JP2022152156A

JP2022152156A - 光源装置及びプロジェクター

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Publication number: JP2022152156A
Application number: JP2021054823A
Authority: JP
Inventors: 文香山田; Fumika Yamada
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: US12035078B2; US20220311978A1

Abstract

【課題】蛍光体の発熱によるアンテナの材料の破壊を防止可能な光学装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、励起光を発する光源と、励起光が入射し、励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する蛍光体３４と、蛍光体に設けられ、複数の第１ナノアンテナ１１２を有する第１ナノアンテナ群１１１と、蛍光体に設けられ、複数の第２ナノアンテナ１２２を有する第２ナノアンテナ群１２１と、を備える。複数の第１ナノアンテナの各々は、第１金属からなる。複数の第２ナノアンテナの各々は、第１金属の融点よりも高い融点を有する第２材料からなる。蛍光体の法線方向から見た平面視で、励起光の照射領域ＢＡＲは第２ナノアンテナ群の配置領域ＮＡＲと重なっている。蛍光は、複数の第１ナノアンテナの各々及び複数の第２ナノアンテナの各々によって電場増強される。【選択図】図８

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関する。

近年、プロジェクター用光源として、従来主流であった水銀ランプ光源に代わり、水銀レス、高輝度、且つ長寿命等の優れた特徴を有するレーザー等の固体光源が用いられている。例えば特許文献１には、波長変換体と、アンテナアレイと、を有する光学装置が開示されている。波長変換体は、入射面及び出射面を有し、入射面から入射された入射光の波長を変換して波長変換光を生成し、波長変換光を出射面から射出する。アンテナアレイは、波長変換体上に形成され、波長変換光の波長変換体内での光学波長程度の周期で各アンテナが配置された複数のアンテナを有する。

特開２０１８－０１３６８８号公報

特許文献１に開示された光学装置のアンテナの各々は、金（Ａｕ）等のように可視波長域にプラズマを有する材料、或いはこれらの材料を含む合金又は積層体によって構成されている。しかしながら、波長変換光が射出されている際には、波長変換体（波長変換装置）の蛍光体プレートが発熱し、アンテナの材料が融解又は破壊される等の問題が生じる。アンテナの材料が融解又は破壊されると、波長変換光が本来射出されるべき方向とは異なる方向に出射され、光源装置及び表示装置の性能低下が生じる虞がある。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光学装置は、励起光を発する光源と、前記励起光が入射し、前記励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する蛍光体と、前記蛍光体に設けられ、複数の第１ナノアンテナを有する第１ナノアンテナ群と、前記蛍光体に設けられ、複数の第２ナノアンテナを有する第２ナノアンテナ群と、を備える。前記複数の第１ナノアンテナの各々は、金属からなる。前記複数の第２ナノアンテナの各々は、前記金属の融点よりも高い融点を有する材料からなる。前記蛍光体の法線方向から見た平面視で、前記励起光の照射領域は前記第２ナノアンテナ群の配置領域と重なっている。前記蛍光は、前記複数の第１ナノアンテナの各々及び前記複数の第２ナノアンテナの各々によって電場増強される。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図１のプロジェクターが備える照明装置の概略構成図である。一般的な蛍光射出部の平面図である。図３に示す蛍光射出部をＣ１－Ｃ１線で矢視した断面図である。一般的なナノアンテナ群で生じる表面格子共鳴について説明するための断面図である。一般的な蛍光体から射出される蛍光の放射角分布のシミュレーション結果を示す図である。図３に示す蛍光射出部の蛍光体から射出される蛍光の放射角分布のシミュレーション結果を示す図である。第１実施形態の蛍光射出部の平面図である。図８に示す蛍光射出部をＣ２－Ｃ２線で矢視した断面図である。第２実施形態の蛍光射出部の断面図である。第３実施形態の蛍光射出部の断面図である。蛍光射出部の第１ナノアンテナの最大幅が２００ｎｍである場合の反射スぺクトルの変化のシミュレーション結果を示す図である。蛍光射出部の第１ナノアンテナの最大幅が２５０ｎｍである場合の反射スぺクトルの変化のシミュレーション結果を示す図である。蛍光射出部の第１ナノアンテナの最大幅が３００ｎｍである場合の反射スぺクトルの変化のシミュレーション結果を示す図である。第４実施形態の蛍光射出部の断面図である。第５実施形態の蛍光射出部の断面図である。第６実施形態の蛍光射出部の断面図である。第７実施形態のプロジェクターが備える照明装置の概略構成図である。第７実施形態の蛍光射出部の断面図である。第８実施形態の蛍光射出部の断面図である。第９実施形態の蛍光射出部の断面図である。第１０実施形態の蛍光射出部の断面図である。第１１実施形態の蛍光射出部の断面図である。第１２実施形態の蛍光射出部の断面図である。第１３実施形態の蛍光射出部の断面図である。第１４実施形態の蛍光射出部の断面図である。第１５実施形態のプロジェクターが備える照明装置の概略構成図である。図２７に示す照明装置の蛍光体ホイールを光軸ＡＸ２に沿う方向から見たときの平面図である。

［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９を用いて説明する。
図１は、第１実施形態のプロジェクター１を示す概略構成図である。図２は、プロジェクター１が備える照明装置２の側面図である。
以下の各図面では、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変えている場合がある。

本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として３つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。光変調装置として、例えば、反射型液晶ライドバルブを用いてもよい。光変調装置として、マイクロミラーを用いたデバイスや、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）等を備える装置等のように、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。

（プロジェクター）
始めに、プロジェクター１の構成について説明する。
図１に示すように、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及び光変調装置４Ｂと、光合成光学系５と、投射光学系６と、を備える。プロジェクター１は、後述する光学装置を備える。照明装置２は、照明光ＷＬを射出する。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、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに分離する。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ及び光変調装置４Ｂは各々、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを画像情報に応じて変調され、各色の画像光を形成する。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から射出された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によって合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する。

図２に示すように、照明装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。照明光ＷＬには、後述するように照明装置２から射出された青色の励起光Ｂのうち、波長変換されずに蛍光体３４を通って蛍光体３４から射出される青色の励起光Ｂ１と、励起光Ｂの波長変換によって生じる黄色の蛍光ＹＬと、を含む。照明光ＷＬは、照明装置２によって略均一な照度分布を有するように調整される。

図１に示すように、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、第１反射ミラー８ａと、第２反射ミラー８ｂと、第３反射ミラー８ｃと、を備える。第１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とが混合された光と、に分離する。そのため、第１ダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過すると共に、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを反射する。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとが混合された光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。そのため、第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に、青色光ＬＢを透過する。

第１反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１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反射ミラー８ｂ及び第３反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを反射し、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に画像情報に応じて当該光を変調し、赤色の画像光を形成する。同様に、光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを通過させる間に画像情報に応じて当該光を変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを通過させる間に画像情報に応じて当該光を変調し、青色の画像光を形成する。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ及び光変調装置４Ｂの各々は、例えば液晶パネルによって構成されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ及び光変調装置４Ｂの各々の光入射側及び光射出側には、偏光板（図示略）が配置されている。光変調装置４Ｒの赤色光ＬＲの入射側には、光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行光に変換するフィールドレンズ１０Ｒが設けられている。光変調装置４Ｇの緑色光ＬＧの入射側には、光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行光に変換するフィールドレンズ１０Ｇが設けられている。光変調装置４Ｂの青色光ＬＢの入射側には、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行光に変換するフィールドレンズ１０Ｂが設けられている。

光合成光学系５は、例えばクロスダイクロイックプリズムによって構成されている。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の各々から射出された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に向けて射出する。

投射光学系６は、複数の投射レンズによって構成されている。投射光学系６は、光合成光学系５によって合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。

（照明装置）
次に、照明装置２の構成について説明する。
第１実施形態の照明装置２は、光源装置１１を備える照明装置２Ａである。図２に示すように、照明装置２Ａは、光源装置１１と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３Ａと、を備える。インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３Ａとは、重畳光学系３３を構成している。

光源装置１１は、アレイ光源２０と、コリメーター光学系２２と、集光光学系２３と、第１の位相差板２８Ａと、偏光分離素子５０Ａを含む光学素子２５Ａと、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の位相差板２８Ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、を備える。

アレイ光源２０と、コリメーター光学系２２と、集光光学系２３と、第１の位相差板２８Ａと、光学素子２５Ａと、第２の位相差板２８Ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ＡＸ１上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、光学素子２５Ａと、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３Ａとは、光軸ＡＸ２上に順次並んで配置されている。光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

アレイ光源２０は、固体光源としての複数の半導体レーザー（光源）２１を備える。複数の半導体レーザー２１は、光軸ＡＸ１と直交する面内において、アレイ状に配置されている。半導体レーザー２１は、蛍光発光素子２７の蛍光体３４の励起光として例えば青色の励起光ＢＬを射出する。励起光ＢＬのピーク波長は、例えば４４５ｎｍであるが、前述のように蛍光体３４を励起可能であれば任意に変更可能であって、蛍光体３４の蛍光材料に応じて決まり、例えば４６０ｎｍであってもよい。アレイ光源２０は、励起光ＢＬを有する光線束を射出する。

アレイ光源２０から射出された励起光ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２０から射出された励起光ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系２２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２２Ａを備える。複数のコリメーターレンズ２２Ａの各々は、複数の半導体レーザー２１の各々に対応して配置されている。

コリメーター光学系２２を通過した励起光ＢＬは、集光光学系２３に入射する。集光光学系２３は、励起光ＢＬの光束径を調整する。集光光学系２３は、例えば凸レンズ２３Ａと、凹レンズ２３Ｂと、を備える。

集光光学系２３を通過した励起光ＢＬは、第１の位相差板２８Ａに入射する。第１の位相差板２８Ａは、例えば光軸ＡＸ１を略中心として回転可能に構成された１／２波長板である。半導体レーザー２１から射出された励起光ＢＬは、直線偏光である。第１の位相差板２８Ａの回転角度を適切に設定することによって、第１の位相差板２８Ａを透過する励起光ＢＬを、光学素子２５Ａに対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光線に変換することができる。第１の位相差板２８Ａを回転させることによって、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。

第１の位相差板２８Ａを通過することによって生成されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む励起光ＢＬは、光学素子２５Ａに入射する。光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムである。ダイクロイックプリズムは、光軸ＡＸ１及び光軸ＡＸ２に対して互いに同一面内で４５°の角度をなす傾斜面５０ａを有する。

