(57)【要約】      （修正有）【課題】波長変換効率が高く、蛍光の出射面積を小さく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、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蛍光に変換する波長変換層５１と、を有し、波長変換層５１は、蛍光体粒子、賦活剤及び散乱要素を含み、波長変換層５１は、第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２を有し、第１領域Ｔ１における賦活剤の濃度は、第２領域Ｔ２における賦活剤の濃度より大きく、第１領域Ｔ１における散乱要素の密度は、第２領域Ｔ２における散乱要素の密度より高い。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する光源と、
入射される前記励起光を、前記励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光に変換する波長変換層と、を有し、
前記波長変換層は、蛍光体粒子、賦活剤及び散乱要素を含み、
前記波長変換層は、第１領域及び第２領域を有し、
前記第１領域における前記賦活剤の濃度は、前記第２領域における前記賦活剤の濃度より大きく、
前記第１領域における前記散乱要素の密度は、前記第２領域における前記散乱要素の密度より高い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、
前記波長変換層は、前記散乱要素として気孔を含むセラミックにより構成され、
前記散乱要素の密度は、単位体積当たりの前記気孔の体積比率であることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光源装置において、
前記波長変換層は、前記蛍光体粒子及び前記賦活剤がバインダーによってバインドされた構成を有し、
前記散乱要素の密度は、単位体積当たりの前記蛍光体粒子の体積比率であることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光源装置において、
前記波長変換層は、前記蛍光体粒子及び前記賦活剤がバインダーによってバインドされた構成を有し、
前記波長変換層は、前記散乱要素として気孔及び前記蛍光体粒子を含み、
前記散乱要素の密度は、単位体積当たりの前記気孔の体積比率と、単位体積当たりの前記蛍光体粒子の体積比率との和によって規定され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、
前記第２領域は、前記波長変換層における前記励起光の入射領域の中央に位置し、
前記第１領域は、前記入射領域において前記第２領域を挟む位置に配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光源装置において、
前記波長変換層に入射される前記励起光の密度は、前記入射領域の中央から外側に向かって低くな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４のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記第１領域は、前記波長変換層に入射される前記励起光の入射領域において前記波長変換層に対する前記励起光の入射方向に直交する１つの軸における一方に位置し、
前記第２領域は、前記入射領域において前記１つの軸における他方に位置することを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光源装置において、
前記波長変換層に入射される前記励起光の密度は、前記入射領域において前記他方に向かって高くなることを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記波長変換層への前記励起光の入射方向に沿う回転軸を中心として前記波長変換層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１０】
請求項１から請求項９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、プロジェクターに採用される光源装置として、レーザー光からなる青色光を励起光として出射する光源と、入射される励起光の一部を吸収して、青色光とは波長が異なる黄色光を含む光に変換する波長変換素子を備える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に記載の波長変換素子は、基板と、基板の周方向に沿って設けられた波長変換部と、を有する。波長変換部は、蛍光体層、ダイクロイック膜及び反射防止膜を有する。ダイクロイック膜は、蛍光体層において基板と対向する第１の面に設けられている。第１の面は、励起光が入射する面である。反射防止膜は、蛍光体層において第１の面とは反対の面である第２の面に設けられている。第２の面は、蛍光が出射される面である。
蛍光体層は、セラミックス材料の複数の結晶子が焼結した焼結体である。蛍光体層は、第１の領域、第２の領域及び第３の領域を有する。第１の領域は、基板において円環状に設けられ、第２の領域は、第１の領域の内周側に設けられ、第３の領域は、第１の領域の外周側に設けられている。
【０００３】
第１の領域は、少なくとも蛍光材料を含む。このような蛍光材料として、賦活剤であるＣｅが添加されたＣｅ：ＹＡＧからなるセラミックス材料が採用されている。
第２の領域の形成材料、及び、第３の領域の形成材料は、第１の領域と同様の形成材料を採用できる。第２の領域及び第３の領域は、蛍光体層の内部を進行する光を散乱させる気孔を含み、第２の領域における気孔密度、及び、第３の領域における気孔密度は、第１の領域における気孔密度よりも高い。
【０００４】
ここで、第１〜第３の領域を有さない蛍光体層を比較例の蛍光体層とする場合、比較例の蛍光体層に励起光が入射されると、励起光が照射された領域において蛍光が生成される。蛍光は、蛍光体層の発光点から等方的に出射される。蛍光は、複数の気孔によって散乱されながら進行し、蛍光体層の外部に出射される。なお、蛍光材料に吸収されなかった励起光は、複数の気孔によって散乱されながら蛍光体層を通過する。
【０００５】
これに対し、第１〜第３の領域を有する蛍光体層では、第１の領域の内側に入射領域が収まるように励起光が入射される。第２の領域における気孔密度及び第３の領域における気孔密度は第１の領域における気孔密度より高いため、第１の領域にて生じた蛍光は、第２の領域及び第３の領域では面内方向に伝播し難い。この結果、比較例の蛍光体層よりも蛍光の出射領域が小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−１１１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の蛍光体層のように、内部に含まれる散乱要素の密度が低いと、蛍光体層内を光が伝播しやすくなって、蛍光の出射面積が大きくなる一方、散乱要素の密度が高いと、蛍光体層内を光が伝搬しにくくなって、蛍光の出射面積は小さくなる。
一方、本件発明者は、低い密度の励起光が入射される場合には、蛍光体層に含まれる賦活剤の濃度は大きい方が波長変換効率は高くなるが、高い密度の励起光が入射される場合には、賦活剤の濃度は小さい方が波長変換効率は高くなることを見出した。
しかしながら、賦活剤の濃度が小さいと、蛍光体層に入射された励起光が蛍光に変換されずに、蛍光体層にとっての励起光の入射側に出射される後方散乱（バックスキャッタ）が生じやすくなるという問題がある。
これらのことから、波長変換効率が高く、蛍光の出射面積を小さくできる光源装置及びプロジェクターが要望されてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、入射される前記励起光を、前記励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光に変換する波長変換層と、を有し、前記波長変換層は、蛍光体粒子、賦活剤及び散乱要素を含み、前記波長変換層は、第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域における前記賦活剤の濃度は、前記第２領域における前記賦活剤の濃度より大きく、前記第１領域における前記散乱要素の密度は、前記第２領域における前記散乱要素の密度より高いことを特徴とする。
【０００９】
上記第１態様では、前記波長変換層は、前記散乱要素として気孔を含むセラミックにより構成され、前記散乱要素の密度は、単位体積当たりの前記気孔の体積比率であることが好ましい。
【００１０】
上記第１態様では、前記波長変換層は、前記蛍光体粒子及び前記賦活剤がバインダーによってバインドされた構成を有し、前記散乱要素の密度は、単位体積当たりの前記蛍光体粒子の体積比率であることが好ましい。
【００１１】
上記第１態様では、前記波長変換層は、前記蛍光体粒子及び前記賦活剤がバインダーによってバインドされた構成を有し、前記波長変換層は、前記散乱要素として気孔及び前記蛍光体粒子を含み、前記散乱要素の密度は、単位体積当たりの前記気孔の体積比率と、単位体積当たりの前記蛍光体粒子の体積比率との和によって規定されることが好ましい。
【００１２】
上記第１態様では、前記第２領域は、前記波長変換層における前記励起光の入射領域の中央に位置し、前記第１領域は、前記入射領域において前記第２領域を挟む位置に配置されていることが好ましい。
【００１３】
上記第１態様では、前記波長変換層に入射される前記励起光の密度は、前記入射領域の中央から外側に向かって低くなることが好ましい。
【００１４】
