(57)【要約】【課題】本発明は、エテンデューを増加させることなく、光の取り出し効率を向上させた光源装置を提供する。また、光の取り出し効率を向上させた光源装置をプロジェクターに適用することにより、投入電力に対する光の利用効率の高いプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、励起光源、光入射面及び光射出面を有する波長変換層、反射部材及びピックアップ光学系を備え、光射出面は、ピックアップ光学系の光軸に対して傾きを有する第１光射出面と、第１光射出面に対して傾きを有する第２光射出面とを少なくとも有し、反射部材は、ピックアップ光学系の光軸に沿った反射面を有するとともにピックアップ光学系側の端部が光射出面よりピックアップ光学系側に延出しており、前記ピックアップ光学系の光軸に交差する平面上であって、前記反射部材の前記端部を含む平面上に、前記ピックアップ光学系の焦点が形成されている。【選択図】図３
2018132594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を射出する励起光源と、
前記励起光が入射する光入射面と、前記励起光を波長変換した蛍光光を少なくとも射出する光射出面と、を有する波長変換層と、
前記光射出面から射出された光を反射する反射部材と、
前記波長変換層から射出された前記蛍光光を平行化するピックアップ光学系と、を備え、
前記光射出面は、前記ピックアップ光学系の光軸に対して傾きを有する第１光射出面と、前記第１光射出面に対して傾きを有する第２光射出面と、を少なくとも有し、
前記反射部材は、前記ピックアップ光学系の光軸に沿った反射面を有するとともに、前記ピックアップ光学系側の端部が前記光射出面より前記ピックアップ光学系側に延出しており、
前記ピックアップ光学系の光軸に交差する平面上であって、前記反射部材の前記端部を含む平面上に、前記ピックアップ光学系の焦点が形成されている、光源装置。
【請求項２】
前記ピックアップ光学系の光軸に交差する方向において前記反射部材の前記波長変換層とは反対側に放熱部材が設けられており、
前記波長変換層は、前記光入射面と前記光射出面とを接続する接続面を有し、
前記反射部材の反射面は、少なくとも一部が前記接続面に接して設けられている、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記励起光源と前記波長変換層との間に、前記光入射面に当接して設けられる透光性部材を備える、
請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１光射出面及び前記第２光射出面のうちいずれか一方が前記光軸に交差している、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１光射出面及び前記第２光射出面のうちいずれか他方が前記光軸に沿っている、請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記波長変換層は、前記第１光射出面及び前記第２光射出面のうち少なくともいずれか一方に対して傾きを有する第３光射出面を有する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第３光射出面は、前記ピックアップ光学系の光軸に交差し、前記光入射面に対向するとともに前記反射部材の前記端部を含む前記平面と一致する、
請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項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、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（例えば、特許文献１，２）。
特許文献１には、カラーホイールを使用することなく、蛍光体の使用量を少なく抑えることができるとともに、回転機構などの複雑な装置を設けずに装置の小型化を図ることのできる光源装置が開示されている。
特許文献２には、透明部材から構成されるホイール基板に蛍光体層を設け、蛍光体層の第１の側面と第２の側面との距離を励起光の入射面から蛍光の射出面に向かって大きくした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６９０４９号公報
【特許文献２】特開２０１２−９８４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザーを励起光として、波長変換層（蛍光体）により蛍光光を得て、少なくとも当該蛍光光を光源として用いるプロジェクターの場合、波長変換層の発光面積を大きくすれば光源からの光量（蛍光光の光量）を上げることはできるが、光源のエテンデューが大きくなってしまう。
【０００５】
上述したことから、特許文献２に記載された発明を特許文献１に記載された発明に適用した場合、発光エリアの面積（発光面積）が大きくなるが、エテンデューも増加してしまい、光源装置の後段に設けられた光学系における効率が悪化してしまう恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、エテンデューを増加させずに、波長変換素子からの光の取り出し効率を向上させた光源装置を提供することを目的の一つとしている。また、波長変換層からの光の取り出し効率を向上させた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している。
【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、前記励起光が入射する光入射面と、前記励起光を波長変換した蛍光光を少なくとも射出する光射出面と、を有する波長変換層と、前記光射出面から射出された光を反射する反射部材と、前記波長変換層から射出された前記蛍光光を平行化するピックアップ光学系と、を備え、前記光射出面は、前記ピックアップ光学系の光軸に対して傾きを有する第１光射出面と、前記第１光射出面に対して傾きを有する第２光射出面と、を少なくとも有し、前記反射部材は、前記ピックアップ光学系の光軸に沿った反射面を有するとともに、前記ピックアップ光学系側の端部が前記光射出面より前記ピックアップ光学系側に延出しており、前記ピックアップ光学系の光軸に交差する平面上であって、前記反射部材の前記端部を含む平面上に、前記ピックアップ光学系の焦点が形成されている。
【０００８】
この構成によれば、反射部材の端部を含む平面上にピックアップ光学系の焦点が形成されていることから、その平面上に形成された二次光源像が、光射出面の面積を光入射面の面積よりも大きくした場合であっても、光入射面よりも大きくなることがない。すなわち、ピックアップ光学系から見たときの二次光源サイズが、光射出面を拡大していないときと同じで変化しないため、エテンデューが増加することもない。よって、本実施形態によれば、エテンデューを増加させずに波長変換層の光射出面を拡大し、波長変換素子からの光の取り出し効率を改善することができる。また、反射部材の端部を、波長変換層の光射出面よりもピックアップ光学系側へ突出させてライトトンネル構造としたことにより、後段のピックアップ光学系における光の利用効率が改善される。
【０００９】
本発明の一態様における光源装置において、前記ピックアップ光学系の光軸に交差する方向において前記反射部材の前記波長変換層とは反対側に放熱部材が設けられており、前記波長変換層は、前記光入射面と前記光射出面とを接続する接続面を有し、前記反射部材の反射面は、少なくとも一部が前記接続面に接して設けられている構成としてもよい。
【００１０】
この構成によれば、波長変換層の接続面が反射部材に接して設けられているので、波長変換層において生じた熱を効率よく放熱させることができ、波長変換層の変換効率が低下するのを抑制することができる。
【００１１】
本発明の一態様における光源装置において、前記励起光源と前記波長変換層との間に、前記光入射面に当接して設けられる透光性部材を備える構成としてもよい。
【００１２】