傾斜面５０ａには、波長選択性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。偏光分離素子５０Ａは、励起光ＢＬを、偏光分離素子５０Ａに対するＳ偏光成分の励起光ＢＬ_ＳとＰ偏光成分の青色光ＢＬ_Ｐとに分離する偏光分離機能を有する。偏光分離素子５０Ａは、入射する励起光ＢＬ_Ｓを反射させ、入射する青色光ＢＬ_Ｐを透過させる。偏光分離素子５０Ａは励起光ＢＬとは波長帯が異なる蛍光ＹＬを、蛍光ＹＬの偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。

偏光分離素子５０Ａから射出された励起光ＢＬ_Ｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、励起光ＢＬ_Ｓを蛍光体３４に向けて集光させる。第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６Ａと、第２レンズ２６Ｂと、を備える。第１の集光光学系２６から射出された励起光ＢＬ_Ｓは、蛍光発光素子２７の蛍光射出部１０１に集光した状態で入射する。

蛍光発光素子２７は、蛍光体３４及び反射層３７を有する反射型の蛍光射出部１００と、蛍光射出部１００を支持する基板３５と、蛍光射出部１００を基板３５に固定する固定部材３６と、を備える。蛍光体３４は、蛍光体３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６によって、基板３５に固定されている。蛍光体３４の励起光ＢＬ_Ｓが入射する側とは反対側の面は基板３５に接している。

蛍光体３４は、励起光ＢＬ_Ｓを吸収して励起される蛍光材料を含む。励起光ＢＬ_Ｓによって励起された蛍光材料は、例えば５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域にピーク波長を有する黄色の蛍光ＹＬを射出する。蛍光ＹＬのピーク波長（波長）は、少なくとも励起光ＢＬ_Ｓのピーク波長（波長）とは異なり、蛍光材料に応じて決まる。

蛍光体３４の励起光ＢＬ_Ｓが入射する側とは反対側には、反射層３７が設けられている。反射層３７は、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射層３７によって反射され、蛍光体３４の外部へ射出される。蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射層３７を介さずに蛍光体３４の外部へ射出される。

基板３５の蛍光体３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。蛍光発光素子２７では、蛍光体３４で発生した熱をヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体３４から射出された蛍光ＹＬは、非偏光である。蛍光ＹＬは、第１の集光光学系２６を通過した後、偏光分離素子５０Ａに入射する。偏光分離素子５０Ａに入射した蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａからインテグレーター光学系３１に向けて進む。

一方、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の青色光ＢＬ_Ｐは、第２の位相差板２８Ｂに入射する。第２の位相差板２８Ｂは、例えば偏光分離素子５０Ａと拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板である。したがって、偏光分離素子５０Ａから射出されたＰ偏光の青色光ＢＬ_Ｐは、第２の位相差板２８Ｂによって、例えば、光軸ＡＸ１を中心に右回り円偏光の青色光ＢＬ_Ｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。第２の集光光学系２９は、例えばレンズ２９Ａを備え、青色光ＢＬ_Ｃ１を集光させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。

拡散反射素子３０は、偏光分離素子５０Ａにおける蛍光体３４の反対側に配置され、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬ_Ｃ１を偏光分離素子５０Ａに向けて拡散させつつ反射させる。拡散反射素子３０として、青色光ＢＬ_Ｃ１をランバート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さない素子等が用いられることが好ましい。

以下では、拡散反射素子３０によって拡散された状態で反射された光を青色光ＢＬ_Ｃ２と称する。青色光ＢＬ_Ｃ１を拡散させつつ反射させることによって、略均一な照度分布の青色光ＢＬ_Ｃ２が生成される。例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬ_Ｃ１は、左回り円偏光の青色光ＢＬ_Ｃ２として反射される。青色光ＢＬ_Ｃ２は、第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後に、再び第２の位相差板２８Ｂに入射する。

左回り円偏光の青色光ＢＬ_Ｃ２は、第２の位相差板２８ＢによってＳ偏光の青色光ＢＬ_Ｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬ_Ｓ１は、偏光分離素子５０Ａによってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。

青色光ＢＬ_Ｓ１は、偏光分離素子５０Ａを透過した蛍光ＹＬと共に、照明光ＷＬとして用いられる。つまり、青色光ＢＬ_Ｓ１及び蛍光ＹＬは、偏光分離素子５０Ａから互いに同一方向に向けて射出され、青色の青色光ＢＬ_Ｓ１と黄色の蛍光ＹＬとが混ざった白色の照明光ＷＬが生成される。

照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１Ａ、レンズアレイ３１Ｂを備える。レンズアレイ３１Ａ、３１Ｂの各々では、光軸ＡＸ２に直交する方向に沿って複数のマイクロレンズが配列されている。インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と、位相差板と、を有する。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３Ａに入射する。重畳レンズ３３Ａは、インテグレーター光学系３１と協同し、被照明領域における照明光ＷＬによる照度の分布を均一化する。上述したように、照明装置２Ａは、照明光ＷＬを生成する。

（蛍光射出部）
先ず、蛍光射出部１００のナノアンテナの基本構造及び原理について説明する。
蛍光射出部１００は、蛍光体３４と、蛍光体３４の射出面（表面）３４ｅに配置されたナノアンテナ群１３１と、を備える。蛍光体３４の射出面３４ｅは、蛍光体３４の内部と蛍光ＹＬが通る外部空間との界面である。ナノアンテナ群１３１は、複数のナノアンテナ１３２を有する。複数のナノアンテナ１３２は、射出面３４ｅ上で互いに所定の間隔をあけて配置されている。ナノアンテナ１３２は、例えば柱状に形成されている。ナノアンテナ１３２の底面の形状は例えば円形であるが、円形に限定されず、矩形、矩形以外の多角形、星形等であってもよい。但し、ナノアンテナ１３２の底面の平面視形状は、蛍光ＹＬの偏光特性への影響を抑えるため、中心に対して高い回転対称性を有する形状であることが好ましく、例えば真円形或いは正多角形であることが好ましい。

図３に示すように、複数のナノアンテナ１３２は、例えば所定の間隔をあけて一方向に沿って一列に配置され、さらに前述の一方向に直交する方向で複数の列をなすように配置されている。一方向に直交する方向で互いに隣り合う２つの列のうち一方の列において一方向で互いに隣り合う２つのナノアンテナ１３２の中心同士の中間位置に、他方の列のナノアンテナ１３２の中心が配置されている。つまり、複数の列をなすナノアンテナ１３２は、例えば互い違いに配置されている。複数のナノアンテナ１３２の各々の中心同士の間隔が一定であって、ナノアンテナ群１３１として周期構造を形成できればよい。複数のナノアンテナ１３２によって構成される列内のナノアンテナ１３２の中心の位置が複数の列同士で揃っていてもよい。

図３及び図４に示すように、ナノアンテナ１３２の底面の直径１３２ｄは、例えば約２５０ｎｍである。ナノアンテナ１３２の高さ１３２ｈは、例えば約５０ｎｍである。射出面３４ｅ上で互いに隣り合う２つのナノアンテナ１３２の中心同士の間隔１３２ｓは、例えば約４５０ｎｍである。直径１３２ｄ、高さ１３２ｈ及び間隔１３２ｓは、後述するナノアンテナの原理等を勘案して適宜設定されている。

ナノアンテナ１３２が金属によって形成されている場合、ナノアンテナ１３２に光が入射すると、ナノアンテナ１３２の界面近傍の伝導電子が集団振動を起こし、局在表面プラズモン共鳴（ＬｏｃａｌｉｚｅｄＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ；ＬＳＰＲ）が生じる。直径１３２ｄや間隔１３２ｓが入射する光の波長と同等或いは入射する光の波長よりも短い場合、入射してナノアンテナ群１３１に閉じ込められた光の電場分極によって各々のナノアンテナ１３２の伝導電子が振動し、ナノアンテナ１３２の端面において強い電場増強が生じる。ナノアンテナ群１３１が周期構造をなすため、ナノアンテナ１３２に光が入射すると、回折も生じる。

図５に示すように、蛍光射出部１００に入射する光Ｌに対して回折角９０°である回折は、レイリーアノマリと称され、蛍光体３４の射出面３４ｅに対して平行な方向に沿う回折である。レイリーアノマリでは、ＬＳＰＲと９０°回折光ＤＬとの結合によって、複数のナノアンテナ１３２の位相が揃って共振し、表面格子共鳴（ＬａｔｉｃｅＳｕｒｆａｃｅＲｅｓｏｎａｎｃｅ；ＬＳＲ）が生じる。ＬＳＲによって、照明装置用の蛍光光源の放射角の制御及び色ムラの抑制を実現可能であることが知られている（例えば、R. Kamakura et al.; Journal of Applied Physics, Vol. 124, p. 213105 (2018)等の参考文献を参照することができる）。

図６に、ナノアンテナ群１３１が蛍光体３４に作製されていない場合において蛍光体３４から発生する蛍光の放射角分布のシミュレーション結果を示す。一方、図７に、ナノアンテナ群１３１が蛍光体３４の射出面３４ｅに作製された場合において蛍光体３４から発生する蛍光の放射角分布のシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、ナノアンテナ１３２の材料がＡｇであると想定し、ナノアンテナ群１３１が作成される場合のナノアンテナ１３２の直径１３２ｄを１５０ｎｍと設定し、高さ１３２ｈを１５０ｎｍと設定し、ナノアンテナ１３２の中心同士の間隔１３２ｓを４００ｎｍと設定した。図６と図７との比較からわかるように、蛍光体３４の射出面３４ｅにナノアンテナ群１３１が設けられることによって、蛍光の放射角分布の狭角化が可能である。

ＬＳＰＲのピーク波長は、ナノアンテナ１３２の材料の誘電率の波長分散特性によって決まる。例えばナノアンテナ１３２の材料がアルミニウム（Ａｌ）である場合、ＬＳＰＲのピーク波長は、４００ｎｍ付近である。ナノアンテナ１３２の材料が銀（Ａｇ）或いは金（Ａｕ）である場合、ＬＳＰＲのピーク波長は５００ｎｍ付近であり、高い消光（散乱）が生じる。ナノアンテナ１３２の材料の誘電率やその他の特性、ナノアンテナ１３２の各寸法を適宜選択設定することによって、ＬＳＰＲのピーク波長の調整は可能である。但し、蛍光射出部１００の用途が照明であれば、可視域の波長領域で効率良くＬＳＰＲが発生し、ＬＳＰＲのピーク波長が可視波長域に含まれることが好ましい。そのため、照明装置用の蛍光射出部１００のナノアンテナ１３２の材料は、可視波長域におけるＬＳＰＲのピーク波長を有するＡｇ等であることが好ましい。