上記第１態様では、前記第１領域は、前記波長変換層に入射される前記励起光の入射領域において前記波長変換層に対する前記励起光の入射方向に直交する１つの軸における一方に位置し、前記第２領域は、前記入射領域において前記１つの軸における他方に位置することが好ましい。
【００１５】
上記第１態様では、前記波長変換層に入射される前記励起光の密度は、前記入射領域において前記他方に向かって高くなることが好ましい。
【００１６】
上記第１態様では、前記波長変換層への前記励起光の入射方向に沿う回転軸を中心として前記波長変換層を回転させる回転部を備えることが好ましい。
【００１７】
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】
【００１８】
【図１】第１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】第１実施形態における光源装置の構成を示す模式図。
【図３】第１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】第１実施形態における波長変換素子の断面の一部を模式的に示す図。
【図５】第１実施形態における賦活剤濃度及び気孔の体積比率の違いに応じた励起光密度と波長変換効率との関係を示す図。
【図６】第１実施形態における波長変換層における賦活剤の濃度分布及び気孔の体積比率の分布と、第１領域及び第２領域の配置とを示す図。
【図７】第１実施形態における励起光の密度分布の一例を示す図。
【図８】第１実施形態における励起光の密度分布の他の一例を示す図。
【図９】第２実施形態における賦活剤の濃度分布及び気孔の体積比率の分布と、第１領域及び第２領域の配置とを示す図。
【図１０】第２実施形態における波長変換層に入射される励起光の密度分布の一例を示す図。
【図１１】第３実施形態における賦活剤の濃度分布及び蛍光体粒子の体積比率の分布と、第１領域及び第２領域の配置とを示す図。
【図１２】第４実施形態における賦活剤の濃度分布及び蛍光体粒子の体積比率の分布と、第１領域及び第２領域の配置とを示す図。
【図１３】第５実施形態における賦活剤の濃度分布及び散乱要素の密度の分布と、第１領域及び第２領域の配置とを示す図。
【図１４】第６実施形態における賦活剤の濃度分布及び散乱要素の密度の分布と、第１領域及び第２領域の配置とを示す図。
【図１５】第７実施形態における光源装置の構成を示すブロック図。
【図１６】第７実施形態における第１光源装置の構成を示す模式図。
【図１７】第７実施形態における波長変換素子の断面の一部を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１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。
【００２０】
［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。
【００２１】
［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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
［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。
【００２８】
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。
【００２９】
［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。
【００３０】
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。
【００３１】
［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。
【００３２】
［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。
【００３３】
［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。
【００３４】
［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である蛍光を第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Ｒｘ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。
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。
【００３５】
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。
【００３６】
［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。
【００３７】
［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。
【００３８】
［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。
【００３９】
［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の断面の一部を模式的に示す図である。
波長変換素子５１は、図３及び図４に示すように、基板Ｍ１と、基板Ｍ１に保持される波長変換層Ｗ１と、を有する。
なお、以降の説明及び図においては、波長変換層Ｗ１に入射される青色光Ｌ１ｓを励起光と記載する。また、波長変換層Ｗ１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。また、図３に示すように、励起光の入射側から波長変換素子５１を見て、波長変換素子５１の回転軸Ｒｘを中心とする半径方向を＋Ｒ方向とし、＋Ｒ方向とは反対方向を−Ｒ方向として図示している。すなわち、＋Ｒ方向は、回転軸Ｒｘから波長変換素子５１の外縁に向かう方向であり、−Ｒ方向は、波長変換素子５１の外縁から回転軸Ｒｘに向かう方向である。
【００４０】
［基板の構成］
基板Ｍ１は、図３に示すように、−Ｚ方向から見て円板状に形成されている。基板Ｍ１は、波長変換層Ｗ１を保持する保持部材である他、波長変換層Ｗ１から伝達される熱を放熱する放熱部材でもある。基板Ｍ１は、図３及び図４に示すように、−Ｚ方向の面である第１面Ｍ１１と、＋Ｚ方向の面であり、第１面Ｍ１１とは反対側の面である第２面Ｍ１２と、を有する。
このような基板Ｍ１は、基板本体Ｍ１Ａと、基板本体Ｍ１Ａに設けられた反射層Ｍ１Ｂと、を備えて構成されている。
【００４１】
基板本体Ｍ１Ａ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形成された円板状の基板である。
反射層Ｍ１Ｂは、基板本体Ｍ１Ａにおける−Ｚ方向の面の略全面に設けられている。反射層Ｍ１Ｂにおける−Ｚ方向の面は、基板Ｍ１において波長変換層Ｗ１から入射される蛍光を−Ｚ方向に反射させる反射面ＲＳを構成する。すなわち、基板Ｍ１は、第１面Ｍ１１を構成する反射面ＲＳを有する。このような反射層Ｍ１Ｂは、例えばアルミニウムや銀等の金属成膜によって基板本体Ｍ１Ａに形成できる。
なお、基板本体Ｍ１Ａにおける−Ｚ方向の面が蛍光を反射させる反射特性を有する場合には、反射層Ｍ１Ｂは、無くてもよい。この場合、基板本体Ｍ１Ａにおける−Ｚ方向の面が第１面Ｍ１１となる。また、第１面Ｍ１１に、入射される光を反射させる誘電体多層膜が設けられていてもよい。
【００４２】
［波長変換層の構成］
波長変換層Ｗ１は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長とは異なる波長を有する光である蛍光を生成して出射する。波長変換層Ｗ１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。
波長変換層Ｗ１は、図４に示すように、−Ｚ方向の面である第１面Ｗ１１と、＋Ｚ方向の面であって、第１面Ｗ１１とは反対側の面である第２面Ｗ１２と、を有する。第１面Ｗ１１は、励起光ＥＬ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。また、第２面Ｗ１２は、基板Ｍ１と対向する対向面である。
【００４３】
第１面Ｗ１１に励起光ＥＬが入射されると、波長変換層Ｗ１内の蛍光体粒子及び賦活剤によって、波長変換層Ｗ１の内部にて蛍光が拡散出射される。
出射された蛍光のうち、波長変換層Ｗ１の内部を＋Ｚ方向に進行する蛍光は、第２面Ｗ１２を介して反射面ＲＳに入射され、反射面ＲＳにて反射されて、波長変換層Ｗ１内を−Ｚ方向に進行する。
一方、波長変換層Ｗ１の内部を−Ｚ方向に進行する蛍光は、第１面Ｗ１１から−Ｚ方向に出射される。このように波長変換素子５１は、励起光ＥＬの入射側に蛍光を出射する反射型の波長変換素子である。
【００４４】
上記のように、波長変換層Ｗ１は、波長変換素子５１の回転軸Ｒｘを中心とする円環状に設けられている。波長変換素子５１は、励起光ＥＬが第１面Ｗ１１における一部に入射されるように配置された状態で、回転軸Ｒｘを中心として回転されることによって、波長変換層Ｗ１における励起光の入射領域は変位する。これにより、波長変換層Ｗ１の温度が局所的に高くなることを抑制でき、熱によって波長変換層Ｗ１の波長変換効率が低下することが抑制される。
【００４５】
波長変換層Ｗ１は、励起光が入射されることによって励起され、励起光の波長を変換した蛍光を拡散出射する蛍光体を含むセラミックにより構成されている。
