JP2015121606A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率を向上させることが可能な光源装置およびプロジェクターを提供する。
【解決手段】基材上に設けられた蛍光体層と、蛍光体層の側面に設けられたダイクロイックミラーと、蛍光体層の底面に設けられた反射部と、蛍光体層に励起光を照射する励起光源と、を備え、平面視において、励起光が照射される領域は、蛍光光射出領域とその外側の領域とを含み、励起光は、少なくとも側面から蛍光体層に入射する光源装置に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関するものである。

従来、照明装置から射出された照明光により光変調装置を照明し、その光変調装置により変調されて射出された画像光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが広く知られている。

このようなプロジェクターの光源には、超高圧水銀ランプなどの放電ランプが従来用いられていた。一方、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶パネルを劣化させるなどの課題がある。

そこで、放電ランプに代わるプロジェクター用の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーなどのレーザー光源が注目されている。レーザー光源は、従来の放電ランプ等に比べて、小型化が図れることや、色再現性に優れること、瞬時点灯が可能であること、長寿命であることなどの利点を有している。

また、レーザー光源を用いた照明装置では、半導体レーザーから射出された励起光と、この励起光により蛍光体を励起することによって生成された蛍光光とを利用することが行われている。（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−４８１３９号公報

上記従来技術においては、蛍光の射出領域の面積（以下、蛍光光射出領域と称す）を小さくするために小さい領域に励起光を照射するのが望ましい。しかしながら、励起光を集光すると光密度が高くなり、蛍光体の変換効率が低下するといった課題がある。また、励起光を小さな領域に照射しても、蛍光光がにじむため、蛍光光射出領域が蛍光体層における光照射領域よりも大きくなってしまう。これにより、エテンデューが増大することで蛍光の利用効率が低下してしまうといった課題がある。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光利用効率を向上させることが可能な光源装置および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、基材上に設けられ、側面と底面と、該底面と対向する上面とを有する蛍光体層と、前記側面に設けられたダイクロイックミラーと、前記底面に設けられた反射部と、前記蛍光体層に励起光を照射する励起光源と、を備え、前記蛍光体層で生成された蛍光は前記上面の蛍光光射出領域から射出され、平面視において、前記励起光が照射される領域は、前記蛍光光射出領域とその外側の領域とを含み、前記励起光は、少なくとも前記側面から前記蛍光体層に入射する光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置によれば、蛍光光射出領域の外側に照射された励起光が、ダイクロイックミラーを通して側面から蛍光体層の内部に入射することができる。したがって、励起光を照射する領域の面積を蛍光光射出領域の面積よりも大きくすることができる。これによれば、蛍光体層の内部に入射する励起光の総光量を所定の値に保ったまま、励起光が照射される領域の面積を大きくすることができるため、励起光の光密度を低下させることができる。その結果、蛍光体層の変換効率を向上させることができる。
さらに、蛍光体層で生成された蛍光光は、側面に設けられたダイクロイックミラーあるいは底面に設けられた反射部により蛍光体層の内部に反射され、蛍光光射出領域から射出される。
よって、蛍光光射出領域を小型化しつつ蛍光の変換効率を向上させることができる。また、蛍光光を蛍光体層の内部に反射させるダイクロイックミラーが側面に設けられているため、蛍光光射出領域は側面によって規定されている。従って、蛍光光がにじむことによるエテンデューの増大が防止されて、高い光利用効率を得ることができる。

上記第１態様において、前記励起光は、前記蛍光光射出領域からも前記蛍光体層に入射する構成としてもよい。
この構成によれば、効率よく励起光を蛍光体層に入射させることができる。

上記第１態様において、前記蛍光光射出領域の外側に照射された前記励起光を前記側面に向けて反射させる反射素子をさらに備える構成としてもよい。
この構成によれば、反射素子により励起光が側面に効率良く入射されるようになる。

上記第１態様において、前記側面は、前記底面の面積が前記上面の面積よりも大きくするように前記励起光の光軸に対して傾いている構成としてもよい。
この構成によれば、側面が励起光に対して対向した状態となるので、励起光を側面に効率良く入射させることができる。

本発明の第２態様に従えば、照明光を射出する照明装置と、前記照明光を画像情報に応じて変調して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、前記照明装置として、上記第１態様に係る光源装置を用いるプロジェクターが提供される。

第２態様に係るプロジェクターの構成によれば、上記光源装置を備えるので、本プロジェクター自体も光利用効率が高く明るい表示画像を得ることができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図。 第１実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図。 第１実施形態に係る偏光ビームスプリッターの要部構成を示す図。 （ａ）、（ｂ）は第１実施形態に係る蛍光発光素子の要部構成を示す図。 （ａ）乃至（ｃ）は第１実施形態に係る反射素子の概略構成を示す図。 （ａ）、（ｂ）は第２実施形態に係る蛍光発光素子の要部構成を示す図。 （ａ）乃至（ｅ）は第２実施形態に係る蛍光発光素子の製造工程を示す図。 （ａ）、（ｂ）は変形例に係る蛍光体層の概略構成を示す図。

