(57)【要約】【課題】出射される蛍光の損失を抑制できる光源装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】光源装置は、励起光を出射する光源と、励起光を波長変換して、励起光の波長より長い波長を有する蛍光を生成する波長変換部と、波長変換部と対向する基板と、波長変換部及び基板の間に設けられる空隙と、を備え、波長変換部は、基板と対向する第１面を有し、基板は、第１面と対向する第２面を有し、第１面から第２面に向かう方向の寸法である空隙の厚さ寸法は、第１面の粗さと第２面の粗さとの和によって規定され、空隙の厚さ寸法は、蛍光の波長以上である。【選択図】図６
2020106740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する光源と、
前記励起光を波長変換して、前記励起光の波長より長い波長を有する蛍光を生成する波長変換部と、
前記波長変換部と対向する基板と、
前記波長変換部及び前記基板の間に設けられる空隙と、を備え、
前記波長変換部は、前記基板と対向する第１面を有し、
前記基板は、前記第１面と対向する第２面を有し、
前記第１面から前記第２面に向かう方向の寸法である前記空隙の厚さ寸法は、前記第１面の粗さと前記第２面の粗さとの和によって規定され、
前記厚さ寸法は、前記蛍光の波長以上であることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記第１面及び前記第２面の一方は、複数の凸部を有し、
前記空隙は、前記複数の凸部のうち少なくとも１つの凸部が、前記第１面及び前記第２面の他方に接触することによって形成されることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光源装置において、
前記蛍光は、緑色光成分を含み、
前記厚さ寸法は、０．５μｍ以上であることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記厚さ寸法は、前記蛍光の波長の２倍以下であることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記基板は、前記第１面から出射される光を反射する反射面を有することを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記基板は、前記第１面と対向する誘電体多層膜を有することを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記波長変換部に対する前記励起光の入射方向に沿う回転軸を中心として前記基板を回転させる回転部を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、励起光を出射する固体光源と、入射される励起光によって励起されて、励起光の波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体を含む蛍光体層と、を備えた光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の光源装置では、蛍光体層は、接合部によって放熱基板に接合されており、蛍光体層、接合部及び放熱基板は、波長変換素子を構成する。このような波長変換素子は、励起光の入射側とは反対側に出射される光を、例えば放熱基板の反射面や、接合部によって励起光の入射側に反射させる反射方式の波長変換素子である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２９３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光源装置のように、反射型の波長変換素子では、蛍光体層にて生成された蛍光のうち、放熱基板側に出射された蛍光を励起光の入射方向に沿って反射させる必要がある。このような反射型の波長変換素子が、蛍光体層を保持する基板の表面に設けられる反射面によって蛍光を反射させる構成である場合、当該基板の表面に設けられる反射面における蛍光の反射率は１００％でないため、光の損失が生じる。これにより、蛍光の損失が大きくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１態様に係る光源装置は、励起光を出射する光源と、前記励起光を波長変換して、前記励起光の波長より長い波長を有する蛍光を生成する波長変換部と、前記波長変換部と対向する基板と、前記波長変換部及び前記基板の間に設けられる空隙と、を備え、前記波長変換部は、前記基板と対向する第１面を有し、前記基板は、前記第１面と対向する第２面を有し、前記第１面から前記第２面に向かう方向の寸法である前記空隙の厚さ寸法は、前記第１面の粗さと前記第２面の粗さとの和によって規定され、前記厚さ寸法は、前記蛍光の波長以上であることを特徴とする。
【０００６】
上記第１態様では、前記第１面及び前記第２面の一方は、複数の凸部を有し、前記空隙は、前記複数の凸部のうち少なくとも１つの凸部が、前記第１面及び前記第２面の他方に接触することによって形成されることが好ましい。
【０００７】
上記第１態様では、前記蛍光は、緑色光成分を含み、前記厚さ寸法は、０．５μｍ以上であることが好ましい。
【０００８】
上記第１態様では、前記厚さ寸法は、前記蛍光の波長の２倍以下であることが好ましい。
【０００９】
上記第１態様では、前記基板は、前記第１面から出射される光を反射する反射面を有することが好ましい。
【００１０】
上記第１態様では、前記基板は、前記第１面と対向する誘電体多層膜を有することが好ましい。
【００１１】
上記第１態様では、前記波長変換部に対する前記励起光の入射方向に沿う回転軸を中心として前記基板を回転させる回転部を備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２態様に係るプロジェクターは、上記光源装置と、前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態におけるプロジェクターの構成を示す模式図。