すなわち、波長変換層Ｗ１は、蛍光体粒子を含むセラミックである蛍光体セラミックによって構成されている。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、波長変換層Ｗ１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。
そして、波長変換層Ｗ１における蛍光体粒子の濃度は、略均一である。すなわち、波長変換層Ｗ１において、蛍光体は略均一に分布している。
【００４６】
また、波長変換層Ｗ１は、発光中心となる不純物である賦活剤を含む。賦活剤としては、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｇｄ及びＧａを例示できる。更に、波長変換層Ｗ１は、散乱要素としての気孔を含む。
波長変換層Ｗ１における賦活剤の濃度及び散乱要素の密度は、それぞれ、波長変換層Ｗ１の部位によって異なっている。すなわち、波長変換層Ｗ１は、賦活剤の濃度及び散乱要素の密度がそれぞれ異なる複数の領域を有する。具体的に、波長変換層Ｗ１は、図３及び図４に示すように、第１領域Ｔ１（Ｔ１１，Ｔ１２）及び第２領域Ｔ２を有する。
【００４７】
第１領域Ｔ１は、賦活剤の濃度が大きく、散乱要素の密度が高い領域である。本実施形態に係る波長変換素子５１では、第１領域Ｔ１は、円環状の波長変換層Ｗ１における外縁側の部位及び内縁側の部位に設けられている。これらのうち、外縁側である＋Ｒ方向の部位に位置する円環状の第１領域Ｔ１を第１領域Ｔ１１とし、内縁側である−Ｒ方向の部位に位置する円環状の第１領域Ｔ１を第１領域Ｔ１２として示す。
第２領域Ｔ２は、賦活剤の濃度が小さく、散乱要素の密度が低い領域である。すなわち、第２領域Ｔ２における賦活剤の濃度は、第１領域Ｔ１における賦活剤の濃度より小さく、第２領域Ｔ２における散乱要素の密度は、第１領域Ｔ１における散乱要素の密度より低い。換言すると、第１領域Ｔ１における賦活剤の濃度は、第２領域Ｔ２における賦活剤の濃度より大きく、第１領域Ｔ１における散乱要素の密度は、第２領域Ｔ２における散乱要素の密度より高い。本実施形態に係る波長変換素子５１では、第２領域Ｔ２は、＋Ｒ方向において２つの第１領域Ｔ１１，Ｔ１２に挟まれるように、波長変換層Ｗ１における＋Ｒ方向の中央に、円環状に設けられている。
なお、本実施形態において、散乱要素は気孔である。また、詳しくは後述するが、気孔の大きさは均一でないことから、散乱要素の密度は、第１領域又は第２領域における単位体積当たりの気孔の体積比率によって表される。以下の説明では、単位体積当たりの気孔の体積比率を気孔率と言う。
【００４８】
［第１領域及び第２領域の配置］
波長変換層Ｗ１における第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２の配置は、以下の理由によって設定されている。
上記のように、波長変換層に含まれる気孔等の散乱要素の密度が高いと、波長変換層内を光が伝播しにくくなり、波長変換層における蛍光の出射面積が小さくなる。しかしながら、散乱要素の密度が高い領域に高い密度の励起光が入射されると、蛍光に変換される前の励起光が、散乱要素によって散乱されやすくなることから、励起光が波長変換層に対する励起光の入射側に出射される後方散乱（バックスキャッタ）が生じやすくなる。この場合、入射された励起光が蛍光に変換されないことから、波長変換層全体における励起光の波長変換効率が低下する。
一方、波長変換層における散乱要素の密度が低いと、散乱要素による励起光の散乱が生じにくくなるため、後方散乱は生じにくくなって、波長変換効率が高められる。しかしながら、散乱要素の密度が低いと、散乱要素の密度が高い場合とは逆に、波長変換層内を光が伝播しやすくなることから、波長変換層における蛍光の出射面積が大きくなる。
【００４９】
本件発明者は、蛍光体及び気孔の体積比率が同じで、賦活剤濃度が異なる２つの波長変換層を比較した場合、入射される励起光の密度が所定値以上であるときの波長変換効率は、賦活剤濃度が小さい方が高くなり、励起光の密度が所定値未満であるときの波長変換効率は、賦活剤濃度が大きい方が高くなることを見出した。
【００５０】
図５は、賦活剤濃度及び気孔率の違いに応じた励起光密度と波長変換効率との関係を示す図である。詳述すると、図５は、波長変換層において賦活剤であるＣｅの濃度及び散乱要素である気孔の体積比率毎に、波長変換層に入射される励起光の密度と、励起光から蛍光への波長変換効率との関係を示す図である。
例えば図５に示すように、気孔率が３ｖｏｌ％であり、賦活剤濃度が１．０ｍｏｌ％である波長変換層と、気孔率が３ｖｏｌ％であり、賦活剤濃度が０．５ｍｏｌ％である波長変換層とを比較した場合には、以下のようになる。
各波長変換層に入射される励起光の密度が密度α（略１３０ｗ／ｍ２）以上である場合、賦活剤濃度が０．５ｍｏｌ％である波長変換層による波長変換効率は、賦活剤濃度が１．０ｍｏｌ％である波長変換層による波長変換効率より高い。一方、波長変換層に入射される励起光の密度が密度α未満である場合、賦活剤濃度が１．０ｍｏｌ％である波長変換層による波長変換効率は、賦活剤濃度が０．５ｍｏｌ％である波長変換層による波長変換効率より高い。
【００５１】
また例えば、気孔率が１ｖｏｌ％であり、賦活剤濃度が１．０ｍｏｌ％である波長変換層と、気孔率が１ｖｏｌ％であり、賦活剤濃度が０．５ｍｏｌ％である波長変換層とを比較した場合には、以下のようになる。
各波長変換層に入射される励起光の密度が密度β（略６８ｗ／ｍ２）以上である場合、賦活剤濃度が０．５ｍｏｌ％である波長変換層による波長変換効率は、賦活剤濃度が１．０ｍｏｌ％である波長変換層による波長変換効率より高い。一方、波長変換層に入射される励起光の密度が密度β未満である場合、賦活剤濃度が１．０ｍｏｌ％である波長変換層による波長変換効率は、賦活剤濃度が０．５ｍｏｌ％である波長変換層による波長変換効率より高い。
【００５２】
更に、本件発明者は、蛍光体濃度及び賦活剤濃度のそれぞれが同じで、気孔率が異なる２つの波長変換層を比較した場合、気孔率が低い波長変換層の波長変換効率は、気孔率が高い波長変換層の波長変換効率より高くなることを見出した。
例えば図５に示すように、賦活剤濃度が１．０ｍｏｌ％であり、気孔率が３．０ｖｏｌ％である波長変換層と、賦活剤濃度１．０ｍｏｌ％であり、気孔率が１．０ｖｏｌ％である波長変換層とを比較した場合、気孔率が１．０ｖｏｌ％である波長変換層による波長変換効率は、気孔率が３．０ｖｏｌ％である波長変換層による波長変換効率より高い。
また、賦活剤濃度が０．５ｍｏｌ％であり、気孔率が３．０ｖｏｌ％である波長変換層と、賦活剤濃度０．５ｍｏｌ％であり、気孔率が１．０ｖｏｌ％である波長変換層とを比較した場合、気孔率が１．０ｖｏｌ％である波長変換層による波長変換効率は、気孔率が３．０ｖｏｌ％である波長変換層による波長変換効率より高い。
【００５３】
図６は、波長変換層Ｗ１における賦活剤濃度分布及び気孔率分布と、第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２の配置とを示す図である。詳述すると、図６における上段には、波長変換層Ｗ１における賦活剤の濃度分布が示されており、図６における中段には、波長変換層Ｗ１における気孔率分布が示されており、図６における下段には、波長変換層Ｗ１における第１領域Ｔ１（Ｔ１１，Ｔ１２）及び第２領域Ｔ２の配置が示されている。
上記した特性から、波長変換素子５１では、図６に示すように、蛍光の出射面積の拡大を抑制するために、波長変換層Ｗ１における外縁側である＋Ｒ方向の部位に、第１領域Ｔ１１が配置され、内縁側である−Ｒ方向の部位に、第１領域Ｔ１２が配置される。
また、波長変換素子５１では、波長変換層Ｗ１における波長変換効率を高めるために、波長変換層Ｗ１における＋Ｒ方向の中央に、賦活剤濃度が小さく、気孔率が低い第２領域Ｔ２が配置される。
これにより、蛍光の出射面積を小さくしつつ、波長変換効率を高めた波長変換層Ｗ１を構成できる。
【００５４】
［波長変換層に入射される励起光の密度分布］
図７は、波長変換層Ｗ１に入射される励起光の密度分布の一例を示す図である。なお、図７の上段には、励起光の密度分布が示され、図７の下段には、入射領域Ｎ１に対応した第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２の配置が示されている。
波長変換層Ｗ１における励起光の入射領域Ｎ１、及び、励起光の密度分布は、以下のように設定されていることが好ましい。
例えば図７に示すように、励起光の入射領域Ｎ１は、波長変換層Ｗ１において第１領域Ｔ１１の少なくとも一部から、第１領域Ｔ１２の少なくとも一部に亘って設定されることが好ましい。すなわち、励起光は、第１領域Ｔ１１の少なくとも一部と、第２領域Ｔ２と、第１領域Ｔ１２の少なくとも一部に入射されることが好ましい。
なお、図７に示される例では、図７における上段に示されるように、励起光の密度は、上記した密度β以上の値で均一である。
【００５５】
図８は、波長変換層Ｗ１に入射される励起光の密度分布の他の一例を示す図である。なお、図８の上段には、励起光の密度分布が示され、図８の下段には、入射領域Ｎ１に対応した第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２の配置が示されている。
また例えば、図８に示すように、励起光の入射領域Ｎ１は、波長変換層Ｗ１において第１領域Ｔ１１の少なくとも一部から第１領域Ｔ１２の少なくとも一部に亘って設定されることが好ましい。
【００５６】
図８に示される例では、励起光の密度は、入射領域Ｎ１の＋Ｒ方向における中心Ｃからそれぞれ外側である外縁側及び内縁側に向かって連続して低くなる。詳述すると、励起光の密度は、入射領域Ｎ１の中心Ｃから＋Ｒ方向に向かって連続して低下するとともに、中心Ｃから−Ｒ方向に向かって連続して低下する。