プロジェクター用の蛍光射出部１００の蛍光体３４には、ワット（Ｗ）レベルの高いパワーを持つ励起光が集光された状態で入射するため、プロジェクターを構成する部品等の中で最も耐熱性が求められる部品である。ナノアンテナ群１３１には、効率良い散乱を実現可能であることに加え、温度上昇によって生じる熱劣化が生じにくい、或いは熱劣化を抑えられることが課題として求められる。Ａｇをはじめとする金属を材料とするナノアンテナ１３２では、高パワーの励起光を照射された際に生じる熱劣化が例えば誘電体等のような金属以外の材料に比べて大きい。

ナノアンテナ１３２の材料として、熱吸収性が高く熱劣化を起こしやすい金属以外に、誘電体、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を用いることが可能である。ナノアンテナ１３２の材料として誘電体や半導体が用いられる場合、蛍光体３４の射出面３４ｅ近傍での減少に関する原理は、上述したＬＳＰＲとレイリーアノマリとの結合ではなく、Ｍｉｅ散乱とレイリーアノマリとの結合によって生じるＬＳＲに基づく。

Ｍｉｅ共鳴とは、高い屈折率を有する微細構造に入射した光が閉じ込められ、微細構造の内部で共鳴することにより生じる現象である。Ｍｉｅ共鳴の状態は、ナノアンテナ１３２の形状と材料の屈折率に応じて決まる。ナノアンテナ１３２の材料が誘電体や半導体である場合、材料が金属である場合のＬＳＰＲと同様に、ナノアンテナ１３２の形状や材料の特性に応じて、特定の波長領域にピーク波長を有する消光（散乱）が生じる。Ｍｉｅ共鳴を生じる材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の誘電体や、Ｓｉ等の半導体、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の絶縁体が挙げられる。

ＬＳＰＲを生じる材料の一例であるＡｇの融点が９６１℃であるのに対し、Ｍｉｅ共鳴を生じる材料の融点はＡｇの融点よりも高い。例えば、Ｓｉの融点は１４１４℃であり、ＴｉＯ_２の融点は１８３４℃であり、ＳｉＯ_２の融点は１７００℃である。耐熱性の観点では、Ａｇ等の金属に比べてＴｉＯ_２等の誘電体やＳｉ等の半導体は、ナノアンテナ１３２の材料として好ましい。

前述の参照文献に開示されている結果を参照するとわかるように、ナノアンテナ１３２の材料としてＡｌ_２Ｏ_３等の誘電体が用いられた場合、Ａｌ等の金属が用いられた場合に比べて、散乱の値（散乱断面積）が小さく、放射光強度が弱い。一方、Ｓｉ等の材料では、可視波長域内の４００ｎｍ以上５００ｎｍの領域での光吸収係数が高いため、光吸収によって放射光強度が低下しやすい。

次に、第１実施形態の蛍光射出部１０１のナノアンテナの基本構造及び原理について説明する。図８及び図９に示すように、蛍光射出部１０１は、蛍光体３４と、蛍光体３４の射出面３４ｅに配置された第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１と、反射層３７と、を備える。なお、図２等の照射装置の構成を説明する図では、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１等のナノアンテナ群は省略されている。図８及び図９に示すように、蛍光射出部１０１では、前述の蛍光射出部１００のナノアンテナ群１３１が第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１によって構成され、蛍光体３４に反射層３７が設けられている。

蛍光体３４には、耐熱性及び表面加工性に優れた材料を用いることが好ましい。このような蛍光体３４として、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光粒子を分散させた蛍光体や、バインダーを用いずに蛍光粒子を焼結した蛍光体等が好適に用いられる。なお、蛍光粒子は、１種の材料を用いて形成された粒子であってもよいし、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であってもよい。

第１ナノアンテナ群１１１は、複数の第１ナノアンテナ１１２を有する。複数の第１ナノアンテナ１１２は、蛍光体３４の厚み方向に沿って平面視した際に、射出面３４ｅ上において射出面３４ｅ（励起光ＢＬ_Ｓの入射面）に入射する励起光ＢＬ_Ｓの照射領域ＢＡＲ外に互いに所定の間隔をあけて配置されている。第２ナノアンテナ群１２１は、複数の第２ナノアンテナ１２２を有する。複数の第２ナノアンテナ１２２は、蛍光体３４の厚み方向に沿って平面視した際に、射出面３４ｅ上の照射領域ＢＡＲ内に互いに所定の間隔をあけて配置されている。一部でも照射領域ＢＡＲと重なっている第２ナノアンテナ１２２は、照射領域ＢＡＲ内に配置されているものとみなす。励起光ＢＬ_Ｓは、図２に示す第１の集光光学系２６から集光された状態で、図８及び図９に示す照射領域ＢＡＲに入射する。第２ナノアンテナ群１２１は、例えば射出面３４ｅの略中心部の照射領域ＢＡＲ内に配置されている。

第１ナノアンテナ１１２及び第２ナノアンテナ１２２は、前述のナノアンテナ１３２と同様に、例えば円柱状に形成されている。第１ナノアンテナ１１２及び第２ナノアンテナ１２２の底面の形状は円形に限定されず、矩形、矩形以外の多角形、星形等であってもよい。但し、ナノアンテナ１３２で説明した理由と同様、第１ナノアンテナ１１２及び第２ナノアンテナ１２２の底面の形状は、中心に対して高い回転対称性を有する形状であることが好ましく、例えば真円或いは正多角形であることが好ましい。

複数の第１ナノアンテナ１１２と、複数の第２ナノアンテナ１２２とは、全体としてナノオーダーの周期構造を形成している。蛍光体３４の射出面３４ｅ上で、互いに隣り合う第１ナノアンテナ１１２の中心同士の間隔１１２ｓ、第２ナノアンテナ１２２の中心同士の間隔１２２ｓ、第１ナノアンテナ１１２の中心と第２ナノアンテナ１２２の中心との間隔１２３ｓは、互いに等しい。

間隔１１２ｓ、１２２ｓ、１２３ｓをまとめてナノアンテナピッチａと記載すると、ナノアンテナピッチａは、放射角の制御対象とする蛍光体３４の射出面３４ｅからの発光波長域において、レイリーアノマリの条件式を満たす範囲で設定されている。図８に例示するように複数の第１ナノアンテナ１１２と複数の第２ナノアンテナ１２２とが互い違いに配置されているように三角格子のレイリーアノマリの条件式は、次に示す（１）式で表される。

上述の（１）式において、ｋ_ｏｕｔは第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１から射出される蛍光ＹＬの波数ベクトルを表し、ｋ_ｉｎは第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１に入射する励起光ＢＬ_Ｓの波数ベクトルを表す。同式において、ｍ_１、ｍ_２は、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１における回折光の次数を定める整数を表す。

第１ナノアンテナ１１２の底面の最大幅１１２ｄと第２ナノアンテナ１２２の底面の最大幅１２２ｄとは、互いに等しい。第１ナノアンテナ１１２の高さ１１２ｈと第２ナノアンテナ１２２の高さ１２２ｈとは、互いに等しい。最大幅１１２ｄ、１２２ｄ及び高さ１１２ｈ、１２２ｈは、前述したナノアンテナの原理等を勘案し、ピッチａと併せて（１）式のレイリーアノマリの条件を満たすように適宜決められる。回折の関係式は、基本的に単一の入射角及び波長に対して定められる。蛍光体３４からの発光は入射角度に広がりを持ち且つ広い波長範囲を有するため、各々の代表的な値が抽出され、（１）式等に基づいてナノアンテナピッチａ及びその他の第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１に関するパラメータが決められる。レイリーアノマリの条件は、ナノアンテナピッチａ、励起光ＢＬ_Ｓの波長（入射波長）、励起光ＢＬ_Ｓの射出面３４ｅへの入射角度、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の周囲の屈折率を用いて算出され、第１ナノアンテナ１１２の材料及び第２ナノアンテナ１２２の材料には依存しない。

蛍光体３４の射出面３４ｅにおける照射領域ＢＡＲ外に配置されている第１ナノアンテナ群１１１と、射出面３４ｅにおける照射領域ＢＡＲ内に配置されている第２ナノアンテナ群１２１とは、互いに異なる２種類の材料によって形成されている。第１ナノアンテナ１１２の材料は、金属であり、例えばＡｇ、Ａｕ等である。第２ナノアンテナ１２２の材料は、少なくとも第１ナノアンテナ１１２の材料の融点よりも高い融点を有し、集光されて高いパワーに達した状態の励起光ＢＬ_Ｓが照射された際に熱劣化し難い材料である。つまり、第２ナノアンテナ１２２の材料は、第１ナノアンテナ１１２の材料に比べて光安定性及び耐熱性が高い。

第２ナノアンテナ１２２の材料としては、金属等の第１ナノアンテナ１１２の材料に比べて高い耐熱性を有する誘電体、半導体、或いは絶縁体が好適に用いられる。誘電体としては、例えばＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＧａＰ、Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。半導体としては、Ｓｉ等が挙げられる。絶縁体としては、ＳｉＯ_２等が挙げられる。詳細には、第２ナノアンテナ群１２１が蛍光体３４の射出面３４ｅに配置される範囲は、第２ナノアンテナ群１２１における励起光ＢＬ_Ｓの入射面１２１ｉに照射される励起光ＢＬ_Ｓの所定のビーム径と同程度であることが好ましい。所定のビーム径は、所謂１／ｅ^２径、或いは第２ナノアンテナ群１２１に入射するビーム（励起光ＢＬ_Ｓ）の全光量のうち８６．４％の光量が得られる直径であってもよい。