【図２】一実施形態における光源装置の構成を示す模式図。
【図３】一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】一実施形態における波長変換素子の断面を示す模式図。
【図５】一実施形態における波長変換素子の一部を拡大して示す断面図。
【図６】一実施形態における波長変換部の第２面にて内面反射される光の光路を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの概略構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の構成を示す模式図である。
本実施形態に係るプロジェクター１は、後述する光源装置４から出射された光を変調して画像情報に応じた画像を形成する画像光を、スクリーン等の被投射面上に拡大投射する画像表示装置である。プロジェクター１は、図１に示すように、外装を構成する外装筐体２と、外装筐体２内に配置される画像投射装置３と、を備える。この他、図示を省略するが、プロジェクター１は、プロジェクター１の動作を制御する制御装置、電子部品に電力を供給する電源装置、及び、冷却対象を冷却する冷却装置を備える。
【００１５】
［外装筐体の構成］
外装筐体２は、それぞれ図示しない天面部及び底面部と、正面部２１、背面部２２、左側面部２３及び右側面部２４を有し、略直方体形状に形成されている。
正面部２１は、後述する投射光学装置３６の一部を露出させる開口部２１１を有しており、投射光学装置３６によって投射される画像光は、開口部２１１を通過する。また、正面部２１は、プロジェクター１内の冷却対象を冷却した冷却気体が外装筐体２の外部に排出される排気口２１２を有する。
右側面部２４は、外装筐体２外の気体を冷却気体として内部に導入する導入口２４１を有する。
【００１６】
［画像投射装置の構成］
画像投射装置３は、上記画像光を形成及び投射する。画像投射装置３は、光源装置４、均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３、画像形成装置３４、光学部品用筐体３５及び投射光学装置３６を備える。
なお、光源装置４の構成については、後に詳述する。
【００１７】
均一化装置３１は、光源装置４から出射された光を均一化する。均一化装置３１によって均一化された光は、色分離装置３２及びリレー装置３３を経て、画像形成装置３４の後述する光変調装置３４３の変調領域を照明する。均一化装置３１は、２つのレンズアレイ３１１，３１２、偏光変換素子３１３及び重畳レンズ３１４を備える。
色分離装置３２は、均一化装置３１から入射される光を赤、緑及び青の各色光に分離する。色分離装置３２は、２つのダイクロイックミラー３２１，３２２と、ダイクロイックミラー３２１によって分離された青色光を反射させる反射ミラー３２３と、を備える。
【００１８】
リレー装置３３は、青色光の光路及び緑色光の光路より長い赤色光の光路に設けられ、赤色光の損失を抑制する。リレー装置３３は、入射側レンズ３３１、リレーレンズ３３３、反射ミラー３３２，３３４を備える。
なお、本実施形態では、赤色光の光路にリレー装置３３を設けているが、これに限らず、例えば他の色光より光路が長い色光を青色光とし、青色光の光路上にリレー装置３３を設ける構成としてもよい。
【００１９】
画像形成装置３４は、入射される赤、緑及び青の各色光を変調し、変調された各色光を合成して、投射光学装置３６によって投射される画像光を形成する。画像形成装置３４は、入射される各色光に応じて設けられる３つのフィールドレンズ３４１、３つの入射側偏光板３４２、３つの光変調装置３４３、３つの視野角補償板３４４及び３つの出射側偏光板３４５と、１つの色合成装置３４６と、を備える。
光変調装置３４３は、光源装置４から出射された光を画像情報に応じて変調する。光変調装置３４３は、赤色光を変調する光変調装置３４３Ｒ、緑色光を変調する光変調装置３４３Ｇ、及び、青色光を変調する光変調装置３４３Ｂを含む。本実施形態では、光変調装置３４３は、透過型の液晶パネルによって構成されており、入射側偏光板３４２、光変調装置３４３及び出射側偏光板３４５によって液晶ライトバルブが構成される。
色合成装置３４６は、光変調装置３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒによって変調された各色光を合成して上記画像光を形成する。本実施形態では、色合成装置３４６は、クロスダイクロイックプリズムによって構成されているが、これに限らず、例えば複数のダイクロイックミラーによって構成することも可能である。
【００２０】
光学部品用筐体３５は、それぞれ上記した均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３及び画像形成装置３４を内部に収容する。なお、画像投射装置３には、設計上の光軸である照明光軸Ａｘが設定されており、光学部品用筐体３５は、照明光軸Ａｘにおける所定位置に均一化装置３１、色分離装置３２、リレー装置３３及び画像形成装置３４を保持する。光源装置４及び投射光学装置３６は、照明光軸Ａｘにおける所定位置に配置される。
【００２１】
投射光学装置３６は、画像形成装置３４から入射される画像光を被投射面上に拡大投射する。すなわち、投射光学装置３６は、光変調装置３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒによって変調された光を投射する。投射光学装置３６は、例えば筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成される。
【００２２】
［光源装置の構成］
図２は、光源装置４の構成を示す模式図である。
