CN109426050B - 波长转换元件、光源装置和投影仪 - Google Patents

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Abstract

波长转换元件、光源装置和投影仪。提供波长转换层的冷却性能优异的波长转换元件。此外，提供具备所述波长转换元件的光源装置。此外，提供具备所述光源装置的投影仪。波长转换元件具备：波长转换层，其由陶瓷荧光体构成，具有入射激励光的光入射面和与光入射面相对的光射出面；透光层，其一体成形在波长转换层的光入射面上；以及透光性部件，其设置在透光层的激励光的入射侧。此外，透光层和透光性部件通过光胶接触进行接合。

Description

波长转换元件、光源装置和投影仪
技术领域
本发明涉及波长转换元件、光源装置和投影仪。
背景技术
例如，在下述专利文献1中公开了一种光源装置，该光源装置具备发射激励光的激励光源、使激励光聚光的光学***、被聚光后的激励光激励而发射荧光的荧光体(波长转换层)和形成有荧光体的玻璃基板。在该光源装置中，为了释放由荧光体产生的热而进行冷却，在玻璃基板的一个面侧形成荧光体，在玻璃基板的一面(激励光入射)侧设有由散热器构成的冷却机构。
专利文献1：日本特开2012-169049号公报
另外，在上述光源装置中，还可以想到通过在荧光体的激励光入射侧设置导热性和散热性优异的透光性部件来更高效地冷却荧光体。当在荧光体的激励光入射侧设置透光性部件时，需要用于对波长转换层的光入射面和透光性部件进行接合的粘接材料。作为这样的粘接材料，为了抑制界面反射，要求具有1.76(透光性部件的折射率)～1.83(波长转换层的折射率)之间的折射率并且要求较高的透明性和耐热性。然而，不存在满足这样的条件的粘接材料。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，目的之一在于提供波长转换层的冷却性能优异的波长转换元件。此外，目的之一在于提供具备所述波长转换元件的光源装置。此外，目的之一在于提供具备所述光源装置的投影仪。
根据本发明的第1方式，提供波长转换元件，该波长转换元件具备：波长转换层，其由陶瓷荧光体构成，具有入射激励光的光入射面和与所述光入射面相对的光射出面；透光层，其一体成形在所述波长转换层的所述光入射面上；以及透光性部件，其设置在所述透光层的所述激励光的入射侧，所述透光层和所述透光性部件通过光胶接触进行接合。
根据第1方式的波长转换元件，由于透光层和透光性部件通过光胶接触进行接合，因此，能够在透光层与透光性部件之间不使用粘接材料的情况下将透光层和透光性部件接合。
此外，由于波长转换层和透光层进行一体成形，因此，能够在波长转换层与透光层之间不使用粘接材料的情况下将波长转换层和透光层接合。
因此，能够在不使用粘接材料的情况下将作为散热部件发挥功能的透光性部件配置在透光层(光入射面侧)，因此，能够提高波长转换层的冷却性能。
在所述第1方式中，优选的是，所述透光层由透明氧化铝构成，所述波长转换层和所述透光层的所述透明氧化铝通过烧制而一体成形。
这样，由于波长转换层和作为透光层的透明氧化铝能够一体成形，因此，在波长转换层与作为透光层的透明氧化铝之间不存在粘接材料，因此，在波长转换层与作为透光层的透明氧化铝之间不发生界面反射。因此，激励光能够透过作为透光层的透明氧化铝而高效地入射到波长转换层的光入射面(波长转换层与透光层之间的界面)。
因此，能够提高波长转换层的激励光的入射效率并且能够抑制波长转换效率的降低。此外，能够提供波长转换元件，其中，由于可以经由透光层和透光性部件将在波长转换层中产生的热散出，因此，能够提高波长转换层的冷却性能，并且抑制波长转换层中的波长转换效率的降低。
在所述第1方式中，优选的是，所述透光性部件由蓝宝石构成。
根据该结构，由于透光层由透明氧化铝构成，透光性部件由蓝宝石构成，因此，透光层和透光性部件分别由分子式为相同的Al2O3的物质构成。因此，可以通过更良好的光胶接触进行接合。
在所述第1方式中，优选的是，所述透光性部件具有向与所述激励光的行进方向相反的方向突出的曲面，在所述曲面上设有二向色膜，该二向色膜透射所述激励光，并反射从所述波长转换层射出的荧光。
在该结构中，由于透光层与透光性部件通过光胶接触进行接合，因此，无法在透光层与透光性部件之间设置透射激励光并反射荧光的二向色膜。此外，由于波长转换层和透光层一体成形，因此，无法在波长转换层与透光层之间设置该二向色膜。
因此，如果在透光性部件的曲面上设置该二向色膜，则适于防止在波长转换层内生成的荧光从曲面射出至外部。能够利用该二向色膜从光射出面高效地取出在波长转换层中生成的荧光。