この構成によれば、波長変換層において生じた熱を透光性部材を介して効率良く放熱させることができ、波長変換層の変換効率が低下するのを抑制することができる。
【００１３】
本発明の一態様における光源装置において、前記第１光射出面及び前記第２光射出面のうちいずれか一方が前記光軸に交差している構成としてもよい。
【００１４】
この構成によれば、光軸に交差する光射出面はピックアップ光学系に対向することになり、射出された光はピックアップ光学系に向かって射出される。このため、当該光射出面から射出された光をピックアップ光学系に直接入射させることができる。光軸に対して傾きを有する射出面から射出された光は、反射部材において反射されたのちにピックアップ光学系側へ向かって射出されて、ピックアップ光学系へ入射する。
【００１５】
本発明の一態様における光源装置において、前記第１光射出面及び前記第２光射出面のうちいずれか他方が前記光軸に沿っている構成としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、第２射出面から射出された光を反射部材（反射面）において波長変換層に再入射させることができるので、エテンデューを増加させずに、光射出面の面積を拡大し、波長変換層からの光の取り出す効率を改善することができる。
【００１７】
本発明の一態様における光源装置において、前記波長変換層は、前記第１光射出面及び前記第２光射出面のうち少なくともいずれか一方に対して傾きを有する第３光射出面を有する構成としてもよい。
【００１８】
この構成によれば、エテンデューを増加させずに光射出面の面積を拡大させることができ、波長変換層からの光の取り出し効率を改善することができる。
【００１９】
本発明の一態様における光源装置において、前記第３光射出面は、前記ピックアップ光学系の光軸に交差し、前記光入射面に対向するとともに前記反射部材の前記端部を含む前記平面と一致する構成としてもよい。
【００２０】
この構成によれば、エテンデューを増加させずに光射出面の面積を拡大させることができ、波長変換層からの光の取り出し効率を改善することができる。
【００２１】
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。
【００２２】
この構成によれば、波長変換素子からの光の取り出し効率を向上させた光源装置を備えたことにより、投入電力に対する光の利用効率の高いプロジェクターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態におけるプロジェクター１Ａ、第６実施形態におけるプロジェクター１Ｂを示す概略構成図。
【図２】第１実施形態における光源装置２Ａの概略構成を示す図。
【図３】第１実施形態における波長変換素子３０を照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図。
【図４】第１実施形態における波長変換素子３０から射出された光の光路を説明するための図。
【図５】第２実施形態における波長変換素子７０を照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図。
【図６】第２実施形態における波長変換素子７０から射出された光の光路を説明するための図。
【図７】第３実施形態における波長変換素子８０を照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図。
【図８】第１実施形態から第３実施形態における波長変換層の変形例を示す断面図。
【図９】第４実施形態における波長変換素子９０を照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図。
【図１０】第４実施形態における波長変換層の変形例１を示す断面図。
【図１１Ａ】第４実施形態における波長変換層の変形例２を示す断面図。
【図１１Ｂ】第４実施形態における波長変換層の変形例３を示す断面図。
【図１２】第５実施形態における波長変換素子１０１を照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図。
【図１３】第６実施形態における光源装置２Ｂの概略構成を示す図。
【図１４】比較例１の波長変換層２０２の構成を示す図。
【図１５】比較例２の波長変換層２０３の構成を示す図。
【図１６】比較例３の波長変換層２０４の構成を示す図。
【図１７】比較例４の波長変換層２０５の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
［第１実施形態のプロジェクター］
本実施形態のプロジェクター１Ａは、光変調装置として、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。なお、光変調装置として、反射型液晶ライドバルブを用いることもできる。また、光変調装置として、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。
図１は、第１実施形態におけるプロジェクター１Ａを示す概略構成図である。
【００２６】
図１に示すように、プロジェクター１Ａ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を射出する。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。
【００２７】
図２に示すように、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Ｂのうち、波長変換されずに射出される青色の励起光Ｂの一部と、波長変換素子３０による励起光の波長変換によって生じる黄色の蛍光光Ｙ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。
【００２８】
図１に示すように、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（光源装置）
次に、第１実施形態の光源装置２Ａの構成について説明する。
【００３７】
図２は、第１実施形態における光源装置２Ａの概略構成を示す図である。
図２に示すように、光源装置２Ａ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、集光光学系２０と、波長変換素子３０と、ピックアップ光学系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。
【００３８】
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。また、励起光源１１０としては、半導体レーザーダイオードに限らずＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることもできる。
【００３９】
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。
【００４０】
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および第２マルチレンズアレイ１２ｂの複数のレンズから射出された複数の小光束を、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。
【００４１】
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。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３０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３０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。
【００４２】
ピックアップ光学系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。ピックアップ光学系６０は、波長変換素子３０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。
