JP2012181312A - 波長変換素子、光源装置、及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光源としてのエテンデュを抑えることができ、後段のプロジェクター照明系での光ロスを抑えることによって、高い光利用効率を有する波長変換素子を提供する。
【解決手段】基板３と、励起光と異なる波長領域の蛍光体光を発光する蛍光体層２と、を有する円形の波長変換素子９０１は、基板３の側面３ａに蛍光体層２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長変換素子、この波長変換素子を用いた光源装置、およびこの光源装置を備えたプロジェクターに関するものである。

従来、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されているように、回転ホイールの主面に蛍光体を扇状に配置し、励起光と異なる蛍光体光を発光させる光源装置が用いられている。

特開２０１０−１６４８４６号公報 特開２０１０−１８１５２９号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の光源装置では、励起光を蛍光体に照射した際、発光した蛍光体光が蛍光体層内を導波してしまい、発光面積が広がってしまう。発光面積が広がることにより、光源としてのエテンデュが大きくなり、後段のプロジェクター照明系での光ロスが大きくなり、光利用効率が低減してしまうという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る波長変換素子は、基板と、励起光と異なる波長領域の蛍光体光を発光する蛍光体層と、を有する波長変換素子であって、前記基板の側面に前記蛍光体層が設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、基板の側面に蛍光体層を設けているため、基板の厚さ方向の発光領域の大きさが基板の厚さ以下に制限される。そのため、エテンデュの増加を抑制することができ、後段の光学系での光ロスを低減することができる。
従って、照明効率の高い波長変換素子を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の波長変換素子において、前記基板が円形であることが好ましい。

本適用例によれば、波長変換素子は円形基板であり、回転させることができる。基板が円形であるため、基板を回転させても、蛍光体光の射出方向が一定である。そのため、側面から蛍光体光をピックアップする際に、時間的光量むらが低減できる。また、回転することで波長変換素子の局所的温度上昇を抑えることができる。

［適用例３］上記適用例に記載の波長変換素子において、前記基板と前記蛍光体層の間に反射面が設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、基板と蛍光体層の間に反射面が設けられているため、基板側に進行した蛍光体光を基板と反対側に反射することができる。従って、蛍光体光を所望の方向へ射出させやすくなり、蛍光体光の利用効率を高める効果を得ることができる。さらに、蛍光体層を透過して基板側に進行した励起光を蛍光体層の中へ戻すことができる。蛍光体層に戻った励起光は蛍光体に吸収され、蛍光体光に変換される。従って、励起光の利用効率も高めることができる。

［適用例４］上記適用例に記載の波長変換素子において、前記基板は金属で構成されることが好ましい。

本適用例によれば、基板の側面が光反射面であるため、基板側に進行する蛍光体光と励起光とを基板と反対側に反射することができる。従って、蛍光を所望の方向へ射出させやすくなり、蛍光体光の利用効率を高める効果、及び励起光の利用効率を高める効果を得ることができる。また、基板が金属であるため、反射層を設けなくてもよい。

［適用例５］上記適用例に記載の波長変換素子において、互いに隣り合う第１の凸部と第２の凸部とが前記基板の前記側面に設けられ、前記第１の凸部は、前記基板の主面と交差する方向に延在する第１の側面を有し、前記第２の凸部は、前記基板の前記主面と交差する方向に延在する第２の側面を有し、前記第１の側面と前記第２の側面との間に前記蛍光体層が設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、互いに隣り合う第１の凸部と第２の凸部とが基板の側面に設けられる。そして、第１の凸部は、基板の主面と交差する方向に延在する第１の側面を有し、第２の凸部は、基板の主面と交差する方向に延在する第２の側面を有し、第１の側面と第２の側面との間に蛍光体層が設けられる。これによって、発光領域を互いに隣り合う第１の凸部と第２の凸部との間に制限することができる。これによって、エテンデュの増加を抑制することができ、後段の光学系での光ロスを低減することができる。
従って、照明効率の高い波長変換素子を提供することができる。