此外，由于透光性部件在激励光的入射侧具有曲面，因此，例如通过使激励光相对于曲面从法线方向入射，能够使激励光在光入射面上聚光。即，透光性部件能够承担作为散热部件的功能，而不会对激励光产生光学影响。
根据本发明的第2方式，提供光源装置，该光源装置具备：所述第1方式的波长转换元件；以及激励光源，其射出所述激励光。
根据第2方式的光源装置，由于波长转换层被高效地冷却，因此，能够提供改善了波长转换效率的光源装置和提高了可靠性的光源装置。
在本发明的第2方式中，优选的是，具备：所述第1方式的波长转换元件；激励光源，其射出所述激励光；以及聚光光学***，其使从所述激励光源射出的所述激励光在所述波长转换层的所述光入射面上聚光，具有所述曲面的曲率半径的圆的中心位于所述光入射面上，所述聚光光学***对所述激励光的聚光位置与具有所述曲面的曲率半径的圆的中心一致。
根据该结构，可以利用聚光光学***使激励光在光入射面上聚光。因此，能够提高波长转换层的荧光转换效率。此外，利用聚光光学***使激励光相对于透光性部件的曲面从法线方向入射。因此，曲面对激励光不具有折射力，因此，不再需要考虑透光性部件对激励光的折射，因此，聚光光学***的设计变得容易。
因此，透光性部件能够承担作为散热部件的功能，而不会对激励光产生光学影响。
根据本发明的第3方式，提供投影仪，该投影仪具备：所述第2方式的光源装置；光调制装置，其根据图像信号对来自所述光源装置的光进行调制，生成图像光；以及投射光学装置，其投射所述图像光。
根据第3方式的投影仪，由于具备改善了波长转换效率的光源装置以及提高了可靠性的光源装置，因此，能够提供能够显示高亮度的影像并且提高了可靠性的投影仪。
附图说明
图1是示出第1实施方式的投影仪的概要结构的图。
图2是示出光源装置的概要结构的图。
图3是示出波长转换元件的截面结构的图。
图4是示出第2实施方式的光源装置的结构的图。
标号说明
1：投影仪；2、2A：光源装置；4B、4G、4R：光调制装置；6：投射光学装置；10a：半导体激光器(激励光源)；13：聚光光学***；20、120：波长转换元件；22：透光性部件；22a：曲面；23：透明氧化铝层(透光层)；24：波长转换层；24a：光入射面；24b：光射出面；26：二向色膜；46：第1聚光光学***(聚光光学***)；B、B2：激励光；C：中心；SP：聚光位置；Y：荧光。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。
另外，为了使特征容易理解，以下的说明中使用的附图有时为了方便而放大示出作为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等不一定与实际相同。
(第1实施方式)
图1是示出第1实施方式的投影仪的概要结构的图。图2是示出光源装置的概要结构的图。
如图1所示，本实施方式的投影仪1是在屏幕SCR上显示影像的投射型图像显示装置。投影仪1具备光源装置2、均匀照明光学***80、色分离光学***3、光调制装置4R、光调制装置4G、光调制装置4B、合成光学***5和投射光学装置6。
在本实施方式中，图2所示的光源装置2射出如下白色的照明光WL，该照明光WL是通过从半导体激光器射出的蓝色激励光B中、在没有进行波长转换的情况下射出的蓝色激励光B的一部分和由波长转换元件20进行激励光的波长转换而产生的黄色荧光Y合成而得到的。照明光WL经由均匀照明光学***80入射到色分离光学***3。
返回图1，均匀照明光学***80包括第1透镜阵列81、第2透镜阵列82、偏振转换元件83和重叠透镜84。
第1透镜阵列81具有用于将来自光源装置2的照明光WL分割为多个部分光束的多个第1透镜81a。多个第1透镜81a在与照明光轴100ax垂直的面内排列成矩阵状。
第2透镜阵列82具有与第1透镜阵列81的多个第1透镜81a对应的多个第2透镜82a。多个第2透镜82a在与照明光轴100ax垂直的面内排列成矩阵状。
第2透镜阵列82与重叠透镜84一起使第1透镜阵列81的各第1透镜81a的像分别在光调制装置4R、光调制装置4G和光调制装置4B的图像形成区域附近成像。
偏振转换元件83将从第2透镜阵列82射出的光转换为线偏振光。偏振转换元件83例如具备偏振分离膜和相位差板(均省略图示)。
重叠透镜84使从偏振转换元件83射出的各部分光束聚光而分别重叠在光调制装置4R、光调制装置4G和光调制装置4B的图像形成区域附近。
色分离光学***3将照明光WL分离为红光LR、绿光LG和蓝光LB。色分离光学***3具备第1分色镜7a和第2分色镜7b、第1全反射镜8a、第2全反射镜8b和第3全反射镜8c、以及第1中继透镜9a和第2中继透镜9b。