【００４３】
第１レンズアレイ１２０は、ピックアップ光学系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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（波長変換素子）
次に、第１実施形態における波長変換素子の構成について説明する。
図３は、第１実施形態における波長変換素子３０を、図２の照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図である。図４は、第１実施形態における波長変換素子３０から射出された光の光路を説明するための図である。
【００４８】
図３に示すように、波長変換素子３０は、支持部材（放熱部材）３１と、透光性部材３３と、反射膜（反射部材）３５と、波長変換層３２とを主に備えている。
【００４９】
支持部材３１は、矩形の板材で構成され、板厚方向で互いに対向する第１の面３１ａと第２の面３１ｂとを有している。ピックアップ光学系６０は、支持部材３１の第２の面３１ｂ側に設けられている。支持部材３１には、第１の面３１ａと第２の面３１ｂとの間で厚さ方向を貫通する孔３１ｈが設けられている。第１の面３１ａの法線方向から見たとき、孔３１ｈの形状は矩形である。
【００５０】
支持部材３１は、ガラス、石英等の透光性を有する材料で構成されていてもよいし、金属等の透光性を有しない材料で構成されていてもよい。金属材料の場合、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属が用いられることが望ましい。
【００５１】
波長変換層３２は、支持部材３１の孔３１ｈの内部に設けられて支持されている。波長変換層３２の光射出面３２ｂの法線方向から見たとき、波長変換層３２の形状は矩形である。波長変換層３２は、青色の励起光Ｂを黄色の蛍光光Ｙに変換して射出する蛍光体粒子（図示略）を含む。
【００５２】
波長変換層３２は、励起光源１１０から射出された励起光Ｂが入射するとともに励起光Ｂの光軸に交差する光入射面３２ａと、光入射面３２ａに対向する光射出面３２ｂと、光入射面３２ａと光射出面３２ｂとを接続する接続面３２ｃとを有する。接続面３２ｃは、支持部材３１の孔３１ｈの内周面３１ｅに設けられた反射膜３５に接触している。光入射面３２ａは、支持部材３１の第１の面３１ａと同一平面上に位置し、光射出面３２ｂは、支持部材３１の第２の面３１ｂよりも第１の面３１ａ側であって孔３１ｈ内に位置する。
【００５３】
図４に示すように、波長変換層３２は、波長変換層３２の光軸方向長さＬ１が反射膜３５の光軸方向長さＬ２よりも短く設定されており、支持部材３１の孔３１ｈ内に後述の反射膜３５が露出する寸法に設定されている。
【００５４】
本実施形態の光射出面３２ｂは、光入射面３２ａに対して傾きを有するとともにピックアップ光学系６０の光軸に対して傾きを有する第１光射出面３２ｂ１と、第１光射出面３２ｂ１に対して傾きを有する第２光射出面３２ｂ２と、を有している。具体的に、第２光射出面３２ｂ２は、光入射面３２ａに対向するとともにピックアップ光学系６０の光軸に交差する。第１光射出面３２ｂ１は、ピックアップ光学系６０側へ行くにしたがって反射膜３５から離れる方向へ傾斜する面である。凸状の屈曲面からなる光射出面３２ｂの面積は、波長変換層３２の光入射面３２ａの面積よりも大きい。
【００５５】
本実施形態では、波長変換層３２が配置された孔３１ｈの深さ方向中央位置（支持部材３１の板厚方向の中央位置）を基準位置Ｍとする（図３参照）と、光射出面３２ｂ（第１光射出面３２ｂ１及び第２光射出面３２ｂ２）は、反射膜３５の光射出面３２ｂ側またはピックアップ光学系６０側の端面３５ｂよりも光入射面３２ａ側であって基準位置Ｍよりも反射膜３５の端面３５ｂ側に位置している。
【００５６】
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３２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３２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。
【００５７】
波長変換層３２の光入射面３２ａ上には、ダイクロイック膜３４Ａが設けられている。
ダイクロイック膜３４Ａは、図２に示した励起光源１１０から射出された青色の励起光Ｂを透過し、波長変換層３２で生成された黄色の蛍光光Ｙを反射する特性を有する。
【００５８】
反射膜３５は、支持部材３１の孔３１ｈの内周面３１ｅに設けられ、支持部材３１と波長変換層３２との間に存在する。すなわち、孔３１ｈの内周面３１ｅと波長変換層３２の接続面３２ｃとの間に設けられている。反射膜３５は、ピックアップ光学系６０の光軸に沿った反射面３５ｅを有している。孔３１ｈの内周面３１ｅは、ピックアップ光学系６０の光軸に沿っていることから、当該内周面３１ｅ上に成膜される反射膜３５の反射面３５ｅもピックアップ光学系６０の光軸に沿ったものとなる。
【００５９】
反射膜３５は、ピックアップ光学系６０側の端面（端部）３５ｂが、波長変換層３２の光射出面３２ｂよりもピックアップ光学系６０側へ延出している。反射膜３５の端面３５ｂは、ピックアップ光学系６０の光軸に交差し、支持部材３１の第２の面３１ｂと一致している。本実施形態においては、ピックアップ光学系６０の光軸周りに存在する端面３５ｂの全体が、支持部材３１の第２の面３１ｂと一致している。
【００６０】
反射膜３５は、波長変換層３２における光射出面３２ｂから射出された光（波長変換層３２を透過した励起光Ｂ及び波長変換層３２で生成された蛍光光Ｙ）を反射させる。反射膜３５には、アルミニウム、銀等の光反射率の高い金属材料が用いられることが望ましい。
【００６１】
透光性部材３３は、波長変換層３２の光入射面３２ａ、具体的には、光入射面３２ａ上に設けられたダイクロイック膜３４Ａに対向して設けられ、接合部材３６を介して支持部材３１の第１の面３１ａ側に固定されている。本実施形態の透光性部材３３は、熱伝導性の高いサファイアからなり、断面視半球形状を呈す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（曲面）３３ｄと、を有している。透光性部材３３の平坦面３３ｆは、ダイクロイック膜３４Ａを介して波長変換層３２の光入射面３２ａと対向している。透光性部材３３の凸面３３ｄは、励起光源１１０からの励起光Ｂの進行方向と反対方向に突出する曲面である。
【００６２】
透光性部材３３の平坦面３３ｆ上には、反射防止膜３４Ｃが設けられている。
反射防止膜３４Ｃは、励起光Ｂの反射を抑制する特性を有し、透光性部材３３の平坦面３３ｆに成膜することで励起光Ｂの透過効率が向上する。
【００６３】
透光性部材３３と支持部材３１との間には、接合部材３６が設けられている。
具体的に、接合部材３６は、透光性部材３３上に設けられた反射防止膜３４Ｃと、支持部材３１の第１の面３１ａとの間に配置され、透光性部材３３を支持部材３１に接合している。接合部材３６としては、透光性、不透光性を問わず、高い熱伝導率を有するものが好ましい。例えば、半田、熱伝導シート等が挙げられる。
【００６４】
図４に示すように、波長変換層３２から射出された蛍光光Ｙのうち、第２光射出面３２ｂ２から射出された光はそのままピックアップ光学系６０へ向かって進行するが、光軸に傾斜する第１光射出面３２ｂ１から射出された光は反射膜３５（反射面３５ｅ）において反射され、他の射出光と同様にピックアップ光学系６０に入射する。
【００６５】
上述したように、本実施形態の構成では、波長変換層３２における光射出面３２ｂが基準面（平面）Ｎからピックアップ光学系６０側へ突出していない。ライトトンネル構造により、光射出面３２ｂからの射出光のうち、ピックアップ光学系６０の光軸に沿わない光（ピックアップ光学系６０の光軸に対して傾きを有する光）を、反射膜３５（反射面３５ｅ）においてピックアップ光学系６０側へ向けて全反射させて射出させることができる。
【００６６】
