JP2022112948A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】励起光を効率良く利用できる、光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、励起光を射出する励起光源と、第１面および第２面を含み、励起光源から射出されて第１面から入射する励起光の一部を波長変換して生成した蛍光を第２面から射出するセラミック蛍光体と、セラミック蛍光体の第１面を支持する基板と、を備え、励起光源から射出された励起光は、セラミック蛍光体の第１面のうち基板から露出される露出部分に入射し、露出部分において励起光の照射領域から基板までの距離は、０．３４ｍｍ以上である。【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

従来、光源から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。下記特許文献１には、励起光を入射させた面と反対の面から蛍光を射出させる透過型の蛍光体ユニットが開示されている。この蛍光体ユニットでは、透明基板上に蛍光体を設けている。

特開２０１２－３９２３号公報

上記特許文献１の蛍光体ユニットでは、透明基板を透過して蛍光体に励起光が入射するため、励起光の一部が蛍光体と透明基板との界面で反射されることで透明基板内で迷光となり、励起光の利用効率を低下させていた。

上記の課題を解決するために、本発明の１つの態様によれば、基板と、前記基板の一方の面に支持され、第１面の一部が前記基板から露出された露出面を含む透過型のセラミック蛍光体と、前記セラミック蛍光体の前記露出面に励起光を照射する励起光源と、を備え、前記露出面における前記励起光の照射領域から、前記基板までの距離は、０．３４ｍｍ以上である光源装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、上記第２態様の光源装置と、前記光源装置から射出される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装置と、を備えるプロジェクターが提供される。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 光源装置の概略構成を示す図である。 波長変換素子の要部構成を示す断面図である。 セラミック蛍光体における蛍光の発光状態を示す図である。 にじみによる蛍光の拡がり幅とＢＹ比との関係を示した図である。 第２実施形態の波長変換素子の要部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断面図である。 第４実施形態の波長変換素子の要部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、第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。図２は光源装置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上に映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、光源装置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、合成光学系５と、投射光学装置６とを備えている。

光源装置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。
色分離光学系３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からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

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。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の全反射ミラー８ｂの光射出側に配置されている。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。

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。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。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。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，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ている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ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。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は、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置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ている。

投射光学装置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、拡大された映像が表示される。

（光源装置）
続いて、光源装置２の構成について説明する。
図２に示すように、光源装置２は、励起光源１０と、アフォーカル光学系１１と、ホモジナイザー光学系１２と、集光光学系１３と、波長変換素子２０と、ピックアップ光学系３０と、均一照明光学系８０と、を備える。

励起光源１０は、レーザー光からなる青色の励起光Ｅを射出する複数の半導体レーザー１０ａと、複数のコリメーターレンズ１０ｂとから構成される。複数の半導体レーザー１０ａ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。コリメーターレンズ１０ｂは、各半導体レーザー１０ａ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１０ｂは、対応する半導体レーザー１０ａから射出された励起光Ｅを平行光に変換する。

アフォーカル光学系１１は、例えば凸レンズ１１ａと、凹レンズ１１ｂと、を備えている。アフォーカル光学系１１は、励起光源１０から射出された平行光束からなる励起光Ｅの光束径を縮小する。

ホモジナイザー光学系１２は、例えば第１マルチレンズアレイ１２ａと、第２マルチレンズアレイ１２ｂと、を備えている。ホモジナイザー光学系１２は、励起光の光強度分布を後述する波長変換素子２０上で均一な状態、いわゆるトップハット分布にする。ホモジナイザー光学系１２は、第１マルチレンズアレイ１２ａおよび第２マルチレンズアレイ１２ｂの複数のレンズから射出された複数の小光束を、集光光学系１３とともに、波長変換素子２０上で互いに重畳させる。これにより、波長変換素子２０上に照射する励起光Ｅの光強度分布を均一な状態とする。

集光光学系１３は、例えば第１レンズ１３ａと、第２レンズ１３ｂと、を備えている。本実施形態において、第１レンズ１３ａおよび第２レンズ１３ｂは、それぞれ凸レンズから構成されている。集光光学系１３は、ホモジナイザー光学系１２から波長変換素子２０までの光路中に配置され、励起光Ｅを集光させて波長変換素子２０に入射させる。波長変換素子２０の構成については後述する。

ピックアップ光学系３０は、例えば第１コリメートレンズ３１と、第２コリメートレンズ３２と、を備えている。ピックアップ光学系３０は、波長変換素子２０から射出された光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３１および第２コリメートレンズ３２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３０で平行化された光は均一照明光学系８０に入射する。

