(57)【要約】【課題】波長変換効率が高い照明装置、及び該照明装置を備えたプロジェクターを提供する。【解決手段】照明装置は、光源からの光を複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイからの複数の部分光束を受けて複数の蛍光光を射出する波長変換部と、各々が複数の蛍光光のうち対応する蛍光光を平行化する複数の平行化レンズを備えたコリメートレンズアレイと、を備えている。第１のレンズアレイは、複数の部分光束をそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射させる。【選択図】図２
2019028120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源と、
前記光の光路上に設けられ、前記光を複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイからの前記複数の部分光束を受けて複数の蛍光光を射出する波長変換部と、
前記波長変換部を支持する基材と、
各々が前記複数の蛍光光のうち対応する蛍光光を平行化する複数の平行化レンズを備えたコリメートレンズアレイと、を備え、
第１のレンズアレイは、前記複数の部分光束をそれぞれ前記波長変換部の互いに離間した領域に入射させるように構成されている
照明装置。
【請求項２】
前記波長変換部と前記基材との間に反射面をさらに備え、
前記コリメートレンズアレイが前記第１のレンズアレイとしての機能を兼ねている
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源と前記第１のレンズアレイとの間の前記光の光路上に設けられた平行化光学系をさらに備え、
前記平行化光学系によって平行化された前記光が前記第１のレンズアレイに入射する
請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記波長変換部は、前記複数の平行化レンズに対応してそれぞれ設けられた複数の波長変換層を備える
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記複数の波長変換層は、前記基材の表面に設けられた複数の凹部にそれぞれ埋め込まれている
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記基材は金属材料からなる
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形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、照明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、プロジェクターに用いられる光源装置の光源として、高輝度且つ高出力な光が得られる半導体レーザーが注目されている。例えば、下記特許文献１には、複数の半導体レーザーを２次元的に配列したアレイ光源から射出した励起光を蛍光体に入射させて蛍光を生成するプロジェクター用の光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３７７４４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、一般的に、温度の上昇により蛍光体の波長変換効率が低下する。しかしながら、上記光源装置では、アレイ光源から射出した励起光を集光して蛍光体に入射させるため、蛍光体の温度が上昇することで波長変換効率が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、波長変換効率が低下しにくい照明装置、及び該照明装置を備えたプロジェクターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様による照明装置は、光を射出する光源と、前記光の光路上に設けられ、前記光を複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイからの前記複数の部分光束を受けて複数の蛍光光を射出する波長変換部と、前記波長変換部を支持する基材と、各々が前記複数の蛍光光のうち対応する蛍光光を平行化する複数の平行化レンズを備えたコリメートレンズアレイと、を備えている。第１のレンズアレイは、複数の部分光束をそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射させるように構成されている。
【０００７】
第１態様に係る照明装置においては、複数の部分光束がそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射する。各領域から射出された複数の蛍光光は、蛍光光束を形成する。各領域が互いに離間しているため、各領域で発生した熱が放出されやすく、波長変換部の温度の上昇が低減される。よって、波長変換部の波長変換効率の低下が低減され、照明装置は明るい蛍光光束を射出することができる。
また、複数の蛍光光はそれぞれ、コリメートレンズアレイの複数の平行化レンズのうち対応した平行化レンズに入射して平行化される。そのため、照明装置は平行度の高い複数の蛍光光を射出することができる。平行度の高い蛍光光は後段の光学系によって効率良く利用されるので、蛍光光の利用効率が高い。
【０００８】