以下、本発明の光源装置およびプロジェクターの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
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）
本実施形態に係るプロジェクターの構成について説明する。図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像（画像）を表示する投射型画像表示装置であり、照明装置として本発明の光源装置の一実施形態に係るものを備えている。また、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。さらに、プロジェクター１は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（レーザー光源）を用いている。

プロジェクター１は、図１に示すように、照明光ＷＬ（白色光）を照射する照明装置（光源装置）２と、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離する色分離光学系３と、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調し、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢに対応した画像光を形成する光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの画像光を合成する合成光学系５と、合成光学系５からの画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する投射光学系６とを概略備えている。

照明装置２は、第１の光源から射出された励起光（青色光）によって励起された蛍光体から射出された蛍光光（黄色光）と、第２光源から射出された青色光とを混ぜることによって照明光（白色光）ＷＬを得るものである。そして、照明装置２は、被照明領域である光変調装置において均一な照度分布を有するように調整された照明光ＷＬを色分離光学系３に向かって射出する。照明装置２の構成については後で詳細に説明する。

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、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。

このうち、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とその他の色光ＬＧ，ＬＢとに分離する機能を有し、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の色光ＬＧ，ＬＢを反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、その他の色光ＬＧ，ＬＢを緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有し、分離された緑色光ＬＧを反射すると共に、青色光ＬＢを透過する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、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の光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。なお、緑色光ＬＧについては、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の光路の、第２のダイクロイックミラー７ｂの下流に配置されている。第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることによる青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ各々は、液晶パネルからなり、入射側及び射出側それぞれに図示しない偏光板を備えている。光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ各々は、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調することによって画像光を形成する。

また、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射面側には、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに入射する各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを平行化するフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。

合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムからなり、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂから入射した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向かって射出する。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。

（照明装置）
続いて、上記プロジェクター１に用いられる照明装置２の構成について説明する。図２は、照明装置２の概略構成を示す平面図である。

照明装置２は、図２に示すように、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、偏光ビームスプリッター（偏光分離素子）２５と、ピックアップ光学系２７と、蛍光発光素子２８と、偏光変換装置４５と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とを概略備えている。

アレイ光源２１は、複数の半導体レーザー（励起光源）２１ａをアレイ状に配置した第１アレイ光源２１Ａと、複数の半導体レーザー２１ｂをアレイ状に配置した第２アレイ光源２１Ｂと、を含む。アレイ光源２１から偏光ビームスプリッター２５に向かう励起光の光軸を光軸ａｘ１とする。なお、図２では、簡略化のため、１個の半導体レーザー２１ａと１個の半導体レーザー２１ｂを描いてある。

また、後述する蛍光発光素子２８から色分離光学系３側に向けて射出される光および偏光ビームスプリッター２５から蛍光発光素子２８側に向けて反射された励起光の光軸を光軸ａｘ２とする。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。光軸ａｘ１上においては、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、偏光ビームスプリッター２５と、偏光変換装置４５とが、この順に並んで配置されている。
一方、光軸ａｘ２上においては、蛍光発光素子２８と、ピックアップ光学系２７と、偏光ビームスプリッター２５と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とが、この順に並んで配置されている。

半導体レーザー２１ａは、第１の波長域の光として、４４０〜４５０ｎｍの波長域にピーク波長（例えば、４４６ｎｍ）を有する励起光ＢＬ１を射出する。また、各半導体レーザー２１ａから射出される励起光ＢＬ１は、コヒーレントな直線偏光の光であり、偏光ビームスプリッター２５に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。なお、アレイ光源２１では、半導体レーザー２１ａが射出する励起光ＢＬ１の偏光方向を、偏光ビームスプリッター２５で反射される偏光成分（例えばＳ偏光成分）の偏光方向（第１の方向）と一致させている。

半導体レーザー２１ｂは、第２の波長域の光として、４５７〜４６７ｎｍの波長域にピーク波長（例えば、４６０ｎｍ）を有する青色光ＢＬ２を射出する。また、各半導体レーザー２１ｂから射出される青色光ＢＬ２は、コヒーレントな直線偏光の光であり、偏光ビームスプリッター２５に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。なお、アレイ光源２１では、半導体レーザー２１ｂが射出する青色光ＢＬ２の偏光方向を、偏光ビームスプリッター２５を透過する偏光成分（例えばＰ偏光成分）の偏光方向（第２の方向）と一致させている。

このようにして、アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２は、それぞれコリメータ光学系２２に入射する。

コリメータ光学系２２は、各半導体レーザー２１ａ、２１ｂに対応してアレイ状に並んで配置された複数のコリメータレンズ２２ａを有する。コリメータ光学系２２は、アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２を平行光に変換する。コリメータ光学系２２により平行光に変換された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２は、アフォーカル光学系２３に入射する。

アフォーカル光学系２３は、励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２のサイズ（スポット径）を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば２枚のアフォーカルレンズ２３ａ，アフォーカルレンズ２３ｂから構成されている。アフォーカル光学系２３を通過することによりサイズが調整された励起光ＢＬ１および青色光ＢＬ２は、ホモジナイザ光学系２４に入射する。