均一照明光学系８０は、第１レンズアレイ８１と、第２レンズアレイ８２と、偏光変換素子８３と、重畳レンズ８４とを含む。

第１レンズアレイ８１は、光源装置２からの照明光ＷＬを複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ８１ａを有する。複数の第１レンズ８１ａは、照明光軸１００ａｘと直交する面内においてマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ８２は、第１レンズアレイ８１の複数の第１レンズ８１ａに対応する複数の第２レンズ８２ａを有する。複数の第２レンズ８２ａは、照明光軸１００ａｘに直交する面内においてマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ８２は、重畳レンズ８４とともに、第１レンズアレイ８１の各第１レンズ８１ａの像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ結像する。

偏光変換素子８３は、第２レンズアレイ８２から射出された光を直線偏光に変換する。偏光変換素子８３は、例えば、偏光分離膜及び位相差板（図示略）を備えている。

重畳レンズ８４は、偏光変換素子８３から射出された各部分光束を集光して光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ重畳する。

（波長変換素子）
次に、波長変換素子の構成について説明する。
図３は、波長変換素子２０の要部構成を示す断面図である。なお、図３は、図２の照明光軸１００ａｘを含む平面で波長変換素子２０を切断した断面に相当する。

図３に示すように、本実施形態の波長変換素子２０は、基板２１と、セラミック蛍光体２２と、ダイクロイック層（光学層）２３と、接合部材２４とを備えている。本実施形態の波長変換素子２０は、セラミック蛍光体２２に対する励起光Ｅの入射位置を時間的に変化させない固定型蛍光体である。

基板２１は、例えばアルミニウムや銅等の放熱性に優れた金属材料で構成されている。基板２１は、セラミック蛍光体２２を支持する支持部材である。本実施形態の基板２１は非透光性部材で構成されている。基板２１は、例えば、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属材料で構成されている。本実施形態の基板２１は、セラミック蛍光体２２よりも熱伝導率が高い。基板２１は、セラミック蛍光体２２を支持する支持面２１ａを有する。

セラミック蛍光体２２は、第１面２２ａと、第１面２２ａとは異なる第２面２２ｂと、を有する。第１面２２ａは、励起光源１０から射出された励起光Ｅが入射する側の面である。第２面２２ｂは、蛍光Ｙを射出させる側の面である。本実施形態のセラミック蛍光体２２は、第１面２２ａから入射した励起光Ｅにより生成された蛍光Ｙを第１面２２ａとは反対側の第２面２２ｂから射出させる、透過型の波長変換素子である。

セラミック蛍光体２２は、蛍光体相２５と、マトリックス相２６とを有する。蛍光体相２５は、賦活剤が添加された酸化物蛍光体を含有している。蛍光体相２５は、例えば、賦活剤としてセリウム（Ｃｅ）が添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）：Ｃｅ）を含んでいる。

ＹＡＧ：Ｃｅを例にとると、蛍光体粒子として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ソルゲル法等の湿式法により得られるＹ－Ａｌ－Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。

蛍光体相２５を構成する酸化物蛍光体は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の他、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２，ＴｂＡｌ_５Ｏ_１２の少なくともいずれか一つを含んでいてもよい。また、蛍光体相２５は、賦活剤として、セリウム（Ｃｅ）に代えて、ユーロピウム（Ｅｕ）を含んでいてもよい。

マトリックス相２６は、蛍光体相２５を構成する複数の蛍光体粒子同士を結合するバインダーとして機能する。マトリックス相２６は、透光性セラミックスとしてＭｇＯ（酸化マグネシウム）を含む材料で構成されている。マトリックス相２６を構成する酸化マグネシウムの熱伝導率は約５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、蛍光体相２５を構成するＹＡＧの熱伝導率は約１２Ｗ／ｍ・Ｋである。本実施形態において、マトリックス相２６は、蛍光体相２５よりも熱伝導率の高い透光性セラミックスを含有する。

マトリックス相２６を構成する金属酸化物は、上記のＭｇＯに加えて、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯ，ＴｉＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３，ＹＡｌＯ_３，ＢｅＯ，ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の少なくともいずれか一つを含んでいてもよい。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３の熱伝導率は約３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＺｎＯの熱伝導率は約２５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＴｉＯ_２の熱伝導率は約４３Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｙ_２Ｏ_３の熱伝導率は約２７Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＹＡｌＯ_３の熱伝導率は約１２Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＢｅＯの熱伝導率は約２５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４の熱伝導率は約１４Ｗ／ｍ・Ｋである。

このようなセラミック蛍光体２２は、例えば、以下の工程によって製造することができる。
ＹＡＧ：Ｃｅの原料粉体である所定量のＡｌ_２Ｏ_３粉体、Ｙ_２Ｏ_３粉体、およびＣｅＯ_２粉体と所定量のエタノールとを混ぜ、ポット内でボールミーリングを行ってスラリーを生成する。スラリーを乾燥させ、造粒後に脱脂、焼結させてＹＡＧ：Ｃｅ粉体を得る。

