(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、第１波長帯を有する励起光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する蛍光に変換する波長変換層と、
前記励起光が入射する第３面と、前記第３面とは異なる第４面と、を有し、前記励起光を少なくとも透過させる第１透光性部材と、
互いに対向する前記波長変換層の前記第１面と前記第１透光性部材の前記第４面との間に設けられる第１層と、
前記第１透光性部材の前記第３面に対向して設けられる誘電体多層膜と、
前記励起光を透過させる開口部を有する第１放熱部材と、
を備え、
前記第１透光性部材の屈折率は、前記波長変換層の屈折率よりも大きく、
前記第１層は、前記励起光を透過させるとともに、前記蛍光を反射させ、
前記誘電体多層膜は、前記第１放熱部材に接し、前記励起光を透過させるとともに、前記蛍光を反射させ、
前記第１透光性部材は、前記第１放熱部材の前記開口部を塞ぐように設けられ、前記第３面の一部は、前記第１放熱部材に重なる、波長変換素子。
【請求項２】
反射層を備え、
前記波長変換層は、前記第１面と前記第２面とに交差する第１側面を有し、
前記第１透光性部材は、前記第３面と前記第４面とに交差する第２側面を有し、
前記反射層は、前記第１側面と前記第２側面とに対向して設けられ、少なくとも前記蛍光を反射させる、請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記第１放熱部材は、凹部と、前記凹部の底面に設けられた前記開口部と、を有し、
前記波長変換層、前記第１層、および前記第１透光性部材は、前記凹部の内部に配置され、
前記凹部の側面に、前記反射層が設けられている、請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記第２放熱部材をさらに備え、
前記第１放熱部材と前記波長変換層の前記第１側面との間に前記反射層が設けられ、
前記第１放熱部材と前記第１透光性部材の前記第２側面との間に前記第２放熱部材が設けられ、
前記第１放熱部材と前記第１透光性部材の前記第２側面との間に前記反射層が設けられる、請求項３に記載の波長変換素子。
【請求項５】
第５面と、前記第５面に交差する第３側面と、を有し、前記蛍光を少なくとも透過させる第２透光性部材を備え、
前記波長変換層の前記第２面と前記第２透光性部材の前記第５面とは、互いに対向して設けられ、
前記第１放熱部材と前記第２透光性部材の前記第３側面との間に第３放熱部材が設けられ、
前記第１放熱部材と前記第２透光性部材の前記第３側面との間に前記反射層が設けられる、請求項４に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記第２透光性部材の熱伝導率は、前記波長変換層の熱伝導率よりも大きい、請求項５に記載の波長変換素子。
【請求項７】
前記第２透光性部材は、炭化ケイ素を含む、請求項５または請求項６に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記第１透光性部材の熱伝導率は、前記波長変換層の熱伝導率よりも大きい、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項９】
前記第１透光性部材は、炭化ケイ素を含む、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記励起光を前記波長変換素子の前記第１透光性部材の前記第３面に向けて射出する光源と、
を備える、光源装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
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、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、光源装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに用いる光源装置として、光源から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。下記の特許文献１に、透光性を有する第１基板および第２基板と、第１基板と第２基板との間に設けられた蛍光体層と、第１基板および第２基板の各々に接して設けられた放熱板と、を備えた照明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】国際公開第２０１８／０５６１５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の照明装置においては、蛍光体層で生成された蛍光の一部が蛍光体層の励起光入射面に対向して配置された第１基板に入射し、第２基板から取り出すことができない。そのため、蛍光の利用効率が低下するという課題があった。また、蛍光体層で生成された蛍光はランバートな配光分布を有しているため、エテンデューが大きく、光利用効率が低下するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１面と、前記第１面とは異なる第２面と、を有し、第１波長帯を有する励起光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する蛍光に変換する波長変換層と、前記励起光が入射する第３面と、前記第３面とは異なる第４面と、を有し、前記励起光を少なくとも透過させる第１透光性部材と、互いに対向する前記波長変換層の前記第１面と前記第１透光性部材の前記第４面との間に設けられる第１層と、を備え、前記第１透光性部材の屈折率は、前記波長変換層の屈折率よりも大きく、前記第１層は、前記励起光を透過させるとともに、前記蛍光を反射させる。
【０００６】
本発明の一つの態様の波長変換素子は、前記第１透光性部材の前記第３面に対向して設けられる第２層を備え、前記第２層は、前記励起光を透過させるとともに、前記蛍光を反射させてもよい。
【０００７】
本発明の一つの態様の波長変換素子は、反射層を備え、前記波長変換層は、前記第１面と前記第２面とに交差する第１側面を有し、前記第１透光性部材は、前記第３面と前記第４面とに交差する第２側面を有し、前記反射層は、前記第１側面と前記第２側面とに対向して設けられ、少なくとも前記蛍光を反射させてもよい。
【０００８】
本発明の一つの態様の波長変換素子は、第１放熱部材と、第２放熱部材と、を備え、前記第１放熱部材と前記波長変換層の前記第１側面との間に前記反射層が設けられ、前記第１放熱部材と前記第１透光性部材の前記第２側面との間に前記第２放熱部材が設けられ、前記第１放熱部材と前記第１透光性部材の前記第２側面との間に前記反射層が設けられてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の波長変換素子は、第５面と、前記第５面に交差する第３側面と、を有し、前記蛍光を少なくとも透過させる第２透光性部材を備え、前記波長変換層の前記第２面と前記第２透光性部材の前記第５面とは、互いに対向して設けられ、前記第１放熱部材と前記第２透光性部材の前記第３側面との間に第３放熱部材が設けられ、前記第１放熱部材と前記第２透光性部材の前記第３側面との間に前記反射層が設けられてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第２透光性部材の熱伝導率は、前記波長変換層の熱伝導率よりも大きくてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１透光性部材は、炭化ケイ素を含んでいてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１透光性部材の熱伝導率は、前記波長変換層の熱伝導率よりも大きくてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第２透光性部材は、炭化ケイ素を含んでいてもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記励起光を前記波長変換素子の前記第１透光性部材の前記第３面に向けて射出する光源と、を備える。
【００１５】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】照明装置の概略構成図である。
【図３】波長変換素子の断面図である。
