JP6536212B2 - 波長変換素子、光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、波長変換素子、光源装置およびプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターに用いる光源装置として、高輝度、高出力の光が得られる半導体レーザー等の固体光源を用いたものが注目されている。このような光源装置として、透明な基板の一方面側にダイクロイック層および蛍光体層が積層され、反対面側に無反射コート層が形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１２２９３０号公報

しかしながら、上記光源装置においては、ブルースター条件を満たす蛍光の一部（Ｐ偏光成分）がダイクロイック層と基板を透過してしまうため、蛍光を効率良く利用できていなかった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光利用効率が高い、波長変換素子を提供することを目的の一つとする。また、前記波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的とする。また、前記光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、基板と、前記基板の上に設けられ、前記基板の屈折率よりも小さい屈折率を有する中間層と、前記中間層の上に設けられたダイクロイック層と、前記ダイクロイック層の上に設けられ、第１の波長帯の光によって励起されて前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を発する蛍光体層と、を備え、前記ダイクロイック層は、第１積層膜と、前記第１積層膜の屈折率よりも大きい屈折率を有する第２積層膜とを交互に積層した多層膜構造を有し、前記第１積層膜の屈折率をｎ _Ｌ 、前記第２積層膜の屈折率をｎ _Ｈ 、前記第１積層膜および前記第２積層膜の境界面でブルースター条件を満たす光の入射角をθ１、前記中間層における臨界角をθ１’、前記中間層の屈折率をＮとし、θ１＝Ａｔａｎ（ｎ _Ｌ ／ｎ _Ｈ ）、及び、θ１’＝Ａｓｉｎ（Ｎ／ｎ _Ｌ ）と規定した場合、θ１＞θ１’を満たす波長変換素子が提供される。

第１態様に係る波長変換素子によれば、中間層とダイクロイック層との界面で第２の波長帯の光を全反射させることができる。これにより、ダイクロイック層および基板を透過して外部に射出されてしまう成分が低減されるので、第２の波長帯の光を効率良く利用することができる。

上記第１態様において、前記ダイクロイック層は、第１積層膜と、前記第１積層膜の屈折率よりも大きい屈折率を有する第２積層膜とを交互に積層した多層膜構造を有し、前記第１積層膜の屈折率をｎ_Ｌ、前記第２積層膜の屈折率をｎ_Ｈ、前記第１積層膜および前記第２積層膜の境界面でブルースター条件を満たす光の入射角をθ１、前記中間層における臨界角をθ１’、前記中間層の屈折率をＮとし、θ１＝Ａｔａｎ（ｎ_Ｌ／ｎ_Ｈ）、及び、θ１’＝Ａｓｉｎ（Ｎ／ｎ_Ｌ）と規定した場合、θ１＞θ１’を満たすのが好ましい。
この構成によれば、ブルースター条件を満たすことでダイクロイック層と中間層との界面に到達した光を、中間層で全反射させるので、効率良く光を利用することができる。

上記第１態様において、前記蛍光体層の屈折率をｎ_ａとした場合、ｎ_ａ＞ｎ_Ｌを満たすのが好ましい。
この構成によれば、蛍光体層から中間層へのブルースター条件を満たす光の割合が少ないので、光を効率良く利用することができる。

上記第１態様において、前記ダイクロイック層は、前記第１の波長帯の光を透過し、前記第２の波長帯の光を反射するのが好ましい。
この構成によれば、第２の波長帯の光を外部に効率良く取り出し可能な透過型の波長変換素子を提供できる。

上記第１態様において、前記ダイクロイック層は、前記第１の波長帯の光と前記第２の波長帯の光とを反射するのが好ましい。
この構成によれば、第２の波長帯の光を外部に効率良く取り出し可能な反射型の波長変換素子を提供できる。

上記第１態様において、前記蛍光体層は、蛍光体および樹脂材料、蛍光体および無機材料、或いは、蛍光体のみ、のいずれかで構成されるのが好ましい。
この構成によれば、様々な態様の蛍光体層で発した第２の波長帯の光を効率良く外部に取り出すことができる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の波長変換素子と、前記第１の波長帯の光を射出する光源と、を備える光源装置が提供される。