第1分色镜7a将来自光源装置2的照明光WL分离为红光LR和其它光(绿光LG和蓝光LB)。第1分色镜7a透射红光LR并反射其它光(绿光LG和蓝光LB)。另一方面，第2分色镜7b通过反射绿光LG并透射蓝光LB，将其它光(绿光LG和蓝光LB)分离为绿光LG和蓝光LB。
第1全反射镜8a配置在红光LR的光路中，将透过第1分色镜7a的红光LR朝向光调制装置4R反射。另一方面，第2全反射镜8b和第3全反射镜8c配置在蓝光LB的光路中，将透过第2分色镜7b的蓝光LB引导至光调制装置4B。从第2分色镜7b朝向光调制装置4G反射绿光LG。
第1中继透镜9a配置在蓝光LB的光路中的第2分色镜7b的光射出侧。第2中继透镜9b配置在蓝光LB的光路中的第2全反射镜8b的光射出侧。第1中继透镜9a和第2中继透镜9b具有补偿因蓝光LB的光路长度比红光LR或绿光LG的光路长度长而导致的蓝光LB的光损耗的功能。
光调制装置4R根据图像信息，调制红光LR，形成与红光LR对应的图像光。光调制装置4G根据图像信息，调制绿光LG，形成与绿光LG对应的图像光。光调制装置4B根据图像信息，调制蓝光LB，形成与蓝光LB对应的图像光。
光调制装置4R、光调制装置4G和光调制装置4B例如使用透射型液晶面板。此外，偏振板(未图示)分别配置在液晶面板的入射侧和射出侧。
此外，在光调制装置4R、光调制装置4G和光调制装置4B的入射侧分别配置有场透镜10R、场透镜10G、场透镜10B。场透镜10R、场透镜10G、场透镜10B将分别入射到光调制装置4R、光调制装置4G、光调制装置4B的红光LR、绿光LG、蓝光LB的各色光平行化。
来自光调制装置4R、光调制装置4G、光调制装置4B的图像光入射到合成光学***5中。合成光学***5合成分别与红光LR、绿光LG、蓝光LB对应的图像光，将该合成的图像光朝向投射光学装置6射出。例如，使用十字分色棱镜作为合成光学***5。
投射光学装置6由投射透镜组构成，将由合成光学***5合成的图像光放大投射到屏幕SCR上。由此，在屏幕SCR上显示放大的影像。
(光源装置)
接着，对光源装置2的结构进行说明。
如图2所示，光源装置2具备激励光源单元10、无焦光学***11、均化器光学***12、聚光光学***13、波长转换元件20和拾取光学***30。
激励光源单元10由多个半导体激光器(激励光源)10a和多个准直透镜10b构成，所述多个半导体激光器10a射出由激光构成的蓝色激励光B。激励光B的发光强度的峰值例如是445nm。多个半导体激光器10a在与照明光轴100ax垂直的一个平面内配置成阵列状。另外，作为半导体激光器10a，还可以使用射出445nm以外的波长例如455nm或460nm的蓝光的激光器。
准直透镜10b以与各半导体激光器10a对应的方式在与照明光轴100ax垂直的一个平面内配置成阵列状。准直透镜10b将从对应的半导体激光器10a射出的激励光B转换为平行光。
无焦光学***11例如具备凸透镜11a和凹透镜11b。无焦光学***11用于缩小从激励光源单元10射出的由多个激光构成的平行光束的直径。
均化器光学***12例如具备第1多透镜阵列12a和第2多透镜阵列12b。均化器光学***12使激励光的光强度分布在后述的波长转换层上成为均匀的状态、所谓的顶帽型(tophat)分布。均化器光学***12与聚光光学***13一起使从第1多透镜阵列12a和第2多透镜阵列12b的多个透镜射出的多个小光束在波长转换元件20上相互重叠。由此，使照射到波长转换元件20上的激励光B的光强度分布成为均匀状态。
聚光光学***13例如具备第1透镜13a和第2透镜13b。在本实施方式中，第1透镜13a和第2透镜13b分别由凸透镜构成。聚光光学***13配置在从均化器光学***12到波长转换元件20的光路中，使激励光B聚光后入射到波长转换元件20。关于波长转换元件20的结构，在后面叙述。
拾取光学***30例如具备第1准直透镜31和第2准直透镜32。拾取光学***30是将从波长转换元件20射出的光大致平行化的平行化光学***。第1准直透镜31和第2准直透镜32分别由凸透镜构成。
(波长转换元件)
接下来，对波长转换元件的结构进行说明。
图3是示出波长转换元件20的截面结构的图。另外，图3相当于在包括图2的照明光轴100ax的平面中切断波长转换元件20而得到的截面。
如图3所示，波长转换元件20具备透明氧化铝层(透光层)23、波长转换层24、冷却单元25、二向色膜26和反射膜27。
波长转换层24具有：光入射面24a，从激励光源单元10射出的激励光B入射到该光入射面24a；与光入射面24a相对的光射出面24b；以及与光入射面24a以及光射出面24b交叉的交叉面24c。另外，交叉面24c是相当于波长转换层24的侧面的面。此外，交叉面24c是相当于波长转换层24的光入射面24a以及光射出面24b以外的外周面的面。交叉面24c是通过连接光入射面24a的端部和光射出面24b的端部而形成的面。
