JP2018170088A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】光利用効率の高い、光源装置を提供する。また、前記光源装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、第１波長帯の励起光を射出する第１光源と、複数の面を有し、第１光源から入射する励起光を第１波長帯と異なる第２波長帯の変換光に変換する波長変換部材と、を備える光源装置である。波長変換部材は、励起光が入射する第１の面と、第１の面に対向する第２の面と、変換光を射出する第３の面と、を有し、第１の面には、励起光を透過し、変換光を反射させる第１反射層が設けられる。【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。
近年、半導体レーザー等の固体光源と蛍光体層（波長変換部材）とを組み合わせ、固体
光源から射出した光を変換した蛍光を射出する光源装置がある（例えば、下記特許文献１
参照）。
ところで、上記光源装置において高輝度化を図るべく、励起光として高輝度且つ高出力
な光を用いると、蛍光体層の温度が上昇することで蛍光変換効率の低下を招いてしまう。
これに対し、蛍光体層表面に形成される励起光によるスポット径を大きくして励起光の光
密度を抑えることも考えられる。しかしながら、スポット径を大きくすると、蛍光体層に
おける蛍光発光の面積が大きくなってしまい、後段の光学系に蛍光を効率良く取り込めな
くなってしまう。
上記問題を解決すべく、励起光における蛍光体層への入射面と、蛍光の射出面を分離す
ることで蛍光発光の面積を小さくする技術が知られている（例えば、下記特許文献２参照
）。
特開２０１６−１８０１０号公報 米国特許第７９８２２２９号明細書
しかしながら、上述のように励起光の入射面と蛍光の射出面とを分離すると、蛍光体層
において光漏れが生じることで、光利用効率の低下という新たな課題を生じさせるおそれ
があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光利用効率の高い、光源装置
を提供することを目的の一つとする。また、前記光源装置を備えるプロジェクターを提供
することを目的の一つとする。
本発明の第１態様に従えば、第１波長帯の励起光を射出する第１光源と、複数の面を有
し、前記第１光源から入射する前記励起光を第１波長帯と異なる第２波長帯の変換光に変
換する波長変換部材と、を備え、前記波長変換部材は、前記励起光が入射する第１の面と
、前記第１の面に対向する第２の面と、前記変換光を射出する第３の面と、を有し、前記
第１の面には、前記励起光を透過し、前記変換光を反射させる第１反射層が設けられる光
源装置が提供される。
第１態様に係る光源装置では、第１の面に第１反射層を設けることで、励起光を波長変
換部材の内部に効率良く取り込むことができる。これにより、変換光は全反射角以下の入
射角で第１の面に入射した場合でも、第１反射層により反射されることで波長変換部材内
を伝播するようになる。よって、変換光は波長変換部材の外部に漏れ光として射出される
ことが無く、第３の面から効率良く射出されるので、高い光利用効率を実現できる。
上記第１態様において、前記第１の面と前記第１反射層との間には、前記波長変換部材
の第１屈折率よりも小さい第２屈折率を有する第１低屈折率層が設けられているのが好ま
しい。
この構成によれば、波長変換部材内を伝播する光は第１低屈折率層との界面で全反射さ
れるため、第１の面に設けられた第１反射層に入射する光量を低減することができる。よ
って、第１反射層による損失を減らすことで第３の面まで到達する光量を増大させること
ができる。
上記第１態様において、前記第１波長帯の励起光を射出する第２光源をさらに備え、前
記第２の面には、前記第２光源からの前記励起光が入射し、前記励起光を透過し前記変換
光を反射させる第２反射層が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、第２の面からも励起光を波長変換部材の内部に効率良く取り込むこ
とができる。よって、より高い光利用効率を実現できる。
さらに、前記第２の面と前記第２反射層との間には、前記波長変換部材の第１屈折率よ
りも小さい第２屈折率を有する第２低屈折率層が設けられているのがより好ましい。
この構成によれば、波長変換部材内を伝播する光は第２低屈折率層との界面で全反射さ
れるため、第２の面に設けられた第１反射層に入射する光量を低減することができる。よ
って、第１反射層による損失を減らすことで第３の面まで到達する光量を増大させること
ができる。
上記第１態様において、前記第１の面及び前記第３の面と交差する第４の面に、前記変
換光を反射させる第３反射層を介して第１冷却部材が設けられており、前記第４の面と前
記第３反射層との間には、前記波長変換部材の第１屈折率よりも小さい第２屈折率を有す
る第３低屈折率層が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、波長変換部材内を伝播する光は第３低屈折率層との界面で全反射さ
れるため、第３反射層に入射する光量を低減することができる。よって、第３反射層によ
る損失を減らすことで第３の面まで到達する光量を増大させることができる。
また、第１冷却部材により波長変換部の熱を放出することができる。
さらに、前記第１の面及び前記第３の面と交差するとともに前記第４の面と対向する第
５の面に、前記変換光を反射させる第４反射層を介して第２冷却部材が設けられており、
前記第５の面と前記第４反射層との間には、前記波長変換部材の第１屈折率よりも小さい
第２屈折率を有する第４低屈折率層が設けられているのがより好ましい。
この構成によれば、波長変換部材内を伝播する光は第４低屈折率層との界面で全反射さ
れるため、第４反射層に入射する光量を低減することができる。よって、第４反射層によ
る損失を減らすことで第３の面まで到達する光量を増大させることができる。
また、第２冷却部材により波長変換部の熱を放出することができる。
上記第１態様において、前記第１屈折率をＮ１、前記第２屈折率をＮ２としたとき、Ｎ