第２態様による光源装置は上記波長変換素子を備えるので、第２の波長帯の光を効率良く射出することができる。

本発明の第３態様に従えば、上記第２態様に係る光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像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３態様によるプロジェクターは上記光源装置を備えるので、光の利用効率が高い。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成図。 光源装置の概略構成を示す図。 （ａ）、（ｂ）は蛍光体ホイールの一例を示す構成図。 蛍光体ホイールの要部構成を示す断面図。 蛍光体層の屈折率とブルースター条件を満たす入射角度との関係を示す図。 第２実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図。 （ａ）、（ｂ）は第２実施形態に係る蛍光体ホイールの一例を示す構成図。

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。

（第１実施形態）
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー画像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクター１は、光源装置２の光源として、高輝度・高出力の光が得られる半導体レーザーを用いている。

プロジェクター１は、光源装置２と、色分離光学系３と、赤色光用光変調装置４Ｒと、緑色光用光変調装置４Ｇと、青色光用光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。

光源装置２は、白色の照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。光源装置２には、後述する本発明の一つの実施形態である光源装置が用いられる。

色分離光学系３は、光源装置２から射出された白色の照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。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、光源装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢと、に分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを青色光用光変調装置４Ｂに向けて反射させる。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、緑色光用光変調装置４Ｇに向けて進む。

第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、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起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

赤色光用光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。緑色光用光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。青色光用光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。また、液晶パネルの入射側および射出側には、図示しない一対の偏光板が配置されている。偏光板は、特定の方向の直線偏光光を透過させる。

赤色光用光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。緑色光用光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。青色光用光変調装置４Ｂの入射側には、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒは、赤色光用光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、緑色光用光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、青色光用光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。

合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。

投射光学系６は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー画像が表示される。

続いて、光源装置２について説明する。図２は光源装置２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態の光源装置２においては、発光部２１と、コリメート光学系２２と、集光光学系２３と、蛍光体ホイール（蛍光発光素子）１５と、ピックアップ光学系４０と、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、が照明光軸ａｘ１上に順次配置されている。

発光部２１は、複数の半導体レーザー（発光素子）２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは、照明光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１ａの個数は特に限定されない。

半導体レーザー２１ａは、例えば青色の励起光ＢＬａを射出する。励起光ＢＬａはコリメート光学系２２に向けて射出される。

発光部２１は、複数の半導体レーザー２１ａを備えるので、複数の励起光ＢＬａを射出する。以下、複数の励起光ＢＬａの束を励起光ＢＬと称する。励起光ＢＬは、特許請求の範囲の「第１の波長帯の光」に対応し、発光部２１は、特許請求の範囲の「光源」に対応する。

発光部２１から射出された励起光ＢＬは、コリメート光学系２２に入射する。コリメート光学系２２は、励起光ＢＬａを平行光束に変換する。コリメート光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａで構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１ａにそれぞれ対応して配置されている。

コリメート光学系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を集光させて蛍光体ホイール１５に入射させる。

図３は、蛍光体ホイール１５の一例を示す構成図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ１−Ａ１矢視による断面図である。

本実施形態において、蛍光体ホイール１５は透過型の回転蛍光板である。蛍光体ホイール１５は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、モーター１２（図２参照）により回転軸Ｏの周りに回転駆動される円盤状の回転基板１５ａと、回転基板１５ａの一方の面側において周方向（回転方向）に沿って形成されたリング状の中間層１３と、中間層１３上に形成されたダイクロイック層１６と、ダイクロイック層１６上に形成された蛍光体層１１とを有する。

回転基板１５ａは、プロジェクター１の使用時において所定の回転数で回転する。これにより、蛍光体層１１の特定の領域に対して励起光ＢＬが連続的に入射することが抑制されるので、蛍光体層１１の長寿命化が図られる。

回転基板１５ａは、励起光ＢＬを透過する材料からなる。回転基板１５ａの材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。本実施形態では、回転基板１５ａとして、円盤状のガラス基板を使用している。そのため、回転基板１５ａの屈折率は、１．５となっている。

蛍光体層１１は、励起光ＢＬ（青色光）を赤色光及び緑色光を含む黄色光である蛍光Ｙに変換する。蛍光光ＹＬは、特許請求の範囲の「第２の波長帯の光」に対応する。

蛍光体層１１は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなる。蛍光体層１１は、励起光ＢＬ（青色光）を吸収し、黄色の蛍光光ＹＬに変換する機能を有する。