上記第１態様において、前記波長変換部と前記基材との間に反射面をさらに備え、前記コリメートレンズアレイが前記第１のレンズアレイとしての機能を兼ねているのが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、コリメートレンズアレイと第１のレンズアレイとが兼用されるので、部品点数を減らすことができる。また、コリメートレンズアレイおよび第１のレンズアレイの一方の位置合わせが不要となるので、組み立て作業が容易となる。
【００１０】
上記第１態様において、前記光源と前記第１のレンズアレイとの間の前記光の光路上に設けられた平行化光学系をさらに備え、前記平行化光学系によって平行化された前記光が前記第１のレンズアレイに入射するのが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、部分光束は第１のレンズアレイによって所定の領域に良好に集光される。蛍光光は所定の領域から射出されるので、第１のレンズアレイによって良好に平行化される。
【００１２】
上記第１態様において、前記波長変換部は、前記複数の平行化レンズに対応してそれぞれ設けられた複数の波長変換層を備えるのが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、例えば、複数の波長変換層として発光特性の異なる波長変換層を適宜選択することで、照明光の色味を調整することができる。よって、所望の色味の照明光を射出することができる。
【００１４】
上記第１態様において、前記複数の波長変換層は、前記基材の表面に設けられた複数の凹部にそれぞれ埋め込まれているのが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、基材と波長変換層との接触面積を増やすことができる。これにより、波長変換層の放熱性を向上させることができる。
【００１６】
上記第１態様において、前記基材は金属材料からなるのが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、波長変換層の放熱性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形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。
【００１９】
第２態様に係るプロジェクターは、波長変換効率が高い照明装置を備えるので、明るい画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第一実施形態に係る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】比較例において波長変換層に生じる温度分布を示す図。
【図４】実施形態において波長変換層に生じる温度分布を示す図。
【図５】第二実施形態の照明装置の構成を示す図。
【図６】第三実施形態の照明装置の構成を示す図。
【図７】波長変換素子の構成を示す平面図。
【図８】図７のＡ−Ａ線矢視による断面図。
【図９】第四実施形態の波長変換素子の構成を示す平面図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線矢視による断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
（第一実施形態）
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
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上にカラー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。
【００２３】
色分離光学系３は、白色光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。
【００２４】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの白色光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、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光を反射する。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を透過させる。
【００２５】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。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。
【００２６】
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の光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。
【００２７】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。
【００２８】
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（図示せず。）が配置されている。
【００２９】
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。
【００３０】