２／Ｎ１は０．８５より小さいのが好ましい。
この構成によれば、第１低屈折率層及び蛍光体の境界で全反射する光の割合が５０％以
上となる。これにより、蛍光体内を伝播する光のうち第１低屈折率層で全反射される光量
は第１反射層で反射される光量よりも多くなる。よって、第１反射層での散乱損失分を考
慮したとしても第３の面まで到達する光量を増大させることができる。
上記第１態様において、前記第２の面には、前記変換光を反射させる金属の第５反射層
が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、第５反射層により変換光を反射することで第３の面から効率良く取
り出すことができる。
上記第１態様において、前記第１波長帯は４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長であり、前記
第２波長帯は５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長であるのが好ましい。
この構成によれば、励起光としての青色光を波長変換部材で変換することで変換光とし
て黄色の蛍光を生成することができる。
上記第１態様において、前記波長変換部材は、前記第１の面及び前記第２の面のうち少
なくとも一方が前記第３の面側に向かうに従って、前記第３の面に垂直な中心軸に遠ざか
るように傾いたテーパー形状を有するのが好ましい。
この構成によれば、波長変換部材内を伝播する変換光における第１の面又は第２の面に
対する入射角が第３の面側に向かうにつれて徐々に大きくなる。よって、変換光は波長変
換部材内を良好に伝播することで第３の面から効率良く射出される。
上記第１態様において、前記第３の面に対向する第６の面に、前記変換光を反射させる
第６反射層が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、第６反射層により変換光を反射することで第３の面から効率良く取
り出すことができる。
さらに、前記第６反射層と前記第６の面との間には、間隙が設けられているのがより好
ましい。
この構成によれば、波長変換部材内を伝播する光は間隙との界面で全反射されるため、
第６反射層に入射する光量を低減することができる。よって、第６反射層による損失を減
らすことで第３の面まで到達する光量を増大させることができる。
上記第１態様において、前記第３の面には、前記変換光を外部に取り出す光学部材が設
けられているのが好ましい。
この構成によれば、第３の面から取り出した変換光を光学部材によって集光することが
できる。
本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る光源装置と、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
投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。
第２態様に係るプロジェクターでは、光利用効率の高い光源装置を備えるので、明るく
良質な画像を表示することができる。
第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図。 照明装置の概略構成を示す図。 波長変換部の要部構成を示す斜視図。 第２実施形態の波長変換部の要部構成を示す斜視図。 蛍光体の内部で生じる発光を概念的に示す図。 波長変換部の要部構成を示す断面図。 変形例に係る蛍光体を示す図。 変形例に係る蛍光体の形状を示す断面図。
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。
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。本実施形態のプロジェクタ
ーは、スクリーン（被投射面）上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、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、光合成光学系５と、投射光学
系６とを備えている。
照明装置２は、白色の照明光ＷＬを照射する。照明装置２の具体的な構成については後
述する。
色分離光学系３は、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光Ｌ
Ｂに分離する。光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂはそれぞれ、赤色光Ｌ
Ｒ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、各色の画像光を形成する。光合
成光学系５は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの各色の画像光を合成する。投射光学
系６は、光合成光学系５からの合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する
。
色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー
７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、
第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。
第１のダイクロイックミラー７ａ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とにそれぞれ分離する。すなわち、第１のダイクロイッ
クミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを反射する
特性を有する。
第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが混合する光から緑色