［適用例６］上記適用例に記載の波長変換素子において、前記第１の側面は、光反射面を有するとともに、前記基板の前記側面の法線方向に対し、傾いていることが好ましい。

本適用例によれば、第１の側面が光反射面を有するとともに、基板側面に対して傾いていることで、蛍光体光は第１の側面で基板と反対側に反射する。蛍光体層に戻った蛍光体光は蛍光体に散乱されるため、蛍光体光を所望の方向へ射出させやすくなる。従って、照明効率の高い波長変換素子を提供することができる。さらに、蛍光体によって散乱されて第１の側面に向かって進行する励起光を蛍光体層の中へ戻すことができる。蛍光体層に戻った励起光は蛍光体に吸収され、蛍光体光に変換される。従って、励起光の利用効率も高めることができる。

［適用例７］上記適用例に記載の波長変換素子において、前記基板は円形であり、前記第１の側面が、前記基板の半径方向に対して前記第２の側面とは反対側に傾いていることが好ましい。

本適用例によれば、第１の側面が基板の半径方向に対して前記第２の側面とは反対側に傾いていることで、蛍光体光が第１の側面で基板と反対側に反射する。蛍光体層に戻った蛍光体光は蛍光体に散乱されるため、蛍光体光を所望の方向へ射出させやすくなり照明効率の高い波長変換素子を提供することができる。さらに、蛍光体によって散乱されて第１の側面に向かって進行する励起光を蛍光体層の中へ戻すことができる。蛍光体層に戻った励起光は蛍光体に吸収され、蛍光体光に変換される。従って、励起光の利用効率も高めることができる。

［適用例８］上記適用例に記載の波長変換素子において、前記蛍光体層が有する複数の面のうち、前記基板の前記側面と交差する方向に延在する面に反射面が設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、前記蛍光体層が有する複数の面のうち、基板の側面と交差する方向に延在する面に反射面が設けられているため、基板の厚さ方向に漏れていた蛍光体光を蛍光体層の中に戻すことができる。蛍光体層に戻った蛍光体光は蛍光体に散乱されるため、蛍光体光を所望の方向へ射出させやすくなる。さらに、基板の厚さ方向に漏れていた励起光も蛍光体層の中に戻すことができる。蛍光体層に戻った励起光は蛍光体に吸収され、蛍光体光に変換される。従って、蛍光体光の利用効率および励起光の利用効率を高めることができる。

［適用例９］上記適用例に記載の波長変換素子において、反射面を有する補助基板を備え、前記反射面は、前記蛍光体層が有する複数の面のうち、前記基板の前記側面と交差する方向に延在する面と対向するように設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、反射面を持つ補助基板を有することで、基板の厚さ方向に漏れていた蛍光体光を蛍光体層の中に戻すことができる。蛍光体層に戻った蛍光体光は蛍光体に散乱されるため、蛍光を所望の方向へ射出させやすくなる。さらに、基板の厚さ方向に漏れていた励起光も蛍光体層の中に戻すことができる。蛍光体層に戻った励起光は蛍光体に吸収され、蛍光体光に変換される。従って、蛍光体光の利用効率および励起光の利用効率を高めることができる。

［適用例１０］上記適用例に記載の波長変換素子において、前記補助基板は金属で構成されることが好ましい。

本適用例によれば、補助基板が金属で構成されることで、基板の厚さ方向に漏れていた蛍光体光を蛍光体層の中に戻すことができる。蛍光体層に戻った蛍光体光は蛍光体に散乱されるため、蛍光体光を所望の方向へ射出させやすくなる。さらに、基板の厚さ方向に漏れていた励起光も蛍光体層の中に戻すことができる。蛍光体層に戻った励起光は蛍光体に吸収され、蛍光体光に変換される。従って、蛍光体光の利用効率および励起光の利用効率を高めることができる。また、補助基板が金属であるため、反射層を設けなくてもよい。

［適用例１１］本適用例に係わる光源装置において、上記適用例に記載の波長変換素子と、前記蛍光体層を構成する蛍光体を励起させる励起光を発光する励起光発光部と、を持つことを特徴とする。

本適用例によれば、照明効率の高い波長変換素子を用いることで、照明効率の高い光源装置を実現できる。

［適用例１２］上記適用例に記載の光源装置において、前記基板の主面に直交する所定の回転軸の周りに前記波長変換素子を回転させる制御装置を持つことが好ましい。

本適用例によれば、波長変換素子を回転させることができるため、蛍光体層の特定の位置に励起光が連続的に照射されることがない。そのため、波長変換素子の局所的温度上昇を抑えることができる。さらに、円形基板を用いた際には蛍光体光の射出方向が一定であるため、基板の側面から蛍光体光をピックアップする際に、時間的光量むらが低減できる。

