(57)【要約】【課題】本発明は、波長変換層と外周部材（基材）との熱抵抗のばらつきを抑制することで、波長変換効率に優れた波長変換素子を提供する。上記の波長変換素子を備えた光源装置を提供する。上記の光源装置を備えたプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の波長変換素子は、平面視多角形状の波長変換層と、波長変換層の励起光の入射方向に重なることなく波長変換層の周囲に設けられる複数の基材を有する外周部材と、を備え、複数の基材のそれぞれの第１の側面が、波長変換層に対する励起光の入射方向の周りにおける第２の側面に当接するように配置され、第１の側面に沿う辺は、第２の側面に沿う辺より長く形成されている。【選択図】図２
2018054900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視多角形状の波長変換層と、
前記波長変換層の励起光の入射方向に重なることなく前記波長変換層の周囲に設けられる複数の基材を有する外周部材と、を備え、
前記複数の基材のそれぞれの第１の側面が、前記波長変換層の前記入射方向の周りにおける第２の側面に当接するように配置され、
前記第１の側面に沿う辺は、前記第２の側面に沿う辺より長い、波長変換素子。
【請求項２】
前記複数の基材のそれぞれの前記第１の側面の端部が、対向する前記波長変換層の前記第２の側面の端部に一致している、請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記複数の基材のそれぞれの前記第１の側面と、前記波長変換層の前記第２の側面との間に、反射層が設けられている、
請求項１または２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記反射層は、前記基材の前記第１の側面に形成され、
前記波長変換層と前記基材とは、前記第２の側面と前記反射層との間に設けられた透過性接合材により接合される、
請求項３に記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記反射層は、前記波長変換層の前記第２の側面に形成され、
前記波長変換層と前記基材とは、前記反射層と前記第１の側面との間に設けられた接合材により接合される、
請求項３に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記複数の基材は、それぞれ同一の形状を有する、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項７】
前記波長変換層の光入射端面とは反対側に基板を備えている、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記波長変換層の励起光の入射側に設けられ、前記入射側に対して傾斜した傾斜部を有する透光性部材を備えている、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項９】
励起光を射出する励起光源と、
前記励起光が入射される請求項１ないし８のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
を備える、光源装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える、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、光源装置及びプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクター等に用いられる光源装置として、半導体レーザー等の光源から射出された励起光を蛍光体に照射し、蛍光体から得られる蛍光光を利用する光源装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、レーザー光源と、セラミック蛍光体と、ヒートシンクとを備える光源装置が開示されている。セラミック蛍光体は、発光部と反射部とを備えている。反射部は、発光部を囲むように設けられ、発光部からの光を反射する。反射部は、セラミック蛍光体の外周部に設けられ、光遮光性を有する。具体的に反射部は、セラミック蛍光体のうち蛍光体を含まない部分である。このような反射部の平面視形状は、外周が矩形の辺で、内周が円弧で構成された環状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０５８６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光変調装置としての液晶パネルは矩形状であるため、発光部の外形は矩形状であることが好適である。発光部の周囲に設けられる基材が矩形状の孔部を有し、基材の孔部に、発光部として矩形状の波長変換素層を設ける場合には、波長変換素層と孔部との寸法公差により、波長変換素層の各側面と各側面に対向する孔部の側面との隙間がばらついてしまう。仮に、波長変換素層の放熱を目的として上記隙間を埋めた場合であっても、波長変換素層と基材との熱抵抗は波長変換素層と孔部との隙間の大きさに依存するため、波長変換素層の温度が不均一となり、波長変換素層の変換効率のばらつきが引き起こされるという問題があった。
【０００６】
本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、波長変換層と基材（外周部材）との熱抵抗のばらつきを抑制することで、波長変換素層の変換効率のばらつきを抑制し、波長変換効率に優れた波長変換素子を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様における波長変換素子は、平面視多角形状の波長変換層と、前記波長変換層の励起光の入射方向に重なることなく前記波長変換層の周囲に設けられる複数の基材を有する外周部材と、を備え、前記複数の基材のそれぞれの第１の側面が、前記波長変換層の前記入射方向の周りにおける第２の側面に当接するように配置され、前記第１の側面に沿う辺は、前記第２の側面に沿う辺より長くなっている。
【０００８】