光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。すなわち、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色
光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する特性を有する。
第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１のダイクロイックミラ
ー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂ
及び第３の反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２のダイクロイックミ
ラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。第２のダイクロイックミラー７
ｂは、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。
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の光路中の第２の
ダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。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。
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々は、液晶パネルから構成
されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々は、赤色光Ｌ
Ｒ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＬＢの各々を通過させる間に、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及
び青色光ＬＢの各々を画像情報に応じて変調し、各色に対応した画像光を形成する。光変
調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々の光入射側及び光射出側には、
偏光板（図示略）がそれぞれ配置されている。
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々の光入射側には、光変調
装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々に入射する赤色光ＬＲ、緑色光Ｌ
Ｇ、及び青色光ＬＢの各々を平行化するフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０
Ｇ，及びフィールドレンズ１０Ｂが設けられている。
光合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。光合成光学系
５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、及び光変調装置４Ｂの各々からの各色の画像光
を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向かって射出する。
投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、光合成光学系５
により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。すなわち、投射光
学系６は、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの各々により変調された光
をスクリーンＳＣＲに投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラ
ー映像（画像）が表示される。
（照明装置）
次に、照明装置２の構成について説明する。図２は、照明装置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、第２光源装置１２、ダイクロ
イックミラー１３、及び均一照明光学系６０を備えている。
本実施形態において、第１光源装置１１は、第１光源２０と、第２光源２１と、波長変
換部２２とを備える。
第１光源２０は、第１波長帯のレーザー光からなる励起光Ｂ１を射出する半導体レーザ
ーから構成されている。第２光源２１は、第１光源２０と同一の構成を有する。すなわち
、第２光源２１は、第１波長帯のレーザー光からなる励起光Ｂ２を射出する半導体レーザ
ーから構成されている。ここで、第１波長帯の光とは、例えば、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ
に発光強度のピークを有する光に相当し、本実施形態では、励起光Ｂ１，Ｂ２として発光
強度のピークが約４４５ｎｍの光を用いた。
なお、第１光源２０或いは第２光源２１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。また、第１光源２０及び第２光
源２１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。
また、第１光源２０及び第２光源２１は、半導体レーザーではなく、発光ダイオード（
ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の他の光源を用いてもよい。
本実施形態において、第１光源２０及び第２光源２１から射出された励起光Ｂ１，Ｂ２
は波長変換部２２に入射する。波長変換部２２は、励起光Ｂ１，Ｂ２を第１波長帯とは異
なる第２波長帯の蛍光光（変換光）Ｙに変換する。ここで、第２波長帯の光とは、例えば
、５２０ｎｍ〜５８０ｎｍに発光強度のピークを有する黄色の光に相当する。なお、第２
波長帯は、黄色を構成する波長帯として、５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲とすることがで
きる。
図３は波長変換部２２の要部構成を示す斜視図である。