［適用例１３］上記適用例に記載の光源装置において、前記励起光は、前記基板の側面方向から前記蛍光体層に入射することが好ましい。

本適用例によれば、基板の側面方向から入射するため、基板の側面に形成した蛍光体層に効率よく励起光を照射することができる。

［適用例１４］上記適用例のいずれかに記載の光源装置において、前記励起光発光部は前記励起光を間欠的に発光することが好ましい。

本適用例によれば、励起光発光部が励起光を間欠的に発光することで、瞬時に光量を変更できる。また、基板の側面に凸部がある場合、蛍光体層の部分だけに励起光を照射することができる。そのため、効率よく励起光を蛍光体層に照射することができる。

［適用例１５］上記適用例に記載の光源装置において、前記励起光発光部は複数の固体光源で構成されており、前記励起光を前記蛍光体層に集光させる集光光学系を備えていることが好ましい。

本適用例によれば、励起光発光部が複数の固体光源で構成されているため、蛍光体層に照射する励起光量を増やすことができる。これによって、蛍光体光の光量も増やすことができる。従って、輝度の高い光源装置を提供することができる。また、集光光学系を備えることで複数の励起光発光部からの励起光を蛍光体層に集光させることができ、蛍光体光の発光面積を抑えることができる。したがって、照明効率の高い波長変換素子を提供することができる。

［適用例１６］上記適用例に記載の光源装置において、前記固体光源はレーザー光源で構成されていることが好ましい。

本適用例によれば、固体光源がレーザー光源で構成されていることで、励起光の出力を上げることができ、蛍光体層に照射する励起光量を増やすことができる。これによって、蛍光体光の光量も増やすことができる。従って、輝度の高い光源装置を提供することができる。

［適用例１７］本適用例に係わるプロジェクターは上記適用例に記載の光源装置から射出された光と、前記励起光と同色の光を射出する光源から射出された光とを、画像信号に応じて変調して、投写することを特徴とするプロジェクター。

光源装置から射出される蛍光体光には、励起光発光部から発せられる光は含まれていない。そこで、本適用例にかかるプロジェクターは、励起光発光部から発せられる光と同色の光を射出する光源を備えている。これにより、色再現性が高いプロジェクターを実現できる。従って、照明効率の高いプロジェクターを実現できる。

実施形態１に係る波長変換素子を示す平面図と断面図。 実施形態１に係る光源装置を示す図。 実施形態１に係るプロジェクターの構成図。 変形例１に係る波長変換素子を示す平面図と断面図。 変形例２に係る波長変換素子を示す平面図と側面図。 変形例３に係る波長変換素子を示す部分平面図と平面図。 変形例４に係る波長変換素子を示す平面図と断面図。 変形例５に係る波長変換素子を示す平面図と断面図。 変形例６に係る波長変換素子を示す平面図と断面図。 変形例７に係る波長変換素子を示す平面図と側面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
図１（ａ）は、実施形態１に係る波長変換素子９０１の平面図、図１（ｂ）は波長変換素子のＡ−Ａ’断面図である。図２は波長変換素子９０１を含む光源装置１０１を示す図である。図２では、波長変換素子９０１への励起光の照射方法および波長変換素子９０１から射出される光の集光方法を模式的に示してある。図３は本実施形態によるプロジェクター１００１の構成図である。

まず、実施形態１に係る波長変換素子９０１の概略構成について説明する。図１に示すように波長変換素子９０１は、蛍光体層２と基板３を備えており、基板３の側面３ａに蛍光体層２が設けられている。基板３は、例えば、径が６５ｍｍで厚みが１ｍｍの、アルミ二ウム合金からなる円形の基板である。基板３の厚さ方向を矢印Ｚで示す。基板３には回転モーター５７が接続されており、基板３は基板３の主面３ｂと直交する回転軸Ｏの周りに回転可能である。

