JP7187879B2 - 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。

下記特許文献１には、蛍光体に励起光を照射することで生成した蛍光を照明光として利用する光源装置が開示されている。

特開２０１５－１９５０９８号公報

一般的に蛍光体から射出された蛍光はランバート放射となるため、エテンデューが大きくなりやすい。エテンデューが大きくなると、蛍光体の後段に配置される光学系が蛍光の一部を呑み込めず、蛍光の利用効率が低下してしまう。

そこで、蛍光体上において励起光の入射面積を小さくするとエテンデューを小さくすることも考えられるが、励起光の入射面積を小さくすると励起光の光密度が高くなることで光消光と呼ばれる現象の影響が大きくなるという問題がある。光消光とは、蛍光体が励起状態にあるときに蛍光を吸収すると、電子が発光を伴わないコンダクションバンドに再励起されることで蛍光発光効率が低下する現象である。
このように従来の光源装置では、光消光の影響を抑えつつ、エテンデューを小さくすることが難しかった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層と、前記波長変換層における前記蛍光を射出する射出面に対して傾斜するように設けられ、前記蛍光を反射する第１反射部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第１反射部材は、波長変換層に設けられてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記波長変換層とは異なる物質で形成され、前記波長変換層の前記射出面側に設けられる凸状部材をさらに備え、前記第１反射部材は、前記凸状部材に設けられてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記蛍光を透過し、前記波長変換層の前記射出面側に設けられる透光性部材をさらに備え、前記第１反射部材は、前記透光性部材に設けられてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記波長変換層の前記射出面側に配置され、少なくとも前記第１反射部材で反射された前記蛍光の進行方向を変化させる光学素子をさらに備えてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記透光性部材に対向して配置され、少なくとも前記第１反射部材で反射される前記蛍光の進行方向を変化させる光学素子と、前記透光性部材と前記光学素子との間に設けられ、前記光学素子よりも屈折率の低い低屈折率層と、を有してもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記蛍光を導光する導光体と、前記蛍光を反射して前記導光体に入射させる第２反射部材と、をさらに備えてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記蛍光を導光する導光体をさらに備え、前記第１反射部材は、前記導光体の光入射部に埋め込まれてもよい。また、前記導光体における側面の光入射面側に設けられた第３反射部材をさらに備えてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第２反射部材は、前記波長変換層の前記射出面から離間するにつれて前記導光体の中心軸から離れる方向に傾斜して設けられてもよい。

本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記蛍光の射出方向に沿って平面視した場合に、複数の前記第１反射部材により構成される反射領域は格子状であってもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、励起光を射出する光源と、本発明の一つの態様の波長変換素子と、を備える。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、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光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学装置と、を備える。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。 照明装置の概略構成を示す図である。 波長変換素子の構成を示す断面図である。 波長変換素子の要部構成を示す拡大斜視図である。 第２実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。 第２実施形態の第１変形例の波長変換素子の断面図である。 第２実施形態の第２変形例の波長変換素子の断面図である。 第３実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。 第３実施形態の波長変換素子の要部構成を示す拡大図である。 第４実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。 第５実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。 第６実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。 第７実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。 第８実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。 反射型の波長変換素子の構成を示す断面図である。

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、第１実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。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、合成光学装置５と、投写光学装置６とを備える。

照明装置２からは、少なくとも赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ（図２参照）の三原色の光を含む照明光ＷＬが射出される。色分離光学系３は、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。なお、本明細書において、赤色光ＬＲとは５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下のピーク波長を有する可視赤色光を示し、緑色光ＬＧとは５００ｎｍ以上５９０ｎｍ以下のピーク波長を有する可視緑色光を示し、青色光ＬＢとは４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のピーク波長を有する可視青色光を示す。

色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃとを備える。第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧを反射するとともに、赤色光ＬＲを透過させる。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を透過させる。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

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の光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。

光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。
光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。

光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒの入射側及び射出側には、不図示の偏光板が配置される。また、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒが配置される。

合成光学装置５には、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒからの各画像光が入射する。合成光学装置５は、青色、緑色、赤色の各画像光を合成し、合成された画像光を投写光学装置６に向けて射出する。合成光学装置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。

投写光学装置６は、合成光学装置５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大させつつ投写する。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。投写光学装置６には、例えば、鏡筒と、鏡筒内に配置される複数のレンズとによって構成される組レンズが用いられる。

＜照明装置＞
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（光源装置）１１と、第２光源装置１２、ダイクロイックミラー１３、均一化照明手段１４とを備えている。

第１光源装置１１は、第１光源（光源）２０、集光光学系２２、波長変換素子２３及びピックアップ光学系２７を備える。

第１光源２０は、光源ユニット２０ａとコリメーター光学系２０ｂとを含む。光源ユニット２０ａは、レーザー光からなる青色光線Ｂ１を射出する複数の半導体レーザー２０ａ１から構成される。青色光線Ｂ１の発光強度のピークは、例えば４４５ｎｍである。複数の半導体レーザー２０ａ１は、照明光軸１００ａｘと直交する一つの平面内においてアレイ状に配置されている。なお、半導体レーザー２０ａ１としては、４４５ｎｍ以外の波長、例えば４５５ｎｍや４６０ｎｍの青色光を射出するものを用いることもできる。

また、コリメーター光学系２０ｂは、複数のコリメーターレンズ２０ｂ１から構成される。コリメーターレンズ２０ｂ１は、各半導体レーザー２０ａ１に対応するように、照明光軸１００ａｘと直交する一つの平面内においてアレイ状に配置されている。コリメーターレンズ２０ｂ１は、対応する半導体レーザー２０ａ１から射出された青色光線Ｂ１を平行光に変換する。
このような構成に基づいて、本実施形態の第１光源２０は、複数の青色光線Ｂ１からなる励起光ＬＬを射出可能である。

集光光学系２２は、第１光源２０から射出された励起光ＬＬを集光させて波長変換素子２３に入射させる。本実施形態において、集光光学系２２は、例えば、各々が凸レンズから構成された、第１レンズ２２ａ及び第２レンズ２２ｂを備えている。なお、波長変換素子２３の構成については後述する。

ピックアップ光学系２７は、例えば第１コリメートレンズ２７ａと第２コリメートレンズ２７ｂとを備えている。ピックアップ光学系２７は、波長変換素子２３から射出される蛍光ＬＹを略平行化する平行化光学系である。第１コリメートレンズ２７ａおよび第２コリメートレンズ２７ｂは、それぞれ凸レンズから構成されている。

ピックアップ光学系２７により平行化された蛍光ＬＹは、ダイクロイックミラー１３に入射する。ダイクロイックミラー１３は、第２光源装置１２の光軸１０１ａｘ及び照明装置２の照明光軸１００ａｘ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１３は、蛍光ＬＹを透過するとともに、第２光源装置１２からの光を反射する特性を有する。

＜波長変換素子＞
続いて、波長変換素子２３の構成について説明する。
図３は、波長変換素子の構成を示す断面図である。図３に示すように、波長変換素子２３は、基材３４と、蛍光体（波長変換層）３５と、ダイクロイック膜３６と、反射構造体４４と、マイクロレンズ（光学素子）４５と、を有する。蛍光体３５は、励起光ＬＬを該青色光ＬＢとは異なる波長帯である黄色の蛍光ＬＹに変換する。本実施形態の波長変換素子２３は、一方側（下方側）から励起光ＬＬが入射し、他方側（上方側）から蛍光ＹＬを射出する透過型の素子である。

基材３４は、板状部材であり、蛍光体３５を支持する支持台である。基材３４は、例えば、サファイア、単結晶ＳｉＣ等の透光性及び高い熱伝導率を有した材料で構成される。ダイクロイック膜３６は、基材３４及び蛍光体３５間に設けられる。ダイクロイック膜３６は蛍光体３５の底面３５ｂに設けられている。ダイクロイック膜３６は、青色光ＬＢを透過させるとともに蛍光ＹＬを反射する光学特性を有する。なお、ダイクロイック膜３６は基材３４の上面（蛍光体３５側）に設けられていてもよい。