第１ナノアンテナ群１１１が射出面３４ｅに配置される範囲は、励起光ＢＬ_Ｓの所定のビーム径と同程度の領域以外である。第１ナノアンテナ１１２の材料としては、Ａｌ、Ａｇ、或いはＡｕ等の金属が好適に用いられる。これらの金属で第１ナノアンテナ群１１１が形成されることによって、蛍光ＹＬの放射角の制御を効率良く行うことができる。実際には、蛍光体３４の内部での散乱によって射出面３４ｅにおける発光面積ににじみが生じ、励起光ＢＬ_Ｓの射出面３４ｅでのビーム径よりも大きい範囲の領域から蛍光ＹＬが射出される。したがって、照射領域ＢＡＲに隣り合う外周領域にも蛍光ＹＬは入射する。蛍光体３４の厚みや散乱特性によっても射出面３４ｅにおける蛍光ＹＬのにじみ量は変化するため、にじみ量に応じて外周領域での第１ナノアンテナ１１２と第２ナノアンテナ１２２との領域比及び配置が適宜調整されていることが好ましい。

反射層３７は、蛍光体３４の射出面３４ｅとは反対側の表面３４ｂに設けられている。反射層３７としては、例えば高い反射率を有する金属膜或いは誘電体多層膜が用いられる。

第１実施形態の蛍光射出部１０１では、励起光ＢＬ_Ｓの照射領域ＢＡＲに主に配置された第２ナノアンテナ１２２の誘電体、半導体等のように耐熱性の高い材料におけるＭｉｅ共鳴とレイリーアノマリとの結合によってＳＬＲが生じ、第２ナノアンテナ１２２が配置された領域外では、ＬＳＰＲとレイリーアノマリとの結合によるＳＬＲが生じる。その結果、蛍光体３４からの高効率な蛍光ＹＬの取り出しと狭放射角化及び耐熱性向上とを両立させることができる。

第１実施形態の蛍光射出部１０１では、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々において、各ナノアンテナ群に応じた共鳴現象とレイリーアノマリとの相互作用によって、励起光ＢＬ、Ｂ１及び蛍光ＹＬの電場が増強される。金属で形成されている第１ナノアンテナ群１１１での電場増強は第２ナノアンテナ群１２１での電場増強よりも相対的に強いと考えられる。一方で上述のように第１ナノアンテナ１１２の金属材料よりも高い融点を有する材料で形成された第２ナノアンテナ群１２１の光安定性及び耐熱性は第１ナノアンテナ群１１１よりも高いと考えられる。したがって、蛍光体３４の法線方向から見た平面視で、少なくとも第２ナノアンテナ群１２１の配置領域ＮＡＲは、励起光ＢＬ_Ｓの照射領域ＢＡＲと重なっている。

励起光ＢＬ、Ｂ１及び蛍光ＹＬの電場増強の効果を高めつつ、蛍光体３４の熱劣化を抑える観点では、蛍光体３４の射出面３４ｅにおける第１ナノアンテナ群１１１の配置領域をなるべく大きくし、第２ナノアンテナ群１２１の配置領域はなるべく小さい方が好ましい。第２ナノアンテナ群１２１の配置領域ＮＡＲは、第２ナノアンテナ群１２１の入射面１２１ｉに照射される励起光ＢＬ_Ｓの光量の少なくとも半値幅、すなわち１／２径、或いは第２ナノアンテナ群１２１に入射する励起光ＢＬ_Ｓの全光量のうち５０％の光量が得られる直径の範囲内であってもよい。詳細には、第２ナノアンテナ群１２１の配置領域ＮＡＲを入射面１２１ｉに照射される励起光ＢＬ_Ｓの光量の１／２径の範囲内とするか、１／ｅ^２径の範囲内とするか、或いは前述の径以外の適当な径の範囲内とするかについては、第１ナノアンテナ１１２の材料の耐熱性やその他の特性に応じて決めることができる。

［第２実施形態］
次いで、本発明の第２実施形態について、図１０を用いて説明する。
蛍光射出部１０１に替えて次に説明する蛍光射出部１０２を備えること以外は、第２実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第１実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ａと同様の構成を備える。
第２実施形態以降の各実施形態において、第１実施形態等の前述の実施形態と共通する構成には、前述の実施形態の当該構成と同じ符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態の蛍光射出部１０２は、第１実施形態の蛍光射出部１０１の構成に対して、図１０に示すように蛍光体３４の射出面３４ｅにベース層１４１が設けられ、ベース層１４１の表面１４１ａに第１ナノアンテナ群１１１と第２ナノアンテナ群１２１とが配置され、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の露出している端面にカバー層１４２が設けられている。つまり、蛍光射出部１０２は、蛍光体３４と、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１と、反射層３７と、ベース層１４１と、カバー層１４２と、を備える。

ベース層１４１は、蛍光体３４の射出面３４ｅ全面に設けられている。カバー層１４２は、射出面３４ｅに接して射出面３４ｅ上に配置された複数の第１ナノアンテナ１１２の側面１１２ｃと、柱状に形成された第１ナノアンテナ１１２の２つの底面のうち射出面３４ｅと接する側とは反対側の底面１１２ａと、を覆っている。

ベース層１４１とカバー層１４２とに同一の材料が用いられることによって、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の周囲の屈折率が略同一とされる。その結果、第１実施形態の蛍光射出部１０１よりも強いＳＬＲが生じ、蛍光射出部１０２からの放射光強度が高まる。

なお、カバー層１４２の材料とベース層１４１の材料として、互いに異なる屈折率を有する誘電体が用いられた場合、カバー層１４２の屈折率におけるレイリーアノマリ条件と、ベース層１４１の屈折率におけるレイリーアノマリ条件とにずれが生じる。その結果、ベース層１４１とカバー層１４２とで異なる方向への回折光ＤＬに光エネルギーが分散される。

第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の周囲の誘電体の厚みは、ＬＳＰＲ等の近接場光が上述のように作用し得る範囲であればよく、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１への光閉じ込めによるＭｉｅ共鳴を妨げないように、「カバー層１４２の屈折率は第１ナノアンテナ１１２の屈折率よりも低い」という関係が成立している必要がある。

［第３実施形態］
次いで、本発明の第３実施形態について、図１１を用いて説明する。
蛍光射出部１０１に替えて次に説明する蛍光射出部１０３を備えること以外は、第３実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第１実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ａと同様の構成を備える。

第３実施形態の蛍光射出部１０３では、第１実施形態の蛍光射出部１０１の構成に対して、図１１に示すように第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄは第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄとは異なっていてもよい。図１１では、第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄが第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄよりも短い。ナノアンテナピッチａはレイリーアノマリの回折角を決定する要因であるため、第１ナノアンテナ１１２や第２ナノアンテナ１２２の間隔１１２ｓ、１２２ｓ、１２３ｓは互いに同一と想定する。一方、第１ナノアンテナ１１２や第２ナノアンテナ１２２の最大幅１１２ｄ、１２２ｄ及び高さ１１２ｈ、１２２ｈは、ナノアンテナ毎の共鳴の条件を決める要素である。つまり、最大幅１１２ｄ、１２２ｄ及び高さ１１２ｈ、１２２ｈは、第１ナノアンテナ群１１１におけるＬＳＰＲ、及び第２ナノアンテナ群１２１におけるＭｉｅ共鳴の条件を決める要素である。

第１ナノアンテナ群１１１におけるＬＳＰＲの条件を決める要素の一例として、第１ナノアンテナ１１２の最大幅（直径）１１２ｄに着目した。第１ナノアンテナ１１２の材料をＡｇとし、最大幅１１２ｄを変化させた場合の反射スペクトル分布についてシミュレーションを行った。シミュレーションにおける最大幅１１２ｄ以外のパラメータを下記のように設定した。なお、ｉは虚数単位である。
＊Ａｇの屈折率；波長５５０ｎｍで０．１３５＋ｉ３．２０
＊ナノアンテナピッチａ（＝互いに隣り合う第１ナノアンテナ１１２、１１２の中心同士の間隔）；４５０ｎｍ
＊第１ナノアンテナ１１２の高さ１１２ｈ；５０ｎｍ
上述のシミュレーションでは、最大幅１１２ｄの変化に対するＬＳＰＲの変化をわかりやすく説明するために、蛍光体３４の射出面３４ｅに第１ナノアンテナ１１２のみが形成され、最大幅１１２ｄ以外の上述のパラメータの値は固定した。

図１２から図１４に、最大幅１１２ｄが２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍである場合のシミュレーション結果を示す。図１２から図１４において破線で囲んで示したように、最大幅１１２ｄに応じてＬＳＰＲの波長域及び共鳴強さが変化し、最大幅１１２ｄが大きくなる程、ＬＳＰＲのピーク波長（中心波長）が長波長側にシフトすることが分かる。

したがって、放射角の制御の対象とする波長、つまり蛍光ＹＬのピーク波長に合わせて第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄの最適化が必要となる。蛍光射出部１０３では、Ｍｉｅ共鳴を原理として作用させる領域（照射領域ＢＡＲ内）とＬＳＰＲを原理として作用させる領域（照射領域ＢＡＲ外）とで互いに異なる材料及び共鳴現象を用いているため、第１ナノアンテナ１１２の最適な最大幅１１２ｄと第２ナノアンテナ１２２の最適な最大幅（直径）１２２ｄとは、互いに異なる。第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々において、放射角の制御の対象とする波長域と共鳴波長域とを一致させることによって、放射光強度が強いナノアンテナ構造を実現することができる。言い換えると、第１ナノアンテナ群１１１でＬＳＰＲによって共鳴するピーク波長が蛍光ＹＬのピーク波長と近く、例えばピーク波長同士の差が５０ｎｍ以内であることが好ましい。また、第２ナノアンテナ群１２１でＭｉｅ共鳴によって共鳴するピーク波長が励起光ＢＬ_Ｓのピーク波長と近く、例えばピーク波長同士の差が５０ｎｍ以内であることが好ましい。

第３実施形態の蛍光射出部１０３では、第２実施形態の蛍光射出部１０２の構成に対して、上述のように各ナノアンテナ群で作用する共鳴現象に応じて、第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄは第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄとは異なっていてもよい。

［第４実施形態］
次いで、本発明の第４実施形態について、図１５を用いて説明する。
蛍光射出部１０１に替えて次に説明する蛍光射出部１０４を備えること以外は、第４実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第１実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ａと同様の構成を備える。