なお、本発明の一態様における波長変換素子において、平面視矩形状の波長変換層と、前記波長変換層の励起光の入射方向に重なることなく前記波長変換層の周囲に設けられ、前記波長変換層と同一層をなす複数の基材を有する外周部材と、を備え、前記複数の基材のそれぞれの少なくとも一辺は、前記入射方向の周りにおける各辺よりも長く、前記複数の基材のそれぞれは、前記一辺に沿う第１の側面が、前記波長変換層の前記光軸周りにおける第２の側面に当接するように配置されていてもよい。
【０００９】
これによれば、波長変換層の周囲に設けられる外周部材の各基材において、各々の第１の側面がそれぞれ波長変換層の第２の側面に当接された状態で配置されているため、外周部材（基材）に孔部を形成して、当該孔部に波長変換素層を設ける場合と比較して、波長変換素子の寸法公差に関わらず、各基材を波長変換層に対して隙間なく配置させることができる。これにより、隙間の大きさに依存する波長変換層と基材との熱抵抗のばらつきが抑制され、同一の励起光量における波長変換層の温度の不均一が抑制されることで、波長変換層の変換効率のばらつきを抑えることができる。
【００１０】
本発明の一態様における波長変換素子において、前記複数の基材のそれぞれの前記第１の側面の端部が、対向する前記波長変換層の前記第２の側面の端部に一致している構成としてもよい。
【００１１】
これによれば、波長変換層に対する複数の基材の位置決めが可能となる。
【００１２】
本発明の一態様における波長変換素子において、前記複数の基材のそれぞれの前記第１の側面と、前記波長変換層の前記第２の側面との間に、反射層が設けられている構成としてもよい。
【００１３】
これによれば、波長変換層において生じた蛍光光を所望の方向へ効率良く射出することができる。
【００１４】
本発明の一態様における波長変換素子において、前記反射層は、前記基材の前記第１の側面に形成され、前記波長変換層と前記基材とは、前記第２の側面と前記反射層との間に設けられた透過性接合材により接合される構成としてもよい。
【００１５】
この構成において、波長変換層において生じた蛍光光は、波長変換層と基材との接合に用いられた透過性接合材を透過し、反射層において反射されることになる。そのため、基材側に反射層を設ける場合には光透過性を有した接合材を用いる。各基材の一面（第１の側面）に反射層を形成すればよいため、外周部材（基材）に孔部を形成して、当該孔部の内壁に反射層を形成する場合と比較して製造が容易である。
【００１６】
本発明の一態様における波長変換素子において、前記反射層は、前記波長変換層の前記第２の側面に形成され、前記波長変換層と前記基材とは、前記反射層と前記第１の側面との間に設けられた接合材により接合される構成としてもよい。
【００１７】
この構成において、波長変換層において生じた蛍光光は、第２の側面に設けられた反射層において反射されることになる。波長変換層の反射層と基材との接合に、不透過性の接合材を用いることができ、種々の接合材料を接合材として採用できる。また、接合材として熱伝導率の高い接合材を用いることもできるので、波長変換層で生じた熱を外周部材に効率的に伝導することができ、波長変換層の放熱性が高められる。
【００１８】
本発明の一態様における波長変換素子において、前記複数の基材は、それぞれ同一の形状を有する構成としてもよい。
【００１９】
これによれば、各基材のコストを削減できるとともに、全ての基材が同一形状であるので波長変換素子の製造が容易になる。
【００２０】
本発明の一態様における波長変換素子において、前記波長変換層の光入射端面とは反対側に基板を備えている構成としてもよい。
【００２１】
これによれば、反射型の波長変換素子において、基板側にも波長変換層の熱を伝導させることができ、同一の励起光量における波長変換層の温度の不均一が抑制されるとともに、波長変換層の変換効率のばらつきを抑制することができる。
【００２２】
本発明の一態様における波長変換素子において、前記波長変換層の励起光の入射側に設けられ、前記入射側に対して傾斜した傾斜部を有する透光性部材を備えている構成としてもよい。
【００２３】
これによれば、波長変換層で生成された蛍光光のうち所望の方向に取り出せる成分が多くなる。
【００２４】
本発明の一態様における光源装置は、励起光を射出する励起光源と、前記励起光が入射される上記波長変換素子とを備える。
【００２５】
これによれば、本発明の一つの態様の波長変換素子を備えたことにより、波長変換効率に優れた光源装置を提供することができる。
【００２６】
本発明の一態様におけるプロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備える。
【００２７】
これによれば、波長変換効率に優れた光源装置を備えたプロジェクターとなり、信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図。
【図２】第１実施形態の光源装置を示す概略構成図。
【図３】第１実施形態における波長変換素子の概略構成を示す断面図。
【図４】第１実施形態における波長変換素子の構成を示す斜視図。
【図５】第１実施形態における波長変換素子の構成を説明するための分解図。
【図６】第１実施形態における波長変換素子の構成を説明するための分解図。
【図７】第１実施形態における波長変換素子の構成を説明するための分解図。
【図８】第１実施形態における波長変換素子の変形例の構成を示す断面図である。
【図９】第２実施形態における光源装置の概略構成を示す図。
【図１０】第２実施形態における波長変換素子を、図９の照明光軸を含む平面で切断した断面図。
【図１１】波長変換素子の構成を説明するための分解斜視図。
【図１２】励起光の入射側から見た波長変換素子の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、各図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。
【００３０】
［第１実施形態］
（プロジェクター）
本実施形態のプロジェクターは、３つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。
図１は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【００３１】
