(57)【要約】【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を提供する。また、前記波長変換装置を備える光源装置を提供する。また、前記光源装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】第１面と第２面とを有し、第１面から第２面に向かう第１の方向に入射する励起光を蛍光に変換する蛍光体層と、第２面に設けられた反射層と、を備える波長変換装置である。第１の方向における蛍光体層の厚みは、第１の方向に入射する励起光が蛍光に変換されるまでの間に蛍光体層内を通過する平均距離より厚い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と第２面とを有し、前記第１面から前記第２面に向かう第１の方向に入射する励起光を蛍光に変換する蛍光体層と、
前記第２面に設けられた反射層と、を備え、
前記第１の方向における前記蛍光体層の厚みは、前記第１の方向に入射する前記励起光が前記蛍光に変換されるまでの間に前記蛍光体層内を通過する平均距離より厚い
波長変換装置。
【請求項２】
前記蛍光体層にはセリウムイオンを含み、
前記蛍光体層のセリウムイオン濃度をＣ（ｍｏｌ％）、蛍光体層の厚みをｄ（ｍｍ）としたとき、
Ｃ  ＞  ０．０８５／ｄ
の関係を満たす
請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記第１の方向における前記蛍光体層の厚みは０．０７ｍｍ以下であり、
前記セリウムイオン濃度は、１．２ｍｏｌ％以上である
請求項２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
第１面と第２面とを有し、前記第１面から前記第２面に向かう第１の方向に入射する励起光を蛍光に変換する第１蛍光体層と、
前記第１蛍光体層の第２面側に設けられ、前記第１の方向に入射する前記励起光を蛍光に変換する第２蛍光体層と、
前記第２蛍光体層の前記第１蛍光体層と反対側に設けられた反射層と、を備え、
前記第１の方向に入射する前記励起光が前記蛍光に変換されるまでの間に前記第１蛍光体層内を通過する第１平均距離は、前記第１の方向に入射する前記励起光が前記蛍光に変換されるまでの間に前記第２蛍光体層内を通過する第２平均距離より短い
波長変換装置。
【請求項５】
前記第１蛍光体層及び前記第２蛍光体層はそれぞれセリウムイオンを含み、
前記第１蛍光体層のセリウムイオン濃度は、前記第２蛍光体層のセリウムイオン濃度より高い
請求項４に記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記第１蛍光体層及び前記第２蛍光体層はそれぞれ気孔を含み、
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
請求項４又は５に記載の波長変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至６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８】
請求項７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、蛍光体層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、蛍光層における賦活剤濃度を厚み方向において変化させ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２０１６−９９５５８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、蛍光のにじみが生じる。
【０００６】
ここで、にじみによって蛍光の発光領域が大きくなると、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。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る。その結果、蛍光の利用効率が低下してしまう。
【０００７】
しかしながら、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で温度消光による蛍光の変換効率の低下を抑制できるが、蛍光のにじみを低減することはできなかった。