波长转换层24是透射型波长转换层，使由从光入射面24a入射的激励光B生成的荧光Y从与光入射面24a相对的光射出面24b射出。另外，光射出面24b由平面构成。
在本实施方式中，波长转换层24包括将蓝色激励光B转换为黄色荧光Y的荧光体粒子。例如，使用YAG(钇/铝/石榴石)类荧光体作为荧光体粒子。另外，荧光体粒子的形成材料可以是一种，也可以使用利用两种以上的材料形成的粒子进行混合而成的荧光体粒子。波长转换层24优选使用耐热性及表面加工性优异的波长转换层。在本实施方式中，波长转换层24使用通过烧制荧光体粒子而形成的陶瓷荧光体。
透明氧化铝层23在波长转换层24的光入射面24a上进行一体成形。具体而言，透明氧化铝层23通过将氧化铝(Al2O3)与构成波长转换层24的荧光体粒子一起烧制而与波长转换层24进行一体成形。因此，透明氧化铝层23和波长转换层24处于在粒子级别中结合的状态，在透明氧化铝层23与波长转换层24的光入射面24a之间不存在粘接剂等接合材料。透明氧化铝层23的厚度优选设定为波长转换层24的厚度的1/5以下。例如，当波长转换层24的厚度为500μm～1000μm左右时，透明氧化铝层23的厚度设定为100μm～200μm左右。
由此，当激励光B透过透明氧化铝层23而入射到波长转换层24的光入射面24a时，由于在两者之间不存在接合部件，因此，不发生界面反射。因此，激励光B透过透明氧化铝层23而高效地入射到光入射面24a上。另外，在透明氧化铝层23和波长转换层24进行一体成形之后，透明氧化铝层23与波长转换层24之间的界面相当于波长转换层24的光入射面24a。
此外，在本实施方式中，“一体成形”表示，在透明氧化铝层23与波长转换层24的光入射面24a之间不存在粘接剂等接合材料的状态下，形成透明氧化铝层23和波长转换层24。由此，本实施方式中的“一体成形”不仅包括基于烧制的形成，还包括通过溅射等在波长转换层24上形成透明氧化铝层23。
在本实施方式中，冷却单元25具有支承部件21和透光性部件22。支承部件21例如由矩形板材构成，具有在厚度方向上彼此相对的第1面21a和第2面21b。第1面21a是与聚光光学***13相对的面，第2面21b是与拾取光学***30相对的面。
支承部件21具有沿厚度方向贯穿第1面21a与第2面21b之间的孔21h。支承部件21可以由石英等具有透光性的材料构成，也可以由金属等不具有透光性的材料构成。在金属材料的情况下，优选使用铝、铜等散热性优异的金属。
波长转换层24配置在支承部件21的孔21h中。波长转换层24配置成使交叉面24c与孔21h的内周面21c相对。同样地，透明氧化铝层23的透光性部件22侧的面和波长转换层24侧的面以外的面配置成与孔21h的内周面21c相对。由此，与波长转换层24一体成形的透明氧化铝层23配置在支承部件21的孔21h中。
在本实施方式中，在孔21h的内周面21c上设有反射膜27。反射膜27设置在支承部件21与波长转换层24以及透明氧化铝层23之间。
反射膜27反射由波长转换层24生成的荧光Y。此外，反射膜27对入射到波长转换层24而未被转换为荧光的激励光B进行反射。另外，反射膜27优选使用铝、银等光反射率高的金属材料。
根据这样的结构，波长转换层24将在内部生成的荧光Y以及在荧光Y的生成中未使用的激励光B从光射出面24b高效地射出至外部。因此，波长转换层24将通过合成黄色荧光Y和蓝色激励光B而得到的白光作为照明光WL射出。
透光性部件22用于进行波长转换层24的光入射面24a的散热。因此，在本实施方式中，使用导热性和耐热性优异的蓝宝石作为透光性部件22的材料。虽然透光性部件22配置在激励光B的光路中的光入射面24a的前级，但是由于蓝宝石的光透射性优异，因此，能够减少由于透过透光性部件22而导致的激励光B的损耗。
在本实施方式中，透光性部件22由大致半球体构成，所述大致半球体具有向一个方向突出的曲面22a和设置在另一个方向上的平坦面22b。曲面22a向与来自激励光源单元10的激励光B的行进方向(在图3中为上方向)相反的方向突出(在图3中为下方向)。
透光性部件22设置在透明氧化铝层(透光层)23的激励光B的入射侧。透光性部件22设置在透明氧化铝层23的与波长转换层24相反的一侧。透光性部件22设置在透明氧化铝层23的、透明氧化铝层23与波长转换层24之间的界面(光入射面24a)的相反侧。即，透光性部件22的平坦面22b被配置成与波长转换层24的光入射面24a相对。
在本实施方式中，透明氧化铝层23和透光性部件22通过光胶接触(opticalcontact)进行接合。光胶接触是在不使用粘接材料等接合材料的情况下利用分子之间的分子间力将高精度地研磨后的两个以上的部件的表面彼此接合的技术。通过光胶接触进行接合的部件之间处于彼此一体化的状态。
