(57)【要約】      （修正有）【課題】蛍光のにじみを低減しつつ、高効率に蛍光を生成できる波長変換装置、光源装置、プロジェクターを提供する。【解決手段】蛍光体ホイール２５は、第１蛍光体層４１と、第１蛍光体層における光入射側と反対側に積層される第２蛍光体層４２と、を備え、第１蛍光体層及び第２蛍光体層の積層方向における第１蛍光体層の厚みは第２蛍光体層の厚みよりも小さく、第１蛍光体層に含まれる気孔Ｋの体積量は、第２蛍光体層に含まれる気孔の体積量よりも少ない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１蛍光体層と、
前記第１蛍光体層における光入射側と反対側に積層される第２蛍光体層と、を備え、
前記第１蛍光体層及び前記第２蛍光体層の積層方向における前記第１蛍光体層の厚みは前記第２蛍光体層の厚みよりも小さく、
前記第１蛍光体層に含まれる気孔の体積量は、前記第２蛍光体層に含まれる気孔の体積量よりも少ない波長変換装置。
【請求項２】
前記第１蛍光体層の厚みは、０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下であり、
前記第２蛍光体層の厚みは、０．０５ｍｍ以上０．１６ｍｍ以下である
請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記第１蛍光体層に含まれる気孔の体積量に対する前記第２蛍光体層に含まれる気孔の体積量の比は４倍以上２５倍以下である
請求項１又は２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記第１蛍光体層及び前記第２蛍光体層を接合する接着層をさらに備え、
前記接着層の厚みは１０μｍ以下である
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記接着層の屈折率が１．５以上である
請求項４に記載の波長変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波長変換装置と、
光源と、を備える
光源装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光源装置と、
前記光源装置からの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、波長変換装置、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】
近年、レーザー光源を用いたプロジェクターが提案されている。このようなレーザー光源を用いた光源装置として、励起光としてレーザー光を蛍光体層に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知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
蛍光体層の励起に用いられるレーザー光は高出力の光である。そのため、蛍光を生成する際、レーザー光の入射により発生する熱によって蛍光体層の温度が上昇してしまう。蛍光体層において、蛍光の変換効率は温度に依存する。例えば、蛍光の変換効率は、蛍光体の温度上昇に依存し、蛍光体層の温度が高くなると蛍光の変換効率が低下し、蛍光発光量が低下する、温度消光と呼ばれる現象が生じる。そこで、下記特許文献１に記載の光源装置では、蛍光体層の熱伝導率を高くすることで蛍光体層の放熱性を改善し、温度消光による蛍光の変換効率の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８６８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、蛍光体層の内部において光の散乱性が弱いと、蛍光体層で生成された蛍光が光射出面と空気との界面で全反射されることで蛍光体層の外側に取り出せずに内部に戻されてしまう。蛍光体層の内部に戻った蛍光は全反射を繰り返すことで蛍光体層内を遠くまで伝播するようになる。すると、発光領域（蛍光の射出領域）が励起光の入射領域よりも拡がる、にじみが生じる。
【０００６】
上記光源装置の蛍光体層では、散乱体として酸化物散乱体を用いている。このような酸化物散乱体を用いた酸化物蛍光体層において散乱性を強くするには、散乱体の含有量を増やして厚みを大きくする必要がある。酸化物蛍光体層を厚くすると、同じ全反射回数でも蛍光が大きく拡がることで、にじみが大きくなってしまう。
一方、酸化物蛍光体層は、熱伝導率が低いため、放熱性を改善するには厚みを薄くする必要がある。
【０００７】
このように、酸化物蛍光体層を用いた上記特許文献１に記載の光源装置においては、蛍光体層の放熱性を改善することによる蛍光の変換効率の低下と、にじみの低減とを両立させることは難しかった。そのため、にじみによって蛍光の発光領域が大きくなって、蛍光における発光面積と発散角との積で規定されるエテンデューが大きくなるおそれがあった。エテンデューが大きくなると、蛍光体層の後段に配置される光学系が蛍光体層から射出される蛍光の一部を呑み込むことができなくなり、蛍光の利用効率が低下するおそれがあった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、蛍光のにじみを低減しつつ、高効率に蛍光を生成できる波長変換装置を提供することを目的の一つとする。また、前記波長変換装置を備える光源装置を提供することを目的の一つとする。また、前記光源装置を備える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】