上記工程で得られた所定量のＹＡＧ：Ｃｅ粉体と、ＭｇＯ粉体と所定量のエタノールとを混ぜ、ポット内でボールミーリングを行ってスラリーを生成する。その後、スラリーを乾燥させて造粒し、成形、脱脂、焼結を順次行うことによって、ＹＡＧ：Ｃｅ，ＹＡＧとＭｇＯ（酸化マグネシウム）とのコンポジット焼結体からなる本実施形態のセラミック蛍光体２２を得ることができる。なお、焼結体の密度を上げるために、圧力を加えた状態で焼結する熱間等方圧加圧加工を加えてもよい。

ダイクロイック層２３は、特定の波長を反射する反射層として、セラミック蛍光体２２の第１面２２ａに設けられている。ダイクロイック層２３は、励起光Ｅを透過し、セラミック蛍光体２２から射出される蛍光Ｙを反射する特性を有する。このようなダイクロイック層２３を設けることで、セラミック蛍光体２２内で生成された蛍光Ｙが外部に射出されるのを抑制できる。これにより、セラミック蛍光体２２で生成した蛍光Ｙをセラミック蛍光体２２から効率良く取り出すことができる。

本実施形態の基板２１には、貫通孔（開口）２１０が形成されている。セラミック蛍光体２２の第１面２２ａの一部は貫通孔２１０を介して露出されている。以下、セラミック蛍光体２２において、第１面２２ａのうちの貫通孔２１０を介して露出される部分を露出部分２１１と称す。本実施形態のセラミック蛍光体２２において、励起光Ｅは露出部分２１１に入射される。

セラミック蛍光体２２は接合部材２４を介して基板２１に接合されている。本実施形態の接合部材２４は熱伝導率の高い導電性フィラーを含有する。接合部材２４に含有される導電性フィラーの材料としては、例えば、金属やＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＡｌＮの少なくとも１種類が用いられる。このように導電性フィラーを含有した接合部材２４を用いることで、セラミック蛍光体２２の熱を基板２１側に効率良く伝達できる。

基板２１は、セラミック蛍光体２２における励起光の入射領域とは異なる領域に当接する。そのため、基板２１は、セラミック蛍光体２２で生じる熱を放熱する部材としても機能する。基板２１は、貫通孔２１０の除いた部分でセラミック蛍光体２２に当接している。

本実施形態のセラミック蛍光体２２は、励起光源１０から射出された青色の励起光Ｅのうち、波長変換されずに第２面２２ｂから射出される励起光Ｅの一部である青色光（透過光）Ｅ１と、セラミック蛍光体２２による励起光Ｅの波長変換によって生成される黄色の蛍光Ｙと、を合成した白色の照明光ＷＬを射出する。

セラミック蛍光体２２から射出される照明光ＷＬのホワイトバランスは、青色光Ｅ１の光量と蛍光Ｙの光量との光量比で決まる。以下、本明細書において、この光量比をＢＹ比と呼ぶ。プロジェクターに用いる照明光ＷＬとして実用的なホワイトバランスを得るための条件はＢＹ比３０％～５０％である。

ＢＹ比はセラミック蛍光体２２の厚さの影響を受けることが分かっている。例えば、セラミック蛍光体２２の厚さを相対的に薄くするとセラミック蛍光体２２を透過する青色光Ｅ１の光量を増やすことができる。しかしながら、セラミック蛍光体２２の厚さが４０μｍよりも薄くなると、セラミック蛍光体２２を製造することが難しくなる。そのため、製造の観点から、セラミック蛍光体２２の厚さの下限値は４０μｍとするのが望ましい。

また、セラミック蛍光体２２の厚さを相対的に厚くするとセラミック蛍光体２２を透過する青色光Ｅ１の光量が減少してしまう。さらに、セラミック蛍光体２２の厚さが１５０μｍを超えると、セラミック蛍光体２２内において蛍光Ｙの再吸収が発生し易くなるため、第２面２２ｂから取り出せる蛍光Ｙの光量が減少してしまう。そのため、蛍光Ｙの光利用効率の観点から、セラミック蛍光体２２の厚さの上限値は１５０μｍとするのが望ましい。

以上の観点に基づいて、本実施形態の光源装置２では、セラミック蛍光体２２の厚さを４０μｍ以上１５０μｍ以下に設定した。

一般的に、蛍光体において、蛍光の発光領域の幅は励起光の入射領域の幅よりも拡がる。これは、蛍光体に入射した励起光が拡散されて入射領域よりも広い領域に伝播したことで蛍光の発光領域の幅が拡がる、所謂、蛍光のにじみが生じたためである。