蛍光体層２は、例えば、黄色の蛍光体光を射出するＹＡＧ系蛍光体を含有する層である。蛍光体層２として、赤色光及び緑色光を含む蛍光体光を射出する他の蛍光体を含有する層を用いてもよい。また、蛍光体層２として、励起光（青色光）を赤色光に変換する蛍光体と、励起光（青色光）を緑色光に変換する蛍光体との混合物を含有する層を用いてもよい。

基板３を例えば金属材料で構成することにより、基板３と蛍光体層２の間に反射面を設けてもよい。基板３と蛍光体層２の間に反射面を設けることで、基板３側に進行した蛍光体光を基板３と反対側に反射することができる。従って、蛍光体光を所望の方向へ射出させやすくなり、蛍光体光の利用効率を高める効果を得ることができる。
さらに、蛍光体層２を透過して基板３側に進行した励起光を蛍光体層２の中へ戻すことができる。蛍光体層２に戻った励起光は蛍光体に吸収され、蛍光体光に変換される。従って、励起光の利用効率も高めることができる。また、基板３がアルミニウム合金からなる金属であるため、別途反射層を設けなくてもよいが、さらに高い光反射率を必要とする場合は、基板３と蛍光体層２の間にたとえば銀からなる反射層を設けてもよい。

図２に示すように、本実施形態に係る光源装置１０１は、上記の波長変換素子９０１と、励起光発光部としての励起光光源アレイ５４と、励起光光源アレイ５４から射出された青色励起光Ｂを反射すると共に波長変換素子９０１から射出された蛍光体光Ｌを透過するダイクロイックミラー５５と、コリメート光学系５６とを備える。
励起光光源アレイ５４から射出された青色励起光Ｂは、ダイクロイックミラー５５で反射され、さらにコリメート光学系５６で集光される。コリメート光学系５６で集光された青色励起光Ｂは、波長変換素子９０１の側面１ａ（基板３の側面３ａ）に垂直な方向から蛍光体層２に照射される。
青色励起光Ｂにより蛍光体が発光し、蛍光体層２から射出された蛍光体光Ｌは、コリメート光学系５６によって、基板３の側面３ａに垂直な方向からピックアップされるとともにコリメートされ、ダイクロイックミラー５５を透過する。

励起光光源アレイ５４の光源は例えば、レーザーダイオードを用いる。

波長変換素子９０１は、制御装置としての回転モーター５７により、回転軸Ｏの周りに回転させることができる。

以上述べたように、本実施形態に係る波長変換素子９０１によれば、以下の効果を得ることができる。
基板３の側面３ａに蛍光体層２が形成されているため、基板３の厚さ方向Ｚ（Ｚ方向）の発光領域の大きさが基板３の厚さ以下に制限される。そのため、蛍光体光Ｌを基板３の側面３ａに垂直な方向からピックアップする場合、エテンデュの増加を抑制することができ。これにより、後段の光学系での光ロスを低減することができる。

また、基板３が円形であるため、回転軸Ｏの周りに基板３を回転させても蛍光体光Ｌの射出方向が一定である。そのため、基板３の側面３ａに垂直な方向から蛍光体光Ｌをピックアップする際に、時間的光量むらが低減できる。また、回転することで波長変換素子９０１の局所的温度上昇を抑えることができる。

本実施形態に係る光源装置１０１によれば、以下の効果を得ることができる。
青色励起光Ｂを波長変換素子９０１の側面１ａ（基板３の側面３ａ）に垂直な方向から蛍光体層２へ照射することで、基板３の側面３ａに形成した蛍光体層２に効率よく青色励起光Ｂを照射することができる。また、基板３の側面３ａに垂直な方向から蛍光体光Ｌをピックアップすることで、エテンデュの増大を低減することができる。

また、励起光発光部を複数の励起光光源からなる励起光光源アレイ５４にすることで青色励起光Ｂの光量を増やすことができる。さらに、青色励起光Ｂを蛍光体層２に集光させることでエテンデュを抑えることができる。光源アレイをレーザーダイオードにすることで青色励起光Ｂの出力を上げることができ、蛍光体層２に照射する青色励起光Ｂの光量を増やすことができる。これによって、蛍光体光Ｌの光量を増やすことができる。
このように、本実施形態に係る照明効率の高い波長変換素子９０１を用いることで、照明効率の高い光源装置１０１を実現できる。