図２、３に示すように、波長変換部２２は、蛍光体（波長変換部材）２３と、反射層２
４及び反射層２５と、銀ミラー２６と、ピックアップレンズ（光学部材）２７と、反射層
３３、３４とを備えている。本実施形態において、蛍光体２３は、複数の面を有する平板
形状からなり、第１光源２０から入射する励起光Ｂ１及び第２光源２１から入射する励起
光Ｂ２を、第１波長帯と異なる第２波長帯の蛍光光（変換光）Ｙに変換する。具体的に、
蛍光体２３は六面体からなる。
六面体からなる蛍光体２３は、互いに対向する三組の面を有する。具体的に、蛍光体２
３は、互いに対向する第１の面２３ａ及び第２の面２３ｂと、互いに対向する第３の面２
３ｃ及び第６の面２３ｄと、互いに対向する第４の面２３ｅ及び第５の面２３ｆとを有す
る。第４の面２３ｅ及び第５の面２３ｆは、第１の面２３ａ及び第３の面２３ｃと交差す
る。なお、本実施形態において、蛍光体２３は、六面体に限らない。例えば、蛍光体２３
は、第１光源２０からの励起光Ｂ１及び第２光源２１からの励起光Ｂ２が蛍光体２３に入
射する方向に平行な蛍光体２３の断面が八角形となる十面体であってもよい。
本実施形態において、蛍光体２３は、励起光Ｂ１，Ｂ２を蛍光光Ｙに変換する蛍光体粒
子（不図示）を含む。蛍光体粒子として、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・
ガーネット）系蛍光体が用いられる。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。蛍
光体２３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もの、或いは
、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結したものが好適に用いられる。
本実施形態の蛍光体２３としては、光散乱性の低いものを用いている。すなわち、蛍光
体２３として、光散乱部材として機能する気孔の量の少ないものを採用している。このよ
うにすれば、蛍光体２３内において蛍光光Ｙが気孔によって複数回反射されることによる
光損失の発生を低減することができる。
本実施形態において、第１光源２０は、蛍光体２３の第１の面２３ａに対向して配置さ
れている。第２光源２１は、蛍光体２３の第２の面２３ｂに対向して配置されている。す
なわち、第１の面２３ａには、第１光源２０から射出された励起光Ｂ１が入射し、第２の
面２３ｂには、第２光源２１から射出された励起光Ｂ２が入射する。また、第３の面２３
ｃからは、蛍光体２３にて変換された蛍光光Ｙが射出される。以降、第１の面２３ａ及び
第２の面２３ｂを光入射面、第３の面２３ｃを光射出面と呼ぶ場合がある。
本実施形態において、第１の面２３ａには反射層２４が設けられ、第２の面２３ｂには
反射層２５が設けられている。反射層２４は、励起光Ｂ１を透過し蛍光光（変換光）Ｙを
反射する誘電体多層膜からなる。同様に、反射層２５は、励起光Ｂ２を透過し蛍光光（変
換光）Ｙを反射する誘電体多層膜からなる。本実施形態において、反射層２４は、特許請
求の範囲に記載の「第１反射層」に相当し、反射層２５は、特許請求の範囲に記載の「第
２反射層」に相当する。
銀ミラー２６は、第３の面２３ｃに対向する第６の面２３ｄに設けられている。銀ミラ
ー２６は、蛍光体２３内で生成された蛍光光（変換光）Ｙを第３の面２３ｃ側に向けて反
射する。本実施形態において、銀ミラー２６は、特許請求の範囲に記載の「第６反射層」
に相当する。なお、第６反射層は、銀ミラー２６に限定されず、金属の反射層であればよ
い。
第４の面２３ｅには反射層３３が設けられ、第５の面２３ｆには反射層３４が設けられ
ている。反射層３３及び反射層３４は、蛍光体２３内で生成された蛍光光（変換光）Ｙを
反射する。より具体的には、反射層３３及び反射層３４は、蛍光光Ｙを反射する金属膜か
らなる。このような反射層３３及び反射層３４を設けることで蛍光体２３内において蛍光
光Ｙを良好に伝播させることができる。
本実施形態において、ピックアップレンズ２７は、蛍光体２３の第３の面２３ｃに設け
られている。ピックアップレンズ２７は、接着層２８を介して第３の面２３ｃに貼り付け
られている。ピックアップレンズ２７は、第３の面２３ｃから射出される蛍光光（変換光
）Ｙを取り出す機能を有する。本実施形態において、ピックアップレンズ２７は、特許請
求の範囲の「光学部材」に相当する。なお、ピックアップレンズ２７の光路後段に、ピッ
クアップレンズ２７により取り出されてピックアップレンズ２７から射出された蛍光光Ｙ
を平行化する、図示しないレンズ等の光学部材が配置されている。
接着層２８としては、蛍光体２３の屈折率と同等の屈折率、或いは蛍光体２３よりも高
い屈折率を有する材料を用いるのが好ましい。また、接着層２８の屈折率は、ピックアッ
プレンズ２７の屈折率よりも低いことが望ましい。
このようにすれば、蛍光体２３と接着層２８との界面及び接着層２８とピックアップレ
ンズ２７との界面における蛍光光Ｙの全反射を防止することができる。よって、蛍光光Ｙ
を効率良く蛍光体２３の外部に取り出すことができる。
ここで、蛍光体２３内で発生した蛍光光Ｙは、全球方向に均一な強度を持つため、蛍光
光Ｙは第１の面２３ａ或いは第２の面２３ｂに対して種々の角度で入射する。そのため、
第１の面２３ａ及び第２の面２３ｂに反射層２４及び反射層２５が設けられていないと、
蛍光光Ｙのうち全反射角以下の光線は、第１の面２３ａ及び第２の面２３ｂを透過して外
部に漏れ出てしまう。すなわち、この外部に漏れ出した光は、損失となり光源装置１１に
おける光利用効率を低下させる。
これに対し、本実施形態の第１光源装置１１によれば、励起光Ｂ１の入射面である第１
の面２３ａ及び励起光Ｂ２の入射面である第２の面２３ｂに、反射層２４及び反射層２５
をそれぞれ設けるので、励起光Ｂ１，Ｂ２を蛍光体２３の内部に効率良く取り込むことが
できる。
すなわち、蛍光光Ｙは、全反射角以下の入射角で第１の面２３ａ及び第２の面２３ｂに
入射した場合でも、反射層２４、２５により反射されることで蛍光体２３内を伝播するよ
