JP2021092728A - 波長変換素子、蛍光体ホイール、光源装置、及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後段の光学系との結合効率と信頼性とを両立できる波長変換素子を提供する。【解決手段】波長変換素子は、ガーネット構造を有し、特定波長の光を、異なる波長の光に波長変換する蛍光体層と、蛍光体層の厚み方向の一方の面に配置され、ガーネット構造を有し、特定波長の光を波長変換する機能を実質的に有しない第１の光透過層と、が厚み方向に配置されている。【選択図】図１

Description

本開示は、例えば投写型映像表示装置の光源装置に使用される波長変換素子および蛍光体ホイールに関する。

従来の蛍光層（波長変換素子）５０１を用いた蛍光体ホイールは、図５に示すように、蛍光体粒子５１１略均一に含んで構成されている。この波長変換素子の厚みは、蛍光体ホイールを構成する基板５０４と蛍光層（波長変換素子）５０１の線膨張係数の差異を、接着層５０３の厚みをある一定以上の厚みにすることで補償している。

国際公開ＷО２０１８／０４２９４９号公報

波長変換素子の効率を向上させるためには、
１）蛍光体層に励起光が吸収される効率を向上させる。
２）蛍光体の波長変換効率を向上させる。
３）波長変換された蛍光のエテンデュ（Etendue）を小さくすることで、後段の光学系での利用効率である結合効率を向上する。
という３つの方法が考えられる。

上記３つの方法のうち、後段の光学系での結合効率を向上するためには、蛍光体層での発光スポットのエテンデュ（Etendue）を小さくする必要がある。このエテンデュ（Etendue）は、発光部の体積と出射光の出射角（立体角）との積で表わされるが、蛍光体の出射角は全方位への出射であり、制限することは、難しいため、蛍光発光スポットの体積を小さくする必要がある。
なお、通常、エテンデュは、断面積と立体角との積として表されるが、蛍光体においては入射光を波長変換して蛍光を出射するために、入射光の吸収に必要な厚さが存在する。そこで、ここではエテンデュとして、蛍光体の厚さと断面積とを乗じた体積と立体角（出射角）との積を用いる。

蛍光発光スポットの体積を小さくする方法としては、単純に蛍光体層の厚みを薄くすることが考えられるが、この場合には、蛍光体層が薄くなるため、強度が不足し信頼性が低下する。逆に、信頼性を確保するためには、一定の厚みを確保する必要があり、蛍光発光スポットサイズを小さくできない。以上を整理すると、後段の光学系との結合効率の向上と信頼性の確保が両立できないという課題がある。

本開示は、後段の光学系との結合効率の向上と信頼性の確保を両立させることができる波長変換素子を提供することを目的とする。

本開示に係る波長変換素子は、ガーネット構造を有し、特定波長の光を、異なる波長の光に波長変換する蛍光体層と、
前記蛍光体層の厚み方向の一方の面に配置され、ガーネット構造を有し、前記特定波長の光を波長変換する機能を実質的に有しない第１の光透過層と、
が厚み方向に配置されている。

本開示に係る波長変換素子によれば、上記構成とすることにより、蛍光体層と同じガーネット構造を有しながら波長変換の機能を実質的に有しない光透過層を設け、波長変換を行う蛍光体層の厚みを一定以下としている。これによって、全て蛍光体層とした場合に比べ、蛍光発光スポットを小さくすることで後段の光学系との結合効率を向上させることができる。それとともに、一定以上の厚みを維持することで信頼性を確保することができ、結合効率の向上と信頼性の確保を両立することができる。また、同一の結晶構造とすることで、焼成する際に、同時に作成することができる。

実施の形態１に係る波長変換素子の構成を示す図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第１の実施例の蛍光体ホイールの正面図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第１の実施例の蛍光体ホイールの断面図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第２の変形例の蛍光体ホイールの正面図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第２の変形例の蛍光体ホイールの断面図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の変形例の蛍光体ホイールの正面図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の変形例の蛍光体ホイールの断面図である。 従来の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの正面図である。 従来の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの断面図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた蛍光体ホイールでの蛍光スポットの状態を示す図である。 従来の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールでの蛍光スポットの状態を示す図である。 実施の形態２に係る波長変換素子の構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る波長変換素子を用いた第１の蛍光体ホイールの正面図である。 実施の形態２に係る波長変換素子を用いた第１の蛍光体ホイールの断面図である。 実施の形態２に係る波長変換素子を用いた第２の蛍光体ホイールの正面図である。 実施の形態２に係る波長変換素子を用いた第２の蛍光体ホイールの断面図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第１の実施例の蛍光体ホイールを用いた光源装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第２の変形例の蛍光体ホイールを用いた光源装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の変形例の蛍光体ホイールを用いた光源装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第１の実施例の蛍光体ホイールを用いた光源装置を搭載した投写型映像表示装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第２の実施例の蛍光体ホイールを用いた光源装置を搭載した投写型映像表示装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の実施例の蛍光体ホイールを用いた光源装置を搭載した投写型映像表示装置の構成を示す図である。

第１の態様に係る波長変換素子は、ガーネット構造を有し、特定波長の光を、異なる波長の光に波長変換する蛍光体層と、
前記蛍光体層の厚み方向の一方の面に配置され、ガーネット構造を有し、前記特定波長の光を波長変換する機能を実質的に有しない第１の光透過層と、
が厚み方向に配置されている。

第２の態様に係る波長変換素子は、上記第１の態様において、前記蛍光体層の厚み方向の他方の面に配置され、ガーネット構造を有し、前記特定波長の光を波長変換する機能を実質的に有しない第２の光透過層を有してもよい。

第３の態様に係る波長変換素子は、上記第２の態様において、前記第２の光透過層は、賦活剤の含有量が０．０５原子％未満であってもよい。

第４の態様に係る波長変換素子は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記第１の光透過層は、賦活剤の含有量が０．０５原子％未満であってもよい。

第５の態様に係る波長変換素子は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記蛍光体層は、賦活剤を賦活されていてもよい。

第６の態様に係る波長変換素子は、上記第３から第５のいずれかの態様において、前記賦活剤は、Ｃｅであってもよい。

第７の態様に係る波長変換素子は、上記第１から第６のいずれかの態様において、前記蛍光体層の化学式が、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２であってもよい。

第８の態様に係る波長変換素子は、上記第１から第６のいずれかの態様において、前記蛍光体層の化学式が、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２であってもよい。

第９の態様に係る蛍光体ホイールは、上記第１から第３のいずれかの態様に係る前記波長変換素子と、
前記波長変換素子を載置する基板と、
前記基板を回転させるモータと、
を備える。

第１０の態様に係る蛍光体ホイールは、上記第９の態様において、前記波長変換素子は、リング状であって、前記リング状の一部が欠落した欠落部を含むセグメント形状であり
前記基板は、前記波長変換素子の前記欠落部に相当する開口部を有し、
前記波長変換素子と前記基板の前記開口部とが前記蛍光体ホイールの回転中心から同一距離に配置されていてもよい。