蛍光体３５は、例えば複数のＹＡＧ蛍光体粒子を焼結したＹＡＧセラミック系のセラミック蛍光体から構成される。

図４は、波長変換素子の要部構成を示す拡大斜視図である。図４に示すように、蛍光ＹＬの射出方向（照明光軸１００ａｘ）に沿って平面視した際、反射構造体４４は格子状である。本実施形態において、反射構造体４４は、凸状部材４７と反射層（第１反射部材）４６とで構成される。

図３に示すように、本実施形態において、凸状部材４７は蛍光体３５の一部でそれぞれ構成されている。図４に示すように、凸状部材４７は、蛍光体３５の上面における第１方向に沿って延びる複数の第１凸状部材４７ａと、蛍光体３５の上面における第１方向に直交する第２方向に沿って延びる複数の第２凸状部材４７ｂと、を含む。

第１凸状部材４７ａと第２凸状部材４７ｂとは交差した状態で配置されている。凸状部材４７は、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した平面形状が格子状である。ここで、蛍光ＹＬの射出方向とは照明光軸１００ａｘに沿った方向をいう。
第１凸状部材４７ａは延在方向に直交する面による断面が逆Ｖ字状である。同様に第２凸状部材４７ｂは延在方向に直交する面による断面が逆Ｖ字状である。

第１凸状部材４７ａ及び第２凸状部材４７ｂの表面は、蛍光体３５において蛍光ＹＬを射出する射出面３５ａに対して傾斜する傾斜面となっている。以下、第１凸状部材４７ａ及び第２凸状部材４７ｂの表面（傾斜面）を総称して凸状部材４７の表面４７ｃと称す。

反射層４６は、凸状部材４７の表面４７ｃに設けられる。反射層４６は、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜或いは誘電体多層膜で構成され、後述の光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出された蛍光ＹＬを反射する。本実施形態において、表面４７ｃは射出面３５ａに対する傾斜面となっているため、表面４７ｃ上に設けられた反射層４６は射出面３５ａに対して傾斜した状態に設けられる。

蛍光体３５の上面のうち反射構造体４４が形成されない部分が蛍光ＹＬを射出する光射出領域３５Ｓを構成する。本実施形態において、光射出領域３５Ｓは蛍光体３５における射出面３５ａに相当する。

一方、反射構造体４４が形成された部分が射出面３５ａから射出された蛍光ＹＬを反射する反射領域３５Ｒを構成する。蛍光ＹＬの射出方向（照明光軸１００ａｘ）に沿って平面視した場合において、反射領域３５Ｒは格子状に設けられている。すなわち、光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）は、反射領域３５Ｒによって区画された領域にそれぞれ配置されている。そのため、反射領域３５Ｒは、光射出領域３５Ｓの周囲を囲むように設けられている。

図３に戻り、マイクロレンズ４５は複数の小レンズ４５ａを含む。複数の小レンズ４５ａは、反射構造体４４で区画される光射出領域３５Ｓ各々に対応して設けられる。各小レンズ４５ａは上面側に凸面を有し、下面側に平面を有する平凸レンズから構成される。

ここで、波長変換素子２３の作用について説明する。
励起光ＬＬは基材３４及びダイクロイック膜３６を透過して蛍光体３５に入射する。蛍光体３５内で生成された蛍光ＹＬの多くは光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出される。また、蛍光体３５内で生成された蛍光ＹＬの一部は下方に向かった後にダイクロイック膜３６で反射されて、光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出される。

図３に示すように、光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出された蛍光ＹＬの一部はマイクロレンズ４５を透過してピックアップ光学系２７に入射する。蛍光ＹＬは射出面３５ａからランバート放射されるため、射出面３５ａに対して大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を含む。反射構造体４４は第１成分ＹＬ１を反射層４６で反射する。

ここで、蛍光体３５の射出面３５ａの法線方向Ｈ１と凸状部材４７の表面４７ｃとのなす斜面角度をθ_Ｐ、第１成分ＹＬ１の法線方向Ｈ１に対する第１射出角度をθｉ、反射層４６で反射された第１成分ＹＬ１の法線方向Ｈ１に対する第２射出角度をθ_Ｒとする。
例えば、斜面角度θ_Ｐを３０度、第１射出角度θｉを６０度とした場合、反射後における第１成分ＹＬ１の第２射出角度θ_Ｒは０度となる。すなわち、第２射出角度θ_Ｒは第１射出角度θｉよりも小さくなる。なお、斜面角度θ_Ｐの値は一例であって上記に限定されるものではない。すなわち、斜面角度θ_Ｐは、第２射出角度θ_Ｒを第１射出角度θｉよりも小さくする効果を奏する範囲で適宜調整可能である。

本実施形態の波長変換素子２３によれば、蛍光ＹＬのうち大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を反射層４６で反射することによって、第１成分ＹＬ１の法線方向Ｈ１に対する第２射出角度θ_Ｒを小さくできる。ここで、第２射出角度θ_Ｒを小さくすることは、蛍光ＹＬにおける放射角度を小さくすることと等価である。蛍光ＹＬの放射角度が小さくなるとエテンデューの増大が低減されるため、蛍光ＹＬの利用効率が向上する。また、本実施形態の波長変換素子２３では、蛍光体３５上における励起光ＬＬの入射面積を小さくすることなくエテンデューを小さくできるため、励起光の光密度が高くなることによる光消光の発生が抑制される。
したがって、本実施形態の波長変換素子２３によれば、光消光の影響を抑えつつ、エテンデューを小さくすることができる。

図３に示すように、光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出された蛍光ＹＬの一部はマイクロレンズ４５における対応する小レンズ４５ａに直接入射する。また、光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出された蛍光ＹＬの残りの一部は反射層４６を介して対応する小レンズ４５ａに入射する。小レンズ４５ａは射出面３５ａの法線方向Ｈ１に対する射出角度を小さくする方向に蛍光ＹＬを屈折させる。すなわち、本実施形態の波長変換素子２３によれば、マイクロレンズ４５を備えるので、蛍光ＹＬの放射角度をより小さくすることでエテンデューの増大を低減させて蛍光ＹＬの利用効率をより向上できる。なお、小レンズ４５ａは光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出された蛍光ＹＬのうち反射層４６で反射された第１成分ＹＬ１のみを反射するように設けてもよい。

また、本実施形態の波長変換素子２３では、光射出領域３５Ｓの周囲を囲むように反射領域３５Ｒが設けられるため、平面視した状態において光射出領域３５Ｓから種々な方向に射出された蛍光ＹＬを反射領域３５Ｒで反射することができる。よって、各光射出領域３５Ｓから射出された蛍光ＹＬの放射角度分布は円形状となる。本実施形態の反射構造体４４によれば、各光射出領域３５Ｓから射出される蛍光ＹＬの放射角度分布が等方的な分布となるので、上述したエテンデューの低減化をより実現しやすくなる。

図２に戻り、第２光源装置１２は、第２光源４０、第２集光光学系４１、散乱板４２及び第２ピックアップ光学系４３を備える。

第２光源４０は、上記第１光源２０と同様の構成からなる。本実施形態において、第２光源４０は、青色光Ｂ２を射出する半導体レーザーと、該半導体レーザーから射出された青色光Ｂ２を平行化するコリメーターレンズとを含む。第２光源４０は、半導体レーザー及びコリメーターレンズを少なくとも一つずつ有していればよく、第１光源２０と同様、半導体レーザー及びコリメーターレンズを複数ずつ有していても良い。

第２集光光学系４１は、第１レンズ４１ａ及び第２レンズ４１ｂを備える。第２集光光学系４１は、第２光源４０からの青色光Ｂ２を散乱板４２付近に集光する。第１レンズ４１ａ及び第２レンズ４１ｂは凸レンズからなる。