光源装置４は、光変調装置３４３を照明する照明光ＬＴを均一化装置３１に出射する。光源装置４は、図２に示すように、光源用筐体ＣＡと、光源用筐体ＣＡ内にそれぞれ収容される光源部４１、アフォーカル光学素子４２、ホモジナイザー光学素子４３、偏光分離素子４４、第１集光素子４５、第１位相差素子４６、第２集光素子４７、拡散反射装置４８、第２位相差素子４９及び波長変換装置５と、を備える。
光源用筐体ＣＡは、塵埃等が内部に侵入しづらい密閉筐体である。
【００２３】
光源部４１、アフォーカル光学素子４２、ホモジナイザー光学素子４３、偏光分離素子４４と、第１位相差素子４６、第２集光素子４７及び拡散反射装置４８は、光源装置４に設定された照明光軸Ａｘ１上に配置されている。
波長変換装置５、第１集光素子４５、偏光分離素子４４及び第２位相差素子４９は、光源装置４に設定され、かつ、照明光軸Ａｘ１に直交する照明光軸Ａｘ２上に配置されている。
【００２４】
［光源部の構成］
光源部４１は、光を出射する光源４１１及びコリメーターレンズ４１５を備える。
光源４１１は、それぞれ発光素子としての複数の第１固体光源４１２及び複数の第２固体光源４１３と、支持部材４１４と、を備える。
第１固体光源４１２は、励起光であるｓ偏光の青色光Ｌ１ｓを出射する半導体レーザーである。青色光Ｌ１ｓは、例えば、ピーク波長が４４０ｎｍのレーザー光である。第１固体光源４１２から出射された青色光Ｌ１ｓは、波長変換装置５に入射される。
第２固体光源４１３は、ｐ偏光の青色光Ｌ２ｐを出射する半導体レーザーである。青色光Ｌ２ｐは、例えば、ピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光である。第２固体光源４１３から出射された青色光Ｌ２ｐは、拡散反射装置４８に入射される。
支持部材４１４は、照明光軸Ａｘ１に直交する平面にそれぞれアレイ状に配置された複数の第１固体光源４１２及び複数の第２固体光源４１３を支持する。支持部材４１４は、熱伝導性を有する金属製部材である。
【００２５】
第１固体光源４１２から出射された青色光Ｌ１ｓ及び第２固体光源４１３から出射された青色光Ｌ２ｐは、コリメーターレンズ４１５によって平行光束に変換され、アフォーカル光学素子４２に入射される。
なお、本実施形態では、光源４１１は、ｓ偏光の青色光Ｌ１ｓと、ｐ偏光の青色光Ｌ２ｐとを出射する構成である。しかしながら、これに限らず、光源４１１は、偏光方向が同じ直線偏光光である青色光を出射する構成としてもよい。この場合、入射された１種類の直線偏光をｓ偏光及びｐ偏光が含まれる光とする位相差素子を、光源部４１と偏光分離素子４４との間に配置すればよい。
【００２６】
［アフォーカル光学素子及びホモジナイザー光学素子の構成］
アフォーカル光学素子４２は、光源部４１から入射される青色光Ｌ１ｓ，Ｌ２ｐの光束径を調整して、ホモジナイザー光学素子４３に入射させる。アフォーカル光学素子４２は、入射される光を集光するレンズ４２１と、レンズ４２１によって集光された光束を平行化するレンズ４２２とにより構成されている。
ホモジナイザー光学素子４３は、青色光Ｌ１ｓ，Ｌ２ｐの照度分布を均一化する。ホモジナイザー光学素子４３は、一対のマルチレンズアレイ４３１，４３２により構成されている。
【００２７】
［偏光分離素子の構成］
ホモジナイザー光学素子４３を通過した青色光Ｌ１ｓ，Ｌ２ｐは、偏光分離素子４４に入射する。
偏光分離素子４４は、プリズム型の偏光ビームスプリッターであり、入射される光に含まれるｓ偏光成分とｐ偏光成分とを分離する。具体的に、偏光分離素子４４は、ｓ偏光成分を反射させ、ｐ偏光成分を透過させる。また、偏光分離素子４４は、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分のいずれの偏光成分であっても、所定波長以上の光を透過させる色分離特性を有する。従って、ｓ偏光の青色光Ｌ１ｓは、偏光分離素子４４にて反射され、第１集光素子４５に入射する。一方、ｐ偏光の青色光Ｌ２ｐは、偏光分離素子４４を透過して、第１位相差素子４６に入射する。
【００２８】
［第１集光素子の構成］
第１集光素子４５は、偏光分離素子４４にて反射された青色光Ｌ１ｓを波長変換装置５に集光する。また、第１集光素子４５は、波長変換装置５から入射される蛍光ＹＬを平行化する。図２の例では、第１集光素子４５は、２つのレンズ４５１，４５２によって構成されているが、第１集光素子４５を構成するレンズの数は問わない。
【００２９】
［波長変換装置の構成］
波長変換装置５は、光が入射されることによって励起され、入射された光の波長とは異なる波長を有する光を第１集光素子４５に出射する。換言すると、波長変換装置５は、入射された光の波長を変換する。
本実施形態では、波長変換装置５は、励起光である青色光Ｌ１ｓの入射に応じて、青色光Ｌ１ｓの波長より長い波長を有する蛍光ＹＬを出射する波長変換素子５１と、所定の回転軸である照明光軸Ａｘ２と平行な回転軸を中心として波長変換素子５１を回転させる回転部ＲＴとを備える。なお、波長変換素子５１の回転軸は、励起光である青色光Ｌ１ｓの入射方向に沿う回転軸である。
これらのうち、波長変換素子５１は、青色光Ｌ１ｓの入射側に蛍光ＹＬを出射する反射型の波長変換素子である。なお、蛍光ＹＬは、例えばピーク波長が５００〜７００ｎｍの光である。すなわち、蛍光ＹＬは、緑色光成分を含む。
このような波長変換素子５１の構成については、後に詳述する。
【００３０】
波長変換装置５から出射された蛍光ＹＬは、照明光軸Ａｘ２に沿って第１集光素子４５を通過した後、偏光分離素子４４に入射される。そして、蛍光ＹＬは、偏光分離素子４４を照明光軸Ａｘ２に沿って通過し、第２位相差素子４９に入射する。
【００３１】
［第１位相差素子及び第２集光素子の構成］
第１位相差素子４６は、偏光分離素子４４と第２集光素子４７との間に配置されている。第１位相差素子４６は、偏光分離素子４４を通過した青色光Ｌ２ｐを円偏光の青色光Ｌ２ｃに変換する。青色光Ｌ２ｃは、第２集光素子４７に入射される。