ホモジナイザ光学系２４は、例えば一対のマルチレンズアレイ２４ａ，マルチレンズアレイ２４ｂからなる。ホモジナイザ光学系２４を通過した励起光ＢＬ１ｓは、偏光ビームスプリッター２５を経由してピックアップ光学系２７に入射する。ピックアップ光学系２７は、励起光ＢＬ１ｓを蛍光体層３２に向かって集光させるものであり、例えばピックアップレンズ２７ａ，ピックアップレンズ２７ｂから構成されている。ピックアップ光学系２７により集光された励起光ＢＬ１ｓは、蛍光発光素子２８に入射する。ホモジナイザ光学系２４とピックアップ光学系２７とを用いることによって、蛍光発光素子２８を励起光ＢＬ１ｓで均一に照射することができる。

図３は、偏光ビームスプリッター２５の要部構成を示す図である。図３に示したように、偏光ビームスプリッター２５は、基材５１と、第１のプリズム５２と、第２のプリズム５３と、第１の偏光分離膜Ｋ１と、第２の偏光分離膜Ｋ２と、を有する。第１の偏光分離膜Ｋ１は、第１のプリズム５２の第２のプリズム５３と対向する面に設けられている。第２の偏光分離膜Ｋ２は、第２のプリズム５３の第１のプリズム５２と対向する面に設けられている。また、第１のプリズム５２は、接着剤として機能する基材５１によって第２のプリズム５３と接着されている。これにより、基材５１の一方面側に第１の偏光分離膜Ｋ１が設けられ、基材５１の他方面側に第２の偏光分離膜Ｋ２が設けられた構成を実現できる。

偏光ビームスプリッター２５は、光軸ａｘ１、ａｘ２に対して基材５１がそれぞれ４５°の角度をなすように配置されている。偏光ビームスプリッター２５は、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点と基材５１の光学中心とが一致するように配置されている。

第１の偏光分離膜Ｋ１は、第１の方向に偏光した第１の波長域の光（励起光ＢＬ１ｓ）を主として反射し、第２の方向に偏光した第２の波長域の光（青色光ＢＬ２ｐ）を主として透過させる。また、第１の偏光分離膜Ｋ１は、後述する蛍光体層３２で生成される蛍光光を主として透過させる機能を有する。

ここで、第１の偏光分離膜Ｋ１が、第１の方向に偏光した第１の波長域の励起光ＢＬ１ｓを主として反射させるとは、第１の方向に偏光した第１の波長域の光の反射率が第２の方向に偏光した第１の波長域の光の反射率よりも高いことを意味する。好ましくは、励起光ＢＬ１ｓの反射率が少なくとも９０％である。

また、第１の偏光分離膜Ｋ１が、第２の方向に偏光した第２の波長域の光を主として透過させるとは、第２の方向に偏光した第２の波長域の光の透過率が第１の方向に偏光した第２の波長域の光の透過率よりも高いことを意味する。好ましくは、青色光ＢＬ２ｐの透過率が少なくとも９０％である。

第１の偏光分離膜Ｋ１が蛍光光を主として透過させるとは、蛍光光の透過率が少なくとも９０％であることを意味する。

本実施形態において、第１の偏光分離膜Ｋ１は、第１の方向に偏光した第１の波長域（４４０〜４５０ｎｍ）の光（励起光ＢＬ１ｓ）の反射率が、例えば９７％以上（すなわち、透過率が３％以下）であり、第２の方向に偏光した第２の波長域（４５７〜４６７ｎｍ）の光（青色光ＢＬ２ｐ）の透過率が、例えば９７％以上（すなわち、反射率が３％以下）である。また、第１の偏光分離膜Ｋ１は、第３の波長域の光（蛍光光ＹＬ）の平均透過率が、例えば９７％以上（すなわち、反射率が３％以下）である。それ以外の波長域については、特に限定されない。

一方、第２の偏光分離膜Ｋ２は、第１の方向に偏光した第２の波長域の光を主として反射し、第２の方向に偏光した第２の波長域の光（青色光ＢＬ２ｐ）を主として透過させる。ここで、第１の方向に偏光した第２の波長域の光とは、後述のように偏光変換装置４５から射出されたＳ偏光の青色光ＢＬ２ｓである。また、第２の偏光分離膜Ｋ２は、後述する蛍光体層３２で生成される蛍光光を主として透過させる機能を有する。

ここで、第２の偏光分離膜Ｋ２が、第１の方向に偏光した第２の波長域の光を主として反射させるとは、第１の方向に偏光した第２の波長域の光の反射率が第２の方向に偏光した第２の波長域の光の反射率よりも高いことを意味する。好ましくは、青色光ＢＬ２ｓの反射率が少なくとも９０％である。