第１１の態様に係る蛍光体ホイールは、上記第９又は第１０の態様において、前記波長変換素子が、リング状であって、前記リング状の一部の表面に反射層を設けてもよい。

第１２の態様に係る光源装置は、上記第９から第１１のいずれかの態様に係る蛍光体ホイールを備える。

第１３の態様に係る投写型映像表示装置は、上記第１２の態様に係る光源装置を備えた投写型映像表示装置。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。また、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
［１−１−１−１ 波長変換素子の構成］
以下、実施の形態１に係る波長変換素子１の構成について詳細に説明する。
図１は、実施の形態１に係る波長変換素子１の構成を示す断面図である。
図１の通り、実施の形態１に係る波長変換素子１０１は、ガーネット構造の複数の粒子で構成される層１１１、１１２、１１３で構成されている。層１１２は、賦活剤を賦活されることで波長変換機能を有した蛍光層で、それ以外の層１１１、１１３は、賦活剤を実質的に賦活しないことで波長変換の機能を実質的に有しない光透過層となっている。
なお、図１では、波長変換素子１０１を構成する層１１１，１１２、１１３の粒子のサイズを変えているが、これは、各層が区別しやすくするためであり、同一の粒子サイズで合っても、逆に、層１１２の粒子のサイズに対して層１１１、層１１３の粒子のサイズが小さくてもよい。
また、上記のガーネット構造の化学式は、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２であったり、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２であってもよい。また、（Ｙ，Ｌｕ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２であってもよい。
また、賦活剤は、例えば、ＣｅやＧｄでもよい。賦活剤の含有量は、光透過層である層１１１、層１１３の場合には、例えば、各層の上記化学式全体に対してそれぞれ０．０５原子％未満であってもよい。さらに、０．０１原子％以下であってもよい。あるいは実質的に賦活剤を含まなくてもよい。これによって層１１１、層１１３は、波長変換の機能を実質的に有しない。

この波長変換素子１（１０１）によれば、ガーネット構造の蛍光体層である層１１２と、ガーネット構造の光透過層とを積層して構成している。上述のように、層１１１、１１３は、層１１２と同じガーネット構造でありながら、賦活剤を実質的に有しないことによって波長変換の機能を実質的に有しない光透過層である。これによって、同じガーネット構造の層１１１，１１２，１１３を積層して構成できるので、波長変換素子１（１０１）として製造を簡易に行うことができる。

また、この波長変換素子１（１０１）では、ガーネット構造を有する層の厚さを保持したままで、蛍光体層である層１１２の厚さを薄くできるので、強度を維持できる。また、同時に、後述するように、蛍光体ホイールに用いた場合に、蛍光体層に形成される蛍光スポットの大きさを小さくできるので、エテンデュを小さくでき、後段の光学系での取り込み効率、つまり結合効率を高くできる。

［１−１−１−２ 波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの構成］
以下、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２の構成について詳細に説明する。
なお、実施の形態１に係る波長変換素子１０１の構成は、既に説明済みのため詳細な説明を省略し、それ以外の部分を説明する。
図２（ａ）は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第1の蛍光体ホイール２の正面図であり、図２（ｂ）は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第一の蛍光体ホイール２の断面図である。

実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２は、図２（ａ）に示す通り、モータ取付穴２０６を有した基板２０４を有する。基板２０４は例えばアルミなどの金属基板であり、その片側の表面に反射層２０５を有している。

図２（ｂ）の断面図に示す通り、基板２０４の表面に設けられた反射層２０５の上に、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を、接着層２０３で接着している。接着層２０３は、シリコーンなどのバインダー２３２に、高反射率で高熱伝導性を有する含有粒子２３１を混ぜた構成となっている。また、リング形状の実施の形態１に係る波長変換素子１０１の接着層２０３とは反対側の表面に反射防止層２０２を有している。
なお、上記の構成では、基板２０４は反射層２０５を有していたが、基板の反射率が十分高いもしくは、接着層２０３に含める含有粒子２３１の効果により、波長変換素子１０１の基板２０４側の反射率が確保できるのであれば、反射層２０５を設けなくてもよい。また、基板２０４はアルミに特定されず、他の金属でも、ガラスやサファイヤなどの透過基板で合ってもよい。

（第２の変形例）
以下、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３の構成について詳細に説明する。
図３（ａ）は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３の正面図であり、図３（ｂ）は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３の断面図である。
なお、以下の説明では、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３での新規要素について説明し、図２（ａ）及び図２（ｂ）で説明した構成要素については説明を省略する。

実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３は、図３（ａ）に示す通り、セグメント形状の波長変換素子１０１を有すると共に、モータ取付穴２０６と開口部３０７を有した基板３０４を有する。基板３０４は、例えばアルミなどの金属基板であり、その表面の片面に反射層３０５を有している。
なお、開口部３０７は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３の回転中心から波長変換素子１０１の円周位置と同じ位置に設けられている。
また、波長変換素子１０１は、リング形状から開口部３０７に相当する部分が欠落しているセグメント形状になっている。

図３（ｂ）に示す断面図の通り、基板３０４の表面に設けられた反射層３０５の上にセグメント形状の波長変換素子１０１を接着層２０３で接着している。接着層２０３および反射防止層２０２の記載は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイールの第１の実施例２の図２（ｂ）で説明したので、詳細な説明を省略する。
なお、上記の構成では、基板３０４は反射層３０５を有していたが、基板の反射率が十分高いもしくは、接着層２０３に含める含有粒子２３１の効果により、波長変換素子１０１の基板３０４の反射率が確保できるのであれば、反射層３０５を設けなくてもよい。また、基板３０４はアルミに特定されず、他の金属でも、ガラスやサファイヤなどの透過基板であってもよい。また、透過型構成の場合は、セグメント形状の波長変換素子１０１を接着するだけで機能的に開口部を有することとなるため、特別に開口部を形成する必要はない。

（第３の変形例）
以下、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の変形例の蛍光体ホイール４の構成について詳細に説明する。
図４（ａ）は、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の変形例の蛍光体ホイール４の正面図である。図４（ｂ）は、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の変形例の蛍光体ホイール４の断面図である。
なお、以下の説明では、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第三の実施例の蛍光体ホール４に特有の新規構成につき説明する。これまで、図２（ａ）及び図２（ｂ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）で説明した実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の実施例、第２の変形例の蛍光体ホイール２、３について説明した部分と同様の構成部品については、詳細な説明を省略する。

実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第３の変形例の蛍光体ホイール４は、図４（ａ）に示す通り、リング形状の波長変換素子１０１を有すると共に、モータ取付穴２０６を有した基板２０４を有する。基板２０４は、例えばアルミなどの金属基板であり、その片方の表面に反射層２０５を有している。

図４（ｂ）に示す断面図の通り、基板２０４の表面に設けられた反射層２０５の上に、リング形状の波長変換素子１０１を接着層２０３で接着している。接着層２０３は、シリコーンなどのバインダー２３２に、高反射率で高熱伝導性を有する含有粒子２３１を混ぜた構成となっている。また、リング形状の波長変換素子１０１の接着層２０３とは反対側の表面に反射防止層２０２を有している。反射防止層２０２の上に、励起光を反射する特性を有する反射層４０２を有している。反射層４０２は、図４（ａ）に示すように、リング形状の波長変換素子１０１の一部の領域のみに形成されている。