そして、第１領域Ｔ１１と第２領域Ｔ２との境界部、及び、第２領域Ｔ２と第１領域Ｔ１２との境界部は、入射される励起光の密度が上記密度βとなる位置に設定される。すなわち、第１領域Ｔ１１，Ｔ１２は、入射される励起光の密度が密度β未満となる領域に応じて配置される。また、第２領域Ｔ２は、入射される励起光の密度が密度β以上となる領域に応じて配置される。
なお、図８の例では、励起光の密度は、入射領域Ｎ１の中心Ｃから＋Ｒ方向及び−Ｒ方向に向かって上に凸となる凸曲線状に連続して低下している。しかしながら、これに限らず、励起光の密度は、下に凸となる凸曲線状に連続して低下してもよく、直線状に連続して低下してもよい。
【００５７】
［波長変換層の製造方法］
波長変換層Ｗ１の製造方法としては、例えば、それぞれ別に形成された第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２を接着剤等により接合して製造する方法が挙げられる。
この際、第１領域Ｔ１１，Ｔ１２を焼成する際の温度と、第２領域Ｔ２を焼成する際の温度とを異ならせることによって、第１領域Ｔ１１，Ｔ１２における気孔率と、第２領域Ｔ２における気孔率とを異ならせることができる。
【００５８】
また、波長変換層Ｗ１の製造方法としては、第１領域Ｔ１の構成物及び第２領域Ｔ２の構成物を焼結前に造形し、各構成物を同時に焼結させて製造する方法が挙げられる。
当該製造方法では、まず、Ｙ２Ｏ３粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末及びＣｅＯ２粉末からなる原料粉末をエタノールと混合してスラリーを調製する。この際、Ｓｉ原子を含む焼結助剤を原料粉末に添加してもよい。
次に、スラリーからエタノールを除去して原料粉末を乾燥させた後、乾燥された原料粉末をふるいにかけることによって、粗粒を取り除く。
【００５９】
この後、粗粒が取り除かれた原料粉末の混合物を所望の形状に押し固めて成形する。
この際、例えば冷間等方圧加工法（Cold Isostatic Pressing、CIP）を用いて、金属製の芯材の周囲に、第１領域Ｔ１２の原料粉末である第１混合物を押し固める。
次いで、第１混合物の周囲に、第２領域Ｔ２の原料粉末である第２混合物を、ＣＩＰ法を用いて押し固める。なお、上記のように、第２領域Ｔ２における賦活剤濃度は、第１領域Ｔ１における賦活剤濃度より小さいので、第２混合物における賦活剤濃度は、第１混合物における賦活剤濃度より小さい。
更に、第２混合物の周囲に、第１領域Ｔ１１の原料粉末である第１混合物を、ＣＩＰ法を用いて押し固める。
【００６０】
この後、芯材を抜き取ることによって得られる筒状の混合物を焼成することにより、筒状の焼結体が得られる。得られた焼結体を切断した後、断面を研磨することによって、円環状の波長変換層Ｗ１が得られる。
【００６１】
このような波長変換層Ｗ１の製造工程において、各混合物を押し固める際に加える圧力の違いによって、第１領域Ｔ１１，Ｔ１２及び第２領域Ｔ２のそれぞれにおける気孔密度、ひいては、気孔率を調整できる。例えば、第２混合物を押し固める際の圧力を、第１混合物を押し固める際の圧力よりも高く設定することによって、第２領域Ｔ２における気孔率を、第１領域Ｔ１における気孔率よりも低くすることができる。
【００６２】
また、各混合物の平均粒子径の違いによって、第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２のそれぞれにおける気孔率を調整できる。例えば、第２混合物を構成する粉体の平均粒子径を、第１混合物を構成する粉体の平均粒子径よりも小さく設定することによって、第２領域Ｔ２における気孔率を、第１領域Ｔ１における気孔率よりも低くすることができる。
【００６３】
更に、各混合物の成形圧力と各混合物の平均粒子径とを組み合わせてもよい。
例えば、成形圧力を制御して、第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２を作り分けようとする場合、第１領域Ｔ１２を構成する第１構成物を押し固めた後、第２領域Ｔ２を構成する第２構成物を押し固めると、第２構成物を押し固める際の圧力により、第１領域Ｔ１２を構成する第１混合物が更に加圧される。この場合、第１領域Ｔ１２における気孔率と、第２領域Ｔ２における気孔率との違いがなくなる可能性がある。
このような場合に、第２混合物の平均粒子径を第１混合物の平均粒子径よりも小さく設定しておくことで、第１混合物を押し固める際の圧力が第２混合物に加わったとしても、第２領域Ｔ２における気孔密度を、第１領域Ｔ１２における気孔密度より低くすることができる。
【００６４】
［第１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。
プロジェクター１は、光源装置４と、光源装置４から出射された光を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。光源装置４は、励起光を出射する光源４１１と、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蛍光に変換する波長変換層Ｗ１と、を有する。波長変換層Ｗ１は、蛍光体粒子、賦活剤及び散乱要素を含む。波長変換層Ｗ１は、第１領域Ｔ１（Ｔ１１，Ｔ１２）及び第２領域Ｔ２を有する。第１領域Ｔ１における賦活剤の濃度は、第２領域Ｔ２における賦活剤の濃度より大きく、第１領域Ｔ１における散乱要素の密度である気孔率は、第２領域Ｔ２における気孔率より高い。
【００６５】
このような構成によれば、上記のように、第２領域Ｔ２によって波長変換層Ｗ１内での光の伝播が抑制されるので、波長変換層Ｗ１における蛍光の出射面積の拡大を抑制できる。すなわち、エテンデューを改善できる。そして、これにより、波長変換層Ｗ１から出射された蛍光を含み、光源装置４から出射される照明光の光束径を小さくできるので、光変調装置３４３の画像形成領域に入射される光束の密度を高めることができ、光変調装置３４３による画像形成に利用される光量を高めることができる他、照明光が入射される光学部品を小型化できる。更に、光変調装置３４３に入射される照明光の光束径が小さくなることにより、光変調装置３４３に斜方入射される光量を低減できる。従って、投射画像の輝度を高めることができる他、プロジェクター１に採用される光学部品、ひいては、プロジェクター１の小型化を図ることができる。
【００６６】
波長変換層Ｗ１は、散乱要素として気孔を含むセラミックにより構成されている。そして、散乱要素の密度は、単位体積当たりの気孔の体積比率である気孔率である。
このような構成によれば、上記した製造方法によって、賦活剤濃度及び気孔率が異なる第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２を有する波長変換層Ｗ１を製造できる。
【００６７】
第２領域Ｔ２は、波長変換層Ｗ１における励起光の入射領域Ｎ１の中央に位置している。第１領域Ｔ１１，Ｔ１２は、入射領域Ｎ１において第２領域Ｔ２を挟む位置に配置されている。
このような構成によれば、図７又は図８に示した密度分布の励起光が波長変換層Ｗ１に入射された場合に、上記効果を好適に奏する光源装置４及びプロジェクター１を構成できる。
【００６８】
波長変換層Ｗ１に入射される励起光の密度は、例えば入射領域Ｎ１の中央から外側に向かって低くなってもよい。すなわち、波長変換層Ｗ１に入射される励起光は、例えば図８に示す密度分布を有する励起光であってもよい。
このような場合、入射領域Ｎ１における中央に位置する第２領域Ｔ２によって、波長変換層Ｗ１の全体における波長変換効率を高めるとともに、入射領域Ｎ１における外縁側及び内縁側に位置する第１領域Ｔ１１，Ｔ１２によって、波長変換層Ｗ１における蛍光の出射面積の広がりを抑制できる。従って、上記した効果を好適に奏する光源装置４及びプロジェクター１を構成できる。
【００６９】
光源装置４は、波長変換層Ｗ１への励起光の入射方向である＋Ｚ方向に沿う回転軸Ｒｘを中心として基板Ｍ１を回転させることによって、波長変換層Ｗ１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、波長変換層Ｗ１において励起光の照射領域の位置を移動させることができるので、波長変換層Ｗ１の温度が局所的に高くなることを抑制できる。従って、波長変換層Ｗ１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。
【００７０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、第１実施形態に係るプロジェクター１と同様の構成を備えるが、波長変換層における第１領域及び第２領域の配置が、波長変換層Ｗ１と異なる。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図９は、本実施形態に係るプロジェクターが備える波長変換層Ｗ２における賦活剤の濃度分布及び散乱要素である気孔率の分布と、第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２の配置とを示す図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５２を有する他は、第１実施形態にて示したプロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、本実施形態における光源装置４は、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５２を有する。
波長変換素子５２は、図９に示すように、波長変換層Ｗ１に代えて波長変換層Ｗ２を有する他は、波長変換素子５１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、波長変換素子５２は、基板Ｍ１と、第１面Ｍ１１に設けられる波長変換層Ｗ２と、を有する。