散乱板４２は、第２光源４０からの青色光Ｂ２を散乱し、第１光源装置１１において生成される蛍光ＬＹの配光分布に似た配光分布を有する青色光Ｂ２とする。散乱板４２としては、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。

第２ピックアップ光学系４３は、第１レンズ４３ａと第２レンズ４３ｂとを備え、散乱板４２からの光を略平行化する。第１レンズ４３ａ及び第２レンズ４３ｂは凸レンズからなる。

本実施形態において、第２光源装置１２からの青色光Ｂ２はダイクロイックミラー１３で反射され、第１光源装置１１から射出され、ダイクロイックミラー１３を透過した蛍光ＬＹと合成されて白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは均一化照明手段１４に入射する。

均一化照明手段１４は、第１レンズアレイ３０、第２レンズアレイ３１、偏光変換素子３２及び重畳レンズ３３を含む。

第１レンズアレイ３０は、ダイクロイックミラー１３からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ３０ａを有する。複数の第１小レンズ３０ａは、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ３１は、第１レンズアレイ３０の複数の第１小レンズ３０ａに対応する複数の第２小レンズ３１ａを有する。第２レンズアレイ３１は、重畳レンズ３３とともに、第１レンズアレイ３０の各第１小レンズ３０ａの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域近傍に結像させる。複数の第２小レンズ３１ａは照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を揃えるものである。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。偏光変換素子３２は、非偏光である蛍光ＬＹの偏光方向と青色光Ｂ２の偏光方向とを揃えるため、他方の偏光成分を一方の偏光成分に、例えばＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。

重畳レンズ３３は、偏光変換素子３２からの各部分光束を集光して光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ３０、第２レンズアレイ３１及び重畳レンズ３３は、照明光ＷＬの面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

以上説明した本実施形態に係る波長変換素子２３によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の波長変換素子２３は、励起光ＬＬを波長変換して蛍光ＹＬを生成する蛍光体３５と、蛍光体３５における蛍光ＹＬを射出する射出面３５ａに対して傾斜するように設けられ、蛍光ＹＬを反射する反射層４６と、を備える。

本実施形態の波長変換素子２３によれば、射出面３５ａに対して傾斜する反射層４６を備えるので、射出面３５ａから射出された蛍光ＹＬのうち大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を反射することで第１成分ＹＬ１の法線方向Ｈ１に対する射出角度を小さくできる。よって、蛍光ＹＬの放射角度を小さくすることでエテンデューの増大を低減して、蛍光ＹＬの利用効率を向上させることができる。

また、本実施形態の波長変換素子２３によれば、反射層４６が蛍光体３５（凸状部材４７）に設けられる。これにより、蛍光体３５の一部で構成した凸状部材４７を利用して反射層４６を簡便かつ確実に設けることができる。

また、本実施形態の波長変換素子２３によれば、蛍光体３５の射出面３５ａ側に配置され、少なくとも反射層４６で反射された蛍光ＹＬの進行方向を変化させるマイクロレンズ４５（小レンズ４５ａ）をさらに備える。これにより、蛍光ＹＬの放射角度をより小さくすることでエテンデューの増大を低減させて蛍光ＹＬの利用効率をより向上できる。

また、本実施形態の波長変換素子２３によれば、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した場合において、複数の反射層４６により構成される反射領域３５Ｒが格子状である。これにより、光射出領域３５Ｓの周囲を囲むように反射領域３５Ｒが設けられるので、各光射出領域３５Ｓから射出された蛍光ＹＬの放射角度分布を等方的な円形状とすることができる。したがって、各光射出領域３５Ｓから射出される蛍光ＹＬの放射角度分布を等方化することで、エテンデューの増大をより低減させ易くなる。

以上説明した本実施形態に係る第１光源装置１１によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の第１光源装置１１は、励起光ＬＬを射出する第１光源２０と、波長変換素子２３とを備える。これにより、本実施形態の第１光源装置１１によれば、光消光の影響を抑えつつエテンデューを小さくした波長変換素子２３を備えるので、小型化を図るとともに高輝度な蛍光ＹＬを生成できる。

以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態のプロジェクター１は、第１光源装置１１を含む照明装置２と、照明装置２からの青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲ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４Ｂ，４Ｇ，４Ｒと、前述の画像光を投写する投写光学装置６とを備える。このことによって、本実施形態のプロジェクター１によれば、小型化を図るとともに高輝度な蛍光ＹＬを生成する第１光源装置１１を備えるので、小型化を図るとともに高輝度な画像を形成して投写することができる。

なお、本実施形態において、反射層４６を設ける凸状部材４７の表面４７ｃを平面としたが、表面４７ｃの一部が曲面となっていてもよい。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る波長変換素子について説明する。なお、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図５は本実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図５に示すように、波長変換素子１２３は、基材３４と、蛍光体１３５と、ダイクロイック膜３６と、反射構造体１４４と、マイクロレンズ４５と、を有する。

本実施形態の蛍光体１３５は例えば複数のＹＡＧ蛍光体粒子を焼結したＹＡＧセラミック系のセラミック蛍光体から構成され、板状からなる。蛍光体１３５の上面には、接合層１４８を介して反射構造体１４４が接合される。接合層１４８は、蛍光体１３５よりも屈折率の低い低屈折率材料で構成される。

本実施形態において、反射構造体１４４は凸状反射部材（凸状部材）１４７で構成され、蛍光体１３５における蛍光ＹＬを射出する射出面１３５ａ側に設けられる。凸状反射部材１４７は、蛍光体１３５とは異なる物質で形成される。本実施形態において、凸状反射部材１４７は、例えば光を反射するＡｌやＡｇ等の金属材料で構成される。凸状反射部材１４７は、第１実施形態の凸状部材４７と同様に、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した平面形状が格子状である（図４参照）。

また、凸状反射部材１４７は射出面１３５ａに直交する面による断面が逆Ｖ字状である。そのため、凸状反射部材１４７の表面１４７ａは蛍光体１３５の射出面１３５ａに対して傾斜する傾斜面となっている。凸状反射部材１４７の表面１４７ａは、光射出領域１３５Ｓ（射出面１３５ａ）から射出された蛍光ＹＬを反射する反射面として機能する。すなわち、本実施形態において、蛍光ＹＬを反射する第１反射部材は凸状反射部材１４７に設けられている。

蛍光体１３５の上面のうち反射構造体１４４が設けられていない部分は、蛍光ＹＬを射出する光射出領域１３５Ｓを構成する。光射出領域１３５Ｓは蛍光体１３５における射出面１３５ａに相当する。

一方、反射構造体１４４が形成された部分は、射出面１３５ａから射出された蛍光ＹＬを反射する反射領域１３５Ｒを構成する。蛍光の射出方向に沿って平面視した場合において、反射領域１３５Ｒは格子状となっている。

本実施形態の波長変換素子１２３によれば、蛍光ＹＬのうち大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を凸状反射部材１４７の表面１４７ａで反射することによって、第１成分ＹＬ１の射出角度を小さくすることができる。これにより、エテンデューの増大を低減しつつ、蛍光ＹＬの利用効率を向上させることができる。また、本実施形態の波長変換素子１２３では、蛍光体１３５上における励起光ＬＬの入射面積を小さくすることなくエテンデューを小さくできるため、励起光ＬＬの光密度が高くなることによる光消光の発生を抑制できる。
したがって、本実施形態の波長変換素子１２３においても、光消光の影響を抑えつつ、エテンデューを小さくすることができる。

また、本実施形態の波長変換素子１２３において、蛍光ＹＬの一部が反射構造体１４４の下面、すなわち接合層１４８に入射する。接合層１４８は蛍光体１３５よりも屈折率の低い低屈折率材料で構成されるため、接合層１４８と蛍光体１３５との界面で蛍光ＹＬを全反射させることができる。全反射された蛍光ＹＬは蛍光体１３５内に戻され、やがては光射出領域１３５Ｓ（射出面１３５ａ）から蛍光体１３５の外部に射出される。