また、第２の偏光分離膜Ｋ２が、第２の方向に偏光した第２の波長域の光を主として透過させるとは、第２の方向に偏光した第２の波長域の光の透過率が第１の方向に偏光した第２の波長域の光の透過率よりも高いことを意味する。好ましくは、青色光ＢＬ２ｐの透過率が少なくとも９０％である。

第２の偏光分離膜Ｋ２が蛍光光を主として透過させるとは、蛍光光の透過率が少なくとも９０％であることを意味する。

本実施形態において、第２の偏光分離膜Ｋ２は、第１の方向に偏光した第２の波長域の光（青色光ＢＬ２ｓ）の反射率が、例えば９７％以上（すなわち、透過率が３％以下）であり、第２の方向に偏光した第２の波長域の光（青色光ＢＬ２ｐ）の透過率が、例えば９７％以上（すなわち、反射率が３％以下）である。
また、第２の偏光分離膜Ｋ２は、第３の波長域の光（蛍光光ＹＬ）の平均透過率が、例えば９７％以上（すなわち、反射率が３％以下）である。それ以外の波長域については、特に限定されない。

このように本実施形態においては、要求される偏光分離機能を第１の偏光分離膜Ｋ１と第２の偏光分離膜Ｋ２とに分散させている。そのため、本実施形態では、第１の偏光分離膜Ｋ１及び第２の偏光分離膜Ｋ２における各々の光学特性の設計条件が緩和される。

第１の偏光分離膜Ｋ１で反射された励起光ＢＬ１ｓは、ピックアップ光学系２７に入射する。ピックアップ光学系２７により集光された励起光ＢＬ１ｓは、蛍光発光素子２８に入射する。

蛍光発光素子２８は、蛍光体層３２と、この蛍光体層３２を支持する反射基板（基材、反射部）３３と、ミラー部材（反射素子）３５と、を有している。蛍光発光素子２８では、蛍光体層３２の励起光ＢＬ１ｓが入射する側とは反対側の面を反射基板３３に接触させた状態で、蛍光体層３２が反射基板３３に固定支持されている。反射基板３３は、蛍光体層３２の支持面が鏡面反射面から構成されている。鏡面反射面は、蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬを反射する。

蛍光体層３２は、第１の波長域の光である励起光ＢＬ１ｓを吸収して励起される蛍光体を含み、この励起光ＢＬ１ｓにより励起された蛍光体は、第１の波長域とは異なる第３の波長域の光として、例えば５００〜６８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光光（黄色光）ＹＬを生成する。

蛍光体層３２には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。例えば、蛍光体層３２としては、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。

図４は蛍光発光素子２８の要部構成を示す図であり、図４（ａ）は要部構成断面図であり、図４（ｂ）は蛍光発光素子２８における発光領域を説明するための図である。
図４（ｂ）に示すように、蛍光体層３２は、平面視略正方形状を呈する。また、蛍光体層３２は、図４（ａ）に示すように、断面形状が矩形である。蛍光体層３２は、底面３２ｃと、底面３２ｃと対向する上面３２ｂと、側面３２ａとを有している。反射基板３３の上面３３ａは、励起光ＢＬ１ｓの光軸ａｘ２に直交し、蛍光体層３２は、蛍光体層３２の底面３２ｃが反射基板３３の上面３３ａに接触するように、反射基板３３の上面３３ａに設けられている。そのため、蛍光体層３２の側面３２ａは、反射基板３３の上面３３ａと直交し、励起光ＢＬ１ｓの光軸ａｘ２と平行となる。

蛍光体層３２は、側面３２ａに設けられたダイクロイックミラー３６を有している。ダイクロイックミラー３６は、励起光ＢＬ１ｓを透過させる一方、蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬを反射する光学特性を有する（図４（ｂ）参照）。

反射基板３３上には、蛍光体層３２の外周側面を囲むようにミラー部材３５が配置されている。ミラー部材３５は、平面視枠状の部材からなるものであり、蛍光体層３２の側面３２ａに対向する全反射面３５ａを有している。ミラー部材３５の全反射面３５ａは、図４（ｂ）に示すように、蛍光体層３２の外側に照射された励起光ＢＬ１ｓを、蛍光体層３２の側面３２ａに向けて反射させる。全反射面３５ａは、反射基板３３の上面３３ａに対する角度θ_１が例えば略４５度である。すなわち、全反射面３５ａと光軸ａｘ２とのなす角度は略４５度である。

本実施形態においては、図４（ｂ）に示すように、平面視において、励起光ＢＬ１ｓが照射される領域（以下、励起光照射領域と称す）蛍光体層３２の上面３２ｂ（すなわち、後述のように蛍光光射出領域）とその外側の領域とを含む領域である。本実施形態において、蛍光体層３２の外側の領域に照射された励起光ＢＬ１ｓは、ミラー部材３５の全反射面３５ａにより蛍光体層３２の側面３２ａに向けて反射される。側面３２ａに入射した励起光ＢＬ１ｓは、ダイクロイックミラー３６を透過し、蛍光体層３２の内部が励起光ＢＬ１ｓによって照射される。これにより、蛍光体層３２は蛍光光ＹＬを生成する。なお、側面３２ａに緩やかな凹凸構造を形成しておくようにしてもよい。これによれば、励起光ＢＬ１ｓが側面３２ａを介して蛍光体層３２の内部に入射する際、励起光ＢＬ１ｓが凹凸構造で散乱される。したがって、蛍光体層３２を励起光ＢＬ１ｓで良好に照射できるようになる。

蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬは、反射基板３３によって反射され、蛍光体層３２の外部へと射出される。また、蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の一部の蛍光光ＹＬは、蛍光体層３２の側面３２ａに向かう。本実施形態では、側面３２ａに向かった蛍光光ＹＬがダイクロイックミラー３６により反射されて内部に戻される。ダイクロイックミラー３６により内部に戻された蛍光光ＹＬは、反射基板３３を介して或いは反射基板３３を介さずに蛍光体層３２の外部に射出される。本実施形態において、蛍光体層３２の上面３２ｂにはダイクロイックミラー３６が設けられておらず、蛍光光ＹＬは蛍光体層３２の上面３２ｂのみから射出される。すなわち、蛍光体層３２の上面３２ｂは、蛍光光ＹＬを射出する蛍光光射出領域ＹＳとなる。

このような構成に基づき、蛍光発光素子２８は、励起光照射領域ＢＳの面積を蛍光光射出領域ＹＳの面積よりも大きくしている。例えば、励起光ＢＬ１ｓの照射面積（励起光照射領域ＢＳの面積）をＳ１、蛍光体層３２の上面３２ｂの面積（蛍光光射出領域ＹＳの面積）をＳ２、蛍光体層３２の側面３２ａの総面積をＳ３としたとき、（Ｓ２＋Ｓ３）×１．０５≧Ｓ１≧Ｓ２＋Ｓ３の関係を満たすようにするのが好ましい。すなわち、本実施形態では、励起光ＢＬ１ｓの照射面積Ｓ１を、蛍光体層３２の上面３２ｂおよび側面３２ａの合計面積（Ｓ２＋Ｓ３）よりも５％程度のマージンを持った値に設定している。

ここで、蛍光体層３２は、励起光ＢＬ１ｓの光密度が高くなると蛍光光ＹＬの変換効率が低下する特性を有することが知られている。本実施形態に係る蛍光発光素子２８では、蛍光体層３２の内部に入射する励起光ＢＬ１ｓの総光量を所定の値に保ったまま、励起光照射領域ＢＳの面積を大きくすることができる。そのため、従来よりも低い光密度の励起光で蛍光体層３２を照射することができる。そのため、蛍光発光素子２８では、蛍光体層３２の変換効率が向上している。
また、本実施形態に係る蛍光発光素子２８では、蛍光光ＹＬを蛍光体層３２の内部に反射させるダイクロイックミラー３６が側面３２ａに設けられているため、蛍光光射出領域は側面によって規定されている。従って、蛍光光ＹＬがにじむことによるエテンデューの増大が防止されて、高い光利用効率を得ることができる。

図２に戻り、反射基板３３の蛍光体層３２を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３４が配置されている。ヒートシンク３４は、蛍光体層の熱を放熱する。これにより、蛍光発光素子２８は、蛍光体層３２の熱劣化を防ぐことができる。

ピックアップ光学系２７を透過した蛍光光ＹＬは、偏光ビームスプリッター２５に入射する。蛍光体層３２から射出された非偏光の蛍光光（黄色光）ＹＬは、偏光ビームスプリッター２５に入射する。蛍光光ＹＬは、第１の偏光分離膜Ｋ１及び第２の偏光分離膜Ｋ２を透過して、さらにインテグレータ光学系２９に入射する。

一方、第１の偏光分離膜Ｋ１を透過した青色光ＢＬ２ｐは、偏光変換装置４５に入射する。この偏光変換装置４５は、位相差板２６と、ピックアップレンズ４１、４２と、反射素子４３と、を含む。位相差板２６は１／４波長板（λ／４板）から構成される。位相差板２６に入射するＰ偏光の青色光ＢＬ２ｐは、円偏光の青色光ＢＬ２ｃに変換された後、ピックアップレンズ４１、４２に入射する。ピックアップレンズ４１、４２は、青色光ＢＬ２ｃを反射素子４３に向かって集光させる。

続いて、反射素子４３の構成について図面を参照しながら説明する。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態に係る反射素子４３の概略構成を示す図である。
本実施形態において、反射素子４３は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すいずれかの構成を採用するのが好ましい。

図５（ａ）に示される反射素子４３は、ベース部材６１と、ベース部材６１の表面に形成された凹凸部６１ａと、該凹凸部６１ａに設けられた反射膜６２と、を有する。反射膜６２は、例えば、Ａｌ膜等の反射性を有する金属膜から構成される。そのため、ベース部材６１は、光反射性の有無を問わず、種々の材料を用いることが可能とされる。
反射素子４３は、反射膜６２及び凹凸部６１ａにより円偏光の青色光ＢＬ２ｃを偏光ビームスプリッター２５側に向かって拡散反射する機能を有している。なお、反射素子４３は、青色光ＢＬ２ｃを反射する際、該青色光ＢＬ２ｃの拡がり方を蛍光体層から射出される蛍光光ＹＬの拡がり方に近づける。