【００７２】
波長変換層Ｗ２は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長とは異なる波長を有する光である蛍光を生成する。波長変換層Ｗ２は、波長変換層Ｗ１と同様の材料によって、基板Ｍ１の回転軸Ｒｘを中心とする円環状に形成されている。波長変換層Ｗ２は、それぞれ上記した第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２を有する。
波長変換層Ｗ２において、第１領域Ｔ１は、外縁側である＋Ｒ方向の領域に配置されている。これは、＋Ｒ方向の領域における賦活剤濃度を大きくし、気孔率を高くするためである。
また、波長変換層Ｗ２においては、第２領域Ｔ２は、内縁側である−Ｒ方向の領域に配置されている。これは、−Ｒ方向の領域における賦活剤濃度を小さくし、気孔率を低くするためである。
【００７３】
図１０は、波長変換層Ｗ２に入射される励起光の密度分布の一例を示す図である。なお、図１０の上段には、励起光の密度分布が示され、図１０の下段には、入射領域Ｎ２に対応した第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２の配置が示されている。
波長変換層Ｗ２における励起光の入射領域Ｎ２、及び、励起光の密度分布は、以下のように設定されていることが好ましい。
図１０に示すように、波長変換層Ｗ２における励起光の入射領域Ｎ２は、入射領域Ｎ１と同様に、波長変換層Ｗ２における外縁側の部位から内縁側の部位に亘って設定される。
そして、入射領域Ｎ２に入射される励起光の密度は、外縁側である＋Ｒ方向の端部から内縁側である−Ｒ方向の端部に向かって直線的に連続して高くなる。詳述すると、＋Ｒ方向の端部での励起光の密度は上記密度β未満であるが、−Ｒ方向に向かって高くなり、−Ｒ方向の端部での励起光の密度は上記密度β以上となる。すなわち、入射領域Ｎ２において＋Ｒ方向の端部から−Ｒ方向の端部に至るまでの間に、励起光の密度が上記密度βとなる部位が存在する。
【００７４】
波長変換層Ｗ２において第１領域Ｔ１と第２領域Ｔ２との境界部は、入射される励起光の密度が上記密度βとなる部位に設定される。そして、入射領域Ｎ２において、密度β未満の励起光が入射される領域に応じて、賦活剤濃度が大きく、気孔率が高い第１領域Ｔ１が配置され、密度β以上の励起光が入射される領域に応じて、賦活剤濃度が小さく、気孔率が低い第２領域Ｔ２が配置される。
このような波長変換層Ｗ２は、波長変換層Ｗ１の製造方法と同様の製造方法によって製造できる。
そして、上記のように、第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２が設けられることによって、波長変換層Ｗ２全体の波長変換効率を高めることができるとともに、波長変換層Ｗ２からの蛍光の出射面積を縮小できる。
【００７５】
なお、励起光の密度は、入射領域Ｎ２において＋Ｒ方向の端部から−Ｒ方向に向かって下に凸となる凸曲線状に連続的に高くなってもよく、上に凸となる凸曲線状に連続的に高くなってもよい。
また、励起光の密度は、入射領域Ｎ２において＋Ｒ方向の端部から−Ｒ方向に向かって低下してもよい。この場合、励起光の密度は、−Ｒ方向に向かって直線状に連続して低下してもよく、下に凸となる凸曲線状に連続して低下してもよく、或いは、上に凸となる凸曲線状に連続して低下してもよい。この場合でも、密度β未満の励起光が入射される領域に第１領域Ｔ１が配置され、密度β以上の励起光が入射される領域に第２領域Ｔ２が配置されればよい。
【００７６】
［第２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によれば、第１実施形態にて示したプロジェクターと同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
第１領域Ｔ１は、波長変換層Ｗ２に入射される励起光の入射領域Ｎ２において波長変換層Ｗ２に対する励起光の入射方向である＋Ｚ方向に直交する＋Ｒ方向に位置し、第２領域Ｔ２は、入射領域Ｎ２において−Ｒ方向に位置する。
このような構成によれば、図１０に示した密度分布の励起光が波長変換層Ｗ２に入射された場合に、上記効果を好適に奏する光源装置４及びプロジェクター１を構成できる。
【００７７】
波長変換層Ｗ２に入射される励起光の密度は、例えば入射領域Ｎ２において−Ｒ方向に向かって高くなる。すなわち、波長変換層Ｗ１に入射される励起光は、例えば図１０に示す密度分布を有する励起光である。
このような構成によれば、入射領域Ｎ１において−Ｒ方向に位置する第２領域Ｔ２によって、波長変換層Ｗ２の全体における波長変換効率を高めるとともに、入射領域Ｎ１において＋Ｒ方向に位置する第１領域Ｔ１によって、波長変換層Ｗ２における蛍光の出射面積の広がりを抑制できる。従って、上記した効果を好適に奏する光源装置４及びプロジェクター１を構成できる。
【００７８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、第１実施形態にて示したプロジェクター１と同様の構成を備えるが、波長変換層の構成が異なる。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
図１１は、本実施形態に係るプロジェクターが有する波長変換素子５３における賦活剤の濃度分布及び散乱要素である蛍光体粒子の体積比率の分布と、波長変換素子５３における第１領域Ｕ１及び第２領域Ｕ２の配置とを示す図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５３を有する他は、第１実施形態にて示したプロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、本実施形態に係る光源装置４は、波長変換素子５３を有する。
波長変換素子５３は、波長変換層Ｗ１に代えて波長変換層Ｗ３を有する他は、波長変換素子５１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、波長変換素子５３は、図１１に示すように、基板Ｍ１と、基板Ｍ１に保持される波長変換層Ｗ３と、を有する。
【００８０】
波長変換層Ｗ３は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長とは異なる波長を有する光である蛍光を生成する。波長変換層Ｗ３は、波長変換素子５３の回転軸Ｒｘを中心とする円環状に形成されている。
本実施形態では、波長変換層Ｗ３は、蛍光体粒子及び賦活剤がバインダーによってバインドされた構成であり、波長変換層Ｗ３の内部に気孔は含まれていない。すなわち、本実施形態では、光を散乱させる散乱要素は、蛍光体粒子である。
なお、蛍光体粒子としては、ＹＡＧ蛍光体、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。バインダーとしては、Ａｌ２Ｏ３等の無機バインダーや、シリコーン樹脂、又は、硝子を採用できる。賦活剤としては、上記のように、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｇｄ及びＧａの少なくとも１つを採用できる。
【００８１】
波長変換層Ｗ３は、賦活剤の濃度及び散乱要素の密度が異なる第１領域Ｕ１（Ｕ１１，Ｕ１２）及び第２領域Ｕ２を有する。詳述すると、波長変換層Ｗ３は、賦活剤濃度の他、散乱要素としての蛍光体粒子の密度が異なる第１領域Ｕ１（Ｕ１１，Ｕ１２）及び第２領域Ｕ２を有する。なお、蛍光体粒子の密度は、蛍光体粒子の大きさが均一でないことから、第１領域又は第２領域における単位体積当たりの蛍光体粒子の体積比率によって示される。以下の説明において、蛍光体粒子の体積比率を、蛍光体率という。
【００８２】
第１領域Ｕ１（Ｕ１１，Ｕ１２）は、第２領域Ｕ２より賦活剤濃度が大きく、蛍光体率が高い領域である。第１領域Ｕ１のうち、第１領域Ｕ１１は、波長変換層Ｗ３の外縁側である＋Ｒ方向の部位に配置され、第１領域Ｕ１２は、内縁側である−Ｒ方向の部位に配置されている。
第２領域Ｕ２は、第１領域Ｕ１より賦活剤濃度が小さく、蛍光体率が低い領域である。詳述すると、第２領域Ｕ２における賦活剤濃度０．５ｍｏｌ％は、第１領域Ｕ１１，Ｕ１２における賦活剤濃度１．０ｍｏｌ％より小さく、第２領域Ｕ２における蛍光体率γ２は、第１領域Ｕ１１，Ｕ１２における蛍光体率γ１より低い。波長変換素子５３では、第２領域Ｕ２は、波長変換層Ｗ３において＋Ｒ方向の中央に配置されている。
【００８３】
［第１領域及び第２領域の配置］
図示を省略するが、賦活剤濃度と蛍光体率との関係は、第１実施形態にて示した賦活剤濃度と気孔率との関係と同様である。
すなわち、波長変換層Ｗ３において蛍光体率が高いと、波長変換層Ｗ３内にて光は散乱されて、外部に出射されやすくなる。このため、波長変換層Ｗ３内を光が伝播しにくくなり、波長変換層Ｗ３における蛍光の出射面積が小さくなる。しかしながら、蛍光体率が高い領域に高い密度の励起光が入射されると、蛍光に変換される前に、励起光が、例えば蛍光体粒子の表面にて散乱される頻度が高くなることから、上記した後方散乱が生じやすくなる。この場合、波長変換層全体における励起光の波長変換効率が低下する。
一方、波長変換層における蛍光体率が低いと、後方散乱は生じにくくなって、波長変換効率が高められる。しかしながら、この場合、波長変換層内を光が伝播しやすくなることから、波長変換層における蛍光の出射面積が大きくなる。
【００８４】
また、蛍光体率が同じである場合、入射される励起光の密度が所定値以上であるときには、賦活剤濃度は小さい方が高い波長変換効率を示し、入射される励起光の密度が所定値未満であるときには、賦活剤濃度は大きい方が高い波長変換効率を示す。