【０００９】
本発明の第１態様によれば、第１蛍光体層と、前記第１蛍光体層における光入射側と反対側に積層される第２蛍光体層と、を備え、前記第１蛍光体層及び前記第２蛍光体層の積層方向における前記第１蛍光体層の厚みは前記第２蛍光体層の厚みよりも小さく、前記第１蛍光体層に含まれる気孔の体積量は、前記第２蛍光体層に含まれる気孔の体積量よりも少ない波長変換装置が提供される。
【００１０】
第１態様に係る波長変換装置によれば、気孔の体積量を少なくすることで第１蛍光体層における光散乱性が弱くなるため、第１蛍光体層に入射した励起光の後方散乱が抑制され、蛍光変換効率を高めることができる。第１蛍光体層の厚みは薄いため、第１蛍光体層に入射した励起光は第１蛍光体層を透過して第２蛍光体層に効率良く入射する。一方、第２蛍光体層は、気孔の体積量が多いため、光散乱性が強くなる。そのため、第２蛍光体層はにじみを低減できる。したがって、本実施形態の波長変換装置によれば、蛍光のにじみを低減しつつ、高効率に蛍光を生成することができる。
【００１１】
上記第１態様において、前記第１蛍光体層の厚みは、０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下であり、前記第２蛍光体層の厚みは、０．０５ｍｍ以上０．１６ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、第１蛍光体層および第２蛍光体層の厚みが後述する検証結果に示す最適な範囲にそれぞれ設定されるため、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成できるという効果を顕著に得ることができる。
【００１３】
上記第１態様において、前記第１蛍光体層に含まれる気孔の体積量に対する前記第２蛍光体層に含まれる気孔の体積量の比は４倍以上２５倍以下であるのが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、第１蛍光体層および第２蛍光体層における気孔の体積量が後述する検証結果に示す最適な範囲にそれぞれ設定されるため、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成できるという効果を顕著に得ることができる。
【００１５】
上記第１態様において、前記第１蛍光体層及び前記第２蛍光体層を接合する接着層をさらに備え、前記接着層の厚みは１０μｍ以下であるのが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、接着層を用いる場合であっても、にじみ量を低減しつつ、高効率に蛍光を得ることができる。
【００１７】
上記接着層の屈折率が１．５以上であるのがより望ましい。
このようにすれば、接着層としてシリコーン系の接着剤を用いることができる。
【００１８】
本発明の第２態様によれば、上記第１態様の波長変換装置と、光源とを備える光源装置が提供される。
【００１９】
第２態様に係る光源装置によれば、蛍光のにじみを低減することでエテンデューの拡大を抑えることができる。よって、波長変換素子の後段に配置される光学系が蛍光を効率良く取り込んで利用できる。したがって、高効率に光を射出することができる。
【００２０】
本発明の第３態様によれば、上記第２態様の光源装置と、前記光源装置からの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が提供される。
【００２１】
第３態様に係るプロジェクターによれば、光の利用効率が高いプロジェクターを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】プロジェクターの概略構成を示す図。
【図２】照明装置の概略構成を示す図。
【図３】本実施形態の蛍光体層の構成を示す断面図。
【図４】にじみを説明するための図である。
【図５Ａ】弱散乱蛍光体層におけるにじみ量と散乱との相関性を示す図。
【図５Ｂ】強散乱蛍光体層におけるにじみ量と散乱との相関性を示す図。
【図６】厚さ０．２ｍｍのＹＡＧ:Ｃｅ蛍光板の散乱性を異ならせたものについて、にじみ量および蛍光変換効率をそれぞれ測定した結果を示す図。
【図７】積層蛍光板の気孔量を一定に保ちつつ、蛍光変換量及びにじみ量の測定結果を示す図。
【図８】０．２ｍｍ厚のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光板に平行光を入射した際に生じる散乱光の角度特性の測定結果を示す図。
【図９】気孔０．６％〜０．９％混入した際の散乱特性のシミュレーション結果を示す図。
【図１０】０．２ｍｍ厚の蛍光板における気孔量と散乱の関係を示すシミュレーション結果を示す図。
【図１１】積層蛍光板の気孔量を一定に保ちつつ、第１、第２蛍光板の厚みを変化させた際の改善量を示す図。
【図１２】積層蛍光板の層厚を一定に保ちつつ、第１、第２蛍光板の厚みを変化させた際の蛍光変換量及びにじみ量の測定結果を示す図。
【図１３】積層蛍光板の層厚を一定に保ちつつ、第１、第２蛍光板の厚みを変化させた際の改善量を示す図。
【図１４】第１、第２蛍光板の気孔量を変化させた際の改善量を示す図。
【図１５】第１、第２蛍光板の厚みを独立して変化させた際の改善量を示す図。
【図１６】本実施形態の蛍光体層の効果を示す概念図。
【図１７】変形例に係る蛍光体層の断面構成を示す図。