［１−１−２ 効果］
実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第１の実施例、第２の変形例、及び第３の変形例の蛍光体ホイール２、３、４の効果について説明するにあたって、まず、従来の蛍光体ホイールの構成について説明する。
図５（ａ）は、従来の蛍光体ホイール５の正面図であり、図５（ｂ）は、従来の蛍光体ホイール５の断面図である。
従来の蛍光体ホイール５は、図５（ａ）に示す通り、モータ取付穴５０６である開口部を備えた基板５０４を有する。基板５０４は、例えばアルミなどの金属基板であり、その片側の表面に反射層５０５を有している。
図５（ｂ）の断面図に示す通り、基板５０４の表面に設けられた反射層５０５の上に、賦活剤を賦活し波長変換機能を有した蛍光体粒子５１１のみで構成された波長変換素子５０１を、接着層５０３で接着している。この波長変換素子５０１は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１のうち蛍光体層１１２のみで構成された場合に相当する。
接着層５０３は、シリコーンなどのバインダー５３２に、高反射率で高熱伝導性を有する含有粒子５３１を混ぜた構成となっている。また、リング形状の従来の波長変換素子５０１の接着層５０３とは反対側の表面に反射防止膜５０２を有している。

続いて、図６（ａ）及び図６（ｂ）を用いて、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた蛍光体ホイールと、従来の蛍光体ホイールとの比較を行う。図６（ａ）は、実施の形態１の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの蛍光スポット６０３を示した図である。図６（ｂ）は、従来の蛍光体ホイールの蛍光スポット６０４を示した図である。
図６（ａ）及び図６（ｂ）には、基板２０４、５０４とは反対の側から、実施の形態１に係る波長変換素子１０１と従来の波長変換素子５０１に励起光６０１が矢印の方向から入射し、蛍光６０２が矢印の方向へ出射する。その際、波長変換素子１０１、５０１ではそれぞれ、波長変換される蛍光スポット６０３、６０４で、励起光６０１から蛍光６０２に波長変換され全方向へ出射される。蛍光スポットのエテンデュ（Etendue）は、蛍光スポットの体積と立体角を乗じたもので求められるが、立体角は全方向であるため、エテンデュ（Etendue）の大小は蛍光スポットの体積の大小で検討すればよい。
後段の光学系で取り込めるエテンデュ（Etendue）は決まっているため、蛍光スポットのエテンデュ（Etendue）が大きくなれば大きくなるほど、後段の光学系での取り込み効率が低くなる。

実施の形態１に係る波長変換素子を用いた実施例（変形例を含む）の蛍光体ホイールと、従来の波長変換素子を用いた蛍光体ホイールとを比較すると、本実施例の蛍光体ホイールの方が蛍光スポット６０３の体積が小さくなっているので、後段の光学系での取り込み効率は高くなる。

なお、図６（ｂ）の従来の波長変換素子５０１の厚みを、図６（ａ）の波長変換素子１０１の蛍光体層１１２と同じ厚みにすれば、蛍光スポットの体積は同じとなり、後段の光学系での取り込み効率は同じになる。しかしながら、この場合、従来の波長変換素子の厚みは薄くなることで、耐えられる応力が小さくなり、線膨張係数の異なる基板、接着層との組み合わせと、使用時の温度変化で発生する応力に耐えられなくなり破壊する危険があり信頼性が低下する。

したがって、図６（ａ）に示す実施の形態１に係る波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの場合には、後段の光学系の取り込み効率の向上と、信頼性の確保を両立する構成となっている。

［１−２−１ 蛍光体ホイールを備える光源装置］
以下、実施の形態１に係る蛍光体ホイールを用いた第１の実施例の蛍光体ホイールを用いた光源装置１０の詳細を説明する。
図１０は、実施の形態１に係る蛍光体ホイールを用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２を用いた光源装置１０の構成を示す図である。以降は、図２で示す実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２を用いて光源装置１０の説明を行う。
図１０に示すように、複数のレーザー光源１００１から出射した青色の波長域のレーザー光は、レーザー光源１００１のそれぞれに対応して設けられる複数のコリメータレンズ１００２でコリメートされる。コリメートされた青色光は、後段の凸レンズ１００３に入射し、その光束幅を小さくし、続く拡散板１００４に入射し拡散され光の均一度を改善する。光の均一性を改善された青色光は、後段の凹レンズ１００５に入射し平行光束化される。

凹レンズ１００５で平行光束化された青色光は、光軸に対して約４５度傾けて配置された色分離合成ミラー１００６に入射し、光の進行方向を変えずに、そのまま後段の凸レンズ１００７へ入射する。上記色分離合成ミラー１００６は、レーザー光源１００１と、後述するレーザー光源１０２１から出射する青色光の波長域の光は通過させる。一方、上記色分離合成ミラー１００６は、後述する蛍光体ホイール２で、レーザー光源１００１からの青色光を励起光として波長変換される蛍光の波長域の光を反射させる分光特性を有する。

なお、ここでは、色分離合成ミラー１００６は、レーザー光源からの青色光と波長変換された蛍光の波長に注目した分光特性を有することとしたが、これに限られず、例えば、偏光と波長に着目した分光特性を持たせてもよい。具体的には、レーザー光源の偏光方向に着目し、レーザー光源からの青色光の偏光方向を同一方向に調整することにより、レーザー光源からの青色の波長域で偏光方向の光を透過させ、波長変換された蛍光の波長域の光を反射させるようにしてもよい。

前記凸レンズ１００７に入射した青色光は、後段の凸レンズ１００８との組み合わせで、後段の蛍光体ホイール２に設けられたリング状の波長変換素子１０１へと入射する。蛍光体ホイール２には、モーター２０９が設けられており、その回転軸を中心に、凸レンズ１００７、１００８で集光された青色光の励起光が、リング状の波長変換素子１０１への入射するように配置されている。

前記凸レンズ１００７、１００８で、蛍光体ホイール２の波長変換素子１０１上に集光された青色光は、蛍光に波長変換されるとともに、光の進行方向を１８０度変えて、再び、凸レンズ１００８、１００７にこの順で入射し、平行光束化される。ここで波長変換された蛍光は、後述するレーザー光源１０２１から出射される青色光と組み合わせて、例えば、白色光を構成するように波長領域を最適化されている。

前記、凸レンズ１００７を出射し平行光束化された蛍光は、色分離合成ミラー１００６へと前述したレーザー光源１００１からの青色光とは逆方向から入射する。色分離合成ミラー１００６は、前述の通り、蛍光の波長域の光を反射する特性を有し、光の進行方向に対して略４５度傾けて配置されているので、蛍光の進行方向を９０度変更する。

色分離合成ミラー１００６で光の進行方向を９０度変えた蛍光は、後段の光学系である凸レンズ１００９へと入射する。

また、複数のレーザー光源１０２１から出射した青色の波長域のレーザー光は、レーザー光源１０２１のそれぞれに対応して設けられる複数のコリメータレンズ１０２２でコリメートされる。コリメートされた青色光は、後段の凸レンズ１０２３に入射し、その光束幅を小さくし、続く拡散板１０２４に入射し拡散され光の均一性を改善する。光の均一性を改善された青色光は、後段の凹レンズ１０２５に入射し平行光束化される。

