(57)【要約】【課題】励起光の利用効率を高めることができる波長変換素子、光源装置及びプロジェクターを提供すること。【解決手段】励起光によって励起されて蛍光光を射出する波長変換層４２と、波長変換層４２を支持する支持面４４１を有する基板４４と、を有し、波長変換層４２は、凹部４２１（溝部４２２）を有し、凹部４２１の内面において互いに対向する部位は、凹部４２１の断面視において支持面４４１の法線ＮＶに対して同じ側に傾斜している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光によって励起されて蛍光光を射出する波長変換層と、
前記波長変換層を支持する支持面を有する基板と、を有し、
前記波長変換層は、凹部を有し、
前記凹部の内面において互いに対向する部位は、前記凹部の断面視において前記支持面の法線に対して同じ側に傾斜していることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の波長変換素子において、
前記凹部の断面視において、前記凹部は、前記波長変換層を貫通していることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の波長変換素子において、
前記互いに対向する部位は、互いに略平行であることを特徴とする波長変換素子。
【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素子において、
前記波長変換層の平面視において、前記凹部は、所定の幅を有する線状の溝であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項５】
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素子において、
前記波長変換層の平面視において、前記凹部は、複数の溝から構成され、
前記複数の溝は格子状に設けられていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項６】
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素子において、
前記凹部の断面視において、前記凹部の中心軸は、前記法線に対して傾斜しており、前記凹部は、錐形状及び柱形状の少なくともいずれかの形状を有していることを特徴とする波長変換素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の波長変換素子において、
前記基板と前記波長変換層との間に設けられた反射層をさらに備えることを特徴とする波長変換素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の波長変換素子において、
前記凹部に設けられ、前記波長変換層の屈折率とは異なる屈折率を有する透光部材をさらに備えることを特徴とする波長変換素子。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子の前記凹部を含む領域に前記励起光を照射する発光素子と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された照明光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置からの画像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、波長変換素子、光源装置及びプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から射出された光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上に拡大投射するプロジェクターが知られている。このようなプロジェクターに用いられる光源装置として、励起光を射出する固体光源と、励起光により励起されて蛍光光を発光する蛍光体層（波長変換層）と、を備える光源装置が知られている。
【０００３】
蛍光体層にて生じた蛍光光のうち蛍光体層の表面に臨界角未満の入射角で入射した成分は、蛍光体層の外部に射出できる。一方、蛍光体層の表面に臨界角以上の入射角で入射した成分は、表面で反射して、蛍光体層の内部を散乱されながら進行する。そのため、蛍光体層から蛍光光が射出される領域は、励起光が照射された領域の外側に拡がる。
【０００４】
このような問題に対し、半球状又は截頭角錐台形状の微小凸状体の２次元アレイ構造を持つ蛍光体層を有する光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６１５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上記特許文献１における微小凸状体の斜面の垂直面からの傾斜角をαとすると、−αから＋αの間の入射角で微小凸状体の間の領域に入射した光は、蛍光体層に入射できない。上記特許文献１の記載では、αは１０度であるため、２０度の範囲の入射角で入射した光は利用されない。そのため、励起光の利用効率が低いという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決することを目的としたものであり、励起光の利用効率が高い波長変換素子を提供することを目的の１つとする。また、本発明は、当該波長変換素子を有する光源装置を提供することを目的の１つとする。更に、本発明は、当該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１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様に係る波長変換素子は、励起光によって励起されて蛍光光を射出する波長変換層と、前記波長変換層を支持する支持面を有する基板と、を有し、前記波長変換層は、凹部を有し、前記凹部の内面において互いに対向する部位は、前記凹部の断面視において前記支持面の法線に対して同じ側に傾斜していることを特徴とする。
【０００９】
以下、本明細書では、波長変換層の励起光が入射する面の法線方向から見たとき、波長変換層から蛍光光が射出される領域のことを、実質的な発光領域と称する。波長変換層の平面視は、波長変換層を励起光の入射側から見る場合を指す。
第１態様では、波長変換層は、凹部を有しているため、波長変換層内で生じた蛍光光は、凹部にて反射、散乱又は屈折して波長変換層の外部へ射出しやすい。言い換えれば、実質的な発光領域が拡がりにくい。更に、凹部が励起光の入射領域内に位置していれば、実質的な発光領域が当該入射領域の外側に拡がりにくい。
【００１０】
また、凹部の内面において互いに対向する部位は、凹部の断面視において支持面の法線に対して同じ側に傾斜している。
ここで、凹部の断面視において、法線に対して時計回りに傾いている場合の傾き角を正とし、反時計回りに傾いている場合の傾き角を負とする。第１態様によれば、互いに対向する部位の傾き角が例えば正の場合、負の傾き角で波長変換層に照射される励起光の略全てが、波長変換層のどこかの部位に入射する。また、正の傾き角で波長変換層に照射される励起光のうち、特定の範囲の傾き角で凹部に入射した励起光以外は、必ず波長変換層へ入射する。従って、凹部の幅を小さくする等して、当該特定の範囲を上記特許文献１に記載の構成より狭めることができ、これにより、励起光を効率よく利用できる。
【００１１】
上記第１態様では、前記凹部の断面視において、前記凹部は、前記波長変換層を貫通していることが好ましい。
ここで、凹部が波長変換層を貫通していない場合には、当該凹部へと進行する励起光は波長変換層に入射できる。しかしながら、波長変換層にて生じた蛍光光のうち一部の成分は、凹部によってその進路を妨げられることなく波長変換層の内部を進行することができる。そのため、実質的な発光領域が拡がりやすい。
しかし、凹部が貫通していれば、平面視で波長変換層の外側へ向かって波長変換層の内部を進行する成分を、凹部によって少なくすることができる。従って、励起光の入射領域内にて波長変換層の外部へ射出される蛍光光の光量を確実に多くすることができ、実質的な発光領域を拡がりにくくすることができる。
【００１２】
上記第１態様では、前記互いに対向する部位は、互いに略平行であることが好ましい。
ここで、上記法線に対する凹部の傾斜角（法線と断面視での凹部の中心線との角度）によっては、当該対向する部位の一方が、他方に対して法線とは反対側に傾斜して形成される可能性がある。このような場合には、入射される励起光に対して凹部が開き気味になるため、当該凹部内に入射される励起光の光量が増えてしまう。
しかし、互いに対向する部位が互いに略平行であれば、入射される励起光に対して凹部が開き気味とはならないため、当該凹部内に入射される励起光の光量を少なくすることができる。従って、励起光のより多くの成分が波長変換層に入射するため、励起光の利用効率を高めることができる。