【図４】誘電体多層膜の特性の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図６】第３実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図７】第４実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図８】第５実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図９】波長変換素子の断面図である。
【図１０】第１変形例の波長変換素子の断面図である。
【図１１】第２変形例の波長変換素子の断面図である。
【図１２】第３変形例の波長変換素子の断面図である。
【図１３】第４変形例の波長変換素子の断面図である。
【図１４】第５変形例の波長変換素子の断面図である。
【図１５】第６変形例の波長変換素子の断面図である。
【図１６】第７変形例の波長変換素子の断面図である。
【図１７】第８変形例の波長変換素子に対する励起光の入射角を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１８】
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１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、投射光学装置６と、を備えている。照明装置２の構成については、後で説明する。
【００１９】
色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、反射ミラー８ａと、反射ミラー８ｂと、反射ミラー８ｃと、リレーレンズ９ａと、リレーレンズ９ｂと、を備えている。色分離光学系３は、照明装置２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とに分離し、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに導き、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに導き、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。
【００２０】
フィールドレンズ１０Ｒは、色分離光学系３と光変調装置４Ｒとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｒに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｇは、色分離光学系３と光変調装置４Ｇとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｇに向けて射出する。フィールドレンズ１０Ｂは、色分離光学系３と光変調装置４Ｂとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置４Ｂに向けて射出する。
【００２１】
第１ダイクロイックミラー７ａは、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射させる。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー８ａは、赤色光成分を反射させる。反射ミラー８ｂおよび反射ミラー８ｃは、青色光成分を反射させる。
【００２２】
第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー８ａで反射し、フィールドレンズ１０Ｒを透過して赤色光用の光変調装置４Ｒの画像形成領域に入射する。第１ダイクロイックミラー７ａで反射した緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂでさらに反射し、フィールドレンズ１０Ｇを透過して緑色光用の光変調装置４Ｇの画像形成領域に入射する。第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ９ａ、入射側の反射ミラー８ｂ、リレーレンズ９ｂ、射出側の反射ミラー８ｃ、およびフィールドレンズ１０Ｂを経て青色光用の光変調装置４Ｂの画像形成領域に入射する。
【００２３】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、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のそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。
【００２４】
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から射出された各画像光を合成してフルカラーの画像光を形成する。合成光学系５は、４つの直角プリズムを貼り合わせた、平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
【００２５】
合成光学系５から射出された画像光は、投射光学装置６によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置６は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂにより変調された光を投射する。投射光学装置６は、複数の投射レンズで構成されている。
【００２６】
本実施形態の照明装置２の一例について説明する。
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１１と、第２光源装置１２と、ダイクロイックミラー１３と、均一化照明手段１４と、を備えている。本実施形態の第１光源装置１１は、特許請求の範囲の「光源装置」に相当する。
【００２７】
第１光源装置１１は、第１光源２０（光源）と、拡散部２１と、集光光学系２２と、波長変換素子２３と、ピックアップ光学系２７と、を備えている。第１光源２０は、励起光Ｅを、後述する波長変換素子２３の第１透光性部材５３の第３面５３ａに向けて射出する。
【００２８】
第１光源２０は、光源ユニット２０ａと、コリメーター光学系２０ｂと、を有する。光源ユニット２０ａは、レーザー光からなる第１波長帯を有する青色の励起光Ｅを射出する複数の半導体レーザー（励起光源）２０ａ１から構成されている。励起光Ｅの発光強度のピーク波長は、例えば４４５ｎｍである。複数の半導体レーザー２０ａ１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。半導体レーザー２０ａ１は、４４５ｎｍ以外のピーク波長、例えば４５５ｎｍまたは４６０ｎｍのピーク波長を有する青色光を射出してもよい。
【００２９】
コリメーター光学系２０ｂは、複数のコリメーターレンズ２０ｂ１から構成されている。コリメーターレンズ２０ｂ１は、各半導体レーザー２０ａ１に対応して設けられ、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。コリメーターレンズ２０ｂ１は、対応する半導体レーザー２０ａ１から射出された励起光Ｅを平行光に変換する。
【００３０】
拡散部２１は、第１光源２０から射出される励起光Ｅを拡散させる。本実施形態において、拡散部２１は、例えば光学ガラスからなる磨りガラス板を用いることができる。
【００３１】
集光光学系２２は、拡散部２１により拡散された励起光Ｅを集光させ、波長変換素子２３に入射させる。本実施形態において、集光光学系２２は、例えば各々が凸レンズから構成された第１レンズ２２ａと、第２レンズ２２ｂと、を備えている。このように、簡便な構成の集光光学系２２を採用することによって、第１光源装置１１のコスト低減が図れる。波長変換素子２３の構成については後述する。
【００３２】
ピックアップ光学系２７は、第１コリメートレンズ２７ａと、第２コリメートレンズ２７ｂと、を備えている。ピックアップ光学系２７は、波長変換素子２３から射出される蛍光Ｙを略平行化する。第１コリメートレンズ２７ａおよび第２コリメートレンズ２７ｂは、それぞれ凸レンズから構成されている。
【００３３】
ピックアップ光学系２７により平行化された蛍光Ｙは、ダイクロイックミラー１３に入射する。ダイクロイックミラー１３は、第２光源装置１２の光軸１０１ａｘおよび照明装置２の照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交差するように配置されている。ダイクロイックミラー１３は、蛍光Ｙを透過するとともに、第２光源装置１２からの青色光Ｂを反射する特性を有する。
【００３４】
第２光源装置１２は、第２光源４０と、第２集光光学系４１と、散乱板４２と、第２ピックアップ光学系４３と、を備えている。
【００３５】
第２光源４０は、第１光源２０と同様の構成を有している。本実施形態において、第２光源４０は、青色光Ｂを射出する半導体レーザーと、半導体レーザーから射出された青色光Ｂを平行化するコリメーターレンズと、を有している。第２光源４０は、半導体レーザーおよびコリメーターレンズを少なくとも一つずつ有していればよく、第１光源２０と同様、半導体レーザーおよびコリメーターレンズを複数個ずつ有していてもよい。