うになる。そのため、蛍光光Ｙは、蛍光体２３の外部に漏れ光として射出されることが無
く、第３の面２３ｃ（光射出面）から効率良く射出される。
また、本実施形態の蛍光体２３において、光射出面（第３の面２３ｃ）の面積は、光入
射面（第１の面２３ａ及び第２の面２３ｂ）の面積よりも小さい。このように、蛍光体２
３における励起光Ｂ１，Ｂ２の入射面積を大きくすることで、光入射面における励起光の
光密度を抑えることができる。
よって、蛍光体２３において蛍光光Ｙを効率良く生成することができる。また、蛍光光
Ｙの発光面積（光射出面の面積）を小さくすることで、後段の光学系、すなわち本実施形
態では、ダイクロイックミラー１３及び均一照明光学系６０を小型化できる。
図２に戻って、ダイクロイックミラー１３は、第１光源装置１１から均一照明光学系６
０に至る光路中及び第２光源２１から均一照明光学系６０に至る経路中に、第１光源装置
１１の光軸（照明装置２の照明光軸１００ａｘに相当）と第２光源装置１２の光軸２００
ａｘ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１３は、第２光源装置１２から射出される後述の青色光Ｂを反射させ、第１光源装置１
１から射出される黄色の蛍光光Ｙを透過させる。
第２光源装置１２は、光源７１と、集光光学系７２と、散乱板７３と、コリメート光学
系７４とを備えている。
光源７１は、第１光源装置１１の第１光源２０と同一の半導体レーザーから構成されて
いる。光源７１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。また、光源７１は、ＬＥＤで構成されていてもよい。
集光光学系７２は、第１レンズ７２ａと、第２レンズ７２ｂと、を備えている。集光光
学系７２は、光源７１から射出された青色光Ｂを散乱板７３上もしくは散乱板７３の近傍
に集光させる。第１レンズ７２ａ及び第２レンズ７２ｂは、凸レンズで構成されている。
散乱板７３は、光源７１からの青色光Ｂを散乱させ、第１光源装置１１から射出される
蛍光光Ｙの配光分布に近い配光分布を有する青色光Ｂを生成する。散乱板７３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。
コリメート光学系７４は、第１レンズ７４ａと、第２レンズ７４ｂと、を備える。コリ
メート光学系７４は、散乱板７３から射出された光を略平行化する。第１レンズ７４ａ及
び第２レンズ７４ｂは、凸レンズで構成されている。
第２光源装置１２から射出された青色光Ｂは、ダイクロイックミラー１３により反射さ
れ、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を透過する蛍光光Ｙと合
成されることで白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、均一照明光学系６０に入射する
。
均一照明光学系６０は、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光
変換素子１４０と、重畳レンズ１５０とを備える。
第１レンズアレイ１２０は、照明光ＷＬを複数の部分光束に分割するための複数の第１
レンズ１２０ａを有する。複数の第１レンズ１２０ａは、照明光軸１００ａｘ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。
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１レンズ１２０ａに対
応する複数の第２レンズ１３０ａを有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５
０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２０ａの像を光変調装置４Ｒ、光
変調装置４Ｇ、及び光変調装置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１３０ａは、照明光軸１００ａｘ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。
偏光変換素子１４０は、第２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。
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された各部分光束を集光して、図１
に示した光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，及び光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に
重畳させる。
以上により、照明装置２は、略均一な照度分布を有する照明光ＷＬを色分離光学系３に
向けて射出する。
以上述べたように、本実施形態の第１光源装置１１によれば、蛍光体２３から蛍光光Ｙ
を効率良く取り出すことができるので、高い光利用効率を実現できる。
また、この第１光源装置１１を有する照明装置２によれば、明るい照明光ＷＬを生成す
ることができる。
よって、本実施形態のプロジェクター１によれば、明るい照明光ＷＬを用いることで良
質な画像を表示することができる。
（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と上記実施形態と
の違いは、第１光源装置における波長変換部の構成であり、それ以外の構成は共通である
。そのため、以下では波長変換部の構成を主体に説明し、上記実施形態と共通の部材及び
構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
ところで、第１実施形態の波長変換部２２における反射層２４，２５は、誘電体多層膜
から構成されるので、通常、１％以下のわずかな吸収・散乱特性を有していた。
そのため、波長変換部２２において、蛍光体２３内を伝播する蛍光光Ｙは反射層２４，
２５により多重反射することで、反射の度に損失が発生し、第３の面２３ｃ（光射出面）
に到達するまでの損失が大きくなるおそれがあった。