【００１３】
上記第１態様では、前記波長変換層の平面視において、前記凹部は、所定の幅を有する線状の溝であることが好ましい。
このような構成によれば、波長変換層内にて生じた蛍光光が凹部に入射しやすい。従って、励起光の入射領域内にて波長変換層の外部へ射出される蛍光光の光量を確実に多くすることができ、実質的な発光領域を拡がりにくくすることができる。
【００１４】
上記第１態様では、前記波長変換層の平面視において、前記凹部は、複数の溝から構成され、前記複数の溝は格子状に設けられていることが好ましい。
ここで、波長変換層にて生じた蛍光光は、当該蛍光光の発生部位から放射状に広がる。
このため、この構成によれば、蛍光光が溝部（凹部）に入射しやすい。従って、励起光の入射領域内にて射出される蛍光光の光量をより一層多くすることができる。
【００１５】
上記第１態様では、前記凹部の断面視において、前記凹部の中心軸は、前記法線に対して傾斜しており、前記凹部は、錐形状及び柱形状の少なくともいずれかの形状を有していることが好ましい。
このような凹部が、波長変換層に複数形成されていれば、当該凹部に入射される蛍光光の光量を多くすることができるので、上記と同様に、当該励起光の利用効率をより一層向上させることができる。
また、凹部が錐形状又は柱形状であれば、凹部が上記溝部である場合に比べて、励起光が凹部内に入射しにくく、その結果、励起光の利用効率が高くなる。
【００１６】
上記第１態様では、前記基板と前記波長変換層との間に設けられた反射層をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、凹部内に入射した励起光は、反射層にて反射するため、波長変換層に入射することができる。従って、波長変換層に向けて射出された励起光の略全てが波長変換層に入射するので、励起光の利用効率を確実に高めることができる。
【００１７】
上記第１態様では、前記凹部に設けられ、前記波長変換層の屈折率とは異なる屈折率を有する透光部材をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、凹部を補強できるので、当該凹部が形成されることによって波長変換層の強度が低くなることを抑制できる。
また、透光部材は、波長変換層の屈折率と異なる屈折率を有することから、凹部に入射される蛍光光を、波長変換層と透光部材との界面にて確実に散乱又は反射させることができる。
【００１８】
本発明の第２態様に係る光源装置は、上記波長変換素子と、前記波長変換素子の前記凹部を含む領域に前記励起光を照射する発光素子と、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素子と同様の効果を奏することができる。
【００１９】
本発明の第３態様に係るプロジェクターは、上記光源装置と、前記光源装置から射出された照明光を変調する光変調装置と、前記光変調装置からの画像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２態様に係る光源装置と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの構成を示す模式図。
【図２】上記第１実施形態における光源装置の構成を示す模式図。
【図３】上記第１実施形態における波長変換素子を示す平面図。
【図４】上記第１実施形態における波長変換素子を示す断面図。
【図５】上記第１実施形態における溝部を拡大して示す波長変換層の断面図。
【図６】上記第１実施形態における波長変換層に入射される励起光の光路を示す図。
【図７】上記第１実施形態における蛍光光の光路の一例を示す図。
【図８】上記第１実施形態における波長変換素子の変形を示す断面図。
【図９】上記第１実施形態における波長変換素子の変形を示す断面図。
【図１０】上記第１実施形態における波長変換素子の変形を示す断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るプロジェクターが備える波長変換素子を示す平面図。
【図１２】上記第２実施形態における波長変換素子の変形を示す平面図。
【図１３】本発明の第３実施形態に係るプロジェクターが備える波長変換素子を示す断面図。
【図１４】上記第３実施形態における波長変換素子の変形を示す断面図。
【図１５】本発明の第４実施形態に係るプロジェクターが備える波長変換層を示す概要斜視図。
【図１６】上記第４実施形態における波長変換素子の変形を示す平面図。
【図１７】本発明の第５実施形態に係るプロジェクターが備える光源装置の構成を示す模式図。
【図１８】上記第５実施形態における波長変換層の一部を示す平面図。
【図１９】本発明の第６実施形態に係るプロジェクターの構成を示す模式図。
【図２０】上記第６実施形態における光源装置の構成を示す模式図。
【図２１】上記第６実施形態における波長変換素子の一部を示す断面図。
【図２２】上記第６実施形態における比較例としての波長変換素子の一部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１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の構成を示す模式図である。
本実施形態に係るプロジェクター１は、内部に設けられた光源から射出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ＳＣ１等の被投射面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内に収納される光学ユニット３の他、図示を省略するが、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。
【００２２】
［光学ユニットの構成］
光学ユニット３は、上記制御装置による制御の下、画像情報に応じた画像光を形成及び投射する。この光学ユニット３は、光源装置３１、色分離装置３２、平行化レンズ３３、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。
光源装置３１は、照明光ＷＬを射出する。なお、光源装置３１の構成については、後述する。
色分離装置３２は、光源装置３１から入射された照明光ＷＬを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）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。
ダイクロイックミラー３２１は、光源装置３１からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲとその他の色光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。ダイクロイックミラー３２１は、赤色光ＬＲを透過させるとともに、その他の色光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射させる。ダイクロイックミラー３２２は、その他の色光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。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、青色光ＬＢを透過させる。
【００２３】
全反射ミラー３２３は、赤色光ＬＲの光路中に配置され、ダイクロイックミラー３２１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。一方、全反射ミラー３２４，３２５は、青色光ＬＢの光路中に配置され、ダイクロイックミラー３２２を透過した青色光ＬＢを光変調装置３４（３４Ｂ）に導く。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、青色光ＬＢ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、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機能を有する。
【００２４】
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。
【００２５】
光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）は、それぞれ入射される赤、緑及び青の色光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、図示は省略するが、光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの入射側及び射出側にはそれぞれ、偏光板が配置されている。