【００３６】
第２集光光学系４１は、第１レンズ４１ａと、第２レンズ４１ｂと、を備えている。第２集光光学系４１は、第２光源４０から射出された青色光Ｂを散乱板４２の付近に集光する。第１レンズ４１ａおよび第２レンズ４１ｂのそれぞれは、凸レンズから構成されている。
【００３７】
散乱板４２は、第２集光光学系４１から射出された青色光Ｂを散乱し、第１光源装置１１において生成される蛍光Ｙの配光分布に類似した配光分布を有する青色光Ｂに変換する。散乱板４２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。
【００３８】
第２ピックアップ光学系４３は、第１レンズ４３ａと、第２レンズ４３ｂと、を備えている。第２ピックアップ光学系４３は、散乱板４２から射出された光を略平行化する。第１レンズ４３ａおよび第２レンズ４３ｂのそれぞれは、凸レンズから構成されている。
【００３９】
本実施形態において、第２光源装置１２からの青色光Ｂは、ダイクロイックミラー１３で反射される。ダイクロイックミラー１３で反射した青色光Ｂは、第１光源装置１１から射出されてダイクロイックミラー１３を透過した黄色の蛍光Ｙと合成され、白色光Ｗとなる。その後、白色光Ｗは、均一化照明手段１４に入射する。
【００４０】
均一化照明手段１４は、第１レンズアレイ３０と、第２レンズアレイ３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３と、を有している。
【００４１】
第１レンズアレイ３０は、ダイクロイックミラー１３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小レンズ３０ａを有している。複数の第１小レンズ３０ａは、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００４２】
第２レンズアレイ３１は、第１レンズアレイ３０の複数の第１小レンズ３０ａに対応する複数の第２小レンズ３１ａを有している。第２レンズアレイ３１は、重畳レンズ３３とともに、第１レンズアレイ３０の各第１小レンズ３０ａの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第２小レンズ３１ａは照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００４３】
偏光変換素子３２は、白色光Ｗの偏光方向を一方向に揃える機能を有する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と、位相差板と、ミラーと、を有している。偏光変換素子３２は、非偏光である蛍光Ｙの偏光方向と青色光Ｂの偏光方向とを揃えるため、他方の偏光成分を一方の偏光成分に変換する。偏光変換素子３２は、例えばＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。
【００４４】
重畳レンズ３３は、偏光変換素子３２からの各部分光束を集光して光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ３０、第２レンズアレイ３１および重畳レンズ３３は、白色光Ｗの面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。
【００４５】
次に、波長変換素子２３の構成について説明する。
図３は、本実施形態の波長変換素子２３の断面図である。
図３に示すように、波長変換素子２３は、第１放熱部材５１と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、反射層５５と、を備えている。第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、および波長変換層５２は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層されている。以下、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、および波長変換層５２からなる積層体を波長変換部５６と称する。
【００４６】
第１放熱部材５１は、第１面５１ａと、第１面５１ａとは異なる第２面５１ｂと、を有している。第１面５１ａには、励起光Ｅを透過させる開口部５１ｋが設けられている。第２面５１ｂには、波長変換部５６を収容可能な大きさを有する凹部５１ｆが設けられている。波長変換部５６は、凹部５１ｆの底面に、後述する第１透光性部材５３の第３面５３ａの周縁部が接合されることにより支持されている。このように、第１放熱部材５１は、波長変換部５６を支持する支持部材としても機能する。第１放熱部材５１の構成材料は、特に限定されないが、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率が高い金属が用いられることが望ましい。なお、凹部５１ｆの底面には、開口部５１ｋが設けられている。
【００４７】
波長変換層５２は、励起光Ｅが入射する第１面５２ａと、第１面５２ａと異なる第２面５２ｂと、第１面５２ａと第２面５２ｂとに交差する第１側面５２ｃと、を有している。ここで、第２面５２ｂの法線方向から見た波長変換層５２の形状が矩形状であったとすると、第１面５２ａと第２面５２ｂとに交差する４つの面を全て合わせた側面を第１側面５２ｃと称する。波長変換層５２は、第１波長帯を有する励起光Ｅを第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する蛍光Ｙに変換するセラミック蛍光体を含んでいる。第２波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍであり、蛍光Ｙは、緑色光成分および赤色光成分を含む黄色光である。なお、波長変換層５２は、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。波長変換層５２の厚さは、一例として１００μｍである。
【００４８】
波長変換層５２は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、波長変換層５２として、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やソルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。
【００４９】
第１透光性部材５３は、励起光Ｅが入射する第３面５３ａと、第３面５３ａとは異なる第４面５３ｂと、第３面５３ａと第４面５３ｂとに交差する第２側面５３ｃと、を有している。ここで、第３面５３ａの法線方向から見た第１透光性部材５３の形状が矩形状であったとすると、第３面５３ａと第４面５３ｂとに交差する４つの面を全て合わせた側面を第２側面５３ｃと称する。第１透光性部材５３は、励起光Ｅを少なくとも透過させる。第１透光性部材５３は、特に可視光における吸収が少なく、かつ、散乱要素が少ないことが望ましい。また、第１透光性部材５３の屈折率は、波長変換層５２の屈折率よりも大きい。
【００５０】
第１透光性部材５３の構成材料は、特に限定されないが、屈折率が高く、かつ、熱伝導率が高い材料が用いられることが望ましく、例えば単結晶炭化ケイ素等の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む材料が用いられることが望ましい。その他、第１透光性部材５３の構成材料として、単結晶サファイア、単結晶窒化アルミニウム等を用いることができる。また、第１透光性部材５３は磨りガラスのような光拡散性を有する材料で構成されていてもよい。第１透光性部材５３の厚さは、一例として２５０μｍである。
【００５１】
第１ダイクロイックミラー５４は、互いに対向する波長変換層５２の第１面５２ａと第１透光性部材５３の第４面５３ｂとの間に設けられている。第１ダイクロイックミラー５４は、第１波長帯の光を透過させるとともに、第２波長帯の光を反射させる波長分離特性を有する。すなわち、第１ダイクロイックミラー５４は、励起光Ｅを透過させるとともに、蛍光Ｙを反射させる。第１ダイクロイックミラー５４は、誘電体多層膜から構成されている。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２とＴｉＯ２とが交互に複数積層された膜で構成される。すなわち、誘電体多層膜は、屈折率が互いに異なる２種の誘電体膜が交互に複数積層された構成を有する。誘電体多層膜を構成する各誘電体膜の層数や膜厚は、特に限定されない。
【００５２】