第２集光素子４７は、第１位相差素子４６から入射される青色光Ｌ２ｃを拡散反射装置４８に集光する。また、第２集光素子４７は、拡散反射装置４８から入射される青色光Ｌ２ｃを平行化する。なお、第２集光素子４７を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。
【００３２】
［拡散反射装置の構成］
拡散反射装置４８は、波長変換装置５から出射される蛍光ＹＬと同様の拡散角で、入射された青色光Ｌ２ｃを拡散反射させる。拡散反射装置４８の構成として、入射された青色光Ｌ２ｃをランバート反射させる反射板と、反射板を照明光軸Ａｘ１と平行な回転軸を中心として回転させる回転装置とを備える構成を例示できる。
拡散反射装置４８にて拡散反射された青色光Ｌ２ｃは、第２集光素子４７を通過した後、第１位相差素子４６に入射される。青色光Ｌ２ｃは、拡散反射装置４８にて反射される際に、回転方向が反対方向の円偏光に変換される。このため、第２集光素子４７を介して第１位相差素子４６に入射された青色光Ｌ２ｃは、偏光分離素子４４から第１位相差素子４６に入射された際のｐ偏光の青色光Ｌ２ｃではなく、ｓ偏光の青色光Ｌ２ｓに変換される。そして、青色光Ｌ２ｓは、偏光分離素子４４にて反射されて、第２位相差素子４９に入射される。すなわち、偏光分離素子４４から第２位相差素子４９に入射される光は、青色光Ｌ２ｓ及び蛍光ＹＬが混在した白色光である。
【００３３】
［第２位相差素子の構成］
第２位相差素子４９は、偏光分離素子４４から入射される白色光をｓ偏光及びｐ偏光が混在する光に変換する。このように変換された白色の照明光ＬＴは、上記した均一化装置３１に入射される。
【００３４】
［波長変換素子の構成］
図３は、波長変換素子５１を励起光の入射側から見た平面図である。図４は、波長変換素子５１の断面を模式的に示す図である。
波長変換素子５１は、励起光の波長とは異なる波長を有する光である蛍光を、励起光の入射側に出射する反射型の波長変換素子である。波長変換素子５１は、図３及び図４に示すように、波長変換部５２と、基板５３と、波長変換部５２を基板５３に接合する接着剤５４と、波長変換部５２及び基板５３の間に設けられる空隙５５と、を有する。
なお、以降の説明及び図においては、波長変換部５２に入射される青色光Ｌ１ｓを、波長変換部５２に含まれる蛍光体を励起させる励起光と記載する。また、波長変換部５２に対する励起光の入射方向を＋Ｚ方向とし、＋Ｚ方向とは反対方向を−Ｚ方向とする。
【００３５】
［波長変換部の構成］
波長変換部５２は、基板５３に対して励起光の入射側である−Ｚ方向に配置され、接着剤５４によって基板５３に保持されている。波長変換部５２は、入射される励起光を蛍光に変換して出射する。詳述すると、波長変換部５２は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長より長い波長を有する光である蛍光を生成して出射する。波長変換部５２は、図３に示すように、−Ｚ方向から見て、波長変換素子５１の回転軸Ｒｘを中心とする円環状に形成されている。
【００３６】
波長変換部５２は、図４に示すように、−Ｚ方向の面である第１面５２１と、＋Ｚ方向の面であり、第１面５２１とは反対側の面である第２面５２２と、を有する。
第１面５２１は、励起光が入射される入射面であり、蛍光が出射される出射面でもある。
第２面５２２は、基板５３と対向する対向面であり、本発明における波長変換部の第１面に相当する。
【００３７】
波長変換部５２は、蛍光体原料が焼成によってセラミック化されたものである。本実施形態では、波長変換部５２は、発光中心となる賦活剤が添加されたＹＡＧ蛍光体材料であるイットリウム、アルミナ又はガーネットに賦活剤であるＣｅを混ぜて高温で焼成したのちに、薄板に研磨したものである。蛍光体セラミックとしては、例えばガーネット構造を主として有するセラミックが挙げられる。ガーネット構造を有するセラミックとしては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＴｂＡｌ５Ｏ１２及びＬｕＡｌ５Ｏ１２の少なくとも１つを含む組成を例示できる。なお、波長変換部５２は、ガーネット構造を有するセラミックの他に、プロブスカイト構造又はモノリシック構造を有するセラミックが含まれていてもよい。また、波長変換部５２は、波長変換部５２からの蛍光の取り出し効率を高めるために、微小な気孔を含有していてもよい。
【００３８】
［基板の構成］
基板５３は、図３に示すように、−Ｚ方向から見て円板状に形成され、回転部ＲＴによって回転軸Ｒｘを中心として、波長変換部５２とともに回転される。基板５３は、波長変換部５２を保持する保持部材である他、波長変換部５２から伝達される熱を放熱する放熱部材でもある。基板５３は、図４に示すように、−Ｚ方向の面である第１面５３１と、＋Ｚ方向の面であり、第１面５３１とは反対側の面である第２面５３２と、を有する。
第１面５３１は、波長変換部５２に対向する対向面であり、本発明における基板の第２面に相当する。第１面５３１には、それぞれ微小な複数の凸部５３１１（図５参照）及び複数の凹部５３１２（図５参照）が形成されている。これらについては、後に詳述する。
第２面５３２には、周囲の気体との接触面積を拡大することによって、基板５３に伝達された熱の放熱効率を高める放熱部が設けられていてもよい。
【００３９】
基板５３は、基板本体５３Ａと、基板本体５３Ａに設けられた反射膜５３Ｂ及び誘電体多層膜５３Ｃと、を有する。
基板本体５３Ａは、例えば銅及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む金属材料によって、円板状に形成されている。
【００４０】
反射膜５３Ｂは、基板本体５３Ａにおける−Ｚ方向の面の略全面に、例えばアルミニウムや銀等の金属成膜によって形成されている。すなわち、基板５３は、反射膜５３Ｂによって構成されて、波長変換部５２の第２面５２２から出射される光を反射する反射面ＲＳを有する。
なお、基板本体５３Ａ自体が、入射される光を反射する反射特性を有する場合には、反射膜５３Ｂは、無くてもよい。また、反射膜５３Ｂは、基板本体５３Ａにおける−Ｚ方向の面の略全面に形成されていなくてもよく、基板本体５３Ａにおける−Ｚ方向の面において、波長変換部５２と対向する部位のみに設けられていてもよい。