そのため、にじみによってエテンデューが大きくなり、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面と第２面とを有し、前記第１面から前記第２面に向かう第１の方向に入射する励起光を蛍光に変換する蛍光体層と、前記第２面に設けられた反射層と、を備え、前記第１の方向における前記蛍光体層の厚みは、前記第１の方向に入射する前記励起光が前記蛍光に変換されるまでの間に前記蛍光体層内を通過する平均距離より厚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、励起光が蛍光に変換されるまでの間に蛍光体層内を通過する平均距離よりも蛍光体層の厚みが厚いため、後述する検証結果に示されるように、にじみ量を抑え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、前記蛍光体層にはセリウムイオンを含み、前記蛍光体層のセリウムイオン濃度をＣ（ｍｏｌ％）、蛍光体層の厚みをｄ（ｍｍ）としたとき、Ｃ  ＞  ０．０８５／ｄの関係を満たすのが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、セリウムイオン及び厚みが上記関係を満たす蛍光体層を備えるので、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成できる。
【００１３】
上記第１態様において、前記第１の方向における前記蛍光体層の厚みは０．０７ｍｍ以下であり、前記セリウムイオン濃度は、１．２ｍｏｌ％以上であるのが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、蛍光体層の厚み及びセリウムイオン濃度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する蛍光体層を実現できる。
【００１５】
上記第１態様において、前記蛍光体層は、前記第１面側に位置する第１領域と、前記第２面側に位置する第２領域と、を含み、前記蛍光体層に含まれる気孔の体積量は、前記第１領域よりも前記第２領域の方が多いのが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、気孔の体積量を少なくすることで光入射側に位置する第１領域の光散乱が相対的に弱くなる。これにより、励起光の後方散乱が抑制され、蛍光体層の内部に励起光が効率良く入射するようになる。よって、蛍光変換効率が向上することで蛍光を効率良く生成することができる。また、気孔の体積量を多くすることで第２領域の光散乱が相対的に強くなる。これにより、第１面から射出されるまでに蛍光が拡がることで生じるにじみを低減することができる。よって、にじみを低減しつつ、高効率に蛍光を生成できる。
【００１７】
本発明の第２態様によれば、第１面と第２面とを有し、前記第１面から前記第２面に向かう第１の方向に入射する励起光を蛍光に変換する第１蛍光体層と、前記第１蛍光体層の第２面側に設けられ、前記第１の方向に入射する前記励起光を蛍光に変換する第２蛍光体層と、前記第２蛍光体層の前記第１蛍光体層と反対側に設けられた反射層と、を備え、前記第１の方向に入射する前記励起光が前記蛍光に変換されるまでの間に前記第１蛍光体層内を通過する第１平均距離は、前記第１の方向に入射する前記励起光が前記蛍光に変換されるまでの間に前記第２蛍光体層内を通過する第２平均距離より短い波長変換装置が提供される。
【００１８】
第２態様に係る波長変換装置によれば、光入射側に位置する第１蛍光体層内で発光した蛍光がそのまま外部に射出され易くなるので、にじみを生じさせ難くなる。また、反射層の近傍で発光した蛍光は第２蛍光体層の厚み分だけ蛍光体層内を進むため、にじみを生じ易くなる。
これに対し、第２態様に係る波長変換装置によれば、第１蛍光体層における第１平均距離が第２蛍光体層における第２平均距離より短いので、第１蛍光体層における蛍光変換効率を高くし、第２蛍光体層における蛍光変換効率を低く抑えることができる。よって、にじみを生じさせ難い第１蛍光体層における蛍光発光量を多くし、にじみを生じさせ易い第２蛍光体層における蛍光発光量を少なくできる。
したがって、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成することができる。
【００１９】
上記第２態様において、前記第１蛍光体層及び前記第２蛍光体層はそれぞれセリウムイオンを含み、前記第１蛍光体層のセリウムイオン濃度は、前記第２蛍光体層のセリウムイオン濃度より高いのが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、セリウムイオン濃度をそれほど高くすることなく、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成することができる。
【００２１】
上記第２態様において、前記第１蛍光体層及び前記第２蛍光体層はそれぞれ気孔を含み、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のが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、光入射側に位置する第１蛍光体層の散乱を弱くすることで励起光の後方散乱が抑制されるので、蛍光変換効率を高めることができる。また、第２蛍光体層の散乱を強めることで、第１蛍光体層から射出されるまでに蛍光が拡がることで生じるにじみ量を低減できる。よって、にじみを低減しつつ、高効率に蛍光を生成できる。