また、ある濃度で賦活剤が均一に分布した波長変換層に入射される励起光の密度が比較的高い場合には、蛍光体密度が低い方が高い波長変換効率を示す。
【００８５】
上記した特性を踏まえ、波長変換素子５３では、図１１における下段に示すように、波長変換層Ｗ３における＋Ｒ方向の部位及び−Ｒ方向の部位に、第１領域Ｕ１１，Ｕ１２が配置される。これにより、上記波長変換層Ｗ１での場合と同様に、波長変換層Ｗ３における蛍光の出射面積の拡大が抑制される。
また、波長変換層Ｗ３における中央には、図１１における下段に示すように、第２領域Ｕ２が配置される。これにより、波長変換層Ｗ１での場合と同様に、波長変換層Ｗ３における波長変換効率が高められる。
【００８６】
［励起光の入射領域及び密度分布］
波長変換層Ｗ３における励起光の入射領域Ｎ３は、図７及び図８に示した入射領域Ｎ１と同様に、第１領域Ｕ１１の少なくとも一部から第１領域Ｕ１２の少なくとも一部に亘って設定されることが好ましい。すなわち、波長変換層Ｗ３において励起光は、第１領域Ｕ１１の少なくとも一部と、第２領域Ｕ２と、第１領域Ｕ１２の少なくとも一部とに入射されることが好ましい。
そして、波長変換層Ｗ３に入射される励起光は、図７に示した密度分布を有する励起光、すなわち、密度β以上の値で均一な励起光であるか、或いは、図８に示した密度分布を有する励起光、すなわち、入射領域における＋Ｒ方向の中心からそれぞれ外側である外縁側及び内縁側に向かって低くなる励起光であることが好ましい。後者の場合には、第１領域Ｕ１１と第２領域Ｕ２との境界部、及び、第２領域Ｕ２と第１領域Ｕ１２との境界部は、入射される励起光の密度が上記密度βとなる部位に設けられることが好ましい。
このような励起光が、上記のように第１領域Ｕ１１，Ｕ１２及び第２領域Ｕ２が配置された波長変換層Ｗ３に入射されることによって、波長変換層Ｗ３全体の波長変換効率を高めることができる他、波長変換層Ｗ３からの蛍光の出射面積を小さくできる。
【００８７】
［波長変換層の製造方法］
波長変換層Ｗ３の製造方法は、例えば以下の製造方法が挙げられる。
まず、第１領域Ｕ１（Ｕ１１，Ｕ１２）を構成する第１混合物と、第２領域Ｕ２を構成する第２混合物とを、スクリーン印刷等によって基板に塗り分ける。各混合物には、蛍光体粒子、賦活剤及びバインダーが含まれる他、必要に応じて、焼結助剤及び溶剤等が添加される。第１混合物における賦活剤濃度は、第２混合物における賦活剤濃度より大きく、第１混合物における蛍光体粒子の濃度は、第２混合物における蛍光体粒子の濃度より大きい。これら第１混合物及び第２混合物を基板上に塗布した後、各混合物を焼成して、バインダーを固化させる。これにより、第１領域Ｕ１１，Ｕ１２及び第２領域Ｕ２を有する波長変換層Ｗ３が製造される。
また例えば、波長変換層Ｗ３は、それぞれ別に焼成して形成された第１領域Ｕ１（Ｕ１１，Ｕ１２）及び第２領域Ｕ２を、接着或いは接合することによっても製造できる。
【００８８】
［第３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によれば、第１実施形態にて示したプロジェクター１と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
波長変換層Ｗ３は、蛍光体粒子及び賦活剤がバインダーによってバインドされた構成を有する。そして、散乱要素の密度は、単位体積当たりの蛍光体粒子の体積比率である蛍光体率である。
このような構成によれば、第１領域Ｕ１１，Ｕ１２を構成する第１混合物と、第２領域Ｕ２を構成する第２混合物とを構成する際に、第１混合物における賦活剤及び蛍光体粒子のそれぞれの濃度を、第２混合物における賦活剤及び蛍光体粒子のそれぞれの濃度よりも高くすることによって、第１領域Ｕ１及び第２領域Ｕ２を有する波長変換層Ｗ３を製造できる。従って、波長変換層Ｗ１，Ｗ２より波長変換層Ｗ３を容易に製造できる。
【００８９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、第２実施形態に係るプロジェクターと同様の構成を備えるが、波長変換層の構成が異なる。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９０】
図１２は、本実施形態に係るプロジェクターが有する波長変換素子５４における賦活剤の濃度分布及び蛍光体粒子の体積比率の分布と、波長変換素子５４における第１領域Ｕ１及び第２領域Ｕ２の配置とを示す図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５４を有する他は、第１実施形態にて示したプロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、本実施形態に係る光源装置４は、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５４を有する。
波長変換素子５４は、波長変換層Ｗ１に代えて波長変換層Ｗ４を有する他は、波長変換素子５１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、波長変換素子５４は、図１２に示すように、基板Ｍ１と、基板Ｍ１に保持される波長変換層Ｗ４と、を有する。
【００９１】
波長変換層Ｗ４は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長とは異なる波長を有する光である蛍光を生成するものであり、波長変換素子５４の回転軸Ｒｘを中心とする円環状に形成されている。波長変換層Ｗ４は、波長変換層Ｗ３と同様に、蛍光体粒子及び賦活剤がバインダーによってバインドされたものであり、波長変換層Ｗ４の内部に気孔は含まれていない。すなわち、波長変換層Ｗ４において、光を散乱させる散乱要素は、蛍光体粒子である。
【００９２】
波長変換層Ｗ４は、賦活剤濃度及び蛍光体率がそれぞれ異なる第１領域Ｕ１及び第２領域Ｕ２を有する。上記のように、第１領域Ｕ１における賦活剤濃度は、第２領域Ｕ２における賦活剤濃度よりも大きく、第１領域Ｕ１における蛍光体率は、第２領域Ｕ２における蛍光体率よりも高い。
波長変換素子５４では、第１領域Ｕ１は、波長変換層Ｗ４における外縁側である＋Ｒ方向の部位に配置され、第２領域Ｕ２は、内縁側である−Ｒ方向の部位に配置されている。
【００９３】
波長変換層Ｗ４に対する励起光の入射領域Ｎ４は、入射領域Ｎ２と同様に、第１領域Ｕ１の少なくとも一部から第２領域Ｕ２の少なくとも一部に亘って設定されることが好ましい。すなわち、波長変換層Ｗ４に入射される励起光は、第１領域Ｕ１の少なくとも一部と、第２領域Ｕ２の少なくとも一部とに入射されることが好ましい。
また、波長変換層Ｗ４に入射される励起光は、図１０に示した密度分布を有する励起光、すなわち、入射領域Ｎ４における＋Ｒ方向の端部から−Ｒ方向に向かって直線的に連続して高くなる励起光であることが好ましい。詳述すると、入射領域Ｎ４における＋Ｒ方向の端部での励起光の密度は上記密度β未満であるが、−Ｒ方向に向かって高くなり、−Ｒ方向の端部での励起光の密度は上記密度β以上となることが好ましい。そして、第１領域Ｕ１と第２領域Ｕ２との境界部は、入射される励起光の密度が上記密度βとなる部位に設定されることが好ましい。
【００９４】
このような励起光が、上記のように第１領域Ｕ１及び第２領域Ｕ２が配置された波長変換層Ｗ４に入射されることによって、波長変換層Ｗ４全体の波長変換効率を高めることができる他、波長変換層Ｗ４からの蛍光の出射面積を小さくできる。
なお、波長変換層Ｗ４は、波長変換層Ｗ３と同様の製造方法によって製造できる。
以上説明した本実施形態に係るプロジェクターによれば、第２及び第３実施形態にて示したプロジェクターと同様の効果を奏することができる。
【００９５】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、第３実施形態に係るプロジェクターと同様の構成を備えるが、散乱要素として蛍光体だけでなく気孔を含んでいる点で相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図１３は、本実施形態に係るプロジェクターが有する波長変換素子５５における賦活剤の濃度分布及び散乱要素の密度分布と、波長変換素子５５における第１領域Ｖ１及び第２領域Ｖ２の配置とを示す図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５５を有する他は、第１実施形態にて示したプロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、本実施形態に係る光源装置４は、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５５を有する。
波長変換素子５５は、波長変換層Ｗ１に代えて波長変換層Ｗ５を有する他は、波長変換素子５１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、波長変換素子５５は、図１３に示すように、基板Ｍ１と、基板Ｍ１に保持される波長変換層Ｗ５と、を有する。
【００９７】
波長変換層Ｗ５は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長とは異なる波長を有する光である蛍光を生成するものであり、波長変換素子５５の回転軸Ｒｘを中心とする円環状に形成されている。波長変換層Ｗ５は、波長変換層Ｗ３，Ｗ４と同様に、蛍光体粒子及び賦活剤がバインダーによってバインドされたものであるが、内部に気孔を含む。すなわち、波長変換層Ｗ５は、散乱要素として蛍光体粒子及び気孔を含む。
【００９８】