なお、蛍光体層１１としては、上述のように蛍光体のみから構成されていても良いし、蛍光体粒子とバインダーとから構成されていても良い。バインダーとしては、樹脂材料や無機材料が用いられる。このように蛍光体粒子とバインダーとから構成される蛍光体層の屈折率（平均屈折率）は、蛍光体及びバインダーの濃度比率で規定される。
例えば、蛍光体粒子の屈折率をＮ１、バインダーの屈折率をＮ２、蛍光体比率をα、バインダー比率をβとした場合（α＋β＝１とする）、蛍光体層の平均屈折率は、αＮ１＋βＮ２で規定可能である。

中間層１３は、回転基板１５ａの屈折率（１．５）よりも小さい屈折率を有している。本実施形態において、中間層１３は、例えば、透明シリカガラスから構成され、後述のように屈折率が１．２５に設定されている。中間層１３は、不図示の接着層を介して回転基板１５ａに支持されている。

上記中間層１３は、例えば、シリカガラス（ＳｉＯ_２）とポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とを用い、ＳｉＯ_２−ＰＶＡ溶液をゲル化し、所望の鋳型に流し込み、大気中で乾燥させたシリカガラスの前駆体を１０００℃以上で焼成することで形成される。

ダイクロイック層１６はダイクロイックミラーとして機能し、励起光ＢＬを透過させ、蛍光体層１１から射出される蛍光光ＹＬを反射させる特性を有する。

蛍光体層１１に入射した励起光ＢＬの一部は、蛍光体に吸収されることで蛍光光ＹＬに変換される。蛍光光ＹＬは直接あるいはダイクロイック層１６に反射されることで蛍光体層１１から外部に射出される。一方、励起光ＢＬのうち蛍光体層１１に吸収されなかった成分（励起光ＢＬのうちの一部の成分である青色光ＢＬ１）は蛍光体層１１から外部に射出される。

光源装置２は、蛍光体層１１から射出された蛍光光ＹＬと青色光ＢＬ１とを合成することで白色の照明光ＷＬを射出する。

図４は蛍光体ホイール１５の要部構成を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態において、ダイクロイック層１６は、例えばＳｉＯ_２から構成された第１積層膜１７と、ＴｉＯ_２から構成された第２積層膜１８と、を交互に積層した多層膜構造からなる。第２積層膜１８（ＴｉＯ_２）の屈折率は、第１積層膜１７（ＳｉＯ_２）の屈折率よりも大きくなっている。

本実施形態において、ダイクロイック層１６における中間層１３との境界部分には第１積層膜１７が形成され、ダイクロイック層１６における蛍光体層１１との境界部分には第２積層膜１８が形成されている。すなわち、ダイクロイック層１６の上面１６ａは第２積層膜１８で構成され、ダイクロイック層１６の下面１６ｂは第１積層膜１７で構成されている。

図４に示すように、第１積層膜１７の屈折率をｎ_Ｌ、第２積層膜の屈折率をｎ_Ｈ、中間層１３の屈折率をＮ、ダイクロイック層１６の上面１６ａに対する入射光（下方に向かう蛍光光ＹＬ）ＹＬ１の入射角をθ_０とし、第２積層膜１８による光の屈折角をθ_Ｈとし、第１積層膜１７による光の屈折角をθ_Ｌとする。また、本実施形態においては、蛍光体層１１の屈折率ｎ_ａを１．８５、第１積層膜１７の屈折率ｎ_Ｌを１．４６、第２積層膜１８の屈折率ｎ_Ｈを２．４とする。

ダイクロイック層１６と蛍光体層１１との境界面ではｎ_ａｓｉｎθ_０＝ｎ_Ｈｓｉｎθ_Ｈが成立することから、下式（１）が得られる。

ｓｉｎθ_Ｈ＝（ｎ_ａ／ｎ_Ｈ）ｓｉｎθ_０ …式（１）

蛍光体層１１からの入射光ＹＬ１は、蛍光体層１１よりも屈折率が高い第２積層膜１８を透過し、第１積層膜１７に到達する。入射光ＹＬ１は、入射角θ_０の大きさによっては第１積層膜１７および第２積層膜１８の境界面で全反射される。