図４はセラミック蛍光体２２における蛍光の発光状態を示す図である。
本実施形態の光源装置２において、セラミック蛍光体２２の露出部分２１１上には、励起光Ｅの照射領域ＳＰが形成される。そのため、図４に示すように、本実施形態のセラミック蛍光体２２においては、露出部分２１１における蛍光Ｙの発光領域の幅Ｗ２がにじみの影響によって、照射領域ＳＰの幅Ｗ１よりも大きくなる。なお、図４に示すように、蛍光Ｙの発光領域の幅Ｗ２と照射領域ＳＰの幅Ｗ１との差が、にじみによる蛍光Ｙの拡がり幅Ｗ３に相当する。

ここで、露出部分２１１上において、にじみによって蛍光Ｙの発光領域が基板２１まで到達した場合について考える。蛍光Ｙの発光領域が基板２１まで到達した状態とは、励起光Ｅが基板２１まで到達した状態と等価である。そのため、蛍光Ｙの発光領域が基板２１まで到達してしまうと、励起光Ｅの一部が基板２１に直接入射することで吸収されて光損失となる。

これに対して、本実施形態の光源装置２では、露出部分２１１において励起光Ｅの照射領域ＳＰから基板２１までの距離を所定値よりも大きくすることで、セラミック蛍光体２２に入射した励起光Ｅが基板２１に直接入射しないようにしている。

図５は、にじみによる蛍光の拡がり幅とＢＹ比との関係を示した図である。図５における横軸は、図４に示される、にじみによる蛍光の拡がり幅Ｗ３（単位はｍｍ）を示す。図５における縦軸は、ＢＹ比（単位は％）に相当する。なお、図５の各グラフは、厚さの異なるセラミック蛍光体２２における蛍光の拡がり幅とＢＹ比との関係を示している。

図５からは、セラミック蛍光体２２の厚さが４０μｍから１５０μｍへと増加するにしたがって、蛍光Ｙのにじみ幅が大きくなることが確認できる。

例えば、セラミック蛍光体２２として下限（４０μｍ）の厚さのものを用いると、セラミック蛍光体２２から射出される照明光ＷＬとして所望のホワイトバランス（ＢＹ比３０％～５０％）を実現するためには、にじみによる蛍光Ｙの拡がり幅が約０．１５ｍｍとなることが確認できる。
また、セラミック蛍光体２２として上限（１５０μｍ）の厚さのものを用いると、セラミック蛍光体２２から射出される照明光ＷＬとして所望のホワイトバランス（ＢＹ比３０％）を実現するためには、にじみによる蛍光Ｙの拡がり幅が約０．３１ｍｍとなることが確認できる。また、上限厚さのセラミック蛍光体２２を用いる際、照明光ＷＬのホワイトバランス（ＢＹ比５０％）を実現するためには、蛍光Ｙの拡がり幅が約０．３４ｍｍとなることが確認できる。

本実施形態の光源装置２では、厚さ４０μｍから１５０μｍのセラミック蛍光体２２を用いて所望のホワイトバランス（ＢＹ比３０％～５０％）を実現する場合において、蛍光Ｙにおける拡がり幅の最大値（０．３４ｍｍ）よりも基板２１を離間させるようにしている。

本実施形態の光源装置２では、露出部分２１１において励起光Ｅの照射領域ＳＰから基板２１の貫通孔２１０までの距離Ｄを０．３４ｍｍ以上とするようにした。これにより、にじみによる蛍光Ｙの拡がり幅が最も大きくなる、厚さ１５０μｍのセラミック蛍光体２２を用いてＢＹ比５０％のホワイトバランスを実現する場合でも、基板２１まで励起光Ｅが到達することがない。なお、距離Ｄとは、基板２１の支持面２１ａに沿う方向における、照射領域ＳＰと貫通孔２１０の内面との間の距離で規定される。

（第１実施形態の効果）
本実施形態の光源装置２は、励起光Ｅを射出する励起光源１０と、第１面２２ａを含むセラミック蛍光体２２と、セラミック蛍光体２２の第１面２２ａを支持する基板２１と、を備え、励起光源１０から射出された励起光Ｅは、第１面２２ａのうち基板２１から露出される露出部分２１１に入射され、露出部分２１１において励起光Ｅの照射領域ＳＰから基板２１までの距離Ｄは０．３４ｍｍ以上である。

本実施形態の光源装置２によれば、露出部分２１１を介して励起光Ｅをセラミック蛍光体２２に直接入射させるため、透光性基板を介して蛍光体に励起光を入射させる構成に比べて、励起光Ｅを効率良く利用することができる。
また、本実施形態の光源装置２では、露出部分２１１において励起光Ｅの照射領域ＳＰから基板２１までの距離Ｄを０．３４ｍｍ以上としたので、セラミック蛍光体２２内で乱反射され、蛍光Ｙのにじみを生じさせる励起光Ｅが基板２１に直接入射することが抑制される。これにより、基板２１による励起光Ｅの吸収が抑制されるため、励起光Ｅの光利用効率を向上させることで蛍光Ｙの変換効率を向上できる。