【図１８】接着層の厚みと屈折率が改善量に及ぼす影響を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
まず、プロジェクターの一実施形態の構成について説明する。
図１は、本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、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上に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、投射光学系６とを備えている。
【００２５】
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とを備えている。
【００２６】
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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
第１のリレーレンズ９ａは、青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂの光入射側に配置されている。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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１においては図示を省略）が配置されている。
【００３１】
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。
【００３２】
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射光学系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。
【００３３】
投射光学系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、拡大された映像が表示される。
【００３４】
（照明装置）
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、本実施形態の照明装置２は、第１光源装置１１と、第２光源装置１２と、均一照明光学系１３と含む。
【００３５】
第１光源装置１１は、第１光源２０、コリメート光学系２１、ダイクロイックミラー２２、集光光学系２３及び蛍光体ホイール２５を備える。
【００３６】
第１光源２０は、励起光としてレーザー光からなる青色光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）Ｅを射出する半導体レーザー（発光素子）からなる。第１光源２０は、１つの半導体レーザーからなるものであってもよいし、多数の半導体レーザーからなるものであってもよい。なお、第１光源２０は、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、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。
【００３７】
本実施形態において、第１光源２０は、その光軸ａｘ１が照明光軸ａｘ２と直交するように配置されている。
コリメート光学系２１は、例えば一枚以上の凸レンズから構成され、第１光源２０からの光を略平行化する。
【００３８】
ダイクロイックミラー２２は、コリメート光学系２１から集光光学系２３までの光路中に、第１光源２０の光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２のそれぞれに対して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２２は、青色光Ｅを反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光Ｙを通過させる光学特性を有する。
【００３９】
集光光学系２３は、例えば一枚以上の凸レンズから構成され、ダイクロイックミラー２２からの青色光Ｅを略集光した状態で蛍光体ホイール２５に入射させる機能と、蛍光体ホイール２５から射出される蛍光Ｙをピックアップする機能とを有する。
【００４０】
本実施形態の蛍光体ホイール２５は、青色光Ｅの入射方向と反対方向に向けて蛍光Ｙを射出する反射型の回転蛍光板である。蛍光体ホイール２５は、モーター２４と、モーター２４により回転軸Ｏの周りに回転駆動される円板状の基板２６と、基板２６の一方の面において周方向（回転方向）に沿って形成されたリング状の蛍光体層２７と、を有する。
【００４１】
本実施形態において、蛍光体層２７と基板２６との間には、反射板２８が設けられている。反射板２８は、蛍光体層２７で生成された蛍光Ｙを上方に向けて反射させるためのものである。なお、蛍光体層２７と反射板２８との間には、接着層（図３参照）が設けられている。
【００４２】
基板２６は、モーター２４により、プロジェクター１の使用時において所定の回転数で回転する。これにより、蛍光体層２７の特定の領域に対して励起光（青色光Ｅ）が連続的に入射することが抑制されるので、蛍光体層２７の長寿命化が図られる。基板２６は、放熱性に優れた金属材料から構成される。
【００４３】
第２光源装置１２は、第２光源３０、集光光学系３１、散乱板３２及びコリメート光学系３３を備える。
【００４４】
