JP2016166925A - 照明装置及び投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より低コストでより小型の照明装置を提供する。
【解決手段】投射表示装置に好適に用いられる照明装置１０を、光源部１１、ダイクロイックミラー２０、回転体２１、集光光学系３０、色成分切り替え盤３１及びライトトンネル３４を備えて構成する。回転体２１は、対向する一対の蛍光領域２５ａ，２５ｂ及び反射領域２６ａ,２６ｂを設けた円錐面２２と、反射領域２６ｃを設けた底面２３とを有する。色成分切り替え盤３１は、２つの青色透過領域Ｂ（Ｂ₁，Ｂ₂）と、２つの赤色透過領域Ｒ（Ｒ₁，Ｒ₂）と、２つの緑色透過領域Ｇ（Ｇ₁，Ｇ₂）とを有する。回転体２１は、レーザ光ＢＬが照射されることで、蛍光領域２５ａ，２５ｂから発生した蛍光ＹＬが、ダイクロイックミラー２０と回転体２１との間で反射を繰り返した後に、集光レンズ３０ａから射出されるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置及び投射表示装置に関する。

今日、パーソナルコンピュータの画像データ、ビデオ画像のデータ、メモリーカードに記憶されている画像データ等を用いて画像をスクリーン（画面）に投影する投射表示装置（以下、「プロジェクタ」という）が知られている。

このプロジェクタは、照明装置からの射出光をデジタルマイクロミラーデバイスとしてのマイクロミラー表示素子、液晶板等を用いてスクリーンに投影して、画像をスクリーンに形成するものである。その中で、応答性のよいレーザ光源等から出射するレーザ光を励起光として蛍光体に照射し、緑や赤などの蛍光を出射させる光源を用い、その蛍光を照明光として利用するプロジェクタが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、励起光源から射出した励起光を効率良く蛍光に変換することを目的として、励起光を多重反射素子に入射させ、多重反射素子内部で反射を繰り返させた後に、均一な分布となった励起光を蛍光体が塗布された金属体に照射して蛍光を生成し、この蛍光を他の多重反射素子内部で反射させた後に出射開口部から取り出す技術が開示されている。

また、蛍光体を利用するものとして、蛍光体を塗布した蛍光体ホイールにレーザ光源を照射し、必要な波長の蛍光を得るプロジェクタ（特許文献２〜４）、ライトトンネル内に蛍光体を塗布し、該蛍光体に励起光を照射することで、必要な波長の蛍光を得るプロジェクタ（特許文献５）も開示されている。

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の従来技術では、励起光源により緑色成分の蛍光を生成し、更に赤色成分と青色成分用の光源を別に設けて、３色成分の光を合成しているため、照明装置やプロジェクタの大型化、光学部品の多用に伴う高コスト化という問題があった。

また、特許文献３、４に記載の従来技術でも、光路切り替え手段によって光路を切り替えて、赤色成分、青色成分、緑色成分の各光をライトトンネルや液晶パネルに導くために、光路長が長くなるとともに、光学部品の設置数も多くなり、やはり照明装置やプロジェクタの大型化や高コスト化を招いていた。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、より低コストでより小型の照明装置を提供することを可能とするものである。

本発明に係る照明装置は、所定の波長帯域の光を発生する光源と、光を透過し該光とは異なる波長帯域の光を反射する入射部、光が射出する出射部、入射部から入射した光を反射する反射領域及び光を励起光として該励起光とは異なる波長帯域に波長変換された光を生じさせる波長変換領域を有する波長変換部材と、を備え、波長変換部材は、波長変換された光が、少なくとも入射部と波長変換領域との間で反射されて出射部から射出するように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、より低コストでより小型の照明装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る照明装置の光学系の要部構成を示す光学図である。 図１の照明装置の斜視図である。 図２の矢印Ａで示される平面における断面図である。 図１の照明装置において、青色成分のレーザ光が進行する光路を示す図である。 図１の照明装置において、波長変換された蛍光が進行する光路を示す図である。 図１に示す回転体の平面図である。 図１に示す回転体の斜視図である。 図１に示す色成分切り替え盤の平面図である。 図１に示すダイクロイックミラーの切り欠き部を説明するための説明図である。 回転体の各領域及び色成分切り替え盤の各領域が光路中で切り替わるタイミングと、射出される照明光の色との関係を模式的に表した図である。 本発明の第２実施形態に係る照明装置の光学系の要部構成を示す光学図である。 図１１に示す色成分切り替え盤の平面図である。 回転体の各領域及び色成分切り替え盤の各領域が光路中で切り替わるタイミングと、射出される照明光の色との関係を模式的に表した図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの光学図である。