【００２６】
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に向けて射出する。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ＳＣ１等の被投射面に投射する。このような構成により、スクリーンＳＣ１に拡大された画像が投射される。
【００２７】
［光源装置の構成］
図２は、光源装置３１の構成を示す模式図である。
光源装置３１は、上記のように、照明光ＷＬを色分離装置３２に向けて射出する。この光源装置３１は、図２に示すように、光源部３１１、アフォーカル光学系３１２、ホモジナイザー光学系３１３、偏光分離装置３１４、ピックアップ光学系３１５、位相差板３１６、ピックアップレンズ３１７、インテグレーター光学系３１８、偏光変換素子３１９、重畳レンズ３２０、蛍光部材４及び拡散反射素子５を備える。
【００２８】
ここで、光源装置３１における各光学部品の配置について説明する。
光源装置３１には、それぞれ同一平面内にあり、且つ互いに直交する照明光軸Ａｘ１，Ａｘ２が規定されている。
これらのうち、照明光軸Ａｘ１上には、光源部３１１と、アフォーカル光学系３１２と、ホモジナイザー光学系３１３と、偏光分離装置３１４と、位相差板３１６と、ピックアップレンズ３１７と、拡散反射素子５とが、この順に並んで配置されている。
また、照明光軸Ａｘ２上には、蛍光部材４と、ピックアップ光学系３１５と、偏光分離装置３１４と、インテグレーター光学系３１８と、偏光変換素子３１９と、重畳レンズ３２０とが、この順に並んで配置されている。
なお、本実施形態に係る光源装置３１においては、光源装置３１から上記色分離装置３２に射出される光の進行方向は、照明光軸Ａｘ２に沿う方向である。
【００２９】
［光源部の構成］
光源部３１１は、アレイ光源３１１Ａ及びコリメーター光学系３１１Ｂを備える。
アレイ光源３１１Ａは、複数の第１半導体レーザー３１１１及び複数の第２半導体レーザー３１１２を備える。複数の第１半導体レーザー３１１１及び複数の第２半導体レーザー３１１２は、照明光軸Ａｘ１と直交する一平面内において、アレイ状に並んで配置されている。
第１半導体レーザー３１１１は、本発明の発光素子に相当し、励起光ＢＬ１（例えばピーク波長が４４０ｎｍのレーザー光）を射出するレーザー光源である。
第２半導体レーザー３１１２は、青色光ＢＬ２（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出するレーザー光源である。
これら半導体レーザー３１１１，３１１２のそれぞれから射出された励起光ＢＬ１及び青色光ＢＬ２は、コリメーター光学系３１１Ｂに入射する。
コリメーター光学系３１１Ｂは、入射された励起光ＢＬ１及び青色光ＢＬ２を平行光束に変換する。コリメーター光学系３１１Ｂは、例えばアレイ状に配置された複数のコリメーターレンズ３１１３から構成されている。このコリメーター光学系３１１Ｂを通過した励起光ＢＬ１及び青色光ＢＬ２は、アフォーカル光学系３１２に入射する。
【００３０】
［アフォーカル光学系及びホモジナイザー光学系の構成］
アフォーカル光学系３１２は、レンズ３１２１，３１２２を備え、コリメーター光学系３１１Ｂから入射された励起光ＢＬ１及び青色光ＢＬ２の光束径を調整し、これら励起光ＢＬ１及び青色光ＢＬ２をホモジナイザー光学系３１３に入射させる。
ホモジナイザー光学系３１３は、被照明領域の照度分布の均一性を高めるために設けられている。ホモジナイザー光学系３１３は、一対のマルチレンズアレイ３１３１，３１３２を備える。
【００３１】
［偏光分離装置の構成］
ホモジナイザー光学系３１３を通過した励起光ＢＬ１及び青色光ＢＬ２は、偏光分離装置３１４に入射する。偏光分離装置３１４は、プリズム型の偏光ビームスプリッターである。具体的に、偏光分離装置３１４は、それぞれ三角柱状に形成された２つのプリズム３１４１，３１４２と、当該プリズム３１４１，３１４２間に位置する偏光分離層３１４３と、を有する。各プリズム３１４１，３１４２が組み合わされて略直方体形状に形成されている。
これらのうち、偏光分離層３１４３は、照明光軸Ａｘ１，Ａｘ２のそれぞれに対して４５°の角度で交差している。
【００３２】
このような偏光分離層３１４３は、入射する光に含まれるＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離する。具体的に、偏光分離層３１４３は、Ｓ偏光成分を反射させ、Ｐ偏光成分を透過させる。また、偏光分離層３１４３は、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分のいずれの偏光成分であっても、所定波長以上の光を透過させる色分離特性を有する。
【００３３】
励起光ＢＬ１及び青色光ＢＬ２はいずれも直線偏光光である。励起光ＢＬ１は、偏光分離層３１４３にＳ偏光の励起光ＢＬ１ｓとして入射する。青色光ＢＬ２は、偏光分離層３１４３にＰ偏光の青色光ＢＬ２ｐとして入射する。
従って、偏光分離層３１４３に入射された励起光ＢＬ１ｓは、蛍光部材４に向けて反射される。偏光分離層３１４３で反射された励起光ＢＬ１ｓは、ピックアップ光学系３１５に入射する。一方、偏光分離層３１４３に入射された青色光ＢＬ２ｐは、偏光分離層３１４３を拡散反射素子５に向けて透過する。偏光分離層３１４３を透過した青色光ＢＬ２ｐは位相差板３１６に入射する。
【００３４】
［位相差板及びピックアップ光学系の構成］
ピックアップ光学系３１５は、偏光分離層３１４３にて反射された励起光ＢＬ１ｓを集光し、蛍光部材４の波長変換素子４１に重畳させる。また、ピックアップ光学系３１５は、当該波長変換層４２から射出される蛍光光ＹＬを集光する。このようなピックアップ光学系３１５は、例えば２つのピックアップレンズ３１５１，３１５２を有する。
なお、励起光ＢＬ１ｓは、励起光ＢＬ１ｓの中心軸が後述する波長変換素子４１が有する基板４４の支持面４４１の法線ＮＶ（図３参照）に沿うように入射する。
【００３５】
［蛍光部材の構成］
蛍光部材４は、入射された励起光ＢＬ１ｓにより励起されて当該励起光ＢＬ１ｓより波長が高い蛍光光（黄色光）ＹＬを生成する。蛍光光ＹＬはピックアップ光学系３１５側に射出される。この蛍光部材４は、波長変換素子４１及びヒートシンク４５を備える。
これらのうち、ヒートシンク４５は、波長変換素子４１における光入射側とは反対側の面に、当該波長変換素子４１にて生じた熱が伝導可能に接続されている。このヒートシンク４５により、当該熱が放熱され、波長変換素子４１が冷却される。
なお、波長変換素子４１の構成については、後に詳述する。
このような蛍光部材４から射出された蛍光光ＹＬは、照明光軸Ａｘ２に沿ってピックアップ光学系３１５を通過した後、偏光分離装置３１４に入射される。そして、この蛍光光ＹＬは、偏光分離装置３１４の上記色分離特性を有する偏光分離層３１４３を通過して、インテグレーター光学系３１８に入射する。
【００３６】
［位相差板及びピックアップレンズの構成］
位相差板３１６は、１／４波長板であり、偏光分離装置３１４と拡散反射素子５との間の光路中に配置されている。この位相差板３１６は、偏光分離装置３１４から入射されるＰ偏光の青色光ＢＬ２ｐを円偏光の青色光ＢＬ２ｃに変換し、青色光ＢＬ２ｃをピックアップレンズ３１７に向けて射出する。
ピックアップレンズ３１７は、青色光ＢＬ２ｃを拡散反射素子５に向けて集光させる。
【００３７】
［拡散反射素子の構成］
拡散反射素子５は、ピックアップレンズ３１７を介して入射された青色光ＢＬ２ｃを偏光分離装置３１４に向けて拡散反射させる。このような拡散反射素子５としては、入射された青色光ＢＬ２ｃをランバート反射させるものが好ましい。
拡散反射素子５にて拡散反射された青色光ＢＬ２ｃは、位相差板３１６によりＳ偏光の青色光ＢＬ２ｓに変換される。青色光ＢＬ２ｓは、偏光分離装置３１４に入射する。青色光ＢＬ２ｓは、偏光分離装置３１４の偏光分離層３１４３にて反射されて、インテグレーター光学系３１８に入射する。
これにより、青色光ＢＬ２ｓは、偏光分離装置３１４を透過した蛍光光ＹＬとともに、インテグレーター光学系３１８に入射され、照明光ＷＬとして利用される。
【００３８】
［インテグレーター光学系の構成］
インテグレーター光学系３１８は、後述する重畳レンズ３２０と協同して、被照明領域における照度分布を均一化する。このインテグレーター光学系３１８は、一対のレンズアレイ３１８１，３１８２を備える。これらレンズアレイ３１８１，３１８２は、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。このインテグレーター光学系３１８から射出された照明光ＷＬは、偏光変換素子３１９に入射する。
【００３９】
［偏光変換素子の構成］