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からの各画像光が入射する。合成光学系５は、各画像光を合成し、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。
【００３１】
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、拡大されたカラー映像が表示される。
【００３２】
（照明装置）
続いて、照明装置２の構成について説明する。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、照明装置２は、第１光源装置１００と、第２光源装置１０１とを備える。
【００３３】
第１光源装置１００は、第１光源１０と、コリメート光学系２０と、ダイクロイックミラー３０と、集光コリメートレンズアレイ４０と、波長変換素子５０と、前段レンズアレイ１２０と、後段レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１４５と、を備える。
【００３４】
第１光源１０は、励起光として青色のレーザー光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）Ｅを射出する半導体レーザーから構成されている。第１光源１０は、１つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。なお、第１光源１０は、４４５ｎｍ以外の波長、例えば４６０ｎｍの青色レーザー光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。本実施形態において、第１光源１０は特許請求の範囲に記載の「光源」に相当する。
【００３５】
コリメート光学系２０は、第１凸レンズ２０ａと、第２凸レンズ２０ｂと、を備える。コリメート光学系２０は、第１光源１０から射出された光を略平行化する。本実施形態において、コリメート光学系２０は特許請求の範囲に記載の「平行化光学系」に相当する。
【００３６】
ダイクロイックミラー３０は、コリメート光学系２０から集光コリメートレンズアレイ４０に至る光路中に、第１光源１０の光軸ａｘ１と照明装置２の照明光軸ａｘ２との各々に対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー３０は、青色の波長帯の光（励起光Ｅ）を反射させ、赤色光および緑色光を含む波長帯の光を透過させる。
【００３７】
集光コリメートレンズアレイ４０は、ダイクロイックミラー３０で反射された励起光Ｅを複数の部分光束Ｂ１に分割するための複数のレンズ４０ａを有する。複数のレンズ４０ａは、照明光軸ａｘ２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。
【００３８】
各レンズ４０ａは部分光束Ｂ１を集光して波長変換素子５０に入射させる機能と、波長変換素子５０から射出された蛍光を略平行化する機能と、を有する。すなわち、各レンズ４０ａは集光レンズ及びコリメートレンズとして兼用されるので、部品点数を減らすことができる。また、集光レンズ及びコリメートレンズの一方の位置合わせが不要となるので、組み立て作業性が容易となる。
【００３９】
本実施形態において、集光コリメートレンズアレイ４０は特許請求の範囲に記載の「第１のレンズアレイ」及び「コリメートレンズアレイ」に相当し、レンズ４０ａは特許請求の範囲に記載の「平行化レンズ」に相当する。
【００４０】
本実施形態において、集光コリメートレンズアレイ４０に入射する励起光Ｅは、コリメート光学系２０により略平行化されている。そのため、部分光束Ｂ１はそれぞれ対応するレンズ４０ａによって所定の領域に良好に集光される。複数の蛍光光ＹＬはそれぞれ所定の領域から射出されるので、対応するレンズ４０ａによって良好に平行化される。本明細書において、複数の蛍光光ＹＬの束を蛍光光束ＹＬ０と称する。
【００４１】
波長変換素子５０は、基材５０Ａと、波長変換層５１と、反射層５２とを備える。本実施形態において、波長変換層５１は特許請求の範囲に記載の「波長変換部」に相当する。
【００４２】
基材５０Ａは、波長変換層５１を支持する。波長変換層５１と基材５０Ａとの間には不図示の接着材が設けられている。基材５０Ａの材料としては、熱伝導性が高く放熱性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、銅等の金属材料、窒化アルミ、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクスが挙げられる。あるいは、ガラス、石英等の材料で構成されていてもよい。
【００４３】
波長変換層５１は、青色の励起光Ｅを、赤色光および緑色光を含む蛍光光ＹＬに変換する蛍光体粒子（不図示）を含む。波長変換層５１は、光入射面５１ａから入射した励起光Ｅを蛍光光ＹＬに変換して、光入射面５１ａから射出する。
【００４４】
蛍光体粒子として例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（以下、「ＹＡＧ」と称する）を母材とし、Ｃｅを賦活剤として含む、Ｃｅ：ＹＡＧを用いた。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５１としては、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５１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。