【００２３】
本発明の第３態様によれば、上記第１態様又は第２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。
【００２４】
第３態様に係る光源装置によれば、励起光の利用効率に優れ、エテンデューが小さい光源装置を実現できる。
【００２５】
本発明の第４態様に従えば、上記第３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。
【００２６】
第４態様に係るプロジェクターによれば、上記光源装置１１を備えるので、明るい画像を投射できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】第一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】にじみ量と蛍光変換効率との相関関係を示すグラフ。
【図７】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８】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９】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１０】比較用蛍光板の厚み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示す図。
【図１１】単層蛍光板における相関曲線と、比較用蛍光板における相関曲線と、改善量との関係を示す図。
【図１２】比較用蛍光板の厚み、気孔量を固定し、セリウムイオン濃度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示す図。
【図１３】図１２の測定結果に基づく、蛍光変換効率、にじみ量及び改善量の関係を示す図。
【図１４】比較用蛍光板の厚みとセリウムイオン濃度とを独立に変化させたときの蛍光変換効率を示す図。
【図１５】比較用蛍光板の厚みとセリウムイオン濃度とを独立に変化させたときのにじみ量を示す図。
【図１６】比較用蛍光板の厚みとセリウムイオン濃度とを独立に変化させたときの改善量を示す図。
【図１７】第二実施形態の蛍光体層の構成を示す断面図。
【図１８】積層蛍光板において、第２蛍光板のセリウムイオン濃度を０．５ｍｏｌ％に固定し、第１蛍光板のセリウムイオン濃度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示す図。
【図１９】図１８の測定結果に基づく、蛍光変換効率、にじみ量及び改善量の関係を示す図。
【図２０】積層蛍光板において、第１蛍光板のセリウムイオン濃度を１．５ｍｏｌ％に固定し、第２蛍光板のセリウムイオン濃度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示す図。
【図２１】図２０の測定結果に基づく、蛍光変換効率、にじみ量及び改善量の関係を示す図。
【図２２】積層蛍光板において、第１蛍光板及び第２蛍光板のセリウムイオン濃度を独立に変化させたときの改善量の測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
（第一実施形態）
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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面２７ａと第２面２７ｂとを有する。蛍光体層２７は、第１面２７ａから第２面２７ｂに向かう第１の方向Ｄ１に励起光として青色光Ｅが入射する。第１面２７ａ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。蛍光体層２７の第２面２７ｂは、接着層２９を介して反射板２８に接合される。
【００５８】
本実施形態において、蛍光体層２７は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２のガーネット結晶（ＹＡＧ）に賦活剤としてセリウムイオン（例えば、Ｃｅ３＋）５０を添加したＹＡＧ:Ｃｅからなる。
【００５９】
本実施形態において、第１の方向Ｄ１における蛍光体層２７の厚みは、第１の方向Ｄ１に入射する青色光Ｅが蛍光に変換されるまでの間に蛍光体層２７内を通過する平均距離よりも厚い。本明細書において、青色光Ｅが蛍光に変換されるまでの間に蛍光体層２７内を通過する平均距離を「平均自由行程」と呼ぶ。
【００６０】
ここで、セリウムイオン濃度が高くなると、青色光Ｅが蛍光に変換されるまでの間に蛍光体層２７内を通過する平均距離が短くなる。すなわち、平均自由行程及びセリウムイオン濃度の間には、セリウムイオン濃度が高くなると平均自由行程が短くなるという関係が成立する。