ここで、比較例として、例えば、接合層１４８を用いずに反射構造体１４４と蛍光体１３５とを接触させた状態で固定した場合を考える。この場合において、反射構造体１４４の下面に入射した蛍光ＹＬは、反射構造体１４４で反射される際に僅かながら吸収されることで光損失が生じる。
これに対し、本実施形態の波長変換素子１２３によれば、上述のように反射構造体１４４の下面に入射した蛍光ＹＬを接合層１４８によって全反射させるので光損失の発生を低減することで光利用効率を向上できる。

また、本実施形態の波長変換素子１２３によれば、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した場合において、反射構造体１４４（反射領域１３５Ｒ）が格子状である。このように、光射出領域１３５Ｓの周囲を囲むように反射領域１３５Ｒが設けられるので、各光射出領域１３５Ｓから射出された蛍光ＹＬを等方的な放射角度分布にすることでエテンデューの増大をより低減させ易くすることができる。

なお、本実施形態において、凸状反射部材１４７の表面１４７ａを平面としたが、表面１４７ａの一部が曲面となっていてもよい。

（第２実施形態の第１変形例）
続いて、第２実施形態の第１変形例に係る波長変換素子について説明する。なお、第２実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図６は本変形例の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図６に示すように、波長変換素子１２３Ａは、基材３４と、蛍光体１３５と、ダイクロイック膜３６と、反射構造体１４４Ａと、マイクロレンズ４５と、を有する。反射構造体１４４Ａは、蛍光体１３５の上面に接合層１４８を介して接合される。

本変形例において、反射構造体１４４Ａは、凸状部材１４９と、反射層（第１反射部材）１５０とを有する。凸状部材１４９は、蛍光体１３５とは異なる物質で形成されている。本実施形態において、凸状部材１４９の材質は特に問わず、例えばセラミックス、金属或いはガラス等で構成される。凸状部材１４９は、第１実施形態の凸状部材４７と同様に、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した平面形状が格子状である（図４参照）。

また、凸状部材１４９は蛍光体１３５の射出面１３５ａに直交する面による断面が逆Ｖ字状である。そのため、凸状部材１４９の表面１４９ａは射出面１３５ａに対して傾斜する傾斜面となっている。

反射層１５０は、凸状部材１４９の全面、より具体的には表面１４９ａ及び下面１４９ｂを覆うように設けられる。反射層１５０は、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜或いは誘電体多層膜で構成される。本実施形態において、表面１４９ａは射出面１３５ａに対して傾斜するため、表面１４９ａ上に設けられた反射層１５０は、射出面１３５ａに対して傾斜した状態に設けられる。これにより、反射層１５０は光射出領域１３５Ｓ（射出面１３５ａ）から射出された蛍光ＹＬの一部を反射する第１反射部材として機能する。

蛍光体１３５の上面のうち反射構造体１４４Ａが設けられていない部分は、蛍光体１３５から蛍光ＹＬを直接射出する光射出領域１３５Ｓを構成する。光射出領域１３５Ｓは蛍光体１３５における射出面１３５ａに相当する。

一方、反射構造体１４４Ａが形成された部分は、射出面１３５ａから射出された蛍光ＹＬを反射する反射領域１３５Ｒを構成する。蛍光の射出方向に沿って平面視した場合において、反射領域１３５Ｒは格子状となっている。

本変形例の波長変換素子１２３Ａによれば、蛍光ＹＬのうち大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を反射層１５０で反射することによって、第１成分ＹＬ１の射出角度を小さくできる。これにより、エテンデューの増大を低減しつつ、蛍光ＹＬの利用効率を向上させることができる。また、本変形例の波長変換素子１２３Ａでは、蛍光体１３５上における励起光ＬＬの入射面積を小さくすることなくエテンデューを小さくできるため、励起光ＬＬの光密度が高くなることによる光消光の発生を抑制できる。
したがって、本変形例の波長変換素子１２３Ａにおいても、光消光の影響を抑えつつ、エテンデューを小さくすることができる。

また、本変形例の波長変換素子１２３Ａにおいても、反射構造体１４４Ａの下面に入射した蛍光ＹＬを接合層１４８によって全反射することで光利用効率を向上させることができる。

また、本変形例の波長変換素子１２３Ａにおいても、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した場合において、反射構造体１４４（反射領域１３５Ｒ）が格子状であるため、各光射出領域１３５Ｓから射出された蛍光ＹＬを等方的な放射角度分布にすることでエテンデューの増大をより低減させ易くすることができる。

なお、本実施形態において、反射層１５０を形成する凸状部材１４９の表面１４９ａを平面としたが、表面１４９ａの一部が曲面となっていてもよい。

（第２実施形態の第２変形例）
続いて、第２実施形態の第２変形例に係る波長変換素子について説明する。なお、第２実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図７は本変形例の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図７に示すように、波長変換素子１２３Ｂは、基材３４と、蛍光体１３５と、ダイクロイック膜３６と、反射構造体１４４Ｂと、マイクロレンズ４５と、を有する。反射構造体１４４Ｂは、蛍光体１３５の上面に接合層１４８を介して接合される。

蛍光体１３５の上面のうち反射構造体１４４Ｂが設けられていない部分は、蛍光体１３５から蛍光ＹＬを直接射出する光射出領域１３５Ｓを構成する。光射出領域１３５Ｓは蛍光体１３５における射出面１３５ａに相当する。

一方、反射構造体１４４Ｂが形成された部分は、射出面１３５ａから射出された蛍光ＹＬを反射する反射領域１３５Ｒを構成する。蛍光の射出方向に沿って平面視した場合において、反射構造体１４４Ｂは格子状である。

本変形例において、反射構造体１４４Ｂは、凸状部材１５１と、反射層（第１反射部材）１５２とを有する。凸状部材１５１は、蛍光体１３５とは異なる物質で形成されている。本変形例において、凸状部材１５１は蛍光体１３５とは異なる物質で形成される。

凸状部材１５１は、光透過性を有する材料からなる母材１５１ａと、母材１５１ａ中に含有された母材１５１ａと屈折率の異なる散乱体１５１ｂと、を有する。母材１５１ａとしては蛍光体１３５の屈折率に近い材料を用いるのが好ましい。散乱体１５１ｂは、例えば、空気を含有する気孔から構成される。凸状部材１５１は、第１実施形態の凸状部材４７と同様に、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した平面形状が格子状である（図４参照）。

また、凸状部材１５１は蛍光体１３５の射出面１３５ａに直交する面による断面が逆Ｖ字状である。そのため、凸状部材１５１の表面１５１ａ１は射出面１３５ａに対して傾斜する傾斜面となっている。

反射層１５２は、凸状部材１５１の表面１５１ａ１を覆うように設けられる。反射層１５２は、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜或いは誘電体多層膜で構成される。本実施形態において、表面１５１ａ１は射出面１３５ａに対して傾斜するため、表面１５１ａ１上に設けられた反射層１５２は、射出面１３５ａに対して傾斜する。これにより、反射層１５２は光射出領域１３５Ｓ（射出面１３５ａ）から射出された蛍光ＹＬを反射する。

本変形例の波長変換素子１２３Ｂによれば、蛍光ＹＬのうち大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を反射層１５２で反射することによって、第１成分ＹＬ１の射出角度を小さくできる。これにより、エテンデューの増大を低減しつつ、蛍光ＹＬの利用効率を向上させることができる。また、本変形例の波長変換素子１２３Ｂでは、蛍光体１３５上における励起光ＬＬの入射面積を小さくすることなくエテンデューを小さくできるため、励起光ＬＬの光密度が高くなることによる光消光の発生を抑制できる。したがって、本変形例の波長変換素子１２３Ｂにおいても、光消光の影響を抑えつつ、エテンデューを小さくすることができる。

また、本変形例の波長変換素子１２３Ｂにおいても、反射構造体１４４Ｂの下面に入射した蛍光ＹＬの多くを接合層１４８によって全反射することで光利用効率を向上させることができる。