第２光源３０は、上記第１光源装置１１の第１光源２０と同様に、少なくとも一つの半導体レーザーから構成される。第２光源３０の光軸は照明光軸ａｘ２と一致している。
集光光学系３１は、例えば一枚以上の凸レンズから構成され、第２光源３０からの青色光Ｂを散乱板３２付近に集光する。
【００４５】
散乱板３２は、第２光源３０からの青色光Ｂを散乱し、蛍光体ホイール２５から射出される蛍光Ｙの配光分布に似た配光分布を有する青色光Ｂとする。散乱板３２としては、例えば、磨りガラスを用いることができる。
【００４６】
コリメート光学系３３は、例えば一枚以上の凸レンズから構成され、散乱板３２からの光を略平行化する。
【００４７】
本実施形態において、第２光源装置１２からの青色光Ｂはダイクロイックミラー２２で反射され、蛍光体ホイール２５から射出されダイクロイックミラー２２を透過した蛍光Ｙと合成されて白色の照明光ＷＬを生成する。当該照明光ＷＬは均一照明光学系１３に入射する。
【００４８】
均一照明光学系１３は、インテグレータ光学系３４と、偏光変換素子３５と、重畳レンズ３６とを含む。
【００４９】
インテグレータ光学系３４は、照明光ＷＬを複数の小光束に分割する。インテグレータ光学系３４は、例えば、第１レンズアレイ３４ａおよび第２レンズアレイ３４ｂから構成されている。第１レンズアレイ３４ａおよび第２レンズアレイ３４ｂは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されたものからなる。
【００５０】
インテグレータ光学系３４から射出された照明光ＷＬ（複数の小光束）は、偏光変換素子３５に入射する。偏光変換素子３５は、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子３５は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。
【００５１】
直線偏光に変換された照明光ＷＬは、重畳レンズ３６に入射する。重畳レンズ３６は、偏光変換素子３５から射出された複数の小光束を照明対象物上で互いに重畳させる。これにより、照明対象物を均一に照明することができる。
【００５２】
図３は本実施形態の蛍光体層２７の構成を示す断面図である。
図３に示すように、蛍光体層２７は、第１蛍光体層４１と第２蛍光体層４２とを備えている。第１蛍光体層４１は第１面４１ａと第２面４１ｂとを有する。第１面４１ａは、青色光Ｅが入射する光入射面を構成する。第２面４１ｂは、第１面４１ａ（光入射面）と反対側の面である。第１蛍光体層４１の第１面４１ａには青色光Ｅ及び蛍光Ｙの反射を防止する反射防止膜ＡＲが設けられている。
【００５３】
第２蛍光体層４２は、第１蛍光体層４１の第２面４１ｂ側に積層されている。第２蛍光体層４２は、第１面４２ａと第２面４２ｂとを有する。第１面４２ａは、第１蛍光体層４１の第２面４１ｂとの接合面である。第２面４２ｂは蛍光体層２７の光入射面と反対の面を構成し、接着層２９を介して反射板２８に接合される。
【００５４】
本実施形態において、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２のガーネット結晶（ＹＡＧ）にセリウムイオン（例えば、Ｃｅ３＋）を添加したＹＡＧ:Ｃｅからなる。第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２は、原子拡散接合法により数ｎｍの間隔で接合されている。
【００５５】
本実施形態において、第１蛍光体層４１の厚みは、第２蛍光体層４２の厚みよりも小さい。ここで、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２の厚みとは、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２が積層される方向（蛍光体層２７の厚さ方向）の厚みである。
【００５６】
第１蛍光体層４１の厚みは、０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下であり、第２蛍光体層４２の厚みは、０．０５ｍｍ以上０．１６ｍｍ以下である。
【００５７】
本実施形態において、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２は、散乱体としてそれぞれ気孔Ｋを含んでいる。気孔Ｋは、蛍光体との屈折率差が大きく、少量でも高い散乱性を得ることが可能である。
【００５８】
第１蛍光体層４１に含まれる気孔量は、第２蛍光体層４２に含まれる気孔量よりも少なくなっている。本実施形態において、気孔量とは、蛍光体層に含まれる気孔の体積量を意味する。なお、気孔の半径が異なると気孔の体積量も変わることから、蛍光体層に含まれる気孔の半径が一定であるとする。そのため、気孔の体積量は蛍光体層に含まれる気孔の数で規定できる。よって、気孔量が多いとは気孔数が多いことに相当する。
本実施形態において、第１蛍光体層４１に含まれる気孔の体積量（気孔量）に対する第２蛍光体層４２に含まれる気孔の体積量（気孔量）の比は４倍以上２５倍以下である。
【００５９】
ところで、蛍光体層２７の蛍光変換効率が高くなれば蛍光発光量が増えて、高効率に蛍光Ｙを生成できる。一方、蛍光体層２７から射出される蛍光Ｙには、少なからずにじみが生じる。
【００６０】
ここで、蛍光のにじみとは、蛍光体層２７の発光領域（蛍光Ｙの発光面積）の大きさが励起光（青色光Ｅ）の入射スポットの大きさよりも拡がる現象である。
【００６１】