波長変換部５６の製造工程において、第１ダイクロイックミラー５４は、例えば第１透光性部材５３の第４面５３ｂに誘電体多層膜を成膜することによって形成される。この方法であれば、波長変換層５２に比べて平滑な第１透光性部材５３の第４面５３ｂに誘電体多層膜を成膜できるため、第１ダイクロイックミラー５４の特性を高めることができる。また、第１ダイクロイックミラー５４を第４面５３ｂに形成した第１透光性部材５３と波長変換層５２とは、透光性を有する接着層（図示略）を介して接合されている。接着層として、樹脂系接着剤が用いられてもよいし、ＧＬ（GlassLike/GlueLess）接合が用いられてもよい。
【００５３】
反射層５５は、第１放熱部材５１の凹部５１ｆの側面に設けられている。すなわち、反射層５５は、波長変換層５２の第１側面５２ｃと第１透光性部材５３の第２側面５３ｃとに対向して設けられている。反射層５５は、少なくとも蛍光Ｙを反射させる。さらに、反射層５５は、励起光Ｅを反射させてもよい。反射層５５の構成材料として、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てもよいし、少なくとも第２波長帯の光を反射させる特性を有する誘電体多層膜が用いられてもよい。
【００５４】
波長変換部５６と反射層５５とは、離れて配置されていることが望ましい。すなわち、波長変換層５２の第１側面５２ｃと反射層５５との間、および第１透光性部材５３の第２側面５３ｃと反射層５５との間には、空気層５７が介在していることが望ましい。
【００５５】
図２に示すように、上記構成の波長変換素子２３は、第１放熱部材５１の第１面５１ａが集光光学系２２に対向し、波長変換層５２の第２面５２ｂがピックアップ光学系２７に対向する向きに配置されている。これにより、集光光学系２２から射出された励起光Ｅは、第１放熱部材５１の開口部５１ｋを通して第１透光性部材５３の第３面５３ａに入射し、波長変換層５２の第２面５２ｂから射出された蛍光Ｙは、ピックアップ光学系２７に入射する。すなわち、本実施形態の波長変換素子２３は、透過型の波長変換素子である。
【００５６】
以下、本実施形態の波長変換素子２３の作用および効果について説明する。
波長変換素子２３において、第１透光性部材５３に入射した励起光Ｅは、第１ダイクロイックミラー５４を透過して波長変換層５２に入射する。波長変換層５２の内部では励起光Ｅが波長変換されて蛍光Ｙが生成され、蛍光Ｙは波長変換層５２の内部をあらゆる方向に向かって等方的に進行する。そのため、蛍光Ｙの一部は波長変換層５２の第２面５２ｂに到達し、蛍光Ｙの他の一部は波長変換層５２の第１面５２ａに到達し、蛍光Ｙのさらに他の一部は波長変換層５２の第１側面５２ｃに到達する。
【００５７】
第２面５２ｂに到達した蛍光Ｙのうち、臨界角未満の入射角で第２面５２ｂに入射した蛍光Ｙは、第２面５２ｂを通過し、波長変換素子２３から射出される。これに対し、臨界角以上の入射角で第２面に入射した蛍光Ｙは、第２面５２ｂで反射した後、波長変換層５２の内部を進んで第１面５２ａまたは第１側面５２ｃに到達する。
【００５８】
第１面５２ａに到達した蛍光Ｙは、第１ダイクロイックミラー５４で反射し、再度第２面５２ｂに向かって進む。ただし、第１ダイクロイックミラー５４の分光特性が入射角依存性を有しているため、第１ダイクロイックミラー５４に入射した蛍光Ｙのうち、所定の角度よりも小さい入射角で入射した蛍光Ｙは、第１ダイクロイックミラー５４を透過し、第１透光性部材５３に入射する。ここで、波長変換層５２の屈折率と第１透光性部材５３の屈折率とが異なるため、波長変換層５２から射出された蛍光Ｙは、屈折して第１透光性部材５３に入射する。
【００５９】
例えば波長変換層５２の材料としてＹＡＧ：Ｃｅを用い、第１透光性部材５３の材料としてＳｉＣを用いたとすると、具体的な屈折率の値としては、波長変換層５２の屈折率は約１．８２であり、第１透光性部材５３の屈折率は約２．６である。ここで、図３に示すように、波長変換層５２の第１面５２ａに対する蛍光Ｙの入射角をα１とし、第１透光性部材５３の第４面５３ｂに対する蛍光Ｙの射出角をα２としたとき、スネルの法則から、α１＝３３°となり、α２＝２２．４°となる。すなわち、第１透光性部材５３の屈折率が波長変換層５２の屈折率よりも大きいため、波長変換層５２から第１透光性部材５３に入射する蛍光Ｙの射出角α２は、入射角α１よりも小さくなる。
【００６０】
第１透光性部材５３に入射した蛍光Ｙは、第３面５３ａに到達すると、第３面５３ａにおいて全反射し、再度波長変換層５２に向かって進む。その後、蛍光Ｙは、第１ダイクロイックミラー５４を透過して波長変換層５２に入射し、第２面５２ｂに向かって進む。第２面５２ｂに到達した蛍光Ｙの光路は、上述した通りである。
【００６１】
また、第１側面５２ｃに到達した蛍光Ｙのうち、臨界角以上の入射角で第１側面５２ｃに入射した蛍光Ｙは、第１側面５２ｃで全反射した後、波長変換層５２の内部を進んで第１面５２ａもしくは第２面５２ｂに到達する。また、臨界角未満の入射角で第１側面５２ｃに入射した蛍光Ｙは、第１側面５２ｃを通過し、波長変換層５２から射出される。ここで、第１側面５２ｃに対向して反射層５５が設けられているため、波長変換層５２から射出された蛍光Ｙは、反射層５５で反射し、再度波長変換層５２に入射する。
【００６２】
また、第１透光性部材５３に入射した蛍光Ｙの一部は、第２側面５３ｃに到達する。この蛍光Ｙについても、波長変換層５２の第１側面５２ｃに到達した蛍光Ｙと同様、臨界角以上の入射角で第２側面５３ｃに入射した蛍光Ｙは、第２側面５３ｃで反射した後、第１透光性部材５３の内部を進む。また、臨界角未満の入射角で第２側面５３ｃに入射した蛍光Ｙは、第１透光性部材５３から射出された後、反射層５５で反射し、再度第１透光性部材５３に入射する。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の波長変換素子２３においては、第１透光性部材５３と波長変換層５２との間に蛍光Ｙを反射させる第１ダイクロイックミラー５４が設けられているため、蛍光Ｙが励起光Ｅの進行方向とは逆方向、すなわち、励起光Ｅの入射側に進行することが抑えられる。これにより、蛍光Ｙの利用効率の低下を抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態の波長変換素子２３においては、波長変換層５２の第１側面５２ｃと第１透光性部材５３の第２側面５３ｃに対向して蛍光Ｙを反射する反射層５５が設けられているため、第１側面５２ｃおよび第２側面５３ｃから射出される蛍光Ｙを反射させ、波長変換層５２および第１透光性部材５３に再度入射させることができる。これにより、蛍光Ｙの利用効率の低下を抑制することができる。さらに、反射層５５が蛍光Ｙに加えて励起光Ｅを反射する場合には、励起光Ｅの利用効率の低下も抑制することができる。
【００６５】
また、反射層５５が金属材料で形成されている場合、波長変換層５２と反射層５５、および第１透光性部材５３と反射層５５とが接していたとすると、蛍光Ｙが第１側面５２ｃまたは第２側面５３ｃに到達して反射層５５で反射する毎に、蛍光Ｙの一部が反射層５５に吸収され、蛍光Ｙの損失が生じる。これに対して、本実施形態の波長変換素子２３によれば、波長変換層５２と反射層５５との間、および第１透光性部材５３と反射層５５との間に空気層５７が介在しているため、第１側面５２ｃまたは第２側面５３ｃで全反射した蛍光Ｙは、反射層５５に入射しない。そのため、反射層５５が金属材料で形成されていたとしても、反射層による蛍光Ｙの損失を低減することができる。
【００６６】
さらに、本実施形態の波長変換素子２３において、熱伝導率が高いＳｉＣからなる第１透光性部材５３が設けられた場合、励起光Ｅの照射時に波長変換層５２で発生する熱を第１透光性部材５３に伝達させ、第１放熱部材５１を介して放出することができる。これにより、波長変換層５２の温度上昇を抑制できるため、波長変換層５２の変換効率を維持することができる。
【００６７】
本実施形態の第１光源装置１１においては、第１透光性部材５３と波長変換層５２との間に蛍光Ｙを反射させる第１ダイクロイックミラー５４が設けられているため、第１ダイクロイックミラー５４が設けられていない場合に比べて、第１透光性部材５３に入射する蛍光Ｙの量を減らすことができる。これにより、第１透光性部材５３に入射した後、入射方向に交差する方向に進行する蛍光Ｙの量を低減できるため、励起光Ｅの入射領域に対する蛍光Ｙの射出領域の拡大、いわゆる蛍光Ｙのにじみが抑えられる。
【００６８】
図４は、第１ダイクロイックミラー５４を構成する誘電体多層膜の反射率特性の一例を示す図である。図４において、横軸は光の入射角（度）であり、縦軸は反射率（％）である。