図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置２Ａ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、光合成光学系５と、投射光学系６と、を備えている。光源装置２Ａは、照明光ＷＬを照射する。色分離光学系３は、光源装置２Ａからの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離する。光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂはそれぞれ、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、各色の画像光を形成する。光合成光学系５は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの各色の画像光を合成する。投射光学系６は、光合成光学系５からの合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する。
【００３２】
光源装置２Ａは、半導体レーザーから射出された青色の励起光のうち、波長変換されずに射出される青色の励起光の一部と、蛍光体による励起光の波長変換によって生じる黄色の蛍光光と、が合成された白色の照明光（白色光）ＷＬを射出する。光源装置２Ａは、略均一な照度分布を有するように調整された照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。光源装置２Ａの具体的な構成については後述する。
【００３３】
色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。
【００３４】
第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２Ａから射出された照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとが混合された光と、に分離する。そのため、第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する特性を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとが混合された光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。そのため、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する特性を有する。
【００３５】
第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、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。第２の反射ミラー８ｂおよび第３の反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、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。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。
【００３６】
第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中の第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。第１のリレーレンズ９ａおよび第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よる青色光ＬＢの光損失を補償する。
【００３７】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々は、液晶パネルから構成されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢの各々を通過させる間に、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢの各々を画像情報に応じて変調し、各色に対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々の光入射側および光射出側には、偏光板（図示略）がそれぞれ配置されている。
【００３８】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々の光入射側には、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々に入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢの各々を平行化するフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，およびフィールドレンズ１０Ｂが設けられている。
【００３９】
光合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。光合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々からの各色の画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向かって射出する。
【００４０】
投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、光合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。
【００４１】
（光源装置）
次に、光源装置２Ａについて説明する。
図２は、光源装置の概略構成を示す図である。
図３は、波長変換素子の概略構成を示す断面図である。
【００４２】
図２に示すように、光源装置２Ａは、第１照明装置１００と、第２照明装置１０２と、を備える。
第１照明装置１００は、第１光源１０と、コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー８０と、コリメート集光光学系９０と、波長変換素子５１と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備える。
【００４３】
第１光源１０は、励起光として第１の波長帯の青色のレーザー光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）Ｂを射出する半導体レーザーから構成されている。第１光源１０は、１つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。