偏光変換素子３１９は、図示を省略するが、偏光分離層及び反射層が形成された透光性部材と、位相差板とを有し、入射される照明光ＷＬの偏光方向が揃えられた直線偏光に変換する。
重畳レンズ３２０は、偏光変換素子３１９から入射された照明光ＷＬを被照明領域に重畳させる。この重畳レンズ３２０から射出された照明光ＷＬは、上記色分離装置３２に入射される。
【００４０】
［波長変換素子の構成］
図３は、波長変換層４２を励起光ＢＬ１ｓの入射側から見た平面図である。図４は、図３に示した波長変換素子４１のＡ−Ａ断面図である。なお、以下の説明において、Ｚ方向は、基板４４から波長変換層４２へ向かう方向である。Ｘ方向及びＹ方向は、それぞれＺ方向に対して直交し、且つ互いに直交する方向を示す。すなわち、図４は、波長変換素子４１のＸＺ平面と平行な断面図である。
波長変換素子４１は、上記のように、励起光ＢＬ１ｓにより蛍光光ＹＬを発生して、当該蛍光光ＹＬを励起光ＢＬ１ｓの入射側（ピックアップ光学系３１５側）に射出する。この波長変換素子４１は、図３及び図４に示すように、波長変換層４２（図３）と、反射層４３及び基板４４（図３及び図４）と、を有する。
基板４４は、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属製の板体であり、図４に示すように、波長変換層４２及び反射層４３を支持する支持基板として機能する。すなわち、基板４４は、波長変換層４２を支持する略平坦な支持面４４１を有する。
基板４４には、波長変換層４２及び反射層４３が位置する側とは反対側、すなわち、励起光ＢＬ１ｓの入射側とは反対側に、上記ヒートシンク４５が接続される。
【００４１】
また、反射層４３は、基板４４と波長変換層４２との間に位置し、当該波長変換層４２側から入射される光を反射させる。このような反射層４３は、基板４４に形成されていてもよく、波長変換層４２に形成されていてもよい。前者の場合、波長変換素子４１は、基板４４の支持面４４１に反射層４３を形成し、当該反射層４３上に波長変換層４２を接着剤等により固定することによって構成できる。また、後者の場合、波長変換素子４１は、波長変換層４２に反射層４３を形成し、当該波長変換層４２を支持面４４１に固定することによって構成できる。
【００４２】
［波長変換層の構成］
波長変換層４２は、上記蛍光光ＹＬを発生させる蛍光体を含む。このような蛍光体は、例えば、波長４４０ｎｍの励起光ＢＬ１ｓにより励起されて、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光光ＹＬを生成する。
この他、波長変換層４２を形成する材料としては、例えば酸化アルミニウム等の無機バインダーを例示できる。このような構成によれば、耐熱性及び表面加工性に優れた波長変換層４２を構成できる。しかしながら、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結して波長変換層４２を形成してもよい。
【００４３】
波長変換層４２には、図３に示すように、複数の溝部４２２が設けられている。複数の溝部４２２は、図３において縦方向（Ｙ方向）に延在する溝部４２２と横方向（Ｘ方向）に延在する溝部４２２とからなり、格子状をなしている。複数の溝部４２２は、凹部４２１を構成している。本実施形態のように、凹部４２１が溝部４２２により構成されている場合、凹部４２１の断面とは、溝部４２２の延在方向と垂直な断面を意味する。すなわち、縦方向（Ｙ方向）に延在する溝部４２２（凹部）の断面とは、当該溝部４２２のＹ方向と垂直な断面であり、横方向（Ｘ方向）に延在する溝部４２２（凹部）の断面とは、当該溝部４２２のＸ方向と垂直な断面である。
【００４４】
図４において二点鎖線の外縁線ＥＬによって囲まれた領域は、励起光ＢＬ１ｓが入射する照射スポットＳＰに相当する。複数の溝部４２２は、波長変換層４２において少なくとも照射スポットＳＰの内側に設けられている。本実施形態では、溝部４２２の一部は、照射スポットＳＰの外側にも延出しているが、照射スポットＳＰの内側のみに形成してもよい。
【００４５】
溝部４２２は、波長変換層４２とは屈折率が異なり、かつ、透光性を有する透光部材としての充填材Ｆによって充填されている。このような充填材Ｆとしては、ガラスや樹脂が例示される。充填材Ｆにより、溝部４２２（凹部４２１）が形成されたことによる波長変換層４２の強度低下が補われている。
【００４６】
図５は、図４に示した波長変換素子４１の断面における一部を拡大して示す図である。
図５に示すように、一の溝部４２２の内面において互いに対向する部位４２２１，４２２２（互いに対向する面）は、凹部４２１の断面視において、それぞれ法線ＮＶに対して同じ側に傾斜している。具体的に、図５において左側に図示する溝部４２２では、各部位４２２１，４２２２は、反射層４３に向かうに従ってＸ方向とは反対方向に向かうようにそれぞれ傾斜している。すなわち、各部位４２２１，４２２２は、法線ＮＶ（Ｚ方向）から時計回りに傾斜している。このように、法線ＮＶに対して時計回りに傾いている場合の傾き角を正とする。
一方、図５において右側に図示する溝部４２２では、各部位４２２１，４２２２は、それぞれ反射層４３に向かうに従ってＸ方向に向かうように傾斜している。すなわち、各部位４２２１，４２２２は、法線ＮＶ（Ｚ方向）から反時計回りに傾斜している。このように、法線ＮＶに対して反時計回りに傾いている場合の傾き角を負とする。
【００４７】
そして、溝部４２２の法線ＮＶに対する傾斜角と、溝部４２２の幅と、波長変換層４２の厚さ寸法（法線ＮＶに沿う寸法）とは、溝部４２２に直接入射した励起光ＢＬ１ｓが、その入射角によらず、波長変換層４２のどこかの部位に必ず入射するように設定されている。
更に、図４に示すように、凹部４２１の断面視における溝部４２２の法線ＮＶに対する傾斜角は、当該溝部４２２の位置が波長変換層４２における中心Ｃから離れるに従って大きくなる。また、各溝部４２２の傾斜方向は、波長変換層４２における励起光ＢＬ１ｓの入射側の面から反射層４３に向かうに従って中心Ｃから離れる方向である。
【００４８】
このような溝部４２２は、ブレードによるダイシング加工、レーザー加工、又は、ウォータージェット加工により波長変換層４２に形成できる。そして、形成された溝部４２２には、上記充填材Ｆが充填されるが、充填しなくてもよい。
【００４９】
図６は、縦方向に延在する溝部４２２（凹部４２１）の断面図である。換言すると、図６は、上記ピックアップレンズ３１５２から波長変換層４２に向かって進行する励起光ＢＬ１ｓの光路を示す図である。なお、励起光ＢＬ１ｓは、外部の空気層、波長変換層４２及び充填材Ｆのそれぞれの界面を通過する際に屈折されるが、図６においては、屈折による光路の変更を省略した励起光ＢＬ１ｓの光路を示す。
図６に示す溝部４２２は、法線ＮＶ（Ｚ方向）から反時計回りに傾斜している。すなわち、溝部４２２の傾き角は負である。
【００５０】
ここで、上記ピックアップレンズ３１５２から射出された励起光ＢＬ１ｓは、様々な角度で波長変換層４２に向かって進行する。
例えば、上記法線ＮＶに沿って進行する励起光ＢＬ１ｓは、図６に実線の矢印Ａ１で示すように、溝部４２２が形成されている領域に入射する場合であっても、波長変換層４２のどこかの部位に入射する。これにより、当該励起光ＢＬ１ｓによって蛍光光ＹＬを発生させることができる。
また例えば、溝部４２２の傾斜方向とは反対方向に傾斜して、正の傾き角で進行する励起光ＢＬ１ｓも、図６に一点鎖線の矢印Ａ２で示すように、波長変換層４２のどこかの部位に入射する。これにより、当該励起光ＢＬ１ｓによって蛍光光ＹＬを発生させることができる。
【００５１】
溝部４２２の傾斜方向に沿って、負の傾き角で当該溝部４２２に直接入射する励起光ＢＬ１ｓは、図６に二点鎖線の矢印Ａ３で示すように、当該溝部４２２を通過して反射層４３に入射する。この場合、当該励起光ＢＬ１ｓの入射経路においては、励起光ＢＬ１ｓは波長変換層４２に入射していない。しかしながら、反射層４３にて反射されることにより、当該励起光ＢＬ１ｓは、図６に点線の矢印Ａ４で示すように、溝部４２２から波長変換層４２に入射する。これにより、当該励起光ＢＬ１ｓによって蛍光光ＹＬを発生させることができる。このように、励起光ＢＬ１ｓの利用効率を高めることができる。
【００５２】
図７は、照射スポットＳＰの外側へ進行する蛍光光ＹＬの光路の一例を模式的に示す断面図である。なお、図７においては、凹部４２１が形成されていない場合の光路を点線で示し、凹部４２１が形成されている場合の光路を実線で示している。以下の説明では、照射スポットＳＰの外側へ進行する蛍光光ＹＬのことを、便宜上、内部伝播光と称する。
凹部４２１が形成されていない場合、点線で示したように、内部伝播光は、波長変換層４２の内部を波長変換層４２の端面４２Ｔに向かって進行する。内部伝播光は、波長変換層４２の内部で散乱されるため、内部伝播光の一部の成分は、波長変換層４２の端面４２Ｔに到達する前に、上面４２Ｕから射出される。従って、実質的な発光領域は照射スポットＳＰの外側へ大きく拡がる。実質的な発光領域が必要以上に拡がると、ピックアップ光学系３１５に取り込まれない成分が多くなり、波長変換層４２から射出した蛍光光ＹＬの利用効率が低下する。