第４実施形態の蛍光射出部１０４は、第１実施形態の蛍光射出部１０１の構成に対して、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１が蛍光層（蛍光体）１４０の内部に配置されている。図１５に示すように、蛍光射出部１０４では、第１実施形態の蛍光射出部１０１の構成に対して、蛍光体３４に替えて透明基板１６０が配置され、励起光ＢＬ_Ｓの入射側に露出している透明基板１６０の表面１６０ａと第１ナノアンテナ群１１１と第２ナノアンテナ群１２１とを覆うように蛍光層１４０が設けられている。つまり、蛍光射出部１０２は、透明基板１６０と、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１と、反射層３７と、蛍光層１４０と、を備える。

第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１とは、透明基板１６０において励起光ＢＬ_Ｓの入射側の表面１６０ａに設けられている。第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄ、高さ１１２ｈと、第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄ、高さ１２２ｈ、及びナノアンテナピッチａ等の寸法や材料については、第１実施形態の蛍光射出部１０１の第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の寸法や材料と同様に考えられる。

第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の作製工程において、焼結ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光粒子等のように、蛍光体として形成した際に蛍光体の内部に気泡が入る材料を上述の蛍光射出部１０１－１０３の各々の蛍光体３４に用いた場合には、射出面３４ｅに凹凸が生じる。射出面３４ｅに凹凸が生じると、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１を射出面３４ｅに直接作製することは困難であり、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１を作製する前に蛍光体３４の射出面３４ｅの平坦化処理が必要であり、蛍光射出部の作製のプロセス数が増加する。

透明基板１６０は、少なくとも励起光ＢＬＳ及び蛍光ＹＬの各波長帯において透明であって、例えば励起光ＢＬ_Ｓ及び蛍光ＹＬの各波長帯の光に対して９０％以上の全光透過率を有することが好ましい。透明基板１６０としては、例えば石英（ＳｉＯ_２）からなる基板等が好適に用いられる。

蛍光層１４０に含まれる蛍光粒子としては、例えばＹＡＧ系蛍光体が用いられる。なお、蛍光粒子は、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であってもよい。蛍光層１４０として耐熱性及び表面加工性に優れた材料を用いることが好ましいことは、蛍光体３４と同様である。蛍光層１４０の材料として、例えばＢＡＳＦ社のＬｕｍｏｇｅｎＦシリーズ染料等の色素蛍光体を用いた場合、蛍光層１４０の作製工程において、前述の材料を塗布する方法によって第１ナノアンテナ群１１１と第２ナノアンテナ群１２１とを厚み方向で蛍光層１４０の内部に容易に配置することができる。

反射層３７は、透明基板１６０の表面１６０ａとは反対側の１６０ｂに設けられている。蛍光射出部１０４では、励起光ＢＬ_Ｓによって励起された蛍光層１４０から発せられた蛍光ＹＬ及び蛍光層１４０を通った青色光ＢＬの一部は、透明基板１６０を通り、反射層３７によって反射され、透明基板１６０及び蛍光層１４０を通り、蛍光射出部１０４から射出される。

第４実施形態の蛍光射出部１０４によれば、第１実施形態の蛍光射出部１０１と同様に、励起光ＢＬ_Ｓの照射領域ＢＡＲにおいて第２ナノアンテナ１２２の材料としての誘電体或いは半導体等の耐熱性の高い材料が用いられ、照射領域ＢＡＲ外において第１ナノアンテナ１１２の材料として金属が用いられている。その結果、蛍光ＹＬの効率的な放射角の制御を行い、蛍光層１４０からの高効率な蛍光ＹＬの取り出しと狭放射角化及び耐熱性向上とを両立させることができる。

［第５実施形態］
次いで、本発明の第５実施形態について、図１６を用いて説明する。
蛍光射出部１０１に替えて次に説明する蛍光射出部１０５を備えること以外は、第５実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第１実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ａと同様の構成を備える。

第５実施形態の蛍光射出部１０５は、第２実施形態の蛍光射出部１０２の構成に対して、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１と、ベース層１４１及びカバー層１４２とが蛍光層１４０の内部に配置されている。図１６に示すように、蛍光射出部１０５では、第２実施形態の蛍光射出部１０２の構成に対して、蛍光体３４に替えて透明基板１６０が配置され、励起光ＢＬ_Ｓの入射側に露出しているベース層１４１の表面１４１ａとカバー層１４２とを覆うように蛍光層１４０が設けられている。つまり、蛍光射出部１０５は、透明基板１６０と、ベース層１４１と、カバー層１４２と、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１と、反射層３７と、蛍光層１４０と、を備える。

蛍光射出部１０５では、第２実施形態の蛍光射出部１０２と同様に、ベース層１４１とカバー層１４２とに同一の材料が用いられることによって、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の周囲の屈折率が略同一とされる。そのような蛍光射出部１０５によれば、第４実施形態の蛍光射出部１０４よりも強いＳＬＲが生じ、蛍光射出部１０５からの放射光強度を高くすることができる。第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の周囲のベース層１４１及びカバー層１４２の厚みは、ＬＳＰＲ等の近接場光の影響が及ぶ範囲であればよく、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２実施形態で説明した理由と同じ理由によって、カバー層１４２の屈折率は第１ナノアンテナ１１２の屈折率よりも低いという関係が成立している必要がある。

［第６実施形態］
次いで、本発明の第６実施形態について、図１７を用いて説明する。
蛍光射出部１０１に替えて次に説明する蛍光射出部１０６を備えること以外は、第６実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第１実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ａと同様の構成を備える。

第６実施形態の蛍光射出部１０６は、第３実施形態の蛍光射出部１０３の構成に対して、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１とが蛍光層１４０の内部に配置されている。図１７に示すように、蛍光射出部１０６では、第３実施形態の蛍光射出部１０３の構成に対して、蛍光体３４に替えて透明基板１６０が配置され、励起光ＢＬ_Ｓの入射側に露出している透明基板１６０の表面１６０ａと第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１とを覆うように蛍光層１４０が設けられている。つまり、蛍光射出部１０６は、透明基板１６０と、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１と、反射層３７と、蛍光層１４０と、を備える。

第６実施形態の蛍光射出部１０６では、第４実施形態の蛍光射出部１０４の構成に対して、図１７に示すように第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄは第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄとは異なっていてもよい。図１７では、第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄが第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄよりも短い例を示している。第３実施形態で説明したようにナノアンテナピッチａはレイリーアノマリの回折角を決定する要因であるため、第１ナノアンテナ１１２や第２ナノアンテナ１２２の間隔１１２ｓ、１２２ｓ、１２３ｓは互いに同一である。一方、第１ナノアンテナ１１２や第２ナノアンテナ１２２の最大幅１１２ｄ、１２２ｄ及び高さ１１２ｈ、１２２ｈは、第１ナノアンテナ群１１１におけるＬＳＰＲ、及び第２ナノアンテナ群１２１におけるＭｉｅ共鳴の条件に応じて決められる。

第３実施形態で説明した理由と同様の理由から、蛍光射出部１０６では、Ｍｉｅ共鳴を原理として作用させる領域（照射領域ＢＡＲ内）とＬＳＰＲを原理として作用させる領域（照射領域ＢＡＲ外）とで互いに異なる材料及び共鳴現象を用いているため、第１ナノアンテナ１１２の最適な最大幅（直径）１１２ｄと第２ナノアンテナ１２２の最適な最大幅（直径）１２２ｄとは、互いに異なる。第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々において、放射角の制御の対象とする波長域と共鳴波長域とを一致させることによって、放射光強度が強いナノアンテナ構造を実現することができる。

［第７実施形態］
次いで、本発明の第７実施形態について、図１７及び図１８を用いて説明する。
照明装置２Ａに替えて次に説明する照明装置２Ｂを備えること以外は、第７実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクター１と同様の構成を備える。

（照明装置）
第７実施形態の照明装置２は、光源装置１２を備える照明装置２Ｂである。図１８に示すように、照明装置２Ｂは、光源装置１２と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３Ａと、を備える。

光源装置１２は、アレイ光源２０と、コリメーター光学系２２と、集光光学系４２と、ダイクロイック膜５２と、透過型の蛍光射出部１５０と、ピックアップ光学系６０と、を備える。アレイ光源２０と、コリメーター光学系２２と、集光光学系４２と、蛍光射出部１５０と、ピックアップ光学系６０とは、光軸ＡＸ２上に順次並んで配置されている。

アレイ光源２０は、固体光源としての複数の半導体レーザー（光源）２１を備える。複数の半導体レーザー２１は、光軸ＡＸ２と直交する面内において、アレイ状に配置されている。

集光光学系４２は、例えば１枚の凸レンズ４２Ａから構成されている。集光光学系４２は、アレイ光源２０から射出される励起光ＢＬの光軸ＡＸ２上に配置され、コリメーター光学系２２によって平行光に変換された励起光ＢＬを蛍光射出部１５０上に集光させる。

蛍光射出部１５０は、アレイ光源２０から射出される青色の励起光ＢＬの一部を透過させ、残りの励起光ＢＬを蛍光ＹＬに変換する機能を有する。蛍光射出部１５０は、残りの励起光Ｂを吸収して赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光ＹＬを射出する蛍光体粒子を含んでいる。蛍光ＹＬの発光強度のピーク波長は、例えば約５５０ｎｍである。

ダイクロイック膜５２は、蛍光射出部１５０における励起光ＢＬの入射側に設けられ、光軸ＡＸ２に沿った方向で蛍光射出部１５０に隣接するように配置されている。ダイクロイック膜５２は、励起光ＢＬを透過させて蛍光ＹＬを反射させる。蛍光ＹＬと蛍光射出部１５０とを透過した励起光ＢＬの一部の光、すなわち青色光とが合成されることによって白色の照明光ＷＬが生成される。

ピックアップ光学系６０は、例えばピックアップレンズ６２とピックアップレンズ６４とを備える。ピックアップ光学系６０は、蛍光射出部１５０から射出される照明光ＷＬを取り込むとともに略平行光に変換してインテグレーター光学系３１に向けて射出する。インテグレーター光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１Ｃ、レンズアレイ３１Ｄを備える。レンズアレイ３１Ｃ、３１Ｄの各々では、光軸ＡＸ２に直交する方向に沿って複数のマイクロレンズが配列されている。

第１実施形態の照明装置２Ａで説明したように、インテグレーター光学系３１に入射した後にインテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３Ａとインテグレーター光学系３１との協同によって、被照明領域における照度の分布が均一化された照明光ＷＬを生成する。上述したように、照明装置２Ｂは、照明光ＷＬを生成する。