なお、第１光源１０は、４４５ｎｍ以外の波長、例えば４６０ｎｍの青色レーザー光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。
【００４４】
第１光源１０は、第１光源１０から射出されるレーザー光の光軸２００ａｘが照明光軸１００ａｘと直交するように配置されている。
コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４と、を備える。コリメート光学系７０は、第１光源１０から射出された光を略平行化する。第１レンズ７２および第２レンズ７４は、凸レンズで構成されている。
【００４５】
ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０からコリメート集光光学系９０に至る光路中に、第１光源１０の光軸２００ａｘと照明光軸１００ａｘとの各々に対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、励起光Ｂを反射させ、赤色光および緑色光を含む黄色の蛍光光Ｙを透過させる。
【００４６】
コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０を通過した励起光Ｂを集光して波長変換素子５１に入射させる機能と、波長変換素子５１から射出された蛍光を略平行化する機能と、を有する。コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２と、第２レンズ９４と、を備えている。第１レンズ９２および第２レンズ９４は、凸レンズで構成されている。
第２照明装置１０２は、第２光源７１０と、集光光学系７６０と、散乱板７３２と、コリメート光学系７７０と、を備えている。
【００４７】
第２光源７１０は、第１照明装置１００の第１光源１０と同一の半導体レーザーから構成されている。第２光源７１０は、１つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。
集光光学系７６０は、第１レンズ７６２と、第２レンズ７６４と、を備えている。集光光学系７６０は、第２光源７１０から射出された青色の励起光Ｂを散乱板７３２上もしくは散乱板７３２の近傍に集光させる。第１レンズ７６２および第２レンズ７６４は、凸レンズで構成されている。
【００４８】
散乱板７３２は、第２光源７１０からの青色光Ｂを散乱させ、波長変換素子５１から射出された蛍光光Ｙの配光分布に近い配光分布を有する青色光Ｂを生成する。散乱板７３２として、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
【００４９】
コリメート光学系７７０は、第１レンズ７７２と、第２レンズ７７４と、を備える。コリメート光学系７７０は、散乱板７３２から射出された光を略平行化する。第１レンズ７７２および第２レンズ７７４は、凸レンズで構成されている。
【００５０】
第２照明装置１０２から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー８０により反射され、波長変換素子５１から射出されダイクロイックミラー８０を透過した蛍光光Ｙと合成されて白色光ＷＬとなる。白色光ＷＬは、第１レンズアレイ１２０に入射する。
【００５１】
第１レンズアレイ１２０は、白色光ＷＬを複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ１２２を有する。複数の第１レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
【００５２】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１レンズ１２２に対応する複数の第２レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２２の像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２レンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
【００５３】
偏光変換素子１４０は、第２レンズアレイ１３０から射出された光を直線偏光に変換する。偏光変換素子１４０は、例えば、偏光分離膜と位相差板と（ともに図示略）を備えている。
【００５４】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光して、図１に示した光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。
【００５５】
以上により、光源装置２Ａは、略均一な照度分布を有するように調整された照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。
【００５６】
波長変換素子５１は、図３に示すように、波長変換層４２と、複数の基材４０からなる外周部材４８と、ベース基板（基板）４３と、反射層４４と、透過性接合材４５と、を備える。波長変換素子５１は、青色光からなる励起光Ｂが入射する側と同じ側に向けて蛍光光Ｙを射出する。すなわち、波長変換素子５１は、反射型の波長変換素子である。
【００５７】
波長変換層４２は、例えば、平面形状が矩形状をなし、無機蛍光体材料を含んで構成されている。波長変換層４２は、ベース基板４３の一面４３ａの略中央に配置される。波長変換層４２は、外周部材４８の下面４８ｅと略同一面上に位置する下面４２ｅと、外周部材４８の上面４８ａと略同一面上に位置する光入射出面４２ａと、を有する。波長変換層４２は、励起光Ｂを任意の蛍光光に変換する蛍光体粒子（不図示）を含む。波長変換層４２は、光入射出面４２ａから入射した青色の励起光Ｂを黄色の蛍光光Ｙに変換して、光入射出面４２ａから射出する。波長変換層４２の厚さは、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に設定されている。なお、波長変換層４２の平面形状は、多角形状であってもよい。
【００５８】