ここで、第１積層膜１７および第２積層膜１８の境界面における臨界角度は、下式（２）で規定される。

θ_Ｈ＝Ａｓｉｎ（ｎ_Ｌ／ｎ_Ｈ） …式（２）

上記式（２）より、θ_Ｈは３７．５°となる。したがって、θ_Ｈ＝３７．５°以上の光は、第１積層膜１７および第２積層膜１８の境界面で全反射する。

θ_Ｈ＝３７．５°以上の光は、上記式（１）より、（ｎ_ａ／ｎ_Ｈ）ｓｉｎθ_０＞ｓｉｎ（３７．５°）の関係を満たす。従って、入射角θ_０が５２．１°以上の光はダイクロイック層１６によって反射されることで蛍光体層１１から照明光ＷＬとして射出される。

一方、入射光ＹＬ１のうち、入射角θ_０が５２．１°よりも小さい光はダイクロイック層１６を透過して、回転基板１５ａまで到達する可能性がある。

ダイクロイック層１６の第１積層膜１７および第２積層膜１８の境界面でのブルースター条件を満たす光の入射角度をθ_１とすると、θ_１は下式（３）で規定される。

θ_１＝Ａｔａｎ（ｎ_Ｈ／ｎ_Ｌ） …式（３）

また、ブルースター条件を満たす光の境界面による屈折角をθ_２とすると、θ_２は下式（４）で規定される。

θ_２＝Ａｔａｎ（ｎ_Ｌ／ｎ_Ｈ） …式（４）

上記式（３）より、θ_１は５８．７°となる。また、上記式（４）より、θ_２は３３．１°となる。

ブルースター条件を満たす光（入射角度θ_１の光）は、Ｐ偏光成分の反射率が０、すなわち、透過率が１００％となるため、回転基板１５ａまで到達することとなる。本実施形態では、この入射角度θ_１の光を中間層１３で全反射させることで多くの光を外部に射出させることを可能としている。

ここで、中間層１３における臨界角をθ_１’とすると、θ_１’は下式（５）で規定される。

θ_１’＝Ａｓｉｎ（Ｎ／ｎ_Ｌ） …式（５）

本実施形態では、θ_１＞θ_１’の条件を満たす中間層１３を備えている。これにより、ブルースター条件を満たすことで第１積層膜１７と中間層１３との界面に到達した光を、中間層１３で全反射させることが可能である。
具体的に、式（５）より、中間層１３の屈折率Ｎを１．２５以下とすればよく、本実施形態では屈折率Ｎを例えば、１．２５とした。

なお、上記説明では、ダイクロイック層１６における中間層１３との境界部分に第１積層膜１７が形成され、ダイクロイック層１６における蛍光体層１１との境界部分に第２積層膜１８が形成されている場合を例に挙げたが、ダイクロイック層１６における中間層１３との境界部分に第２積層膜１８が形成され、ダイクロイック層１６における蛍光体層１１との境界部分に第１積層膜１７が形成されていてもよい。この場合においても、上記蛍光体層１１の屈折率Ｎは１．２５以下とすればよい。

ところで、蛍光光ＹＬは種々の角度成分の光線を含んでいる。立体角を考慮して互いに異なる入射角θ_０の光線を比較すると、蛍光光ＹＬには、入射角θ_０が大きい光線の方が入射角θ_０が小さい光線よりも多く含まれている。

図５は、第１積層膜１７および第２積層膜１８の境界面においてブルースター条件を満たす入射光ＹＬ１の入射角度θ_０と蛍光体層１１の屈折率ｎ_ａとの関係を示すグラフである。なお、図５は、ｎ_Ｈが２．４、ｎ_Ｌが１．４６、θ_２が３１．３°であり、Ｎ_ａを変えた場合、θ_２が３１．３°を満たすθ_０の変化を示したグラフである。

図５に示されるように、蛍光体層１１の屈折率ｎ_ａを大きくするとブルースター条件を満たす入射角度θ_０が小さくなる。すなわち、蛍光体層１１の屈折率ｎ_ａを大きくすれば、蛍光光ＹＬのうちブルースター条件を満たす光線の割合が減るため、回転基板１５ａ側に向かう光を少なくできる。
そのため、本実施形態では蛍光体層１１の屈折率ｎ_ａを第１積層膜１７の屈折率ｎ_Ｌ（１．４６）よりも大きい１．８５に設定した。

図２に戻り、照明光ＷＬは、ピックアップ光学系４０を介してインテグレータ光学系３１に入射する。ピックアップ光学系４０は、第１レンズ４０ａおよび第２レンズ４０ｂを含む。