另外，如上所述，透明氧化铝层23与波长转换层24一体成形。因此，本实施方式的波长转换元件20构成为透光性部件22、透明氧化铝层23和波长转换层24一体化的结构。
为了实现这样的光胶接触，透明氧化铝层23和透光性部件22的接合面要求较高的平坦性。例如，作为透明氧化铝层23的接合前的面(相当于位于波长转换层24的相反侧、入射激励光B的光入射面的面)和透光性部件22的接合前的面(平坦面22b的一部分)，要求激励光B的波长的1/10以下的平坦性。通过使用具有这样的平坦性的透明氧化铝层23和透光性部件22，可以通过光胶接触进行接合。
本实施方式的透明氧化铝层23由高纯度(例如99％以上)的氧化铝(Al2O3)构成。因此，由蓝宝石构成的透光性部件22和透明氧化铝层23通过光胶接触良好地接合。
在通过光胶接触进行接合的透明氧化铝层23和透光性部件22之间不存在接合界面。因此，在透明氧化铝层23和透光性部件22之间不存在接合部件(粘接材料)。
在通过光胶接触进行接合的透明氧化铝层23和透光性部件22之间作用分子之间的分子间力。即，在通过光胶接触进行接合的透明氧化铝层23和透光性部件22之间，在透明氧化铝层23的氧化铝分子与透光性部件22的蓝宝石分子之间作用分子间力。
通过光胶接触进行接合的透明氧化铝层23和透光性部件22由一体结构构成。
由此，当激励光B透过透光性部件22而入射到透明氧化铝层23时，由于在两者之间不存在接合部件，因此，不发生界面反射。因此，激励光B透过透光性部件22而被高效地取入透明氧化铝层23内。
这样，根据本实施方式的波长转换元件20，能够在不使用粘接材料的情况下将作为散热部件发挥功能的透光性部件22配置在波长转换层24的光入射面24a侧。由此，能够提供波长转换层24的冷却性能优异的波长转换元件20。
在本实施方式中，聚光光学***13的从激励光源单元10射出的激励光B的聚光位置SP与具有透光性部件22的曲面22a的曲率半径的圆的中心C一致。即，聚光光学***13使激励光B朝向具有透光性部件22的曲面22a的曲率半径的圆的中心聚光。因此，经由聚光光学***13的激励光B从法线方向入射到透光性部件22的曲面22a。因此，曲面22a对于激励光B不具有折射力。这样，本实施方式的透光性部件22对于激励光B不具有作为透镜的功能。由此，透光性部件22仅承担作为散热部件的功能，而不会对激励光B产生光学影响。
另外，在能够起到和聚光位置SP与具有曲率半径的圆的中心C一致的情况相同的作用和效果的情况下，聚光位置SP和具有曲率半径的圆的中心C也可以不一致。即，聚光位置SP和具有曲率半径的圆的中心C也可以稍微偏移。
此外，在本实施方式中，具有透光性部件22的曲面22a的曲率半径的圆的中心C位于波长转换层24的光入射面24a上。
根据本实施方式的波长转换元件20，当经由聚光光学***13的激励光B透过透光性部件22时，聚光状态不会由于折射而发生变化。因此，不再需要考虑透光性部件22对激励光B的折射，因此，聚光光学***13的设计变得容易。
由此，利用聚光光学***13使激励光B在波长转换层24的光入射面24a上形成顶帽形状的均匀性高的光强度分布。由此，光入射面24a上的光密度降低，因此，能够提高波长转换层24的荧光转换效率。
另外，在上述说明中，以具有透光性部件22的曲面22a的曲率半径的圆的中心C位于光入射面24a上的情况为例进行了说明，但是，在透明氧化铝层23比波长转换层24薄的情况下，具有曲面22a的曲率半径的圆的中心C也可以位于透明氧化铝层23内。这是因为，该情况下，虽然激励光B的聚光位置从光入射面24a上稍微偏移，但是可以忽略偏移的影响。
此外，同样地，在能够起到与具有透光性部件22的曲面22a的曲率半径的圆的中心C位于光入射面24a上的情况相同的作用和效果的情况下，具有曲率半径的圆的中心C也可以不位于光入射面24a上。
透光性部件22的平坦面22b与支承部件21的第1面21a热接触。这里，平坦面22b和第1面21a热接触表示，平坦面22b和第1面21a处于以能够彼此导热的状态连接的状态。因此，平坦面22b和第1面21a可以直接接触，也可以经由接合部件间接接触。另外，作为接合部件，优选具有高导热率的部件。例如，可以举出焊料、导热片等。
在透光性部件22的曲面22a上设有二向色膜26。二向色膜26具有透射激励光B并反射从波长转换层24射出的荧光Y的特性。通过设置这样的二向色膜26，可以防止在波长转换层24内生成的荧光Y从曲面22a射出至外部。由此，能够从光射出面24b侧高效地取出在波长转换层24中生成的荧光Y。