蛍光体粒子として、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、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよいし、２種以上の材料を用いて形成された粒子が混合されたものが用いられてもよい。波長変換層４２には、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような波長変換層４２として、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などが好適に用いられる。
【００５９】
複数の基材４０の各々は、例えば、平面形状が矩形状の板体であり、ベース基板４３の一面４３ａに配置された波長変換層４２の周囲を取り囲むように配置されている。複数の基材４０は、ベース基板４３の一面４３ａに配置されることにより、複数の基材４０の光入射出面４２ａ側の面としての上面４０ｄが、外周部材４８の上面４８ａを構成する。基材４０は、波長変換層４２と略等しい厚さを有し、例えば、厚さが０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に設定されている。基材４０の材料としては、熱伝導性が高く放熱性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、銅等の金属、窒化アルミ、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクスが挙げられる。あるいは、ガラス、石英等の材料で構成されていてもよい。
【００６０】
ベース基板４３は、波長変換層４２の光入射出面４２ａとは反対側に設けられている。波長変換層４２の下面４２ｅが、ベース基板４３の一面４３ａに当接するように設けられている。ベース基板４３は、放熱性に優れた材料からなり、例えばアルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属製の基板から構成される。ベース基板４３の一面４３ａ上には、波長変換層４２と複数の基材４０とが同一層をなすように配置されている。ベース基板４３の一面４３ａに外周部材４８の下面４８ｅが当接するように設けられている。
【００６１】
反射層４４は、波長変換層４２の第２の側面４２ｂと基材４０の第１の側面４０ｂとの間に配置される。反射層４４は、蛍光光Ｙを高い反射率で反射するように設計されている。反射層４４の具体例としては、例えば、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属反射膜が挙げられる。これにより、反射層４４は、基材４０側に向かう蛍光光Ｙの多くを図３の上方（ベース基板４３とは反対側）に向けて反射する。
【００６２】
透過性接合材４５は、反射層４４の第２の側面４２ｂに対向する面と、波長変換層４２の第２の側面４２ｂとの間に配置され、波長変換層４２に対して４つの基材４０を接合している。透過性接合材４５としては、波長変換層４２及び反射層４４の材質等によって適宜選択する。波長変換層４２からの蛍光光は、透過性接合材４５を透過して反射層４４において反射されることになる。
【００６３】
次に、波長変換素子の構成について詳しく述べる。
図４は、第１実施形態における波長変換素子の構成を示す斜視図である。
図５は、第１実施形態における波長変換素子の構成を説明するための分解図である。
図６は、第１実施形態における波長変換素子の構成を説明するための分解図である。
図７は、第１実施形態における波長変換素子の構成を説明するための分解図である。
【００６４】
図４に示すように、基材４０の数は、波長変換層４２の第２の側面４２ｂの数に一致する。本実施形態においては、波長変換層４２が平面視矩形状であることから、波長変換層４２の周囲に４つの基材４０が配置されている。４つの基材４０は、波長変換層４２の光入射出面４２ａに入射する励起光Ｂの入射方向に重なることなく同一平面上に設けられている。
【００６５】
上述したように、平面視矩形状をなす基材４０は、波長変換層４２の平面形状よりも大きさを有しており、基材４０の少なくとも一辺（第１の側面４０ｂを構成する長辺４０ｃ）が波長変換層４２の光入射出面４２ａに入射する励起光Ｂの入射方向の周りにおける各辺４２ｃ（図５）よりも長い。すなわち、基材４０において、波長変換層４２の光入射出面４２ａに入射する励起光Ｂの入射方向に対する外周方向の一辺（長辺４０ｃ）が、波長変換層４２の各辺４２ｃよりも長い。基材４０において、長辺４０ｃは、上面４０ｄの端部を形成する辺である。本実施形態では、基材４０の４辺全てが波長変換層４２の各辺４２ｃよりも長さを有している。
【００６６】
図４に示すように、波長変換層４２には、周囲に配置された４つの基材４０の各第１の側面４０ｂが、当該波長変換層４２の第２の側面４２ｂのそれぞれに当接した状態で配置されている。具体的には、４つの基材４０は、各々の第１の側面４０ｂに設けられた反射層４４（図３）を介して、波長変換層４２の各第２の側面４２ｂに当接しており、透過性接合材４５によって第２の側面４２ｂに接合されている。ここで、波長変換層４２（第２の側面４２ｂ）と４つの基材４０（第１の側面４０ｂ）とは、透過性接合材４５を介して互いの間に隙間がない状態で接合されていることが好ましい。本実施形態では、伝熱性も兼ね備えた（波長変換層４２の放熱の妨げにならない）透過性接合材４５により、各基材４０の反射層４４と波長変換層４２とが熱的に接触している。
【００６７】
また、基材４０同士は、図５に示すように、隣り合う一方の基材４０の長辺４０ｃに沿う第１の側面４０ｂが、隣り合う他方の基材４０の短辺に沿う対向面４０ａに当接した状態で互いに接合され、波長変換層４２の外周を取り囲む外周部材４８を構成している。
【００６８】
図６に示すように、波長変換層４２は、４つの基材４０どうしを互いに突き合わせることによって構成される平面視矩形状の位置決め孔４７の内側に位置することになる。位置決め孔４７の形状は、ベース基板４３の法線方向から見たとき、波長変換層４２の形状を反映した矩形である。
【００６９】
互いに隣り合う一方の基材４０の側面４０Ａａと、互いに隣り合う他方の基材４０の側面４０Ａｂとは周方向で略一致しており、同一面をなす。外周部材４８の外周面４８Ａは、周方向で交互に存在する各基材４０の側面４０Ａａ及び側面４０Ａｂからなる。
【００７０】