第１ダイクロイックミラー５４が誘電体多層膜で構成されている場合、図４に示すように、誘電体多層膜の反射率は、一例として、入射角が０〜３０°および５５〜９０°付近の領域では９５％以上の略一定の値を示し、入射角が略４０°の近傍で最小値を示し、５０％程度にまで低下する。したがって、波長変換層５２から第１ダイクロイックミラー５４に対して垂直に近い方向、すなわち入射角が０°に近い方向から蛍光Ｙが入射したとしても、蛍光Ｙの大部分は第１ダイクロイックミラー５４で反射され、ほとんど第１透光性部材５３に入射することはない。
【００６９】
一方、本発明者は、蛍光体から射出される蛍光の配光分布に基づいて、第１ダイクロイックミラー５４に対して略４０°の入射角で入射する蛍光Ｙが最も多い、という知見を得ている。図４の反射率特性によれば、４０°の入射角で入射する蛍光Ｙの略半分は第１ダイクロイックミラー５４を透過し、第１透光性部材５３に入射する。ここで、図３に示すように、第１ダイクロイックミラー５４を介して第１透光性部材５３に入射する蛍光Ｙの入射角α１が４０°の場合、波長変換層５２の屈折率が１．８２、第１透光性部材５３の屈折率が２．６であったとすると、射出角α２は２６．４°となる。この場合、蛍光Ｙがそのまま第１透光性部材５３の第１面５３ａに到達すると、第１面５３ａに対する入射角は２６．４°となる。
【００７０】
ここで、一般的な光学ガラスの屈折率を１．５とすると、光学ガラスと空気との界面における臨界角は約４２°であるため、仮に第１透光性部材５３が光学ガラスで構成されていたとすると、第１透光性部材５３に２６．４°の入射角で入射した蛍光Ｙは、第１透光性部材５３の第１面５３ａで全反射することなく空気中に射出され、損失となるおそれがある。
【００７１】
これに対し、本実施形態の場合、第１透光性部材５３が約２．６の屈折率を有するＳｉＣで構成されているため、臨界角が２２．６°となり、上記の光学ガラスにおける臨界角よりも小さくなる。その結果、第１透光性部材５３に２６．４°の入射角で入射した蛍光Ｙは、第１透光性部材５３の第１面５３ａで全反射され、空気中に射出されることはない。このように、本実施形態の構成によれば、第１透光性部材５３の材料にＳｉＣを用いたことにより、蛍光Ｙの損失を抑制しつつ、側面５３ｃに向かう方向に進行する蛍光Ｙの量を低減できるため、蛍光Ｙのにじみを抑制することができる。
【００７２】
以上により、エテンデューが小さく、後段の光学系における光利用効率が高い第１光源装置１１を実現することができる。
【００７３】
また、本実施形態のプロジェクター１は、上記の第１光源装置１１を備えているため、光利用効率に優れる。
【００７４】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび光源装置の構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の説明は省略する。
図５は、第２実施形態の波長変換素子６０の断面図である。
図５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図５に示すように、波長変換素子６０は、第１放熱部材５１と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第２ダイクロイックミラー６１（第２層）と、反射層５５と、を備えている。第２ダイクロイックミラー６１、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、および波長変換層５２は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部６２を構成している。
【００７６】
第２ダイクロイックミラー６１は、第１透光性部材５３の第３面５３ａに対向して設けられている。第２ダイクロイックミラー６１は、第１波長帯の光を透過させるとともに、第２波長帯の光を反射させる波長分離特性を有する。すなわち、第２ダイクロイックミラー６１は、励起光Ｅを透過させるとともに、蛍光Ｙを反射させる。第２ダイクロイックミラー６１は、誘電体多層膜から構成されている。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２とＴｉＯ２とが交互に複数積層された膜で構成される。すなわち、誘電体多層膜は、屈折率が互いに異なる２種の誘電体膜が交互に複数積層された構成を有する。誘電体多層膜を構成する各誘電体膜の層数や膜厚は、特に限定されない。
波長変換素子６０のその他の構成は、第１実施形態の波長変換素子２３の構成と同様である。
【００７７】
本実施形態の波長変換素子６０においても、蛍光Ｙの利用効率の低下を抑制できる、反射層５５による蛍光Ｙの損失を低減できるとともに蛍光Ｙのにじみを抑制できる、波長変換層５２の変換効率を維持できる、といった第１実施形態の波長変換素子２３と同様の効果が得られる。
【００７８】
さらに、本実施形態の波長変換素子６０においては、第２ダイクロイックミラー６１が第１透光性部材５３の第３面５３ａに対向して設けられているため、第１ダイクロイックミラー５４を透過して第１透光性部材５３に入射した後、第３面５３ａに到達した蛍光Ｙを第２ダイクロイックミラー６１によって反射させ、再度波長変換層５２に入射させることができる。これにより、蛍光Ｙの利用効率の低下を抑制することができる。
【００７９】
また、本実施形態においても、光利用効率の高い第１光源装置１１およびプロジェクター１を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８０】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターおよび光源装置の構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の説明は省略する。
図６は、第３実施形態の波長変換素子６４の断面図である。
図６において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
図６に示すように、波長変換素子６４は、第１放熱部材５１と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第２ダイクロイックミラー６１（第２層）と、第２放熱部材６５と、反射層５５と、を備えている。第２ダイクロイックミラー６１、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、および波長変換層５２は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部６６を構成している。
【００８２】
第１透光性部材５３の第２側面５３ｃには、反射層５５ｂが設けられている。第１放熱部材５１の凹部５１ｆの側面にも反射層５５ａが設けられており、凹部５１ｆの側面に設けられた反射層５５ａと、第１透光性部材５３の第２側面５３ｃに設けられた反射層５５ｂとは、同じ種類の反射層から構成されていてもよいし、互いに異なる種類の反射層から構成されていてもよい。また、図６の例では、凹部５１ｆの側面に設けられた反射層５５ａと、第１透光性部材５３の第２側面５３ｃに設けられた反射層５５ｂとは、分離して設けられているが、連続して設けられていてもよい。反射層５５は、第１実施形態と同様、アルミニウム、銀等の光反射率の高い金属材料から構成されていてもよいし、少なくとも第２波長帯の光を反射させる誘電体多層膜から構成されていてもよい。
【００８３】
反射層５５ｂと第１放熱部材５１との間には、第２放熱部材６５が設けられている。第２放熱部材６５は、反射層５５ｂと第１放熱部材５１との双方に接している。すなわち、第１放熱部材５１と波長変換層５２の第１側面５２ｃとの間に反射層５５ａが設けられ、第１放熱部材５１と第１透光性部材５３の第２側面５３ｃとの間に第２放熱部材６５が設けられ、第１放熱部材５１と第１透光性部材５３の第２側面５３ｃとの間に反射層５５ｂが設けられている。反射層５５ｂと第１放熱部材５１との間に第２放熱部材６５が設けられている。第２放熱部材６５は、励起光Ｅの照射時に波長変換層５２で発生する熱Ｈを、第１ダイクロイックミラー５４、第１透光性部材５３、反射層５５ｂ、第２放熱部材６５、および第１放熱部材５１という経路で伝達させる伝熱経路の一部を構成する。第２放熱部材６５は、反射層５５ｂと第１放熱部材５１とを接合する接合材から構成されている。接合材として、熱伝導率が高い材料が用いられることが望ましく、例えば銀ナノ粒子を用いた銀ペースト、金ナノ粒子を用いた金ペースト、金錫はんだが用いられる。
【００８４】
なお、本実施形態では、反射層５５ｂおよび第２放熱部材６５は、第１透光性部材５３の第２側面５３ｃのうちの一つの第２側面に設けられているが、さらに他の第２側面にも設けられていてもよい。
波長変換素子６４のその他の構成は、第２実施形態の波長変換素子２３の構成と同様である。
【００８５】