インテグレータ光学系３１は、照明光ＷＬを複数の小光束に分割する。インテグレータ光学系３１は、例えば、第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂから構成されている。第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されたものからなる。

インテグレータ光学系３１から射出された照明光ＷＬ（複数の小光束）は、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子３２は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。

直線偏光に変換された照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａは、偏光変換素子３２から射出された複数の小光束を照明対象物上で互いに重畳させる。
これにより、照明対象物を均一に照明することができる。本実施形態の重畳光学系３３は、第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂからなるインテグレータ光学系３１と重畳レンズ３３ａとにより構成される。

本実施形態の光源装置２によれば、ダイクロイック層１６と回転基板１５ａとの間に配置された、回転基板１５ａよりも屈折率が小さい中間層１３によって、ダイクロイック層１６を透過した光（蛍光光ＹＬの一部）を全反射して、蛍光体層１１を介して外部に射出させることができる。これにより、蛍光体層１１で生成した蛍光光ＹＬを照明光ＷＬとして効率良く利用することができるので、明るい照明光ＷＬを得ることができる。
また、本実施形態のプロジェクター１においては、光利用効率が高い光源装置２を備えるため、光利用効率が高いプロジェクターを提供できる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、光源装置において照明光を生成する構造である。以下では、光源装置の構造を主体に説明する。なお、第１実施形態における構成部材と同じ構成部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

図６は本実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の光源装置２Ａは、発光部１１０、コリメート光学系７０、ダイクロイックミラー８０、集光光学系９０、位相差板５０，蛍光体ホイール（蛍光発光素子）１５Ａ、モーター１２、インテグレータ光学系３１、偏光変換素子３２および重畳光学系３３を備える。

発光部１１０は、レーザー光からなる励起光ＢＬを射出する半導体レーザー（発光素子）からなる。発光部１１０は、１つの半導体レーザーからなるものであってもよいし、多数の半導体レーザーからなるものであってもよい。
なお、発光部１１０は、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。

本実施形態において、発光部１１０は、照明光軸ａｘ３が照明光軸ａｘ２と直交するように配置されている。
コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４とを備え、発光部１１０からの光を略平行化する。第１レンズ７２及び第２レンズ７４は、凸レンズからなる。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０から集光光学系９０までの光路中に、発光部１１０の照明光軸ａｘ３及び照明光軸ａｘ２のそれぞれに対して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８０は、青色光に対して偏光分離機能を持ち、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光光をその偏光状態に係わらず通過させる。

発光部１１０からの励起光ＢＬは、ダイクロイックミラー８０に対してＳ偏光として入射し、集光光学系９０に向けてダイクロイックミラー８０で反射される。

集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０からの励起光ＢＬを略集光した状態で蛍光体ホイール１５Ａの蛍光体層１１に入射させる機能と、蛍光体ホイール１５Ａから射出される蛍光光をピックアップする機能とを有する。

図７は、実施形態に係る蛍光体ホイール１５Ａを説明するために示す図である。図７（ａ）は蛍光体ホイール１５Ａの平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ１−Ｂ１矢視による断面図である。

本実施形態の蛍光体ホイール１５Ａは反射型の回転蛍光板である。蛍光体ホイール１５Ａは、図６及び図７に示すように、モーター１２により回転可能な回転基板２５上に、リング状の中間層１３と、中間層１３上に形成されたダイクロイック層１６と、ダイクロイック層１６上に形成された蛍光体層１１とを有する。

本実施形態において、蛍光体ホイール１５Ａは、励起光ＢＬが入射する側と同じ側に向けて蛍光光ＹＬを射出する反射型ホイールである。
回転基板２５は、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等の光透過性部材から構成されている。本実施形態では、回転基板２５として、円盤状のガラス基板を使用している。そのため、回転基板２５の屈折率は、１．５となっている。

中間層１３は、回転基板２５の屈折率（１．５）よりも小さい屈折率を有している。
本実施形態において、中間層１３は、例えば、透明シリカガラスから構成され、屈折率が１．２５となっている。