なお、互いに隣り合う一方の基材４０の側面４０Ａａは、対向面４０ａと同一形状であり、互いに隣り合う他方の基材４０の側面４０Ａｂは、第１の側面４０ｂと同一形状である。側面４０Ａａと対向面４０ａとは隣り合う一方の基材４０において互いに対向しており、側面４０Ａｂと第１の側面４０ｂとは隣り合う他方の基材４０において互いに対向している。
【００７１】
図６に示すように、本実施形態の外周部材４８はベース基板４３と略等しい外形をなすため、外周面４８Ａがベース基板４３の外周面４３Ａとも同一面をなすことになる。外周部材４８及びベース基板４３の平面視の大きさ及び形状は本実施形態の構成に限られず、適宜変更が可能である。
【００７２】
図７に示すように、本実施形態では、４つの基材４０の第１の側面４０ｂの各端部ｑが、波長変換層４２の第２の側面４２ｂの各端部ｓと略一致している。製造時に、基材４０側の端部ｑと波長変換層４２側の端部ｓとの位置合わせを行うことによって、波長変換層４２に対する各基材４０の位置決めが可能となる。
【００７３】
基材４０の端部ｑは、第１の側面４０ｂと対向面４０ａとにより形成される角部に形成されている。
【００７４】
外周部材４８の波長変換層４２に対する組み立ては、以下のように例示できる。
４つの基材４０のうち、任意の１つの基材４０を選択し、当該基材４０の第１の側面４０ｂを波長変換層４２の第２の側面４２ｂに当接させる。当接させたことにより形成された角部、すなわち、波長変換層４２の端部ｓに、当該基材４０に隣接する基材４０の端部ｑを当接させるとともに、当該隣接する基材４０の第１の側面４０ｂを当該第１の側面４０ｂに対向する波長変換層４２の第２の側面４２ｂに当接させる。当該隣接する基材４０を当接させたことにより形成される角部、すなわち、波長変換層４２の端部ｓに、当該隣接する基材４０にさらに隣接する基材４０の端部ｑを当接させる。これらの手順を順次繰り返すことにより外周部材４８の波長変換層４２に対する組み立てを行う。
【００７５】
従来の波長変換素子においては、一枚板からなる外周部材の中央に形成された孔部内に波長変換層が配置された構成のため、波長変換層と孔部との寸法公差により、波長変換層の各側面において孔部との間の隙間にばらつきが生じてしまっていた。波長変換層と基材との熱抵抗のばらつきにより、波長変換素子の変換効率にばらつきが生じるという問題があった。
【００７６】
これに対し、本実施形態では、外周部材４８が複数に分割されており、４つの基材４０によって構成されている。上述したように、本実施形態の構成では、波長変換層４２の周囲に４つの基材４０が配置されており、各基材４０の第１の側面４０ｂが波長変換層４２の各第２の側面４２ｂに当接した構成のため、波長変換層４２と基材４０との間に余計な隙間が生じていない。外周部材４８を分割構成とすることで、波長変換層４２の寸法公差に関わらず、各基材４０を波長変換層４２に隙間なく接合させることができる。そのため、従来の構成より、波長変換層４２（各第２の側面４２ｂ）と外周部材４８（各基材４０の第１の側面４０ｂ）との間の隙間の寸法誤差を少なくすることができる。
【００７７】
これにより、隙間の大きさに依存する波長変換層４２と基材４０との熱抵抗のばらつきが抑制され、同一の励起光量での波長変換層４２の温度が安定する。つまり、波長変換層４２の周囲を複数の基材４０によって隙間なく囲む構成とすることで、波長変換層４２において生じた熱を、反射層４４または透過性接合材４５を介して外周部材４８（各基材４０）に効率よく伝導させることができる。その結果、波長変換層４２の放熱が均等に行われ、波長変換素子５１の変換効率のばらつきを低減することができ、信頼性の高いプロジェクターを提供することができる。
【００７８】
また、本実施形態においては、基材４０の少なくとも１辺（長辺４０ｃ）が波長変換層４２の各辺４２ｃよりも長さを有しており、基材４０は波長変換層４２よりも平面形状が大きい。そのため、基材４０とベース基板４３との接触面積を増やすことができ、その間の熱抵抗を低減することができる。
【００７９】
さらに、本実施形態において、波長変換層４２と各基材４０との間だけでなく、波長変換素子５１とベース基板４３との間、複数の基材４０同士の間のそれぞれにも隙間がない状態で組み立てられていることが好ましい。これにより、波長変換層４２と各基材４０との間から漏れ出す光をなくすことができるため、波長変換素子５１から効率よく光を取り出すことができる。
【００８０】
また、反射層４４を設けない構成とすることも可能であるが、本実施形態のように、波長変換層４２と各基材４０との間に反射層４４を設けることで、反射層４４を設けない場合と比べて、波長変換層４２で発光した蛍光光を光入射出面４２ａから効率よく取り出すことができる。
【００８１】
また、本実施形態では、基材４０の第１の側面４０ｂに反射層４４が設けられた構成となっている。基材４０の一面（第１の側面４０ｂ）のみに反射層４４を成膜すればよいため、波長変換層４２の周回りの４面（４つの第２の側面４２ｂ）に反射層４４を成膜するよりも、製造が容易である。また、外周部材（基材）に孔部を形成して、当該孔部の内壁に反射層を形成する場合と比較して製造が容易である。
【００８２】
一方、図８に示すように、波長変換層４２の４つの第２の側面４２ｂに反射層４４を設ける場合には、不透過性接合材４６を介して、各基材４０と、反射層４４を有した波長変換層４２とを接合する。このような構成の場合、波長変換層４２からの蛍光光は、反射層４４に直接入射して反射されることになる。不透過性接合材４６として、種々の接合材料を接合材として採用できる。また、接合材として熱伝導率の高い接合材を用いることもできるので、波長変換層４２で生じた熱を外周部材４８に効率的に伝導することができ、波長変換層４２の放熱性が高められる。
その結果、波長変換層４２の温度が低下し、波長変換層４２の波長変換効率を高めることができる。
【００８３】
また、波長変換層４２及び外周部材４８とベース基板４３との間にも反射層を設けてもよい。この際、反射層を波長変換素子５１側に設けてもよいし、ベース基板４３側に設けてもよい。この構成とすることで、波長変換素子５１における光取り出し効率がより高められる。
【００８４】
また、本実施形態では、外周部材４８を構成する複数の基材４０は同一形状のため、部品コストを削減できる。製造の容易性を鑑みると各基材４０の形状は、同一形状であることが好ましいが、必ずしもこれに限らない。基材４０の少なくとも一辺（波長変換層４２に対向する辺）が波長変換層４２の各辺よりも長さを有していれば、他の形状であっても構わない。