そのため、セリウムイオン濃度の高さは、平均自由行程の長さで規定することができる。
【００６１】
また、本実施形態において、蛍光体層２７のセリウムイオン濃度をＣ（単位:ｍｏｌ％）、蛍光体層２７の厚みをｄ（単位：ｍｍ）としたとき、次式（１）の関係を満たす。下式（１）の根拠については後述する。
【００６２】
Ｃ  ＞  ０．０８５／ｄ  …式（１）
【００６３】
具体的に、第１の方向Ｄ１における蛍光体層２７の厚みは０．０７ｍｍ以下であり、セリウムイオン濃度は、１．２ｍｏｌ％以上である。
【００６４】
本実施形態において、蛍光体層２７は光散乱材として機能する気孔Ｋを有する。
【００６５】
本実施形態において、気孔量とは、蛍光体層２７に含まれる気孔Ｋの体積量を意味する。なお、気孔Ｋの半径が異なると気孔Ｋの体積量も変わることから、蛍光体層２７に含まれる気孔Ｋの半径が一定であるとする。そのため、気孔Ｋの体積量は蛍光体層２７に含まれる気孔の数で規定される。よって、気孔量が多いとは気孔数が多いことに相当する。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
一般的に、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を有する。
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、にじみ量が小さくなる。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
なお、蛍光板に含まれる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。
【００７７】
そのため、比較用蛍光板の気孔量は、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。
【００７８】
図７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７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。
【００７９】
図８は、図７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。
【００８０】
図７で散乱特性を測定した蛍光板における気孔混入量と、図８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７に示す蛍光板は１００ｎｍの気孔を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。
【００８１】
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９に示す。図９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９に示すシミュレーション結果からも、気孔量が大きくなると、散乱が強くなる傾向が確認された。
【００８２】
以上のように、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の傾向を示し、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。
【００８３】
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。
【００８４】
本実施形態の蛍光体層２７はパラメーター（厚み、セリウムイオン濃度）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。
【００８５】
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、上記蛍光体層２７の厚みやセリウムイオン濃度（パラメーター）を設定した。
【００８６】
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。
【００８７】
以下、蛍光体層２７のパラメーター（厚み、セリウムイオン濃度）の設定方法について説明する。蛍光体層２７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、蛍光体層２７のパラメーター設定時の比較に用いる蛍光板（以下、比較用蛍光板）の相関曲線とを比較することで行った。
【００８８】
上記比較用蛍光板において、セリウムイオン濃度を１ｍｏｌ％、気孔量を０．７２％に固定し、該比較用蛍光板の厚み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１０のグラフに示した。図１０において、横軸は比較用蛍光板の厚み（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、比較用蛍光板の厚みとは、蛍光体層２７の厚みと同様、励起光が入射する方向（第１の方向Ｄ１）における厚みを意味する。