本実施形態の波長変換素子６４においても、蛍光Ｙの利用効率の低下を抑制できる、反射層５５による蛍光Ｙの損失を低減できるとともに蛍光Ｙのにじみを抑制できる、波長変換層５２の変換効率を維持できる、といった第１実施形態の波長変換素子２３と同様の効果が得られる。
【００８６】
さらに、本実施形態の波長変換素子６４は、反射層５５ｂと第１放熱部材５１とを接合する第２放熱部材６５を備えているため、波長変換層５２から第１透光性部材５３に伝達された熱Ｈを第２側面５３ｃから第２放熱部材６５を介して第１放熱部材５１に逃がすことができる。これにより、波長変換層５２の温度上昇を効率良く抑制することができ、波長変換層５２の変換効率をより高めることができる。
【００８７】
なお、本実施形態の波長変換素子６４においては、第１透光性部材５３の第２側面５３ｃから第１放熱部材５１の凹部５１ｆの側面に向けて反射層５５ｂ、第２放熱部材６５の順で設けられているが、この構成に代えて、第１透光性部材５３の第２側面５３ｃから第１放熱部材５１の凹部５１ｆの側面に向けて第２放熱部材６５、反射層５５ｂの順で設けられていてもよい。後者の場合、第２放熱部材６５は、透光性を有する必要がある。
【００８８】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図７を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターおよび光源装置の構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の説明は省略する。
図７は、第４実施形態の波長変換素子６８の断面図である。
図７において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８９】
図７に示すように、波長変換素子６８は、第１放熱部材５１と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第２透光性部材６９と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第２ダイクロイックミラー６１（第２層）と、第２放熱部材６５と、第３放熱部材７０と、反射層５５と、を備えている。第２ダイクロイックミラー６１、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、波長変換層５２、および第２透光性部材６９は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部７１を構成している。
【００９０】
第２透光性部材６９は、波長変換層５２の第２面５２ｂに対向して設けられている。第２透光性部材６９は、波長変換層５２の第２面５２ｂに対向する第５面６９ａと、第５面６９ａとは異なる第６面６９ｂと、第５面６９ａと第６面６９ｂとに交差する第３側面６９ｃと、を有している。ここで、第６面６９ｂの法線方向から見た第２透光性部材６９の形状が矩形状であったとすると、第５面６９ａと第６面６９ｂとに交差する４つの面を全て合わせた側面を第３側面６９ｃと称する。第２透光性部材６９は、蛍光Ｙを少なくとも透過させる。第２透光性部材６９は、特に可視光における吸収が少なく、かつ、散乱要素が少ないことが望ましい。また、第２透光性部材６９の屈折率は、波長変換層５２の屈折率よりも大きい。
【００９１】
第２透光性部材６９の構成材料は、第１透光性部材５３と同様、特に限定されないが、屈折率が高く、かつ、熱伝導率が高い材料が用いられることが望ましく、例えば単結晶炭化ケイ素等の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む材料が用いられることが望ましい。その他、第２透光性部材６９の構成材料として、単結晶サファイア、単結晶窒化アルミニウム等を用いることができる。また、第２透光性部材６９は、磨りガラスのような光拡散性を有する材料で構成されていてもよい。第２透光性部材６９の厚さは、一例として２５０μｍである。第２透光性部材６９の材料および厚さは、第１透光性部材５３の材料および厚さと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００９２】
第２透光性部材６９の第３側面６９ｃには、反射層５５ｃが設けられている。第１放熱部材５１の凹部５１ｆの側面にも反射層５５ａが設けられており、凹部５１ｆの側面に設けられた反射層５５ａと、第１透光性部材５３の第２側面５３ｃに設けられた反射層５５ｂと、第２透光性部材６９の第３側面６９ｃに設けられた反射層５５ｃとは、同じ種類の反射層から構成されていてもよいし、互いに異なる種類の反射層から構成されていてもよい。
【００９３】
また、図７の例では、凹部５１ｆの側面に設けられた反射層５５ａと、第１透光性部材５３の第２側面５３ｃに設けられた反射層５５ｂと、第２透光性部材６９の第３側面６９ｃに設けられた反射層５５ｃとは、分離して設けられているが、少なくとも２つの反射層が連続して設けられていてもよい。反射層５５は、アルミニウム、銀等の光反射率の高い金属材料から構成されていてもよいし、少なくとも第２波長帯の光を反射させる誘電体多層膜から構成されていてもよい。
【００９４】
第２透光性部材６９の第３側面６９ｃに設けられた反射層５５ｃと第１放熱部材５１との間には、第３放熱部材７０が設けられている。第３放熱部材７０は、反射層５５ｃと第１放熱部材５１との双方に接している。すなわち、波長変換層５２の第２面５２ｂと第２透光性部材６９の第５面６９ａとは、互いに対向して設けられ、第１放熱部材５１と第２透光性部材６９の第３側面６９ｃとの間に第３放熱部材７０が設けられ、第１放熱部材５１と第２透光性部材６９の第３側面６９ｃとの間に反射層５５ｃが設けられている。反射層５５ｃと第１放熱部材５１との間に第３放熱部材７０が設けられている。第３放熱部材７０は、励起光Ｅの照射時に波長変換層５２で発生する熱Ｈを、第２透光性部材６９、反射層５５ｃ、第３放熱部材７０、および第１放熱部材５１という経路で伝達させる伝熱経路の一部を構成する。第３放熱部材７０は、反射層５５ｃと第１放熱部材５１とを接合する接合材から構成されている。接合材として、熱伝導率が高い材料が用いられることが望ましく、例えば銀ナノ粒子を用いた銀ペースト、金ナノ粒子を用いた金ペースト、金錫はんだが用いられる。
【００９５】
なお、本実施形態では、反射層５５ｃおよび第３放熱部材７０は、第２透光性部材６９の第３側面６９ｃのうちの一つの第３側面に設けられているが、さらに他の第３側面にも設けられていてもよい。
波長変換素子６８のその他の構成は、第３実施形態の波長変換素子２３の構成と同様である。
【００９６】
本実施形態の波長変換素子６８においても、蛍光Ｙの利用効率の低下を抑制できる、反射層５５による蛍光Ｙの損失を低減できるとともに蛍光Ｙのにじみを抑制できる、波長変換層５２の変換効率を維持できる、といった第１実施形態の波長変換素子２３と同様の効果が得られる。
【００９７】
さらに、本実施形態の波長変換素子６８は、第３実施形態の構成に加えて、第２透光性部材６９が波長変換層５２の第２面５２ｂに対向して設けられているため、波長変換層５２で発生した熱Ｈが第１透光性部材５３および第２透光性部材６９の双方に伝達される。また、反射層５５ｃと第１放熱部材５１とを接合する第３放熱部材７０を備えているため、波長変換層５２から第２透光性部材６９に伝達された熱を第３側面６９ｃから第３放熱部材７０を介して第１放熱部材５１に逃がすことができる。これにより、波長変換層５２の温度上昇を効果的に抑制することができ、波長変換層５２の変換効率をより高めることができる。
【００９８】
なお、本実施形態の波長変換素子６８においては、第２透光性部材６９の第３側面６９ｃから第１放熱部材５１の凹部５１ｆの側面に向けて反射層５５ｃ、第３放熱部材７０の順で設けられているが、この構成に代えて、第２透光性部材６９の第３側面６９ｃから第１放熱部材５１の凹部５１ｆの側面に向けて第３放熱部材７０、反射層５５ｃの順で設けられていてもよい。後者の場合、第３放熱部材７０は、透光性を有する必要がある。
【００９９】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図８および図９を用いて説明する。
第５実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、照明装置および波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略する。
図８は、第５実施形態の照明装置１６の概略構成図である。
図８において、第１実施形態の図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１００】
