(57)【要約】【課題】波長変換素子に入射された光の波長変換効率の低下を抑制できる波長変換装置、照明装置及びプロジェクターを提供すること。【解決手段】光が通過する開口部を有する基材と、前記開口部の内面に支持され、入射された第１波長の光を異なる波長の光に変換して出射する波長変換素子と、を備え、前記波長変換素子は、前記第１波長の光を前記第１波長の光と異なる第２波長の光に変換する第１波長変換部と、前記第１波長の光及び前記第２波長の光の少なくとも一方の光を当該第２波長の光より長波長の光である第３波長の光に変換する第２波長変換部と、を有し、前記第１波長変換部は、前記第２波長変換部より、前記第１波長の光の中心軸側に位置し、前記内面と前記波長変換素子とは、熱伝導可能に当接していることを特徴とする波長変換装置。【選択図】図４
2018004752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が通過する開口部を有する基材と、
前記開口部の内面に支持され、入射された第１波長の光を異なる波長の光に変換して出射する波長変換素子と、を備え、
前記波長変換素子は、
前記第１波長の光を前記第１波長の光と異なる第２波長の光に変換する第１波長変換部と、
前記第１波長の光及び前記第２波長の光の少なくとも一方の光を当該第２波長の光より長波長の光である第３波長の光に変換する第２波長変換部と、を有し、
前記第１波長変換部は、前記第１波長の光の入射方向から見て、前記第２波長変換部より、前記第１波長の光の中心軸側に位置し、
前記内面と前記波長変換素子とは、熱伝導可能に当接していることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波長変換装置において、
前記第２波長変換部は、当該第２波長変換部を前記第１波長の光の光入射側から見て、略中央に凹部を有し、
前記第１波長変換部は、前記凹部に配置されていることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の波長変換装置において、
前記波長変換素子は、無機材により形成されていることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波長変換装置において、
前記内面には、前記第１波長の光、前記第２波長の光及び前記第３波長の光の少なくともいずれかを反射させる反射層が位置していることを特徴とする波長変換装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波長変換装置と、
前記第１波長の光を出射する光源と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置と、
前記照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換装置、照明装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体光源から出射された励起光を波長変換し、蛍光として出射する光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の光源装置は、固体光源と、波長変換装置と、を備え、当該波長変換装置は、蛍光体層、接合層、及び当該接合層を介して蛍光体層が固定される放熱基板を備える。これらのうち、蛍光体層は、固体光源から出射される励起光よりも長波長であって赤色よりも短波長の蛍光を発光する第１蛍光体を含み、接合層は、第１蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子を備えている。このため、固体光源から励起光が出射され、蛍光体層及び接合層に励起光が入射されると、長波長の蛍光及び短波長の蛍光が放熱基板に形成された反射層により反射され、蛍光体層における上記励起光の光入射面から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４３６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の波長変換装置は、蛍光体層及び接合層に入射された光が反射されて、上記蛍光体層の上記入射面から出射される、所謂、反射型の波長変換装置である。このような構成の波長変換装置を、例えば、透過型の波長変換装置として用いた場合、接合層の蛍光体層とは反対側の面の略前面に放熱基板を配置する構成では、当該蛍光体層及び接合層により波長変換された光を出射できない。このため、上記蛍光体層及び接合層を当該蛍光体層及び接合体層に入射される光に直交する方向を支持する支持部を備える必要がある。
しかしながら、上記支持部によって蛍光体層及び接合体層を支持する場合、蛍光体層及び接合層の熱を支持部に効率よく伝導させることが難しい。これでは、蛍光体層及び接合層（波長変換素子）を効率よく冷却できないため、当該波長変換層から出射される光の出射効率が低下するという問題がある。
すなわち、波長変換層に入射された光の波長変換効率の低下を抑制できる透過型の波長変換装置が要望されている。
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決することを目的とするものであり、波長変換素子に入射された光の波長変換効率の低下を抑制できる波長変換装置、照明装置及びプロジェクターを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に係る波長変換装置は、光が通過する開口部を有する基材と、前記開口部の内面に支持され、入射された第１波長の光を異なる波長の光に変換して出射する波長変換素子と、を備え、前記波長変換素子は、前記第１波長の光を前記第１波長の光と異なる第２波長の光に変換する第１波長変換部と、前記第１波長の光及び前記第２波長の光の少なくとも一方の光を当該第２波長の光より長波長の光である第３波長の光に変換する第２波長変換部と、を有し、前記第１波長変換部は、前記第１波長の光の入射方向から見て、前記第２波長変換部より、前記第１波長の光の中心軸側に位置し、前記内面と前記波長変換素子とは、熱伝導可能に当接していることを特徴とする。