（第１実施形態）
以下に、本発明に係る照明装置（「照明光源装置」ともいう）の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る照明装置の光学系の要部構成を示す光学図である。図２は照明装置の斜視図であり、図３は図２の矢印Ａで示される平面における断面図である。

これらの図に示すように、第１実施形態の照明装置１０は、光源部１１と、ダイクロイックミラー２０と、波長変換部材の一例である回転体２１と、集光光学系３０と、色成分切り替え部材の一例である色成分切り替え盤３１と、ライトトンネル３４とを備えて構成される。

光源部１１は、レーザ光源（励起光源）としてのレーザダイオード１１ａ（以下、「ＬＤ１１ａ」という）と、カップリングレンズ１１ｂと、集光レンズ１１ｃとを有して構成されている。ＬＤ１１ａは、レーザダイオード保持体（以下、「ＬＤ保持体」という）１２に設けられている

ＬＤ１１ａは、後述する蛍光体を励起する励起光源として用いられると共に、照明装置１０から出射される照明光を発生する光源として機能する。

ＬＤ１１ａからのレーザ光は、カップリングレンズ１１ｂにより集光され、平行光束として集光レンズ１１ｃに導かれる。集光レンズ１１ｃは、カップリングレンズ１１ｂにより平行光束とされたレーザ光を集光する役割を果たす。

本実施形態では、ＬＤ１１ａは、青色成分のレーザ光ＢＬを発生するものとして説明する。ＬＤ１１ａから発生するレーザ光ＢＬの波長としては、４４０ｎｍから４７０ｎｍの範囲であることが好ましい。この範囲とすることで、レーザ光ＢＬをそのまま青色成分の照明光として使用することができると共に、励起光として用いるのに好適である。また、容易に入手可能な青色の高出力レーザを用いることで、高出力な照明装置１０とすることができる。

なお、レーザ光源がこのようなＬＤ１１ａに限定されることはなく、ＬＤの代わりに、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることもできる。また、以下では単一のＬＤ１１ａとカップリングレンズ１１ｂとを用いた例で説明するが、これらが単一に限定されることはない。必要に応じて、ＬＤ保持体１２に複数個のＬＤ１１ａを設け、各ＬＤ１１ａに対してカップリングレンズ１１ｂを設けた構成とすることもできる。ＬＤやＬＥＤを光源として用いることで、小型化や省エネルギー化が可能となる。

また、ＬＤ１１ａ等のレーザ光源が、青色成分のレーザ光ＢＬを発生するものに限定されることはなく、緑色成分のレーザ光又は赤色成分のレーザ光や紫外光を発生するＬＤ又はＬＥＤを用いることもできる。

さらに、ＬＤ保持体１２の裏面側には、ＬＤ１１ａで発生した熱を冷却するためのヒートシンク（放熱板）１３が設けられている。ヒートシンク１３の材質は、アルミニウムや銅等の金属で構成されている。

光源部１１から発せられた青色成分のレーザ光ＢＬは、その光路に配置されたダイクロイックミラー２０に入射する。このダイクロイックミラー２０は、青色成分の波長帯域のみを透過し、その他の波長帯域の光を反射する光学特性を有する。これにより、ダイクロイックミラー２０は、回転体２１への青色成分のレーザ光ＢＬの入射部Ｉとして機能する。ダイクロイックミラー２０を透過した青色成分のレーザ光ＢＬは、集光レンズ１１ｃの作用によってスポット状に集光されて、内面形状が円錐台形状の回転体２１の円錐面２２に照射される。