【００４１】
誘電体多層膜５３Ｃは、例えば、ＳｉＯ２により形成される層とＴｉＯ２により形成される層とが交互に複数積層された膜である。すなわち、誘電体多層膜５３Ｃは、屈折率が互いに異なる２種の誘電体膜が交互に複数積層された構成を有する。誘電体多層膜５３Ｃを構成する誘電体膜の層数は、特に限定されない。このような誘電体多層膜５３Ｃは、反射面ＲＳを覆うように設けられている。
具体的に、反射膜５３Ｂが基板本体５３Ａに設けられている場合には、誘電体多層膜５３Ｃは、反射膜５３Ｂを−Ｚ方向にて覆うように設けられる。また、反射膜５３Ｂが基板本体５３Ａに設けられていない場合には、誘電体多層膜５３Ｃは、基板本体５３Ａにおける−Ｚ方向の面に設けられる。すなわち、誘電体多層膜５３Ｃは、基板５３の第１面５３１を構成する。
【００４２】
なお、基板５３において誘電体多層膜５３Ｃは、必須の構成ではなく、また、基板５３において反射膜５３Ｂは、必須の構成ではない。
このため、基板５３が誘電体多層膜５３Ｃを有する場合には、誘電体多層膜５３Ｃにおける−Ｚ方向の面が第１面５３１を構成する。また、基板５３が誘電体多層膜５３Ｃを有しない場合には、反射膜５３Ｂにおける−Ｚ方向の面が第１面５３１を構成する。更に、基板５３が誘電体多層膜５３Ｃ及び反射膜５３Ｂのそれぞれを有しない場合には、基板本体５３Ａにおける−Ｚ方向の面が第１面５３１を構成する。すなわち、基板５３の構成に関わらず、基板５３における−Ｚ方向の面であり、波長変換部５２と−Ｚ方向にて対向する面が、第１面５３１である。
【００４３】
［接着剤の構成］
接着剤５４は、基板５３に波長変換部５２を接合して、波長変換部５２を基板５３に保持させる。接着剤５４は、図３に示すように、−Ｚ方向から見て円環状に形成された波長変換部５２の外縁に沿って円環状に設けられており、基板５３の第１面５３１と、波長変換部５２において回転軸Ｒｘを中心とする外周面５２３とを接続する。このため、本実施形態における波長変換素子５１では、波長変換部５２の第２面５２２と基板５３の第１面５３１との間に、接着剤５４は設けられていない。
なお、接着剤５４は、波長変換部５２の内縁に沿って設けられていてもよい。すなわち、接着剤５４は、波長変換部５２の第２面５２２が基板５３の第１面５３１と対向するように波長変換部５２を基板５３に固定できればよく、接着剤５４の位置は問わない。
接着剤５４は、例えばシリコーン接着剤を用いると、セラミックスである波長変換部５２と金属である基板５３との線膨張整数の違いによる発熱による寸法変化による応力を吸収できる。
【００４４】
［空隙の構成］
図５は、波長変換素子５１の一部を拡大して示す断面図である。
基板５３の第１面５３１において波長変換部５２と対向する対向部位ＡＲは、図５に示すように、例えば研磨によって形成された微細な複数の凸部５３１１及び複数の凹部５３１２を有する。具体的に、複数の凸部５３１１及び複数の凹部５３１２は、基板本体５３Ａが研磨され、研磨後の基板本体５３Ａに必要に応じて反射膜５３Ｂ及び誘電体多層膜５３Ｃが形成されることによって、第１面５３１に形成される。
このため、複数の凸部５３１１のうちの少なくとも１つの凸部５３１１が波長変換部５２の第２面５２２と接触することによって、波長変換部５２の第２面５２２と基板５３の第１面５３１との間には、空隙５５が設けられる。
なお、反射膜５３Ｂ及び誘電体多層膜５３Ｃの少なくとも１つが形成された基板本体５３Ａを研磨することによって、複数の凸部５３１１及び複数の凹部５３１２を形成してもよい。
【００４５】
ここで、波長変換部５２の第１面５２１に励起光が入射されると、波長変換部５２の内部にて蛍光が拡散出射される。
波長変換部５２の内部を−Ｚ方向に進行する蛍光は、第１面５２１から−Ｚ方向に出射される。
波長変換部５２の内部を＋Ｚ方向に進行する蛍光のうち、一部の蛍光は、第２面５２２から基板５３に向かって出射される。基板５３に入射された蛍光は、誘電体多層膜５３Ｃ又は反射膜５３Ｂにて反射されることによって、第２面５２２を介して波長変換部５２内に入射され、波長変換部５２の内部を−Ｚ方向に進行する。
【００４６】
一方、空隙５５は、波長変換部５２の内部から第２面５２２に臨界角を超える入射角で入射した光が第２面５２２にて全反射されるように、第２面５２２と第１面５３１との間に設けられている。
このため、波長変換部５２の内部を＋Ｚ方向に進行する蛍光のうち、他の一部の蛍光は、波長変換部５２と基板５３との間に空隙５５が設けられていることによって、第２面５２２にて全反射されて−Ｚ方向に進行し、内部の気孔で進行方向が変わり、最終的に第１面５２１から出射される。
【００４７】
［空隙の厚さ寸法］
空隙５５の＋Ｚ方向における寸法である厚さ寸法は、波長変換部５２における第２面５２２の粗さと、基板５３における第１面５３１の粗さとの和によって規定される。具体的に、空隙５５の厚さ寸法は、第２面５２２の最大高さ粗さＲｚと、第１面５３１における対向部位ＡＲの最大高さ粗さＲｚとの和によって規定される。
なお、波長変換部５２を研磨した場合の第２面５２２の最大高さ粗さＲｚは数ｎｍであり、第１面５３１の最大高さ粗さＲｚに比べて非常に小さい。このため、第２面５２２の最大高さ粗さＲｚは無視できるので、本実施形態では、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、第１面５３１の最大高さ粗さＲｚによって規定される。
【００４８】
ここで、最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）規格によって定義されており、基準長さにおいて、輪郭曲線の山高さの最大値と谷深さの最大値との和である。なお、最大高さ粗さＲｚに代えて、同じくＪＩＳ規格によって定義され、評価長さにおいて、輪郭曲線の山高さの最大値と谷深さの最大値との和である最大高さ粗さＲｔを採用してもよい。
【００４９】