【０００７】
なお、上記第１波長の光としては、励起光（青色光）を例示でき、第２波長の光としては、上記励起光としての青色光より長波長の青色光や緑色光を例示でき、第３波長の光としては、蛍光や赤色光を例示できる。
上記第１態様によれば、波長変換素子が基材の開口部の内面により支持され、当該内面と波長変換素子とが熱伝導可能に当接しているので、波長変換素子に上記第１波長の光が入射された際に生じる熱を基材に効率よく伝導できる。
ここで、長波長の光を出射する波長変換部（第２波長変換部）は、短波長の光を出射する波長変換部（第１波長変換部）より、入射される光（第１波長の光）により温度が上昇しやすい特性を有する。
上記第１態様によれば、第１波長変換部が第１波長の光の中心軸側に位置する、すなわち、第２波長変換部が第１波長変換部より外側に位置しているので、当該第２波長変換部が基材の開口部の内面に熱伝導可能に当接する。このように、入射される光により温度が上昇しやすい第２波長変換部が上記開口部の内面に当接するので、当該第２波長変換部の上記入射された光に基づく熱は、基材に効率よく伝導される。これによれば、第２波長変換部、ひいては、第１波長変換部及び当該第２波長変換部を有する波長変換素子を効率よく冷却できるので、当該波長変換素子に入射された光の波長変換効率が低下することを抑制できる。従って、波長変換装置に入射された光の波長変換効率の低下を抑制できる。
【０００８】
上記第１態様では、前記第２波長変換部は、当該第２波長変換部を前記第１波長の光の光入射側から見て、略中央に凹部を有し、前記第１波長変換部は、前記凹部に配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、第１波長変換部が第２波長変換部を第１波長の光の光入射側から見て略中央に形成された凹部に配置されているので、上記開口部の内面には、第２波長変換部のみが当接する。これによれば、温度が上昇しやすい第２波長変換部の熱を基材に確実に伝導できる。従って、波長変換素子に入射された光の波長変換効率をより向上できる。
【０００９】
上記第１態様では、前記波長変換素子は、無機材により形成されていることが好ましい。
なお、上記無機材としては、セラミック等を例示できる。
このような構成によれば、波長変換素子が無機材により形成されているので、有機材によって形成されている場合に比べて、波長変換素子の劣化を抑制できる。従って、光源装置の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
上記第１態様では、前記内面には、前記第１波長の光、前記第２波長の光及び前記第３波長の光の少なくともいずれかを反射させる反射層が位置していることが好ましい。
このような構成によれば、開口部の内面に位置する反射層により、第１波長の光、第２波長の光及び第３波長の光の少なくともいずれかが反射されるので、波長変換素子に入射され、当該波長変換素子により波長変換されて出射される光の出射効率を高めることができる。
【００１１】
本発明の第２態様に係る照明装置は、上記波長変換装置と、前記第１波長の光を出射する光源と、を備えることを特徴とする。
上記第２態様によれば、上記第１態様に係る波長変換装置と同様の効果を奏することができる。また、上記波長変換装置を備えた照明装置は、波長変換装置に入射された光により生じた熱を効率よく基材に伝導できることから、安定して入射された光を波長変換できるので、当該照明装置の信頼性及び安定性を高くできる。
【００１２】
本発明の第３態様に係るプロジェクターは、上記照明装置と、前記照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
上記第３態様によれば、上記第１態様に係る波長変換装置及び上記第２態様に係る照明装置と同様の効果を奏することができる。また、上記波長変換装置を備えた照明装置は、波長変換装置に入射された光により生じた熱を効率よく基材に伝導できることから、安定して入射された光を波長変換できるので、当該照明装置を備えたプロジェクターの信頼性及び安定性を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプロジェクターの概略図。
【図２】上記実施形態に係るプロジェクターの照明装置の概略図。
【図３】上記実施形態に係る波長変換装置を光入射側から見た正面図。
【図４】上記実施形態に係る波長変換装置の断面図。
【図５】上記実施形態の第１変形例に係る波長変換装置を光入射側から見た正面図。
【図６】上記実施形態の第２変形例に係る波長変換装置を光入射側から見た正面図。
【図７】上記実施形態の第３変形例に係る波長変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの概略構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の概略構成を示す概略図である。
プロジェクター１は、内部に設けられた光源から出射された光束を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面ＰＳ上に拡大投射する表示装置である。
このプロジェクター１は、図１に示すように、外装筐体２と、当該外装筐体２内に収納される画像投射装置３と、を備える。この他、図示を省略するが、プロジェクター１は、当該プロジェクター１を制御する制御装置、冷却対象を冷却する冷却装置、及び当該プロジェクター１を構成する電子部品に電力を供給する電源装置を備える。