本実施形態の光源装置２において、セラミック蛍光体２２の厚さは、４０μｍ以上１５０μｍ以下であり、セラミック蛍光体２２は、第１面２２ａと異なる第２面２２ｂを含み、第１面２２ａの露出部分２１１に照射された励起光Ｅの一部を波長変換して蛍光Ｙを生成して第２面２２ｂから蛍光Ｙを射出するとともに、励起光Ｅの他の一部である青色光Ｅ１を第２面２２ｂから射出し、青色光Ｅ１と蛍光ＹとのＢＹ比は３０％～５０％とするのが望ましい。

このようにすれば、ＢＹ比を３０％～５０％に設定することで適正なホワイトバランスの照明光ＷＬを生成できる。また、セラミック蛍光体２２の厚さを４０μｍ以上１５０μｍ以下とすることで、セラミック蛍光体２２の製造が容易となる。

本実施形態の光源装置２において、基板２１は、セラミック蛍光体２２よりも熱伝導率が高い非透光性部材で構成される。

この構成によれば、基板２１が非透光性部材で構成されるため、励起光Ｅが基板２１内に漏れ出すことによる損失の発生を抑制できる。また、基板２１によってセラミック蛍光体２２の熱を放出することができる。

本実施形態の光源装置２において、セラミック蛍光体２２の露出部分２１１は、基板２１に形成された貫通孔２１０を介して露出される。

この構成によれば、簡便に露出部分２１１を構成できるので、光源装置自体の構成を小型化できる。

本実施形態の光源装置２において、セラミック蛍光体２２の第１面２２ａに設けられ、励起光Ｅを透過させ、蛍光Ｙを反射するダイクロイック層２３をさらに備えている。

この構成によれば、第１面２２ａにダイクロイック層２３を備えるため、セラミック蛍光体２２内で生成された蛍光Ｙが外部に射出されるのを抑制できる。これにより、セラミック蛍光体２２で生成した蛍光Ｙをセラミック蛍光体２２から効率良く取り出すことができる。

本実施形態のプロジェクター１は、光源装置２と、光源装置２から射出される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４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと、画像光を投射する投射光学装置６と、を備える。

本実施形態のプロジェクター１によれば、上記光源装置２により生成された明るい照明光ＷＬを用いて画像光を生成するため、品質の高い画像を表示することができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの概略構成は第１実施形態と同様であり、光源装置における波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、以下では波長変換素子の構成を説明し、他の構成については説明を省略する。

図６は本実施形態の波長変換素子の要部構成を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態の波長変換素子１２０は、基板２１と、セラミック蛍光体１２２と、ダイクロイック層２３と、接合部材２４とを備えている。

セラミック蛍光体１２２は、第１面１２２ａと、第２面１２２ｂと、を有する。第１面１２２ａは、励起光源１０から射出された励起光Ｅが入射する面である。第２面１２２ｂは、蛍光Ｙを射出させる面である。セラミック蛍光体１２２は、第２面１２２ｂに形成された凹部１２３を有する。

本実施形態の場合、セラミック蛍光体１２２は、第１領域Ａ１と、第２領域Ａ２と、を含む。第１領域Ａ１は、励起光Ｅの照射領域ＳＰを含む領域であり、上記凹部１２３が設けられた領域である。第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１と異なる領域であり、第１領域Ａ１の周囲を囲む領域である。第２領域Ａ２は、第２面２２ｂ側から平面視した際、蛍光Ｙを射出する蛍光射出領域Ａ３よりも基板２１側（外側）に位置する領域である。つまり、蛍光Ｙは第２領域Ａ２から射出されない。
本実施形態の場合、上述のように凹部１２３が設けられたことで、第１領域Ａ１の厚さは第２領域Ａ２の厚さよりも薄い。なお、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の厚さは、いずれも４０μｍ以上１５０μｍ以下である。

セラミック蛍光体１２２において、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界ＢＬは、励起光Ｅの照射領域ＳＰと基板２１との間に位置するため、厚さが相対的に薄い第１領域Ａ１と基板２１上に配置されない。基板２１の厚さ方向（図６中の上下方向）において、第２領域Ａ２の一部は基板２１と重なっている。すなわち、第２領域Ａ２は、接合部材２４を介して基板２１と接合されている。