また、本実施形態の波長変換素子３０は、励起光源１１０から射出される励起光量が同じ場合と比較して、波長変換層３２における光射出面３２ｂの面積を第１光射出面３２ｂ１および第２光射出面３２ｂ２を設けることにより増加させたことで射出光の光量を増加させている。すなわち、波長変換層３２における発光面積を増加させることにより、波長変換素子３０から射出される射出光の光量を増加させている。
このように、波長変換層３２からの射出光の光量を増加させる手段として発光面積を増やすことが考えられる。
【００６７】
次に、本実施形態の波長変換素子に対する比較例として、発光面積を増加させた構成についていくつか述べる。また、説明に用いる各図面において、図１〜図４と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【００６８】
（比較例１）
図１４は、比較例１の波長変換層２０２の構成を示す図である。
図１４に示すように、単に、波長変換層２０２の発光面積（光射出面２０２ｂの面積）を光入射面２０２ａに対して拡大した構成にすると、エテンデューが増加してしまい、後段のピックアップ光学系６０において、光の利用効率が低下してしまう恐れがある。
【００６９】
（比較例２）
図１５は、比較例２の波長変換層２０３の構成を示す図である。
また、図１５に示すように、波長変換層２０３の光射出面２０３ｂが基準面Ｎから突出した構成の場合は、光入射面２０３ａと光射出面２０３ｂとを接続する接続面（側面）２０３ｃから射出された光（図２の光源装置２Ａのピックアップ光学系６０の光軸に交差する方向へ向かう光）を後段のピックアップ光学系６０において利用することができない。光射出面２０３ｂだけでなく接続面２０３ｃにおいてもランバート発光することから、ピックアップ光学系６０に入射しない光が増えて光の利用効率が低下してしまう。
【００７０】
（比較例３）
図１６は、比較例３の波長変換層２０４の構成を示す図である。
図１６に示すように、光入射面２０４ａと光射出面２０４ｂとを接続する接続面（側面）２０４ｃが基準面Ｎから突出しない構成であっても、波長変換層２０４の光射出面２０４ｂのうち一部でも基準面Ｎから突出すると、光射出面２０４ｂのうち、図２の光源装置２Ａのピックアップ光学系６０の光軸に沿う方向の第１光出射面２０４ｂ１から射出された光（ピックアップ光学系６０の光軸に交差する方向へ向かう光）を後段のピックアップ光学系６０において利用することができない。よって、ピックアップ光学系６０に入射しない光が増えて光の利用効率が低下してしまう。
【００７１】
（比較例４）
図１７は、比較例４の波長変換層２０５の構成を示す図である。
図１７に示すように、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑが、基準面Ｎよりも波長変換層２０５の光入射面２０５ａ側に位置している場合、反射膜３５において反射された射出光は、ピックアップ光学系６０側から見たときに、図中の仮想射出位置ｇから射出された光とみなされる。仮想射出位置ｇは、ピックアップ光学系６０の光軸に交差する方向において、波長変換層２０５の幅方向外側に位置する。そのため、ピックアップ光学系６０側から見たときの二次光源像のサイズが大きくなってしまう。
表示パネルに集光できる明るさは、光源の発光面積と放射角との積の値（エテンデュー：Etendue）によって規制される。そのため、光源の発光面積と放射角との積の値が、表示パネルに対する光の入射角度と入射面積との積の値よりも小さければ、光源からの射出光を有効に利用することができない。
比較例４の構成では、発光面積（光射出面２０５ｂの面積）を拡大できるものの、エテンデューが増加してしまうため、後段のピックアップ光学系６０において波長変換層２０５からの射出光を有効に利用することができない。
【００７２】
一方、本実施形態の波長変換素子３０では、支持部材３１の孔３１ｈ内に波長変換層３２が埋め込まれており、内周面３１ｅに反射膜３５を有した孔３１ｈの一部が中空とされた、いわゆるライトトンネル１４とされている。反射膜３５の端面３５ｂに沿う基準面Ｎから、波長変換層３２の光射出面３２ｂがピックアップ光学系６０側へ突出していないため、光射出面３２ｂから射出された光のうちピックアップ光学系６０側へ直接向かわない光は、反射膜３５に入射して全反射され、ピックアップ光学系６０へ向かって射出される。
【００７３】
このような波長変換素子３０を備える光源装置２Ａでは、図３に示すように、ピックアップ光学系６０の光軸上であって反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎ上に、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成されている。ピックアップ光学系６０の焦点Ｑが基準面Ｎ上に形成されており、これによって、波長変換層３２から射出されて反射膜３５において反射された光が、基準面Ｎに沿うライトトンネル１４の出口から射出されたものとみなすことができる。このとき、基準面Ｎに沿うライトトンネル１４の出口を波長変換素子３０の発光面とすることができる。これにより、ピックアップ光学系６０側から見たときに、ライトトンネル１４の出口に当該出口の開口面積と同じ光源サイズの二次光源像が形成される。すなわち、ライトトンネル１４の出口に、光入射面３２ａの面積と同じ光源サイズの二次光源像が形成される。
【００７４】
本実施形態では、波長変換素子３０における二次光源像の大きさが、光射出面を拡大していない場合（光射出面と光入射面との面積が等しい構成の場合）と同じで変化しないため、エテンデューが増加することもない。そのため、波長変換層３２における発光面積（光射出面３２ｂの面積）を光入射面３２ａよりも増やした構成であっても、励起光源１１０から射出される励起光量を変えずに、波長変換素子３０における射出光の光量を増加させるとともに、エテンデューを増加させることなく、光の取り出し効率を改善することが可能である。
【００７５】
このように、本実施形態の構成によれば、エテンデューを増加させることなく、波長変換素子３０から射出される光量を増やすことが可能であり、後段に設けられた光源系（例えば、図２の光源装置２Ａにおけるピックアップ光学系６０）における光の利用効率を向上させることができる。よって、投入電力に対する光の利用効率の高い光源装置２Ａを得ることができる。さらに、この光源装置２Ａをプロジェクターに適用することにより、投入電力に対する光の利用効率の高いプロジェクターを提供できる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、波長変換素子３０における放熱性も良好である。具体的には、反射膜３５が波長変換層３２の接続面３２ｃに沿って設けられるとともに、反射膜３５は接続面３２ｃに接している。波長変換層３２において生じた熱は、反射膜３５を通じて支持部材３１へと伝わり、支持部材３１において放熱される。そのため、波長変換層３２において生じた熱を支持部材３１から効果的に放熱させることが可能となる。
【００７７】
また、本実施形態では、透光性部材３３が波長変換層３２の光入射面３２ａ側に当接した状態で設けられている。このため、波長変換層３２における接続面３２ｃが、光入射面３２ａと相対的に小さい場合であっても、波長変換層３２において生じた熱を光入射面３２ａ側から透光性部材３３へと伝熱させることができ、透光性部材３３において放熱することが可能となる。これにより、波長変換層３２における変換効率が低下するのを抑制することができる。
【００７８】
［第２実施形態の波長変換素子］
次に、第２実施形態における波長変換素子の構成について説明する。
図５は、第２実施形態における波長変換素子７０を、図２の照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図である。図６は、第２実施形態における波長変換素子から射出された光の光路を説明するための図である。
【００７９】
図５に示すように、波長変換素子７０は、第１実施形態の波長変換層３２と比べると、光軸方向（図２の照明光軸１００ａｘに沿う方向）の厚みが薄い波長変換層７２を備えている。