そして、本実施形態において、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、波長変換部５２にて生じる蛍光の波長以上で、蛍光の波長の２倍の値以下の範囲内の値である。波長変換部５２が生成する蛍光には、緑色光成分が含まれることから、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、０．５μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内の値である。
また、第２面５２２の輪郭曲線の平均線から第１面５３１の輪郭曲線の平均線までの＋Ｚ方向における寸法は、波長変換部５２にて生じる蛍光の波長以上で、蛍光の波長の２倍の値以下の範囲内の値である。本実施形態では、第２面５２２は略平面とみなせることから、第２面５２２から第１面５３１の輪郭曲線の平均線ＡＬまでの＋Ｚ方向における寸法Ｄ２は、０．５μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内の値である。
これらの範囲は、以下の理由によって設定されている。
【００５０】
図６は、臨界角を超える入射角αにて第２面５２２に入射される入射光ＬＴ１が第２面５２２にて内面反射される光路を模式的に示す図である。
図６に示すように、波長変換部５２の内部から第２面５２２に入射される入射光のうち、臨界角を超える入射角αで入射された入射光ＬＴ１は、第２面５２２にて内面反射され、反射光ＬＴ２となって波長変換部５２の内部を進行する。
【００５１】
このとき、入射光ＬＴ１のエネルギーは、常に波長変換部５２内に存在するのではなく、第２面５２２から空隙５５にエバネッセント波ＥＷとして漏れ出した後、波長変換部５２内に戻り、第２面５２２にて内面反射された反射光ＬＴ２となって進行する。第２面５２２においては、入射光ＬＴ１の入射位置から反射光ＬＴ２の出射位置がずれるグース・ヘンシェンシフトが生じる。このように空隙５５に漏れ出すエバネッセント波ＥＷは、第２面５２２から外部にエバネッセント波ＥＷの波長程度進行した後、第２面５２２を介して波長変換部５２内に戻ってくる。すなわち、入射光ＬＴ１が励起光であれば、第２面５２２から外部に励起光の波長程度進行し、入射光ＬＴ１が蛍光であれば、第２面５２２から外部に蛍光の波長程度進行した後、波長変換部５２内に戻ってくる。
【００５２】
このため、エバネッセント波ＥＷが生じている領域であるエバネッセント領域ＥＡ内に、光吸収性を有する構成が存在すると、少なくとも一部の光エネルギーが当該構成によって吸収されてしまう。
このように光エネルギーが吸収されると、波長変換素子５１において、入射される励起光の光量に対して出射される蛍光の光量によって規定される波長変換効率が低下する。
【００５３】
これに対し、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１及び寸法Ｄ２は、それぞれ蛍光の波長以上の値である。すなわち、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１及び寸法Ｄ２は、０．５μｍ以上の値である。これによれば、第２面５２２から漏れ出したエバネッセント波が第１面５３１に入射されることを抑制できる。従って、励起光及び蛍光のエネルギーが基板５３に吸収されることを抑制できるので、波長変換部５２から出射される蛍光が損失することが抑制される。
【００５４】
また、各寸法Ｄ１，Ｄ２は、それぞれ蛍光の波長の２倍の値である１．０μｍ以下の値である。これによれば、波長変換部５２にて生じた熱を、空隙５５を介して基板５３に伝達できる。従って、波長変換部５２の熱を基板５３に伝達して放熱でき、波長変換部５２の温度上昇を抑制できる。
【００５５】
［実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果を奏することができる。
光源装置４は、励起光を出射する光源４１１と、励起光を波長変換して、励起光の波長より長い波長を有する蛍光を生成する波長変換部５２と、波長変換部５２と対向する基板５３と、波長変換部５２及び基板５３の間に設けられる空隙５５と、を備える。波長変換部５２は、基板５３と対向する第１面としての第２面５２２を有し、基板５３は、第２面５２２と対向する第２面としての第１面５３１を有する。第２面５２２から第１面５３１に向かう方向である＋Ｚ方向における空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、第２面５２２の粗さと第１面５３１の粗さとの和によって規定され、当該厚さ寸法Ｄ１は、蛍光の波長以上である。また、プロジェクター１は、上記光源装置４と、光源装置４から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置３４３と、光変調装置３４３によって変調された光を投射する投射光学装置３６と、を備える。
【００５６】
このような構成によれば、空隙５５により、波長変換部５２の内部から臨界角を超える角度で第２面５２２に入射される光が、第２面５２２から基板５３側に出射されることを抑制できる。このため、当該光が基板５３に入射されて一部の光が損失することを抑制でき、ひいては、波長変換部５２から出射される蛍光が損失することを抑制できる。従って、波長変換部５２による波長変換効率の低下を抑制できる。
また、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、第２面５２２の粗さ及び第１面５３１の粗さによって規定される。換言すると、空隙５５は、第２面５２２の粗さ及び第１面５３１の粗さによって形成される。このため、第２面５２２と第１面５３１との間にスペーサーを設ける等して空隙５５を設ける場合に比べて、空隙５５を簡易に設けることができる他、小さな厚さ寸法の空隙５５を形成できる。
【００５７】