また、反射素子４３は、青色光ＢＬ２ｃを、回転方向が反転された円偏光として射出する。これにより、第２の光学素子に入射するときの第２の波長域の光の偏光方向を、確実に第１の方向とすることができる。

図５（ｂ）に示される反射素子４３は、ベース部材６３と、該ベース部材６３の表面に形成された凹凸部６３ａと、を有する。ベース部材６３は、例えば、Ａｌ膜等の反射性を有する金属材料から構成される。そのため、反射素子４３は、凹凸部６３ａの表面に反射膜を設ける必要が無い。
反射素子４３は、凹凸部６３ａにより円偏光の青色光ＢＬ２ｃを偏光ビームスプリッター２５側に向かって拡散反射する機能を有している。なお、反射素子４３は、図５（ａ）の場合と同様、青色光ＢＬ２ｃの拡がり方を蛍光体層から射出される蛍光光ＹＬの拡がり方に近づける。また、反射素子４３は、青色光ＢＬ２ｃを、回転方向が反転された円偏光として反射させる。

図５（ｃ）に示される反射素子４３は、ベース部材６４と、該ベース部材６４の表面に形成された凹凸部６４ａと、ベース部材６４の裏面に形成された反射膜６５と、を有する。ベース部材６４は、例えば、光透過性を有する材料から構成される。
反射素子４３は、ベース部材６４を透過した青色光ＢＬ２ｃを、反射膜６５によって偏光ビームスプリッター２５側に向かって拡散反射する。なお、反射素子４３は、図５（ａ）、（ｂ）の場合と同様、青色光ＢＬ２ｃの拡がり方を蛍光体層から射出される蛍光光ＹＬの拡がり方に近づける。また、反射素子４３は、青色光ＢＬ２ｃを、回転方向が反転された円偏光として反射させる。

反射素子４３で反射された円偏光の青色光ＢＬ２ｃは、位相差板２６を透過することでＳ偏光の青色光ＢＬ２ｓに変換される。青色光ＢＬ２ｓは、偏光ビームスプリッター２５の第２のプリズム５３を介して第２の偏光分離膜Ｋ２に入射し、該第２の偏光分離膜Ｋ２によりインテグレータ光学系２９に向けて反射される。

このようにして、偏光ビームスプリッター２５によって青色光ＢＬ２ｓと黄色である蛍光光ＹＬとが混ざることによって、照明光（白色光）ＷＬが得られる。この照明光ＷＬは、インテグレータ光学系２９に入射する。

インテグレータ光学系２９は、輝度分布（照度分布）を均一化するものであり、一対のレンズアレイ２９ａ，レンズアレイ２９ｂからなる。これら一対のレンズアレイ２９ａ，２９ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。そして、このインテグレータ光学系２９を通過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３０に入射する。

偏光変換素子３０は、照明光ＷＬの偏光方向を揃えるものであり、例えば偏光分離膜と位相差板とを組み合わせたものからなる。特に、この偏光変換素子３０は、偏光方向が揃っていない蛍光光ＹＬの偏光方向を青色光ＢＬ２ｓの偏光方向（Ｓ偏光）と一致させるため、一方の偏光成分を他方の偏光成分に変換する。そして、この偏光変換素子３０を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光ＷＬは、重畳光学系３１に入射する。

重畳光学系３１は、重畳レンズ３１ａからなり、照明光ＷＬは、この重畳光学系３１を通過することにより光変調装置上で重畳される。これにより、光変調装置上での照度分布が均一化される。

このような構成を有する照明装置２では、上述のように励起光ＢＬ１ｓの照射面積を大きくすることで励起光ＢＬ１ｓの光密度を低下させ、蛍光体層３２の変換効率を向上させた蛍光発光素子２８を備えている。また、蛍光発光素子２８は蛍光光ＹＬのにじみを無くすことでエテンデューが増大することを防止している。したがって、本実施形態に係る照明装置２も、蛍光光ＹＬの光利用効率を向上させることができる。

また、照明装置２は偏光ビームスプリッター２５により第１の波長域の励起光ＢＬ１を反射させつつ、第２の波長域の青色光ＢＬ２を透過させることで、第１の波長域の励起光ＢＬ１を蛍光体層３２に入射させて生成した蛍光光ＹＬ（黄色）と、反射素子４３で反射した第２の波長域の青色光ＢＬ２とが混ざった照明光（白色光）ＷＬを生成することができる。

したがって、このような照明装置２をプロジェクター１の照明装置に適用することで、プロジェクター１自体も光利用効率が高く明るい表示画像を得ることが可能な信頼性の高いものとなる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは蛍光体層の形状であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では第１実施形態と共通の構成および部材については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化するものとする。