にじみによって蛍光Ｙの発光面積が大きくなると、蛍光Ｙにおける発光面積と発散角との積で規定されるエテンデューが大きくなる。すると、蛍光体層２７の後段に配置される光学系（図２に示される集光光学系２３）が蛍光を良好に取り込めず、蛍光の利用効率が低下するといった別の課題が生じてしまう。
【００６２】
本発明者は、蛍光体層においては、にじみ量と蛍光体層の厚みと蛍光変換効率とは互いに相関性に着目した。
本実施形態において、「にじみ量」とは、次のように定義した。蛍光体層上の所定幅の励起光を均一に照射し、蛍光体層から射出される蛍光の発光強度分布を測定する。励起光が照射された領域の中心からの距離と発光強度との関係を図４に示す。縦軸は光強度、横軸は中心からの距離を示す。発光強度分布において、励起光の幅Ｈ１に対する２０％蛍光幅（蛍光のピーク光量の２０％に相当する幅）Ｈ２の比をにじみ量（単位：％）として定義する。
また、蛍光体層に入射する励起光の光量と、該励起光によって蛍光体層から射出される蛍光の光量との比率を蛍光変換効率（単位：％）として定義した。
【００６３】
図５Ａ、図５Ｂはにじみ量と散乱との相関性を説明する概念図であり、図５Ａは散乱の弱い弱散乱蛍光体層におけるにじみ量と散乱との相関性を示し、図５Ｂは散乱の強い強散乱蛍光体層におけるにじみ量と散乱との相関性を示すものである。図５Ａ、図５Ｂにおける符号Ｒは、反射板である。また、図５Ａ、図５Ｂにおいて、蛍光Ｙ１は破線で示し、励起光Ｅ１は実線で示す。
【００６４】
なお、図５Ａ、図５Ｂに示す蛍光体層は、本実施形態の蛍光体層２７と同一の母材（ＹＡＧ:Ｃｅから構成されたものである。ＹＡＧ:Ｃｅからなる蛍光体層は気孔を含む。気孔は蛍光体層の内部で光を散乱する機能を有する。そのため、蛍光体層に含まれる気孔量を調整することで蛍光体層の散乱の強さが調整される。すなわち、図５Ａに示す弱散乱蛍光体層は相対的に気孔量が少なく、図５Ｂに示す強散乱蛍光体層は相対的に気孔量が多い。
【００６５】
図５Ａに示すように、散乱の弱い蛍光体層を用いる場合（気孔Ｋ１の数が少ない蛍光体層を用いる場合）、蛍光Ｙ１は光射出面と空気との界面で全反射されることで蛍光体層の外側に射出されずに内部に戻されてしまう。そのため、蛍光Ｙ１が蛍光体層内を全反射により伝播して拡がることで、蛍光Ｙ１のにじみ量が大きくなる。これに対し、散乱の強い蛍光体層を用いる場合（気孔Ｋ１の数が多い蛍光体層を用いる場合）、図５Ｂに示すように、蛍光Ｙ１は気孔Ｋ１によって散乱されることで外部に射出されるため、蛍光体層内を長い距離伝播し難くなって、にじみ量が少なくなる。
【００６６】
また、散乱が弱い場合、図５Ａに示すように、後方散乱される反射励起光が少なくなるため、蛍光体層内に入射する励起光の量が増えて、蛍光変換効率が高くなる。一方、散乱が強い場合、後方散乱される反射励起光が増えるため、蛍光体層内に入射する励起光の量が減って、蛍光変換効率が低くなる。
【００６７】
したがって、にじみ量が少ないということは蛍光体層の散乱が強いということに対応し、蛍光体層の散乱が強いということは蛍光変換効率が低くなるということに対応する。
上述したように蛍光体層内で生じる散乱は気孔量に依存するので、蛍光体層の気孔量が多いとにじみ量が少なくなると言える。
【００６８】
図６は、にじみ量と蛍光変換効率との相関関係を示すグラフであり、横軸はにじみ量（単位：％）を示し、縦軸は蛍光変換効率（単位：％）を示す。
図６に示すグラフは、厚さ０．２ｍｍのＹＡＧ:Ｃｅ蛍光板の散乱性を異ならせたもの（気孔量を異ならせた複数の蛍光板）について、にじみ量および蛍光変換効率をそれぞれ測定した結果をプロットしたものである。
【００６９】
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光板（単層の蛍光体層からなる単層蛍光板）において、にじみ量と蛍光変換効率との間には、概ね図６に示すような傾向を示し、にじみ量が増えると蛍光変換効率が高まるという相関関係が成立している。
そのため、にじみ量を低減することのみに注力すると、蛍光の量が少なくなってしまう。一方、蛍光変換効率を高くすることのみに注力すると、にじみ量が多くなって、エテンデューが大きくなってしまう。
【００７０】
このようにＹＡＧ:Ｃｅ蛍光板において、にじみ量の低減と蛍光変換効率の向上とを両立させるのは難しかった。
【００７１】
本実施形態の蛍光体層２７は、上記第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２を積層した積層構造を採用し、これら第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２のパラメーター（厚みや気孔量）を上述の範囲に設定することで、にじみ量の低減と蛍光変換効率の向上とを両立させたものである。
【００７２】
具体的に本実施形態の蛍光体層２７は、該蛍光体層２７におけるにじみ量と蛍光変換効率との関係を示す曲線（以下、相関曲線と称す）が図６に示す相関曲線よりも上方に位置するように、上記第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２の厚みや気孔量（パラメーター）を設定した。
【００７３】
ここで、蛍光体層２７の相関曲線における図６に示す曲線に対する上方へのシフト量が大きくなるほど、蛍光体層２７が同じにじみ量でより高い蛍光変換効率を得ることができる。すなわち、相関曲線のシフト量が大きくなる程、蛍光体層２７は、にじみ量を低減しつつ、蛍光変換効率を向上できる。
【００７４】