図３に示すように、本実施形態によるプロジェクター１００１は、上記の光源装置１０１、青光光源アレイ５３、色分離導光光学系２００、光変調装置としての液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００を備えている。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、反射ミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０を備えている。色分離導光光学系２００は、光源装置１０１から射出された蛍光体光Ｌを赤色光と緑色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。

ダイクロイックミラー２１０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して他の波長領域の光を通過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分を反射するダイクロイックミラーである。反射ミラー２２０は、緑色光成分を反射するミラーである。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射するミラーである。反射ミラー２４０は、青色光成分を反射するミラーである。

ダイクロイックミラー２１０を通過した赤色光は、反射ミラー２３０で反射され、赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、反射ミラー２２０でさらに反射され、緑色光用液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。
青光光源アレイ５３からは、例えばレーザー光である青色光ＬＢが射出される。青光光源アレイ５３から射出された青色光ＬＢは、拡散板５２を透過し、反射ミラー２４０で反射され青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

光源装置１０１から射出される蛍光体光Ｌには、励起光光源アレイ５４から発せられる青色光は含まれていない。そこで、本実施形態にかかるプロジェクター１００１は、青色励起光Ｂと同色の光を射出する青光光源アレイ５３を備えている。
青光光源アレイ５３からは、蛍光体光Ｌに不足している青色光ＬＢが射出されるため、蛍光体光Ｌとは別の光路で青色光を得ることができる。これにより、色再現性が高いプロジェクター１００１を実現できる。
なお、青色励起光Ｂと同色の光とは、青色励起光Ｂの分光スペクトルと同一の分光スペクトルを有する光に限るわけではない。本実施形態では、蛍光体光Ｌは黄色であり、励起光光源アレイ５４から発せられる光は青色であるため、青光光源アレイ５３から射出される光は、概ね青色の光であればよい。つまり、青光光源アレイ５３から射出される光は、液晶光変調装置４００Ｂに入射される光である。

液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、入射した色光を画像情報に応じて変調しカラー画像を形成するものである。液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、光源装置１０１の照明対象となる。図示を省略したが、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂには、それぞれに入射側偏光板、射出側偏光板、及び入射側集光レンズが配置されている。入射側偏光板、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂ、及び射出側偏光板によって、入射した各色光の光変調が行われる。

液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、一対の透明なガラス基板の間に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置である。液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇ、液晶光変調装置４００Ｂは、例えばポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として備え、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から入射した１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された、色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形形状をなす。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。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、緑色光及び青色光を通過させ赤色光を反射する誘電体多層膜であり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光及び緑色光を通過させ青色光を反射する誘電体多層膜である。略Ｘ字状の界面に形成された２種類の誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーン上で画像を形成する。

上記構成のプロジェクター１００１によれば、励起光光源アレイ５４から射出された青色励起光Ｂによって蛍光体層２が励起され、複数の色光が放射される。そのため、一種類の蛍光体層２を用いながら複数の色光を得ることができる。複数の色光はロットインテグレーター１０２で均一化される。

以上述べたように、本実施形態に係るプロジェクター１００１によれば、照明効率の高い光源装置１０１を用いることで、照明効率の高いプロジェクターを実現できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
図４（ａ）は、変形例１に係る波長変換素子９０２の平面図、図４（ｂ）は波長変換素子９０２のＢ−Ｂ’断面図である。ただし、回転モーター５７は図示していない。上記実施形態１では、図１のように、例えば、アルミ二ウム合金からなる基板３の側面３ａに蛍光体層２を形成していた。本変形例１では基板３の代わりに、例えば、ガラスからなる透明基板４を用い、透明基板４の側面４ａに例えば銀の薄膜５を蒸着することで反射面５ａを作成し、反射面５ａ上に蛍光体層２を形成する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

