(57)【要約】      （修正有）【課題】高い蛍光発光効率を得ることができる、波長変換素子、照明装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】波長変換素子は、蛍光体を含有する蛍光体層を備え、蛍光体層の体積に対する蛍光体の含有量の割合を規定した蛍光体密度をｘとし、蛍光体層の厚さをｙとした場合、蛍光体層の厚さは、下式を満たすことを特徴とする。［数１］2020042073.tif 000008【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を含有する蛍光体層を備え、
前記蛍光体層の体積に対する前記蛍光体の含有量の割合を規定した蛍光体密度をｘとし、前記蛍光体層の厚さをｙとした場合、
前記蛍光体層の厚さは、下式を満たす
ことを特徴とする波長変換素子。
【数１】
2020042073.tif 000006
【請求項２】
蛍光体を含有する蛍光体層を備え、
前記蛍光体層の体積に対する前記蛍光体の含有量の割合を規定した蛍光体密度をｘとし、前記蛍光体層の厚さをｙとした場合、
前記蛍光体層の厚さは、下式を満たす
ことを特徴とする波長変換素子。
【数２】
2020042073.tif 000007
【請求項３】
光源と、
請求項１または２に記載の波長変換素子と、を備える
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項３に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された照明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写する投写光学装置と、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、波長変換素子、照明装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、蛍光体層に励起光を照射することで生成した蛍光を照明光として利用する光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２６９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような蛍光体層を用いた光源装置において、例えば、蛍光体層の厚さを薄くしていくと、蛍光体層で吸収されない励起光量が増加することで蛍光発光効率の低下を招く。一方、蛍光体層の厚さを厚くしていくと、蛍光が蛍光体層の外に出るまでの光路長が長くなり、蛍光が蛍光体層内で再吸収される確率が増えることで蛍光発光効率の低下を招いてしまう。
【０００５】
このように蛍光体層の厚さは薄すぎても、厚すぎても蛍光発光効率が低下してしまう。そのため、高い蛍光発光効率を得るには蛍光体密度と蛍光体の厚さとの関係を最適化する必要となる。ここで、蛍光体密度は蛍光体含有量／蛍光体層の体積で規定される。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１には、蛍光体層の厚さを数十〜数百μｍ程度に設定することが好ましい点について記載されるものの、蛍光体密度と蛍光体の厚さとの関係性に関する記載はなかった。そのため、上記特許文献１に開示の技術では、高い蛍光発光効率を得ることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、蛍光体を含有する蛍光体層を備え、前記蛍光体層の体積に対する前記蛍光体の含有量の割合を規定した蛍光体密度をｘとし、前記蛍光体層の厚さをｙとした場合、前記蛍光体層の厚さは、下式を満たすことを特徴とする。
【０００８】
【数１】
2020042073.tif 000002
【０００９】
本発明の別の態様の波長変換素子は、蛍光体を含有する蛍光体層を備え、前記蛍光体層の体積に対する前記蛍光体の含有量の割合を規定した蛍光体密度をｘとし、前記蛍光体層の厚さをｙとした場合、前記蛍光体層の厚さは、下式を満たすことを特徴とする。
【００１０】
【数２】
2020042073.tif 000003
【００１１】
本発明の一つの態様の照明装置は、光源と、本発明の一つの態様の波長変換素子と、を備える。
【００１２】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置から射出された照明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写する投写光学装置と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図２】照明装置の概略構成を示す図である。
【図３】蛍光発光幅及び蛍光量の関係を示すシミュレーション結果である。
【図４】図３のうちのグラフの一部を示した図である。
【図５】図３のうちのグラフの残りの一部を示した図である。
【図６】蛍光体密度と蛍光体層の厚みとの関係を規定した図である。
【図７】蛍光発光幅及び蛍光量の関係を示すシミュレーション結果である。
【図８】蛍光体密度と蛍光体層の厚みとの関係を規定した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明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、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、第１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、投写光学装置６とを備えている。
【００１６】
色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。
【００１７】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。
【００１８】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００１９】
第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。
【００２０】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。
【００２１】