【００５３】
一方、照射スポットＳＰ内に溝部４２２が設けられているため、溝部４２２で反射した光の一部が、ピックアップレンズ３１５２に向かって射出される。このため、凹部４２１が設けられていない場合に比べて、上記照射スポットＳＰ内でピックアップレンズ３１５２に向けて射出される蛍光光ＹＬの光量を多くすることができる。また、蛍光光ＹＬが照射スポットＳＰの外へ拡がりにくいため、実質的な発光領域の周辺部における色むらが発生しにくい。
【００５４】
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果がある。
凹部４２１（溝部４２２）が照射スポットＳＰ内に設けられているので、蛍光光ＹＬが照射スポットＳＰの外へ拡がりにくい。これにより、蛍光光ＹＬの多くの成分は、照射スポットＳＰの内側において波長変換層４２の外へ射出する。従って、凹部４２１がない場合に比べて実質的な発光領域が小さいため、ピックアップレンズ３１５２による集光効率が高い。
【００５５】
凹部４２１（溝部４２２）は、上記法線ＮＶに対して傾斜している。溝部４２２の内面において互いに対向する部位４２２１，４２２２は、溝部４２２の断面視において法線ＮＶに対して同じ側に傾斜している。
ここで、波長変換層４２において、例えば傾き角が負である溝部４２２が位置する領域に、０又は正の傾き角で波長変換層４２に照射される励起光の略全ては、波長変換層４２のどこかの部位に入射する。一方、負の傾き角で波長変換層４２に照射される励起光のうち、特定の範囲の傾き角で溝部４２２に入射した励起光以外は、必ず波長変換層４２へ入射する。また、例えば傾き角が正である溝部４２２が位置する領域に、０又は負の傾き角で波長変換層４２に照射される励起光の略全ては、波長変換層４２のどこかの部位に入射する。一方、正の傾き角で波長変換層４２に照射される励起光のうち、特定の範囲の傾き角で溝部４２２に入射した励起光以外は、必ず波長変換層４２へ入射する。
これによれば、励起光ＢＬ１ｓのうち、溝部４２２を貫通するわずかな成分以外は、波長変換層４２のどこかの部位に直接入射する。従って、励起光ＢＬ１ｓの利用効率を高めることができる。
【００５６】
凹部４２１が波長変換層４２を貫通しているため、平面視で照射スポットＳＰの外へ向かって波長変換層４２の内部を進行する成分が少ない。従って、実質的な発光領域が拡がりにくく、照射スポットＳＰ内にて射出される蛍光光ＹＬの光量を確実に多くすることができる。
【００５７】
溝部４２２の内面において互いに対向する部位４２２１，４２２２が互いに略平行でない場合、溝部４２２は、断面視略Ｖ字状の溝部となる。この場合、法線ＮＶに対する溝部４２２の傾斜角（法線ＮＶと断面視での溝部４２２の中心線との角度）によっては、上記部位４２２１，４２２２の一方が、他方に対して法線ＮＶとは反対側に傾斜して形成される可能性がある。このような場合には、入射される励起光ＢＬ１ｓに対して溝部４２２が開き気味になるため、当該溝部４２２内に入射される励起光ＢＬ１ｓの光量が増えてしまう。
これに対し、上記部位４２２１，４２２２が互いに略平行であることにより、入射される励起光ＢＬ１ｓに対して溝部４２２が開き気味とはならないため、当該溝部４２２内に入射される励起光ＢＬ１ｓの光量を少なくすることができる。従って、励起光ＢＬ１ｓのより多くの成分が波長変換層４２に入射するため、励起光ＢＬ１ｓの利用効率を高めることができる。
【００５８】
縦方向に延在する溝部４２２と横方向に延在する溝部４２２が設けられているため、波長変換層４２内にて生じた蛍光光ＹＬを当該溝部４２２に入射させやすくすることができる。従って、照射スポットＳＰ内にて射出される蛍光光ＹＬの光量を一層多くすることができる。また、実質的な発光領域の周辺部における色むらが一層発生しにくい。
【００５９】
波長変換層４２にて生じた蛍光光ＹＬは、当該蛍光光ＹＬの発生部位から放射状に広がる。このため、複数の溝部４２２が格子状に形成されていることにより、蛍光光ＹＬを溝部４２２に入射させやすくすることができる。従って、照射スポットＳＰ内にて射出される蛍光光ＹＬの光量をより一層多くすることができる。また、実質的な発光領域の周辺部における色むらが一層発生しにくい。
【００６０】
基板４４と波長変換層４２との間に、反射層４３が設けられている。これによれば、波長変換層４２に入射することなく凹部４２１を貫通した励起光ＢＬ１ｓは、反射層４３にて反射されて波長変換層４２のどこかの部位に入射する。励起光ＢＬ１ｓの利用効率を確実に高めることができる。
【００６１】
凹部４２１（溝部４２２）内は、透光部材としての充填材Ｆにより充填されている。これによれば、凹部４２１を補強できるので、当該凹部４２１が形成されることによる波長変換層４２の強度低下を抑制できる。また、充填材Ｆは、波長変換層４２の屈折率と異なる屈折率を有することから、凹部４２１が充填材Ｆにより充填されていても、凹部４２１に入射した蛍光光ＹＬは、波長変換層４２と充填材Ｆとの界面にて確実に反射又は屈折する。従って、実質的な発光領域が拡がることを抑制できる。
【００６２】
［第１実施形態の第１変形例］
図８は、上記波長変換素子４１の変形を示す断面図である。
上記波長変換素子４１では、凹部４２１を構成する溝部４２２は、内面において互いに対向する部位４２２１，４２２２（互いに対向する面）が略平行となるように形成されていた。しかしながら、凹部４２１の構成はこれに限らない。
例えば、図８に示すように、当該部位４２２１，４２２２が法線ＮＶに対して同じ側に傾斜しているものの互いに平行でない溝部４２２を有する凹部４２１としてもよい。
このような構成を有する波長変換素子４１を用いた場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
［第１実施形態の第２変形例］
図９及び図１０は、上記波長変換素子４１の変形をそれぞれ示す断面図である。
上記波長変換素子４１では、凹部４２１を構成する溝部４２２の傾斜方向は、励起光ＢＬ１ｓの入射側の面から反射層４３側に向かうに従って、波長変換素子４１の中心Ｃから離れる方向であるとした。しかしながら、凹部４２１の構成はこれに限らない。
例えば、図９に示す波長変換素子４１のように、凹部４２１を構成する全ての溝部４２２の傾斜方向が法線ＮＶに対して全て同じ側であってもよい。この場合、各溝部４２２の法線ＮＶに対する傾斜角も同じであってもよく、それぞれ異なっていてもよい。
また例えば、図１０に示す波長変換素子４１のように、各溝部４２２の傾斜方向が法線ＮＶに対してそれぞれランダムに設定されていてもよい。この場合の各溝部４２２の法線ＮＶに対する傾斜角も同じであってもよく、それぞれ異なっていてもよい。
これら構成を有する波長変換素子４１を用いた場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。
【００６４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を有するが、波長変換素子の波長変換層に、上記照射スポットＳＰ内の溝部に加えて、当該照射スポットＳＰの外側にも溝部が形成され、当該外側の溝部の形状が異なる点で、当該プロジェクター１と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
図１１は、本実施形態に係るプロジェクターが備える波長変換素子４１Ａを、上記励起光ＢＬ１ｓの入射側から見た平面図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換素子４１に代えて波長変換素子４１Ａを有する他は、上記プロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。また、波長変換素子４１Ａは、波長変換層４２に代えて波長変換層４２Ａを有する他は、上記波長変換素子４１と同様の構成及び機能を有する。
波長変換層４２Ａは、図１１に示すように、複数の溝部４２２により構成された凹部４２１Ａを有する。複数の溝部４２２は、Ｘ方向に延在する溝部４２２とＹ方向に延在する溝部４２２とからなり、格子状をなしている。各溝部４２２には、充填材Ｆが充填されている。
これら溝部４２２は、上記波長変換素子４１と同様に、法線ＮＶに対して傾斜している。図示を省略するが、内面において互いに対向する部位が法線ＮＶに対して同じ側に傾斜している。なお、各溝部４２２の傾斜方向や傾斜角、波長変換層４２Ａの厚さ寸法等は、上記第１実施形態にて示した内容を適用できる。
【００６６】
波長変換層４２Ａにおいては、溝部４２２は、上記波長変換層４２と同様に照射スポットＳＰ内に形成されている他、当該照射スポットＳＰの外側にも形成されている。