【００４５】
反射層５２は、波長変換層５１の光入射面５１ａと反対の面に設けられている。反射層５２は、蛍光光ＹＬを高い反射率で反射するように設計された反射面を有する。反射層５２としては、例えば、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属反射膜が挙げられる。これにより、反射層５２は、基材５０Ａ側に向かう蛍光光ＹＬを光入射面５１ａ側に向けて反射する。本実施形態において、反射層５２は特許請求の範囲に記載の「反射面」に相当する。
【００４６】
本実施形態の波長変換素子５０は、励起光Ｅが入射する側と同じ側に向けて蛍光光ＹＬを射出する反射型の波長変換素子を構成する。
【００４７】
ところで、一般的に波長変換層５１の温度が上昇すると、該波長変換層５１の波長変換効率が低下する。
【００４８】
本実施形態の第１光源装置１００では、集光コリメートレンズアレイ４０によって励起光Ｅを複数の部分光束Ｂ１に分割し、複数の部分光束Ｂ１をそれぞれ波長変換素子５０（波長変換部）の互いに離間した領域に入射させる。これにより波長変換層５１の温度の上昇が低減されるので、波長変換効率の低下が低減される。
【００４９】
以下、波長変換層５１の温度の上昇を低減する原理について比較例を参照しながら説明する。比較例として、集光コリメートレンズアレイ４０に代えて、従来技術で用いられているコンデンサレンズによって波長変換層上に励起光を集光する場合を例に挙げる。
【００５０】
図３は比較例において波長変換層５１に生じる温度分布を示す図である。図４は本実施形態において波長変換層５１に生じる温度分布を示す図である。なお、図４では、説明を単純にするため、励起光Ｅを集光コリメートレンズアレイ４０により２分割する例を示した。
【００５１】
図３に示されるように、比較例では、波長変換層５１上の１カ所に励起光Ｅ’が照射されるため、励起光Ｅ’による発熱領域ＨＰ’は波長変換層５１上に１つだけ形成される。
【００５２】
一方、図４に示されるように、本実施形態では、励起光Ｅを２分割して得られた２つの部分光束Ｂ１を、波長変換層５１の互いに離間した領域にそれぞれ照射するため、励起光Ｅによる発熱領域ＨＰは波長変換層５１上に２つ形成される。
【００５３】
本実施形態において各部分光束Ｂ１によって波長変換層５１が照射される領域の面積の合計は、比較例において励起光Ｅ’によって波長変換層５１が照射される領域の面積と同じである。さらに、励起光Ｅと励起光Ｅ’のパワーも互いに同じである。よって、部分光束Ｂ１及び励起光Ｅ’の光密度（単位：Ｗ／ｍｍ２）は互いに等しい。
【００５４】
比較例においては、図３に示したように一つの発熱領域ＨＰ’が形成されているのに対して、本実施形態においては、図４に示したように互いに離間した２つの発熱領域ＨＰが形成されている。そのため、波長変換層５１で発生した熱は、本実施形態の方が比較例よりも基材５０Ａの広い範囲に伝わりやすい。つまり、本実施形態の方が比較例よりも基材５０Ａの広い範囲から熱が放出される。そのため、本実施形態における基材５０Ａの最高温度Ｔ２ｍａｘは比較例における最高温度Ｔ２ｍａｘ’よりも低く、その結果、本実施形態における波長変換層５１の温度Ｔ１は比較例における波長変換層５１の温度Ｔ１’よりも低くなる。
【００５５】
最高温度Ｔ２ｍａｘ’と温度Ｔ１’との差をΔＴ’とし、最高温度Ｔ２ｍａｘと温度Ｔ１との差をΔＴとする。ΔＴ’はΔＴとほぼ同等である。
【００５６】
このように、２つの部分光束Ｂ１を、波長変換層５１の互いに離間した領域にそれぞれ照射することにより、波長変換層５１の熱を比較例よりも効率的に放出することができる。
【００５７】
本発明者は、シミュレーションによって本実施形態の効果を検証した。本シミュレーションでは、励起光の照射領域が２つの場合の蛍光体の温度と、比較例として励起光の照射領域が１つの場合の蛍光体の温度と、をそれぞれ求めた。
【００５８】
なお、本シミュレーションは、銅からなる基材上に配置した蛍光体（５ｍｍ角、厚み０．２ｍｍ）に対し、エネルギーが５Ｗ／ｍｍ２の励起光を照射するものとした。また、励起光を照射する領域の総面積は、いずれの場合も１．０ｍｍ２である。本実施形態において、２つの照射領域の間隔は１ｍｍである。
【００５９】
図５はシミュレーション結果を示す図である。
図５の上段に示すように、励起光の照射領域が１つの場合、蛍光体の表面温度は１８７℃となることが分かった。一方、図５の下段に示すように、励起光の照射領域が２つの場合、蛍光体の表面温度は１６７℃となることが分かった。つまり、本シミュレーション結果によって、励起光Ｅを分割して得た複数の部分光束Ｂ１を波長変換層５１（波長変換部）の互いに離間した領域にそれぞれ照射することにより、波長変換層５１の温度上昇を低減できるという効果が検証された。
【００６０】
以上述べたように本実施形態の第１光源装置１００では、波長変換層５１の温度の上昇が低減されるので、波長変換効率の低下が低減される。よって、明るい蛍光光束ＹＬ０を射出することができる。
【００６１】
また、波長変換層５１上の複数個所で生成された蛍光光ＹＬはそれぞれ、複数のレンズ４０ａのうち対応するレンズ４０ａに入射して平行化される。そのため、平行度の高い蛍光光束ＹＬ０を生成することができる。
【００６２】
図２に戻って、第２光源装置１０１は、第２光源１１０と、集光光学系１６０と、散乱板１６５と、コリメート光学系１７０と、を備えている。
【００６３】