図６は本実施形態に係る蛍光発光素子の要部構成を示す図であり、図６（ａ）は要部構成断面図であり、図６（ｂ）は蛍光発光素子１２８における発光領域を説明するための図である。図７は本実施形態に係る蛍光発光素子１２８の製造方法の一例を示す図である。

図６（ｂ）に示すように、蛍光体層１３２は、平面視略正方形状を呈し、図６（ａ）に示すように、断面形状が略台形状である。蛍光体層１３２は、底面１３２ｃと、底面１３２ｃと対向する上面１３２ｂと、側面１３２ａとを有している。本実施形態において、蛍光体層１３２の側面１３２ａは、平面視における底面１３２ｃの面積が上面１３２ｂの面積よりも大きくするように励起光ＢＬ１ｓの光軸ａｘ２に対して傾いている。側面１３２ａは、励起光ＢＬ１ｓの光軸ａｘ２に直交する反射基板３３の上面３３ａに対する角度θ_２が例えば略４５度である。すなわち、側面１３２ａと光軸ａｘ２とのなす角度は略４５度である。

蛍光体層１３２は、側面１３２ａに設けられたダイクロイックミラー１３６を有している。ダイクロイックミラー１３６は、励起光ＢＬ１ｓを透過させる一方、蛍光体層３２で生成された蛍光光ＹＬを反射する光学特性を有する（図６（ｂ）参照）。

ここで、蛍光発光素子１２８の製造方法の一例について説明する。まず、図７（ａ）に示すように断面形状が矩形状の蛍光体材料１３２Ａに対して面取り加工を行うことで、図７（ｂ）に示されるように蛍光体材料１３２Ａに側面１３２Ａ１を形成する。

続いて、図７（ｃ）に示すように、蛍光体材料１３２Ａを反射基板３３上に実装する。次いで、図７（ｄ）に示すように、蛍光体材料１３２Ａおよび反射基板３３の全面を覆うようにダイクロイックミラー１３６の形成被膜層１３６Ａを例えば蒸着法を用いて形成する。これにより、形成被膜層１３６Ａが蛍光体材料１３２Ａの表面から反射基板３３の上面３３ａに亘って形成される。

続いて、図７（ｅ）に示すように、形成被膜層１３６Ａで覆われた蛍光体材料１３２Ａの表面を研磨することで蛍光体材料１３２Ａを露出させる。最後に、図示を省略するものの、反射基板３３の上面３３ａに形成された形成被膜層１３６Ａのみを除去する。これにより、反射基板３３上には、側面１３２ａにダイクロイックミラー１３６を有する蛍光体層１３２が形成される。なお、上面３３ａに形成された形成被膜層１３６Ａは除去しなくてもよい。

本実施形態においては、図６（ｂ）に示すように、平面視における励起光照射領域ＢＳは、蛍光体層１３２の上面１３２ｂ（すなわち、後述のように蛍光光射出領域）とその外側の領域とを含む領域である。本実施形態では、側面１３２ａが励起光ＢＬ１ｓに対して対向した状態となっている。そのため、励起光照射領域ＢＳは、少なくとも蛍光体層１３２の上面１３２ｂおよび側面１３２ａを含んだ領域である。

蛍光体層１３２の上面１３２ｂの外側の領域に照射された励起光ＢＬ１ｓのうち少なくとも一部は、側面１３２ａに形成されたダイクロイックミラー１３６を透過し、蛍光体層１３２の内部が励起光ＢＬ１ｓによって照射される。これにより、蛍光体層１３２は蛍光光ＹＬを生成する。

蛍光体層１３２で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬは、反射基板３３によって反射され、蛍光体層１３２の外部へと射出される。また、蛍光体層１３２で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の一部の蛍光光ＹＬは、蛍光体層１３２の側面１３２ａに向かう。側面１３２ａに向かった蛍光光ＹＬはダイクロイックミラー１３６により反射されて内部に戻される。なお、側面１３２ａに緩やかな凹凸構造を形成しておくようにしてもよい。これによれば、励起光ＢＬ１ｓが側面１３２ａを介して蛍光体層１３２の内部に入射する際、励起光ＢＬ１ｓが凹凸構造で散乱される。したがって、蛍光体層３２を励起光ＢＬ１ｓで良好に照射できるようになる。

ダイクロイックミラー１３６により内部に戻された蛍光光ＹＬは、反射基板３３を介して或いは反射基板３３を介さずに蛍光体層１３２の外部に射出される。本実施形態において、蛍光体層１３２の上面１３２ｂにはダイクロイックミラー１３６が設けられておらず、蛍光光ＹＬは蛍光体層１３２の上面１３２ｂのみから射出される。すなわち、蛍光体層１３２の上面１３２ｂは、蛍光光ＹＬを射出する蛍光光射出領域ＹＳとなる。