光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。
【００２２】
また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。
【００２３】
合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投写光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
【００２４】
投写光学装置６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。
【００２５】
（照明装置）
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置２について説明する。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、光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、偏光分離素子５０Ａを含む光学素子２５Ａと、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子（波長変換素子）２７と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとを備えている。
【００２６】
第１実施形態において、インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとは重畳光学系３３を構成している。
【００２７】
光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、光学素子２５Ａと、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、光学素子２５Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３ａとは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。
【００２８】
光源２１は、複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１ａは、例えば青色の光線Ｂ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。光源２１は、複数の光線Ｂからなる光線束ＢＬを射出する。
【００２９】
光源２１から射出された光線束ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。
コリメーター光学系２２は、光源２１から射出された光線束ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１ａに対応して配置されている。
【００３０】
コリメーター光学系２２を通過した光線束ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、光線束ＢＬの光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂから構成されている。
【００３１】
アフォーカル光学系２３を通過した光線束ＢＬは第１の位相差板２８ａに入射する。第１の位相差板２８ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板である。光線束ＢＬは直線偏光である。第１の位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２８ａを透過した光線束ＢＬを、偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光線とすることができる。
【００３２】
第１の位相差板２８ａを通過することでＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光線束ＢＬは光学素子２５Ａに入射する。光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。傾斜面Ｋは、光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。
【００３３】
傾斜面Ｋには、波長選択特性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。偏光分離素子５０Ａは、光線束ＢＬを、偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分の光線束ＢＬｓとＰ偏光成分の光線束ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子５０Ａは、Ｓ偏光成分の光線束ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の光線束ＢＬｐを透過させる。
【００３４】
また、偏光分離素子５０Ａは光線束ＢＬとは波長帯が異なる蛍光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。
【００３５】
偏光分離素子５０Ａから射出されたＳ偏光の光線束ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、光線束ＢＬｓを励起光として蛍光体層３４に向けて集光させる。
【００３６】
第１実施形態において、第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成されている。第１の集光光学系２６から射出された光線束ＢＬｓは、蛍光発光素子２７に集光した状態で入射する。
【００３７】
蛍光発光素子２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する支持体３５と、蛍光体層３４の下面３４ｂを支持体３５に接着する接着部材３６と、接着部材３６と支持体３５との間に設けられた反射部３７と、支持体３５を回転軸Ｏの周りに回転させるモーター３９とを有している。
【００３８】