回転体２１は、レーザ光ＢＬの入射側の口径が最も大きく次第に小径となる円錐面２２と、底面２３とを有し、図１に示すように駆動源としてのステッピングモータ２４により回転駆動される。回転体２１の円錐面２２は、図６及び図７に示すように、回転方向に複数に分割され、互いに対向する一対の蛍光領域２５ａ，２５ｂと互いに対向する一対の反射領域２６ａ，２６ｂとを有している。さらに、回転体２１の底面２３にも、反射領域２６ｃが形成されている。

蛍光領域２５ａ，２５ｂは、波長変換領域の一例であり、レーザ光ＢＬを励起光として励起光とは異なる波長帯域の光(蛍光)に波長変換する機能を有する。反射領域２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、青色成分のレーザ光ＢＬ及び蛍光を反射する機能を有する。

回転体２１の底面２３は、回転軸（すなわち、レーザ光ＢＬの光軸）に対して垂直に形成されている。また、回転体２１の円錐面２２は、回転軸（レーザ光ＢＬの光軸）に対して４５度の傾斜角で形成されており、レーザ光ＢＬが円錐面２２上に照射されるように、回転体２１はレーザ光ＢＬの光路に適宜配置されている。

回転体２１の反射領域２６ａ，２６ｂ，２６ｃには、青色成分のレーザ光ＢＬが当たる面側に、レーザ光ＢＬを反射する反射膜が設けられている。また、回転体２１の蛍光領域２５ａ，２５ｂには、青色成分のレーザ光ＢＬが当たる面側に蛍光膜が形成されている。

蛍光膜は、例えば、青色線分のレーザ光ＢＬの照射により励起されて、該レーザ光ＢＬとは異なる波長帯域の蛍光を発生する蛍光材料からなる。本実施形態では、２色の色成分、すなわち緑色成分の波長帯域（例えば、４５０ｎｍ〜６００ｎｍ）を含む蛍光ＧＬを発生する蛍光材料と、赤色成分の波長帯域（例えば、５８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）を含む蛍光ＲＬを発生する蛍光材料との混合物、つまり黄色成分の波長帯域（例えば、４５０ｎｍから７５０ｎｍ）の蛍光ＹＬを発生する蛍光材料を用いている。しかし、蛍光膜の材料がこれらに限定されることはなく、例えば、緑色成分の波長域から赤色成分の波長域にまたがる蛍光分布特性を有する蛍光材料を用いることができる。

ダイクロイックミラー２０には、図９に示すように、集光レンズ１１ｃが配置されたレーザ光ＢＬの入射側とは反対側に、その一部が円状に開口した切り欠き部２０ａを有している。この切欠き部２０ａは、回転体２１から青色成分のレーザ光ＢＬ及び蛍光ＹＬが射出する出射部Ｏとなっている（図１参照）。また、この切欠き部２０ａの近傍に、集光光学系３０の集光レンズ３０ａが設置されている。この集光レンズ３０ａによって、出射部Ｏからのレーザ光ＢＬ及び蛍光ＹＬを集光することで、レーザ光ＢＬ及び蛍光ＹＬを損失なく射出させることができ、光効率の高い照明装置１０を実現できる。

次に、回転体２１における青色成分のレーザ光ＢＬ及び蛍光ＹＬの光路について説明する。まず、青色成分のレーザ光ＢＬについて図４を参照しながら説明する。図４は反射領域２６ａ，２６ｂにより反射された青色成分のレーザ光ＢＬが進行する光路を示す。

青色成分のレーザ光ＢＬが入射する光路中に、回転体２１の円錐面２２に形成された反射領域２６ａが位置する場合、図４に示すように、青色成分のレーザ光ＢＬは、この反射領域２６ａで反射される。その後、レーザ光ＢＬは、反射領域２６ａの対面の位置に形成された反射領域２６ｂで再び反射されて、集光光学系３０の集光レンズ３０ａに導かれる。一方、青色成分のレーザ光ＢＬが入射する光路中に、反射領域２６ｂが位置する場合、レーザ光ＢＬは反射領域２６ｂで反射された後、反射領域２６ｂの対面の位置に形成された反射領域２６ａで再び反射されて、集光レンズ３０ａに導かれる。