このようなプロジェクター１は、光が通過する開口部４１１を有する基材４１と、開口部４１１の内面に支持され、入射された励起光（第１波長の光）を異なる波長の光に変換して出射する波長変換素子４３と、を備える。そして、詳しくは後述するが、波長変換素子４３は、励起光を青色光（第２波長の光）に変換する第１波長変換部４３１と、励起光及び青色光の少なくとも一方の光を当該青色光より長波長の光である蛍光（第３波長の光）に変換する第２波長変換部４３２と、を有し、第１波長変換部４３１が、励起光の入射方向から見て、第２波長変換部４３２より、励起光の中心軸側（内側）に位置し、開口部４１１の内面と波長変換素子４３とは、熱伝導可能に当接している波長変換装置４を有する点を特徴の１つとしている。
【００１５】
［画像投射装置の構成］
画像投射装置３は、照明装置３１、色分離装置３２、平行化レンズ３３、複数の光変調装置３４、色合成装置３５、及び投射光学装置３６を備える。
照明装置３１は、照明光ＷＬを出射する。なお、照明装置３１の構成については、後に詳述する。
色分離装置３２は、照明装置３１から入射された照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの３つの色光に分離する。この色分離装置３２は、ダイクロイックミラー３２１，３２２、全反射ミラー３２３，３２４，３２５及びリレーレンズ３２６，３２７を備える。
【００１６】
ダイクロイックミラー３２１は、照明装置３１からの照明光ＷＬから青色光ＬＢ及びその他の色光（緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲ）を含む光を分離する。ダイクロイックミラー３２１は、青色光ＬＢを透過させるとともに、緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲを含む上記光を透過させる。
ダイクロイックミラー３２２は、ダイクロイックミラー３２１により分離された上記光から緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲを分離する。具体的に、ダイクロイックミラー３２２は、緑色光ＬＧを反射するとともに、赤色光ＬＲを透過させる。
【００１７】
全反射ミラー３２３は、青色光ＬＢの光路中に配置され、ダイクロイックミラー３２１にて透過された青色光ＬＢを光変調装置３４（３４Ｂ）に向けて反射させる。一方、全反射ミラー３２４，３２５は、赤色光ＬＲの光路中に配置され、ダイクロイックミラー３２２を透過した赤色光ＬＲを光変調装置３４（３４Ｒ）に向けて反射させる。また、緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー３２２にて、光変調装置３４（３４Ｇ）に向けて反射される。
リレーレンズ３２６，３２７は、赤色光ＬＲの光路の、ダイクロイックミラー３２２の下流に配置されている。これらリレーレンズ３２６，３２７は、赤色光ＬＲの光路長が青色光ＬＢや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることによる赤色光ＬＲの光損失を補償する機能を有する。
【００１８】
平行化レンズ３３は、後述する光変調装置３４に入射する光を平行化する。なお、赤、緑及び青の各色光用の平行化レンズを、それぞれ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂとする。また、赤、緑及び青の各色光用の光変調装置を、それぞれ３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂとする。
【００１９】
複数の光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）は、ダイクロイックミラー３２１及びダイクロイックミラー３２２により分離され、それぞれ入射される各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを変調して、画像情報に応じた色画像を形成する。これら光変調装置３４は、入射される光を変調する液晶パネルにより構成される。なお、光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの入射側及び出射側にはそれぞれ、入射側偏光板３４１（３４１Ｒ，３４１Ｇ，３４１Ｂ）及び出射側偏光板３４２（３４２Ｒ，３４２Ｇ，３４２Ｂ）が配置されている。
【００２０】
色合成装置３５には、各光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂからの画像光が入射される。この色合成装置３５は、各色光ＬＲ，ＬＧ，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装置３６に向けて出射させる。本実施形態では、色合成装置３５は、クロスダイクロイックプリズムにより構成される。
投射光学装置３６は、色合成装置３５にて合成された画像光をスクリーン等の被投射面ＰＳに投射する。このような構成により、被投射面ＰＳに拡大された画像が投射される。
【００２１】
［照明装置の構成］
図２は、本実施形態のプロジェクター１における照明装置３１の構成を示す概略図である。
照明装置３１は、色分離装置３２に、偏光方向が揃えられた均一な照明光ＷＬを出射する。この照明装置３１は、固体光源３１１、集光光学装置３１２、波長変換装置４、コリメートレンズ３１５、第１レンズアレイ３１６、第２レンズアレイ３１７、及び偏光変換素子３１８を備える。
【００２２】
固体光源３１１は、励起光として、青色のレーザー光である励起光（ピーク波長：略４５５ｎｍ）を出射するレーザー光源である。この固体光源３１１は、本発明の光源に相当し、本発明の第１波長の光に相当する上記励起光を出射する。