蛍光体層１１は、発光部１１０からの励起光ＢＬによって励起されて蛍光光ＹＬを射出する。ダイクロイック層１６は、励起光ＢＬのうち蛍光体層１１に吸収されなかった成分（励起光ＢＬのうちの一部の成分である青色光Ｂ）を反射するとともに、蛍光体層１１で発生した蛍光光ＹＬのうち下方に射出された成分を上方に向けて反射させる。

蛍光光ＹＬはダイクロイックミラー８０を透過することでインテグレータ光学系３１に入射する。青色光Ｂは位相差板５０を再び透過することによって、ダイクロイックミラー８０に対するＰ偏光に変換される。Ｐ偏光である青色光Ｂはダイクロイックミラー８０を透過して、インテグレータ光学系３１に入射する。
なお、ダイクロイックミラー８０における発光部１１０と反対側に配置した別の発光部から射出した青色光Ｂをダイクロイックミラー８０によりインテグレータ光学系３１側に反射し、蛍光光ＹＬと合成させることで照明光ＷＬを生成しても良い。

本実施形態の光源装置２Ａは、蛍光体層１１から射出された蛍光光ＹＬと青色光Ｂとを合成した白色の照明光ＷＬをインテグレータ光学系３１に入射させる。

本実施形態の蛍光体ホイール１５Ａにおいて、ダイクロイック層１６と回転基板１５ａとの間に、回転基板２５よりも屈折率が小さい中間層１３が配置されている。そのため、ダイクロイック層１６を透過した光（蛍光光ＹＬ）は、中間層１３により集光光学系９０に向けて反射される。よって、蛍光体層１１で生成した蛍光光ＹＬを照明光ＷＬとして効率良く利用することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の内容は上記形態に限定されることは無く、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、上記実施形態では、中間層１３を透明シリカガラスから形成する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、中間層１３を樹脂材料で形成されていても良い。

また、上記実施形態では、蛍光体層１１が回転基板１５ａ或いは２５上に形成された回転蛍光ホイールを用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、固定された基板上に設けられた蛍光体層１１に励起光を照射し、蛍光を発生させる光源装置について本発明を採用しても良い。

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つの液晶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光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１…プロジェクター、２，２Ａ…光源装置、４Ｒ…赤色光用光変調装置、４Ｇ…緑色光用光変調装置、４Ｂ…青色光用光変調装置、６…投写光学系、１１…蛍光体層、１３…中間層、１５，１５Ａ…蛍光体ホイール（波長変換素子）、１５ａ…回転基板（基板）、１６…ダイクロイック層、１７…第１積層膜、１８…第２積層膜、２１…発光部（光源）、ＢＬ１…青色光（第１の波長帯の光）、ＹＬ…蛍光光（第２の波長帯の光）。

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板の上に設けられ、前記基板の屈折率よりも小さい屈折率を有する中間層と、
   前記中間層の上に設けられたダイクロイック層と、
   前記ダイクロイック層の上に設けられ、第１の波長帯の光によって励起されて前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光を発する蛍光体層と、
   を備え、
   前記ダイクロイック層は、第１積層膜と、前記第１積層膜の屈折率よりも大きい屈折率を有する第２積層膜とを交互に積層した多層膜構造を有し、
   前記第１積層膜の屈折率をｎ _Ｌ 、前記第２積層膜の屈折率をｎ _Ｈ 、前記第１積層膜および前記第２積層膜の境界面でブルースター条件を満たす光の入射角をθ１、前記中間層における臨界角をθ１’、前記中間層の屈折率をＮとし、
   θ１＝Ａｔａｎ（ｎ _Ｌ ／ｎ _Ｈ ）、及び、θ１’＝Ａｓｉｎ（Ｎ／ｎ _Ｌ ）と規定した場合、
   θ１＞θ１’を満たす
   波長変換素子。
2. 前記蛍光体層の屈折率をｎ_ａとした場合、
   ｎ_ａ＞ｎ_Ｌを満たす
   請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記ダイクロイック層は、前記第１の波長帯の光を透過し、前記第２の波長帯の光を反射する
   請求項１又は２に記載の波長変換素子。
4. 前記ダイクロイック層は、前記第１の波長帯の光と前記第２の波長帯の光とを反射する
   請求項１又は２に記載の波長変換素子。
5. 前記蛍光体層は、蛍光体および樹脂材料、蛍光体および無機材料、或いは、蛍光体のみ、のいずれかで構成される
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
   前記第１の波長帯の光を射出する光源と、を備える
   光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
   プロジェクター。

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