以下、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２のパラメーター（気孔量、厚み）の設定方法について説明する。第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２のパラメーターの設定は、図６に示した単層蛍光板の相関曲線と、後述する積層蛍光板の相関曲線とを比較することで行った。
【００７５】
なお、積層蛍光板は、励起光が入射する側に位置する第１蛍光板と、第１蛍光板の光入射側に位置する第２蛍光板とを原子拡散接合法により数ｎｍの間隔で接合したものである。第１蛍光板及び第２蛍光板の厚みはいずれも０．１ｍｍである。
【００７６】
はじめに、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２の気孔量の設定について説明する。
上記積層蛍光板において、平均の気孔量が５％となるように、第１蛍光板と第２蛍光板の気孔量を変化させて蛍光変換効率及びにじみ量を測定した結果を図７のグラフに示した。図７において、横軸は第１蛍光板の気孔量（単位：％）を示し、左側縦軸は蛍光変換効率（単位：％）を示し、右側縦軸はにじみ量（単位：％）を示す。なお、第２蛍光板の気孔量は１０％から第１蛍光板の気孔量を引いた値となる。
【００７７】
ここで、蛍光板の気孔量を直接計測することは難しい。例えば、断面ＳＥＭでは小さな気孔までは観察することはできない。また、同じ気孔量であっても、気孔の径によって散乱性能は異なる。
【００７８】
そのため、図７の横軸に示す気孔量は、後述する散乱特性の測定結果をシミュレーション結果と比較することで求めた。
以下、シミュレーション結果との比較により気孔量を求める方法の一例について説明する。
【００７９】
図８は０．２ｍｍ厚のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光板に平行光を入射した際に生じる散乱光の角度特性の測定結果である。本測定には、ＬＣＤ−５２００（大塚電子社製）を用いた。図８において、上方のプロットが前方散乱を示し、下方のプロットが後方散乱を示す。
【００８０】
図９は、図８の測定に用いたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光板と同じ厚さ（０．２ｍｍ）のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光板に半径１００ｎｍの気孔を０．６％〜０．９％混入した際の散乱特性を、光学シミュレーションLight Tools（サイバネット社製）を用い、Ｍｉｅ散乱としてシミュレーションした結果である。なお、気孔の径に応じて気孔量が変化するため、本シミュレーションでは気孔の半径を全て１００ｎｍと仮定して、散乱の大小関係を気孔量で表すことにした。
【００８１】
図８で散乱特性を測定した蛍光板における気孔混入量と、図９に示される４つのシミュレーション結果とを比較する。そして、４つのシミュレーション結果の中から、図８に示す蛍光板には１００ｎｍの気孔が０．９％混入していると判定することで蛍光板の気孔量を求めた。
【００８２】
なお、０．２ｍｍ厚の蛍光板に様々な量の気孔（半径１００ｎｍ）を混入した際の、気孔量と散乱の関係をLight Toolsを用いてシミュレーションした結果を図１０に示す。図１０において、散乱の大小は、縦軸に示す前方散乱と後方散乱との比率で表される。縦軸に示される比率が小さいほど後方散乱が大きく、強散乱であることを意味する。図１０に示すシミュレーション結果からも、気孔量が多くなると、散乱が強くなる傾向が確認された。上述したシミュレーション結果との比較を繰り返すことで単層蛍光板の気孔量（図７のグラフの横軸）が求まる。
【００８３】
図７のグラフに示されるように、第１蛍光板及び第２蛍光板の気孔量をそれぞれ０．５％、９．５％としたときに最大の蛍光変換効率が得られるが、にじみ量も大きくなってしまう。そこで、上記条件（第１蛍光板の気孔量０．５％、第２蛍光板の気孔量９．５％）が最適であるか否かについて判定した。判定には、後述する積層蛍光板におけるにじみ量と蛍光変換効率との関係を示す曲線（相関曲線）を用いる。
【００８４】
図１１は、積層蛍光板における相関曲線のプロットと、図６に示した単層蛍光板における相関曲線のプロットと、単層蛍光板における相関曲線に対する積層蛍光板における相関曲線のシフト量とを示す。シフト量は同一のにじみ量で得られる蛍光量を比較したものであり、シフト量を大きくする積層蛍光板は、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成する蛍光板と判断できる。相関曲線のシフト量を積層蛍光板における改善量と呼ぶことにする。
【００８５】
図１１において、横軸はにじみ量（単位：％）を示し、左側縦軸は蛍光変換効率（単位：％）を示し、右側縦軸は改善量（単位：％）を示す。
【００８６】
図１１に示されるように、積層蛍光板を構成する第１蛍光板及び第２蛍光板の気孔量をそれぞれ０．５％、９．５％とすれば、最も改善量（シフト量）を大きくできることが確認できる。
【００８７】
この結果に基づき、本実施形態の蛍光体層２７は、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２を積層するとともに、第１蛍光体層４１に含まれる気孔の体積量を、第２蛍光体層４２に含まれる気孔の体積量よりも少なくする構造を採用した。これにより、蛍光体層２７は、従来の単層蛍光板に比べて、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光Ｙを生成できると言える。