また、本実施形態の波長変換素子１２０においても、露出部分２１１における励起光Ｅの照射領域ＳＰから基板２１までの距離Ｄは０．３４ｍｍ以上に設定されている。

（第２実施形態の効果）
本実施形態の波長変換素子１２０では、励起光Ｅが入射する第１領域Ａ１の厚さを相対的に薄くすることでセラミック蛍光体１２２内における蛍光Ｙの導波を抑制し、蛍光射出領域Ａ３の面積の拡大を抑制できる。よって、蛍光Ｙのエテンデューの増加を抑制することができる。また、蛍光射出領域Ａ３よりも外側に位置し、基板２１に接合される第２領域Ａ２の厚さを相対的に厚くすることで、第１領域Ａ１で発生した熱を基板２１に放熱する経路の熱抵抗を小さくできる。これにより、セラミック蛍光体１２２の放熱性を向上させることで蛍光Ｙの変換効率を向上させて明るい蛍光Ｙを生成できる。
また、本実施形態の波長変換素子１２０では、相対的に厚さが厚い第２領域Ａ２を基板２１に接合することでセラミック蛍光体１２２のせん断力を向上させ、セラミック蛍光体１２２の破損を抑制することができる。

したがって、本実施形態の波長変換素子１２０を備えた光源装置によれば、基板２１による励起光Ｅの吸収が抑制され、励起光Ｅを効率良く利用することで蛍光Ｙの変換効率を向上させることができるので、明るい照明光ＷＬを生成できる。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの概略構成は第１実施形態と同様であり、光源装置における波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、以下では波長変換素子の構成を説明し、他の構成については説明を省略する。

図７は本実施形態の波長変換素子の要部構成を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態の波長変換素子２２０は、基板１２１と、セラミック蛍光体２２２と、ダイクロイック層２３と、モーター１２５とを備えている。本実施形態の波長変換素子２２０は、セラミック蛍光体２２２に対する励起光Ｅの入射位置を時間的に変化させる回転ホイール型波長変換素子である。

基板１２１は、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属材料で構成されている。基板１２１は所定の回転軸Ｏの周りに回転可能とされた回転基板である。回転軸Ｏは基板１２１の中心を通る。モーター１２５は、円板状の基板１２１を回転軸Ｏの周りに回転させる。

本実施形態のセラミック蛍光体２２２は、回転軸Ｏの周りに環状に形成されている。セラミック蛍光体２２２は、第１実施形態のセラミック蛍光体２２を環状に整形することで構成される。ダイクロイック層２３は、基板１２１とセラミック蛍光体２２２との間に設けられている。基板１２１はセラミック蛍光体２２２で生じる熱を放熱する。

セラミック蛍光体２２２の第１面２２２ａにダイクロイック層２３が設けられている。環状のセラミック蛍光体２２２は、第１面２２２ａの径方向内側の端部２２２ａ１が接合部材２４を介して基板２１に固定されている。すなわち、回転軸Ｏに沿う方向から平面視した際、セラミック蛍光体１２２は基板２１よりも径方向外側に突出するように設けられている。励起光Ｅは、セラミック蛍光体１２２における基板２１の径方向外側に張り出した張り出し部分（露出部分）１２２０に入射する。本実施形態において、基板２１は、セラミック蛍光体２２２における励起光Ｅの入射領域とは異なる領域に当接し、セラミック蛍光体３２２で生じる熱を放熱する。

本実施形態の波長変換素子２２０では、励起光Ｅが回転した状態のセラミック蛍光体１２２の張り出し部分１２２０に入射する。セラミック蛍光体２２２に励起光Ｅが入射した際には、セラミック蛍光体２２２の張り出し部分１２２０において熱が発生する。本実施形態では、モーター１２５によってセラミック蛍光体２２２を回転させることにより、セラミック蛍光体２２２の張り出し部分１２２０における励起光Ｅの入射位置を時間的に移動させている。これにより、セラミック蛍光体２２２の張り出し部分１２２０の同じ位置に励起光Ｅが常時照射されることにより、セラミック蛍光体２２２の一部のみが局所的に加熱され、セラミック蛍光体２２２が劣化することが抑制される。

本実施形態の場合、セラミック蛍光体２２２を回転させることで、セラミック蛍光体２２２の放熱性をさらに高めることができる。

本実施形態の波長変換素子２２０においても、セラミック蛍光体２２２に当接する基板２１が非透光性部材で構成されている。これにより、波長変換素子２２０においては、セラミック蛍光体２２２で生成された蛍光Ｙが基板１２１に漏れ出さすことなく、外部に効率良く取り出される。

また、本実施形態の波長変換素子２２０においても、張り出し部分１２２０における励起光Ｅの照射領域ＳＰから基板１２１までの距離Ｄが０．３４ｍｍ以上に設定されている。

（第３実施形態の効果）
本実施形態の波長変換素子２２０を備えた光源装置によれば、回転型の波長変換素子を用いる場合において、第１実施形態と同様、基板１２１による励起光Ｅの吸収を抑制して励起光Ｅを効率良く利用できる。また、セラミック蛍光体２２２における放熱性を向上させることで、セラミック蛍光体２２２の波長変換効率の低下による蛍光量の減少を抑制できる。