本実施形態の波長変換層７２は、第１実施形態の波長変換層３２に対して、入射した励起光Ｂを蛍光光Ｙに変換する機能は同じである。
【００８０】
波長変換層７２は、励起光Ｂが入射するとともに励起光Ｂの光軸（または照明光軸１００ａｘ）に交差する光入射面７２ａと、光入射面７２ａに対向する光射出面７２ｂと、光入射面７２ａと光射出面７２ｂとを接続する接続面７２ｃとを有する。接続面７２ｃは、支持部材３１の孔３１ｈの内周面３１ｅに設けられた反射膜３５に接触している。光入射面７２ａは、支持部材３１の第１の面３１ａと同一平面上に位置する。
【００８１】
本実施形態の光射出面７２ｂは、光入射面７２ａに対して傾きを有するとともにピックアップ光学系６０の光軸（または照明光軸１００ａｘ）に対して傾きを有する第１光射出面７２ｂ１と、第１光射出面７２ｂ１に対して傾きを有する第２光射出面７２ｂ２と、を有している。具体的に、第２光射出面７２ｂ２は、光入射面７２ａに対向するとともにピックアップ光学系６０の光軸に交差する。第１光射出面７２ｂ１は、ピックアップ光学系６０側へ行くにしたがって反射膜３５から離れる方向へ傾斜する面である。凸状の屈曲面からなる光射出面７２ｂの面積は、波長変換層７２の光入射面７２ａの面積よりも大きい。
【００８２】
本実施形態では、波長変換層７２が配置された孔３１ｈの深さ方向中央位置（支持部材３１の板厚方向の中央位置）を基準位置Ｍとすると、光射出面７２ｂ（第１光射出面７２ｂ１及び第２光射出面７２ｂ２）は、基準位置Ｍよりも光入射面７２ａ側に位置している。
【００８３】
波長変換層７２の光入射面７２ａには、励起光Ｂを透過させるとともに黄色光Ｙを反射させるダイクロイック膜３４Ａが設けられている。
【００８４】
このような波長変換素子７０を備える光源装置２Ａでは、波長変換素子７０の中心光軸上であって反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎに、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成されている。
【００８５】
本実施形態の波長変換素子７０においても、支持部材３１の孔３１ｈ内に、基準位置Ｍ（孔３１ｈの深さ方向中央位置または支持部材３１の板厚方向の中央位置）に波長変換層７２が埋め込まれており、内周面３１ｅに反射膜３５を有する孔３１ｈの一部が中空とされた、いわゆるライトトンネル構造とされている。このように、孔３１ｈ内に露出する（波長変換層７２の接続面７２ｃと当接しない）反射膜３５で反射される。
【００８６】
図５及び図６に示すように、波長変換層７２の第１光射出面７２ｂ１から射出された光は、その殆どが反射膜３５において反射され、ピックアップ光学系６０へ向かって進行する。また、第２光射出面３２ｂ２から射出された光は、そのままピックアップ光学系６０へ向かって進行する光と、反射膜３５において反射されてピックアップ光学系６０へ向かって進行する光が存在する。本実施形態では、波長変換層７２の厚みが薄いため、第２光射出面３２ｂ２から放射状に射出された光の一部が反射膜３５に入射し、反射されることになる。このように、本実施形態では、光射出面７２ｂから射出された蛍光光Ｙの多くが反射膜３５において反射されて、ピックアップ光学系６０へ向かって進行する。
【００８７】
本実施形態においても、エテンデューを増加させずに波長変換層７２における発光面積を拡大し、波長変換素子７０からの光の取り出し効率を改善することができる。また、本実施形態では、ライトトンネルが長いので、反射膜３５において反射される回数が増え、射出光の強度が孔３１ｈ（ライトトンネル１４）内において均一になる。
【００８８】
［第３実施形態の波長変換素子］
次に、本発明の第３実施形態の波長変換素子８０について説明する。
図７は、第３実施形態における波長変換素子８０を、図２の照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図である。
図７に示すように、波長変換素子８０は、第１実施形態の波長変換層３２と比べると、光軸方向（図２の照明光軸１００ａｘに沿う方向）の厚みが厚い波長変換層８２を備えている。
【００８９】
波長変換層８２は、励起光Ｂが入射するとともに励起光Ｂの光軸（または照明光軸１００ａｘ）に交差する光入射面８２ａと、光入射面８２ａに対向する光射出面８２ｂと、光入射面８２ａと光射出面８２ｂとを接続する接続面８２ｃとを有する。接続面８２ｃは、支持部材３１の孔３１ｈの内周面３１ｅに設けられた反射膜３５に接触している。光入射面８２ａは、支持部材３１の第１の面３１ａと同一平面上に位置する。
【００９０】
本実施形態の光射出面８２ｂは、光入射面８２ａに対して傾きを有するとともにピックアップ光学系６０の光軸（または照明光軸１００ａｘ）に対して傾きを有する第１光射出面８２ｂ１と、第１光射出面８２ｂ１に対して傾きを有する第２光射出面８２ｂ２と、を有している。具体的に、第２光射出面８２ｂ２は、光入射面８２ａに対向するとともにピックアップ光学系６０の光軸に交差する。第１光射出面８２ｂ１は、ピックアップ光学系６０側へ行くにしたがって反射膜３５から離れる方向へ傾斜する面である。凸状の屈曲面からなる光射出面８２ｂの面積は、波長変換層８２の光入射面８２ａの面積よりも大きい。
【００９１】
本実施形態では、波長変換層８２が配置された孔３１ｈの深さ方向中央位置（支持部材３１の板厚方向の中央位置）を基準位置Ｍとすると、波長変換層８２の光射出面８２ｂ（第１光射出面８２ｂ１及び第２光射出面８２ｂ２）は、全体的に基準位置Ｍよりも反射膜３５の端面３５ｂ側に位置しており、光軸方向において、波長変換層８２の第２光射出面８２ｂ２の位置が反射膜３５の端面３５ｂと一致している。第２光射出面８２ｂ２は、反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎにも一致しており、この第２光射出面８２ｂ２上にピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成されている。
【００９２】
また、本実施形態では、第１光射出面８２ｂ１は、第２光射出面８２ｂ２に対して傾斜していることから、第１光射出面８２ｂ１と反射膜３５との間に形成される空間によって孔３１ｈ内が一部中空とされた、ライトトンネル構造となっている。そのため、波長変換層８２の第１光射出面８２ｂ１から射出された光のうち、ピックアップ光学系６０の光軸に対して特に放射角（発散角）の大きい光を反射膜３５において反射させて、ピックアップ光学系６０へ入射させることができる。
【００９３】
このように、本実施形態においても、エテンデューを増加させずに波長変換層８２における発光面積を拡大し、波長変換素子８０からの光の取り出し効率を改善することができる。
【００９４】
（変形例）
次に、第１実施形態から第３実施形態における波長変換層（厚さの異なる波長変換層）の変形例について説明する。
図８は、第１実施形態から第３実施形態における波長変換層の変形例を示す断面図である。
上述した第１実施形態〜第３実施形態においては、波長変換層３３２の光射出面３３２ｂがピックアップ光学系６０側に突出した凸形状となっていたが、この形状に限らず、例えば、図８に示すように、光射出面３３２ｂが光入射面３３２ａ側に凹んだ凹形状となっていてもよい。
【００９５】
波長変換層３３２は、励起光Ｂが入射するとともに励起光Ｂの光軸（または図２の照明光軸１００ａｘ）に交差する光入射面３３２ａと、光入射面３３２ａに対向する光射出面３３２ｂとを有する。なお、光入射面３３２ａは、図示しない支持部材３１の第１の面３１ａと同一平面上に位置していてもよい。
【００９６】
図８の光射出面３３２ｂは、光入射面３３２ａに対して傾きを有するとともに、図２のピックアップ光学系６０の光軸（または照明光軸１００ａｘ）に対して傾きを有する第１光射出面３３２ｂ１と、第１光射出面３３２ｂ１に対して傾きを有する第２光射出面３３２ｂ２と、を有している。具体的に、第２光射出面３３２ｂ２は、光入射面３３２ａに対向するとともに図２のピックアップ光学系６０の光軸に交差する。第１光射出面３３２ｂ１は、図２のピックアップ光学系６０側へ行くにしたがって、図示しない反射膜３５から離れる方向へ傾斜する面である。凹状の屈曲面からなる光射出面３３２ｂの面積は、波長変換層３３２の光入射面３３２ａの面積よりも大きい。