なお、固体光源３１１は、１つのレーザー光源（ＬＤ：Laser Diode）を有するものでもよく、複数のレーザー光源を有するものでもよい。また、ピーク波長が４５５ｎｍ以外の波長の青色光を出射する光源装置を用いることもできる。
集光光学装置３１２は、第１レンズ３１２１及び第２レンズ３１２２を備える。集光光学装置３１２は、固体光源３１１から波長変換装置４までの光路に配置され、上記励起光を略集光して、波長変換装置４に入射させる。これら第１レンズ３１２１及び第２レンズ３１２２は、凸レンズにより構成される。
【００２３】
波長変換装置４は、入射された光（励起光）の波長を異なる波長に変換し、励起光の光入射側とは反対方向側に波長変換した光（青色光及び蛍光）を出射する。なお、波長変換装置４の詳しい構成については、後述する。
【００２４】
コリメートレンズ３１５は、凸レンズであり、固体光源３１１から入射される光を略平行化する。
第１レンズアレイ３１６は、コリメートレンズ３１５から入射される光を複数の部分光束に分割する複数の第１小レンズ３１６１を有する。これら第１小レンズ３１６１は、照明光軸Ａｘ（設計上の光軸であり、固体光源３１１から出射された励起光の中心軸と一致する）に直交する面内にマトリクス状に配列されている。
第２レンズアレイ３１７は、複数の第１小レンズ３１６１に対応する複数の第２小レンズ３１７１を有する。この第２レンズアレイ３１７は、第１レンズアレイ３１６から入射される各第１小レンズ３１６１の像を各光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させ、これにより、上記複数の部分光束は、各画像形成領域に重畳される。なお、各第２小レンズ３１７１も照明光軸Ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００２５】
偏光変換素子３１８は、第１レンズアレイ３１６により分割された各部分光束の偏光方向を揃える機能を有する。
具体的に、偏光変換素子３１８は、波長変換装置４からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分（一方の偏光方向を有する直線偏光成分）をそのまま透過させるとともに、他方の直線偏光成分（他方の偏光方向を有する直線偏光成分）を照明光軸Ａｘに垂直な方向に反射させる偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸Ａｘに平行な方向に反射させる反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板と、を有する。なお、本実施形態では、偏光変換素子３１８は、ｐ偏光を出射する構成とされているが、ｓ偏光を出射する構成としてもよい。
【００２６】
［波長変換装置の構成］
図３は、波長変換装置４を光入射側から見た平面図であり、図４は、波長変換装置４の断面図である。
波長変換装置４は、上述したように、入射された励起光（第１波長の光）の波長を異なる波長に変換し、波長変換した光（青色光及び蛍光）を、励起光の光入射側とは反対側に出射する透過型の波長変換装置である。この波長変換装置４は、図３及び図４に示すように、基材４１、反射層４２及び波長変換素子４３を備える。
【００２７】
基材４１は、波長変換素子４３を支持する他、当該波長変換素子４３から伝導された熱を放熱する放熱部材である。この基材４１の厚さ寸法は、例えば、略１ｍｍに設定されている。このような基材４１は、略矩形状に形成され、当該基材４１の略中央には、開口部４１１が形成されている。
開口部４１１は、略矩形状に形成され、基材４１を貫通している。すなわち、開口部４１１は、入射された光が通過する開口部である。この開口部４１１の内面には、反射層４２が形成され、当該開口部４１１内には、反射層４２を介して内面と接するように、波長変換素子４３が配置される。
このような基材４１は、本実施形態では、上記集光光学装置３１２から出射された励起光が波長変換素子４３に入射される位置に固定されている。しかしながら、これに限らず、当該基材４１は、波長変換素子４３の中心Ｐ１を中心として、モーター等の回転装置によって回転される構成としてもよい。この場合、基材４１に伝導された波長変換素子４３の熱を放熱しやすくすることができる。
また、基材４１は、本実施形態ではアルミニウムにより構成されている。しかしながら、これに限らず、例えば、金属やセラミックス等、放熱性が高い材料であれば、どのような材料で構成されていてもよい。
【００２８】
反射層４２は、入射された光（具体的には、第１波長の光（励起光）、第２波長の光（青色光）及び第３波長の光（蛍光））を反射させる。この反射層４２は、開口部４１１の内面に蒸着されている。このため、波長変換素子４３の熱は、反射層４２を介して基材４１に伝導される。
【００２９】
波長変換素子４３は、上記基材４１の開口部４１１に設けられ、入射された励起光を異なる波長の光に変換して出射する。この波長変換素子４３は、無機材、例えば、セラミックにより形成されるセラミック蛍光体である。このような波長変換素子４３は、図３及び図４に示すように、第１波長変換部４３１及び第２波長変換部４３２を有する。
なお、本実施形態では、波長変換素子４３の厚さ寸法は、略１ｍｍに設定されているが、当該厚さ寸法は、１ｍｍより小さくてもよい。この場合、上記基材４１の厚さ寸法もこれに合わせて、１ｍｍより小さくしてもよい。
【００３０】
第１波長変換部４３１は、入射された第１波長の光（励起光）を異なる波長の光（青色光）に変換する。例えば、第１波長変換部４３１は、第１波長の励起光を当該第１波長よりも長波長の第２波長の光に波長変換する。