空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、蛍光の波長以上であり、第２面５２２から第１面５３１の輪郭曲線の平均線ＡＬまでの＋Ｚ方向における寸法Ｄ２も、蛍光の波長以上である。これによれば、第２面５２２から漏れ出したエバネッセント波ＥＷが基板５３に入射されることを抑制できる。従って、光のエネルギーが基板５３に吸収されることを抑制できるので、波長変換部５２にて生成されて出射される蛍光が損失することを抑制できる。
【００５８】
第１面５３１は、複数の凸部５３１１を有する。空隙５５は、複数の凸部５３１１のうち少なくとも１つの凸部５３１１が、第１面５３１に対向する第２面５２２に接触することによって、第２面５２２と第１面５３１との間に形成される。
このような構成によれば、空隙５５を維持できる他、空隙５５を簡易に構成できる。
【００５９】
波長変換部５２によって生成される蛍光は、緑色光成分を含む。そして、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、０．５μｍ以上である。
このような構成によれば、空隙５５の厚さ寸法が０．５μｍ以上、すなわち、５００ｎｍ以上であることにより、励起光のエバネッセント波及び蛍光のエバネッセント波が基板５３に入射されることを抑制できる。従って、波長変換部５２から出射される蛍光に損失が生じることを抑制できる。
【００６０】
空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、蛍光の波長の２倍以下である。すなわち、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、蛍光の波長以上、蛍光の波長の２倍以下である。具体的に、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、０．５μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内の値である。
このような構成によれば、上記のように、第２面５２２から漏れ出すエバネッセント波ＥＷが基板５３に入射することを抑制できる他、波長変換部５２の熱を基板５３に伝達させることができる。従って、波長変換部５２を冷却できる。
【００６１】
基板５３は、波長変換部５２の第２面５２２から出射される光を反射する反射面ＲＳを有する。
このような構成によれば、第２面５２２から出射された励起光及び蛍光を、反射面ＲＳにて反射させることによって、波長変換部５２に戻すことができる。従って、波長変換部５２による波長変換効率を高めることができる。
【００６２】
基板５３は、波長変換部５２の第２面５２２と対向し、第２面５２２から出射される光を反射させる誘電体多層膜５３Ｃを有する。誘電体多層膜５３Ｃは、反射面ＲＳに対して第２面５２２から出射される光の入射側に位置する。
このような構成によれば、第２面５２２から出射された光の一部を誘電体多層膜５３Ｃにて反射させて、波長変換部５２に入射させることができる。従って、波長変換部５２による波長変換効率を高めることができる。また、反射面ＲＳに入射されて吸収される光量を低減でき、波長変換部５２から出射される蛍光、ひいては、光源装置４から出射される蛍光に損失が生じることを抑制できる。
【００６３】
光源装置４は、波長変換部５２に対する励起光の入射方向である＋Ｚ方向に沿う回転軸Ｒｘを中心として、波長変換部５２を保持する基板５３を回転させる回転部ＲＴを備える。
このような構成によれば、波長変換部５２における励起光の入射領域の位置を移動させることができるので、波長変換部５２の温度が局所的に高くなることを抑制できる。従って、波長変換部５２の波長変換効率が熱によって低下することを抑制できる。
【００６４】
［実施形態の変形］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、光源装置４が備える波長変換素子５１は、蛍光体及び賦活剤がガラスバインダーによってバインドされた波長変換部５２を有するとした。しかしながら、これに限らず、入射される励起光を、励起光の波長とは異なる波長を有する光に変換できれば、波長変換部５２の構成は、上記に限定されない。
【００６５】
例えば、波長変換部５２は、蛍光を拡散出射する蛍光体粒子を硝子でバインドしたことにより構成されていてもよい。すなわち、波長変換部５２は、蛍光体粒子及び賦活剤を含むガラス蛍光体によって構成されていてもよい。
蛍光体粒子としては、ＹＡＧ蛍光体の他、ＫＳＦ蛍光体、又は、ＳＣＡＳＮ蛍光体等を採用できる。ＹＡＧ蛍光体におけるＹをＬｕ、Ｇｄ又はＧａで置換されたものを採用してもよい。賦活剤としては、Ｃｅの他、Ｅｕ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｇｄ及びＧａの少なくとも１つを採用できる。この他、波長変換部５２は、気孔を含んでいてもよい。
【００６６】
また例えば、波長変換部５２は、蛍光体粒子及び賦活剤がガラスバインダーではなく、樹脂バインダーによってバインドされたものであってもよい。この場合、樹脂バインダーとしては、シリコーンバインダーを例示できる。
なお、蛍光体粒子及び賦活剤は、上記と同様であり、波長変換部５２の内部に気孔が含まれていてもよい。
また、樹脂バインダーに代えて、Ａｌ２Ｏ３等の無機バインダーを採用してもよい。
【００６７】
これら波長変換部５２が採用される場合でも、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、波長変換部５２の第２面５２２の粗さと基板５３の第１面５３１の粗さとの和によって規定され、当該厚さ寸法Ｄ１は、波長変換部５２にて生成される蛍光の波長以上、蛍光の波長の２倍以下の範囲内の値である。寸法Ｄ２も、上記と同様である。このような波長変換部５２を有する波長変換素子５１を備えた光源装置４及びプロジェクター１によっても、上記と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