波長変換層Ｗ５は、賦活剤の濃度及び散乱要素の密度がそれぞれ異なる第１領域Ｖ１（Ｖ１１，Ｖ１２）及び第２領域Ｖ２を有する。
第１領域Ｖ１（Ｖ１１，Ｖ１２）は、第２領域Ｖ２に比べて、賦活剤の濃度が大きく、散乱要素の密度が高い領域である。第１領域Ｖ１のうち、第１領域Ｖ１１は、波長変換層Ｗ５における外縁側である＋Ｒ方向の部位に設けられている。また、第１領域Ｖ１のうち、第１領域Ｖ１２は、波長変換層Ｗ５における内縁側である−Ｒ方向の部位に設けられている。
第２領域Ｖ２は、第１領域Ｖ１に比べて、賦活剤の濃度が小さく、散乱要素の密度が低い領域である。第２領域Ｖ２は、波長変換層Ｗ５における＋Ｒ方向の中央に設けられている。
【００９９】
［第１領域及び第２領域における散乱要素の密度］
波長変換層Ｗ５における散乱要素の密度分布は、第１領域Ｖ１における散乱要素の密度が、第２領域Ｖ２における散乱要素の密度より高くなればよい。波長変換層Ｗ５は、散乱要素として蛍光体粒子及び気孔を含み、気孔の大きさ及び蛍光体粒子の大きさはそれぞれ均一ではなく、気孔の大きさ及び蛍光体粒子の大きさには分布があることを考慮すると、単位体積当たりの気孔の体積比率と、単位体積当たりの蛍光体粒子の体積比率との和を、散乱要素の密度とすることができる。すなわち、散乱要素の密度は、気孔率と蛍光体率との和によって規定される。
そして、第１領域Ｖ１と第２領域Ｖ２とで散乱要素の密度を異ならせる手法としては、以下のいずれかの手法を採用できる。
【０１００】
第１の手法として、第１領域Ｖ１と第２領域Ｖ２とで気孔率を同じとする一方で、第１領域Ｖ１における蛍光体率を、第２領域Ｖ２における蛍光体率よりも高くする手法が挙げられる。
第２の手法として、第１領域Ｖ１と第２領域Ｖ２とで蛍光体率を同じとする一方で、第１領域Ｖ１における気孔率を、第２領域Ｖ２における気孔率よりも高くする手法が挙げられる。
【０１０１】
第３の手法として、第１領域Ｖ１における気孔率を、第２領域Ｖ２における気孔率よりも高くするとともに、第１領域Ｖ１における蛍光体率を、第２領域Ｖ２における蛍光体率よりも高くすることにより、第１領域Ｖ１における散乱要素の合計密度を、第２領域Ｖ２における散乱要素の合計密度よりも高くする手法が挙げられる。
第４の手法として、第１領域Ｖ１における気孔率を、第２領域Ｖ２における気孔率よりも高くする一方で、第１領域Ｖ１における蛍光体率を、第２領域Ｖ２における蛍光体率よりも低くすることにより、第１領域Ｖ１における散乱要素の合計密度を、第２領域Ｖ２における散乱要素の合計密度よりも高くする手法が挙げられる。
第５の手法として、第１領域Ｖ１における気孔率を、第２領域Ｖ２における気孔率よりも低くする一方で、第１領域Ｖ１における蛍光体率を、第２領域Ｖ２における蛍光体率よりも高くすることにより、第１領域Ｖ１における散乱要素の合計密度を、第２領域Ｖ２における散乱要素の合計密度よりも高くする手法が挙げられる。
【０１０２】
このような波長変換層Ｗ５における励起光の入射領域Ｎ５は、第１領域Ｖ１１の少なくとも一部から、第１領域Ｖ１２の少なくとも一部に亘って設定されることが好ましい。すなわち、波長変換層Ｗ５に入射される励起光は、第１領域Ｖ１１の少なくとも一部と、第２領域Ｖ２と、第１領域Ｖ１２の少なくとも一部とに入射されることが好ましい。
そして、波長変換層Ｗ５に入射される励起光は、図７に示した密度分布を有する励起光、すなわち、密度β以上の値で均一な励起光であるか、或いは、図８に示した密度分布を有する励起光、すなわち、入射領域における＋Ｒ方向の中心からそれぞれ外側である外縁側及び内縁側に向かって低くなる励起光であることが好ましい。後者の場合には、第１領域Ｖ１１と第２領域Ｖ２との境界部、及び、第２領域Ｖ２と第１領域Ｖ１２との境界部は、入射される励起光の密度が上記密度βとなる部位に設けられることが好ましい。
このような励起光が、上記のように第１領域Ｖ１１，Ｖ１２及び第２領域Ｖ２が配置された波長変換層Ｗ５に入射されることによって、波長変換層Ｗ５全体の波長変換効率を高めることができる他、波長変換層Ｗ５からの蛍光の出射面積を小さくできる。
【０１０３】
［波長変換層の製造方法］
このような波長変換層Ｗ５は、上記した波長変換層Ｗ３の製造方法と同様の製造方法によって製造できる。
なお、第１領域Ｖ１における気孔率と第２領域Ｖ２における気孔率とを、焼成する際の温度によって異ならせる場合には、それぞれ個別に焼成されて形成された第１領域Ｖ１及び第２領域Ｖ２を接着又は接合することによって、波長変換層Ｗ５を製造することが好ましい。
【０１０４】
［第５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によれば、第３実施形態にて示したプロジェクターと同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
波長変換層Ｗ５は、蛍光体粒子及び賦活剤がバインダーによってバインドされた構成を有する。波長変換層Ｗ５は、散乱要素として気孔及び蛍光体粒子を含む。そして、散乱要素の密度は、気孔率と蛍光体率との和によって規定される。
これによれば、気孔率と蛍光体率との少なくとも一方を第１領域Ｖ１１，Ｖ１２と第２領域Ｖ２とで異ならせることによって、上記効果を奏することができる波長変換層Ｗ５を構成できる。
【０１０５】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、第４実施形態に係るプロジェクターと同様の構成を備えるが、波長変換層が散乱要素として蛍光体だけでなく気孔を含んでいる点で相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
図１４は、本実施形態に係るプロジェクターが有する波長変換素子５６における賦活剤の濃度分布及び散乱要素の密度分布と、波長変換素子５６における第１領域Ｖ１及び第２領域Ｖ２の配置とを示す図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５６を有する他は、第１実施形態にて示したプロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、本実施形態に係る光源装置４は、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５６を有する。
波長変換素子５６は、波長変換層Ｗ１に代えて波長変換層Ｗ６を有する他は、波長変換素子５１と同様の構成及び機能を有する。すなわち、波長変換素子５６は、図１４に示すように、基板Ｍ１と、基板Ｍ１に保持される波長変換層Ｗ６と、を有する。
【０１０７】
波長変換層Ｗ６は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を生成するものであり、回転軸Ｒｘを中心とする円環状に形成されている。波長変換層Ｗ６の構成材料は、波長変換層Ｗ５と同様である。すなわち、波長変換層Ｗ６は、散乱要素として蛍光体粒子及び気孔を含む。
【０１０８】
波長変換層Ｗ６は、第１領域Ｖ１及び第２領域Ｖ２を有する。波長変換層Ｗ６では、第１領域Ｖ１は、波長変換層Ｗ６における外縁側である＋Ｒ方向の部位に設けられ、第２領域Ｖ２は、内縁側である−Ｒ方向の部位に設けられている。
なお、上記のように、第１領域Ｖ１における賦活剤濃度は、第２領域Ｖ２における賦活剤濃度より大きく、第１領域Ｖ１における散乱要素の密度は、第２領域Ｖ２における散乱要素の密度より高い。
第１領域Ｖ１と第２領域Ｖ２とで散乱要素の密度を異ならせる手法としては、第５実施形態にて示した第１〜第５の手法のいずれかを採用できる。
【０１０９】
このような波長変換層Ｗ６における励起光の入射領域Ｎ６は、入射領域Ｎ２のように、第１領域Ｖ１の少なくとも一部から第２領域Ｖ２の少なくとも一部に亘って設定されることが好ましい。すなわち、波長変換層Ｗ６に入射される励起光は、第１領域Ｖ１の少なくとも一部と、第２領域Ｖ２の少なくとも一部とに入射されることが好ましい。
また、波長変換層Ｗ６に入射される励起光は、図１０に示した密度分布を有する励起光、すなわち、入射領域Ｎ６における＋Ｒ方向の端部から−Ｒ方向に向かって直線的に連続して高くなる励起光であることが好ましい。詳述すると、入射領域Ｎ６における＋Ｒ方向の端部での励起光の密度は上記密度β未満であるが、−Ｒ方向に向かって高くなり、−Ｒ方向の端部での励起光の密度は上記密度β以上となることが好ましい。そして、第１領域Ｖ１と第２領域Ｖ２との境界部は、入射される励起光の密度が上記密度βとなる部位に設定されることが好ましい。
【０１１０】
このような励起光が、上記のように第１領域Ｖ１及び第２領域Ｖ２が配置された波長変換層Ｗ６に入射されることによって、波長変換層Ｗ６全体の波長変換効率を高めることができる他、波長変換層Ｗ６からの蛍光の出射面積を小さくできる。
なお、波長変換層Ｗ６は、波長変換層Ｗ３と同様の製造方法によって製造できる。
以上説明した本実施形態に係るプロジェクターによれば、第４及び第５実施形態にて示したプロジェクターと同様の効果を奏することができる。
【０１１１】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、第１実施形態に係るプロジェクターと同様の構成を備えるが、光源装置の構成及び波長変換素子の構成が異なる。詳述すると、プロジェクター１の光源装置４は、反射型の波長変換素子５１を備えていたのに対し、本実施形態に係るプロジェクターの光源装置は、透過型の波長変換素子を備える。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１２】
図１５は、本実施形態に係るプロジェクターが備える光源装置４Ａの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、光源装置４に代えて光源装置４Ａを有する他は、プロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。