【００８９】
上述したように、セリウムイオン濃度の大きさは、平均自由行程の大きさで規定可能である。例えば、セリウムイオン濃度が１ｍｏｌ％に対応する平均自由行程は０．０８５ｍｍとなる。
【００９０】
図１０のグラフに示されるように、蛍光板を薄くすると、にじみ量は単調に小さくなる。しかしながら、蛍光変換効率は、特に蛍光板の厚みが０．０６ｍｍより小さくなったあたりから急激に低下する。ここで、蛍光板の厚みの最適条件について判定する。この判定には、後述する比較用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。
【００９１】
図１１は、比較用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比較用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比較用蛍光板は、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比較用蛍光板における改善量と呼ぶことにする。
【００９２】
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。
【００９３】
図１１に示されるように、比較用蛍光板の厚みを０．０６ｍｍとすれば、最も改善量（シフト量）が大きくなるため、最適な厚みは０．０６ｍｍとなることが確認された。
【００９４】
続いて、上記比較用蛍光板の厚みを０．０６ｍｍ、気孔量を０．７２％に固定し、セリウムイオン濃度（以下のグラフ中においては、単にＣｅイオン濃度と表記する場合もある）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１２、図１３に示す。
【００９５】
図１２において、横軸はセリウムイオン濃度（単位：ｍｏｌ％）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。
また、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。
【００９６】
図１２、図１３に示されるように、セリウムイオン濃度が高いほど、蛍光が増え、にじみが小さくなる。また、セリウムイオン濃度（Ｃｅイオン濃度）が最大の３ｍｏｌ％のところで、改善量が最大値（８．３％）となることが確認された。
【００９７】
続いて、気孔量を０．７２％に固定して、上記比較用蛍光板の厚みとセリウムイオン濃度とを独立に変化させたときの蛍光変換効率、にじみ量および改善量をそれぞれ図１４、図１５、図１６にそれぞれ示す。
【００９８】
図１４において、横軸は比較用蛍光板の厚み（単位：ｍｍ）を示し、右側縦軸はセリウムイオン濃度（単位：ｍｏｌ％）を示し、左側縦軸は平均自由行程（単位：ｍｍ）を示す。また、図１３は、蛍光変換効率４０％から４５％の範囲、蛍光変換効率４５％から５０％の範囲、蛍光変換効率５０％から５５％の範囲、蛍光変換効率５５％から６０％の範囲、蛍光変換効率６０％から６５％の範囲をそれぞれ示した。
【００９９】
図１５において、横軸は比較用蛍光板の厚み（単位：ｍｍ）を示し、右側縦軸はセリウムイオン濃度（単位：ｍｏｌ％）を示し、左側縦軸は平均自由行程（単位：ｍｍ）を示す。また、図１５は、にじみ量１．４％から１．５％の範囲、にじみ量１．５％から１．６％の範囲、にじみ量１．６％から１．７％の範囲、にじみ量１．７％から１．８％の範囲をそれぞれ示した。
【０１００】
図１６において、横軸は比較用蛍光板の厚み（単位：ｍｍ）を示し、右側縦軸はセリウムイオン濃度（単位：ｍｏｌ％）を示し、左側縦軸は平均自由行程（単位：ｍｍ）を示す。また、図１６は、改善量４％から５％の範囲、改善量５％から６％の範囲、改善量６％から７％の範囲、改善量７％から８％の範囲、改善量８％から９％の範囲をそれぞれ示した。
【０１０１】
図１４、図１５、図１６に示されるように、平均自由行程はセリウムイオン濃度の逆数に比例し、平均自由行程×セリウムイオン濃度＝０．０８５の関係を満たす。なお、０．０８５はセリウムイオン濃度１ｍｏｌ％のときの蛍光測定値からシミュレーションにより求めた値である。
【０１０２】
図１４において、破線Ｃは、平均自由行程と比較用蛍光板の厚み（以下、単に蛍光板厚みと称す）とが等しい条件を示す。図１４からは、平均自由行程が蛍光板厚みよりも短くなると（破線Ｃよりも上側の領域）、高効率に蛍光が得られる（蛍光変換効率が高くなる）ことが確認された。
【０１０３】
また、上述のように、平均自由行程×セリウムイオン濃度＝０．０８５の関係を満たすことから、平均自由行程が蛍光板厚みよりも短くなるには、セリウムイオン濃度＞（０．０８５／蛍光板厚み）の関係を満たす必要がある。この関係は、上述した式（１）に相当するものである。すなわち、上記式（１）を満たすことで高効率に蛍光が得られることが確認された。
【０１０４】