上記実施形態では、基板５３の第１面５３１には、基板５３と波長変換部５２との間に空隙５５を形成する複数の凸部５３１１及び複数の凹部５３１２が、研磨によって形成されるとした。しかしながら、これに限らず、複数の凸部及び複数の凹部の形成方法は、他の方法でもよい。
【００６９】
上記実施形態では、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、０．５μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内の値であるとした。換言すると、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、波長変換部５２によって生成される蛍光の波長以上、蛍光の波長の２倍以下の範囲内の値であるとした。しかしながら、これに限らず、厚さ寸法は、０．５μｍ未満の値であってもよく、１．０μｍを超える値であってもよい。換言すると、空隙５５の厚さ寸法Ｄ１は、蛍光の波長未満の値であってもよく、蛍光の２倍の波長を超える値であってもよい。
上記実施形態では、第２面５２２の輪郭曲線の平均線から第１面５３１の輪郭曲線の平均線までの＋Ｚ方向における寸法Ｄ２は、波長変換部５２にて生じる蛍光の波長以上で、蛍光の波長の２倍の値以下の範囲内の値であるとした。しかしながら、これに限らず、寸法Ｄ２は、０．５μｍ未満の値であってもよく、１．０μｍを超える値であってもよい。換言すると、寸法Ｄ２は、蛍光の波長未満の値であってもよく、蛍光の２倍の波長を超える値であってもよい。
【００７０】
上記実施形態では、波長変換部５２において基板５３と対向する第２面５２２は、平坦面であるとして説明した。しかしながら、これに限らず、第２面５２２は、研磨等の加工による複数の凸部及び複数の凹部を有していてもよく、波長変換部５２の材料や製造工程によって構成される複数の凸部及び複数の凹部を有していてもよい。
また、空隙５５は、基板５３が有する凸部５３１１が第２面５２２に接触することによって波長変換部５２と基板５３との間に設けられるとした。しかしながら、これに限らず、凸部は、波長変換部が備えていてもよい。また、接着剤等により、波長変換部と基板とが互いに接触しない状態が維持されていてもよい。
【００７１】
上記実施形態では、基板５３は、入射される光を反射させる反射面ＲＳを有するとした。しかしながら、これに限らず、基板は、上記のように、反射面を有しなくてもよい。また、反射面を有する場合でも、当該反射面は金属成膜によって形成された反射面でなくてもよい。
【００７２】
上記実施形態では、基板５３は、波長変換部５２の第２面５２２と対向し、第２面５２２から出射される光を反射させる誘電体多層膜５３Ｃを有するとした。しかしながら、これに限らず、誘電体多層膜５３Ｃは無くてもよい。
一方、波長変換部５２において基板５３と対向する第２面５２２に、例えば高屈折率材料Ｎｂ２Ｏ５と低屈折率材料ＳｉＯ２とが交互に積層された多層膜を設けてもよい。このような多層膜を設けることにより、波長変換部５２からの蛍光の取り出しが、より効率的となる。
【００７３】
上記実施形態では、波長変換素子５１は、回転部ＲＴによって回転される構成であるとした。しかしながら、これに限らず、波長変換素子は、回転されない構成としてもよい。換言すると、波長変換装置は、波長変換素子を回転させる回転部ＲＴを備えていなくてもよい。この場合、波長変換部５２は、励起光の入射側から見て環状に形成されていなくてもよく、例えば、円形状、或いは、多角形状に形成されていてもよい。また、波長変換部５２の形状は、回転される場合でも回転されない場合でも、円形状又は多角形状であってもよい。
【００７４】
上記実施形態では、プロジェクター１は、３つの光変調装置３４３（３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒ）を備えるとした。しかしながら、これに限らず、２つ以下、あるいは、４つ以上の光変調装置を備えるプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
【００７５】
上記実施形態では、プロジェクター１は、光入射面と光出射面とが異なる透過型の液晶パネルを有する光変調装置３４３を備えるとした。しかしながら、これに限らず、光変調装置は、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の液晶パネルを有する構成としてもよい。また、入射光束を変調して画像情報に応じた画像を形成可能な光変調装置であれば、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。
【００７６】
上記実施形態では、光源装置４をプロジェクター１に適用した例を挙げた。しかしながら、これに限らず、本発明に係る光源装置は、例えば照明器具及び自動車等のヘッドライト等に採用してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…プロジェクター、３４３（３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒ）…光変調装置、３６…投射光学装置、４…光源装置、４１１…光源、５２…波長変換部、５２２…第２面（波長変換部の第１面）、５３…基板、５３１…第１面（基板の第２面）、５３１１…凸部、５３Ｃ…誘電体多層膜、５５…空隙、ＡＬ…平均線、Ｄ１…厚さ寸法、Ｄ２…寸法、ＥＡ…エバネッセント領域、ＥＷ…エバネッセント波、ＬＴ１…入射光、ＬＴ２…反射光、ＲＳ…反射面、ＲＴ…回転部、Ｒｘ…回転軸、ＹＬ…蛍光。
【図１】
2020106740.tif 000003
【図２】
2020106740.tif 000004
【図３】
2020106740.tif 000005
【図４】
2020106740.tif 000006
【図５】
2020106740.tif 000007
【図６】
2020106740.tif 000008