第２光源１１０は、第１光源装置１００の第１光源１０と同一の半導体レーザーから構成されている。第２光源１１０は、１つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。
【００６４】
集光光学系１６０は、第１凸レンズ１６２と、第２凸レンズ１６４と、を備えている。集光光学系１６０は、第２光源１１０から射出された青色光ＬＢを散乱板１６５上もしくは散乱板１６５の近傍に集光させる。
【００６５】
散乱板１６５は、第２光源１１０からの青色光ＬＢを散乱させ、波長変換層５１から射出される蛍光光ＹＬの配光分布に近い配光分布を青色光ＬＢに与える。散乱板１６５として、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
【００６６】
コリメート光学系１７０は、第３凸レンズ１７２と、第４凸レンズ１７４と、を備える。コリメート光学系１７０は、散乱板１６５から射出された光を略平行化する。
【００６７】
第２光源装置１０１から射出された青色光ＬＢは、ダイクロイックミラー３０により反射され、波長変換素子５０から射出されダイクロイックミラー３０を透過した蛍光光束ＹＬ０と合成されて白色光ＷＬとなる。白色光ＷＬは、前段レンズアレイ１２０に入射する。
【００６８】
前段レンズアレイ１２０は、白色光ＷＬを複数の光線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ａｘ２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。
【００６９】
後段レンズアレイ１３０は、前段レンズアレイ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。後段レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１４５とともに、前段レンズアレイ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ａｘ２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。前段レンズアレイ１２０、後段レンズアレイ１３０および重畳レンズ１４５は、均一照明光学系を構成している。
【００７０】
一般に、上記の均一照明光学系には平行度の高い光を入射させないと、光の損失が大きい。しかし、上述のように蛍光光束ＹＬ０は平行度が高いため、蛍光光束ＹＬ０を効率的に利用することができる。
【００７１】
偏光変換素子１４０は、後段レンズアレイ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。
【００７２】
重畳レンズ１４５は、偏光変換素子１４０から射出された各光線束を集光して、図１に示した光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。
【００７３】
以上により、照明装置２は、略均一な照度分布で画像形成領域を照明することができる。
【００７４】
本実施形態の照明装置２は、明るい蛍光光束ＹＬ０を射出する第１光源装置１００を備えるので、明るい白色光ＷＬを射出することができる。本実施形態のプロジェクター１は、上記照明装置２を備えるので、明るい画像を表示することができる。
【００７５】
（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態の照明について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは第１光源装置の構成である。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、詳細な説明は省略する。
図６は本実施形態の照明装置２Ａの構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の照明装置２Ａは、第１光源装置２００と、第２光源装置１０１とを備える。以下、第１光源装置２００の構成について説明する。
第１光源装置２００は、第１光源１０と、コリメート光学系２０と、光分割レンズアレイ６０と、波長変換素子１５０と、コリメートレンズアレイ７０と、ダイクロイックミラー３０と、前段レンズアレイ１２０と、後段レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１４５と、を備える。
【００７６】
光分割レンズアレイ６０は、コリメート光学系２０を通過した励起光Ｅを複数の部分光束Ｂ１に分割するための複数のレンズ６０ａを有する。複数のレンズ６０ａは、照明光軸ａｘ２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。
【００７７】
本実施形態において、各レンズ６０ａは部分光束Ｂ１を集光して波長変換素子１５０に入射させる機能を有する。本実施形態において、光分割レンズアレイ６０は特許請求の範囲に記載の「第１のレンズアレイ」に相当する。
【００７８】
本実施形態において、光分割レンズアレイ６０に入射する励起光Ｅは、コリメート光学系２０により略平行化されている。そのため、第１実施形態と同様に、部分光束Ｂ１はそれぞれ対応するレンズ６０ａによって所定の領域に良好に集光される。
【００７９】
波長変換素子１５０は、透光性を有する基材１５０Ａと、波長変換層１５１と、ダイクロイック膜５３とを備える。本実施形態において、波長変換素子１５０は特許請求の範囲に記載の「波長変換部」に相当する。