凹レンズ１０２５で平行光束化された青色光は、光軸に対して約４５度傾けて配置された色分離合成ミラー１００６に入射し、その進行方向を変えずにそのまま、後段の凸レンズ１００９に入射する。色分離合成ミラー１００６は、前述したレーザー光源１００１とレーザー光源１０２１から出射する青色光の波長域の光は透過する特性を有する。

凸レンズ１００９に入射した蛍光体ホイール２からの蛍光と、レーザー光源１０２１からの青色光とは集光し、凸レンズ１００９の略集光位置に入射端を配置したロッドインテグレータ１０１０に入射する。ロッドインテグレータ１０１０で均一化された光が、ロッドインテグレータ１０１０から出射する。

なお、図１０では、色分離合成ミラー１００６は、光軸に略４５度の角度で配置を行ったが、その分光特性を最大化するために、色分離合成ミラー１００６の光軸に対する角度は、４５度とは異なる角度を有してもよく、その場合には、その角度に合わせて、その他の光学部品を配置してもよい。

また、図１０では、色分離合成ミラー１００６は、青色の波長域の光を透過、蛍光の波長域の光を反射する特性を有するものとして説明を行ったが、これに限られない。例えば、青色光の波長域の光を反射し、蛍光の波長域の光を透過する特性を有するものとして、適宜その他の部品の配置を最適化してもよい。

また、レーザー光源１００１からのレーザー光は、青色光の波長域の光ではなく、紫外線領域の光でもよい。その場合は、色分離合成ミラー１００６の特性や、その他部品の配置および特性等は、レーザー光源１００１のレーザー光の波長域に合わせて最適化されればよい。

＜第２の変形例の蛍光体ホイールを備えた光源装置＞
以下、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３を用いた光源装置１１の詳細を説明する。
図１１は、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第二の変形例の蛍光体ホイール３を用いた光源装置１１の構成を示す図である。以降は、図３で示す実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第二の変形例の蛍光体ホイール３を用いて説明を行う。

複数のレーザー光源１１０１から出射した青色の波長域のレーザー光は、レーザー光源１１０１のそのそれぞれに対応して設けられる複数のコリメータレンズ１１０２でコリメートされる。コリメートされた青色光は、後段の凸レンズ１１０３に入射し、その光束幅を小さくし、続く拡散板１１０４に入射し拡散され光の均一性を改善する。光の均一性を改善された青色光は後段の凹レンズ１１０５に入射し平行光束化される。

凹レンズ１１０５で平行光束化された青色光は、光軸に対して約４５度傾けて配置された色分離合成ミラー１１０６に入射し、光の進行方向を９０度変更し、後段の凸レンズ１１０７に入射する。色分離合成ミラー１１０６は、レーザー光源１１０１から出射される青色光の波長域の光は反射し、後述する蛍光体ホイール３で、レーザー光源１１０１から出射する青色光を励起光として波長変換される蛍光の波長域の光を通過させる分光特性を有する。

なお、ここでは、色分離合成ミラー１１０６は、レーザー光源からの青色光と波長変換された蛍光の波長特性に着目した分光特性としては、前述した光源装置１０の色分離合成ミラー１００６と同様に、レーザー光源からの青色光の偏光方向を同一方向に調整してもよい。これによって、レーザー光源からの青色の波長域と偏光方向の光を反射し、波長変換された蛍光の波長域の光を透過するような偏光と波長に着目した分光特性を持たせてもよい。

前記凸レンズ１１０７に入射した青色光は、後段の凸レンズ１１０８との組み合わせで、後段の蛍光体ホイール３に設けられたリング形状の一部が欠落したセグメント形状の波長変換素子１０１と開口部３０７へと入射する。

蛍光体ホイール３には、モータ３０９が設けられている。このモータ３０９の回転軸を中心に、凸レンズ１１０７、１１０８で集光された青色の励起光が、セグメント形状の波長変換素子１０１と開口部３０７が配置された回転中心からの同一の半径領域に入射するように配置されている。

まず、凸レンズ１１０７、１１０８で、蛍光体ホイール３の波長変換素子１０１上に集光された青色光は、蛍光に波長変換されるとともに、光の進行方向を１８０度変えて、再び、凸レンズ１１０８、１１０７にこの順に入射し、平行光束化される。ここで波長変換される蛍光は、レーザー光源１１０１から出射される青色光と組合せて、例えば白色光を構成するように波長領域を最適化されている。

凸レンズ１１０７を出射し平行光束化された蛍光は、色分離合成ミラー１１０６へと再び入射する。色分離合成ミラー１１０６は、前述の通り、蛍光の波長域の光を透過させる特性を有し、光軸に対して略４５度の角度で配置されているので、蛍光の進行方向をそのまま変更せずに透過させる。

次に、蛍光体ホイール３の開口部３０７に集光されたレーザー光源１１０１からの青色光は、蛍光体ホイール３を通過し、その後段の凸レンズ１１２１、１１２２で平行光束化される。次いで、その後段に設けられた、３枚のミラー１１２３、１１２５、１１２７と三枚の凸レンズ１１２４、１１２６、１１２８で構成されるリレーレンズ系によって、色分離合成ミラー１１０６に、レーザー光源１１０１からの光が入射する方向とは１８０度逆の方向から平行光束化されて入射するように導光される。

なお、ここでは、３枚のミラーと３枚の凸レンズでリレー光学系を構成したが、同様の性能を有するのであれば、他の構成を用いてもよい。

色分離合成ミラー１１０６は、レーザー光源１１０１からの青色光を反射する特性を有しているので、凸レンズ１１２８から色分離合成ミラー１１０６に入射した青色光は、光の進行方向を９０度変更して反射される。

このようにして、上記構成によって、色分離合成ミラー１１０６で時分割に合成された蛍光と青色光が、後段の光学系である凸レンズ１１０９に入射することになる。

色分離合成ミラー１１０６から凸レンズ１１０９に入射した時分割の蛍光と青色光とは、凸レンズ１１０９で後述するロッドインテグレータ１１１１の入射端付近に集光される。凸レンズ１１０９を出射した光は、ロッドインテグレータ１１１１に入射する前に、カラーフィルター付きホイール１１１０に入射する。カラーフィルター付きホイール１１１０は蛍光体ホイール３と図示されていない同期回路を用いて同期されており、光学系の特性に合わせて、青色光および蛍光の一部もしくは全波長域を透過させるような分光特性を有する複数のフィルターで構成されている。

カラーフィルター付きホイール１１１０は、蛍光体ホイール３からの黄色の蛍光に対して、蛍光の波長域をそのまま透過する領域、蛍光の中の赤色の波長域の光を反射し緑色の波長域の光を透過する領域、蛍光の中で緑色の波長域の光を反射し赤色の波長域の光を透過する領域と、蛍光体ホイール３からの開口部３０７を通過する青色の波長域の光をそのまま透過する領域を有している。蛍光体ホイール３とカラーフィルター付きホイール１１１０が同期して回転することで、ロッドインテグレータ１１１１の入射端付近に、時系列で波長域の異なる光が集光する。

ロッドインテグレータ１１１１に入射した時分割で波長域の異なる光は、ロッドインテグレータで均一化されて、出射端から出射される。
なお、図１１の説明では、カラーフィルター付きホイール１１１０をロッドインテグレータの入射側近傍に配置したが、出射側近傍に配置しても良い。