本実施形態の波長変換部は、このような散乱反射による損失を低減する。
図４は本実施形態の波長変換部１２２の要部構成を示す斜視図である。
図４に示すように、波長変換部１２２は、蛍光体２３と、反射層２４，２５と、低屈折
率層３０，３１と、銀ミラー２６と、ピックアップレンズ２７と、冷却部材２９Ａ，２９
Ｂと、低屈折率層３５，３６とを備えている。
本実施形態において、第１の面２３ａには低屈折率層３０を介して反射層２４が設けら
れ、第２の面２３ｂには低屈折率層３１を介して反射層２５が設けられている。
すなわち、本実施形態において、第１の面２３ａと反射層２４（第１反射層）との間に
は低屈折率層３０が設けられている。また、第２の面２３ｂと反射層２５（第２反射層）
との間には低屈折率層３１が設けられている。なお、低屈折率層３０、３１とは、蛍光体
２３（波長変換部材）の屈折率（第１屈折率）よりも小さい屈折率（第２屈折率）を有す
る層である。低屈折率層３０、３１としては、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２の
ガラスや、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２の薄膜を用いることができる。本実施形態にお
いて、低屈折率層３０は、特許請求の範囲に記載の「第１低屈折率層」に相当し、低屈折
率層３１は、特許請求の範囲に記載の「第２低屈折率層」に相当する。
本実施形態の波長変換部１２２によれば、蛍光体２３内で発生した蛍光光Ｙのうち第１
の面２３ａ及び第２の面２３ｂに入射する成分を低屈折率層３０，３１により全反射され
ることができる。これにより、反射層２４，２５に直接入射する光量を減らすことができ
るので、反射層２４，２５での反射に伴う損失を低減できる。
本発明者は、蛍光体２３に対する各低屈折率層３０，３１の屈折率比を０．８５より小
さく設定することで、低屈折率層３０，３１及び蛍光体２３の境界で全反射する光の割合
を大きくできることを見出した。
以下、蛍光体２３の屈折率を第１屈折率Ｎ１とし、各低屈折率層３０，３１の屈折率を
第２屈折率Ｎ２と称す。
ここで、屈折率比を０．８５より小さくする理由について説明する。蛍光体２３と低屈
折率層３０，３１との界面での全反射角θは、ｓｉｎθ＝Ｎ２／Ｎ１で求まる。屈折率比
（Ｎ２／Ｎ１）として０．８５を代入するとθは約５８．２度となる。つまり、屈折率比
を０．８５とした時の全反射角θは、約５８．２度となる。
したがって、蛍光体２３内で発生した蛍光光Ｙのうち、全反射角度以下（５８．２度以
下）の角度で入射する光が低屈折率層３０，３１で全反射せずに透過することになる。
続いて、低屈折率層３０，３１を透過していく光の割合を計算した。図５は、蛍光体２
３の内部で生じる発光を概念的に示す図である。図５では、蛍光体２３内の発光が球状に
均一強度で発光するものとする。
図５に示すように、蛍光体２３の内部の蛍光光Ｙが球状に均一強度で発光する場合、あ
る角度θ以下の光束の量は、角度θで囲われる球の表面積（立体角）の割合とみなすこと
ができる。ここで、球の半径を１とすると、角度θで囲まれた部分の表面積Ｓは、下記の
式（１）で規定される。
Ｓ ＝ ２π（１−ｃｏｓθ） …式（１）
また、蛍光体２３から各低屈折率層３０，３１へ向かう光は全体の半分（半球分の表面
積）に相当する。球の表面積は４πとなることから、半球の表面積は２πで表すことがで
きる。したがって、蛍光体２３から各低屈折率層３０，３１へ向かう光のうち、各低屈折
率層３０，３１へ抜ける光の割合は、下記の式（２）で規定される。
Ｓ／２π ＝ １−ｃｏｓθ …式（２）
ここで、上述で求めたθ＝５８．２度を代入すると、Ｓ／２π＝１−ｃｏｓθ≒０．４
７３となる。すなわち、約４７．３％の光が各低屈折率層３０，３１へと抜けることとな
る。すなわち、各低屈折率層３０，３１を抜けない、すなわち、各低屈折率層３０，３１
により全反射される光は約５２．７％となることを意味する。
なお、蛍光体２３に対する各低屈折率層３０，３１の屈折率比が０．８５よりも大きく
なると、全反射角θも大きくなり、より多くの光が各低屈折率層３０，３１へと抜けるこ
とになる。つまり、蛍光体２３と各低屈折率層３０，３１との境界における全反射光の割
合が５２．７％よりも少なくなることを意味する。
以上のように、第１屈折率Ｎ１に対する第２屈折率Ｎ２の屈折率比（Ｎ２／Ｎ１）を０
．８５より小さくすることにより、各低屈折率層３０，３１及び蛍光体２３の境界で全反
射する光の割合を５０％以上（具体的には５２．７％以上）にできることが確認できた。
本実施形態の波長変換部１２２において、第１屈折率Ｎ１に対する第２屈折率Ｎ２の屈
折率比（Ｎ２／Ｎ１）は、０．８５より小さいため、各低屈折率層３０，３１及び蛍光体
２３の境界で全反射する光の割合が５０％以上となる。
これにより、蛍光体２３内を伝播する光（蛍光光Ｙ）のうち、蛍光体２３と各低屈折率
層３０，３１との境界で全反射される光量は、各反射層２４，２５で反射される光量より
も多くなる。よって、反射層２４，２５での散乱損失分を考慮したとしても第３の面２３
ｃ（光射出面）まで到達する光量を増大させることができる。
以上のように、本実施形態の波長変換部１２２によれば、反射層２４，２５による反射
で生じる損失を低減することができる。
ところで、例えば、第１実施形態の波長変換部２２において、本実施形態にて示される
冷却部材２９Ａ，２９ＢがＡｌやＡｇ等の金属材料を介して第４の面２３ｅ及び第５の面
２３ｆに取り付けられる構成の場合、金属材料は、第４の面２３ｅ及び第５の面２３ｆに
入射した光を反射させる反射膜として機能する。
しかしながら、このように金属材料からなる反射膜はわずかな吸収・散乱特性を有して
いるため、蛍光体２３内を伝播する蛍光光Ｙは第４の面２３ｅ及び第５の面２３ｆにより
多重反射することで、反射の度に損失が発生してしまうおそれがあった。本実施形態の波
長変換部１２２では後述のようにこの問題を解決している。
図６は本実施形態の波長変換部１２２の要部構成を示す断面図である。
図６に示すように、蛍光体２３の第４の面２３ｅには低屈折率層３５を介して反射層３