【００８５】
なお、本実施形態においては、平面視矩形状をなす基材４０を用いたが、基材４０の平面視形状はこれに限らない。例えば、図７に示すように、基材４０の端部ｑ側において、第１の側面４０ｂと端部ｑを介して隣り合う対向面４０ａとのなす角度θが９０°以下の多角形状であればよい。また、外周部材４８を構成する複数の基材４０同士の形状が等しい構成に限られず、互いの一部が異なる形状であってもよい。
【００８６】
なお、外周部材４８の各基材４０がアルミニウム等の材料で構成されている場合には、各基材４０の表面が光反射性を有するため、反射層４４は、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００８７】
［実施例１］
反射層４４が波長変換層４２側に設けられている場合には、波長変換層４２の第２の側面４２ｂに設けられた反射層４４と基材４０との間、隣り合う基材４０同士の間、波長変換層４２の下面４２ｅ及び外周部材４８の下面４８ｅに設けられた反射層４４とベース基板４３との間を、熱伝導性の高いフィラーを混入したシリコーン系接着剤で固着する。
【００８８】
［実施例２］
反射層４４が、各基材４０の第１の側面４０ｂやベース基板４３の一面４３ａに設けられている場合には、基材４０の第１の側面４０ｂに設けられた反射層４４と波長変換層４２との間、隣り合う基材４０同士の間、ベース基板４３の一面４３ａと波長変換層４２の下面４２ｅ及び外周部材４８の下面４８ｅとの間を、透明なシリコーン系接着剤で固着する。
【００８９】
波長変換素子５１を構成する部材どうしの間の隙間をほぼなくす構成することで、波長変換素子５１で発生する熱を、外周部材４８やベース基板４３に少ない温度差で伝導することができる。これにより、波長変換素子５１の温度上昇を抑制し、波長変換効率を高めることができる。
【００９０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態のプロジェクターについて説明する。
以下に示す本実施形態のプロジェクター５０（図１）の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、光源装置２Ｂの波長変換素子５２が透過型である点において異なる。よって、以下の説明では、光源装置２Ｂについて詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図８と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【００９１】
（光源装置）
次に、第２実施形態における光源装置２Ｂについて説明する。
図９は、第２実施形態における光源装置２Ｂの概略構成を示す図である。
図９に示すように、第２実施形態におけるプロジェクター５０（図１）の光源装置２Ｂは、励起光源１１０と、アフォーカル光学系１１と、ホモジナイザー光学系１２と、第１の集光光学系２０と、波長変換素子５２と、第２の集光光学系６０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０とを備える。
【００９２】
励起光源１１０は、レーザー光からなる青色の励起光Ｂを射出する複数の半導体レーザー１１０Ａから構成されている。励起光Ｂの発光強度のピークは、例えば４４５ｎｍである。複数の半導体レーザー１１０Ａは、照明光軸１００ａｘと直交する一つの平面内においてアレイ状に配置されている。なお、励起光源１１０としては、４４５ｎｍ以外の波長、例えば４５５ｎｍや４６０ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。
【００９３】
アフォーカル光学系１１は、例えば凸レンズ１１ａと、凹レンズ１１ｂと、を備えている。アフォーカル光学系１１は、励起光源１１０から射出された複数のレーザー光からなる光束の径を縮小する。なお、アフォーカル光学系１１と励起光源１１０との間にコリメーター光学系を配置し、アフォーカル光学系１１に入射する励起光を平行光束に変換するようにしてもよい。
【００９４】
ホモジナイザー光学系１２は、例えば第１マルチレンズアレイ１２ａと、第２マルチレンズアレイ１２ｂと、を備えている。ホモジナイザー光学系１２は、励起光の光強度分布を後述する波長変換層上で均一な状態、いわゆるトップハット分布にする。ホモジナイザー光学系１２は、第１マルチレンズアレイ１２ａの複数のレンズから射出された複数の小光束を、第１の集光光学系２０とともに、波長変換層上で互いに重畳させる。これにより、波長変換層上に照射される励起光Ｂの光強度分布を均一な状態とする。
【００９５】
第１の集光光学系２０は、例えば第１レンズ２０ａと、第２レンズ２０ｂと、を備えている。第１の集光光学系２０は、ホモジナイザー光学系１２から波長変換素子５２までの光路中に配置され、励起光Ｂを集光させて波長変換素子５２の波長変換層に入射させる。
本実施形態において、第１レンズ２０ａおよび第２レンズ２０ｂは、それぞれ凸レンズから構成されている。
【００９６】
第２の集光光学系６０は、例えば第１コリメートレンズ６２と、第２コリメートレンズ６４と、を備えている。第２の集光光学系６０は、波長変換素子５２から射出された光を略平行化する。第１コリメートレンズ６２および第２コリメートレンズ６４は、それぞれ凸レンズから構成されている。
【００９７】
第１レンズアレイ１２０は、第２の集光光学系６０から射出された光を複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ１２２を有する。複数の第１レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
【００９８】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１レンズ１２２に対応する複数の第２レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２２の像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２レンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
【００９９】
偏光変換素子１４０は、第２レンズアレイ１３０から射出された光を直線偏光に変換する。偏光変換素子１４０は、例えば、偏光分離膜と位相差板と（ともに図示略）を備えている。