以上述べた結果に基づき、本実施形態の蛍光体層２７は、上述したように、第１の方向Ｄ１における厚みを平均自由行程よりも厚くする構成を採用している。また、本実施形態の蛍光体層２７は、上述した式（１）を満たす構成を採用している。
【０１０５】
また、図１５に示されるように、蛍光板厚みが例えば破線Ｃ１で示す０．０７ｍｍより小さいと、にじみ量をより低く抑えられることが確認された。すなわち、蛍光体層２７の厚みを０．０７ｍｍ以下にすることで高い改善量を得ることが確認された。
【０１０６】
また、図１６に示されるように、平均自由行程を０．０７１ｍｍより短くすると、高い改善量が得られることが確認された。上述のように平均自由工程０．０８５ｍｍは、セリウムイオン濃度１ｍｏｌ％に換算できる。すなわち、セリウムイオン濃度に換算すると、セリウムイオン濃度を１．２ｍｏｌ％以上にすることで、高い改善量が得られることが確認された。
【０１０７】
なお、２本の破線Ｃ，Ｃ１で規定される領域Ａを採用すれば、さらに高い改善量を得ることが可能である。最も高い改善量を得る最適条件の値は、蛍光体厚み０．０４ｍｍ、セリウムイオン濃度３ｍｏｌ％（平均自由行程＝０．０２８ｍｍ）である。
【０１０８】
以上述べた結果に基づき、本実施形態の蛍光体層２７は、上述したように、第１の方向Ｄ１における厚みを０．０７ｍｍ以下とし、セリウムイオン濃度を１．２ｍｏｌ％以上とする構成を採用している。
【０１０９】
したがって、本実施形態の蛍光体層２７によれば、従来の単層蛍光板（ＹＡＧ：Ｃｅ）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。
【０１１０】
以上のよう、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態として、蛍光体層について説明する。本実施形態の蛍光体層は二つの蛍光体層を積層した積層構造を有する点で上記実施形態の蛍光体層２７と異なる。以下、蛍光体層の構成について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、説明を省略若しくは簡略する。
【０１１３】
第一実施形態の蛍光体層２７は、セリウムイオン濃度を高めることで平均自由行程を短くし、蛍光体層２７を薄くすることで、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成することを説明した。
しかしながら、実際は、セリウムイオン濃度を高めることは容易ではない。一般にセリウムイオン濃度を高めると、いわゆる濃度消光によって却って蛍光が減少する現象が生じることが知られている。濃度消光は、セリウムイオン（例えば、Ｃｅ３＋）同士が接近して、イオン間での発光に関与しないエネルギー伝達の頻度が増えることで生じる。
【０１１４】
これを避けるためには、セリウムイオン同士が接近しないようＹＡＧ結晶の所定のサイトに正しくセリウムイオンを置換するプロセスを行う必要がある。しかしながら、このようなプロセスを実行するには、粉砕、撹拌、成形、焼結といった一連の工程を幾度も繰り返したり、高温で長時間アニールしたりしなければならず、量産性を損なってしまう。
【０１１５】
通常、セリウムイオン濃度は３ｍｏｌ％程度が限界とされており、現実的には１．５ｍｏｌ％以下に抑えるのが望ましい。本実施形態の蛍光体層は、セリウムイオン濃度をそれほど高くすることなく、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成することを可能にしたものである。
【０１１６】
図１７は本実施形態の蛍光体層１２７の構成を示す断面図である。
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とを備えている。第１蛍光体層４１は第１面４１ａと第２面４１ｂとを有し、第１面４１ａから第２面４１ｂに向かう第１の方向Ｄ１に励起光として青色光Ｅが入射する。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。
【０１１７】
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１２７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。
【０１１８】
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、ＹＡＧに賦活剤としてセリウムイオン（例えば、Ｃｅ３＋）５０を添加したＹＡＧ:Ｃｅ蛍光体からそれぞれ構成される。第１蛍光体層４１及び第２蛍光体層４２は、例えば原子拡散接合法により数ｎｍの間隔で接合されている。
【０１１９】
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の方向Ｄ１の厚みである。
【０１２０】