第７実施形態の照明装置２Ｂによれば、光軸ＡＸ２に沿って概ね直線的な光学系配置が可能であり、光学系の組み立て及び設計を容易に行うことができる。

（蛍光射出部）
第７実施形態の蛍光射出部１５１は、第１実施形態の蛍光射出部１０１の構成において、反射層３７を備えず、反射層３７に替えて上述のダイクロイック膜５２が用いられている。つまり、蛍光射出部１５１は、蛍光体３４と、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１と、を備える。

第１実施形態の蛍光射出部１５１では、励起光ＢＬ及び蛍光ＹＬは蛍光体３４の射出面３４ｅから射出されると共に、励起光ＢＬ_Ｓは射出面３４ｅからも入射する。第７実施形態の蛍光射出部１５１では、励起光ＢＬ及び蛍光ＹＬは蛍光体３４の射出面３４ｅから射出されるが、集光光学系４２から射出された励起光ＢＬは蛍光体３４の射出面３４ｅとは反対側の表面（入射面）３４ｂから蛍光体３４に入射する。

複数の第１ナノアンテナ１１２は、射出面３４ｅ上において射出面３４ｅ（励起光ＢＬ_Ｓの射出面）から射出される励起光ＢＬの照射領域ＢＡＱ外にナノアンテナピッチａで配置されている。照射領域ＢＡＱは、第１実施形態で説明した照射領域ＢＡＲと略同じ大きさを有するが、蛍光体３４の厚み及び射出光ＴＬの回折度合い等によって正確には照射領域ＢＡＲに比べて僅かに大きい。射出光ＴＬは、図１８に示すピックアップ光学系６０に入射する青色光である。詳細には、第２ナノアンテナ群１２１が蛍光体３４の射出面３４ｅに配置される範囲は、第２ナノアンテナ群１２１における射出光ＴＬの射出面１２１ｅに照射される射出光ＴＬの所定のビーム径と同程度であることが好ましい。所定のビーム径は、所謂１／ｅ^２径、或いは第２ナノアンテナ群１２１に入射するビーム（射出光ＴＬ）の全光量のうち８６．４％の光量が得られる直径であってもよい。

第７実施形態の蛍光射出部１５１によれば、高いパワーを有する射出光ＴＬの照射領域ＢＡＱ内に配置された第２ナノアンテナ１２２の耐熱性の高い材料におけるＭｉｅ共鳴とレイリーアノマリとの結合によってＳＬＲが生じ、照射領域ＢＡＱ外では第１ナノアンテナの金属材料におけるＬＳＰＲとレイリーアノマリとの結合によるＳＬＲが生じる。その結果、蛍光体３４からの高効率な蛍光ＹＬの取り出しと狭放射角化及び耐熱性向上とを両立させることができる。

第７実施形態の蛍光射出部１５１では、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々において、各ナノアンテナ群に応じた共鳴現象とレイリーアノマリとの相互作用によって、励起光Ｂ１及び蛍光ＹＬの電場が増強される。蛍光体３４の法線方向から見た平面視で、少なくとも第２ナノアンテナ群１２１の配置領域ＮＡＲは、励起光ＢＬの照射領域ＢＡＱと重なっている。励起光Ｂ１及び蛍光ＹＬの電場増強の効果を高めつつ、蛍光体３４の熱劣化を抑える観点では、蛍光体３４の射出面３４ｅにおける第２ナノアンテナ群１２１の配置領域ＮＡＲは、第２ナノアンテナ群１２１の射出面１２１ｅに照射される励起光ＢＬ_Ｓの光量の半値幅、すなわち１／２径、或いは第２ナノアンテナ群１２１に入射する励起光ＢＬ_Ｓの全光量のうち５０％の光量が得られる直径の範囲内であってもよく、なるべく小さい方が好ましい。透過型の蛍光射出部と同様に、第２ナノアンテナ群１２１の配置領域ＮＡＲを射出面１２１ｅに照射される励起光ＢＬ_Ｓの光量の１／２径の範囲内とするか、１／ｅ^２径の範囲内とするか、或いは前述の径以外の適当な径の範囲内とするかについては、第１ナノアンテナ１１２の材料の耐熱性やその他の特性に応じて決めることができる。

［第８実施形態］
次いで、本発明の第８実施形態について、図２０を用いて説明する。
蛍光射出部１５１に替えて次に説明する蛍光射出部１５２を備えること以外は、第８実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第７実施形態のプロジェクター及び照明装置２Ｂと同様の構成を備える。

第８実施形態の蛍光射出部１５２は、第７実施形態の蛍光射出部１５１の構成に対して、図２０に示すように蛍光体３４の射出面３４ｅにベース層１４１が設けられ、ベース層１４１の表面１４１ａに第１ナノアンテナ群１１１と第２ナノアンテナ群１２１とが配置され、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の露出している端面にカバー層１４２が設けられている。つまり、蛍光射出部１５２は、蛍光体３４と、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１と、ベース層１４１と、カバー層１４２と、を備える。

第２実施形態で説明したように、ベース層１４１とカバー層１４２とに同一の材料が用いられることによって、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の周囲の屈折率が略同一とされる。第８実施形態の蛍光射出部１５２によれば、、例えば第７実施形態の蛍光射出部１５１よりも強いＳＬＲが生じ、蛍光射出部１５２からの放射光強度を高めることができる。

なお、カバー層１４２の材料とベース層１４１の材料として、互いに異なる屈折率を有する誘電体が用いられた場合、カバー層１４２の屈折率におけるレイリーアノマリ条件と、ベース層１４１の屈折率におけるレイリーアノマリ条件とにずれが生じるため、各々の条件に対応させ、ベース層１４１及びカバー層１４２の各材料を選定する必要がある。

［第９実施形態］
次いで、本発明の第９実施形態について、図２１を用いて説明する。
蛍光射出部１５１に替えて次に説明する蛍光射出部１５３を備えること以外は、第９実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第７実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ｂと同様の構成を備える。

第９実施形態の蛍光射出部１５３では、第１実施形態の蛍光射出部１５１の構成に対して、図２１に示すように第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄは第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄとは異なっていてもよい。図２１では、第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄが第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄよりも短い。第３実施形態で説明したように、ナノアンテナピッチａはレイリーアノマリの回折角を決定する要因であるため、第１ナノアンテナ１１２や第２ナノアンテナ１２２の間隔１１２ｓ、１２２ｓ、１２３ｓは互いに同一と想定する。一方、第１ナノアンテナ１１２や第２ナノアンテナ１２２の最大幅１１２ｄ、１２２ｄ及び高さ１１２ｈ、１２２ｈは、ナノアンテナ毎の共鳴の条件に応じて適宜決められることが好ましい。

第３実施形態で説明した理由と同様の理由から、蛍光射出部１５３では、Ｍｉｅ共鳴を原理として作用させる領域（照射領域ＢＡＱ内）とＬＳＰＲを原理として作用させる領域（照射領域ＢＡＱ外）とで互いに異なる材料及び共鳴現象を用いているため、第１ナノアンテナ１１２の最適な最大幅（直径）１１２ｄと第２ナノアンテナ１２２の最適な最大幅（直径）１２２ｄとは、互いに異なる。第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々において、放射角の制御の対象とする波長域と共鳴波長域とを一致させることによって、第９実施形態の蛍光射出部１５３によれば放射光強度が強いナノアンテナ構造を実現することができる。

［第１０実施形態］
次いで、本発明の第１０実施形態について、図２２を用いて説明する。
蛍光射出部１５１に替えて次に説明する蛍光射出部１５４を備えること以外は、第１０実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第７実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ｂと同様の構成を備える。

第１０実施形態の蛍光射出部１５４では、第７実施形態の蛍光射出部１５１の構成において、蛍光体３４の表面３４ｂに第３ナノアンテナ群１２５が設けられている。蛍光体３４に高いパワーを有する励起光ＢＬをエネルギー密度の高い状態で入射させると、蛍光体３４の温度が上昇する。蛍光体３４の温度上昇は、蛍光体３４の波長変換効率の低下を招くことが知られている。したがって、励起光ＢＬのエネルギーを１か所で過度に集中させないことによって、温度上昇による蛍光体３４の変換効率の低下を抑制することが可能である。

第３ナノアンテナ群１２５は、複数の第３ナノアンテナ１２６を有する。複数の第３ナノアンテナ１２６は、蛍光体３４の表面３４ｂ上での励起光ＢＬの照射領域ＢＡＲ内に互いに所定の間隔をあけて配置されている。一部でも照射領域ＢＡＲと重なっている第３ナノアンテナ１２６は、照射領域ＢＡＲ内に配置されているものとみなす。励起光ＢＬ_Ｓは、図２に示す第１の集光光学系２６から集光された状態で、図２２に示す照射領域ＢＡＲに入射する。第３ナノアンテナ群１２５は、例えば蛍光体３４の表面３４ｂの略中心部の照射領域ＢＡＲ内に配置され、図１８に示すダイクロイック膜５２に接し、光軸ＡＸ２に沿った方向でダイクロイック膜５２内に配置されている。

図２２に示す第３ナノアンテナ１２６は、例えば円柱状に形成されているが、円形に限定されず、矩形、矩形以外の多角形、星形状に形成されていてもよい。但し、ナノアンテナ１３２で説明した理由と同様、第３ナノアンテナ１２６の底面の形状は、中心に対して高い回転対称性を有する形状であることが好ましく、例えば真円或いは正多角形であることが好ましい。

蛍光体３４の表面３４ｂ上で、互いに隣り合う第３ナノアンテナ１２６の中心同士の間隔１２６ｓは、互いに等しい。第３ナノアンテナ群１２５は、蛍光体３４の表面３４ｂに入射する励起光ＢＬのビーム径を少しでも拡げ、エネルギー密度を緩和させるために設けられている回折格子である。そのため、複数の第３ナノアンテナ１２６のの間隔１２６ｓは、励起光ＢＬの波長（ピーク波長、或いは代表的な波長）、及び励起光ＢＬを蛍光体３４へ回折させる角度（光軸ＡＸ２に対する回折角度）に応じて、回折格子の式に基づき適宜決定される。