具体的な例を挙げると、第１波長変換部４３１は、固体光源３１１から出射された励起光（ピーク波長：略４５５ｎｍ）を青色光（ピーク波長：略４８０ｎｍ）に変換する。このような第１波長変換部４３１の波長変換材料には、青色蛍光体が含まれ、例えば、セラミック蛍光体や、蛍光体粉末とガラスバインダーとを混合した蛍光体により構成される。このような第１波長変換部４３１は、後述する第２波長変換部４３２の凹部４３２１に位置している。
【００３１】
第２波長変換部４３２は、入射された第１波長の光（励起光）及び第２波長の光を当該第２波長の光より長波長の光である第３波長の光に変換する。具体的な例を挙げると、第２波長変換部４３２は、直接第２波長変換部４３２に入射された励起光（ピーク波長：略４５５ｎｍ）、及び第１波長変換部４３１から出射された青色光（ピーク波長：略４８０ｎｍ）の一部を、蛍光（ピーク波長：略５５０ｎｍ）に変換する。このような第２波長変換部４３２の波長変換材料には、黄色蛍光体と、緑色蛍光体及び赤色蛍光体とのいずれかの混合物が含まれる。これら蛍光体の含有比率は、照明装置３１から出射される照明光ＷＬの波長に基づいて設定される。このような蛍光体としては、例えば、セラミック蛍光体や、蛍光体粉末とガラスバインダーとを混合した蛍光体により構成される。
なお、本実施形態では、第２波長変換部４３２を形成するペーストに凹部４３２１を形成し、当該凹部４３２１内に第１波長変換部４３１を形成するペーストを配置した上、焼結させることにより、上記波長変換素子４３が形成される。
【００３２】
また、第２波長変換部４３２は、励起光の入射側に凹部４３２１を有する。
凹部４３２１は、図３に示すように、波長変換素子４３を光入射側から見て、略中央に略円形状に形成されている。この凹部４３２１は、図４に示すように、波長変換素子４３の中心Ｐ１を中心とするボウル状に形成されている。すなわち、凹部４３２１は、励起光の光出射側に向けて径寸法が小さくなるすり鉢状に形成されている。この凹部４３２１には、上述したように、第１波長変換部４３１が配置される。このように、第１波長変換部４３１は、第２波長変換部４３２より照明光軸Ａｘに沿った方向から見て外形寸法が小さい。また、第１波長変換部４３１及び第２波長変換部４３２のそれぞれの中心は、波長変換素子４３の中心Ｐ１と略一致するように配置されている。
ここで、長波長の光を出射する第２波長変換部４３２は、短波長の光を出射する第１波長変換部４３１に比べて、入射される光（励起光）に対するストークスロスが大きいので、第２波長変換部４３２は、第１波長変換部４３１に比べて温度が上昇しやすい特性を有する。
このため、本実施形態では、より温度が上昇しやすい第２波長変換部４３２を放熱部材として機能する基材４１（開口部４１１）側に位置している。換言すると、より温度が上昇しにくい第１波長変換部４３１は、励起光の入射方向から見て、第２波長変換部４３２の内側に配置されている。すなわち、波長変換素子４３の励起光入射面の内側に第１波長変換部４３１が配置され、外側に第２波長変換部４３２が配置されている。
【００３３】
［波長変換素子に入射される励起光の照射領域］
集光光学装置３１２を介して波長変換素子４３に入射される励起光は、図３及び図４に示すように、図３に破線にて示した第１照射領域Ｒ１から図３に一点鎖線にて示した第２照射領域Ｒ２の範囲内にて調整された照射領域内、すなわち、波長変換素子４３から出射される出射光（照明光）の波長に応じて調整された照射領域内に入射される。例えば、集光光学装置３１２を構成する第１レンズ３１２１及び第２レンズ３１２２の位置を変化させる（照明光軸Ａｘに沿って移動させる）ことによって、波長変換素子４３に入射される励起光の照射領域（光束径）が拡縮する。
【００３４】
この第１照射領域Ｒ１は、集光光学装置３１２により最も光束径が小さく設定された場合の照射領域であり、当該第１照射領域Ｒ１は、第１波長変換部４３１の略中央部分に設定される。この場合、集光光学装置３１２から出射された励起光の略全ては、第１波長変換部４３１に入射されて青色光（第２波長の光）に変換される。この青色光は、当該青色光に変換されることなく当該第１波長変換部４３１を透過した励起光とともに、第２波長変換部４３２側に進行する。そして、第２波長変換部４３２に入射された励起光及び青色光の一部は、蛍光（第３波長の光）に変換され、当該第２波長変換部４３２により当該蛍光に変換されない励起光及び青色光とともに、当該第２波長変換部４３２内を進行し、第２波長変換部４３２の外側に出射される。すなわち、第１照射領域Ｒ１に入射された励起光の一部は、第１波長変換部４３１及び第２波長変換部４３２により、青色光及び蛍光に変換され、変換されなかった励起光とともに、第２波長変換部４３２の光出射面４３２３から出射される。
【００３５】
このように、第１照射領域Ｒ１に励起光が入射される場合、第１波長変換部４３１及び第２波長変換部４３２のうち、第２波長変換部４３２の光入射面４３２２には、励起光が入射されないので、第２波長変換部４３２には、第１波長変換部４３１を進行した励起光及び青色光が入射される。すなわち、第２波長変換部４３２の一部にのみ励起光及び青色光が入射されるので、当該第１波長変換部４３１及び第２波長変換部４３２を備える波長変換素子４３（光出射面４３２３）から出射される光は、第２波長変換部４３２により変換された蛍光の割合よりも第１波長変換部４３１から出射される青色光の割合の方が高くなる。換言すると、第１照射領域Ｒ１に励起光が入射された場合、波長変換素子４３から出射される光は、青色光の比率が蛍光の比率よりも高くなる。
【００３６】