具体的に、照射スポットＳＰ内においては、複数の溝部４２２が格子状に設けられ、照射スポットＳＰ外においては、複数の溝部４２２が当該照射スポットＳＰを囲む枠状に設けられている。そして、照射スポットＳＰ内より、照射スポットＳＰ外の方が、溝部４２２が密に形成されている。すなわち、励起光ＢＬ１ｓの入射側から波長変換層４２Ａを見た場合、単位面積当たりの溝部４２２の面積が、照射スポットＳＰ内より照射スポットＳＰ外の方が大きい。
【００６７】
以上説明した本実施形態に係るプロジェクターによれば、上記第１実施形態にて示したプロジェクター１と同様の効果がある他、以下の効果がある。
波長変換層４２Ａの内部において、蛍光光ＹＬの一部は照射スポットＳＰの外側へ進行するおそれがある。しかし、照射スポットＳＰ外においては複数の溝部４２２が当該照射スポットＳＰを囲む枠状に設けられているため、実質的な発光領域が拡張することを一層効果的に抑制できる。
【００６８】
［第２実施形態の変形］
図１２は、波長変換素子４１Ａの変形を示す平面図である。
上記波長変換素子４１Ａでは、照射スポットＳＰ内より照射スポットＳＰ外に溝部４２２を密に形成した。しかしながら、波長変換素子４１Ａの構成はこれに限らず、照射スポットＳＰ内においても溝部４２２が密に形成される部位を設けてもよい。
例えば、図１２に示す波長変換素子４１Ａのように、照射スポットＳＰ内において励起光ＢＬ１ｓの入射光量が高い中央部分に、溝部４２２を密に形成してもよい。
このような構成を有する波長変換素子４１Ａを用いた場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。
【００６９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を有するが、波長変換層に形成された凹部（溝部）に当該波長変換層を貫通しないものが含まれる点で、上記プロジェクター１と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
図１３は、本実施形態に係るプロジェクターが備える波長変換素子４１Ｂの断面図であり、図４に示した断面図と同じ位置及び同じ方向の断面図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換素子４１に代えて波長変換素子４１Ｂを有する他は、上記プロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。波長変換素子４１Ｂは、図１３に示すように、波長変換層４２に代えて波長変換層４２Ｂを有する他は、上記波長変換素子４１と同様の構成及び機能を有する。波長変換層４２Ｂは、凹部４２１Ａに代えて凹部４２１Ｂを備える。
波長変換層４２Ｂには、上記波長変換層４２Ａと同様に、凹部４２１Ｂを構成する複数の溝部４２２が照射スポットＳＰ内だけでなく照射スポットＳＰの外側にも設けられている。
本実施形態では、各溝部４２２の傾斜方向は、ランダムに設定されているが、例えば溝部４２２の位置が中心Ｃから離れるに従って法線ＮＶに対する当該溝部４２２の傾斜角が大きくなる等、上記した溝部４２２の形成状態を採用してもよい。また、各溝部４２２の内面において互いに対向する部位（面）は、略平行でなくてもよい。上記図８で示した溝部４２２のように、当該各部位が、法線ＮＶに対してそれぞれ同じ側に傾斜していればよい。
【００７１】
なお、波長変換層４２Ｂに形成された溝部４２２には、深さ寸法が異なる溝部４２２Ａ，４２２Ｂが含まれる。
溝部４２２Ａは、深さ寸法（法線ＮＶに沿う寸法）が小さく、波長変換層４２Ｂを貫通しない。溝部４２２Ａは、照射スポットＳＰ内に形成されている。
溝部４２２Ｂは、溝部４２２Ａより深さ寸法が大きく、波長変換層４２Ｂを貫通している。溝部４２２Ｂは、照射スポットＳＰ外に形成されている。
【００７２】
溝部４２２の深さ寸法は、波長変換層４２Ｂの厚さ寸法の２５％以上であることが好ましい。このように溝部４２２の深さ寸法が設定されていると、波長変換層４２Ｂの内部における蛍光光ＹＬの周囲への広がりを抑制できるという効果を奏することができる。
ここで、波長変換層４２Ｂの内部における蛍光光ＹＬの広がりを抑制する点だけで言えば、溝部４２２は、波長変換層４２Ｂを貫通していることが好ましい。しかしながら、このように溝部４２２が貫通していると、単位面積当たりの波長変換層４２Ｂの体積が小さくなり、蛍光体に吸収される励起光ＢＬ１ｓの光量が少なくなる可能性が生じる。
このため、上記溝部４２２の深さ寸法は、励起光ＢＬ１ｓの吸収量と、蛍光光ＹＬの広がりとに基づいて、波長変換層４２Ｂの厚さ寸法の２５％以上の範囲で、適宜設定される。
【００７３】
なお、本実施形態では、上記のように、波長変換層４２Ｂにおける照射スポットＳＰ内に浅い溝部４２２Ａが形成されている。これは、上記のように、励起光ＢＬ１ｓが蛍光体に吸収されやすくするためである。一方、溝部４２２が深いと、蛍光光ＹＬの広がりを抑制できる効果が大きくなるので、深い溝部４２２Ｂを照射スポットＳＰ外に形成することにより、蛍光光ＹＬの広がりを抑制している。これにより、上記ピックアップレンズ３１５２に入射される蛍光光ＹＬの光量を増加させている。
以上説明した本実施形態に係るプロジェクターによれば、上記第１及び第２実施形態にて示したプロジェクター１と同様の効果がある。
【００７４】
［第３実施形態の変形］
図１４は、波長変換素子４１Ｂの変形を示す断面図であり、波長変換素子４１Ｂの一部を拡大して示す断面図である。
上記波長変換素子４１Ｂでは、凹部４２１を構成する溝部４２２は、波長変換層４２Ｂにおいて励起光ＢＬ１ｓの入射側に開口する形状であった。しかしながら、波長変換素子４１Ｂの構成はこれに限らない。例えば、図１４に示すように、凹部４２１は、当該励起光ＢＬ１ｓの入射側とは反対側（すなわち、反射層４３側）に開口していてもよい。
このような構成を有する波長変換素子４１Ｂを用いた場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。
なお、波長変換素子４１Ｂは、例えば、基板４４上、あるいは反射層４３の上に凹部４２１に対応する凸部を設け、その上に波長変換層４２Ｂを形成することによって製造できる。
【００７５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を有するが、波長変換層に形成された凹部の形状が異なる点で、上記プロジェクター１と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７６】
図１５は、本実施形態係るプロジェクターが備える波長変換素子４１Ｃの波長変換層４２Ｃを示す概要斜視図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換素子４１に代えて波長変換素子４１Ｃを有する他は、上記プロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。波長変換素子４１Ｃは、波長変換層４２に代えて波長変換層４２Ｃを有する他は、上記波長変換素子４１と同様の構成及び機能を有する。
【００７７】
波長変換層４２Ｃには、図１５に示すように、励起光ＢＬ１ｓの入射側に開口する複数の凹部４２１Ｃが、二次元的に設けられている。各凹部４２１Ｃは、内部が略円筒状をなす。本実施形態のように、凹部４２１Ｃが筒の形状を有する場合、凹部４２１Ｃの断面とは、凹部４２１Ｃの中心軸と上記法線ＮＶ（図１５では省略）とを含む面による凹部４２１Ｃの切断面を意味する。
【００７８】
なお、図示を省略するが、これら凹部４２１Ｃの内部は、上記充填材Ｆによって充填されている。しかしながら、これに限らず、充填材Ｆによって充填されていなくてもよい。すなわち、凹部４２１Ｃ内は空隙であってもよい。
【００７９】
各凹部４２１Ｃの中心軸は、上記溝部４２２と同様に、法線ＮＶに対して傾斜している。凹部４２１Ｃの断面視において、当該凹部４２１Ｃの内面において互いに対向する部位は、当該法線ＮＶに対して同じ側に傾斜している。
なお、図１５に示した例では、照射スポットＳＰ内だけでなく、照射スポットＳＰ外にも複数の凹部４２１Ｃが形成されているが、これに限らず、照射スポットＳＰ内だけに形成されていてもよい。また、凹部４２１Ｃの内部形状は、中心軸が法線ＮＶに対して傾斜する円柱状に限らず、角柱状や、円錐状及び角錐状であってもよい。また、複数の凹部４２１Ｃは、Ｘ方向及びＹ方向に等間隔に設けられていてもよいし、ランダムに設けられていてもよい。
【００８０】
以上説明した本実施形態に係るプロジェクターによれば、上記第１及び第２実施形態にて示したプロジェクター１と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