【００８８】
続いて、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２の厚みの設定について説明する。
上記積層蛍光板において、第１蛍光板及び第２蛍光板の気孔量をそれぞれ０．５％、９．５％に固定する。そして、積層蛍光板の層厚を０．２ｍｍに保ちつつ、第１蛍光板及び第２蛍光板の厚みをそれぞれ変化させて蛍光変換効率及びにじみ量を測定した結果を図１２及び図１３に示す。
【００８９】
図１２において、横軸は第１蛍光板の厚み（単位：ｍｍ）を示し、左側縦軸は蛍光変換効率（単位：％）を示し、右側縦軸はにじみ量（単位：％）を示す。なお、第２蛍光板の厚みは０．２ｍｍから第１蛍光板の厚みを引いた値となる。
【００９０】
図１３において、横軸はにじみ量（単位：％）を示し、左側縦軸は蛍光変換効率（単位：％）を示し、右側縦軸は改善量（単位：％）を示す。
【００９１】
図１２、１３に示されるように、第１蛍光板及び第２蛍光板の厚みをそれぞれ０．０５ｍｍ、０．１５ｍｍとしたときに、改善量が最大となることが確認された。
【００９２】
この結果に基づき、本実施形態の蛍光体層２７は、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２の積層方向における第１蛍光体層４１の厚みを第２蛍光体層４２の厚みよりも小さくする構成を採用した。これにより、蛍光体層２７は、従来の単層蛍光板に比べて、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光Ｙを生成できると言える。
【００９３】
続いて、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２の気孔量についてより詳細に検証する。
上記積層蛍光板において、第１蛍光板及び第２蛍光板の厚みをそれぞれ０．０５ｍｍと０．１５ｍｍとしたときに、第１蛍光板及び第２蛍光板の気孔量について平均気孔量５％の制約を外し、それぞれ独立に変化させて改善量を測定した結果を図１４に示した。
【００９４】
図１４において、横軸は第１蛍光板の気孔量（単位：％）を示し、右側縦軸は第２蛍光板の気孔量（単位：％）を示す。また、図１４は、改善量４．８％から５．３％の範囲、改善量５．３％から５．８％の範囲、改善量５．８％から６．３％の範囲、改善量６．３％から６．８％の範囲をそれぞれ示した。
【００９５】
図１４に示されるように、第１蛍光板の気孔量が０．４％から１．１％の範囲、かつ第２蛍光板の気孔量が５％から１０％の範囲において、高い改善量が得られることが確認できた。最も改善量が大きくなる条件は、第１蛍光板および第２蛍光板の気孔量を０．８％、７％とした場合である。すなわち、第１蛍光板に含まれる気孔量と第２蛍光板に含まれる気孔量との体積比を４倍以上２５倍以下とすることで高い改善量が得られることが確認できた。
【００９６】
この結果に基づき、本実施形態の蛍光体層２７は、上述のように、第１蛍光体層４１に含まれる気孔の体積量と第２蛍光体層４２に含まれる気孔の体積量との体積比を４倍以上２５倍以下にする構成を採用した。これにより、蛍光体層２７は、従来の単層蛍光板に比べて、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光Ｙを生成できると言える。
【００９７】
続いて、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２の厚みについてより詳細に検証する。
上記積層蛍光板において、第１蛍光板及び第２蛍光板の気孔量をそれぞれ０．８％と７％としたときに、第１蛍光板及び第２蛍光板の厚みについて総厚０．２ｍｍの制約を外し、それぞれ独立に変化させて改善量を測定した結果を図１５に示す。
【００９８】
図１５において、横軸は第１蛍光板の厚み（単位：ｍｍ）を示し、右側縦軸は第２蛍光板の厚み（単位：ｍｍ）を示す。また、図１５は、改善量４．８％から５．４％の範囲、改善量５．４％から６．０％の範囲、改善量６．０％から６．６％の範囲、改善量６．６％から７．２％の範囲をそれぞれ示した。
【００９９】
図１５に示されるように、第１蛍光板の厚みが０．０２ｍｍから０．０５ｍｍの範囲、かつ第２蛍光板の厚みが０．０２ｍｍから０．１６ｍｍの範囲において、高い改善量が得られることが確認できた。最も改善量が大きくなる条件は、第１蛍光板、第２蛍光板の厚みがそれぞれ０．０３ｍｍと０．０３ｍｍとした場合である。しかしながら、図１５に示されるように、改善量は第２蛍光板の厚みの変化に対しては比較的鈍感であり、第２蛍光板の厚みを０．０５ｍｍより大きく、より好ましくは０．１ｍｍ程度とした。このように第２蛍光板の厚みを０．１ｍｍと厚くすることで、２枚の蛍光板を接合する際、蛍光板の取り扱いが容易となる。
【０１００】
この結果に基づき、本実施形態の蛍光体層２７は、上述のように、第１蛍光体層４１の厚みを０．０２ｍｍより大きく０．０５ｍｍよりも小さく、第２蛍光体層４２の厚みを０．０５ｍｍより大きく０．１６ｍｍよりも小さくする構成を採用した。これにより、蛍光体層２７は、従来の単層蛍光板に比べて、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光Ｙを生成できると言える。
【０１０１】
図１６は本実施形態の蛍光体層２７の効果を示す概念図である。なお、図１６では、図３における反射防止膜ＡＲの図示を省略した。