また、本変形例において、蛍光ＹＬのうちの臨界角よりも小さい入射角度で接合層１４８に入射した成分は接合層１４８を透過して凸状部材１５１内に入射することがあり得る。

ここで、比較例として、凸状部材１５１を構成する母材１５１ａ中に散乱体１５１ｂが含有されていない場合について考える。この場合、凸状部材１５１内に入射した蛍光ＹＬは母材１５１ａ中を透過して凸状部材１５１の表面１５１ａ１に設けられた反射層１５２で反射される。そのため、凸状部材１５１内に入射した蛍光ＹＬは反射層１５２での反射時に吸収ロスが発生し、僅かながら光損失が発生してしまう。

これに対して、本変形例によれば、凸状部材１５１内に入射した蛍光ＹＬは母材１５１ａ中に含有された散乱体１５１ｂで散乱されることで一部の成分が反射層１５２に入射することなく再び蛍光体１３５内に戻される。よって、本変形例の構成によれば、反射層１５２による蛍光ＹＬの吸収ロスの発生を抑制することで光利用効率をより向上させることができる。

また、本変形例の波長変換素子１２３Ｂにおいても、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した場合において、反射構造体１４４Ｂ（反射領域１３５Ｒ）が格子状であるため、各光射出領域１３５Ｓから射出された蛍光ＹＬを等方的な放射角度分布にすることでエテンデューの増大をより低減させ易くすることができる。

なお、本実施形態において、反射層１５２を形成する凸状部材１５１の表面１５１ａ１を平面としたが、表面１５１ａ１の一部が曲面となっていてもよい。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る波長変換素子について説明する。なお、上記実施形態及び変形例と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図８は本実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図８に示すように、波長変換素子２２３は、基材３４と、蛍光体２３５と、ダイクロイック膜３６と、反射構造体２４４と、マイクロレンズ４５と、を有する。

本実施形態の蛍光体２３５は例えば複数のＹＡＧ蛍光体粒子を焼結したＹＡＧセラミック系のセラミック蛍光体から構成され、板状からなる。蛍光体２３５の上面には、反射構造体２４４が設けられている。

本実施形態において、反射構造体２４４は、透光性部材２４５と、反射層（第１反射部材）２４６とを有する。透光性部材２４５は蛍光ＹＬを透過し、蛍光体１３５の射出面に設けられる。具体的に透光性部材２４５は、例えば、光透過性を有するガラス、樹脂、透光性セラミックスなどで構成される。透光性部材２４５は、下面２４５ａに設けられた凹部２４７を有する。

図９は、波長変換素子の要部構成を示す拡大図である。図９に示すように、凹部２４７は、下面２４５ａにおける第１方向に沿って延びる複数の第１凹部２４７ａと、下面２４５ａにおける第１方向に直交する第２方向に沿って延びる複数の第２凹部２４７ｂとを含む。

第１凹部２４７ａと第２凹部２４７ｂとは交差した状態で下面２４５ａに形成されている。凹部２４７は、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した全体形状が格子状である。第１凹部２４７ａは延在方向に直交する面による断面が逆Ｖ字状である。同様に第２凹部２４７ｂは延在方向に直交する面による断面が逆Ｖ字状である。

透光性部材２４５を蛍光体２３５上に配置した状態において、第１凹部２４７ａ及び第２凹部２４７ｂの表面は蛍光体２３５において蛍光ＹＬを射出する射出面２３５ａに対して傾斜する傾斜面となる。以下、第１凹部２４７ａ及び第２凹部２４７ｂの表面（傾斜面）を総称して透光性部材２４５の傾斜面２４７ｃと称す。なお、透光性部材２４５が蛍光体２３５上に配置された状態において、凹部２４７と蛍光体２３５とで形成される空間には空気層２４８が設けられている。

本実施形態において、反射層２４６は、透光性部材２４５の傾斜面２４７ｃに設けられる。反射層２４６は、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜或いは誘電体多層膜で構成され、後述する光射出領域２３５Ｓ（射出面２３５ａ）から射出された蛍光ＹＬを反射する。本実施形態において、傾斜面２４７ｃは射出面２３５ａに対して傾斜するため、傾斜面２４７ｃに設けられた反射層２４６は射出面２３５ａに対して傾斜した状態に設けられる。

本実施形態において、蛍光体２３５の上面のうち反射構造体２４４の凹部２４７と平面的に重ならない部分が蛍光ＹＬを蛍光体２３５から直接射出する光射出領域２３５Ｓを構成する。本実施形態において、光射出領域２３５Ｓは蛍光体２３５における射出面２３５ａに相当する。

一方、反射構造体２４４が形成された部分が射出面２３５ａから射出された蛍光ＹＬを反射する反射領域２３５Ｒを構成する。図９に示すように、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した場合において、反射領域２３５Ｒは格子状に設けられている。すなわち、光射出領域２３５Ｓ（射出面２３５ａ）は、反射領域２３５Ｒによって区画された領域に設けられている。そのため、反射領域２３５Ｒは、光射出領域２３５Ｓの周囲を囲むように設けられる。

本実施形態において、マイクロレンズ４５は反射構造体２４４の光射出側に設けられている。具体的に、マイクロレンズ４５は透光性部材２４５の上面２４５ｂに貼り付けられている。マイクロレンズ４５は複数の小レンズ４５ａを含み、各小レンズ４５ａを光射出領域３５Ｓの直上に位置させるように透光性部材２４５の上面２４５ｂに設けられる。

続いて、本実施形態の波長変換素子２２３の作用について説明する。
図８に示すように、光射出領域２３５Ｓ（射出面２３５ａ）から射出された蛍光ＹＬは透光性部材２４５の下面２４５ａから反射構造体２４４内に入射する。蛍光ＹＬの一部は透光性部材２４５及びマイクロレンズ４５を透過してピックアップ光学系２７に入射する。蛍光ＹＬは射出面２３５ａからランバート放射されるため、射出面２３５ａに対して大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を含む。反射構造体２４４は第１成分ＹＬ１を反射領域２３５Ｒの反射層２４６で反射する。

本実施形態の波長変換素子２２３によれば、蛍光ＹＬのうち大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を反射層２４６で反射することによって、第１成分ＹＬ１の射出角度を小さくできる。これにより、エテンデューの増大を低減しつつ、蛍光ＹＬの利用効率を向上させることができる。また、本実施形態の波長変換素子２２３では、蛍光体２３５上における励起光ＬＬの入射面積を小さくすることなくエテンデューを小さくできるため、励起光ＬＬの光密度が高くなることによる光消光の発生を抑制できる。
したがって、本実施形態の波長変換素子２２３においても、光消光の影響を抑えつつ、エテンデューを小さくすることができる。

また、本実施形態の波長変換素子２２３において、射出面２３５ａとは別の面から射出された蛍光ＹＬが反射構造体２４４の凹部２４７に入射してしまう。凹部２４７と蛍光体２３５とで形成される空間には蛍光体２３５よりも屈折率の低い空気層２４８が設けられるため、空気層２４８と蛍光体２３５との界面で蛍光ＹＬを全反射させることができる。全反射された蛍光ＹＬは蛍光体２３５内に戻されて再び光射出領域２３５Ｓ（射出面２３５ａ）から蛍光体２３５の外部に射出される。
このように本実施形態の波長変換素子２２３によれば、反射構造体２４４の下面に入射した蛍光ＹＬを全反射させるので光損失の発生を低減することで光利用効率を向上することができる。

また、本実施形態の波長変換素子２２３によれば、蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した場合において、反射領域２３５Ｒが格子状である。これにより、光射出領域２３５Ｓの周囲を囲むように反射領域２３５Ｒが設けられるので、各光射出領域２３５Ｓから射出された蛍光ＹＬを等方的な放射角度分布にすることでエテンデューの増大をより低減させ易くすることができる。