励起光ＢＬを蛍光体３４へ回折させる角度は、例えば４５°より小さいことが好ましい。励起光ＢＬを蛍光体３４へ回折させる角度が過度に大きい場合、蛍光体３４の内部における励起光ＢＬの光軸ＡＸ２に直交する方向でのにじみが大きく、蛍光体３４から射出される励起光（透過光）Ｂ１のビームサイズが拡大され、照明装置２Ｂのエテンデューが増加する虞がある。

第３ナノアンテナ１２６の材料は、高いパワーを有する励起光ＢＬが照射された際の温度上昇による熱劣化を抑える点から、温度上昇に強い誘電体或いは半導体であることが好ましい。誘電体としては、例えばＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＧａＰ、Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。

第１０実施形態の蛍光射出部１５４では、蛍光体３４において励起光ＢＬが入射する表面３４ｂ上の照射領域ＢＡＲに第３ナノアンテナ群１２５が設けられているため、励起光ＢＬを回折させ、蛍光体３４へ入射する励起光ＢＬのエネルギーを低減させることができる。したがって、第１０実施形態の蛍光射出部１５４によれば、励起光ＢＬのエネルギー密度を蛍光体３４における入射側に設けられた第３ナノアンテナ群１２５により低下させ、温度上昇による蛍光体３４の変換効率の低下を抑制し、高い光利用効率を得ることができる。

［第１１実施形態］
次いで、本発明の第１１実施形態について、図２３を用いて説明する。
蛍光射出部１５１に替えて次に説明する蛍光射出部１５５を備えること以外は、第１１実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第７実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ｂと同様の構成を備える。

第１１実施形態の蛍光射出部１５５では、第７実施形態の蛍光射出部１５１の構成に対して、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１が蛍光層（蛍光体）１４０の内部に配置されている。図２３に示すように、蛍光射出部１５５では、第７実施形態の蛍光射出部１５１の構成において、蛍光体３４に替えて透明基板１６０が配置され、励起光ＢＬの入射側に露出している透明基板１６０の表面１６０ａと第１ナノアンテナ群１１１と第２ナノアンテナ群１２１とを覆うように蛍光層１４０が設けられている。

第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１とは、透明基板１６０において励起光Ｂ１及び蛍光ＹＬの射出側の表面１６０ａに設けられている。第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄ、高さ１１２ｈと、第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄ、高さ１２２ｈ、及びナノアンテナピッチａ等の寸法や材料については、第７実施形態の蛍光射出部１５１の第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の寸法や材料と同様に想定されている。

蛍光射出部１５５の蛍光層１４０及び透明基板１６０の好適な条件及び材料については、第４実施形態の蛍光射出部１０４の蛍光層１４０及び透明基板１６０と同様に考えられる。

第１１実施形態の蛍光射出部１５５では、蛍光体として形成した際に内部に気泡が入る材料を用いずに、前述したＬｕｍｏｇｅｎＦシリーズ染料等の材料を塗布する方法によって第１ナノアンテナ群１１１と第２ナノアンテナ群１２１とを厚み方向で蛍光層１４０の内部に容易に配置することができる。また、第１１実施形態の蛍光射出部１５５によれば、第７実施形態の蛍光射出部１５１と同様に、励起光ＢＬの照射領域ＢＡＱにおいて第２ナノアンテナ１２２の材料としての誘電体或いは半導体等の耐熱性の高い材料が用いられ、照射領域ＢＡＱ外に第１ナノアンテナ１１２の材料として金属が用いられている。その結果、蛍光ＹＬの効率的な放射角の制御を行い、蛍光層１４０からの高効率な蛍光ＹＬの取り出しと狭放射角化及び耐熱性向上とを両立させることができる。

［第１２実施形態］
次いで、本発明の第１２実施形態について、図２４を用いて説明する。
蛍光射出部１５１に替えて次に説明する蛍光射出部１５６を備えること以外は、第１２実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第７実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ｂと同様の構成を備える。

第１２実施形態の蛍光射出部１５６では、第８実施形態の蛍光射出部１５２の構成に対して、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１と、ベース層１４１及びカバー層１４２とが蛍光層１４０の内部に配置されている。図２４に示すように、蛍光射出部１５６では、第８実施形態の蛍光射出部１５２の構成に対して、蛍光体３４に替えて透明基板１６０が配置され、励起光ＢＬの射出側に露出しているベース層１４１の表面１４１ａとカバー層１４２とを覆うように蛍光層１４０が設けられている。

蛍光射出部１５６では、第２実施形態の蛍光射出部１０２と同様に、ベース層１４１とカバー層１４２とに同一の材料が用いられることによって、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の周囲の屈折率が略同一とされる。そのような蛍光射出部１５６によれば、第１０実施形態の蛍光射出部１５５よりも強いＳＬＲが生じ、蛍光射出部１５６からの放射光強度を高くすることができる。また、第２実施形態で説明した理由と同じ理由によって、カバー層１４２の屈折率は第１ナノアンテナ１１２の屈折率よりも低いという関係が成立している必要がある。

［第１３実施形態］
次いで、本発明の第１３実施形態について、図２５を用いて説明する。
蛍光射出部１５１に替えて次に説明する蛍光射出部１５７を備えること以外は、第１３実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第７実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ｂと同様の構成を備える。

第１３実施形態の蛍光射出部１５７では、第９実施形態の蛍光射出部１５３の構成に対して、図２５に示すように、第１ナノアンテナ群１１１と、第２ナノアンテナ群１２１とが蛍光層１４０の内部に配置されている。蛍光射出部１５７では、第１１実施形態の蛍光射出部１５５の構成に対して、図２５に示すように第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄは第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄとは異なっていてもよい。図２５では、第２ナノアンテナ１２２の最大幅１２２ｄが第１ナノアンテナ１１２の最大幅１１２ｄよりも短い例を示している。第１ナノアンテナ１１２や第２ナノアンテナ１２２に関する寸法の好適な決め方については、第３実施形態や第６実施形態で説明した通りである。

第３実施形態で説明した理由と同様の理由から、第１３実施形態の蛍光射出部１５７では、Ｍｉｅ共鳴を原理として作用させる領域（主に、照射領域ＢＡＲ内）とＬＳＰＲを原理として作用させる領域（主に、照射領域ＢＡＲ外）とで互いに異なる材料及び共鳴現象を用いている。第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々において、放射角の制御の対象とする波長域と共鳴波長域とを一致させることによって、蛍光射出部１５７で放射角強度が強いナノアンテナ構造を実現することができる。

［第１４実施形態］
次いで、本発明の第１４実施形態について、図２６を用いて説明する。
蛍光射出部１５１に替えて次に説明する蛍光射出部１５８を備えること以外は、第１４実施形態のプロジェクター及び照明装置は、第７実施形態のプロジェクター１及び照明装置２Ｂと同様の構成を備える。

第１４実施形態の蛍光射出部１５８では、第１１実施形態の蛍光射出部１５５の構成において、蛍光体３４の表面３４ｂの照射領域ＢＡＲ内に第３ナノアンテナ群１２５が設けられている。

第１４実施形態の蛍光射出部１５８では、蛍光体３４において励起光ＢＬが入射する表面３４ｂ上の照射領域ＢＡＲに第３ナノアンテナ群１２５が設けられているため、第３ナノアンテナ群１２５で励起光ＢＬを回折させ、蛍光体３４へ入射する励起光ＢＬのエネルギーを低減させることができる。第１４実施形態の蛍光射出部１５８によれば、励起光ＢＬのエネルギー密度を第３ナノアンテナ群１２５により低下させ、温度上昇による蛍光体３４の変換効率の低下を抑制し、高い光利用効率を得ることができる。

［第１５実施形態］
次いで、本発明の第１５実施形態について、図２７及び図２８を用いて説明する。
照明装置２Ａに替えて次に説明する照明装置２Ｃを備えること以外は、第１５実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクター１と同様の構成を備える。

（照明装置）
第１５実施形態の照明装置２は、光源装置１３を備える照明装置２Ｃである。図２７に示すように、照明装置２Ｃは、光源装置１３と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３Ａと、を備える。

光源装置１３は、図１８に示す照明装置２Ｂと同様のアレイ光源２０と、コリメーター光学系２２と、集光光学系２３と、ピックアップ光学系６０に加え、蛍光体ホイール５０を備える。アレイ光源２０と、コリメーター光学系２２と、集光光学系２３と、ダイクロイック膜５２と、透過型の蛍光体ホイール５０と、ピックアップ光学系６０とは、光軸ＡＸ２上に順次並んで配置されている。但し、蛍光体ホイール５０の回転軸Ｏと光軸ＡＸ２とは、光軸ＡＸ２に直交する方向で互いにずれている。光軸ＡＸ２に沿った方向において、蛍光体ホイール５０は、集光光学系４２とピックアップ光学系６０との間に配置されている。

光源装置１３では、集光光学系４２は、コリメーター光学系２２によって平行光に変換された励起光ＢＬを蛍光体ホイール５０上に配置された蛍光射出部１５０に集光させる。蛍光体ホイール５０は、回転基板２５０と、蛍光射出部１５０と、ダイクロイック膜５２と、モーター５５と、を備える。回転基板２５０は、例えば少なくとも励起光ＢＬや蛍光ＹＬに対する透過性を有するガラスや樹脂によって構成されている。

回転基板２５０は、回転軸Ｏの方向から見て円形に形成されているが、円形に限定されず、例えば多角形に形成されてもよい。モーター５５は、所定の回転軸Ｏ周りに回転基板２５０を回転させる。回転基板２５０は、回転基板２５０に入射する励起光ＢＬの光軸ＡＸ２に略直交する面内で回転する。

ダイクロイック膜５２と蛍光射出部１５０とは、回転基板２５０において励起光ＢＬが入射する側とは反対側の表面２５０ａに順次設けられている。蛍光射出部１５０には、上述した第７実施形態の蛍光射出部１５１から第１４実施形態の蛍光射出部１５８の何れかのの蛍光射出部を適用することができる。つまり、ダイクロイック膜５２は、蛍光射出部１５０の蛍光体３４の表面３４ｂ又は透明基板１６０の表面１６０ｂと回転基板２５０の表面２５０ａとの間に配置されている。