蛍光体層３４は、光線束ＢＬｓを吸収して励起され、黄色の蛍光を発する蛍光体からなる。このような蛍光体層３４としては、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含むセラミックス蛍光体で構成されている。なお、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は複数の結晶粒の焼結体であるため、蛍光体層３４は多数の気孔を有している。なお、ＹＡＧ：Ｃｅ濃度は１ｍｏｌ％である。
【００３９】
光線束ＢＬｓにより励起された蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光（黄色光）ＹＬを射出する。なお、蛍光体層３４の上面３４ａには例えば、ＡＲコート膜の反射防止膜３８が形成されている。
【００４０】
蛍光体層３４の光線束ＢＬｓが入射する側とは反対側の下面３４ｂは、支持体３５に接着部材３６を介して固定されている。反射部３７は、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、上面３４ａと反対側（支持体３５側）に向かって進む成分を上面３４ａ側に向けて反射する。
【００４１】
したがって、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち一部の蛍光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体層３４の外部へと射出される。反射部３７としては反射率が高いものが好ましく、第１実施形態ではＡｇ膜を用いた。
なお、蛍光体層３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体層３４の上面３４ａから直接外部に射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体層３４から射出される。
【００４２】
支持体３５としては熱伝導性に優れたものが好ましく、第１実施形態では銅板を用いた。接着部材３６の形成材料としては熱伝導率の高い材料、例えば半田や銀ペーストを用いた。
【００４３】
本発明者は、鋭意研究の結果、蛍光体層における密度と厚さとを所定の式を満たす関係に設定することで蛍光発光効率を向上できるとの知見を得た。そして、この知見に基づいて本発明を完成させた。
【００４４】
図３は蛍光体層の厚さによる蛍光発光幅と蛍光量との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。図３のグラフ横軸における蛍光発光幅（単位は、ｍｍ）は、蛍光強度のピーク値の１／５となる蛍光サイズ、すなわち、射出された蛍光の光束幅に相当する。また、図３のグラフ縦軸における蛍光量（単位は、％）は、蛍光体層に入射した励起光の光量に対する、蛍光体層から射出された蛍光の光量の割合に相当する。すなわち、図３のグラフ縦軸における蛍光量が大きいことは、蛍光体層に入射した励起光をより多くの蛍光に変換可能な状態、蛍光発光効率が高いことと等価である。
【００４５】
以下、蛍光体密度という概念を説明に用いる。本明細書において、蛍光体密度は、蛍光体層における蛍光体含有量／蛍光体層における外形の体積、によって規定される無次元数である。  
【００４６】
例えば、蛍光体層の焼結温度が高い場合、蛍光体層内の気孔量が減少することで蛍光体含有量が増えるため、蛍光体密度が高くなる。一方、蛍光体層の焼結温度が低い場合、蛍光体層内の気孔量が増加することで蛍光体含有量が減るため、蛍光体密度が低くなる。
【００４７】
図３に示すグラフＡは、蛍光体密度が０．９８７の蛍光体層を有する蛍光発光素子に関するシミュレーション結果である。ここで、蛍光体密度が０．９８７とは、蛍光体層において気孔部分を除いたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が占める割合が９８．７％であることと等価である。
【００４８】
図３に示すグラフＢは、蛍光体密度が０．９７５の蛍光体層を有する蛍光発光素子に関するシミュレーション結果である。ここで、蛍光体密度が０．９７５とは、蛍光体層において気孔部分を除いたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が占める割合が９７．５％であることと等価である。
【００４９】
図３に示すグラフＣは、蛍光体密度が０．９６８の蛍光体層を有する蛍光発光素子に関するシミュレーション結果である。ここで、蛍光体密度が０．９６８とは、蛍光体層において気孔部分を除いたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が占める割合が９６．８％であることと等価である。
【００５０】
図３に示すグラフＤは、蛍光体密度が０．９６２の蛍光体層を有する蛍光発光素子に関するシミュレーション結果である。ここで、蛍光体密度が０．９６２とは、蛍光体層において気孔部分を除いたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が占める割合が９６．２％であることと等価である。
【００５１】
図３に示すグラフＥは、蛍光体密度が０．９５８の蛍光体層を有する蛍光発光素子に関するシミュレーションデータ結果である。ここで、蛍光体密度が０．９５８とは、蛍光体層において気孔部分を除いたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が占める割合が９５．８％であることと等価である。
【００５２】
図３に示すグラフＦは、蛍光体密度が０．９５１の蛍光体層を有する蛍光発光素子に関するシミュレーション結果である。ここで、蛍光体密度が０．９５１とは、蛍光体層において気孔部分を除いたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が占める割合が９５．１％であることと等価である。
【００５３】
なお、グラフＡ〜Ｆのシミュレーションモデルの蛍光発光素子は、各々の蛍光体層における蛍光体密度が異なる以外、いずれも図２に示した蛍光発光素子２７と同様の構成を有している。すなわち、各蛍光発光素子における蛍光体層はＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含むセラミックス蛍光体で構成され、ＹＡＧ：Ｃｅ濃度が１ｍｏｌ％に設定される。また、各蛍光発光素子において蛍光を生成する条件として、蛍光体層に照射する励起光の照射領域を０．４ｍｍ角のトップハット形状とした。
【００５４】