このような構成に基づき、蛍光発光素子１２８は、励起光照射領域ＢＳの面積を蛍光光射出領域ＹＳの面積よりも大きくしている。本実施形態に係る蛍光発光素子１２８によれば、蛍光体層１３２の内部に入射する励起光ＢＬ１ｓの総光量を所定の値に保ったまま、励起光照射領域ＢＳの面積を大きくすることができる。そのため、従来よりも低い光密度の励起光で蛍光体層１３２を照射することができる。このように励起光ＢＬ１ｓの光密度を低下させることで、第１実施形態と同様、蛍光体層１３２の変換効率を向上させることができる。また、本実施形態に係る蛍光発光素子１２８を備えた照明装置においても、蛍光光射出領域が側面１３２ａによって規定されているため、蛍光光ＹＬがにじむことによるエテンデューの増大が防止されて、高い光利用効率を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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、第２実施形態では、蛍光体層１３２の側面１３２ａが平面から構成される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、外側に向かって凸となる曲面状の側面２３２ａを有した蛍光体層２３２を用いても良い。この蛍光体層２３２は、曲面状の側面２３２ａにダイクロイックミラー２３６が形成されている。

また、上記第１、第２実施形態ではそれぞれ、蛍光体層３２の側面３２ａ、１３２の側面１３２ａのみにダイクロイックミラー３６、１３６が形成される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、側面３２ａ、１３２ａに形成されたダイクロイックミラー３６、１３６の一部が蛍光体層３２、１３２の上面３２ｂ、１３２ｂの一部に形成されていても良い。具体的には、蛍光体層３２の上面のうち外縁部にダイクロイックミラーを設けてもよい。この場合、蛍光体層３２の上面のうちダイクロイックミラーが設けられていない領域が蛍光光射出領域ＹＳであり、蛍光光射出領域ＹＳの面積は上面３２ｂ、１３２ｂの面積よりも小さくなる。

また、上記実施形態では、蛍光体層３２、１３２が反射基板３３上に設けられている場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、光反射性を有しない基材上に蛍光体層３２、１３２を配置し、これら蛍光体層３２、１３２の底面に対応する部分のみに反射膜（反射部）を形成するようにしてもよい。

また、偏光ビームスプリッター２５としてはプリズム形状のものに限らず、平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。この場合、光透過性を有する基板（基材）の第１の面に第１の偏光分離膜Ｋ１を設け、基板の第１の面と対向する第２の面に第２の偏光分離膜Ｋ２を設ける。

また、上記実施形態では、照明装置２が備える光源としては、半導体レーザー２１ａと、半導体レーザー２１ｂとを用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体発光素子を用いてもよい。例えば、半導体レーザー２１ａの代わりにＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤから射出される光を偏光変換素子を用いてＳ偏光に変換することが好ましい。この構成によれば、ＬＥＤから射出される光を効率的に蛍光体層３２に照射することができる。
また、半導体レーザー２１ｂの代わりにＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤから射出される光を偏光変換素子を用いてＰ偏光に変換することが好ましい。この構成によれば、照明装置２はＬＥＤからの光を効率的に色分離光学系３に向けて射出することができる。

また、上記実施形態では、反射素子として反射基板３３を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、熱伝導性が比較的高い銅などの基板と蛍光体層３２との間に設けた反射膜を反射素子として用いても良い。反射膜としてはアルミニウムなどの高反射率材料を用いることができる。

また、上記実施形態では、反射素子４３の態様として、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す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、硫酸バリウムや酸化マグネシウムなどの塗料を表面に塗布することで構成した完全拡散反射面を用いても良い。

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つの光変調装置でカラー映像（画像）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。さらに、光変調装置としては、液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：米国テキサスインツルメンツ社の登録商標）などを用いることもできる。

１…プロジェクター、２…照明装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投写光学系、２１ａ…半導体レーザー（励起光源）、３２，１３２，２３２…蛍光体層、３２ａ，１３２ａ，２３２ａ…側面、１３２ｂ…上面、１３２ｃ…底面、３３…反射基板（基材、反射部）、３５…ミラー部材（反射素子）、３６，１３６…ダイクロイックミラー、ＢＳ…励起光照射領域（励起光の照射領域）、ＹＳ…蛍光光射出領域

Claims (5)

1. 基材上に設けられ、側面と底面と、該底面と対向する上面とを有する蛍光体層と、
   前記側面に設けられたダイクロイックミラーと、
   前記底面に設けられた反射部と、
   前記蛍光体層に励起光を照射する励起光源と、を備え、
   前記蛍光体層で生成された蛍光は前記上面の蛍光光射出領域から射出され、
   平面視において、前記励起光が照射される領域は、前記蛍光光射出領域とその外側の領域とを含み、
   前記励起光は、少なくとも前記側面から前記蛍光体層に入射する
   光源装置。
2. 前記励起光は、前記蛍光光射出領域からも前記蛍光体層に入射する
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記蛍光光射出領域の外側に照射された前記励起光を前記側面に向けて反射させる反射素子をさらに備える
   請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記側面は、前記底面の面積が前記上面の面積よりも大きいように前記励起光の光軸に対して傾いている
   請求項１又は２に記載の光源装置。
5. 照明光を射出する照明装置と、
   前記照明光を画像情報に応じて変調して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、
   前記照明装置として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置を用いるプロジェクター。

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