以上述べたように、本変形例に係る波長変換素子９０２によれば、透光性のある透明基板４を用いた場合でも、実施形態１での効果を得ることができる。

（変形例２）
図５（ａ）は変形例２に係る波長変換素子９０３の平面図、図５（ｂ）は波長変換素子９０３の側面図である。ただし、回転モーター５７は図示していない。
上記実施形態１では、図１のように基板３の側面３ａに蛍光体層２を形成していた。本変形例２に係る波長変換素子９０３では、基板３の側面３ａに複数の凸部７が設けられている。そして、互いに隣り合う２つの凸部７の間に蛍光体層２が設けられている。凸部７の長さＷは基板３の厚さｔと等しい。また、凸部７の、側面３ａからの高さＨ３は、蛍光体層２の厚さＨ２以上である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。また、図５（ａ）および図５（ｂ）では、作図を容易にするために、基板３の側面３ａに８個の凸部７が設けられている例を示したが、凸部７の個数は８に限定されるものではない。

本変形例２に係る波長変換素子９０３について、具体的に説明する。
ここで、基板３の主面３ｂと対向する基板３の他の面を、図５（ｂ）に示したように、基板３の第３の面３ｃと呼ぶことにする。凸部７は、畝の形状を有し、基板３の主面３ｂから基板３の第３の面３ｃにわたって延在するように設けられている。また、凸部７の延在方向は基板３の厚さ方向である。
図５（ａ）に示したように、基板３の側面３ａには、複数の凸部７が設けられており、第１の凸部７ａと第２の凸部７ｂとは互いに隣り合っている。第１の凸部７ａは、基板３の主面３ｂと交差する方向に延在する第１の側面７１を有し、第２の凸部７ｂは、基板３の主面３ｂと交差する方向に延在する第２の側面７２を有している。そして、第１の側面７１と第２の側面７２との間に蛍光体層２ａを設ける。第１の側面７１と第２の側面７２との距離は、例えば１ｍｍとする。これによれば、蛍光体層２ａの内部を導波する蛍光体光の一部は、第１の側面７１と蛍光体層２ａとの界面または第２の側面７２と蛍光体層２ａとの界面によって反射されるため、発光領域を第１の凸部７ａと第２の凸部７ｂとの間に制限することができる。

以上述べたように、本変形例に係る波長変換素子９０３によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。実施形態１では、基板３の側面３ａ上において、基板３の主面３ｂと平行な方向ｙへの蛍光体光の伝播（にじみ）を抑制することができなかったが、本変形例では、方向ｙへのにじみを抑制することができる。第１の側面７１と第２の側面７２との距離が１ｍｍであれば、１ｍｍ四方の面積のエテンデュを持つ光源を作成でき、後段の光学系での光ロスを低減することができる。

（変形例３）
図６（ａ）は、変形例３に係る波長変換素子９０４の部分平面図であり、図６（ｂ）は波長変換素子９０４の全体を示す平面図である。ただし、回転モーター５７は図示していない。
上記変形例２では、図５のように、基板３の側面３ａに設けた複数の凸部７間に蛍光体層２を形成していたが、本変形例では、凸部７の側面を光反射面によって構成している。本変形例では、凸部７はアルミニウム合金などの金属によって構成されているが、樹脂で形成された凸部の表面に金属薄膜を形成することによって、凸部７の側面に光反射面を設けてもよい。さらに、本変形例では、凸部７の側面は、側面３ａの法線方向に対して傾いている。基板３が円形の場合には、基板３の半径方向ｒに対して凸部７の側面が傾いている。なお、上述した実施形態、および変形例と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

具体的には、第１の凸部７ａの第１の側面７１と、第２の凸部７ｂの第２の側面７２は、光反射面によって構成されている。また、第１の側面７１は半径方向ｒに対して第２の側面７２とは反対側に傾いている。第１の側面７１と半径方向ｒとのなす角θは、例えば４５°であり、第２の側面７２と半径方向ｒとのなす角θは、例えば４５°である。そして、第１の側面７１と第２の側面７２との間に蛍光体層２ａが設けられている。

以上述べたように、本変形例に係る波長変換素子９０４によれば、変形例２の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。すなわち、蛍光体層２と凸部７との界面における蛍光体光の反射率が高くなるため、発光領域を第１の凸部７ａと第２の凸部７ｂとの間に確実に制限することができる。本変形例では、第１の側面７１と、第２の側面７２と、がともに光反射面によって構成されているが、第１の側面７１と第２の側面７２のうち少なくとも一方が光反射面によって構成されていれば、発光領域を制限する効果を変形例２の場合よりも高めることができる。
さらに、変形例２では、基板３の主面３ｂと平行な方向ｙに導波した成分を反射させ、蛍光体層２内に戻すだけであったが、変形例３においては凸部７の第１の側面７１と、第２の側面７２と、を基板３の側面３ａの法線方向に対して傾かせることで、蛍光体層２の内部を導波した成分を蛍光体層２表面から出射しやすくする。そのため、発光効率を向上させることができる。