本実施形態において、第１の方向Ｄ１に入射する青色光Ｅが蛍光に変換されるまでの間に第１蛍光体層４１内を通過する平均距離は、第１の方向Ｄ１に入射する青色光Ｅが蛍光に変換されるまでの間に第２蛍光体層４２内を通過する平均距離よりもよりも短い。
【０１２１】
本明細書において、青色光Ｅが蛍光に変換されるまでの間に第１蛍光体層４１内を通過する平均距離を「第１平均自由行程」と呼ぶ。また、本明細書において、青色光Ｅが蛍光に変換されるまでの間に第２蛍光体層４２内を通過する平均距離を「第２平均自由行程」と呼ぶ。
【０１２２】
本実施形態において、第１蛍光体層４１のセリウムイオン濃度は、第２蛍光体層４２のセリウムイオン濃度より高い。
【０１２３】
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、それぞれ気孔Ｋを含んでいる。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。
【０１２４】
本実施形態の蛍光体層１２７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、セリウムイオン濃度）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。
【０１２５】
具体的に本実施形態の蛍光体層１２７は、該蛍光体層１２７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に示した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の厚みやセリウムイオン濃度（パラメーター）を設定したものである。
【０１２６】
以下、蛍光体層１２７のパラメーター（厚み、セリウムイオン濃度）の設定方法について説明する。蛍光体層１２７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、蛍光体層１２７のパラメーター設定時の比較用モデルである積層蛍光板の相関曲線とを比較することで行った。
【０１２７】
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。
【０１２８】
ここで、図５Ａ，Ｂに示したように、蛍光板の散乱が強いと、後方散乱される反射励起光が増えて、蛍光変換され難くなる。また、蛍光板の散乱が弱いと、蛍光板内で発生した蛍光を外に取り出しにくくなり、蛍光板内を全反射により導光するため、にじみ量が大きくなる。
【０１２９】
本実施形態では、第１蛍光板と第２蛍光板とを積層した積層蛍光板を基準として蛍光体層１２７のパラメーター設定を行った。この積層蛍光板において、第１蛍光板として光散乱性が弱く厚みの小さいものを用意し、第２蛍光板として光散乱性が強く厚みの大きいものを用いた。
【０１３０】
具体的に、第１蛍光板の厚みを０．０３mm、気孔量を０．８％、第２蛍光板の厚みを０．１５mm、気孔量を７％とした積層蛍光板を用いた。
【０１３１】
この積層蛍光板において、まず第２蛍光板のセリウムイオン濃度を０．５ｍｏｌ％（平均自由行程＝０．１７ｍｍ）に固定し、第１蛍光板のセリウムイオン濃度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１８、図１９に示す。
【０１３２】
図１８において、横軸は第１蛍光板のセリウムイオン濃度（単位：ｍｏｌ％）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。
また、図１９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。
【０１３３】
図１８に示すように、第１蛍光板のセリウムイオン濃度が高いほど、蛍光変換効率が増え、にじみ量が小さくなることが確認された。また、図１９に示すように、セリウムイオン濃度が最大となる３ｍｏｌ％のところで、第一実施形態の単層積層板の最大改善量８．３％（図１３参照）を上回る１０．８％の改善量を得た。また、セリウムイオン濃度を１．５ｍｏｌ％に下げても、８．７％の改善量を得た。
【０１３４】
続いて、第１蛍光板のセリウムイオン濃度を１．５ｍｏｌ％（平均自由行程＝０．０５７ｍｍ）に固定し、上記積層蛍光板において第２蛍光板のセリウムイオン濃度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２０、図２１に示す。
【０１３５】
図２０において、横軸は第１蛍光板のセリウムイオン濃度（単位：ｍｏｌ％）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。
また、図２１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。
【０１３６】
図２０、図２１に示すように、第２蛍光板のセリウムイオン濃度は高いほど良いが、改善量の差はわずかであるため、第２蛍光板のセリウムイオン濃度を低くしても問題無いことが確認された。