また、第２波長変換部４３２の光入射面４３２２には、励起光が入射されないので、第２波長変換部４３２の光入射面４３２２が当該励起光により温度が上昇することを抑制できる。このため、第２波長変換部４３２には、第１波長変換部４３１にて波長変換された青色光及び当該第１波長変換部４３１にて波長変換されなかった励起光が入射し、これら青色光及び励起光を蛍光に変換する際に熱が生じる。そして、第２波長変換部４３２には、第１波長変換部４３１からの熱が更に伝導され、当該伝導された熱及び当該第２波長変換部４３２にて生じた熱が当該第２波長変換部４３２から放熱部材としての基材４１に伝導される。すなわち、第１照射領域Ｒ１に励起光が入射された場合、後述する第２照射領域Ｒ２に励起光が入射される場合に比べて、第２波長変換部４３２の熱が上昇することを抑制できる。
【００３７】
一方、第２照射領域Ｒ２は、集光光学装置３１２により最も光束径が大きく設定された場合の照射領域であり、当該第２照射領域Ｒ２は、第１波長変換部４３１の全領域及び第２波長変換部４３２の略半分の領域に設定される。すなわち、第２照射領域Ｒ２は、第１照射領域Ｒ１の全領域を含む領域に設定されている。
この場合、上記第１波長変換部４３１に入射された励起光は、上記第１照射領域Ｒ１に入射された場合と同様に、一部の光が青色光及び蛍光に変換され、変換されなかった励起光とともに、第２波長変換部４３２の光出射面４３２３から出射される。
また、第２波長変換部４３２に入射された励起光（第１波長の光）は、当該励起光の一部の光が蛍光（第３波長の光）に変換され、当該蛍光は、当該蛍光に変換されることなく当該第２波長変換部４３２を透過した励起光とともに、第２波長変換部４３２を進行し、第２波長変換部４３２の光出射面４３２３から出射される。また、第２波長変換部４３２内を進行し、開口部４１１に位置する反射層４２に入射された上記各光は、当該反射層４２により反射され、第２波長変換部４３２の光出射面４３２３から出射される。
すなわち、第２照射領域Ｒ２に入射された励起光の一部は、第１波長変換部４３１及び第２波長変換部４３２により、青色光及び蛍光に変換され、変換されなかった励起光とともに、第２波長変換部４３２の光出射面４３２３から出射される。
【００３８】
このように、第２照射領域Ｒ２に励起光が入射される場合、第１波長変換部４３１の光入射面４３１１の全領域及び第２波長変換部４３２の光入射面４３２２の略半分の領域に励起光が入射されるので、当該第１波長変換部４３１及び第２波長変換部４３２を備える波長変換素子４３（光出射面４３２３）から出射される光は、第２波長変換部４３２により変換された蛍光の割合が第１波長変換部４３１から出射される青色光の割合より多くなる。換言すると、第２照射領域Ｒ２に励起光が入射された場合、波長変換素子４３から出射される光は、青色光の比率が蛍光の比率よりも低くなる。このため、第２照射領域Ｒ２に励起光が入射されると、当該波長変換素子４３から出射される光は、赤、青及び緑色の強度が高い照明光となる。
【００３９】
また、第２波長変換部４３２の光入射面４３２２の略半分の領域には、励起光が入射されるので、第２波長変換部４３２には、第１波長変換部４３１からの熱が伝導される他、第２波長変換部４３２に入射された励起光による熱が生じる。これらの熱は、第２波長変換部４３２から放熱部材としての基材４１に伝導され、放熱される。
このように、本実施形態では、第１照射領域Ｒ１から第２照射領域Ｒ２の範囲にて波長変換素子４３に照射される励起光の照射領域を変更できるので、当該波長変換素子４３から出射される光の青色光及び蛍光の割合を種々変更できる。
【００４０】
［実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１は、以下の効果を奏する。
波長変換素子４３が基材４１の開口部４１１の内面により支持され、当該内面と波長変換素子４３とが熱伝導可能に当接しているので、波長変換素子４３に上記第１波長の光（励起光）が入射された際に生じる熱を基材４１に効率よく伝導できる。
ここで、長波長の光を出射する波長変換部（第２波長変換部４３２）は、短波長の光を出射する波長変換部（第１波長変換部４３１）より、入射される光（第１波長の光）により温度が上昇しやすい特性を有する。
本実施形態によれば、第１波長変換部４３１が励起光の中心軸側に位置する、すなわち、第２波長変換部４３２が第１波長変換部４３１より外側に位置しているので、当該第２波長変換部４３２が基材４１の開口部４１１の内面に熱伝導可能に当接する。このように、入射される光により温度が上昇しやすい第２波長変換部４３２が上記開口部４１１の内面に当接するので、当該第２波長変換部４３２の上記入射された光に基づく熱は、基材４１に効率よく伝導される。これによれば、第２波長変換部４３２、ひいては、第１波長変換部４３１及び当該第２波長変換部４３２を有する波長変換素子４３を効率よく冷却できるので、当該波長変換素子４３に入射された励起光（第１波長の光）の波長変換効率が低下することを抑制できる。従って、波長変換素子４３に入射された励起光の波長変換効率の低下を抑制できる。
【００４１】
第１波長変換部４３１が第２波長変換部４３２を第１波長の光（励起光）の光入射側から見て、略中央に形成された凹部４３２１に配置されているので、上記開口部４１１の内面には、第２波長変換部４３２のみが当接する。これによれば、温度が上昇しやすい第２波長変換部４３２の熱を基材４１により確実に伝導できる。従って、波長変換素子４３に入射された励起光の波長変換効率をより向上できる。
【００４２】
波長変換素子４３がセラミック等の無機材により構成されているので、有機材によって形成されている場合に比べて、波長変換素子４３の劣化を抑制できる。従って、照明装置３１の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
開口部４１１との内面に位置する反射層４２により、第１波長の光（励起光）、第２波長の光（青色光）及び第３波長の光（蛍光）が反射され、波長変換素子４３に入射され、当該波長変換素子４３により波長変換されて出射される光（照明光）の出射効率を高めることができる。
【００４４】