光源装置４Ａは、光源装置４と同様に、白色の照明光を均一化装置３１に出射する。光源装置４Ａは、図１５に示すように、蛍光を出射する第１光源装置４Ａ１と、青色光を出射する第２光源装置４Ａ４と、光合成装置４Ａ５と、を有する。
これらのうち、光合成装置４Ａ５は、第１光源装置４Ａ１から出射された蛍光と、第２光源装置４Ａ４から出射された青色光とを合成した照明光を均一化装置３１に出射する。
【０１１３】
［第１光源装置の構成］
図１６は、第１光源装置４Ａ１の構成を示す模式図である。
第１光源装置４Ａ１は、図８に示すように、励起光を出射する光源４Ａ２と、光源４Ａ２から出射された励起光を縮径するアフォーカル光学素子４２と、縮径された励起光の照度分布を均一化するホモジナイザー光学素子４３と、入射される励起光を集光する第１集光素子４５と、励起光の波長を変換する波長変換装置５Ａと、第２集光素子４Ａ３と、を有する。
【０１１４】
光源４Ａ２は、励起光を出射する発光素子としての複数の固体光源４Ａ２１を有する。複数の固体光源４Ａ２１から出射された励起光は、アフォーカル光学素子４２、ホモジナイザー光学素子４３、第１集光素子４５を介して波長変換装置５Ａの波長変換素子５７に入射される。なお、固体光源４Ａ２１は、第１固体光源４１２と同じ固体光源であってもよく、第２固体光源４１３と同じ固体光源であってもよい。
第２集光素子４Ａ３は、波長変換装置５Ａに対する励起光の入射方向に沿って波長変換装置５Ａから出射された蛍光を集光し平行化して、光合成装置４Ａ５に出射する。
【０１１５】
［波長変換装置の構成］
波長変換装置５Ａは、波長変換素子５１に代えて波長変換素子５７を有する他は、波長変換装置５と同様の構成及び機能を有する。すなわち、波長変換装置５Ａは、波長変換素子５７と、波長変換素子５７を励起光の入射方向である＋Ｚ方向に沿う回転軸Ｒｘを中心として回転させる回転部ＲＴとを有する。
【０１１６】
［波長変換素子の構成］
図１７は、波長変換素子５７の断面の一部を模式的に示す図である。
波長変換素子５７は、入射される励起光を波長変換して、励起光の波長とは異なる波長を有する光である蛍光を生成し、当該蛍光を励起光の入射方向に沿って出射する。すなわち、波長変換素子５７は、透過型の波長変換素子である。
波長変換素子５７は、図１７に示すように、基板Ｍ１に代えて基板Ｍ２を有する他は、波長変換素子５１と同様の構成を有する。すなわち、波長変換素子５７は、基板Ｍ２と、波長変換層Ｗ１と、を有する。
【０１１７】
基板Ｍ２は、波長変換層Ｗ１に対して励起光ＥＬの入射側に配置され、波長変換層Ｗ１を保持する円板状の保持部材であり、回転部ＲＴによって回転される。
基板Ｍ２は、＋Ｚ方向の面であり、波長変換層Ｗ１と対向する第１面Ｍ２１と、−Ｚ方向の面であり、第１面Ｍ２１とは反対側の面である第２面Ｍ２２と、を有する。
このような基板Ｍ２は、基板本体Ｍ２Ａと、基板本体Ｍ２Ａに設けられた反射層Ｍ２Ｂと、を備えて構成されている。
【０１１８】
基板本体Ｍ２Ａは、励起光ＥＬが通過可能な透光性材料によって円板状に形成されている。
反射層Ｍ２Ｂは、基板本体Ｍ２Ａにおける＋Ｚ方向の面の略全面に設けられている。反射層Ｍ２Ｂは、青色光である励起光ＥＬを通過させる一方で、青色光より波長の長い光を反射させる光反射特性を有する。すなわち、基板Ｍ２は、第２面Ｍ２２を介して基板Ｍ２内に入射された励起光ＥＬを透過させるとともに、波長変換層Ｗ１から入射される蛍光ＹＬを波長変換層Ｗ１側に反射させる反射面ＦＳを有する。すなわち、第１面Ｍ２１は、反射層Ｍ２Ｂによって形成される反射面ＦＳである。
【０１１９】
波長変換素子５７において、波長変換層Ｗ１は、第２面Ｗ１２が第１面Ｍ２１と対向するように配置される。そして、基板Ｍ２を介して波長変換層Ｗ１に励起光ＥＬが入射されると、波長変換層Ｗ１内にて蛍光ＹＬが拡散出射される。
波長変換層Ｗ１内を−Ｚ方向に進行する蛍光のうち、一部の蛍光は、第２面Ｗ１２から基板Ｍ２に向かって出射される。基板Ｍ２に入射された蛍光は、反射面ＦＳにて反射されて波長変換層Ｗ１内に入射された後、＋Ｚ方向に進行する。
波長変換層Ｗ１内を＋Ｚ方向に進行する蛍光ＹＬは、波長変換層Ｗ１において、第２面Ｗ１２とは反対側に位置する第１面Ｗ１１から外部に出射される。
【０１２０】
上記のように、波長変換層Ｗ１は、波長変換層Ｗ１における＋Ｒ方向の部位に配置される第１領域Ｔ１１と、−Ｒ方向の部位に配置される第１領域Ｔ１２と、第１領域Ｔ１１，Ｔ１２によって挟まれるように、波長変換層Ｗ１における＋Ｒ方向の中央に配置される第２領域Ｔ２と、を有する。
このような波長変換層Ｗ１における励起光の入射領域は、入射領域Ｎ１のように、第１領域Ｔ１１の少なくとも一部から第１領域Ｔ１２の少なくとも一部に亘って設定されることが好ましい。そして、励起光は、第１領域Ｔ１１の少なくとも一部と、第２領域Ｔ２と、第１領域Ｔ１２の少なくとも一部とに入射されることが好ましい。
また、波長変換層Ｗ１に入射される励起光は、図７に示した密度分布を有する励起光、すなわち、密度β以上の値で均一な励起光であるか、或いは、図８に示した密度分布を有する励起光、すなわち、入射領域における＋Ｒ方向の中心からそれぞれ外側である外縁側及び内縁側に向かって低くなる励起光であることが好ましい。後者の場合には、第１領域Ｔ１１と第２領域Ｔ２との境界部、及び、第２領域Ｔ２と第１領域Ｔ１２との境界部は、入射される励起光の密度が上記密度βとなる部位に設けられることが好ましい。
【０１２１】
このような励起光が、上記のように第１領域Ｔ１及び第２領域Ｔ２が配置された波長変換層Ｗ１に入射されることによって、波長変換層Ｗ１全体の波長変換効率を高めることができる他、波長変換層Ｗ１からの蛍光の出射面積を小さくできる。
以上説明した光源装置４Ａを備えるプロジェクターによれば、光源装置４を備えるプロジェクター１と同様の効果を奏することができる。
【０１２２】
［第７実施形態の変形］
第７実施形態にて示したプロジェクターが備える光源装置４Ａは、波長変換層Ｗ１を有する透過型の波長変換素子５７を備える構成であった。しかしながら、これに限らず、光源装置４Ａは、波長変換層Ｗ１に代えて波長変換層Ｗ３，Ｗ５のいずれかを有する透過型の波長変換素子を備えていてもよい。
また、光源装置４Ａは、波長変換層Ｗ１に代えて波長変換層Ｗ２，Ｗ４，Ｗ６のいずれかを有する透過型の波長変換素子を備えていてもよい。この場合、波長変換層が有する第１領域及び第２領域の配置に応じた密度分布を有する励起光が、波長変換層に入射されることが好ましい。
【０１２３】
［実施形態の変形］
本発明は、上記各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。
上記各実施形態では、上記した密度分布を有する励起光が波長変換層Ｗ１〜Ｗ６に入射されるとした。しかしながら、これに限らず、波長変換層Ｗ１〜Ｗ６に入射される励起光の密度分布は、適宜変更可能である。また、賦活剤濃度及び散乱要素の密度のそれぞれが大きい第１領域と、賦活剤濃度及び散乱要素の密度のそれぞれが小さい第２領域との配置も、適宜変更可能である。なお、波長変換層において密度β以上の励起光が入射される領域の賦活剤濃度は、他の領域の賦活剤濃度より大きく、密度β以上の励起光が入射される領域の散乱要素の密度は、他の領域の散乱要素の密度より高いことが好ましい。
【０１２４】
上記各実施形態では、波長変換素子５１〜５７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、波長変換層Ｗ１〜Ｗ６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、波長変換層Ｗ１〜Ｗ６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。
【０１２５】
上記各実施形態では、第１領域Ｔ１，Ｕ１，Ｖ１における賦活剤濃度は１．０ｍｏｌ％であり、第２領域Ｔ２，Ｕ２，Ｖ２における賦活剤濃度は０．５ｍｏｌ％であるとした。また、第１領域Ｔ１における気孔率は３．０ｖｏｌ％であり、第２領域Ｔ２における気孔率は１．０ｖｏｌ％であるとした。しかしながら、これに限らず、波長変換層が有する各領域における賦活剤濃度は適宜変更可能であり、各領域における気孔率及び蛍光体率も適宜変更可能である。
【０１２６】
上記各実施形態では、プロジェクターは、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。
【０１２７】
上記各実施形態では、プロジェクターは、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。
【０１２８】
上記各実施形態では、光源装置４，４Ａをプロジェクター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】
【０１２９】
１…プロジェクター、３４３（３４３Ｂ，３４３Ｇ，３４３Ｒ）…光変調装置、３６…投射光学装置、４，４Ａ…光源装置、４１１，４Ａ１１…光源、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７…波長変換素子、Ｍ１，Ｍ２…基板、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６…波長変換層、Ｔ１（Ｔ１１，Ｔ１２），Ｕ１（Ｕ１１，Ｕ１２），Ｖ１（Ｖ１１，Ｖ１２）…第１領域、Ｔ２、Ｕ２，Ｖ２…第２領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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