また、図３の各グラフにおける複数のプロットは、蛍光体層の厚さを３０μｍ、４０μｍ、６０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、３００μｍ、５００μｍ、７００μｍ、１０００μｍに設定した場合の蛍光発光幅と蛍光量とを示したデータである。なお、図３では図を見やすくするため、グラフＢの各プロットの横に厚さを示した。また、各グラフにおける複数のプロットのうちの厚さ２００μｍのプロットを着色した。
【００５５】
図３の各グラフより、蛍光体層の厚さを薄くしていくと蛍光量が減少することが分かる。これは、蛍光体層の厚さが薄くなると蛍光体で吸収されない励起光量が増加するためである。
また、図３の各グラフより、蛍光体層の厚さを厚くしていくと蛍光量が減少することが分かる。これは、蛍光体層の厚さが大きくなると蛍光が蛍光体層の外に射出されるまでの光路長が伸びるため、蛍光が蛍光体で再吸収される確率が増えることで蛍光の取り出し効率が低下するためである。
【００５６】
このように、図３に示すグラフからは、蛍光体層は薄すぎても厚すぎても蛍光量が減少することが分かる。したがって、高い蛍光量を得るには、蛍光体層の厚さを最適な範囲に設定することが重要となる。
【００５７】
本発明者は、図３に示すグラフから、蛍光体層の厚さが２００μｍより厚くなると蛍光変換効率が急激に低下するため、所望の蛍光量を得ることができず実用性が低下してしまうとの知見を得た。また、本発明者は、厚さを２００μｍ前後に設定した場合、蛍光体層として十分な強度を持つため、研削時、研磨時あるいはダイシング時などの破損を防ぐことができる、製造時における蛍光体層の取り扱いが容易になるとの知見を得た。
【００５８】
このような知見に基づき、本発明者は、蛍光体層の厚さを２００μｍ以下に設定することで、所望の蛍光量を得ることができ、且つ、製造時における取り扱いが容易な蛍光体層を提供できると考えた。よって、本発明者は、蛍光体層の厚さの上限を２００μｍとした。
【００５９】
また、本発明者は、以下の考えに基づいて、蛍光体層の厚さの下限を規定した。
具体的に、本発明者は、図３の各グラフにおいて、蛍光体層の厚さが２００μｍのときの蛍光量と、同等以上の蛍光量となる蛍光体層の厚さの中で、最も厚さが薄いときの蛍光体の厚さを求め、蛍光体密度と蛍光体層の厚みとの相関関係を求めた。
【００６０】
以下、蛍光体密度と蛍光体層の厚みとの相関関係を求める具体的な方法について説明する。
図４は図３に示した６つグラフのうちのグラフＡ、Ｃ、Ｅのみを図示したものである。また、図５は図３に示した６つグラフのうちのグラフＢ、Ｄ、Ｆのみを図示したものである。なお、これらは図を見やすくする都合上、各グラフが重ならないもの同士を図４、５に分けて図示したものである。
【００６１】
図４に示すグラフＡにおいて、蛍光体層の厚さが２００μｍのときの蛍光量と、同等以上の蛍光量となる蛍光体層の厚さの中で、最も厚さが薄いときの蛍光体の厚さは１００μｍである。グラフＡにおいて、厚さ１００μｍのプロットをＡ点とする。
【００６２】
また、図５に示すグラフＢにおいて、蛍光体層の厚さが２００μｍのときの蛍光量と、同等以上の蛍光量となる蛍光体層の厚さの中で、最も厚さが薄いときの蛍光体の厚さは１００μｍである。グラフＢにおいて、厚さ１００μｍのプロットをＢ点とする。
【００６３】
また、図４に示すグラフＣにおいて、蛍光体層の厚さが２００μｍのときの蛍光量と、同等以上の蛍光量となる蛍光体層の厚さの中で、最も厚さが薄いときの蛍光体の厚さは８０μｍである。グラフＣにおいて、厚さ８０μｍのプロットをＣ点とする。
【００６４】
また、図５に示すグラフＤにおいて、蛍光体層の厚さが２００μｍのときの蛍光量と、同等以上の蛍光量となる蛍光体層の厚さの中で、最も厚さが薄いときの蛍光体の厚さは８０μｍである。グラフＤにおいて、厚さ８０μｍのプロットをＤ点とする。
【００６５】
また、図４に示すグラフＥにおいて、蛍光体層の厚さが２００μｍのときの蛍光量と、同等以上の蛍光量となる蛍光体層の厚さの中で、最も厚さが薄いときの蛍光体の厚さは８０μｍである。グラフＥにおいて、厚さ８０μｍのプロットをＥ点とする。
【００６６】
また、図５に示すグラフＦにおいて、蛍光体層の厚さが２００μｍのときの蛍光量と、同等以上の蛍光量となる蛍光体層の厚さの中で、最も厚さが薄いときの蛍光体の厚さは６０μｍである。グラフＦにおいて、厚さ６０μｍのプロットをＦ点とする。
【００６７】
続いて、上述のようにして算出したＡ点〜Ｆ点をプロットすることで、蛍光体密度と蛍光体層の厚みとの関係を規定した図６のグラフに示す。図６に示すグラフの横軸は蛍光体層の蛍光体密度である。また、図６に示すグラフの縦軸は蛍光体層の厚さ（単位：μｍ）である。
【００６８】
本発明者は、図６に示すグラフから下式（１）を導出した。式（１）は図６における各プロットから算出した近似式である。式（１）において、ｘは蛍光体密度に対応し、ｙとは蛍光体層の厚さ（単位は、μｍ）に対応しており、蛍光体層の厚さの下限値側を規定するものである。
【００６９】
【数３】
2020042073.tif 000004
【００７０】
図２に示した第１実施形態の照明装置２によれば、蛍光発光素子２７における蛍光体層３４の厚さと該蛍光体層３４の蛍光体密度とが上記式（１）を満足している。具体的に、第１実施形態の蛍光発光素子２７によれば、同じ蛍光体密度の厚さ２００μｍの蛍光体層を用いる場合よりも高い蛍光発光効率を得ることができる。また、第１実施形態の蛍光発光素子２７によれば、蛍光体層３４の厚さを最適化できるとともに、より高い蛍光発光効率を得ることができる。
【００７１】
図２に示したように、蛍光体層３４から射出された蛍光ＹＬは、非偏光光である。蛍光ＹＬは、第１の集光光学系２６を通過した後、偏光分離素子５０Ａに入射する。そして、この蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａからインテグレーター光学系３１に向けて進む。
【００７２】
一方、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、第２の位相差板２８ｂに入射する。第２の位相差板２８ｂは、偏光分離素子５０Ａと拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の光線束ＢＬｐは、この第２の位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。