【００９７】
励起光Ｂの光軸（または図２の照明光軸１００ａｘ）上であって、図示しない反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面上に、図２のピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成されていれば、第１光射出面３３２ｂ１の第２光射出面３３２ｂ２と反対側の端部は、当該基準面上に一致してもよいし、当該基準面よりも光入射面３３２ａ側に形成されていてもよい。
図示しない反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面上に、図２のピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成されているので、エテンデューを増加させずに波長変換層３３２における光射出面３３２ｂの面積、すなわち、発光面積を拡大し、波長変換層３３２からの光の取り出し効率を改善することができる。
【００９８】
［第４実施形態の波長変換素子］
次に、本発明の第４実施形態の波長変換素子９０について説明する。
先の実施形態では、光射出面を構成する第１光射出面及び第２光射出面のうち、少なくとも第２光射出面がピックアップ光学系６０の光軸に交差する構成となっていたが、本実施形態では、光射出面を構成する第１光射出面及び第２光射出面のいずれにおいても、上記光軸に交差しておらず、上記光軸に対して傾斜した構成となっている。
【００９９】
図９は、第４実施形態における波長変換素子９０を、図２の照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図である。
図９に示すように、波長変換素子９０は、光入射面９２ａと、図２のピックアップ光学系６０の光軸に対して所定の角度で傾斜する第１光射出面９２ｂ１及び第２光射出面９２ｂ２からなる光射出面９２ｂと、これら光入射面９２ａと光射出面９２ｂとを接続する接続面９２ｃと、を有する波長変換層９２を備える。第１光射出面９２ｂ１及び第２光射出面９２ｂ２は、上記光軸に交差する方向において互いに相反する方向へ傾斜しており、頂部ｑが反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎと一致している。本実施形態においては、波長変換層９２の頂部ｑにピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成されている。
反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎ上に、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成されているので、エテンデューを増加させずに波長変換層９２における光射出面９２ｂの面積、すなわち、発光面積を拡大し、波長変換層９２からの光の取り出し効率を改善することができる。
【０１００】
（変形例１）
次に、第４実施形態における変形例１の波長変換層９３の構成について説明する。
図１０は、第４実施形態における変形例１の波長変換層９３の構成を示す断面図である。
上述した実施形態の波長変換層９２は、図９に示したように、光射出面９２ｂの頂部ｑがピックアップ光学系６０側に突出した凸形状となっているが、これに限らず、図１０に示すように、第１光射出面９３ｂ１及び第２光射出面９３ｂ２からなる光射出面９３ｂが光入射面側に凹んだ凹形状の波長変換層９３としてもよい。
本例では、光射出面９３ｂ（第１光射出面９３ｂ１及び第２光射出面９３ｂ２）が反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎと一致しないように、波長変換層９３を孔３１ｈ内に配置する。このようにすることで、光射出面９３ｂから射出された光のうち、ピックアップ光学系６０の光軸に交差する方向へ向かう光を低減することができ、後段のピックアップ光学系６０において利用することができない光を低減することができる。よって、ピックアップ光学系６０に入射しない光が増えて光の利用効率が低下することを抑制することができる。
【０１０１】
（変形例２）
次に、第４実施形態における変形例２の波長変換層９４の構成について説明する。
図１１Ａは、第４実施形態における変形例２の波長変換層９４を備えた波長変換素子を示す断面図である。
上述した実施形態の波長変換層９２は、図９に示したように、光射出面９２ｂを構成する第１光射出面９２ｂ１及び第２光射出面９２ｂ２がともに平面をなすが、これに限らず、図１１Ａに示すように、第１光射出面９４ｂ１及び第２光射出面９４ｂ２がともに凹曲面をなす光射出面９４ｂを有した波長変換層９４としてもよい。ここでは、光射出面９４ｂ（第１光射出面９４ｂ１及び第２光射出面９４ｂ２）が反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎと一致しないように、波長変換層９４を孔３１ｈ内に配置する。このようにすることで、光射出面９４ｂから射出された光のうち、ピックアップ光学系６０の光軸に交差する方向へ向かう光を低減することができ、後段のピックアップ光学系６０において利用することができない光を低減することができる。よって、ピックアップ光学系６０に入射しない光が増えて光の利用効率が低下することを抑制することができる。
【０１０２】
本例では、図１１Ａに示すように、曲面をなす光射出面９４ｂが光入射面９４ａ側に凹んだ形状としている。光射出面９４ｂを光入射面９４ａ側に凹ませた曲面とすることで、光射出面９４ｂから射出された光が反射膜３５においてピックアップ光学系６０へ向かって反射されて、ピックアップ光学系６０へ入射する。
【０１０３】
（変形例３）
次に、第４実施形態における変形例３の波長変換層９４の構成について説明する。
図１１Ｂは、第４実施形態における変形例３の波長変換層９５を備えた波長変換素子を示す断面図である。
図１１Ｂに示すように、第１光射出面９５ｂ１及び第２光射出面９５ｂ２が凸曲面をなす光射出面９５ｂを有した波長変換層９５としてもよい。
【０１０４】
本例では、図１１Ｂに示すように、曲面をなす光射出面９５ｂが光入射面９５ａ側に凹んだ形状としている。この場合は、光射出面９５ｂから射出された射出光のうち、周辺光が反射膜３５においてピックアップ光学系６０へ向かって反射されるように、波長変換層９５の寸法（光軸方向における光射出面９５ｂの位置）を設定するようにする。ここでは、光射出面９５ｂの頂部ｑ（第１光射出面９５ｂ１及び第２光射出面９５ｂ２の境界部分）が反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎと一致しないように、波長変換層９５を孔３１ｈ内に配置する。このようにすることで、光射出面９５ｂから射出された光のうち、ピックアップ光学系６０の光軸に交差する方向へ向かう光を低減することができ、後段のピックアップ光学系６０において利用することができない光を低減することができる。よって、ピックアップ光学系６０に入射しない光が増えて光の利用効率が低下することを抑制することができる。
【０１０５】
［第５実施形態の波長変換素子］
次に、本発明の第５実施形態の波長変換素子１０１について説明する。
本実施形態の波長変換層１０２は、第１光射出面１０２ｂ１、第２光射出面１０２ｂ２の他に、第３光射出面１０２ｂ３からなる光射出面１０２ｂを備えた点において、先の実施形態の構成とは異なる。
【０１０６】
図１２は、第５実施形態における波長変換素子１０１を、図２の照明光軸１００ａｘを含む平面で切断した断面図である。