各凹部４２１Ｃの内部形状は、法線ＮＶに対して中心軸が傾斜する円柱形状に形成されている。これによれば、凹部４２１Ｃに入射される蛍光光ＹＬの光量を多くすることができる。従って、照射スポットＳＰ内にて波長変換層４２Ｃの外部へ射出される蛍光光の光量を確実に多くすることができ、実質的な発光領域を拡がりにくくすることができる。
凹部４２１Ｃの径寸法と、複数の凹部４２１Ｃの密度とを適宜調整することにより、実質的な発光領域の拡がりと、励起光ＢＬ１ｓの利用効率とを調整することができる。
なお、各凹部４２１Ｃの深さ寸法を、当該凹部４２１Ｃの形成位置に応じて変更する等すれば、上記第３実施形態に示したプロジェクターと同様の効果を奏することも可能となる。
【００８１】
［第４実施形態の変形］
図１６は、波長変換素子４１Ｃの変形を示す平面図である。
上記波長変換素子４１Ｃでは、平面視での凹部４２１Ｃの形状（励起光ＢＬ１ｓの入射側から見た凹部４２１Ｃの形状）は、円形状であった。しかしながら、これに限らず、平面視での凹部４２１Ｃの形状は、他の形状であってもよい。例えば、図１６に示すように、平面視での凹部４２１Ｃの形状は、楕円、矩形、三角形及び星形等、種々の形状を採用できる。このような構成を有する波長変換素子４１Ｃを用いた場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。
【００８２】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を有するが、蛍光部材の構成が異なる点で、上記プロジェクター１と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８３】
図１７は、本実施形態に係るプロジェクターが備える光源装置３１Ｄの構成を示す模式図である。
本実施形態に係るプロジェクターは、光源装置３１に代えて光源装置３１Ｄを有する他は、上記プロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。また、光源装置３１Ｄは、図１７に示すように、蛍光部材４に代えて蛍光部材４Ｄを備える他は、上記光源装置３１と同様の構成及び機能を有する。
蛍光部材４Ｄは、上記励起光ＢＬ１ｓが入射されて蛍光光ＹＬを射出する波長変換素子４１Ｄと、当該波長変換素子４１Ｄを回転させるモーター等の回転手段４６と、を有する。この蛍光部材４Ｄでは、回転手段４６によって波長変換素子４１Ｄが回転されることにより、当該波長変換素子４１Ｄが冷却される構造となっている。
【００８４】
波長変換素子４１Ｄは、波長変換層４２Ｄ、反射層４３及び基板４４を有する。
波長変換素子４１Ｄにおいて、基板４４は、図示を省略するが、励起光ＢＬ１ｓの入射側から見て円形状に形成されている。当該基板４４の中心軸を中心として上記回転手段４６によって基板４４が回転される。また、反射層４３は、上記のように、基板４４における支持面４４１と波長変換層４２Ｄとの間に設けられている。
【００８５】
図１８は、波長変換素子４１Ｄにおける波長変換層４２Ｄの一部を示す平面図である。
波長変換素子４１Ｄは凹部４２１Ｄを備える。波長変換素子４１Ｄにおいて、波長変換層４２Ｄは、略環状に形成され、基板４４の支持面４４１上に配置される。この波長変換層４２Ｄには、図１８に示すように、平面視円形状の基板４４の中央（図示省略）を中心とする半径方向に沿って延びる複数の溝部４２２Ｃと、当該中央を中心とする同心円状に形成された複数の溝部４２２Ｄと、を有する。凹部４２１Ｄは、複数の溝部４２２Ｃと複数の溝部４２２Ｄとから構成されている。
溝部４２２Ｃの間隔は、上記照射スポットＳＰに複数の溝部４２２Ｃが含まれる程度に設定されている。本実施形態では、基板４４が回転に従って照射スポットＳＰ内に位置する溝部４２２Ｃが移動するが、常時３〜４の溝部４２２Ｃが当該照射スポットＳＰ内に位置するように、複数の溝部４２２Ｃが配置されている。
各溝部４２２Ｄは、照射スポットＳＰを基板４４の半径方向に挟むように形成されている。具体的に、照射スポットＳＰに対して基板４４の中央側に２つの溝部４２２Ｄが形成され、周縁側に２つの溝部４２２Ｄが形成されている。
溝部４２２Ｃの上記法線ＮＶに対する傾斜方向や傾斜角、溝部４２２Ｄの上記法線ＮＶに対する傾斜方向や傾斜角、波長変換層４２Ｄの厚さ寸法、溝部４２２Ｃの深さ寸法、及び、溝部４２２Ｄの深さ寸法等は、上記各実施形態にて示した内容を適用できる。
【００８６】
以上説明した本実施形態に係るプロジェクターによれば、上記第１及び第２実施形態にて示したプロジェクター１と同様の効果がある。また、各溝部４２２Ｃ，４２２Ｄの深さ寸法を調整することにより、入射される励起光ＢＬ１ｓの利用効率が高く、実質的な発光領域の広がりを抑えた波長変換素子４１Ｄを構成できる。
【００８７】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターでは、照明装置が、蛍光を射出する蛍光光射出用の光源装置と、青色光を射出する青色光射出用の光源装置と、を備える。蛍光光射出用の光源装置は、透過型の蛍光部材を備えている。この点で、本実施形態に係るプロジェクターと、上記プロジェクター１とは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８８】
図１９は、本実施形態に係るプロジェクター１Ｅの構成を示す模式図である。
本実施形態に係るプロジェクター１Ｅは、光源装置３１及び色分離装置３２に代えて光源装置３１Ｅ及び色分離装置３２Ｅを有する他は、上記プロジェクター１と同様の構成及び機能を有する。
色分離装置３２Ｅは、全反射ミラー３２２Ｅを有し、リレーレンズ３２６，３２７及び全反射ミラー３２４を有しない。
光源装置３１Ｅは、蛍光光射出用の光源装置３１Ｅ１および青色光射出用の光源装置３１Ｅ２を備える。光源装置３１Ｅ１は、上記蛍光光ＹＬを上記ダイクロイックミラー３２１に向けて射出し、当該ダイクロイックミラー３２１は、入射された蛍光光ＹＬに含まれる赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧを反射させる。赤色光ＬＲは、全反射ミラー３２３及び平行化レンズ３３Ｒを介して光変調装置３４Ｒに入射される。また、緑色光ＬＧは、全反射ミラー３２２Ｅ及び平行化レンズ３３Ｇを介して光変調装置３４Ｇに入射される。
なお、光源装置３１Ｅ１の構成については、後に詳述する。
【００８９】
光源装置３１Ｅ２から射出された青色光は、全反射ミラー３２５及び平行化レンズ３３Ｂを介して光変調装置３４Ｂに入射される。なお、光源装置３１Ｅ２は、図示を省略するが、レーザー光からなる青色光を射出する固体光源が配列されたアレイ光源、集光光学系及びインテグレーター光学系を備える構成を例示できる。
【００９０】
図２０は、光源装置３１Ｅ１の構成を示す模式図である。
光源装置３１Ｅ１は、緑及び赤の色光が含まれる蛍光光ＹＬを色分離装置３２Ｅに向けて射出する。光源装置３１Ｅ１は、図２０に示すように、アレイ光源３１１Ａ、ピックアップ光学系３１５、蛍光部材４Ｅ、コリメートレンズＣＬ、インテグレーター光学系３１８、偏光変換素子３１９及び重畳レンズ３２０を備え、照明光軸Ａｘ上にこの順に並んで配置されている。
この光源装置３１Ｅ１では、アレイ光源３１１Ａから射出された励起光ＢＬは、ピックアップ光学系３１５を透過して蛍光部材４Ｅに入射され、当該蛍光部材４Ｅから蛍光光ＹＬが射出される。蛍光光ＹＬは、コリメートレンズＣＬ、インテグレーター光学系３１８、偏光変換素子３１９及び重畳レンズ３２０を透過して色分離装置３２Ｅに入射される。
【００９１】
［蛍光部材の構成］
蛍光部材４Ｅは、入射される励起光ＢＬによって励起されて蛍光光ＹＬを射出する波長変換素子４１Ｅを備える。波長変換素子４１Ｅは、波長変換層４２、ダイクロイック膜４３Ｅ及び基板４４Ｅを有する。
基板４４Ｅは、光透過性を有するガラスや樹脂等の基板により構成され、照明光軸Ａｘに直交するように配置されている。この基板４４Ｅにおいて、励起光ＢＬの入射側とは反対側の面は、波長変換層４２及びダイクロイック膜４３Ｅを支持する支持面４４Ｅ１とされており、ダイクロイック膜４３Ｅは、支持面４４Ｅ１と波長変換層４２との間に配置されている。
【００９２】
ダイクロイック膜４３Ｅは、基板４４Ｅ側から入射される励起光ＢＬを透過し、波長変換層４２にて生じる蛍光光ＹＬを反射させる。このため、蛍光光ＹＬのうち、当該波長変換層４２から基板４４Ｅ側に向かう光は、当該ダイクロイック膜４３ＥによってコリメートレンズＣＬ側に反射される。これにより、波長変換層４２から基板４４Ｅ側に向かう蛍光光ＹＬを有効に利用できる。
【００９３】
なお、波長変換層４２は、上記各実施形態にて示した波長変換層４２，４２Ａ〜４２Ｃの構成を採用できる。また、波長変換素子４１Ｅを、波長変換素子４１Ｄのように回転可能に構成し、凹部４２１を凹部４２１Ｄと同様に構成してもよい。
【００９４】