なお、本実施形態において、反射層２４６を形成する透光性部材２４５の傾斜面２４７ｃを平面としたが、傾斜面２４７ｃの一部が曲面となっていてもよい。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係る波長変換素子について説明する。なお、第３実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１０は本実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図１０に示すように、波長変換素子３２３は、基材３４と、蛍光体２３５と、ダイクロイック膜３６と、反射構造体２４４と、接合層（低屈折率層）２４９と、マイクロレンズ４５と、を有する。

本実施形態において、マイクロレンズ４５は透光性部材２４５に対向して配置される。具体的に、反射構造体２４４の上面２４５ｂに接合層２４９を介して貼り付けられている。接合層２４９は、マイクロレンズ４５よりも屈折率の低い低屈折率材料で構成される。マイクロレンズ４５は複数の小レンズ４５ａを含み、各小レンズ４５ａを光射出領域３５Ｓの直上に位置させるように透光性部材２４５の上面２４５ｂに貼り付けられている。すなわち、本実施形態において、マイクロレンズ４５と透光性部材２４５とは一体に設けられていない。

本実施形態の波長変換素子３２３によれば、第３実施形態の波長変換素子２２３と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態の波長変換素子３２３によれば、マイクロレンズ４５と透光性部材２４５とが一体に設けられないため、下記の効果を奏することができる。

ここで、比較例として、マイクロレンズ４５と透光性部材２４５とが一体に設けられた場合、すなわち、第３実施形態の波長変換素子２２３について考える。小レンズ４５ａに入射した蛍光ＹＬの一部の成分は小レンズ４５ａの表面で全反射されることで外部に射出されず、透光性部材２４５側に戻される。マイクロレンズ４５と透光性部材２４５とが一体に設けられた場合、小レンズ４５ａの表面で全反射された蛍光ＹＬは透光性部材２４５内へと進み、反射層２４６で反射される。そのため、小レンズ４５ａで全反射された蛍光ＹＬは反射層２４６での反射時に吸収ロスが発生し、僅かながら光損失が発生してしまう。また、小レンズ４５ａで全反射された蛍光ＹＬは射出面２３５ａを介して蛍光体２３５内に入射して吸収されることで光損失を発生させる。

これに対し、本実施形態の波長変換素子３２３によれば、小レンズ４５ａで全反射された蛍光ＹＬは、マイクロレンズ４５と透光性部材２４５との間に設けられた蛍光体１３５よりも屈折率の低い接合層２４９で全反射されて小レンズ４５ａから外部に射出されるようになる。よって、本実施形態の構成によれば、小レンズ４５ａで全反射された蛍光ＹＬの光損失を低減することで光利用効率をより向上させることができる。

なお、本実施形態において、反射層２４６を形成する透光性部材２４５の傾斜面２４７ｃを平面としたが、傾斜面２４７ｃの一部が曲面となっていてもよい。

（第５実施形態）
続いて、第５実施形態に係る波長変換素子について説明する。なお、上記実施形態及び変形例と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１１は本実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図１１に示すように、波長変換素子３２３は、基材３４と、蛍光体３３５と、ダイクロイック膜３６と、反射構造体３４４と、側面構造体３００と、導光体３１０と、を有する。

本実施形態の蛍光体３３５は例えば複数のＹＡＧ蛍光体粒子を焼結したＹＡＧセラミック系のセラミック蛍光体から構成され、板状からなる。蛍光体３３５の上面３３５ａには、反射構造体３４４と側面構造体３００とが設けられている。本実施形態の反射構造体３４４は、図６に示した反射構造体１４４Ａと同様の構成を有する。すなわち、反射構造体３４４は、凸状部材１４９と反射層１５０とで構成される。反射構造体３４４は蛍光体３３５の上面３３５ａに接合層３４８を介して接合される。接合層３４８は、蛍光体３３５よりも屈折率の低い低屈折率材料で構成される。

側面構造体３００は、反射構造体３４４の周囲を枠状に囲むように蛍光体３３５の上面３３５ａに設けられる。側面構造体３００は、反射構造体３４４の周囲を囲む枠部３０１と、枠部３０１の内壁面３０１ａに設けられた反射層（第２反射部材）３０２と、を有する。枠部３０１の高さは反射構造体３４４の高さと同等である。なお、枠部３０１の材質は特に問わず、例えばセラミックス、金属或いはガラス等で構成される。反射層３０２は、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜或いは誘電体多層膜で構成される。このような構成に基づき、側面構造体３００は、反射層３０２で反射させた蛍光ＹＬを導光体３１０に入射させることが可能である。

導光体３１０は蛍光体３３５から射出された蛍光ＹＬを導光することで蛍光ＹＬの照度分布を均一化する。導光体３１０は、例えばＢＫ７等のホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス等を含む光学ガラス、水晶、およびサファイア等の透光性部材で構成されている。導光体３１０は中心軸Ｏ方向に延びる。中心軸Ｏ方向は照明光軸１００ａｘに一致する。

本実施形態の導光体３１０は、光入射面３１０ａと光射出面３１０ｂとを有し、中心軸Ｏに直交する断面積が光入射面３１０ａから光射出面３１０ｂに向かって大きくなるテーパーロッド形状を有する。なお、導光体３１０における中心軸Ｏに直交する断面は円形或いは四角形のいずれでもよい。

中心軸Ｏに沿う方向において、導光体３１０の光入射面３１０ａは枠部３０１の上面３０１ｂと同じ高さに配置されている。また、光入射面３１０ａの大きさは、枠部３０１の内壁面３０１ａによる開口の大きさと略同じである。

蛍光体３３５の上面３３５ａのうち枠部３０１に囲まれた領域の内側かつ反射構造体３４４が設けられていない部分が、蛍光ＹＬを射出する光射出領域３３５Ｓを構成する。光射出領域３３５Ｓは蛍光体３３５における射出面３３６に相当する。

一方、反射構造体３４４が形成された部分は、射出面３３６から射出された蛍光ＹＬを反射する反射領域３３５Ｒを構成する。蛍光ＹＬの射出方向に沿って平面視した場合において、反射領域３３５Ｒは格子状となっている。

本実施形態の波長変換素子３２３によれば、蛍光ＹＬのうち大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を反射領域３３５Ｒで反射することによって、第１成分ＹＬ１の射出角度を小さくすることができる。これにより、エテンデューの増大を低減しつつ、蛍光ＹＬの利用効率を向上させることができる。また、本実施形態の波長変換素子３２３では、蛍光体３３５上における励起光ＬＬの入射面積を小さくすることなくエテンデューを小さくできるため、励起光ＬＬの光密度が高くなることによる光消光の発生を抑制できる。
したがって、本実施形態の波長変換素子３２３においても、光消光の影響を抑えつつ、エテンデューを小さくすることができる。

また、本実施形態の波長変換素子３２３では、反射構造体３４４の周囲を囲む側面構造体３００を備える。ここで、側面構造体３００を設けない場合について考える。この場合、例えば、蛍光体３３５の上面３３５ａのうち外縁部に位置する光射出領域３３５Ｓから射出された蛍光ＹＬの第２成分ＹＬ２は導光体３１０に入射せず光損失を生じるおそれがある。これに対し、側面構造体３００を備える本実施形態の波長変換素子３２３によれば、蛍光体３３５の上面３３５ａのうち外縁部に位置する光射出領域３３５Ｓから射出された蛍光ＹＬの第２成分ＹＬ２を反射して導光体３１０の光入射面３１０ａに入射させることができる。これにより、導光体３１０に蛍光ＹＬを効率良く入射させることができる。

なお、本実施形態では、反射構造体３４４として、図７に示した反射構造体１４４Ｂと同様の構成を有するものを例に挙げたが、反射構造体３４４として、上述した反射構造体４４、反射構造体１４４、反射構造体１４４Ａ、反射構造体２４４のいずれかを適用してもよい。

また、上記実施形態において、側面構造体３００を蛍光体３３５の上面３３５ａに配置する場合を例に挙げたが、側面構造体３００を蛍光体３３５の側面３３５ｂを囲むように配置してもよい。このように側面構造体３００を蛍光体３３５の側面３３５ｂを囲むように配置すれば、蛍光体３３５の上面３３５ａの面積を小さくできるので、蛍光体３３５を小型化することでコスト低減を図ることができる。