図８に示すように、本実施形態の照明装置１６は、第１光源装置１７と、均一化照明手段１４と、を備えている。すなわち、本実施形態の照明装置１６は、第１実施形態の照明装置２における第２光源装置１２と、ダイクロイックミラー１３と、を備えていない。本実施形態の第１光源装置１７は、青色光Ｂと黄色の蛍光Ｙとを含む白色光Ｗを射出する。第１光源装置１７は、第１光源２０と、拡散部２１と、集光光学系２２と、波長変換素子７３と、ピックアップ光学系２７と、を備えている。
【０１０１】
図９は、第５実施形態の波長変換素子７３の断面図である。
図９において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０２】
図９に示すように、波長変換素子７３は、第１放熱部材７４と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第３ダイクロイックミラー７５と、を備えている。第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、波長変換層５２、および第３ダイクロイックミラー７５は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部７６を構成している。
【０１０３】
第１放熱部材７４は、平板から構成され、励起光Ｅを透過させる開口部７４ｋが設けられた第１面７４ａと、第１面７４ａとは異なる第２面７４ｂと、を有している。
【０１０４】
第３ダイクロイックミラー７５は、波長変換層５２の第２面５２ｂに対向して設けられている。第３ダイクロイックミラー７５は、第１波長帯の光の一部を反射させ、第１波長帯の光の他の一部を透過させるとともに、第２波長帯の光を透過させる波長分離特性を有する。すなわち、第３ダイクロイックミラー７５は、励起光Ｅの一部Ｅ１を反射させ、励起光Ｅの他の一部を青色光Ｂとして透過させるとともに、蛍光Ｙを透過させる。第３ダイクロイックミラー７５は、誘電体多層膜から構成されている。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２とＴｉＯ２とが交互に複数積層された膜で構成される。すなわち、誘電体多層膜は、屈折率が互いに異なる２種の誘電体膜が交互に複数積層された構成を有する。誘電体多層膜を構成する各誘電体膜の層数や膜厚は、特に限定されない。
【０１０５】
本実施形態においては、第１実施形態と異なり、波長変換部７６は、第１放熱部材７４の第２面７４ｂに接合されており、第２面７４ｂに波長変換部７６を収容する凹部が設けられていない。また、波長変換層５２の第１側面５２ｃおよび第１透光性部材５３の第２側面５３ｃに対向する反射層が設けられていない。ただし、本実施形態の波長変換素子７３においても、第１実施形態の波長変換素子２３と同様、凹部および反射層が設けられていてもよい。
波長変換素子７３のその他の構成は、第１実施形態の波長変換素子２３の構成と同様である。
【０１０６】
本実施形態の波長変換素子７３においても、蛍光Ｙの利用効率の低下を抑制できる、といった第１実施形態の波長変換素子２３と同様の効果が得られる。
【０１０７】
また、本実施形態の波長変換素子７３においては、励起光Ｅの一部Ｅ１を反射させるとともに、蛍光Ｙを透過させる第３ダイクロイックミラー７５が波長変換層５２の第２面５２ｂに設けられているため、波長変換層５２に入射した後、蛍光体に吸収されずに第２面５２ｂに到達した励起光Ｅは、第３ダイクロイックミラー７５で反射し、波長変換層５２の内部を第１面５２ａに向かって進行する。このように、励起光Ｅが波長変換層５２の内部を往復する間に蛍光Ｙに波長変換されるため、第３ダイクロイックミラー７５が設けられていない場合に比べて、波長変換層５２の厚さを薄くすることができる。これにより、波長変換層５２の温度上昇が抑えられ、波長変換層５２の変換効率の低下を抑えることができる。
【０１０８】
また、本実施形態の波長変換素子７３においては、励起光Ｅの他の一部である青色光Ｂと蛍光Ｙとが第３ダイクロイックミラー７５を透過するため、波長変換素子７３単体で白色光Ｗを得ることができる。これにより、本実施形態の照明装置１６においては、上記の波長変換素子７３を備えたことにより、第１実施形態における第２光源装置１２およびダイクロイックミラー１３が不要となり、照明装置１６およびプロジェクター１の装置構成の簡略化を図ることができる。
【０１０９】
さらに、本実施形態の波長変換素子７３によれば、波長変換層５２の厚さを変えることによって、白色光Ｗのホワイトバランスを調整することができる。
【０１１０】
本実施形態の照明装置１６においては、以下に示す変形例の波長変換素子を用いることが可能である。
【０１１１】
［第１変形例］
以下、第１変形例について、図１０を用いて説明する。
図１０は、第１変形例の波長変換素子７８の断面図である。
図１０において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１２】
図１０に示すように、本変形例の波長変換素子７８は、第１放熱部材７４と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第２ダイクロイックミラー６１（第２層）と、第３ダイクロイックミラー７５と、を備えている。第２ダイクロイックミラー６１、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、波長変換層５２、および第３ダイクロイックミラー７５は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部７９を構成している。
【０１１３】
［第２変形例］
以下、第２変形例について、図１１を用いて説明する。
図１１は、第２変形例の波長変換素子８１の断面図である。
図１１において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１４】
図１１に示すように、本変形例の波長変換素子８１は、第１放熱部材７４と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第２透光性部材６９と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第４ダイクロイックミラー８２と、を備えている。第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、波長変換層５２、第２透光性部材６９、および第４ダイクロイックミラー８２は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部８３を構成している。
【０１１５】
第４ダイクロイックミラー８２は、第２透光性部材６９の第６面６９ｂに設けられている。第４ダイクロイックミラー８２は、励起光Ｅの一部Ｅ１を反射させ、励起光Ｅの他の一部を青色光Ｂとして透過させるとともに、蛍光Ｙを透過させる。第４ダイクロイックミラー８２は、誘電体多層膜から構成されている。
【０１１６】
［第３変形例］
以下、第３変形例について、図１２を用いて説明する。
図１２は、第３変形例の波長変換素子８５の断面図である。
図１２において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１７】
図１２に示すように、本変形例の波長変換素子８５は、第１放熱部材７４と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第２透光性部材６９と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第３ダイクロイックミラー７５と、を備えている。第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、波長変換層５２、第３ダイクロイックミラー７５、および第２透光性部材６９は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部８６を構成している。
【０１１８】
［第４変形例］
以下、第４変形例について、図１３を用いて説明する。
図１３は、第４変形例の波長変換素子８８の断面図である。
図１３において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１９】
図１３に示すように、本変形例の波長変換素子８８は、第１放熱部材７４と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第２透光性部材６９と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第２ダイクロイックミラー６１と、第４ダイクロイックミラー８２と、を備えている。第２ダイクロイックミラー６１、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、波長変換層５２、第２透光性部材６９、および第４ダイクロイックミラー８２は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部８９を構成している。