図１２に示すように、波長変換素子１０１の波長変換層１０２は、光入射面１０２ａと、図２のピックアップ光学系６０の光軸に対して交差する方向に沿う第１光射出面１０２ｂ１と、同光軸に沿う第２光射出面１０２ｂ２と、上記光軸に対して交差するとともに反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎに一致する第３光射出面１０２ｂ３と、光入射面１０２ａと光射出面１０２ｂとを接続する接続面１０２ｃとからなる、凸面状の光射出面１０２ｂを有する。光入射面１０２ａは、他の実施形態と同様に光軸に交差する方向に沿う平面である。接続面１０２ｃは、支持部材３１の孔３１ｈの内周面３１ｅに設けられた反射膜３５に接触している。
【０１０７】
このような波長変換素子１０１を備える光源装置２Ａでは、ピックアップ光学系６０の光軸上であって反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎに第３光射出面１０２ｂ３が一致していることから、この第３光射出面１０２ｂ３上にピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成される。
【０１０８】
本実施形態の波長変換素子１０１は、第２光射出面１０２ｂ２と反射膜３５との間に形成される空間によって孔３１ｈ内が一部中空とされたライトトンネル構造により、波長変換層１０２の第１光射出面１０２ｂ１及び第２光射出面１０２ｂ２から射出された光のうち、反射膜３５に入射した光を反射膜３５において反射させて、ピックアップ光学系６０へ入射させることができる。
【０１０９】
本実施形態においても、エテンデューを増加させずに波長変換層１０２における発光面積を拡大し、波長変換素子１０１からの光の取り出し効率を改善することができる。
【０１１０】
なお、本実施形態においては、第１光射出面１０２ｂ１と第３光射出面１０２ｂ３とを接続する第２光射出面１０２ｂ２が、第１光射出面１０２ｂ１に対して垂直になっているが、これに限らない。第１光射出面１０２ｂ１と第２光射出面１０２ｂ２とのなす角度が９０°以下となるように、反射膜３５に対向する第２光射出面１０２ｂ２が光軸に対して傾いていてもよい。これにより、第２光射出面１０２ｂ２から射出された光が反射膜３５において反射されて波長変換層１０２内へ再入射し、内側で散乱して、例えばピックアップ光学系６０へ向けて射出される。
【０１１１】
ピックアップ光学系６０の焦点Ｑは、必ずしも第３光射出面１０２ｂ３上に形成される必要はない。反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎ上にピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成される場合に、第３光射出面１０２ｂ３が反射膜３５の端面３５ｂよりもピックアップ光学系６０側に位置しなければ、第３光射出面１０２ｂ３の位置は自由に定めることができる。同様に、支持部材３１の第２の面３１ｂよりもピックアップ光学系６０側に位置しなければ、第３光射出面１０２ｂ３の位置は自由に定めることができる。
【０１１２】
反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎ上にピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成される場合に、第３光射出面１０２ｂ３が反射膜３５の端面３５ｂよりもピックアップ光学系６０側に位置する場合、図１６に示すように、ピックアップ光学系６０の光軸に沿う方向の第１光出射面２０４ｂ１（図１６の第１光出射面２０４ｂ１は、本実施形態の第２光射出面１０２ｂ２に相当する）から射出された光（ピックアップ光学系６０の光軸に交差する方向へ向かう光）を後段のピックアップ光学系６０において利用することができない。よって、ピックアップ光学系６０に入射しない光が増えて光の利用効率が低下してしまう。
【０１１３】
よって、図１２に示す反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎ上にピックアップ光学系６０の焦点Ｑが形成される場合に、第３光射出面１０２ｂ３が反射膜３５の端面３５ｂよりもピックアップ光学系６０側に位置しないことが好適である。
【０１１４】
一方で、第３光射出面１０２ｂ３が反射膜３５の端面３５ｂ（または基準面Ｎ）よりも支持部材３１の第１の面３１ａ側に位置する場合、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑは、反射面３５ｅよりも孔３１ｈの内側であって、孔３１ｈの深さ方向（支持部材３１の板厚方向）において、第３光射出面１０２ｂ３と端面３５ｂ（または基準面Ｎ）との間に形成されるのが好適である。なお、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑは、反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎ上に形成されるのが最も好適である。
【０１１５】
第３光射出面１０２ｂ３が反射膜３５の端面３５ｂ（または基準面Ｎ）よりも支持部材３１の第１の面３１ａ側に位置する場合、図１７に示すように、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑが、第３光射出面１０２ｂ３よりも支持部材３１の第１の面３１ａ側に位置すると、反射膜３５において反射された射出光は、ピックアップ光学系６０側から見たときに、図１７中の仮想射出位置ｇから射出された光とみなされる。仮想射出位置ｇは、ピックアップ光学系６０の光軸に交差する方向において、波長変換層２０５の幅方向外側に位置する。そのため、ピックアップ光学系６０側から見たときの二次光源像のサイズが大きくなってしまう。すなわち、エテンデューが増加してしまうため、光源からの射出光を有効に利用することができない。
【０１１６】
しかしながら、図１２に示す第３光射出面１０２ｂ３が反射膜３５の端面３５ｂ（または基準面Ｎ）よりも支持部材３１の第１の面３１ａ側に位置する場合に、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑを反射面３５ｅよりも孔３１ｈの内側であって、孔３１ｈの深さ方向（支持部材３１の板厚方向）において、第３光射出面１０２ｂ３と端面３５ｂ（または基準面Ｎ）との間に形成すれば、エテンデューが増加させることなく、光源からの射出光を有効に利用することができる。すなわち、光の利用効率が低下することを抑制することができる。なお、第３光射出面１０２ｂ３が反射膜３５の端面３５ｂ（または基準面Ｎ）よりも支持部材３１の第１の面３１ａ側に位置する場合には、ピックアップ光学系６０の焦点Ｑは、反射膜３５の端面３５ｂを含む基準面Ｎ上に形成されるのが最も好適である。
【０１１７】
［第６実施形態のプロジェクター］
次に、第６実施形態のプロジェクターの構成について説明する。
以下に示す第６実施形態のプロジェクター１Ｂ（図１参照）は、青色分離型の光源装置２Ｂを備えた点において第１実施形態の構成と異なる。よって、以下の説明では、光源装置２Ｂの構成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１２と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【０１１８】
図１３は、第６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１３に示すように、光源装置２Ｂは、励起光源１１０と、コリメート光学系４２と、位相差板４３と、偏光分離素子４４と、第１ホモジナイザー光学系４５と、第１の集光光学系４６と、波長変換素子２００（上述した各実施形態の波長変換素子３０，３３２，７０，８０，９０，１０１のうちいずれか一つ）と、第１ピックアップレンズ４８と、ダイクロイックミラー４９と、全反射ミラー５０と、第２位相差板５１と、第２ホモジナイザー光学系５２と、第２の集光光学系５３と、反射型回転拡散素子５４と、第２ピックアップレンズ５５と、を概略備えている。
【０１１９】