第２の集光光学系２９は、例えばレンズ２９ａから構成され、青色光ＢＬｃ１を集光させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。
【００７３】
拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、青色光ＢＬｃ１をランバート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。
【００７４】
以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。第１実施形態によれば、青色光ＢＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布の青色光ＢＬｃ２が得られる。例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として反射される。
【００７５】
青色光ＢＬｃ２は第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後に再び第２の位相差板２８ｂに入射する。
【００７６】
左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２の位相差板２８ｂによってＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子５０Ａによってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。
【００７７】
これにより、青色光ＢＬｓ１は、偏光分離素子５０Ａを透過した蛍光ＹＬと共に、照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＢＬｓ１及び蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａから互いに同一方向に向けて射出され、青色光ＢＬｓ１と蛍光（黄色光）ＹＬとが混ざった白色の照明光ＷＬが生成される。
【００７８】
照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１ａ，レンズアレイ３１ｂから構成されている。レンズアレイ３１ａ，３１ｂは、複数の小レンズがアレイ状に配列されたものからなる。
【００７９】
インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。
偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。
【００８０】
偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａはインテグレーター光学系３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度の分布を均一化する。このようにして、照明装置２は照明光ＷＬを生成する。
【００８１】
第１実施形態の照明装置２によれば、蛍光体層３４の厚さを最適化するとともに高い蛍光発光効率を実現できるので、高輝度の蛍光ＹＬを射出することで明るい照明光ＷＬを生成できる。したがって、この照明装置２を備える第１実施形態のプロジェクター１によれば、明るい画像を投射することができる。
【００８２】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、蛍光体層の厚さと蛍光体密度との関係を規定する式のみが第１実施形態と異なる。そのため、以下では、蛍光体層の厚さと蛍光体密度との関係を規定した式の算出方法を主体に説明し、第１実施形態と同じ部材については共通の符号を付して説明する。
【００８３】
本発明者は、以下の考えに基づいて、蛍光体層の厚さの下限を別の式で規定できることを見出した。以下、図７に示すグラフを用いて説明する。なお、図７は図３と同じグラフであり、蛍光体層の厚さによる蛍光発光幅と蛍光量との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。
【００８４】
本発明者は、図７に示した各グラフＡ〜Ｆにおける蛍光体層の厚さが２００μｍのときのプロット同士を結んで破線で示される曲線Ｌを求めた。そして、曲線Ｌと各グラフＡ〜Ｆとの交点における蛍光体層の厚さを求めた。図７において、曲線Ｌと各グラフＡ〜Ｆとの交点をそれぞれＡ´点〜Ｆ´点とする。
【００８５】
続いて、上述のようにして算出したＡ´点〜Ｆ´点をプロットすることで、蛍光体密度と蛍光体層の厚みとの関係を規定した図８のグラフに示す。図８に示すグラフの横軸は蛍光体層の蛍光体密度である。また、図８に示すグラフの縦軸は蛍光体層の厚さ（単位：μｍ）である。
【００８６】
本発明者は、図８に示すグラフから下式（２）を導出した。式（２）は図８における各プロットから算出した近似式である。式（２）において、ｘは蛍光体密度に対応し、ｙとは蛍光体層の厚さ（単位は、μｍ）に対応しており、蛍光体層の厚さの下限値側を規定するものである。
【００８７】
【数４】
2020042073.tif 000005
【００８８】
第２実施形態の照明装置２によれば、蛍光発光素子２７における蛍光体層３４の厚さと該蛍光体層３４の蛍光体密度とが上記式（２）を満足している。具体的に、第２実施形態の蛍光発光素子２７によれば、任意の蛍光発光幅における厚さ２００μｍの蛍光体層を用いる場合に比べて、より高い蛍光発光効率を得ることができる。また、第２実施形態の蛍光発光素子２７によれば、第１実施形態と同様に、蛍光体層３４の厚さを最適化できるとともにより高い蛍光発光効率を得るという効果を奏することができる。
【００８９】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００９０】
また、上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。
ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、２１…光源、２７…蛍光発光素子（波長変換素子）、３４…蛍光体層、ＷＬ…照明光、ＹＬ…蛍光。
【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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