波长转换层24伴随着荧光Y的生成而发热。波长转换层24的热经由反射膜27从交叉面24c传递到支承部件21而释放。
在波长转换层24中，光入射面24a上的发热量增大。在本实施方式的波长转换元件20中，透明氧化铝层23一体成形在波长转换层24的光入射面24a上，透光性部件22通过光胶接触与该透明氧化铝层23接合。因此，光入射面24a的热通过传递到散热性和导热性优异的透明氧化铝层23和透光性部件22而释放。
由于透光性部件22与支承部件21热连接，因此，具有支承部件21和透光性部件22的冷却单元25对波长转换层24的冷却性能提高。由此，波长转换层24的散热性提高，能够抑制波长转换元件20的波长转换效率降低。由此，根据本实施方式的光源装置2，能够生成包含明亮的荧光Y的明亮的照明光WL。因此，根据本实施方式的投影仪1，通过使用明亮的照明光WL，可以在屏幕SCR上显示明亮的影像。
(第2实施方式)
接下来，对本发明的第2实施方式的光源装置进行说明。以下所示的本实施方式的光源装置在以下方面与上述第1实施方式的结构不同：通过对在波长转换元件中生成的黄色荧光和在与波长转换元件不同的***中生成的蓝光进行合成而生成白色的照明光。因此，在以下的说明中，详细说明光源装置的结构，省略共同部分的说明。此外，在用于说明的各附图中，对与第1实施方式相同的构成要素标注相同的标号。
图4是示出第2实施方式中的光源装置的结构的图。
如图4所示，光源装置2A具备激励光源单元110、相位差板43、偏振分离元件44、第1均化器光学***45、第1聚光光学***46、波长转换元件120、第1拾取透镜48、二向色镜49、全反射镜50、第2均化器光学***52、第2聚光光学***53、反射型旋转扩散元件54和第2拾取透镜55。
在光源装置2A中，激励光源单元110、相位差板43、偏振分离元件44、第1均化器光学***45、第1聚光光学***46、波长转换元件120、第1拾取透镜48和二向色镜49在照明光轴100ax上依次排列配置。
在本实施方式中，激励光源单元110由多个半导体激光器110a和多个准直透镜110b构成，其中，所述多个半导体激光器110a射出由激光构成的蓝光B1。蓝光B1的发光强度的峰值例如是445nm。多个半导体激光器110a在与照明光轴100ax垂直的一个平面内配置成阵列状。另外，作为半导体激光器110a，还可以使用射出445nm以外的波长例如455nm或460nm的蓝光的激光器。
准直透镜110b以与各半导体激光器110a对应的方式在与照明光轴100ax垂直的一个平面内配置成阵列状。准直透镜110b将从所对应的半导体激光器110a射出的蓝光B1转换为平行光。
相位差板43由具有旋转机构的1/2波长板构成。相位差板43任意地改变包含在光线束K中的P偏振光和S偏振光的比率，该光线束K包含从激励光源单元110射出的多个蓝光B1。
偏振分离元件44是偏振分束器(PBS)，被配置成与照明光轴100ax成45°的角度。偏振分离元件44使入射光(光线束K)中的P偏振成分透过，并反射S偏振成分。P偏振成分透过偏振分离元件44而作为激励光B2朝向第1均化器光学***45行进。S偏振成分被偏振分离元件44反射，作为蓝光B3朝向全反射镜50行进。
第1均化器光学***45例如具备第1多透镜阵列45a和第2多透镜阵列45b。第1均化器光学***45使激励光B2(P偏振成分)的光强度分布在后述的波长转换元件120上形成均匀的状态、所谓的顶帽型分布。第1均化器光学***45与第1聚光光学***46一起使从第1多透镜阵列45a的多个透镜射出的多个小光束在波长转换元件120上相互重叠。由此，使照射在波长转换元件120上的激励光B2的光强度分布成为均匀状态。
第1聚光光学***46配置在从第1均化器光学***45到波长转换元件120的光路中，使激励光B2聚光而入射到波长转换元件120。在本实施方式中，第1聚光光学***46由凸透镜构成。第1聚光光学***46相当于本发明所述的“聚光光学***”。
除了将入射到波长转换层24的激励光B2全部转换为荧光Y以外，本实施方式的波长转换元件120具有与第1实施方式的波长转换元件20相同的结构。即，本实施方式的波长转换元件120仅射出由于激励光B2的入射而生成的荧光Y。由此，在波长转换元件120的光射出面24b(参照图3)上设置有二向色膜，该二向色膜具有反射激励光B2并透射荧光Y的特性。通过设置这样的二向色膜，可以防止在波长转换层24内未进行波长转换的激励光B2射出至光射出面24b的外部。
此外，在本实施方式中，第1聚光光学***46对激励光B2的聚光位置与具有透光性部件22的曲面22a的曲率半径的圆的中心C一致(参照图3)。
第1拾取透镜48例如由凸透镜构成，使从波长转换元件120射出的荧光Y大致平行化。