【００８０】
基材１５０Ａは、波長変換層１５１を支持する。波長変換層１５１と基材１５０Ａとの間には不図示の接着材が設けられている。基材１５０Ａの材料としては光透過性を有する、例えばガラス、石英等が用いられる。
【００８１】
波長変換層１５１は、青色の励起光Ｅを、赤色光および緑色光を含む蛍光光ＹＬに変換する蛍光体粒子（不図示）を含む。波長変換層１５１は、上記実施形態の波長変換層５１と同様の構成からなる。
本実施形態において、波長変換層１５１は、光入射面１５１ａから入射した励起光Ｅを蛍光光ＹＬに変換して、光入射面１５１ａと反対の光射出面１５１ｂから射出する。
【００８２】
ダイクロイック膜５３は、波長変換層１５１の光入射面１５１ａに設けられている。ダイクロイック膜５３は、励起光Ｅを透過するとともに蛍光光ＹＬを反射する。これにより、ダイクロイック膜５３は、基材１５０Ａ側に向かう蛍光光ＹＬを光射出面１５１ｂ側に向けて反射する。
【００８３】
本実施形態の波長変換素子１５０は、励起光Ｅが入射する側と反対側に向けて蛍光光ＹＬを射出する、所謂、透過型の波長変換素子を構成する。
【００８４】
第１実施形態と同様、本実施形態の第１光源装置２００でも、光分割レンズアレイ６０によって励起光Ｅを複数の部分光束Ｂ１に分割し、複数の部分光束Ｂ１をそれぞれ波長変換素子１５０（波長変換部）の互いに離間した領域に入射させる。これにより波長変換層５１の温度の上昇が低減されるので、波長変換効率の低下が低減される。
【００８５】
コリメートレンズアレイ７０は複数のレンズ７０ａを備えている。波長変換層１５１において複数の部分光束Ｂ１が入射した領域各々から射出された複数の蛍光光ＹＬは、複数のレンズ７０ａのうち対応するレンズ７０ａに入射して平行化される。そのため、平行度の高い蛍光光束ＹＬ０を生成することができる。
【００８６】
コリメートレンズアレイ７０により平行化された蛍光光束ＹＬ０は、ダイクロイックミラー３０によって第２光源装置１０１からの青色光ＬＢと合成されて白色光ＷＬとなる。
【００８７】
本実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００８８】
（第三実施形態）
続いて、本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態では、波長変換素子の別構成について説明する。本実施形態の波長変換素子は、第一実施形態の波長変換素子５０と同様、反射型の波長変換素子である。なお、第一実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８９】
図７は本実施形態の波長変換素子２５０の構成を示す平面図である。図７には、波長変換素子２５０の前段に配置される集光コリメートレンズアレイ４０も図示している。
図７に示すように、本実施形態の波長変換素子２５０は、基材２５０Ａと、複数の波長変換層２５１と、反射層２５２とを備える。複数の波長変換層２５１は互いに離間しており、集光コリメートレンズアレイ４０の各レンズ４０ａに対応して設けられている。複数の波長変換層２５１は特許請求の範囲に記載の「波長変換部」に相当する。
【００９０】
基材２５０Ａは、複数の波長変換層２５１を支持する。基材２５０Ａの材料としては、熱伝導性が高く放熱性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、銅等の金属材料、窒化アルミ、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクスが挙げられる。
【００９１】
図８は図７のＡ−Ａ線矢視による断面図である。
図８に示すように、複数の波長変換層２５１は、基材２５０Ａの表面２５５に設けられた複数の凹部２５６に埋め込まれている。反射層２５２は、各波長変換層２５１の側面及び底面を覆うように設けられている。反射層２５２としては、例えば、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属反射膜が挙げられる。反射層２５２が設けられた複数の波長変換層２５１は、凹部２５６内に不図示の接着材を介して接合されている。
【００９２】
ここで、基材２５０Ａ内に複数の波長変換層２５１を埋め込むことによる効果について説明する。
比較例として、１辺１ｍｍ、厚み０．２ｍｍの蛍光体を基材に埋め込んだモデルについて考える。また、本実施形態に対応する実施例として、例えば、１辺１ｍｍ、厚み０．２ｍｍの蛍光体を４分割した分割蛍光体を基材にそれぞれ埋め込んだモデルについて考える。比較例及び実施例との比較結果を下記の表に示す。
【００９３】
【表１】
2019028120.tif 000003
【００９４】
上記表に示されるように、比較例において、蛍光体の底面と基材との接触面積は１ｍｍ２であり、蛍光体の側面と基材との接触面積は０．８ｍｍ２であり、蛍光体と基材との接触面積の合計は１．８ｍｍ２となる。
【００９５】
一方、実施例において、分割蛍光体の底面と基材との接触面積は０．２５ｍｍ２であり、分割蛍光体の側面と基材との接触面積は０．４ｍｍ２であり、分割蛍光体と基材との接触面積の合計は０．６５ｍｍ２となる。分割蛍光体は４つあることから、蛍光体全体と基材との接触面積の合計は２．６ｍｍ２となる。
【００９６】
表に示されるように、比較例の接触面積を１とした場合、実施例の接触面積は１．４となる。すなわち、１つの蛍光体層を４分割した分割蛍光体層を基材に埋め込む場合の接触面積は、１つの蛍光体層を基材内に埋め込む場合の接触面積の１．４倍となる。