【０１２０】
［第５変形例］
以下、第５変形例について、図１４を用いて説明する。
図１４は、第５変形例の波長変換素子９１の断面図である。
図１４において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１２１】
図１４に示すように、本変形例の波長変換素子９１は、第１放熱部材７４と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第２透光性部材６９と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第２ダイクロイックミラー６１と、第３ダイクロイックミラー７５と、を備えている。第２ダイクロイックミラー６１、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、波長変換層５２、第３ダイクロイックミラー７５、および第２透光性部材６９は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部９２を構成している。
【０１２２】
［第６変形例］
以下、第６変形例について、図１５を用いて説明する。
図１５は、第６変形例の波長変換素子９４の断面図である。
図１５において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１２３】
図１５に示すように、本変形例の波長変換素子９４は、第１放熱部材７４と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第２ダイクロイックミラー６１と、を備えている。第２ダイクロイックミラー６１、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、および波長変換層５２は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部９５を構成している。
【０１２４】
第６変形例においては、第１変形例にて設けられていた第３ダイクロイックミラー７５が、波長変換層５２の第２面５２ｂに設けられていない。よって、本変形例の波長変換素子９４は、第３ダイクロイックミラー７５を用いずに、励起光Ｅの一部を青色光Ｂとして透過させる。
【０１２５】
［第７変形例］
以下、第７変形例について、図１６を用いて説明する。
図１６は、第７変形例の波長変換素子９７の断面図である。
図１６において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１２６】
図１６に示すように、本変形例の波長変換素子９７は、第１放熱部材７４と、波長変換層５２と、第１透光性部材５３と、第２透光性部材６９と、第１ダイクロイックミラー５４（第１層）と、第２ダイクロイックミラー６１と、を備えている。第２ダイクロイックミラー６１、第１透光性部材５３、第１ダイクロイックミラー５４、波長変換層５２、および第２透光性部材６９は、励起光Ｅが入射する側からこの順に積層され、波長変換部９８を構成している。
【０１２７】
第７変形例においては、第４変形例において設けられていた第４ダイクロイックミラー８２が、第２透光性部材６９の第６面６９ｂに設けられていない。よって、本変形例の波長変換素子９７は、第４ダイクロイックミラー８２を用いずに、励起光Ｅの一部を青色光Ｂとして透過させる。
また、第７変形例においては、第５変形例にて設けられていた第３ダイクロイックミラー７５が、波長変換層５２の第２面５２ｂと第２透光性部材６９の第５面６９ａとの間に設けられていない。よって、本変形例の波長変換素子９７は、第３ダイクロイックミラー７５を用いずに、励起光Ｅの一部を青色光Ｂとして透過させる。
【０１２８】
上記の第１〜第７変形例の波長変換素子７８，８１，８５，８８，９１，９４，９７においても、蛍光Ｙの利用効率の低下を抑制できる、波長変換層５２の温度上昇が抑えられ、波長変換層５２の変換効率の低下を抑えられる、照明装置１６およびプロジェクター１の装置構成の簡略化できる、といった第５実施形態の波長変換素子７３と同様の効果が得られる。
【０１２９】
［第８変形例］
上記の実施形態および変形例の波長変換素子のうち、第２ダイクロイックミラー６１を備えた波長変換素子７８，８８，９１，９４，９７において、第２ダイクロイックミラー６１は、入射角θ（°）が０°＜θ＜θ１の範囲の励起光Ｅを透過させ、入射角θがθ１＜θ＜９０°の範囲の励起光Ｅを反射させるとともに、蛍光Ｙを反射させる特性を有していてもよい。すなわち、第２ダイクロイックミラー６１は、入射角が相対的に小さい励起光Ｅを透過させ、入射角が相対的に大きい励起光Ｅを反射させてもよい。
【０１３０】
図１７は、波長変換素子９９に対する励起光Ｅの入射角を説明するための図である。
図１７に示すように、上記の特性を有する第２ダイクロイックミラー６１を備えた波長変換素子９９を用いる場合、第１光源２０および集光光学系２２は、励起光Ｅを入射角θ１で波長変換素子９９の第２ダイクロイックミラー６１に入射させるように設定されていることが望ましい。そのためには、集光光学系２２から射出される励起光Ｅの光束幅をＤとし、集光光学系２２のバックフォーカスをｂｆとしたとき、入射角θ１が下記の（１）式を満足すればよい。
θ１＝atan（０．５×Ｄ）／ｂｆ  …（１）
【０１３１】
この構成によれば、集光光学系２２から射出された励起光Ｅのうち、波長変換素子９９に入射した後、波長変換素子９９で蛍光に変換されず、集光光学系２２側へ戻ろうとする励起光Ｅを第２ダイクロイックミラー６１で反射させることができるため、励起光Ｅの利用効率を高めることができる。また、励起光Ｅが波長変換層５２の内部を１往復以上進行できるため、波長変換層５２の厚さをさらに薄くすることができる。これにより、波長変換層５２の変換効率をさらに向上させることができる。
【０１３２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、回転可能とされていない固定型の波長変換素子の例を挙げたが、本発明は、モーターによって回転可能とされた波長変換素子にも適用が可能である。
【０１３３】
その他、波長変換素子、光源装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による光源装置を、液晶ライトバルブを用いた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。本発明による光源装置を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。
【０１３４】
上記実施形態では、本発明による光源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。本発明による光源装置は、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】
【０１３５】
１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、１１，１７…第１光源装置（光源装置）、２０…第１光源（光源）、２３，６０，６４，６８，７３，７８，８１，８５，８８，９１，９４，９７，９９…波長変換素子、５１，７４…第１放熱部材、５２…波長変換層、５２ａ…第１面、５２ｂ…第２面、５２ｃ…第１側面、５３…第１透光性部材、５３ａ…第３面、５３ｂ…第４面、５３ｃ…第２側面、５４…第１ダイクロイックミラー（第１層）、５５，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ…反射層、６１…第２ダイクロイックミラー（第２層）、６５…第２放熱部材、６９…第２透光性部材、６９ａ…第５面、６９ｂ…第６面、６９ｃ…第３側面、７０…第３放熱部材、Ｅ…励起光、Ｙ…蛍光。
【図１】
0006954329.tif 000002
【図２】
0006954329.tif 000003
【図３】
0006954329.tif 000004
【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】
0006954329.tif 000009
【図９】
0006954329.tif 000010
【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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