このように青色成分のレーザ光ＢＬが反射領域２６ａ，２６ｂに照射されている期間においては、集光レンズ３０ａには、青色成分のレーザ光ＢＬが導かれ続ける。つまり、図６に示す反射領域２６ａ，２６ｂの面積上を青色成分のレーザ光ＢＬが照射され続けて移動している間は、青色成分のレーザ光ＢＬが集光レンズ３０ａから射出することになる。

よって、回転体２１が１回転する際に、青色成分のレーザ光ＢＬが集光レンズ３０ａから射出する機会は２度生じることになる。

そして、集光レンズ３０ａを透過した青色成分のレーザ光ＢＬは、集光レンズ３０ｂ,３０ｃを透過して、その進行方向に配置された色成分切り替え盤３１に照射され、該色成分切り替え盤３１を透過したレーザ光ＢＬはライトトンネル３４に導かれる。このとき、集光光学系３０の集光レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの光学作用によって、青色成分のレーザ光ＢＬはライトトンネル３４内の１点に略スポット形状になるように集光される。

次に、蛍光ＹＬの光路について図５を参照しながら説明する。図５は蛍光領域２５ａ，２５ｂにより青色成分のレーザ光ＢＬが蛍光ＹＬに波長変換されて進行する光路を示す。この図５に示すように、回転体２１の円錐面２２に形成された蛍光領域２５ａ又は蛍光領域２５ｂに青色成分のレーザ光ＢＬが照射されると、この青色成分のレーザ光ＢＬとは異なる赤色成分の蛍光ＲＬと緑色成分を含む蛍光ＧＬとを含む蛍光ＹＬが発生する。

このとき、回転体２１の回転により、円錐面２２の同一箇所にレーザ光ＢＬが照射されるのが防止されるため、蛍光領域２５ａ，２５ｂに塗布されている蛍光膜の劣化が抑制される。蛍光領域２５ａ，２５ｂから発生した蛍光ＹＬは、図５に示すようにダイクロイックミラー２０と回転体２１との間で反射を繰り返した後に、ダイクロイックミラー２０の切り欠き部２０ａ近傍に配置された集光レンズ３０ａから射出される。

このときの多重反射光路は、ダイクロイックミラー２０と回転体２１の蛍光領域２５ａ，２５ｂ及び反射領域２６ａ，２６ｂ，２６ｃに至る領域までの間で生じる。

このように青色成分のレーザ光ＢＬが蛍光領域２５ａ，２５ｂに照射されている期間においては、集光レンズ３０ａには、波長変換された蛍光ＹＬが導かれ続ける。つまり、図６に示す蛍光領域２５ａ，２５ｂの面積上をレーザ光ＢＬが照射され続けて移動している間は、蛍光ＹＬが集光レンズ３０ａから射出することになる。

よって、回転体２１が１回転する際に、蛍光ＹＬが集光レンズ３０ａから射出する機会は２度生じることになる。

そして、集光レンズ３０ａを透過した蛍光ＹＬは、集光レンズ３０ｂ，３０ｃを透過して、色成分切り替え盤３１に照射され、該色成分切り替え盤３１を透過した蛍光ＹＬのうちの所定の色成分の光はライトトンネル３４に導かれる。このとき、集光光学系３０の集光レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの光学作用によって、所定の色成分の光はライトトンネル３４内の１点に略スポット形状になるように集光される。

ここで、色成分切り替え盤３１の構成及び機能について、図８を参照しながら説明する。図８は色成分切り替え盤３１を、青色成分のレーザ光ＢＬ又は蛍光ＹＬの入射側から見た平面図である。色成分切り替え盤３１は、回転駆動により透過させる色成分を切り替える機能を有している。