＜蛍光体ホイールの第三の変形例を備えた光源装置＞
以下、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の変形例の蛍光体ホイールを用いた光源装置１２の詳細を説明する。
図１２は、実施の形態１に係る波長変換素子を用いた第３の変形例の蛍光体ホイール４を用いた光源装置１２の構成を示す図である。以降は、図４で示す実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第３の蛍光体ホイール４を用いて説明を行う。

複数のレーザー光源１２０１から出射された青色の波長域のレーザー光は、レーザー光源１２０１のそのそれぞれに対応して設けられた複数のコリメータレンズ１２０２でコリメートされる。コリメートされた青色光は、後段の凸レンズ１２０３に入射し、その光束幅を小さくし、続く拡散板１２０４に入射し拡散され、光の均一性を改善する。前記拡散板１２０４で均一性を改善された青色光は、後段の凹レンズ１２０５に入射し平行光束化される。

なお、凹レンズ１２０５を出射した状態で、レーザー光の偏光方向が、後述する偏光及び色分離合成ミラー１２０６に対してＳ偏光になるように、凹レンズ１２０５までの光学系で調整されている。

凹レンズ１２０５で平行光束化された青色光は、光軸に対して略４５度傾けて配置された偏光及び色分離合成ミラー１２０６に入射し、光の進行方向を９０度変更し、後段のλ／４波長板１２０７に入射する。偏光及び色分離合成ミラー１２０６は、レーザー光源１２０１から出射された青色の波長域でＳ偏光の光は反射すると共に、レーザー光源１２０１から出射された青色の波長域でＰ偏光の光と後述する蛍光体ホイール４で、レーザー光源１２０１からの青色光を励起光として波長変換された蛍光の波長域の光を通過する分光特性を有する。

λ／４波長板１２０７に入射したレーザー光源１２０１からの青色光の偏光方向を回旋し、円偏光に変化させる。

λ／４波長板１２０７を出射した光は、凸レンズ１２０８へと入射し、後段の凸レンズ１２０９との組み合わせで、後段の蛍光体ホイール４に設けられたリング形状の一部の表面に反射層４０２を設けた波長変換素子１０１へと入射する。蛍光体ホイール４には、モータ４０９が設けられており、その回転軸を中心に、凸レンズ１２０８、１２０９で集光された青色の励起光が、リング形状の一部に反射層４０２が設けられた波長変換素子１０１へと入射するように配置される。

まず、凸レンズ１２０８、１２０９で蛍光体ホイール４の波長変換素子１０１上に集光された青色光は、蛍光に変換されるとともに、光の進行方向を１８０度変えて、再び、凸レンズ１２０９、１２０８にこの順で入射し、平行光束化される。ここで波長変換される蛍光は、レーザー光源１２０１から出射される青色光と組み合わせて、白色光を構成するようにそれぞれの波長域を最適化されている。

凸レンズ１２０８で平行光束化し出射した蛍光は、λ／４波長板１２０７を通過し、光軸に対して４５度の角度に配置された偏光及び色分離合成ミラー１２０６へと再び入射する。偏光及び色分離合成ミラー１２０６は、前述の通り、蛍光の波長域の光を透過させる特性を有しているので、光の方向をそのまま変更せずに蛍光を通過させ、蛍光は、後段の凸レンズ１２１０に入射する。

次に、蛍光体ホイール４の反射層４０２に集光されたレーザー光源１２０１からの青色光は、蛍光体ホイール４の反射層４０２で反射し、その進行方向を１８０度変更し、凸レンズ１２０９、１２０８にこの順で入射し、平行光束化される。

凸レンズ１２０９、１２０８で平行光束化された青色光は、後段の前記λ／４波長板１２０７に入射し、その偏光方向を回旋して、Ｐ偏光に変換されて出射する。

λ／４波長板１２０７を出射した青色の波長域のＰ偏光の光は、光軸に対して略４５度の角度に配置された偏光及び色分離合成ミラー１２０６に入射する。偏光及び色分離合成ミラー１２０６は、レーザー光源１２０１から出射された青色の波長域のＳ偏光の光は反射し、レーザー光源１２０１から出射された青色の波長域のＰ偏光の光と蛍光体ホイール４で波長変換された蛍光の波長域の光を透過する特性を有している。そこで、λ／４波長板１２０７を出射した青色の波長域のＰ偏光の光は、光の進行方向を変更せずにそのまま通過し、後段の凸レンズ１２１０に入射する。

凸レンズ１２１０には、蛍光体ホイール４の回転に応じて、蛍光と青色光が時系列に入射し、後述するロッドインテグレータ１２１２の入射端近傍に集光する。凸レンズ１２１０で集光した光は、カラーフィルター付きホイール１２１１に入射する。カラーフィルター付きホイール１２１１は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の蛍光体ホイールを採用した光源装置１１に採用されているカラーフィルター付きホイール１２１１と同様の構成となっており、蛍光体ホイール４とカラーフィルター付きホイール１２１１が同期して回転することで、ロッドインテグレータ１２１２の入射端近傍に、光の波長域が異なる光が時系列に集光する。

ロッドインテグレータ１２１２に入射した時分割で波長域の異なる光は、ロッドインテグレータで均一化されて、出射端から出射される
なお、図１２の説明では、カラーフィルター付きホイール１２１１をロッドインテグレータの入射側近傍に配置したが、出射側近傍に配置しても良い。

［１−２−２ 効果］
実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２を用いた光源装置１０では、採用した波長変換素子１０１での蛍光スポットが小さくなる。これによって、後段の光学系での取り込み効率が高くなり、最終的に光源装置から出射される白色光の明るさが明るくなる。併せて、波長変換素子１０１の厚みを確保できることで、蛍光体ホイール２の信頼性を向上させて光源装置自体の信頼性が向上する。このことにより、光源装置の明るさ向上と信頼性の向上を両立することができる。

実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３を用いた光源装置１１と、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第３の変形例の蛍光体ホイールの４用いた光源装置１２とについても、前述の光源装置１０と同様に、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いていることから、光源装置の明るさ向上と信頼性の向上を両立することができる。

［１−３−１ 光源装置を備える投写型映像表示装置］
以下、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２を用いた光源装置１０を採用した投写型映像表示装置の詳細を説明する。
図１３は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２を用いた光源装置１０を採用した投写型映像表示装置１３の構成を示す図である。

なお、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２を用いた光源装置の構成については、前述しているので、ここでは説明を省略し、ロッドインテグレータ１０１０を出射したあとの光の挙動に付き、詳細の説明を行う。

ロッドインテグレータ１０１０を出射した光は、凸レンズ１３０１、１３０２、１３０３で構成されるリレーレンズ系で、後述するＤＭＤ１３３１、１３３２、１３３３へと写像する。

凸レンズ１３０１、１３０２、１３０３で構成されたリレーレンズを出射した光は、微小ギャップ１３１２を設けた全反射プリズム１３１１に入射する。リレーレンズ系を出射し、全反射プリズム１３１１に入射した光は、微小ギャップ１３１２に全反射角以上の角度で入射し光の進行方向を変えて、微小ギャップ１３２２を設けた３つのガラスブロックで構成された色分離合成プリズム１３２１に入射する。