全反射镜50配置在蓝光B3的光路中，使在偏振分离元件44中分离的蓝光B3(S偏振成分量)朝向第2均化器光学***52全反射。
第2均化器光学***52例如具备第1多透镜阵列52a和第2多透镜阵列52b。第2均化器光学***52与第2聚光光学***53一起使从第1多透镜阵列52a的多个透镜射出的多个小光束在反射型旋转扩散元件54上相互重叠。由此，使照射在反射型旋转扩散元件54上的蓝光B3的光强度分布成为均匀的状态。
第2聚光光学***53配置在从第2均化器光学***52到反射型旋转扩散元件54的光路中，使蓝光B3聚光而入射到反射型旋转扩散元件54。在本实施方式中，第2聚光光学***53由凸透镜构成。
反射型旋转扩散元件54使从第2聚光光学***53射出的蓝光B3朝向第2拾取透镜55扩散反射。其中，作为反射型旋转扩散元件54，优选使用利用朗伯反射或接近朗伯反射的特性来使入射到反射型旋转扩散元件54的光线扩散反射的反射型旋转扩散元件。
第2拾取透镜55例如由凸透镜构成，使从反射型旋转扩散元件54射出的蓝光B3大致平行化。平行化后的蓝光B3入射到二向色镜49。二向色镜49使从波长转换元件120射出的黄色荧光Y透过，并且通过向与荧光Y相同的光轴方向反射从与荧光Y垂直的方向入射来的蓝光B3而进行合成，生成白色照明光WL。
这样，将从反射型旋转扩散元件54射出的扩散光(蓝光B3)与透过二向色镜49的荧光Y合成而得到白色照明光WL。白色照明光WL经由图1所示的均匀照明光学***80入射到色分离光学***3中。
如上所述，在本实施方式的结构中，通过高效地冷却波长转换元件120，也可以得到能够抑制波长转换效率降低的光源装置2A。此外，能够得到提高了可靠性的光源装置2A。此外，可得到这样的投影仪1：利用包含由光源装置2A生成的荧光Y的照明光WL，可显示高亮度的影像，并提高了可靠性。
另外，本发明不限于上述实施方式的内容，能够在不脱离发明的主旨的范围内适当变更。
例如，在上述实施方式中，作为透光性部件22，举出了由大致半球体构成的示例，但是透光性部件22的形状不限于此。透光性部件22只要能够进行波长转换层24的光入射面24a的散热，也可以是板状部件。该情况下，虽然在透光性部件的光入射面发生激励光B的折射，但是通过调节聚光光学***13的聚光位置，能够使激励光B在波长转换层24的光入射面24a上聚光。
此外，在上述实施方式中，例示了具备三个光调制装置4R、4G、4B的投影仪1，但也能够适用于利用一个光调制装置显示彩色影像的投影仪。此外，也可以使用数字微镜器件作为光调制装置。
此外，在上述实施方式中示出将本发明的光源装置搭载于投影仪的示例，但不限于此。本发明的光源装置还可以应用于照明器具、汽车的头灯等。

Claims (7)

1.一种波长转换元件，其具备：
支承部件，其具有在厚度方向上彼此相对的第1面和第2面、以及沿厚度方向贯穿所述第1面与所述第2面之间的孔；
波长转换层，其由陶瓷荧光体构成，具有入射激励光的光入射面和与所述光入射面相对的光射出面；
透光层，其一体成形在所述波长转换层的所述光入射面上；以及
透光性部件，其设置在所述透光层的所述激励光的入射侧，具有平坦面，
所述波长转换层和所述透光层配置在所述孔中，
所述激励光入射到所述透光性部件，
透过所述透光性部件后的所述激励光入射到所述透光层，
透过所述透光层后的所述激励光入射到所述波长转换层的所述光入射面，
入射到所述波长转换层的所述激励光被波长转换而生成的荧光从所述波长转换层的所述光射出面射出，
所述透光层的接合前的面和所述透光性部件的所述平坦面的一部分通过光胶接触进行接合，
所述透光性部件的所述平坦面的另一部分与所述支承部件的所述第1面直接热接触。
2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中，
所述透光层由透明氧化铝构成，
所述波长转换层和所述透光层的所述透明氧化铝通过烧制而一体成形。
3.根据权利要求2所述的波长转换元件，其中，
所述透光性部件由蓝宝石构成。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的波长转换元件，其中，
所述透光性部件具有向与所述激励光的行进方向相反的方向突出的曲面，
在所述曲面上设有二向色膜，该二向色膜透射所述激励光，并反射从所述波长转换层射出的荧光。
5.一种光源装置，其具备：
权利要求1至3中的任意一项所述的波长转换元件；以及
激励光源，其射出所述激励光。
6.一种光源装置，其具备：
权利要求4所述的波长转换元件；
激励光源，其射出所述激励光；以及
聚光光学***，其使从所述激励光源射出的所述激励光在所述波长转换层的所述光入射面上聚光，
具有所述曲面的曲率半径的圆的中心位于所述光入射面上，