図２１は、波長変換素子４１Ｅを示す断面図であり、換言すると、当該波長変換素子４１Ｅの凹部４２１を通る一部の光の光路を示す図である。また、図２２は、波長変換素子４１Ｅに対する比較例としての波長変換素子４１Ｘを示す断面図であり、換言すると、当該波長変換素子４１Ｘの凹部４２１Ｘを通る一部の光の光路を示す図である。なお、構成を見やすくするために、図２１及び図２２においては、波長変換層４２の厚さ及び凹部４２１，４２１Ｘの幅を誇張して図示している。
以下、図２１に示した波長変換素子４１Ｅの一例と、図２２に示した比較例とを用いて、本実施形態の効果を説明する。
【００９５】
図２１に示すように、波長変換素子４１Ｅは、第１実施形態にて示した凹部４２１を有する。凹部４２１の断面視において、部位４２２１，４２２２の法線ＮＶに対する傾き角をいずれもθ０とする。
図２２に示した比較例としての波長変換素子４１Ｘにおいては、凹部４２１Ｘを構成する溝部４２２Ｘの各部位４２２１Ｘ，４２２２Ｘは、凹部４２１Ｘの断面視において、法線ＮＶに対して互いに逆側に傾斜している。すなわち、部位４２２１Ｘ，４２２２Ｘの法線ＮＶに対する傾き角の絶対値はいずれもθ０であるが、部位４２２２Ｘの傾き角は正であり、部位４２２１Ｘの傾き角は負である。そして、部位４２２１Ｘと部位４２２２Ｘとにより形成される凹部４２１Ｘは、光の射出側に開くように形成されている。
【００９６】
ここで、励起光ＢＬは、ダイクロイック膜４３Ｅを透過して、基板４４Ｅ側から波長変換層４２へ様々な角度で入射する。図２１に示した例では、溝部４２２の法線ＮＶに対する傾き角は正であるので、正の傾き角で進行する励起光ＢＬについて説明する。
図２１に示したように、θ１以上θ２以下の入射角で溝部４２２に入射した励起光ＢＬ０は、実線の矢印にて示すように、溝部４２２への入射位置によっては波長変換層４２に入射することなく溝部４２２を通過する。θ１よりも小さい入射角で溝部４２２に入射した励起光ＢＬ１１は、一点鎖線の矢印にて示すように、溝部４２２への入射位置によらず、部位４２２１から波長変換層４２に入射する。また、θ２よりも大きい入射角で溝部４２２に入射した励起光ＢＬ１２は、二点鎖線の矢印にて示すように、溝部４２２への入射位置によらず、部位４２２２から波長変換層４２に入射する。つまり、励起光ＢＬのうち、θ１以上θ２以下の入射角で溝部４２２に入射した成分以外は、溝部４２２への入射位置によらず、波長変換層４２の励起に利用される。なお、各部位４２２１，４２２２は、溝部４２２の断面視において法線ＮＶに対して同じ側に傾斜しているため、本実施形態において、θ１は正である。
【００９７】
θ１とθ２との差が小さいほど、波長変換層４２に入射せずに溝部４２２を通過する励起光ＢＬの光量が少なくなることから、励起光ＢＬの利用効率が高い。波長変換層４２の厚さ寸法が同じであれば、断面における溝部４２２の幅が小さい方が当該差は小さい。また、溝部４２２の幅が同じであれば、波長変換層の厚さが大きい方が当該差は小さい。
【００９８】
これに対し、図２２に示した比較例では、波長変換層４２Ｘを貫通する凹部４２１Ｘ（溝部４２２Ｘ）に対して、θ０以下の正の傾き角で入射した励起光ＢＬだけでなく、−θ０以上の負の傾き角で入射した励起光ＢＬも、溝部４２２ａへの入射位置によらず、波長変換層４２に入射しない。この場合、波長変換層４２Ｘに入射されない励起光ＢＬの入射角の範囲は２×θ０であり、波長変換素子４１Ｅにおける当該範囲（θ１とθ２との差）よりも遙かに大きい。従って、反射層４３を備えていない上記波長変換素子４１Ｅにおいても、励起光を高い効率で利用できる。
【００９９】
上記波長変換素子４１Ｅを有するプロジェクター１Ｅによれば、上記第１及び第２実施形態にて示したプロジェクター１と同様の効果を奏することが可能となる。また、波長変換層４２に形成される凹部４２１の深さ寸法を調整することにより、入射される励起光ＢＬ１ｓの利用効率が高く、実質的な発光領域の拡がりが抑えられた波長変換素子４１Ｅを構成できる。
【０１００】
［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。
上記第１〜第３、第５及び第６実施形態では、凹部４２１は、所定の方向に延出する線状の複数の溝部４２２により構成され、上記第４実施形態では、凹部４２１Ｃは、内部形状が円柱、円錐及び角錐の各種形状に形成されるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、凹部は、波長変換層を励起光の入射側から見て渦巻状、同心円状、又は、矩形状に形成されていてもよい。すなわち、波長変換層を励起光の入射側から見た場合の凹部の形状は、適宜変更可能である。
【０１０１】
上記第１〜第３実施形態では、凹部４２１を構成する複数の溝部４２２は、矩形の波長変換層４２のそれぞれ長手方向及び短手方向であるＸ方向及びＹ方向に沿って延出するとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、励起光の入射側から波長変換層を見て溝部の延出方向は、どの方向でもよい。また、複数の溝部が交差する場合に、当該交差角は直角でなくてもよい。更に、溝部４２２の形成位置に応じて、当該溝部４２２の幅寸法を変えてもよい。
【０１０２】
上記各実施形態では、凹部は、波長変換層に形成されるとした。しかしながら、波長変換層を支持する基板の支持面に凹凸構造を設けて、波長変換層の表面に当該凹凸構造を反映させてもよい。この場合、例えば、凹凸構造を備えた支持面にダイクロイック膜等の反射層を形成し、更に、凹凸構造が反映されるように反射層上に波長変換層を形成すればよい。これによっても、凹部を備えた波長変換層を形成することができる。
上記各実施形態では、波長変換層には、励起光により励起されて蛍光光を発生させる蛍光体が含まれるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、励起光により励起されて蛍光光を発生させる材料が含まれていれば、波長変換層の材料は問わない。
【０１０３】
上記各実施形態では、光変調装置として透過型の光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）を用いることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、透過型の光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）に代えて、反射型の光変調装置を用いてもよい。この場合、色分離装置３２を設けることなく、当該色合成装置３５により、色分離及び色合成を実行するようにしてもよい。
【０１０４】
上記各実施形態では、プロジェクター１は、３つの光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）を備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、２つ以下、あるいは、４つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
また、光変調装置として、デジタルマイクロミラーデバイス等の液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
【０１０５】
上記各実施形態において、上記蛍光部材４を備える光源装置３１，３１Ｅがプロジェクター１に適用される例を示した。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、上記光源装置３１，３１Ｅは、照明器具及び自動車等のヘッドライト等に使用してもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１，１Ｅ…プロジェクター、３１，３１Ｄ，３１Ｅ…光源装置、３１１Ａ…アレイ光源（発光素子）、３４（３４Ｂ，３４Ｇ，３４Ｒ）…光変調装置、３６…投射光学装置、４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ…波長変換素子、４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ…波長変換層、４２１，４２１Ａ，４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ…凹部、４２２，４２２Ａ，４２２Ｂ，４２２Ｃ，４２２Ｄ…溝部、４３…反射層、４４，４４Ｅ…基板、４４１，４４Ｅ１…支持面、Ｆ…充填材（透光部材）、ＮＶ…法線。
【図１】
2016186850.tif 000003
【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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