集光レンズの外径の１／５以下である
上記（１）ないし（１１）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（１３）
前記蛍光体と前記レンズ面とが、常温接合またはオプティカルコンタクトにより接合されている
上記（１）ないし（１２）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（１４）
前記第１の集光レンズとの間で前記蛍光体と前記放熱部材とを挟み込むようにして対向配置され、前記蛍光体から出射された蛍光成分と前記励起光とが入射し、前記蛍光体の出射面に接合されたレンズ面を有する出射側レンズをさらに備える
上記（１）、（８）、（１０）ないし（１３）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（１５）
前記第１の集光レンズの前記レンズ面と前記出射側レンズの前記レンズ面とにおける前記蛍光体が接合された領域以外の領域がすべて前記放熱部材に接着されている
上記（１４）に記載の光変換装置。
（１６）
光変換装置と、
前記光変換装置に向けて励起光を出射する光源部と
を有し、
前記光変換装置は、
前記励起光によって励起される蛍光体と、
前記蛍光体が接合されたレンズ面を有し、前記蛍光体に前記励起光を入射させる第１の集光レンズと、
少なくとも、前記蛍光体が接合された領域の周囲において前記レンズ面が接着された放熱部材と
を備える光源装置。
（１７）
光変換装置と前記光変換装置に向けて励起光を出射する光源部とを有する光源装置と、
前記光源装置から出射された光に基づいて画像を生成する画像生成部と
を含み、
前記光変換装置は、
前記励起光によって励起される蛍光体と、
前記蛍光体が接合されたレンズ面を有し、前記蛍光体に前記励起光を入射させる第１の集光レンズと、
少なくとも、前記蛍光体が接合された領域の周囲において前記レンズ面が接着された放熱部材と
を備えるプロジェクタ。

本出願は、日本国特許庁において２０１５年５月１５日に出願された日本特許出願番号第２０１５−０９９９２４号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (17)

1. 励起光によって励起される蛍光体と、
   前記蛍光体が接合されたレンズ面を有し、前記蛍光体に前記励起光を入射させる第１の集光レンズと、
   少なくとも、前記蛍光体が接合された領域の周囲において前記レンズ面が接着された放熱部材と
   を備える光変換装置。
2. 少なくとも、前記蛍光体と前記放熱部材との間と、前記レンズ面における前記蛍光体が接合された領域の周囲とに形成された反射層、をさらに備える
   請求項１に記載の光変換装置。
3. 前記反射層と前記放熱部材との間に形成された接着層、をさらに備える
   請求項２に記載の光変換装置。
4. 前記蛍光体と、前記レンズ面における前記蛍光体が接合された領域以外の領域とがすべて前記放熱部材に接着されている
   請求項１に記載の光変換装置。
5. 前記放熱部材は、凸形状の段差部を有し、
   前記段差部に、前記蛍光体と、前記蛍光体が接合された領域の周囲の前記レンズ面とが接着されている
   請求項１に記載の光変換装置。
6. 前記レンズ面における前記段差部に接着された領域よりも外側の領域は平面形状である
   請求項５に記載の光変換装置。
7. 前記レンズ面における前記段差部に接着された領域よりも外側の領域は曲面形状である
   請求項５に記載の光変換装置。
8. 前記放熱部材は、前記段差部よりも外側の領域に、前記放熱部材に対する前記第１の集光レンズの位置決めを行う位置決め部をさらに有する
   請求項５に記載の光変換装置。
9. 前記第１の集光レンズよりも外径が大きく、前記第１の集光レンズに向けて前記励起光を出射する第２の集光レンズと、
   前記第２の集光レンズを保持するレンズホルダと
   をさらに備える
   請求項１に記載の光変換装置。
10. 前記第１の集光レンズと第２の集光レンズとが間隔をあけて配置され、前記第１の集光レンズと第２の集光レンズとの間の空間が、前記レンズホルダと前記放熱部材とによって密閉構造とされている
    請求項９に記載の光変換装置。
11. 前記第１の集光レンズと第２の集光レンズとが間隔をあけて配置され、前記第１の集光レンズと第２の集光レンズとの間の空間を冷却液が通過する構造とされている
    請求項９に記載の光変換装置。
12. 前記蛍光体の平面サイズは、前記第１の集光レンズの外径の１／５以下である
    請求項１に記載の光変換装置。
13. 前記蛍光体と前記レンズ面とが、常温接合またはオプティカルコンタクトにより接合されている
    請求項１に記載の光変換装置。
14. 前記第１の集光レンズとの間で前記蛍光体と前記放熱部材とを挟み込むようにして対向配置され、前記蛍光体から出射された蛍光成分と前記励起光とが入射し、前記蛍光体の出射面に接合されたレンズ面を有する出射側レンズをさらに備える
    請求項１に記載の光変換装置。
15. 前記第１の集光レンズの前記レンズ面と前記出射側レンズの前記レンズ面とにおける前記蛍光体が接合された領域以外の領域がすべて前記放熱部材に接着されている
    請求項１４に記載の光変換装置。
16. 光変換装置と、
    前記光変換装置に向けて励起光を出射する光源部と
    を有し、
    前記光変換装置は、
    前記励起光によって励起される蛍光体と、
    前記蛍光体が接合されたレンズ面を有し、前記蛍光体に前記励起光を入射させる第１の集光レンズと、
    少なくとも、前記蛍光体が接合された領域の周囲において前記レンズ面が接着された放熱部材と
    を備える光源装置。
17. 光変換装置と前記光変換装置に向けて励起光を出射する光源部とを有する光源装置と、
    前記光源装置から出射された光に基づいて画像を生成する画像生成部と
    を含み、
    前記光変換装置は、
    前記励起光によって励起される蛍光体と、
    前記蛍光体が接合されたレンズ面を有し、前記蛍光体に前記励起光を入射させる第１の集光レンズと、
    少なくとも、前記蛍光体が接合された領域の周囲において前記レンズ面が接着された放熱部材と
    を備えるプロジェクタ。

Images