所述聚光光学***对所述激励光的聚光位置与具有所述曲面的曲率半径的圆的中心一致。
7.一种投影仪，其具备：
权利要求5或6所述的光源装置；
光调制装置，其根据图像信号对来自所述光源装置的光进行调制，生成图像光；以及
投射光学装置，其投射所述图像光。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6766617B2 (ja) * 2016-11-29 2020-10-14 セイコーエプソン株式会社 光源装置及びプロジェクター
JP6954329B2 (ja) * 2019-06-25 2021-10-27 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、光源装置およびプロジェクター
JP6841306B2 (ja) * 2019-07-05 2021-03-10 セイコーエプソン株式会社 光源装置およびプロジェクター
US20240004210A1 (en) * 2020-11-27 2024-01-04 Signify Holding B.V. High brightness light source providing light using twin phosphors

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060114946A1 (en) 2004-11-30 2006-06-01 Yunlong Sun Nonlinear crystal modifications for durable high-power laser wavelength conversion
JP2012169049A (ja) 2011-02-10 2012-09-06 Ushio Inc 光源装置
US20120236894A1 (en) 2011-02-14 2012-09-20 Gigaphoton Inc. Wavelength conversion device, solid-state laser apparatus, and laser system
JP2012168498A (ja) * 2011-02-14 2012-09-06 Gigaphoton Inc 波長変換素子、固体レーザ装置およびレーザシステム
JP2014098818A (ja) * 2012-11-15 2014-05-29 Ricoh Co Ltd 画像投射装置
JP2014126604A (ja) * 2012-12-25 2014-07-07 Ricoh Co Ltd 光源装置、照明光学系及び画像表示装置
DE102014214600A1 (de) * 2014-07-24 2016-01-28 Osram Gmbh Bestrahlungsvorrichtung mit einer Pumpstrahlungsquelle
DE102014221382A1 (de) * 2014-10-21 2016-04-21 Osram Gmbh Beleuchtungsvorrichtung mit Pumpstrahlungsquelle
CN107209302A (zh) * 2015-02-03 2017-09-26 日本电气硝子株式会社 波长转换部件及使用其的发光装置
JP6582645B2 (ja) * 2015-07-08 2019-10-02 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクター
US9983468B2 (en) * 2015-08-26 2018-05-29 Casio Computer Co., Ltd. Light source unit and projector
WO2017040433A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-09 Osram Sylvania Inc. Laser-activated remote phosphor target and system
JP6790546B2 (ja) * 2016-02-05 2020-11-25 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、光源装置およびプロジェクター
CN107045254B (zh) 2016-02-05 2019-01-15 精工爱普生株式会社 波长转换元件、光源装置和投影仪

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