３が設けられ、第５の面２３ｆには低屈折率層３６を介して反射層３４が設けられている
。すなわち、本実施形態において、第４の面２３ｅと反射層３３（第３反射層）との間に
は低屈折率層３５（第３低屈折率層）が設けられ、第５の面２３ｆと反射層３４（第４反
射層）との間には低屈折率層３６（第４低屈折率層）が設けられている。なお、低屈折率
層３５，３６とは、蛍光体２３の屈折率（第１屈折率）よりも小さい屈折率（第２屈折率
）を有する層である。低屈折率層３５，３６としては、例えば、ＳｉＯ２やＭｇＦ２、Ｃ
ａＦ２のガラスや、ＳｉＯ２やＭｇＦ２、ＣａＦ２の薄膜を用いることができる。
本実施形態において、反射層３３は、特許請求の範囲に記載の「第３反射層」に相当し
、反射層３４は、特許請求の範囲に記載の「第４反射層」に相当する。また、本実施形態
において、低屈折率層３５は、特許請求の範囲に記載の「第３低屈折率層」に相当し、低
屈折率層３６は、特許請求の範囲に記載の「第４低屈折率層」に相当する。
本実施形態の波長変換部１２２によれば、蛍光体２３内で発生した蛍光光Ｙのうち第４
の面２３ｅ及び第５の面２３ｆに入射する成分を低屈折率層３５，３６により全反射させ
ることができる。これにより、反射層３３，３４に直接入射する光量を減らすことができ
るので、反射層３３，３４での反射に伴う損失を低減できる。
本実施形態において、蛍光体２３に対する低屈折率層３５，３６の屈折率比は上述した
理由から０．８５よりも小さくしている。これにより、本実施形態の波長変換部１２２に
よれば、反射層３３，３４による反射で生じる損失を低減することができる。
本実施形態において、冷却部材２９Ａは、反射層３３における蛍光体２３（第４の面２
３ｅ）と反対側に設けられ、冷却部材２９Ｂは、反射層３４における蛍光体２３（第５の
面２３ｆ）と反対側に設けられている。すなわち、冷却部材２９Ａは、蛍光体２３の第４
の面２３ｅに、反射層３３（第３反射層）を介して設けられている。また、冷却部材２９
Ｂは、蛍光体２３の第５の面２３ｆに、反射層３４（第４反射層）を介して設けられてい
る。
冷却部材２９Ａ，２９Ｂは、例えば、ヒートシンク等の金属性部材から構成される。本
実施形態において、冷却部材２９Ａは、特許請求の範囲に記載の「第１冷却部材」に相当
し、冷却部材２９Ｂは、特許請求の範囲に記載の「第２冷却部材」に相当する。
このような構成に基づき、本実施形態の波長変換部１２２は、蛍光光Ｙの生成に伴って
蛍光体２３に発生した熱を冷却部材２９Ａ，２９Ｂを介して放出することができる。その
ため、熱による蛍光体２３の発光効率の低下を防止することで蛍光光Ｙを効率良く生成す
ることができる。
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。
例えば、上記第１実施形態では、蛍光体２３の第１の面２３ａに励起光Ｂ１を入射させ
、第２の面２３ｂに励起光Ｂ２を入射させる場合を例に挙げたが、蛍光体２３の第１の面
２３ａ側にのみ励起光Ｂ１を入射させるようにしても良い。この場合、第２光源２１は不
要となり、第２の面２３ｂには、反射層２５（第２反射層）及び低屈折率層３１（第２低
屈折率層）の代わりに、励起光Ｂ１及び蛍光光Ｙを反射させる図示しない金属の反射ミラ
ー（第５反射層）を設ければよい。
また、上記第１、第２実施形態では、蛍光体２３の第６の面２３ｄ上に銀ミラー２６が
直接取り付けられている場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることはない。銀
ミラー２６はわずかに吸収・散乱特性を有するため、蛍光体２３内で生成された蛍光光Ｙ
が銀ミラー２６に直接で反射されると、反射の度に損失が発生するおそれがあった。
これに対し、図７に示すように、第６反射層としての銀ミラー２６と第６の面２３ｄと
の間には、間隙Ｄが設けられるようにしても良い。なお、銀ミラー２６は例えば、不図示
の領域において第１光源装置１１の筐体部に固定される。間隙Ｄは空気層であるため、屈
折率は１．０となる。よって、蛍光体２３から間隙Ｄに入射する光のうち全反射角以下の
光線は、蛍光体２３と間隙Ｄ（空気層）との界面において全反射するようになる。
この構成によれば、蛍光体２３内を伝播する光（蛍光光Ｙ）は間隙Ｄとの界面で全反射
されるため、銀ミラー２６に入射する光量を低減することができる。よって、銀ミラー２
６による損失を減らすことで第３の面２３ｃ（光射出面）まで到達する光量を増大させる
ことができる。
また、上記第１、第２実施形態では、蛍光体２３として複数の面を有する平板形状のも
のを例に挙げたが、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、図８に示す波長変換部２２２における蛍光体１２３のように、第１の面２３ａ
及び第２の面２３ｂが第３の面２３ｃ側に向かうに従って、第３の面２３ｃに垂直な中心
軸Ｃに遠ざかるように傾いたテーパー形状を有していても良い。
このようなテーパー形状からなる蛍光体１２３によれば、蛍光体１２３内を伝播する蛍
光光Ｙにおける第１の面２３ａに対する入射角及び第２の面２３ｂに対する入射角が、第
３の面２３ｃ側に向かうにつれて徐々に大きくなる。よって、蛍光光Ｙは、蛍光体１２３
内を良好に伝播することで第３の面２３ｃから効率良く射出される。
一方、第３の面２３ｃ側に向かうに従って、第３の面２３ｃに垂直な中心軸Ｃから近づ
くように傾いた逆テーパー形状を採用した場合、第３の面２３ｃ側に向かうにつれて第１
の面２３ａに対する蛍光光Ｙの入射角度及び第２の面２３ｂに対する蛍光光Ｙの入射角度
が小さくなり、やがては第１の面２３ａに対して垂直入射する光及び第２の面２３ｂに対
して垂直入射する光が出てくる。
第１の面２３ａに対して垂直入射する光及び第２の面２３ｂに対して垂直入射する光は
、これ以上第３の面２３ｃ側に伝搬せず蛍光体２３内に閉じ込められてしまうため、蛍光
光Ｙを第３の面２３ｃから効率良く取り出すことができない。
なお、図８においては、第１の面２３ａ及び第２の面２３ｂの両方が第３の面２３ｃ側
に向かうに従って、第３の面２３ｃに垂直な中心軸Ｃに遠ざかるように傾いた場合を例に