なお、上記説明では、蛍光体を４分割した場合を例に挙げたが、蛍光体の分割数はこれに限定されない。接触面積は分割数が大きいほど大きい。
【００９７】
本実施形態の波長変換素子２５０においても、複数の部分光束Ｂ１をそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射させる。これにより波長変換層５１の温度の上昇が低減されるので、波長変換効率の低下が低減される。
【００９８】
波長変換層２５１の放熱性は、基材２５０Ａとの接触面積が大きいほど高い。本実施形態の波長変換素子２５０では、波長変換層２５１を基材２５０Ａの凹部２５６に埋め込むことによって基材２５０Ａとの接触面積を増やして、複数の波長変換層２５１（波長変換部）全体としての放熱性を向上させている。これにより、各波長変換層２５１の温度の上昇がさらに低減されるので、波長変換効率の低下がさらに低減される。よって、明るい蛍光光束ＹＬ０を射出することができる。
【００９９】
（第四実施形態）
続いて、本発明の第四実施形態について説明する。本実施形態では波長変換素子の別構成について説明する。本実施形態の波長変換素子は、第三実施形態の波長変換素子２５０と同様、反射型の波長変換素子である。なお、第三実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１００】
図９は本実施形態の波長変換素子３５０の構成を示す平面図である。図９には、波長変換素子３５０の前段に配置される集光コリメートレンズアレイ４０も図示している。
図９に示すように、本実施形態の波長変換素子３５０は、基材２５０Ａと、複数の波長変換層３５１と、反射層２５２とを備える。複数の波長変換層３５１は互いに離間しており、集光コリメートレンズアレイ４０の各レンズ４０ａに対応して設けられている。
【０１０１】
図１０は図９のＢ−Ｂ線矢視による断面図である。
図９に示すように、複数の波長変換層３５１は、基材２５０Ａの表面２５５に設けられた複数の凹部２５６に埋め込まれている。反射層２５２は、各波長変換層３５１の側面及び底面を覆うように設けられている。
【０１０２】
本実施形態において、複数の波長変換層３５１は第１波長変換層３５１ａと第２波長変換層３５１ｂとを含む。第１波長変換層３５１ａ及び第２波長変換層３５１ｂは、それぞれ同じ数だけ設けられている。
【０１０３】
第１波長変換層３５１ａは、青色の励起光Ｅを黄色の蛍光光に変換する蛍光体層から構成される。
具体的に第１波長変換層３５１ａを構成する蛍光体層としては、Ｃｅ：ＹＡＧを用いた。
【０１０４】
一方、第２波長変換層３５１ｂは、青色の励起光Ｅを赤色の蛍光光に変換する蛍光体層から構成される。
具体的に第２波長変換層３５１ｂを構成する蛍光体層としては（Ｃａ１−ｘ，Ｅｕｘ）ＡｌＳｉＮ３を用いた。
【０１０５】
例えば、第１波長変換層３５１ａを構成するＣｅ：ＹＡＧは黄色の蛍光光を高効率で生成するものの、赤の光量が少ない状態となり易い。すなわち、Ｃｅ：ＹＡＧにより生成された蛍光光は色味として緑色寄りの黄色となり易い。
【０１０６】
本実施形態では、複数の波長変換層３５１を第１波長変換層３５１ａと該第１波長変換層３５１ａとは発光特性の異なる第２波長変換層３５１ｂとで構成することで、波長変換素子３５０により生成される蛍光の色味を調整することができる。具体的に、第２波長変換層３５１ｂは、第１波長変換層３５１ａで生成される蛍光光において不足している赤色のスペクトルを補うことができる。
以上のように、本実施形態の波長変換素子３５０によれば、色純度の高い白色光ＷＬを生成することができる。
【０１０７】
第四実施形態では、波長変換素子３５０として反射型の波長変換素子を例に挙げたが、波長変換素子３５０は第二実施形態の波長変換素子１５０のような透過型の波長変換素子であってもよい。
【０１０８】
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。
【０１０９】
上記第三実施形態では、波長変換素子２５０として複数の波長変換層２５１を基材２５０Ａの凹部２５６に埋め込む場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、複数の波長変換層２５１を埋め込まずに基材２５０Ａの表面２５５に直接設けても良い。
【０１１０】
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つの光変調装置でカラー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。
【０１１１】
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】
【０１１２】
１…プロジェクター、２，２Ａ…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、４０ａ，６０ａ，７０ａ…レンズ、５０Ａ，１５０Ａ，２５０Ａ…基材、５１，１５１，２５１，３５１…波長変換層、４０…集光コリメートレンズアレイ、４０ａ…レンズ、５２…反射層、７０…コリメートレンズアレイ、７０ａ…レンズ、２５５…表面、２５６…凹部、Ｂ１…部分光束、ＹＬ…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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