波長変換装置４を備えた照明装置３１は、波長変換装置４に入射された光により生じた熱を効率よく基材４１に伝導できる。従って、安定して入射された励起光を波長変換素子４３により波長変換できるので、当該照明装置３１の信頼性及び安定性を高くできる。
【００４５】
本実施形態では、例えば、第２波長の光が青色光であり、第３波長の光が蛍光であるため、照明装置３１から出射される照明光を、白色光とすることができる。従って、固体光源３１１から出射された励起光（青色光）を分けて拡散させる構成を別途設ける必要や、青色光用の光源を別途設ける必要がないので、照明装置３１の構成を簡略化できる。
【００４６】
また、波長変換装置４を備えた照明装置３１は、安定して入射された励起光を波長変換素子４３により波長変換できるので、当該照明装置３１を備えたプロジェクター１の信頼性及び安定性を高くできる。
【００４７】
［実施形態の変形］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、波長変換装置４の第２波長変換部４３２は、略半円球状の凹部４３２１を有し、当該凹部４３２１に第１波長変換部４３１が設けられることとした。しかしながら、これに限らず、凹部４３２１の形状及び当該凹部４３２１に設けられる第１波長変換部４３１の形状は、他の形状でもよい。
【００４８】
［第１変形例］
図５は、波長変換装置４の第１変形例としての波長変換装置４Ａを示す平面図である。
例えば、図５に示す波長変換装置４Ａは、上記波長変換装置４と同様に、基材４１、反射層４２を有する他、波長変換素子４３に代えて波長変換素子４３Ａを有する。この波長変換素子４３Ａの第２波長変換部４３２Ａは、図５に示すように、当該第２波長変換部４３２Ａの略中央に、励起光の入射方向側から見て、略正方形状の凹部４３２１Ａを有し、当該凹部４３２１Ａに第１波長変換部４３１Ａが配置される。
このような波長変換装置４Ａによっても、上記波長変換装置４と同様の効果を奏することができ、当該波長変換装置４Ａが波長変換装置４に代えて採用された照明装置及びプロジェクターによっても、上記照明装置３１及びプロジェクター１と同様の効果を奏することができる。
また、凹部４３２１Ａは、励起光の入射方向側から見て、略正方形状であることとしたが、これに限らず、長方形状であってもよいし、略正三角形状、略正五角形状等の他の多角形状であってもよい。
【００４９】
［第２変形例］
図６は、波長変換装置４の第２変形例としての波長変換装置４Ｂを示す平面図である。
例えば、図６に示す波長変換装置４Ｂは、上記波長変換装置４と同様に、基材４１、反射層４２を有する他、波長変換素子４３に代えて波長変換素子４３Ｂを有する。この波長変換素子４３Ｂの第２波長変換部４３２Ｂは、図６に示すように、当該第２波長変換部４３２Ｂの略中央を挟んで、上記開口部４１１の内面における一端から他端まで延びる略矩形状の凹部４３２１Ｂを有し、当該凹部４３２１Ｂに第１波長変換部４３１Ｂが配置される。
このような波長変換装置４Ｂによっても、上記波長変換装置４と同様の効果を奏することができ、当該波長変換装置４Ｂが波長変換装置４に代えて採用された照明装置及びプロジェクターによっても、上記照明装置３１及びプロジェクター１と同様の効果を奏することができる。
【００５０】
すなわち、上記実施形態において、第２波長変換部４３２の凹部４３２１の形状は、どのような形状であってもよく、また、その深さも自由に設定できる。このように、凹部４３２１の形状を自由に設定することにより、当該凹部４３２１に設けられる第１波長変換部４３１の体積も変化し、上記照射領域を変化させた場合と同様に、当該波長変換素子４３から出射される光の青色光及び蛍光の割合を種々設定できる。
【００５１】
［第３変形例］
また、上記実施形態では、第２波長変換部４３２は、凹部４３２１を有し、当該凹部４３２１内に第１波長変換部４３１が設けられることとしたが、これに限らない。
図７は、波長変換装置４の第３変形例としての波長変換装置４Ｃを示す断面図である。
本変形例では、第２波長変換部４３２Ｃは、上記凹部４３２１に代えて貫通孔４３２１Ｃを備える。波長変換素子４３Ｃの第２波長変換部４３２Ｂの略中央部分には、図７に示すように、貫通孔４３２１Ｃが形成されている。この貫通孔４３２１Ｃは、第２波長変換部４３２Ｂの光入射面４３２２から光出射面４３２３に向けて延びる貫通孔であり、光出射面４３２３に向かうに従って、寸法が小さくなっている。この貫通孔４３２１Ｃには、第１波長変換部４３１Ｃが設けられる。このため、本変形例では、第１波長変換部４３１Ｃは、光入射面４３１１及び光出射面４３１２を有し、光入射面４３１１の面積は、光出射面４３１２よりも大きい。
このため、本変形例においては、第１照射領域Ｒ１に励起光が入射されると、当該励起光の殆どが第１波長変換部４３１Ｃのみを透過するので、当該波長変換素子４３からは、励起光及び青色光が出射される。このため、青色光のみを出射する照明装置として、好適に用いることができる。
【００５２】
また、第２照射領域Ｒ２に励起光が入射された場合、上記波長変換素子４３，４３Ａ，４３Ｂと同様に、当該波長変換素子４３Ｃからは、励起光、青色光及び蛍光が出射されるので、当該波長変換素子４３Ｃを備える照明装置及び当該照明装置を備えるプロジェクターとして好適に用いることができる。すなわち、本変形例においては、第２照射領域Ｒ２に励起光が入射される場合に、上記波長変換装置４と同様の効果を奏することができ、当該波長変換装置４Ｃが波長変換装置４に代えて採用された照明装置及びプロジェクターによっても、上記照明装置３１及びプロジェクター１と同様の効果を奏することができる。
すなわち、第２波長変換部４３２は、凹部４３２１を有していなくてもよく、第１波長変換部４３１が第２波長変換部４３２よりも内側に位置していればよい。
【００５３】