前記色分離合成プリズム１３２１の第一のガラスブロックに全反射プリズム１３１１から入射した青色光と蛍光は、まず微小ギャップ１３２２の前段に設けられた青色の波長域の光を反射する特性を有するダイクロイック膜で反射し、その進行方向を変えて全反射プリズムへと進行し、全反射プリズム１３１１と色分離合成プリズム１３２１との間に設けられた微小ギャップに全反射角以上の角度で入射し、青色の映像を表示するＤＭＤ１３３３に入射する。

次に、前述する微小ギャップ１３２２を通過した蛍光は、色分離合成プリズム１３２１の第二と第三のガラスブロックの境界面に設けられた赤色の波長域の光は反射し、緑色の波長域の光を透過する特性を有するダイクロイック膜で反射し、赤色の波長域の光は、色分離合成プリズム１３２１の第一のガラスブロックへとその進行方向を変更する。

光の進行方向を変えた赤色の波長域の光は、色分離合成プリズム１３２１の第一と第二のガラスブロックの間に設けられた微小ギャップ１３２２に全反射角度よりも大きい角度で入射することで反射してその進行方向を変えて、赤色の映像を表示するＤＭＤ１３３２に入射する。

さらに、色分離合成プリズム１３２１の第二と第三のガラスブロックの間の、赤色の波長域の光は反射し。緑色の波長域の光を透過するダイクロイック膜を通過した残りの緑色の光は、第三ブロックを通過し、そのまま緑色の映像を表示するＤＭＤ１３３１へ入射する。

ＤＭＤ１３３１、１３３２、１３３３は、図示しない映像回路から、各色の映像信号に応じて画素毎にミラーの方向を変えることで、光の進行方向を変更する。

以降、ＤＭＤ１３３１、１３３２、１３３３で映像信号に応じて光の進行方向を変えた光に付き順次説明する。

まず、緑色の映像表示用のＤＭＤ１３３１から出射した緑色の波長域の光は、色分離合成プリズム１３２１の第三のガラスブロックに入射し、第二と第三の間に設けられたダイクロイック膜を通過する。

続いて、赤色の映像表示用のＤＭＤ１３３２から出射した赤色の波長域の光は、色分離合成プリズムの第二のガラスブロックに入射し、第二と第一のガラスブロックの間に設けられた微小ギャップ１３２２に全反射角以上の角度で入射することで反射する。次いで、その進行方向を第三ブロックの方へ変更し、第二ブロックと第三ブロックとの間のダイクロイック膜で反射し光の進行方向を変え、このダイクロイック膜を透過してきた緑色の波長域の光と合成され、第一ブロックに向かって進行する。

最後に、青色の映像表示層のＤＭＤ１３３３から出射した青色の波長域の光は、色分離合成プリズムの第一のガラスブロックに入射し、全反射プリズムの方向へ向かう。全反射プリズムの方へ向かった青色光は、色分離合成プリズム１３２１と全反射プリズム１３１１との間の微小ギャップに、全反射角度以上の角度で入射することで反射し、第一と第二ブロックの境界面に光の進行方向を変更する。第一と第二ブロックの境界のダイクロイック膜で反射して光の進行方向を変えて、このダイクロイック膜を透過してきた前述の赤色および緑色の光と合成され、全反射プリズム１３１１へと向かう。

青色、赤色、緑色の波長域の光は、全反射プリズム１３１１と色分離合成プリズム１３２１との間の微小ギャップを全反射角度よりも小さい角度で入射することで、そのまま通過し、全反射プリズム１３１１に入射する。全反射プリズム１３１１に入射した光は、微小ギャップ１３１２に全反射角度以下の角度で入射することで、そのまま通過し、全反射プリズムを透過した光は、投写レンズ１３４１に入射し、図示されないスクリーンへと投写される。

以下、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３を用いた光源装置１１を採用した投写型映像表示装置１４の詳細を説明する。
図１４は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３を用いた光源装置１１を採用した投写型映像表示装置１４の構成を示す図である。

なお、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第二の変形例の蛍光体ホイール３を用いた光源装置１１の構成については、前述しているので、ここでは説明を省略し、ロッドインテグレータ１１１１を出射した後の光の挙動に付き、詳細の説明を行う。

ロッドインテグレータ１１１１を出射した光は、凸レンズ１４０１、１４０２、１４０３で構成されるリレーレンズ系で、後述するＤＭＤ１４２１へと写像する。

凸レンズ１４０１、１４０２、１４０３を透過して全反射プリズム１４１１に入射した光は、全反射プリズム１４１１の微小ギャップ１４１２に全反射角以上の角度で入射し、反射することで、光の進行方向を変えてＤＭＤ１４２１に入射する。

ＤＭＤ１４２１は、蛍光体ホイール３とカラーフィルター付きホイール１１１０の組み合わせで出射される色光に同期して、図示しない映像回路からの信号に応じて、微小ミラーの方向を変えて光の進行方向を変えて出射する。
ＤＭＤ１４２１で映像信号に応じて進行方向が変わった光は、全反射プリズム１４１１の微小ギャップ１４１２に全反射角度以下の角度で入射することで、そのまま透過し、投写レンズ１４３１に入射し、図示しないスクリーンに投写される。

以下、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第３の変形例の蛍光体ホイール４を用いた光源装置１２を採用した投写型映像表示装置１５の詳細を説明する。
図１５は、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第３の変形例の蛍光体ホイール４を用いた光源装置１２を採用した投写型映像表示装置１５の構成を示す図である。

なお、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイールの第３の変形例４を用いた光源装置１２の構成については、前述しているので、ここでは説明を省略する。また、ロッドインテグレータ１２１２を出射した後の光の挙動は、図１４で説明したロッドインテグレータ１０１０を出射した後の光の挙動と実質的に同じであるので、ここでの説明は省略する。

［１−３−２ 効果］
実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の実施例の蛍光体ホイール２を用いた光源装置１０を用いた投写型映像表示装置１３では、採用した波長変換素子１０１での蛍光スポットが小さくなることで、後段の光学系での取り込み効率が高くなる。その結果、最終的に光源装置から出射される白色光の明るさが明るくなり、この光源装置を使用している投写型映像表示装置１３の明るさも明るくなる。併せて、波長変換素子１０１の厚みを確保できることで、蛍光体ホイール２の信頼性および光源装置自体の信頼性が向上することで、投写型映像表示装置の信頼性も向上する。このことにより、投写型映像表示装置の明るさ向上と信頼性の向上を両立することができる。

実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第２の変形例の蛍光体ホイール３を用いた光源装置１１を用いた投写型映像表示装置１４と実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第３の変形例の蛍光体ホイール４を用いた光源装置１２を用いた投写型映像表示装置１５についても、前述の投写型映像表示装置１３と同様に、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いていることから、投写型映像表示装置の明るさ向上と信頼性の向上を両立することができる。