【０１３７】
ここで、セリウムイオン濃度を高くするには濃度消光を抑えるため、高温焼成が必要となる。しかしながら、高温焼成すると気孔量が減る傾向がある。一方、気孔量を増やすには低温焼成が必要となるため、セリウムイオン濃度は低くなる。そこで、上記傾向を積極的に利用し、第２蛍光板のセリウムイオン濃度を７％の気孔量を得やすい０．５ｍｏｌ％まで低くしたとしても改善量８．７％を実現できることが確認された。
【０１３８】
続いて、第１蛍光板及び第２蛍光板のセリウムイオン濃度を独立に変化させたときの改善量を測定した結果を図２２に示す。
【０１３９】
図２２において、横軸は第１蛍光板のセリウムイオン濃度（単位：ｍｏｌ％）を示し、右側縦軸は第２蛍光板のセリウムイオン濃度（単位：ｍｏｌ％）を示す。また、図２２は、改善量４％から５％の範囲、改善量５％から６％の範囲、改善量６％から７％の範囲、改善量７％から８％の範囲、改善量８％から９％の範囲、改善量９％から１０％の範囲、改善量１０％から１１％の範囲をそれぞれ示した。
【０１４０】
図２２に示されるように、改善量は第１蛍光板のセリウムイオン濃度が高いほど大きいが、第２蛍光板のセリウムイオン濃度の厚みの変化に対しては比較的鈍感である。
【０１４１】
以上述べた結果に基づき、本実施形態の蛍光体層１２７は、上述のように、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し、第１平均自由行程を第２平均工程よりも短くした構成を採用している。また、本実施形態の蛍光体層１２７は、上述のように、第１蛍光体層４１のセリウムイオン濃度が第２蛍光体層４２のセリウムイオン濃度より高い、構成を採用している。
【０１４２】
本実施形態の蛍光体層１２７において、第１蛍光体層４１内で発光し、光入射面側に向かった蛍光Ｙはそのまま蛍光体層１２７の外部に射出されるため、にじみを生じさせ難い。本実施形態の蛍光体層１２７によれば、第１平均自由行程を第２平均工程よりも短くすることで第１蛍光体層４１のセリウムイオン濃度を相対的に高くしたため、にじみを低減しつつ蛍光を高効率で生成することができる。
【０１４３】
一方、光入射面と反対に位置する第２蛍光体層４２内で生成された蛍光Ｙは第１蛍光体層４１を介して外部に射出される。第２蛍光体層４２で生成された蛍光Ｙは第１蛍光体層４１内を伝播することで、にじみが大きくなるおそれがある。これに対し、本実施形態の蛍光体層１２７によれば、第２蛍光体層４２のセリウムイオン濃度を相対的に低くし、蛍光生成量自体を少なくすることで、にじみの発生を低減できる。
【０１４４】
また、本実施形態の蛍光体層１２７は、上述のように、第１蛍光体層４１に含まれる気孔量を第２領域に含まれる気孔の体積量よりも少なくすることで、第１蛍光体層４１の散乱性を弱くしている。これにより、第１蛍光体層４１における励起光の反射が低減されるので、第１蛍光体層４１の内部に励起光を効率良く入射させることができる。よって、第１蛍光体層４１内において蛍光を効率良く生成することができる。
【０１４５】
一方、蛍光体層１２７の深い位置にある第２蛍光体層４２の散乱性を強くすることで、第２蛍光体層４２で生成された蛍光Ｙを効率良く蛍光体層１２７の外側に取り出すようにしている。なお、第２蛍光体層４２内で生成された蛍光Ｙは第１蛍光体層４１を介して外部に射出される。第１蛍光体層４１の厚みが大きい場合、第２蛍光体層４２で生成された蛍光Ｙが散乱性の低い第１蛍光体層４１内で全反射によって伝播することで、にじみが大きくなるおそれがある。本実施形態の蛍光体層１２７によれば、上述のように第１蛍光体層４１の厚みを薄くすることで、第１蛍光体層４１を透過することによる蛍光のにじみを低減することができる。
さらに、本実施形態の蛍光体層１２７によれば、第２蛍光体層４２のセリウムイオン濃度を相対的に低くすることで、第２蛍光体層４２内での蛍光生成量自体を少なくすることで、にじみを低減できる。
【０１４６】
以上述べたように、本実施形態の蛍光体層１２７によれば、第一実施形態の構成に比べ、セリウムイオン濃度をそれほど高くすることなく、にじみ量を抑えつつ高効率に蛍光を生成することができる。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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】
【０１４９】
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、２０…第１光源、２５…蛍光体ホイール、２７，１２７…蛍光体層、２７ａ…第１面、２７ｂ…第２面、４１…第１蛍光体層、４２…第２蛍光体層、Ｄ１…第１の方向、Ｋ…気孔。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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