なお、本実施形態において、反射層１５２を形成する凸状部材１５１の表面（反射構造体３４４の表面）を曲面としてもよい。

（第６実施形態）
続いて、第６実施形態に係る波長変換素子について説明する。なお、第５実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１２は本実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図１２に示すように、波長変換素子４２３は、基材３４と、蛍光体３３５と、ダイクロイック膜３６と、反射構造体３４４と、側面構造体４００と、導光体３１０と、を有する。

本実施形態において、側面構造体４００は、蛍光体３３５の周囲を枠状に囲むように蛍光体３３５の側面３３５ｂに設けられる。側面構造体４００は、蛍光体３３５及び蛍光体３３５上に設けられた反射構造体３４４を囲む枠部４０１と、枠部４０１の内壁面４０１ａに設けられた反射層（第２反射部材）４０２と、を有する。枠部４０１の高さは蛍光体３３５及び反射構造体３４４を合わせた高さと同等である。なお、枠部４０１の材質は特に問わず、例えばセラミックス、金属或いはガラス等で構成される。反射層４０２は、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜或いは誘電体多層膜で構成される。このような構成に基づき、側面構造体４００は、反射層４０２で反射させた蛍光ＹＬを導光体３１０に入射させることが可能である。

本実施形態の側面構造体４００によれば、内壁面４０１ａのうち反射構造体３４４に対向する部分が傾斜面４０１ｂとなっている。この傾斜面４０１ｂは、蛍光体３３５の射出面３３６から離間するほど導光体３１０の中心軸Ｏから離れる方向に傾斜する。本実施形態において、傾斜面４０１ｂ上に設けられた反射層４０２は、蛍光体３３５の射出面３３６から離間するほど導光体３１０の中心軸Ｏから離れる方向に傾斜して設けられる。

本実施形態において、傾斜面４０１ｂ上に設けられた反射層４０２は射出面３３６に対して傾斜した状態に設けられる。なお、傾斜面４０１ｂにおける射出面３３６に対する傾斜角度は、反射構造体３４４における射出面３３６に対する傾斜角度と同じである。

本実施形態の波長変換素子４２３によれば、第５実施形態の波長変換素子３２３と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態の波長変換素子４２３によれば、側面構造体４００における内壁面４０１ａが傾斜面４０１ｂとなっているため、射出面３３６と垂直方向に延びる内壁面３０１ａを有する第５実施形態の側面構造体３００に比べて、側面構造体４００で反射後の蛍光ＹＬの第２成分ＹＬ２の射出角度を小さくできる。よって、導光体３１０に蛍光ＹＬを効率よく入射させるとともに、放射角度を小さく制御した蛍光ＹＬを導光体３１０に入射させることができる。

なお、本実施形態では、反射構造体３４４として、図７に示した反射構造体１４４Ｂと同様の構成を有するものを例に挙げたが、反射構造体３４４として、上述した反射構造体４４、反射構造体１４４、反射構造体１４４Ａ、反射構造体２４７のいずれかを適用してもよい。

（第７実施形態）
続いて、第７実施形態に係る波長変換素子について説明する。なお、上記実施形態及び変形例と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１３は本実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図１３に示すように、波長変換素子５２３は、基材３４と、蛍光体３３５と、ダイクロイック膜３６と、導光体４１０と、反射構造体５４４と、を有する。

導光体４１０は蛍光体３３５から射出された蛍光ＹＬを導光して、図２に示したピックアップ光学系２７に導く。導光体４１０は、例えばＢＫ７等のホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス等を含む光学ガラス、水晶、およびサファイア等の透光性部材で構成されている。導光体４１０は中心軸Ｏ１方向に延びる。本実施形態の導光体４１０は、光入射面４１０ａと光射出面４１０ｂとを有し、中心軸Ｏ１に直交する断面積が光入射面４１０ａから光射出面４１０ｂに向かって大きくなるテーパーロッド形状を有する。なお、導光体４１０における中心軸Ｏ１に直交する断面は円形或いは四角形のいずれでもよい。

導光体４１０は光入射部４１１を有する。光入射部４１１は、蛍光体３３５の上面３３５ａから射出された蛍光ＹＬを導光体４１０内部に入射させる光入射面４１０ａを含む。導光体４１０の光入射部４１１における蛍光体３３５に対向する面のうち反射構造体５４４が設けられていない部分が上述の光入射面４１０ａとなる。

導光体４１０は蛍光体３３５に接触もしくは近接した状態に配置されている。そのため、導光体４１０と蛍光体３３５との隙間が波長変換素子３２３及び波長変換素子４２３の構成に比べて狭くなっている。

本実施形態の波長変換素子５２３では、反射構造体５４４が導光体４１０の光入射部４１１に埋め込まれている。反射構造体５４４は、図６に示した反射構造体１４４Ａと同様の構成を有する。そのため、反射構造体５４４は、凸状部材１４９と反射層１５０とで構成される。

本実施形態の波長変換素子５２３において、蛍光体３５５から射出された蛍光ＹＬが光入射面４１０ａを介して導光体４１０内に入射する。導光体４１０内に入射した蛍光ＹＬは、導光体４１０内部を全反射することで伝播して光射出面４１０ｂから射出される。

上述したように蛍光ＹＬは射出面３３６からランバート放射されるため、射出面３３６に対して大きな射出角度をもつ第１成分ＹＬ１を含む。
本実施形態の波長変換素子５２３によれば、光入射面４１０ａから導光体４１０内に入射した蛍光ＹＬの第１成分ＹＬ１は導光体４１０の光入射部４１１に埋め込まれた反射構造体５４４で反射されるので、射出角度が小さくなる。よって、本実施形態の波長変換素子５２３によれば、上述した他の実施形態と同様、蛍光ＹＬにおける放射角度を小さくできる。よって、エテンデューの増大を低減しつつ、蛍光ＹＬの利用効率を向上させることができる。

本実施形態の波長変換素子５２３では、導光体４１０と蛍光体３３５との間隔が狭まるので、蛍光体３３５から射出された蛍光ＹＬが大きく拡がる前に導光体４１０内に取り込むことができる。これにより、蛍光ＹＬの見かけ上の発光面積が小さくなるので、エテンデューを小さくすることができる。

なお、本実施形態では、反射構造体５４４として、図６に示した反射構造体１４４Ａと同様の構成を有するものを例に挙げたが、反射構造体５４４として、上述した反射構造体１４４を適用してもよい。

（第８実施形態）
続いて、第８実施形態に係る波長変換素子について説明する。なお、上記実施形態及び変形例と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１４は本実施形態の波長変換素子の構成を示す断面図である。
図１４に示すように、波長変換素子６２３は、基材３４と、蛍光体３３５と、ダイクロイック膜３６と、導光体４１０と、反射構造体６４４と、反射層（第３反射部材）６００とを有する。

本実施形態の導光体４１０は、光入射面４１０ａと光射出面４１０ｂとを接続する第１側面４１０ｃ、第２側面４１０ｄ、第３側面４１０ｅ及び第４側面４１０ｆを有する。以下、第１側面４１０ｃ、第２側面４１０ｄ、第３側面４１０ｅ及び第４側面４１０ｆを総称して単に側面４１２と称す。

本実施形態において、反射層６００が側面４１２の光入射面４１０ａ側に設けられている。反射層６００は、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜或いは誘電体多層膜で構成される。

本実施形態の波長変換素子６２３によれば、第７実施形態の波長変換素子５２３と同様の効果を奏することができる。

例えば、蛍光体３３５の上面３３５ａのうち外縁部に位置する光射出領域３３５Ｓから射出された蛍光ＹＬのうち大きな放射角度で射出された第３成分ＹＬ３は導光体４１０の側面４１２に対して臨界角よりも小さい角度で入射するおそれがある。仮に側面４１２に反射層６００が設けられていない場合、第３成分ＹＬ３は導光体４１０の側面４１２を透過して外部に射出されて光損失を生じさせるおそれがある。