【０１００】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光して、図１に示した光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。
【０１０１】
（波長変換素子）
次に、第２実施形態の波長変換素子について説明する。
図１０は、第２実施形態における波長変換素子５２を、図９の照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図である。図１１は、波長変換素子５２の構成を説明するための分解斜視図である。図１２は、励起光Ｂの入射側から見た波長変換素子５２の平面図である。
【０１０２】
図１０に示すように、波長変換素子５２は、複数の基材４０からなる外周部材４８と、波長変換層４２と、透光性部材３３と、ダイクロイック膜３４と、反射層４４と、反射層３６と、を備えている。
【０１０３】
外周部材４８は、図１０及び図１１に示すように、先の実施形態と同様に４つの基材４０で構成され、これら各基材４０の第１の側面４０ｂが波長変換層４２の各第２の側面４２ｂに当接した状態で当該波長変換層４２に接合されている。波長変換層４２は、４つの基材４０によって構成される位置決め孔４７（図１２）の内側に位置している。
【０１０４】
図１０に示すように、透光性部材３３は、波長変換層４２の光入射端面３２ａ側、すなわち外周部材４８の下面４８ｅ側に設けられている。透光性部材３３は、ガラス、石英、サファイア等の透光性を有する材料からなる平凸レンズで構成されている。透光性部材３３は、平坦面３３ｆと、凸面（傾斜部）３３ｄと、を有している。透光性部材３３の平坦面３３ｆは、波長変換層４２の光入射端面３２ａと対向している。透光性部材３３と波長変換層４２との間には透光性のある熱伝導部材３７が設けられ、透光性部材３３と波長変換層４２とは互いに熱的に接触している。
【０１０５】
透光性部材３３は半球状の形状を有し、透光性部材３３の凸面（傾斜部）３３ｄは半球面状の形状を有している。凸面３３ｄは、曲面を有している。透光性部材３３をその平坦面３３ｆの法線方向からから見たとき、透光性部材３３の形状は円形であり、透光性部材３３の中央部は波長変換層４２と重なっている。透光性部材３３は、励起光Ｂが後述するダイクロイック膜３４と光入射端面３２ａとをこの順に透過して波長変換層４２に入射するように配置されている。
【０１０６】
透光性部材３３の屈折率は、波長変換層４２の屈折率と略等しいことが望ましい。透光性部材３３の屈折率が波長変換層４２の屈折率と略等しい場合、励起光もしくは蛍光光が透光性部材３３と波長変換層４２との界面を通過する際の反射による損失を最小限に抑えることができる。その結果、より多くの蛍光光を所望の方向に取り出すことができる。
【０１０７】
ダイクロイック膜３４は、透光性部材３３の凸面３３ｄに設けられている。凸面３３ｄは、光入射端面３２ａに対して傾斜した傾斜部を含み、ダイクロイック膜３４を支持する支持面である。ダイクロイック膜３４は、透光性部材３３の支持面である凸面３３ｄに沿うように設けられ、半球面状の形状を有している。
【０１０８】
ダイクロイック膜３４は、励起光源１１０から射出された青色の励起光Ｂを透過し、波長変換層４２で生成された黄色の蛍光光Ｙを反射する特性を有する。波長変換層４２で生成された蛍光光Ｙ１は、各基材４０と波長変換層４２との間に設けられた反射層４４によって反射される。
【０１０９】
反射層３６は、外周部材４８と透光性部材３３との間に設けられている。反射層３６は、蛍光光Ｙのうち、ダイクロイック膜３４で反射されて光入射端面３２ａの外側の領域に向かって進む成分を、ダイクロイック膜３４に向けて反射させる。反射層３６には、反射層４４と同様、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属材料が用いられることが望ましい。
【０１１０】
なお、外周部材４８の各基材４０がアルミニウム等の材料で構成されている場合には、各基材４０の表面が光反射性を有するため、反射層４４および反射層３６は、必ずしも設けられていなくてもよい。
【０１１１】
以上述べたように、外周部材４８が複数の基材４０に分割され、これら各基材４０が波長変換層４２に接合された構成は、本実施形態のような透過型の波長変換素子５２にも適用することができる。波長変換層４２に対して、４つの基材４０が各第２の側面４２ｂにそれぞれ当接した状態で配置されているため、波長変換層４２と外周部材４８（各基材４０）の間に殆ど隙間がない状態とすることができる。これによって、波長変換層４２と基材４０との熱抵抗のばらつきが抑制され、同一の励起光量での波長変換層４２の温度が安定する。これにより、波長変換素子５２の変換効率のばらつきを低減することができる。
【０１１２】
また、透光性部材３３と波長変換層４２とが熱伝導部材３７を介して熱的に接触しているため、波長変換層４２で発生した熱を基材４０だけでなく、透光性部材３３にも伝達させて放熱することができる。
【０１１３】
上述したように、波長変換素子５２は、ダイクロイック膜３４を備えた半球型の透光性部材３３を備えているため、波長変換層４２で生成された蛍光光を光入射端面３２ａから上方（透光性部材３３とは反対側）へ向けて効率よく取り出すことができる。
【０１１４】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１１５】
１，５０…プロジェクター、２Ａ，２Ｂ…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、３２ａ…光入射端面、３３…透光性部材、３３ｄ…凸面（傾斜部）、３６，４４…反射層、４０…基材、４０…基材（基材）、４０ｂ…第１の側面、４２…波長変換層、４２ａ…光入射出端面、４２ｂ…第２の側面、４２ｃ…辺、４３…ベース基板、４５…透過性接合材、４６…不透過性接合材、４８…外周部材、５１，５２…波長変換素子、１１０…励起光源、Ｂ…励起光、ｑ…基材の第１の側面の端部、ｓ…波長変換素子の第２の側面の端部
【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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