（変形例４）
図７（ａ）は、変形例４に係る波長変換素子９０５の平面図、図７（ｂ）は波長変換素子９０５のＣ−Ｃ’断面図である。ただし、回転モーター５７は図示していない。
変形例４においても、上記実施形態１と同様に、基板３の側面３ａに蛍光体層２を形成している。本変形例４に係る波長変換素子９０５は、さらに、蛍光体層２が有する複数の面のうち、基板３の側面３ａに交差する方向に延在する面２１に、例えば、銀薄膜からなる反射部材８を有する。反射部材８は蛍光光に対する反射面として機能する。図７（ａ）に示したように、反射面（反射部材８）は、平面視で蛍光体層２と重なるように、環状に設けられている。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

以上述べたように、本変形例に係る波長変換素子９０５によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。本変形例４では、蛍光体層２が有する複数の面のうち、基板３の側面３ａに交差する方向に延在する面２１に反射面（反射部材８）を設けることで、Ｚ方向に導波した成分を反射させ、蛍光体層２内に戻す。戻った光の一部は蛍光体で反射され、蛍光体層２から取り出すことができ、発光効率をさらに向上させることができる。

（変形例５）
図８（ａ）は、変形例５に係る波長変換素子９０６の平面図、図８（ｂ）は波長変換素子９０６のＤ−Ｄ’断面図である。ただし、回転モーター５７は図示していない。
上記実施形態１では、図１のように、基板３の側面３ａに蛍光体層２を形成していた。本変形例５に係る波長変換素子９０６は、基板３と蛍光体層２とを基板３の厚さ方向Ｚから挟み込む、例えばアルミニウム合金からなる２枚の補助基板９を有する。補助基板９は光反射面として機能する。なお、上述した、実施形態および変形例と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

補助基板９は、基板３と同様に円形状であり、蛍光体層２が有する複数の面のうち、基板３の側面３ａと交差する方向に延在する面２１と対向するように設けられている。

以上述べたように、本変形例に係る波長変換素子９０６によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。本変形例５では、光反射面として機能する補助基板９を設けることで、Ｚ方向に導波した成分を反射させ、蛍光体層２内に戻す。戻った光の一部は蛍光体で反射され、蛍光体層２から取り出すことができ、発光効率をさらに向上させることができる。

（変形例６）
図９（ａ）は、変形例６に係る波長変換素子９０７の平面図、図９（ｂ）は波長変換素子９０７のＥ−Ｅ’断面図である。ただし、回転モーター５７は図示していない。
上記実施形態１では、図１のように、基板３の側面３ａに蛍光体層２を形成していた。本変形例６に係る波長変換素子９０７は、基板３と蛍光体層２とを基板３の厚さ方向Ｚから挟み込む、例えばガラスからなる２枚の透明補助基板１０を有する。透明補助基板１０の蛍光体層２と対向する領域には、例えば銀の薄膜からなる反射部材８を有する。図９（ａ）に示したように、反射面（反射部材８）は、平面視で蛍光体層２と重なるように、環状に設けられている。なお、上述した、実施形態および変形例と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

以上述べたように、本変形例に係る波長変換素子９０７によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。本変形例６では、反射面（反射部材８）を設けることで、Ｚ方向に導波した成分を反射させ、蛍光体層２内に戻す。戻った光の一部は蛍光体で反射され、蛍光体層２から取り出すことができ、発光効率をさらに向上させることができる。

（変形例７）
図１０（ａ）は、変形例７に係る波長変換素子９０８の平面図、図１０（ｂ）は波長変換素子９０８の側面図である。変形例７に係る波長変換素子９０８は、変形例２に係る波長変換素子９０３とは、２枚の補助基板９を備えている点で異なる。本変形例における補助基板９は変形例５における補助基板９と同一の効果を有している。変形例２および変形例５と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