これに対し、また、本実施形態の波長変換素子６２３によれば、第３成分ＹＬ３を反射層６００で反射して導光体４１０内に戻すことができるので、導光体４１０の側面４１２から外に漏れる光を低減できる。したがって、蛍光ＹＬの光利用効率を向上させることができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態及び変形例では、一方側（下方側）から励起光が入射し、他方側（上方側）から蛍光を射出する透過型の波長変換素子について説明したが、本発明の波長変換素子は蛍光体の上方側から励起光を入射させ、蛍光体の上方に蛍光を射出する反射型にも適用可能である。

以下、変形例として、反射型の波長変換素子の構成について説明する。本変形例は、第１実施形態の波長変換素子２３を反射型に適用したものである。そのため、本変形例に係る反射型の波長変換素子において、波長変換素子２３と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１５は反射型の波長変換素子の構成を示す断面図である。図１５に示すように、波長変換素子７２３は、基材１３４と、蛍光体３５と、反射層１３６と、反射構造体４４と、マイクロレンズ４５と、を有する。本実施形態の波長変換素子２３は、一方側（下方側）から励起光ＬＬが入射し、他方側（上方側）から蛍光ＹＬを射出する反射型の素子である。

基材１３４は、板状部材であり、蛍光体３５を支持する支持台である。本実施形態の基材１３４は熱伝導率を有した、例えば銅等の金属材料で構成されており、光透過性は有していてもよいし、有していなくてもよい。ダイクロイック膜１３６は、基材１３４及び蛍光体３５間に設けられる。反射層１３６は蛍光体３５の底面３５ｂに設けられている。反射層１３６は蛍光体３５で生成された蛍光ＹＬを上方に向けて反射する。

続いて、波長変換素子７２３の作用について説明する。
励起光ＬＬはマイクロレンズ４５を透過して蛍光体３５における反射構造体４４で区画された光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）に入射する。励起光ＬＬは光射出領域３５Ｓを介して蛍光体３５内に入射し、蛍光体３５内で蛍光ＹＬを生成する。蛍光体３５で生成された蛍光ＹＬの多くは光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出される。また、蛍光体３５内で生成された蛍光ＹＬの一部は下方に向かった後に反射層１３６で反射されて、光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出される。

図１５に示すように、光射出領域３５Ｓ（射出面３５ａ）から射出された蛍光ＹＬの一部はマイクロレンズ４５を透過して射出される。このとき、蛍光ＹＬに含まれる射出面３５ａに対して大きな射出角度を有する第１成分ＹＬ１は反射層４６で反射される。

本実施形態の波長変換素子７２３によれば、蛍光ＹＬのうち大きな射出角度を持つ第１成分ＹＬ１を反射構造体４４で反射することで蛍光ＹＬの放射角度を小さくしてエテンデューの増大を低減できる。また、蛍光ＹＬがマイクロレンズ４５を経由して外部に射出されるので、蛍光ＹＬの放射角度をより小さくすることができる。したがって、エテンデューの増大を低減させることで蛍光ＹＬの利用効率を向上することができる。
また、本実施形態の波長変換素子７２３では、蛍光体３５上における励起光ＬＬの入射面積を小さくすることなくエテンデューを小さくできるため、励起光の光密度が高くなることによる光消光の発生が抑制される。
このように本実施形態の波長変換素子７２３によれば、光消光の影響を抑えつつ、エテンデューを小さくすることができる。

なお、上記説明では、第１実施形態の波長変換素子２３を反射型に適用する場合を例に挙げたが、他の実施形態及び変形例に係る波長変換素子１２３、波長変換素子１２３Ａ、波長変換素子１２３Ｂ、波長変換素子２２３、波長変換素子３２３、波長変換素子４２３、波長変換素子５２３、波長変換素子６２３を反射型に適用してもよい。

また、上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。
ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。

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、これに限定されない。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、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、１１…第１光源装置（光源装置）、２０…第１光源（光源）、２３，１２３，１２３Ａ，１２３Ｂ，２２３，３２３，４２３，５２３，６２３，７２３…波長変換素子、３５…蛍光体（波長変換層）、３５ａ，１３５ａ，２３５ａ，３３６…射出面、３５Ｒ，１３５Ｒ，２３５Ｒ，３３５Ｒ…反射領域、４５…マイクロレンズ（光学素子）、４６，１５０，１５２，２４６…反射層（第１反射部材）、４７，１４９，１５１…凸状部材、１４７…凸状反射部材（凸状部材）、２４５…透光性部材、２４９…接合層（低屈折率層）、３０２，４０２…反射層（第２反射部材）、３１０，４１０…導光体、３１０ａ，４１０ａ…光入射面、３３５ｂ，４１２…側面、４１１…光入射部、６００…反射層（第３反射部材）、ＬＬ…励起光、ＬＹ，ＹＬ…蛍光、Ｏ，Ｏ１…中心軸。

Claims (11)

1. 励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層と、
   前記波長変換層における前記蛍光を射出する射出面に対して傾斜するように設けられ、前記蛍光を反射する第１反射部材と、
   前記波長変換層の前記射出面側に設けられる凸状部材と、を備え、
   前記第１反射部材は、前記凸状部材に設けられる
   ことを特徴とする波長変換素子。
2. 励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層と、
   前記波長変換層における前記蛍光を射出する射出面に対して傾斜するように設けられ、前記蛍光を反射する第１反射部材と、
   前記波長変換層とは異なる物質で形成され、前記波長変換層の前記射出面側に設けられる凸状部材と、を備え、
   前記第１反射部材は、前記凸状部材に設けられる
   ことを特徴とする波長変換素子。
3. 励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層と、
   前記波長変換層における前記蛍光を射出する射出面に対して傾斜するように設けられ、前記蛍光を反射する第１反射部材と、
   前記波長変換層の前記射出面側に配置され、少なくとも前記第１反射部材で反射された前記蛍光の進行方向を変化させる光学素子と、を備える
   ことを特徴とする波長変換素子。
4. 励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層と、
   前記波長変換層における前記蛍光を射出する射出面に対して傾斜するように設けられ、前記蛍光を反射する第１反射部材と、
   前記蛍光を透過し、前記波長変換層の前記射出面側に設けられる透光性部材と、
   前記透光性部材に対向して配置され、少なくとも前記第１反射部材で反射される前記蛍光の進行方向を変化させる光学素子と、
   前記透光性部材と前記光学素子との間に設けられ、前記光学素子よりも屈折率の低い低屈折率層と、を備え、
   前記第１反射部材は、前記透光性部材に設けられる
   ことを特徴とする波長変換素子。
5. 前記蛍光を導光する導光体と、
   前記蛍光を反射して前記導光体に入射させる第２反射部材と、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
6. 励起光を波長変換して蛍光を生成する波長変換層と、
   前記波長変換層における前記蛍光を射出する射出面に対して傾斜するように設けられ、前記蛍光を反射する第１反射部材と、
   前記蛍光を導光する導光体と、を備え、
   前記第１反射部材は、前記導光体の光入射部に埋め込まれている
   ことを特徴とする波長変換素子。
7. 前記導光体における側面の光入射面側に設けられた第３反射部材をさらに備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の波長変換素子。
8. 前記第２反射部材は、前記波長変換層の前記射出面から離間するにつれて前記導光体の中心軸から離れる方向に傾斜して設けられる
   ことを特徴とする請求項５に記載の波長変換素子。
9. 前記蛍光の射出方向に沿って平面視した場合に、複数の前記第１反射部材により構成される反射領域は格子状である
   ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の波長変換素子。
10. 励起光を射出する光源と、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の波長変換素子と、を備える
    ことを特徴とする光源装置。
11. 請求項１０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光変調装置と、
    前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学装置と、を備える
    ことを特徴とするプロジェクター。

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