上記実施形態では、基材４１は、開口部４１１を有することとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、基材がそれぞれ環状の第１基材及び第２基材によって形成され、第１基材と第２基材とによって励起光の第１方向に直交する側方にて挟持されるように環状の波長変換素子が設けられ、当該基材の中心を回転中心として回転させる構成でもよい。この場合であっても、基材に伝導された波長変換素子４３の熱を放熱しやすくすることができる。
【００５４】
上記実施形態では、集光光学装置３１２は、第１レンズ３１２１及び第２レンズ３１２２を備え、これら第１レンズ３１２１及び第２レンズ３１２２の位置を上記照明光軸Ａｘに沿って移動させることで、波長変換素子４３の第１照射領域Ｒ１から第２照射領域Ｒ２の範囲にて照射範囲を変更できることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、上記照射領域は、予め設定されていてもよい。
この場合、波長変換素子４３に入射され、出射される光の青色光及び蛍光の割合を変更する場合には、当該波長変換素子４３に代えて、上記波長変換素子４３Ａ〜４３Ｃのいずれかを設けることとすればよい。この場合であっても、上記実施形態に係る照明装置３１及びプロジェクター１と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
上記実施形態では、波長変換素子４３は、無機材（セラミック蛍光体）により構成されていることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、波長変換素子４３は、樹脂等の有機材（樹脂バインダーを含む蛍光体等）により形成されていてもよい。この場合、例えば、基材４１及び波長変換素子４３の厚さ寸法を大きくすれば、開口部４１１の内面の面積、すなわち、波長変換素子４３が当接する基材４１の面積を拡大できるので、冷却効率を高めることができる。
【００５６】
上記実施形態では、開口部４１１の内面には、反射層４２が位置していることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、反射層４２はなくてもよい。この場合、波長変換素子４３（第２波長変換部４３２）と開口部４１１の内面とが直接当接するので、波長変換素子４３の熱をより効率よく開口部４１１の内面、ひいては、放熱部材として機能する基材４１に伝導できる。
【００５７】
上記実施形態では、照明装置３１は、波長変換装置４に入射される第１波長の光を出射する光源として、略４５５ｎｍの波長域にピーク波長を有する励起光を出射する固体光源３１１を有するとした。そして、波長変換装置４は、第２波長の光として緑色光及び赤色光を含む蛍光を出射するとした。しかしながら、これに限らず、波長変換素子に入射される光の波長と、当該波長変換素子の波長変換層にて生じる光の波長とが異なれば、本発明における第１波長、第２波長及び第３波長は、上記に限定されない。波長変換装置４に代えて、波長変換装置４Ａ〜４Ｃのいずれかが採用される場合でも同様である。
【００５８】
上記実施形態では、プロジェクター１は、３つの光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）を備えるとした。しかしながら、これに限らず、例えば２つ以下、或いは、４つ以上の光変調装置を備えたプロジェクターにも、本発明は適用可能である。
また、光変調装置３４は、光入射面と光出射面とが異なる液晶パネルを有する構成であった。しかしながら、これに限らず、光入射面と光出射面とが同一となる反射型の液晶パネルを備えた光変調装置を採用してもよい。また、入射光束を変調して画像情報に応じた画像を形成可能な光変調装置であれば、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採用してもよい。
【００５９】
また、上記実施形態及び上記変形例１〜３では、波長変換装置４，４Ａ〜４Ｃは、プロジェクター１に用いられる波長変換装置として説明した。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、上記波長変換装置４，４Ａ〜４Ｃは、プロジェクター１の照明装置３１ではなく、独立して利用可能な照明装置に用いられる構成としてもよい。
なお、上記照明装置として用いられる場合であっても、上記照射領域を第１照射領域Ｒ１〜第２照射領域Ｒ２の間で変化させれば、出射される光の青色光及び蛍光の割合を変更できる照明装置として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…プロジェクター、２…外装筐体、３１…照明装置、３１１…固体光源（光源）、３４，３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ…光変調装置、３６…投射光学装置、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…波長変換装置、４１…基材、４１１…開口部、４２…反射層、４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ…波長変換素子、４３１，４３１Ａ，４３１Ｂ，４３１Ｃ…第１波長変換部、４３１１…光入射面、４３１２…光出射面、４３２，４３２Ａ，４３２Ｂ，４３２Ｃ…第２波長変換部、４３２１，４３２１Ａ，４３２１Ｂ…凹部、４３２２…光入射面、４３２３…光出射面、Ａｘ…照明光軸、Ｐ１…中心、Ｒ１…第１照射領域、Ｒ２…第２照射領域。
【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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