（実施の形態２）
［２−１−１−１ 波長変換素子の構成］
以下、実施の形態２における波長変換素子７の構成について詳細に説明する。
図７は、実施の形態２に係る波長変換素子７の構成を示す断面図である。
図７に示す通り、実施の形態２に係る波長変換素子７０１は、ガーネット構造の複数の粒子で構成される層７１１、７１２で構成されている。層７１２は、賦活剤を賦活されることで波長変換機能を有した蛍光体層であり、それ以外の層７１１は、賦活剤を賦活しないことで波長を変換しない光透過層となっている。
なお、図７では、波長変換素子７０１を構成する層７１１，７１２の粒子のサイズを変えているが、これは、各層が区別しやすいようにするためであり、同一の粒子サイズで合っても、逆に層７１２の粒子に対して層７１１の粒子のサイズが小さくてもよい。

また、上記のガーネット構造の化学式は、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２であったり、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２であってもよい。
また、賦活剤は、例えば、ＣｅやＧｄでもよい。

［２−１−１−２ 波長変換素子を用いた蛍光体ホイールの構成］
＜第１の蛍光体ホイール＞
以下、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第１の蛍光体ホイール８の構成について詳細に説明する。
図８（ａ）は、実施の形態２に係る波長変換素子を用いた第１の蛍光体ホイール８の正面図である。図８（ｂ）は、実施の形態２に係る波長変換素子を用いた第１の蛍光体ホイールの断面図である。
第一の蛍光体ホイール８の基本構成は、図２（ａ）に示す実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の蛍光体ホイール２と実質的に同様である。図８（ａ）に示す第一の蛍光体ホイール８では、図２（ａ）と対比すると、波長変換素子１０１の代わりに、基板８０４側の光透過層を設けることなく、蛍光体層７１２を基板８０４側に配置した波長変換素子７０１を用いた点で相違する。そこで、第一の蛍光体ホイール８のその他の詳細な説明は省略する。

また、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール２に対して、開口部を設けた第２の変形例や、波長変換素子の表面に反射層を設けた第３の変形例が構成できたのと同様に、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第１の蛍光体ホイール８にも、第２および第３の変形例が構成できる。その詳細に関しては、実施の形態１で詳細に記載しているので、ここでは省略する。

＜第２の蛍光体ホイール＞
以下、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第２の蛍光体ホイール９の構成について詳細に説明する。
図９（ａ）は、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第２の蛍光体ホイール９の正面図である。図９（ｂ）は、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第２の蛍光体ホイール９の断面図である。
第２の蛍光体ホイール９の基本構成は、図２（ａ）に示す実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた第１の蛍光体ホイール２と実質的に同様である。図９（ａ）に示す第２の蛍光体ホイール９では、図２（ａ）と対比すると、波長変換素子１０１の代わりに、表面側の光透過層を設けることなく、蛍光体層７１２を表面側に配置し、光透過層７１１を基板９０４側に配置した波長変換素子７０１を用いた点で相違する。そこで、第２の蛍光体ホイールのその他の詳細な説明は省略する。

また、実施の形態１に係る波長変換素子１０１を用いた蛍光体ホイール２に対して、開口部を設けた第２の変形例や、波長変換素子の表面に反射層を設けた第３の変形例が構成できたのと同様に、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第２の蛍光体ホイール９にも、第２および第３の変形例が構成できる。その詳細に関しては、実施の形態１で詳細に記載しているので、ここでは省略する。

［２−１−２ 効果］
実施の形態１と実施の形態２との違いは、実施の形態１に係る波長変換素子１０１では、蛍光体層１１２の両側に光透過層１１１、１１３を設けているのに対し、実施の形態２に係る波長変換素子７０１では、蛍光体層７１２の片側にのみ光透過層７１１を設けている点である。
従来の蛍光体ホイールに対しては、蛍光体層の厚みは薄くなることで後段の光学系の取り込み効率が向上するとともに、光透過層と積層することで線膨張係数の差によって発生する応力への耐性を確保し、後段の光学系との結合効率の向上と信頼性の確保とを両立することができる。

［２−２−１ 蛍光体ホイールを備える光源装置］
実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第１および第２の蛍光体ホイールの第１の実施例を、図１０の蛍光体ホイール２の代わりに配置することにより、光源装置を構成することが可能である。なお、光の挙動・効果に関しては、図１０で説明した内容と重複するので、ここでは詳細な説明は省略する。

同じく、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第１および第２の蛍光体ホイールの第２の変形例を、図１１の蛍光体ホイール３の代わりに配置することにより、光源装置を構成することが可能である。なお、光の挙動・効果に関しては、図１１で説明した内容と重複するので、ここでは詳細の説明は省略する。

さらに、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第１および第２の蛍光体ホイールの第３の変形例を、図１２に示す蛍光体ホイール４の代わりに配置することにより、光源装置を構成することが可能である。なお、光の挙動・効果に関しては、図１２で説明した内容と重複するので、ここでは詳細の説明は省略する。

［２−２−２ 効果］
実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた蛍光体ホイールの第１の実施例を搭載した光源装置では、採用した波長変換素子７０１での蛍光スポットが小さくなることで、後段の光学系での取り込み効率が高くなり、最終的に光源装置から出射される白色光の明るさが明るくなる。併せて、波長変換素子７０１の厚みを確保できることで、蛍光体ホイール２の信頼性を向上させて光源装置自体の信頼性が向上する。このことにより、光源装置の明るさ向上と信頼性の向上とを両立することができる。

実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた蛍光体ホイールの第２の変形例を用いた光源装置と、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた蛍光体ホイールの第３の変形例４を用いた光源装置についても、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた蛍光体ホイールの第２の変形例を用いた光源装置と同様に、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いていることから、光源装置の明るさ向上と信頼性の向上を両立することができる。

［２−３−１ 光源装置を備える投写型映像表示装置］
実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第１および第２の蛍光体ホイールの第１の実施例を、図１３の蛍光体ホイール２の代わりに配置することにより投写型映像表示装置を構成することが可能である。なお、光の挙動・効果に関しては、図１３で説明した内容と重複するので、ここでは詳細の説明は省略する。

同じく、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第１および第２の蛍光体ホイールの第２の変形例を、図１４の蛍光体ホイール３の代わりに配置することにより投写型映像表示装置を構成することが可能である。なお、光の挙動・効果に関しては、図１４で説明した内容と重複するので、ここでは詳細の説明は省略する。

さらに、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた第１および第２の蛍光体ホイールの第３の変形例を、図１５の蛍光体ホイール４の代わりに配置することにより投写型映像表示装置を構成することが可能である。なお、光の挙動・効果に関しては、図１５で説明した内容と重複するので、ここでは詳細の説明は省略する。

［２−３−２ 効果］
実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた蛍光体ホイールの第１の実施例を投写型映像表示装置１３の蛍光体ホイール２と交換して構成した投写型映像表示装置では、採用した波長変換素子７０１での蛍光スポットが小さくなる。これによって、後段の光学系での取り込み効率が高くなり、最終的に光源装置から出射される白色光の明るさが明るくなり、この光源装置を使用している投写型映像表示装置の明るさも明るくなる。併せて、波長変換素子７０１の厚みを確保できることで、蛍光体ホイールの信頼性および光源装置自体の信頼性が向上する。そこで、投写型映像表示装置の信頼性も向上する。このことにより、投写型映像表示装置の明るさ向上と信頼性の向上を両立することができる。