回転基板２５０に対する励起光ＢＬの入射領域は、回転基板２５０の中心、すなわち回転軸Ｏから径方向において中心と外周縁との間の所定の領域で、回転軸Ｏを中心とする周方向全域にわたる。つまり、回転軸Ｏに沿った方向からの平面視では、図２８に示すように、励起光ＢＬの入射領域は所定の幅を有して環状に分布している。第１５実施形態では、回転基板２５０の表面２５０ａの回転軸Ｏから径方向で励起光Ｂ１の照射領域ＢＡＱに相当する領域で回転軸Ｏを中心とする周方向全域に第２ナノアンテナ群１２１が形成されている。表面２５０ａにおいて、回転軸Ｏを中心として径方向で照射領域ＢＡＱよりも大きい領域であって且つ蛍光ＹＬの照射領域ＢＡＯに相当する領域で回転軸Ｏを中心とする周方向全域に第１ナノアンテナ群１１１が形成されている。

図２８に示す蛍光体ホイール５０の蛍光射出部１５０として、第１１実施形態の蛍光射出部１５５から第１４実施形態の蛍光射出部１５８の何れかの蛍光射出部が配置される場合は、回転基板２５０は透明基板１６０として適用されてもよい。また、蛍光体ホイール５０の蛍光射出部１５０として第１４実施形態の蛍光射出部１５８が配置される場合は、回転基板２５０において励起光ＢＬが入射する側の表面２５０ｂにおいて、回転軸Ｏを中心として径方向で照射領域ＢＡＱよりも小さい励起光ＢＬの照射領域ＢＡＲに相当する領域（図示略）であって且つ回転軸Ｏを中心とする周方向全域に第３ナノアンテナ群１２５が形成されていてもよい。

第１５実施形態の蛍光射出部１５０によれば、回転基板２５０の表面２５０ａにおいて平面視環状のアンテナ領域のうち、径方向で励起光ＢＬが入射する中心位置付近の照射領域ＢＡＱ内には金属よりも高い耐熱性を有する誘電体等の材料が用いられ、照射領域ＢＡＱよりも径方向外側の照射領域ＢＡＯには金属が用いられ、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１によって効率的な放射角の制御が可能である。また、第１５実施形態の蛍光射出部１５０及び照明装置２Ｃでは、蛍光体ホイール５０にモーター５５等の回転機構が設けられることによって、蛍光体３４への励起光ＢＬのエネルギー集中を抑え、光源としての高効率化が可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。また、複数の実施形態の構成要素は適宜組み合わせ可能である。

例えば、上述の各実施形態の蛍光射出部では、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の周囲の屈折率は均一であると想定した。しかしながら、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の周囲の屈折率が局所的或いは連続的に変化している場合等では、屈折率の変化に応じて、第１ナノアンテナ群１１１の複数の第１ナノアンテナ１１２の間隔１１２ｓ、第２ナノアンテナ群１２１の第２ナノアンテナ１２２の間隔１２２ｓ、第１ナノアンテナ１１２と隣り合う第２ナノアンテナ１２２との間隔１２３ｓは、互いに異なっていてもよい。また、間隔１１２ｓ、１２２ｓ、１２３ｓの各々についても必ず一定である必要はなく、第１ナノアンテナ群１１１及び第２ナノアンテナ群１２１の各々の周囲の屈折率に応じて好適に設定可能である。

例えば、ベース層１４１及びカバー層１４２を備える蛍光射出部では、第１ナノアンテナ１１２を覆うカバー層１４２の屈折率と第２ナノアンテナ１２２を覆うカバー層１４２の屈折率とが互いに異なる場合は、複数の第１ナノアンテナ１１２の間隔１１２ｓと複数の第２ナノアンテナ１２２の間隔１２２ｓとを、カバー層１４２の屈折率差に応じて異ならせてもよい。

上述の実施形態では第２ナノアンテナ１２２の材料として金属等よりも高い融点を有する半導体或いは誘電体を例示しているが、第２ナノアンテナ１２２の材料は、少なくとも第１ナノアンテナ１１２よりも高い融点を有していればよく、第１ナノアンテナ１１２の金属材料よりも十分に高い融点を有する金属、半導体或いは誘電体以外の任意の材料であってもよい。

上述の実施形態では、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、ヘッドマウントディスプレイ等にも適用することができる。

本発明の態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、励起光を発する光源と、励起光が入射し、励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する蛍光体と、蛍光体に設けられ、複数の第１ナノアンテナを有する第１ナノアンテナ群と、蛍光体に設けられ、複数の第２ナノアンテナを有する第２ナノアンテナ群と、を備え、複数の第１ナノアンテナの各々は金属からなり、複数の第２ナノアンテナの各々は金属の融点よりも高い融点を有する材料からなり、蛍光体の法線方向から見た平面視で、第２ナノアンテナ群の配置領域は励起光の照射領域と重なり、蛍光は複数の第１ナノアンテナの各々及び複数の第２ナノアンテナの各々によって電場増強される。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２ナノアンテナ群の配置領域は、励起光（又は励起光によって励起された蛍光体を透過する透過光）のパワーの半値幅の領域内に含まれている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２ナノアンテナ群の配置領域は、励起光（又は励起光によって励起された蛍光体を透過する透過光）のパワーの（１／ｅ^２）値幅の領域内に含まれている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、複数の第１ナノアンテナの各々の周囲及び複数の第２ナノアンテナの各々の周囲にベース層又はカバー層が設けられ、ベース層の屈折率及びカバー層の屈折率は第２ナノアンテナの屈折率よりも低く、複数の第１ナノアンテナの間隔及び複数の第２ナノアンテナの間隔は第１ナノアンテナ群及び第２ナノアンテナ群の各々においてレイリーアノマリ条件を満たすように決められている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、ベース層の屈折率とカバー層の屈折率とは互いに等しく、複数の第１ナノアンテナの間隔と複数の第２ナノアンテナの間隔とは互いに等しくてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、複数の第１ナノアンテナの平面視での最大幅は第１ナノアンテナ群において局在表面プラズモン共鳴が生じる条件に応じて決められ、複数の第２ナノアンテナの平面視での最大幅は第２ナノアンテナ群においてＭｉｅ共鳴が生じる条件に応じて決められている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、励起光及び蛍光に対して透明な透明基板を備え、蛍光体、第１ナノアンテナ群及び第２ナノアンテナ群は透明基板に設けられ、第１ナノアンテナ群及び第２ナノアンテナ群は蛍光体の内部に配置されている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、透明基板の厚み方向で第１ナノアンテナ群及び第２ナノアンテナ群が配置されている側とは反対側に第３ナノアンテナ群が設けられ、第３ナノアンテナ群は複数の第３ナノアンテナを有し、励起光は第３ナノアンテナ群によって回折される構成としてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の上記態様の光源装置と、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、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。

本発明の一つの態様の表示装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の表示装置は、本発明の上記態様の光源装置を備える。

１…プロジェクター、２、２Ａ、２Ｂ…照明装置、１１、１２、１３…光源装置、２１…半導体レーザー（光源）、３４…蛍光体、１１１…第１ナノアンテナ群、１１２…第１ナノアンテナ、１２１…第２ナノアンテナ群、１２２…第２ナノアンテナ、１４０…蛍光層（蛍光体）、１４１…ベース層、１４２…カバー層、ＢＡＲ、ＢＡＱ…照射領域、ＮＡＲ…配置領域、Ｂ１、ＢＬ、ＢＬ_Ｓ…励起光、ＹＬ…蛍光

Claims

励起光を発する光源と、
前記励起光が入射し、前記励起光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発する蛍光体と、
前記蛍光体に設けられ、複数の第１ナノアンテナを有する第１ナノアンテナ群と、
前記蛍光体に設けられ、複数の第２ナノアンテナを有する第２ナノアンテナ群と、
を備え、
前記複数の第１ナノアンテナの各々は金属からなり、
前記複数の第２ナノアンテナの各々は前記金属の融点よりも高い融点を有する材料からなり、
前記蛍光体の法線方向から見た平面視で、前記第２ナノアンテナ群の配置領域は前記励起光の照射領域と重なり、
前記蛍光は前記複数の第１ナノアンテナの各々及び前記複数の第２ナノアンテナの各々によって電場増強される、
光源装置。
前記第２ナノアンテナ群の配置領域は、少なくとも前記励起光のパワーの半値幅の領域内に含まれている、
請求項１に記載の光源装置。
前記第２ナノアンテナ群の配置領域は、少なくとも前記励起光のパワーの１／ｅ^２値幅の領域内に含まれている、
請求項１に記載の光源装置。
前記複数の第１ナノアンテナの各々の周囲及び前記複数の第２ナノアンテナの各々の周囲にベース層又はカバー層が設けられ、
前記ベース層の屈折率及び前記カバー層の屈折率は前記第２ナノアンテナの屈折率よりも低く、
前記複数の第１ナノアンテナの間隔及び前記複数の第２ナノアンテナの間隔は前記第１ナノアンテナ群及び前記第２ナノアンテナ群の各々においてレイリーアノマリ条件を満たすように決められている、
請求項１から３の何れか一項に記載の光源装置。
前記ベース層の屈折率と前記カバー層の屈折率とは互いに等しく、
前記複数の第１ナノアンテナの間隔と前記複数の第２ナノアンテナの間隔とは互いに等しい、
請求項４に記載の光源装置。
前記複数の第１ナノアンテナの平面視での最大幅は前記第１ナノアンテナ群において局在表面プラズモン共鳴が生じる条件に応じて決められ、
前記複数の第２ナノアンテナの平面視での最大幅は前記第２ナノアンテナ群においてＭｉｅ共鳴が生じる条件に応じて決められている、
請求項１から５の何れか一項に記載の光源装置。
前記励起光及び前記蛍光に対して透明な透明基板を備え、
前記蛍光体、前記第１ナノアンテナ群及び前記第２ナノアンテナ群は前記透明基板に設けられ、
前記第１ナノアンテナ群及び前記第２ナノアンテナ群は前記蛍光体の内部に配置されている、
請求項１から６の何れか一項に記載の光源装置。
前記透明基板の厚み方向で前記第１ナノアンテナ群及び前記第２ナノアンテナ群が配置されている側とは反対側に第３ナノアンテナ群が設けられ、
前記第３ナノアンテナ群は複数の第３ナノアンテナを有し、
前記励起光は前記第３ナノアンテナ群によって回折される、
請求項７に記載の光源装置。
請求項１から請求項８までの何れか一項に記載の光学装置と、
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。