光源装置２Ｂのうち、励起光源１１０、コリメート光学系４２、位相差板４３、偏光分離素子４４、第１ホモジナイザー光学系４５、第１の集光光学系４６、波長変換素子２００、第１ピックアップレンズ４８及びダイクロイックミラー４９は、照明光軸１００ａｘ上に順次並んで配置されている。
【０１２０】
位相差板４３は、回転機構を有した１／２波長板で構成されている。位相差板４３は、コリメート光学系４２で集光した励起光Ｂのうち、Ｐ偏光およびＳ偏光を任意の割合に変換する。なお、位相差板４３は、１／４波長板でもよく、回転や移動によって偏光状態（Ｐ偏光およびＳ偏光の割合）を変化させることができれば特に限定されるものではない。
【０１２１】
偏光分離素子４４は、いわゆるプレート型の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）であり、照明光軸１００ａｘに対して４５°の角度をなす傾斜面を有している。偏光分離素子４４は、入射光のうちのＰ偏光成分を通過させ、Ｓ偏光成分を反射させる。Ｐ偏光成分は、偏光分離素子４４を透過して第１ホモジナイザー光学系４５へ向かって進む。Ｓ偏光成分は、偏光分離素子４４で反射して、全反射ミラー５０に向かって進む。
【０１２２】
第１ホモジナイザー光学系４５は、例えば、例えば第１マルチレンズアレイ４５ａと、第２マルチレンズアレイ４５ｂと、を備えている。第１ホモジナイザー光学系４５は、励起光Ｂ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。第１ホモジナイザー光学系４５は、第１マルチレンズアレイ４５ａおよび第２マルチレンズアレイ４５ｂ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４６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。
【０１２３】
第１の集光光学系４６は、第１ホモジナイザー光学系４５から波長変換素子２００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２００の波長変換層に入射させる。波長変換層の厚さは、入射した励起光Ｂの全てを黄色光Ｙに変換することのできる厚さに設定する。本実施形態において、第１の集光光学系４６は凸レンズから構成されている。
【０１２４】
第１ピックアップレンズ４８は、例えば、凸レンズからなり、波長変換素子２００から射出された黄色光Ｙを略平行化する。
【０１２５】
ダイクロイックミラー４９は、波長変換素子２００から射出された黄色光Ｙを通過させるとともに、黄色光Ｙに対して直交する方向から入射してくる青色光Ｂを、黄色光Ｙと同じ光軸方向へ反射させるミラーである。
【０１２６】
全反射ミラー５０は、青色光Ｂの光路中に配置されて、偏光分離素子４４において分離された青色光を第２位相差板５１に向けて全反射する。
【０１２７】
第２位相差板５１は、１／４波長板（λ／４板）である。第２位相差板５１は、偏光分離素子４４から射出されたＳ偏光の青色光を円偏光に変換する。
【０１２８】
第２ホモジナイザー光学系５２は、例えば、例えば第１マルチレンズアレイ５２ａと、第２マルチレンズアレイ５２ｂと、を備えている。第２ホモジナイザー光学系５２は、第１マルチレンズアレイ５２ａおよび第２マルチレンズアレイ５２ｂの複数のレンズから射出された複数の小光束を、第２の集光光学系５３とともに、反射型回転拡散素子５４上で互いに重畳させる。これにより、反射型回転拡散素子５４上に照射される青色光Ｂの光強度分布を均一な状態とする。
【０１２９】
第２の集光光学系５３は、第２ホモジナイザー光学系５２から反射型回転拡散素子５４までの光路中に配置され、円偏光に変換された青色光Ｂを集光させて、反射型回転拡散素子５４に入射させる。本実施形態において、第２の集光光学系５３は凸レンズから構成されている。
【０１３０】
反射型回転拡散素子５４は、第２の集光光学系５３から射出された光線を、第２ピックアップレンズ５５に向けて拡散反射させるものである。その中でも、反射型回転拡散素子５４としては、反射型回転拡散素子５４に入射した光線をランバート反射またはランバート反射に近い特性で拡散反射させるものを用いることが好ましい。
【０１３１】
第２ピックアップレンズ５５は、例えば、凸レンズからなり、反射型回転拡散素子５４から射出された青色光Ｂを略平行化する。平行化された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー４９へと進み、ダイクロイックミラー４９において、青色光Ｂに対して直交する方向へ進行する黄色光Ｙと同じ方向へ反射される。
【０１３２】
このように、反射型回転拡散素子５４から射出された光線（青色光Ｂ）は、ダイクロイックミラー４９を透過した蛍光光（黄色光Ｙ）と合成されて、白色の照明光ＷＬが得られる。白色の照明光ＷＬは、図１に示した色分離光学系３に入射する。
【０１３３】
なお、本実施形態では、黄色の蛍光光Ｙを射出する波長変換素子２００であるため、上述した各実施形態における波長変換素子を適用する場合には、波長変換層の光射出面に、青色光を反射させるとともに黄色光を透過させるダイクロイック膜を設けることが望ましい。
【０１３４】
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ことは言うまでもない。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。
【０１３５】
なお、上記各実施形態においては、透光性部材３３を備えた波長変換素子の構成について述べたが、波長変換層３２において生じた熱を支持部材３１において十分に放熱できれば、透光性部材３３を設けない構成とすることも可能である。
例えば、上述した第２実施形態を除く他の実施形態においては、ピックアップ光学系６０（第１実施形態の光源装置２Ａ）または第１ピックアップレンズ４８（第６実施形態の光源装置２Ｂ）の光軸に沿う方向の波長変換層３２の厚みが厚く、波長変換層が反射膜３５に接触している面積が多くなっている。そのため、反射面３５ｅに接している接続面側から放熱させることができる。波長変換層における接続面が光入射面に対して相対的に大きい場合には、波長変換層において生じた熱が接続面に接する反射膜３５を介して支持部材３１へと伝わり、支持部材３１において放熱される。このように、支持部材３１における放熱性が高くなるような構成であれば、透光性部材３３は必ずしも必要ではない。
【符号の説明】
【０１３６】
１Ａ，１Ｂ…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、３１…支持部材（放熱部材）、３２，７２，８２，３３２，９２，９３，９４，９５，１０２…波長変換層、３２ａ，７２ａ，８２ａ，３３２ａ，９２ａ，９３ａ，９４ａ，１０２ａ…光入射面、３２ｂ，７２ｂ，８２ｂ，３３２ｂ，９２ｂ，９３ｂ，９４ｂ，９５ｂ，１０２ｂ…光射出面、３２ｃ，７２ｃ，８２ｃ，９２ｃ，９３ｃ，９４ｃ…接続面、３３…透光性部材、３５…反射膜（反射部材）、３５ｂ…端面（端部）、３５ｅ…反射面、６０…ピックアップ光学系、１１０…励起光源、３２ｂ１，７２ｂ１，８２ｂ１，３３２ｂ１，９２ｂ１，９３ｂ１，９４ｂ１，９５ｂ１，１０２ｂ１…第１光射出面、３２ｂ２，７２ｂ２，８２ｂ２，３３２ｂ２，９２ｂ２，９３ｂ２，９４ｂ２，９５ｂ２，１０２ｂ２…第２光射出面、１００ａｘ…照明光軸、１０２ｂ３…第３光射出面、Ｂ…励起光、Ｎ…基準面（平面）、Ｑ…焦点、Ｙ…蛍光光
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
2018132594.tif 000013
【図１１Ｂ】
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【図１２】
2018132594.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018132594.tif 000018
【図１６】
2018132594.tif 000019
【図１７】
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