以上述べたように、本実施形態の蛍光体層２７によれば、図１６に示すように、気孔Ｋの体積量（気孔数）を少なくすることで第１蛍光体層４１の光散乱性を弱くしたので、第１蛍光体層４１に入射した青色光Ｅ（励起光）の反射が抑制される。また、第１蛍光体層４１の厚みは薄いため、第１蛍光体層４１に入射した青色光Ｅは第１蛍光体層４１を透過して第２蛍光体層４２に効率良く入射する。一方、第２蛍光体層４２は、気孔Ｋの体積量（気孔数）が多いため、光散乱性が強くなる。よって、第２蛍光体層４２はにじみを低減しつつ、高効率に蛍光Ｙを生成できる。したがって、本実施形態の蛍光体層２７によれば、にじみを低減しつつ、高効率に蛍光Ｙを生成することができる。
【０１０２】
また、蛍光体層２７を含む蛍光体ホイール２５を有する第１光源装置１１によれば、蛍光Ｙのにじみを低減することでエテンデューの拡大を抑えることができる。これにより、蛍光体ホイール２５（蛍光体層２７）の後段に配置される集光光学系２３に蛍光Ｙを良好に取り込むことで蛍光Ｙを効率良く利用できる。よって、照明光ＷＬとして高効率に蛍光Ｙを射出することができる。
【０１０３】
また、本実施形態のプロジェクター１によれば、上記第１光源装置１１を備えるので、明るい画像を投射できる。
【０１０４】
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態の蛍光体層２７では、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２が原子拡散接合法により接合される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２を安価に接合する手段として接着剤を用いても良い。
【０１０５】
図１７は変形例に係る蛍光体層１２７の断面構成を示す図である。
図１７に示すように、蛍光体層１２７は第１蛍光体層４１と第２蛍光体層４２とを備え、第１蛍光体層４１の第２面４１ｂと第２蛍光体層４２の第１面４２ａとが接着層１２８を介して接合されている。
【０１０６】
接着層１２８を用いる場合、改善量に影響を及ぼすおそれがある。図１８は接着層１２８の厚みと屈折率ｎが改善量に及ぼす影響を示した図である。
図１８において、横軸は接着層１２８の屈折率を示し、縦軸は接着層の厚み（単位：μｍ）を示す。また、図１８は、改善量４．０％から４．５％の範囲、改善量４．５％から５．０％の範囲、改善量５．０％から５．５％の範囲、改善量５．５％から６．０％の範囲および改善量６．０％から６．５％の範囲をそれぞれ示した。
【０１０７】
ここで、接着層の屈折率をｎとする。ｎ＝１．００は空気（すなわち、接着しない場合）、ｎ＝１．３３は水、ｎ＝１．４１及びｎ＝１．５８はシリコーン接着剤（信越シリコーン社製）、ｎ＝１．６８及びｎ＝１．７８は屈折率マッチング液（島津製作所製）の実験結果に相当する。
【０１０８】
図１７に示されるように、接着層１２８の厚みは改善量に大きな影響を及ぼす。そのため、接着層１２８は、厚みを１０μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下に抑えている。これにより、５％以上の改善率を得ることができる。
【０１０９】
一方、改善量は屈折率の変化に対しては比較的鈍感である。そのため、接着層１２８の屈折率は、屈折率１．８３の蛍光体層（第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２）との屈折率マッチングを厳密に考慮する必要は無い。接着層１２８の屈折率は１．５以上であるのが好ましい。このようにすれば、接着層１２８として、屈折率１．５８のシリコーン系の接着剤を好適に用いることができる。なお、接着層１２８の材料としては、蛍光体層の屈折率１．８３に近い材料を採用するのがより望ましい。
【０１１０】
また、上記実施形態では、蛍光体層２７として反射型の蛍光体ホイール２５に適用する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、蛍光体層２７は透過型の蛍光体ホイールに適用しても構わない。この場合、励起光の入射側、すなわち、回転基板側に第１蛍光体層４１を配置し、光射出側に第２蛍光体層４２を配置すればよい。
【０１１１】
また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置で映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。
【０１１２】
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、これに限られない。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】
【０１１３】
１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、１１…第１光源装置、１２…第２光源装置、２５…蛍光体ホイール、２７，１２７…蛍光体層、４１…第１蛍光体層、４２…第２蛍光体層、１２８…接着層。
【図１】
2018173612.tif 000003
【図２】
2018173612.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１８】
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