以上述べたように、本変形例に係る波長変換素子９０８によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。本変形例７では、基板３の主面３ｂと平行なｙ方向のにじみの低減及び、基板３の厚さ方向Ｚに導波した成分のロスを抑えることができ、発光効率をさらに向上させることができる。

上記実施形態１および変形例１乃至７では、励起光光源アレイ５４は青色励起光Ｂを連続的に射出していたが、励起光光源アレイ５４が青色励起光Ｂを間欠的に射出するように構成してもよい。これにより、瞬時に光量を変更できるという効果が得られる。
また、変形例２に係る波長変換素子９０３、変形例３に係る波長変換素子９０４、または変形例７に係る波長変換素子９０８のように、基板３の側面３ａに凸部７がある場合、回転している基板３の側面３ａにおける青色励起光Ｂの照射スポットに蛍光体層２が重なった時だけ、励起光光源アレイ５４が青色励起光Ｂを間欠的に射出するように構成すれば、蛍光体層２の部分だけに青色励起光Ｂを照射することができる。そのため、効率よく青色励起光Ｂを蛍光体層２に照射することができる。

なお、変形例２、変形例３および変形例７では、凸部７の高さを蛍光体層２の厚さと等しくしたが、凸部７の高さは蛍光体層２の厚さ以上であってもよい。

９０１…波長変換素子、２…蛍光体層、３…基板、３ａ…側面、３ｂ…基板の主面、４…透明基板、５…薄膜、５ａ…反射面、７…凸部、７ａ…第１の凸部、７ｂ…第２の凸部、７１…第１の側面、７２…第２の側面、８…反射部材、９…補助基板、１０…透明補助基板、５７…回転モーター、１０１…光源装置、１００１…プロジェクター。

Claims (17)

1. 基板と、
   励起光と異なる波長領域の蛍光体光を発光する蛍光体層と、
   を有する波長変換素子であって、
   前記基板の側面に前記蛍光体層が設けられていることを特徴とする波長変換素子。
2. 前記基板は円形であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記基板と前記蛍光体層の間に反射面が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換素子。
4. 前記基板は金属で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換素子。
5. 互いに隣り合う第１の凸部と第２の凸部とが前記基板の前記側面に設けられ、
   前記第１の凸部は、前記基板の主面と交差する方向に延在する第１の側面を有し、
   前記第２の凸部は、前記基板の前記主面と交差する方向に延在する第２の側面を有し、
   前記第１の側面と前記第２の側面との間に前記蛍光体層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
6. 前記第１の側面は、光反射面を有するとともに、前記基板の前記側面の法線方向に対し、傾いていることを特徴とする請求項５に記載の波長変換素子。
7. 前記基板は円形であり、
   前記第１の側面が、前記基板の半径方向に対して前記第２の側面とは反対側に傾いていることを特徴とする請求項６に記載の波長変換素子。
8. 前記蛍光体層が有する複数の面のうち、前記基板の前記側面と交差する方向に延在する面に反射面が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の波長変換素子。
9. 反射面を有する補助基板を備え、
   前記反射面は、前記蛍光体層が有する複数の面のうち、前記基板の前記側面と交差する方向に延在する面と対向するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の波長変換素子。
10. 前記補助基板は金属で構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の波長変換素子。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の波長変換素子と、
    前記蛍光体層を構成する蛍光体を励起させる励起光を発光する励起光発光部と、
    を持つことを特徴とする光源装置。
12. 基板の主面に直交する所定の回転軸の周りに前記波長変換素子を回転させる制御装置をもつことを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
13. 前記励起光は、前記基板の側面方向から前記蛍光体層に入射することを特徴とする請求項１１または１２に記載の光源装置。
14. 前記励起光発光部は前記励起光を間欠的に発光することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の光源装置。
15. 前記励起光発光部は複数の固体光源で構成されており、
    前記励起光を前記蛍光体層に集光させる集光光学系を備えたことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の光源装置。
16. 前記固体光源はレーザー光源で構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
17. 請求項１１乃至１６のいずれかに記載の光源装置から射出された光と、前記励起光と同色の光を射出する光源から射出された光とを、画像信号に応じて変調して、投写することを特徴とするプロジェクター。

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