（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について、図８を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターの概略構成は第３実施形態と同様であり、光源装置における波長変換素子の構成が第３実施形態と異なる。具体的に本実施形態の波長変換素子は、第３実施形態の波長変換素子に第２実施形態の構成を組み合わせた構造を有する。以下では波長変換素子の構成を説明し、他の構成については説明を省略する。

図８は本実施形態の波長変換素子の要部構成を示す断面図である。
図８に示すように、本実施形態の波長変換素子３２０は、基板１２１と、セラミック蛍光体３２２と、ダイクロイック層２３と、モーター１２５とを備えている。本実施形態の波長変換素子３２０は、セラミック蛍光体３２２に対する励起光Ｅの入射位置を時間的に変化させる回転ホイール型波長変換素子である。

セラミック蛍光体３２２は、励起光源１０から射出された励起光Ｅが入射する第１面３２２ａと、蛍光Ｙを射出させる第２面３２２ｂと、を有する。セラミック蛍光体３２２は、第２面３２２ｂの所定領域に形成された凹部３２３を有する。

本実施形態のセラミック蛍光体３２２は、第１領域Ａ１１と、第２領域Ａ１２と、を含む。第１領域Ａ１１は、励起光Ｅの照射領域ＳＰを含む領域であり、上記凹部３２３が設けられた領域である。第２領域Ａ１２は、第１領域Ａ１１と異なる領域であり、第１領域Ａ１１の径方向内側に位置するリング状の領域である。第１領域Ａ１１の厚さは、第２領域Ａ１２の厚さよりも薄い。本実施形態の場合、セラミック蛍光体３２２の張り出し部分１３２０は、第１領域Ａ１１と、第２領域Ａ１２の一部とで構成される。本実施形態の場合、上述のように凹部３２３が設けられるため、第１領域Ａ１１の厚さは第２領域Ａ１２の厚さよりも薄い。なお、第１領域Ａ１１および第２領域Ａ１２の厚さは、いずれも４０μｍ以上１５０μｍ以下である。

基板１２１の厚さ方向（図８中の上下方向）において、第２領域Ａ１２の一部は基板１２１と重なる。すなわち、第２領域Ａ１２は、接合部材２４を介して基板１２１と接合されている。セラミック蛍光体３２２において、第１領域Ａ１１と第２領域Ａ１２との境界ＢＬは、励起光Ｅの照射領域ＳＰと基板１２１との間に位置する。本実施形態の波長変換素子３２０においても、張り出し部分１２２０における励起光Ｅの照射領域ＳＰから基板２１までの距離Ｄが０．３４ｍｍ以上に設定されている。

（第４実施形態の効果）
本実施形態の波長変換素子３２０では、回転型の波長変換素子を用いる場合において、第２実施形態と同様、セラミック蛍光体３２２の放熱性を向上させることで蛍光変換効率を向上させて明るい蛍光Ｙを生成できる。また、第２領域Ａ１２において基板１２１と接合することでセラミック蛍光体３２２の破損を抑制することができる。また、セラミック蛍光体３２２における放熱性を向上させることで、蛍光Ｙの変換効率が向上するので、より明るい照明光ＷＬを生成することができる。

なお、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、上記実施形態においては、基板２１，１２１の全体を非透光性部材（金属）で構成する場合を例に挙げたが、基板２１，１２１は少なくともセラミック蛍光体２２，１２２，２２２，３２２のいずれかに当接する部分が非透光性部材で構成されていれば蛍光Ｙの光漏れを防止できる。そのため、基板２１，１２１はセラミック蛍光体２２，１２２，２２２，３２２のいずれかに当接する部分以外は透光性部材で構成されていてもよい。

また、例えば、上記実施形態のセラミック蛍光体２２，１２２，２２２，３２２においては、蛍光体相２５は酸化物蛍光体を含み、マトリックス相２６は金属酸化物を含んでいた。この構成に代えて、蛍光体相２５は窒化物蛍光体を含み、マトリックス相２６は金属窒化物を含んでいてもよい。窒化物蛍光体として、例えばα－ＳｉＡｌＯＮ，β－ＳｉＡｌＯＮ等のサイアロン蛍光体を用いることができる。金属窒化物としては、例えばＡｌＮ等を用いることができる。ＡｌＮの熱伝導率は約２５５Ｗ／ｍ・Ｋである。このように、蛍光体相２５が窒化物蛍光体を含み、マトリックス相２６が金属酸化物を含む場合、各相において無用な酸化反応等が生じることなく、セラミック蛍光体を安定して製造することができる。

その他、光源装置およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料、製造方法等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明に係る光源装置を、液晶ライトバルブを用いた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。例えば本発明に係る光源装置を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。