投写型映像表示装置１４の蛍光体ホイール３の代わりに、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた蛍光体ホイールの第２の変形例を用いた投写型映像表示装置や、投写型映像表示装置１５の蛍光体ホイール４の代わりに、実施の形態２に係る波長変換素子７０１を用いた蛍光体ホイールの第３の変形例を用いた投写型映像表示装置も同様に、採用した波長変換素子７０１での蛍光スポットが小さくなる。これによって、後段の光学系での取り込み効率が高くなり、最終的に光源装置から出射される白色光の明るさが明るくなり、この光源装置を使用している投写型映像表示装置の明るさも明るくなる。併せて、波長変換素子７０１の厚みを確保できることで、蛍光体ホイールの信頼性および光源装置自体の信頼性が向上する。そこで、投写型映像表示装置の信頼性も向上する。このことにより、投写型映像表示装置の明るさ向上と信頼性の向上を両立することができる。

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。

本発明に係る波長変換素子によれば、蛍光体層と同じガーネット構造を有しながら波長変換の機能を実質的に有しない光透過層を設け、波長変換を行う蛍光体層の厚みを一定以下としている。これによって、全て蛍光体層とした場合に比べ、蛍光発光スポットを小さくすることで後段の光学系との結合効率を向上させることができる。

１ 波長変換素子
１０１ 波長変換素子
１１１ 光透過層
１１２ 蛍光体層
１１３ 光透過層
２ 蛍光体ホイール
２０２ 反射防止層
２０３ 接着層
２３１ 含有粒子
２３２ バインダー
２０４ 基板
２０５ 反射層
２０６ モータ取付穴
３ 蛍光体ホイール
３０４ 基板
３０５ 反射層
３０７ 開口部
４ 蛍光体ホイール
４０２ 反射層
５ 蛍光体ホイール
５０１ 蛍光層（波長変換素子）
５１１ 蛍光体粒子
５０２ 反射防止膜
５０３ 接着層
５３１ 含有粒子
５３２ バインダー
５０４ 基板
５０５ 反射層
５０６ モータ取付穴
６０１ 励起光
６０２ 蛍光
６０３ 蛍光スポット
６０４ 蛍光スポット
７ 波長変換素子
７０１ 波長変換素子
７１１ 光透過層
７１２ 蛍光体層
８ 蛍光体ホイール
８０２ 反射防止層
８０３ 接着層
８３１ 含有粒子
８３２ バインダー
８０４ 基板
８０５ 反射層
８０６ モータ取付穴
９ 蛍光体ホイール
９０２ 反射防止層
９０３ 接着層
９３１ 含有粒子
９３２ バインダー
９０４ 基板
９０５ 反射層
９０６ モータ取付穴
１０ 光源装置
１００１ レーザー光源
１００２ コリメータレンズ
１００３ 凸レンズ
１００４ 拡散板
１００５ 凹レンズ
１００６ 色分離合成ミラー
１００７ 凸レンズ
１００８ 凸レンズ
２０９ モーター
１００９ 凸レンズ
１０１０ ロッドインテグレータ
１０２１ レーザー光源
１０２２ コリメータレンズ
１０２３ 凸レンズ
１０２４ 拡散板
１０２５ 凹レンズ
１１ 光源装置
１１０１ レーザー光源
１１０２ コリメータレンズ
１１０３ 凸レンズ
１１０４ 拡散板
１１０５ 凹レンズ
１１０６ 色分離合成ミラー
１１０７ 凸レンズ
１１０８ 凸レンズ
３０９ モータ
１１０９ 凸レンズ
１１１０ カラーフィルター付きホイール
１１１１ ロッドインテグレータ
１１２１ 凸レンズ
１１２２ 凸レンズ
１１２３ ミラー
１１２４ 凸レンズ
１１２５ ミラー
１１２６ 凸レンズ
１１２７ ミラー
１１２８ 凸レンズ
１２ 光源装置
１２０１ レーザー光源
１２０２ コリメータレンズ
１２０３ 凸レンズ
１２０４ 拡散板
１２０５ 凹レンズ
１２０６ 偏光及び色分離合成ミラー
１２０７ λ/４波長板
１２０８ 凸レンズ
１２０９ 凸レンズ
４０９ モータ
１２１０ 凸レンズ
１２１１ カラーフィルター付きホイール
１２１２ ロッドインテグレータ
１３ 投写型映像表示装置
１３０１ 凸レンズ（リレーレンズ）
１３０２ 凸レンズ（リレーレンズ）
１３０３ 凸レンズ（リレーレンズ）
１３１１ 全反射プリズム
１３１２ 微小ギャップ
１３２１ 色分離合成プリズム
１３２２ 微小ギャップ
１３３１ ＤＭＤ
１３３２ ＤＭＤ
１３３３ ＤＭＤ
１３４１ 投写レンズ
１４ 投写型映像表示装置
１４０１ 凸レンズ（リレーレンズ）
１４０２ 凸レンズ（リレーレンズ）
１４０３ 凸レンズ（リレーレンズ）
１４１１ 全反射プリズム
１４１２ 微小ギャップ
１４２１ ＤＭＤ
１４３１ 投写レンズ
１５ 投写型映像表示装置
１５０１ リレーレンズ
１５０２ リレーレンズ
１５０３ リレーレンズ
１５１１ 全反射プリズム
１５１２ 微小ギャップ
１５２１ ＤＭＤ
１５３１ 投写レンズ

Claims (13)

1. ガーネット構造を有し、特定波長の光を、異なる波長の光に波長変換する蛍光体層と、
   前記蛍光体層の厚み方向の一方の面に配置され、ガーネット構造を有し、前記特定波長の光を波長変換する機能を実質的に有しない第１の光透過層と、
   が厚み方向に配置された、波長変換素子。
2. 前記蛍光体層の厚み方向の他方の面に配置され、ガーネット構造を有し、前記特定波長の光を波長変換する機能を実質的に有しない第２の光透過層を有する、請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記第２の光透過層は、賦活剤の含有量が０．０５原子％未満である、請求項２に記載の波長変換素子。
4. 前記第１の光透過層 は、賦活剤の含有量が０．０５原子％未満である、請求項１から３のいずれか一項に記載の波長変換素子。
5. 前記蛍光体層は、賦活剤を賦活されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
6. 前記賦活剤は、Ｃｅである、請求項３から５のいずれか一項に記載の波長変換素子。
7. 前記蛍光体層の化学式が、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２である、請求項１から６のいずれか一項に記載の波長変換素子。
8. 前記蛍光体層の化学式が、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２である、請求項１から６のいずれか一項に記載の波長変換素子。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の前記波長変換素子と、
   前記波長変換素子を載置する基板と、
   前記基板を回転させるモータと、
   を備えた、蛍光体ホイール。
10. 前記波長変換素子は、リング状であって、前記リング状の一部が欠落した欠落部を含むセグメント形状であり
    前記基板は、前記波長変換素子の前記欠落部に相当する開口部を有し、
    前記波長変換素子と前記基板の前記開口部とが前記蛍光体ホイールの回転中心から同一距離に配置されている、請求項９に記載の蛍光体ホイール。
11. 前記波長変換素子が、リング状であって、前記リング状の一部の表面に反射層を設けた、請求項９又は１０に記載の蛍光体ホイール。
12. 請求項９から１１のいずれか一項に記載の蛍光体ホイールを備えた光源装置。
13. 請求項１２に記載の光源装置を備えた投写型映像表示装置。

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