挙げたが、第１の面２３ａ及び第２の面２３ｂのうち一方のみが中心軸Ｃに遠ざかるよう
に傾いた形状を採用しても良い。すなわち、蛍光体１２３は、第１の面２３ａ及び第２の
面２３ｂのうち少なくとも一方が第３の面２３ｃ側に向かうに従って、第３の面２３ｃに
垂直な中心軸に遠ざかるように傾いたテーパー形状を有する。
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。
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。
１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２０…第１光
源、２１…第２光源、２３…蛍光体、２３ａ…第１の面、２３ｂ…第２の面、２３ｃ…第
３の面、２３ｄ…第６の面、２３ｅ…第４の面、２３ｆ…第５の面、２４，２５…反射層
、２６…銀ミラー、２７…ピックアップレンズ、２９Ａ，２９Ｂ…冷却部材、３０，３１
…低屈折率層、３３，３４…反射層、３５，３６…低屈折率層、４００Ｒ，４００Ｇ，４
００Ｂ…液晶光変調装置、Ｂ１，Ｂ２…励起光、Ｃ…中心軸、Ｄ…間隙、Ｙ…蛍光光。

Claims (15)

  1. 第１波長帯の励起光を射出する第１光源と、
    複数の面を有し、前記第１光源から入射する前記励起光を第１波長帯と異なる第２波長
    帯の変換光に変換する波長変換部材と、を備え、
    前記波長変換部材は、前記励起光が入射する第１の面と、前記第１の面に対向する第２
    の面と、前記変換光を射出する第３の面と、を有し、
    前記第１の面には、前記励起光を透過し、前記変換光を反射させる第１反射層が設けら
    れる
    ことを特徴とする光源装置。
  2. 前記第１の面と前記第１反射層との間には、前記波長変換部材の第１屈折率よりも小さ
    い第２屈折率を有する第１低屈折率層が設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記第１波長帯の前記励起光を射出する第２光源をさらに備え、
    前記第２の面には、前記第２光源からの前記励起光が入射し、前記励起光を透過し前記
    変換光を反射させる第２反射層が設けられている
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
  4. 前記第２の面と前記第２反射層との間には、前記波長変換部材の第１屈折率よりも小さ
    い第２屈折率を有する第２低屈折率層が設けられている
    ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
  5. 前記第１の面及び前記第３の面と交差する第４の面に、前記変換光を反射させる第３反
    射層を介して第１冷却部材が設けられており、
    前記第４の面と前記第３反射層との間には、前記波長変換部材の第１屈折率よりも小さ
    い第２屈折率を有する第３低屈折率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光源装置。
  6. 前記第１の面及び前記第３の面と交差するとともに前記第４の面と対向する第５の面に
    、前記変換光を反射させる第４反射層を介して第２冷却部材が設けられており、
    前記第５の面と前記第４反射層との間には、前記波長変換部材の第１屈折率よりも小さ
    い第２屈折率を有する第４低屈折率層が設けられている
    ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
  7. 前記第１屈折率をＮ１、前記第２屈折率をＮ２としたとき、
    Ｎ２／Ｎ１は０．８５より小さい
    ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
  8. 前記第１屈折率をＮ１、前記第２屈折率をＮ２としたとき、
    Ｎ２／Ｎ１は０．８５より小さい
    ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の光源装置。
  9. 前記第２の面には、前記変換光を反射させる金属の第５反射層が設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  10. 前記第１波長帯は４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長であり、前記第２波長帯は５００ｎｍ
    〜７００ｎｍの波長である
    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光源装置。
  11. 前記波長変換部材は、前記第１の面及び前記第２の面のうち少なくとも一方が前記第３
    の面側に向かうに従って、前記第３の面に垂直な中心軸に遠ざかるように傾いたテーパー
    形状を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光源装置。
  12. 前記第３の面に対向する第６の面に、前記変換光を反射させる第６反射層が設けられて
    いる
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光源装置。
  13. 前記第６反射層と前記第６の面との間には、間隙が設けられている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。
  14. 前記第３の面には、前記変換光を外部に取り出す光学部材が設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光源装置。
  15. 請求項１乃至１４のいずれか一項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系と、を備える
    ことを特徴とするプロジェクター。
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