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。

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、励起光を射出する励起光源と、第１面および第２面を含み、励起光源から射出されて第１面から入射する励起光の一部を波長変換して生成した蛍光を第２面から射出するセラミック蛍光体と、セラミック蛍光体の第１面を支持する基板と、を備え、励起光源から射出された励起光は、セラミック蛍光体の第１面のうち基板から露出される露出部分に入射し、露出部分において励起光の照射領域から基板までの距離は、０．３４ｍｍ以上である。

本発明の一つの態様の光源装置において、セラミック蛍光体の厚さは、４０μｍ以上１５０μｍ以下であり、セラミック蛍光体は、励起光の他の一部を透過光として第２面から蛍光とともに射出し、透過光とセラミック蛍光体から射出される蛍光との光量比は、３０％～５０％であってもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、セラミック蛍光体は、第１領域と第２領域とを有し、第１領域は、励起光の照射領域を含む領域であり、第２領域は、蛍光を射出する蛍光射出領域よりも基板側に位置する領域であって、第１領域の厚さは、第２領域の厚さよりも厚く、基板は、セラミック蛍光体よりも熱伝導率が高く、基板の厚さ方向において、第２領域の少なくとも一部は基板と重なってよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、セラミック蛍光体において、第１領域と第２領域との境界は、励起光の照射領域と基板との間に位置としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、セラミック蛍光体の露出部分は、基板に形成された開口を介して露出されてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、セラミック蛍光体の第１面に設けられ、励起光を透過させ、蛍光を反射する光学層をさらに備えてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、基板は、所定の回転軸の周りに回転する回転基板であり、セラミック蛍光体は、基板に対して、基板の径方向外側に突出するように設けられ、セラミック蛍光体の基板から突出する部分が露出部分であってもよい。

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、光源装置から射出される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、画像光を投射する投射光学装置と、を備える。

１…プロジェクター、２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、１０…励起光源、２１，１２１…基板、２２，１２２，２２２，３２２…セラミック蛍光体、２２ａ，１２２ａ，２２２ａ，３２２ａ…第１面、２２ｂ，１２２ｂ，３２２ｂ…第２面、２３…ダイクロイック層（光学層）、２１０…貫通孔（開口）、２１１…露出部分、１２２０，１３２０…張り出し部分（露出部分）、Ａ１，Ａ１１…第１領域、Ａ２，Ａ１２…第２領域、Ａ３…蛍光射出領域、ＢＬ…境界（第１領域と第２領域との境界）、Ｄ…距離、Ｅ…励起光、Ｅ１…青色光（透過光）、Ｏ…回転軸、ＳＰ…照射領域、Ｙ…蛍光。

Claims (9)

1. 励起光を射出する励起光源と、
   第１面および第２面を含み、前記励起光源から射出されて前記第１面から入射する前記励起光の一部を波長変換して生成した蛍光を前記第２面から射出するセラミック蛍光体と、
   前記セラミック蛍光体の前記第１面を支持する基板と、を備え、
   前記励起光源から射出された前記励起光は、前記セラミック蛍光体の前記第１面のうち前記基板から露出される露出部分に入射し、
   前記露出部分において前記励起光の照射領域から前記基板までの距離は、０．３４ｍｍ以上である
   光源装置。
2. 前記セラミック蛍光体の厚さは、４０μｍ以上１５０μｍ以下であり、
   前記セラミック蛍光体は、前記励起光の他の一部を透過光として前記第２面から前記蛍光とともに射出し、
   前記透過光と前記セラミック蛍光体から射出される前記蛍光との光量比は、３０％～５０％である
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記基板は、前記セラミック蛍光体よりも熱伝導率が高い非透光性部材で構成される
   請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記セラミック蛍光体は、第１領域と第２領域とを有し、
   前記第１領域は、前記励起光の照射領域を含む領域であり、
   前記第２領域は、前記蛍光を射出する蛍光射出領域よりも基板側に位置する領域であって、
   前記第１領域の厚さは、前記第２領域の厚さよりも厚く、
   前記基板の厚さ方向において、前記第２領域の少なくとも一部は前記基板と重なる
   請求項１～３のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記セラミック蛍光体において、前記第１領域と前記第２領域との境界は、前記励起光の照射領域と前記基板との間に位置する
   請求項４に記載の光源装置。
6. 前記セラミック蛍光体の前記露出部分は、前記基板に形成された開口を介して露出される
   請求項１～５のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記基板は、所定の回転軸の周りに回転する回転基板であり、
   前記セラミック蛍光体は、前記基板に対して、前記基板の径方向外側に突出するように設けられ、
   前記セラミック蛍光体の前記基板から突出する部分が前記露出部分である
   請求項１～６のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記セラミック蛍光体の前記第１面に設けられ、前記励起光を透過させ、前記蛍光を反射する光学層をさらに備える
   請求項１～７のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
9. 請求項１～８のうちのいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出される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装置と、を備える
   プロジェクター。

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