色成分切り替え盤３１は、駆動源としてのステッピングモータ３２により回転駆動される。色成分切り替え盤３１は、図８に示すように、回転方向に沿って青色成分のレーザ光ＢＬを透過する２つの青色透過領域Ｂ（Ｂ₁，Ｂ₂）と、赤色成分の蛍光ＲＬを透過し、かつ緑色成分の蛍光ＧＬを吸収又は反射する２つの赤色透過領域Ｒ（Ｒ₁，Ｒ₂）と、緑色成分の蛍光ＧＬを透過し、かつ赤色成分の蛍光ＲＬを吸収又は反射する２つの緑色透過領域Ｇ（Ｇ₁，Ｇ₂）とが、回転角方向に扇状に分割されて形成された回転円盤３３から構成される。

このような色成分切り替え盤３１が回転することで、色成分切り替え盤３１を透過してライトトンネル３４に向けて出射する光の色成分が時分割で切り替えられる。

ここで、各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇは、色成分切り替え盤３１の半周領域において連続的に形成されている。そして、色成分切り替え盤３１が１回転する期間中に、青色成分のレーザ光ＢＬ又は蛍光ＹＬの入射光路上に、２度各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇ（Ｂ₁，Ｒ₁，Ｇ₁及びＢ₂，Ｒ₂，Ｇ₂）が通過するように構成されている。

色成分切り替え盤３１の赤色透過領域Ｒ（Ｒ₁，Ｒ₂）及び緑色透過領域Ｇ（Ｇ₁，Ｇ₂）は、それぞれ赤色成分、緑色成分の波長帯域を透過させるフィルタ等により形成することができる。また、色成分切り替え盤３１の青色透過領域Ｂ（Ｂ₁，Ｂ₂）は、例えば透明なガラス板で形成することや、回転円盤３３を切欠いた切り欠き部で形成することができる。また、青色成分の所望の波長帯域のみを透過するフィルタで形成することもできる。

また、色成分切り替え盤３１と回転体２１とは、ステッピングモータ３２，２４の回転信号や回転角を検出するセンサや制御部によって、同期して回転するように回転制御されている。図１０に、この回転制御により回転体２１の各領域２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ及び色成分切り替え盤３１の各透過領域Ｂ₁，Ｇ₁，Ｒ₁，Ｂ₂，Ｇ₂，Ｒ₂が光路中で切り替わるタイミングと、射出される照明光の色との関係を模式的に表した。なお、色成分切り替え盤３１の各領域の光路中への出現順序がＢ₁，Ｒ₁，Ｇ₁，Ｂ₂，Ｒ₂，Ｇ₂となっているが、Ｂ₂，Ｇ₂，Ｒ₂，Ｂ₁，Ｇ₁，Ｒ₁とすることもできる。

この図１０に示すように、回転体２１の反射領域２６ａ又は反射領域２６ｂに青色成分のレーザ光ＢＬが照射され、青色成分のレーザ光ＢＬが集光光学系３０から射出している間は、レーザ光ＢＬの光路に色成分切り替え盤３１の青色透過領域Ｂ₁又は青色透過領域Ｂ₂が位置する。よって、青色成分のレーザ光ＢＬが青色透過領域Ｂ₁又は青色透過領域Ｂ₂を透過してライトトンネル３４に導かれる。

また、回転体２１の蛍光領域２５ａ又は蛍光領域２５ｂに青色成分のレーザ光ＢＬが照射され、蛍光ＹＬが集光光学系３０から射出している間の前半の所定時間中は、蛍光ＹＬの光路に色成分切り替え盤３１の赤色透過領域Ｒ₁又は赤色透過領域Ｒ₂が位置する。よって、蛍光ＹＬのうちの赤色成分の蛍光ＲＬが赤色透過領域Ｒ₁又は赤色透過領域Ｒ₂を透過してライトトンネル３４に導かれる。

また、回転体２１の蛍光領域２５ａ又は蛍光領域２５ｂに青色成分のレーザ光ＢＬが照射され、蛍光ＹＬが集光光学系３０から射出している間の後半の所定時間中は、蛍光ＹＬの光路に色成分切り替え盤３１の緑色透過領域Ｇ₁又は緑色透過領域Ｇ₂が位置する。よって、蛍光ＹＬのうちの緑色成分の蛍光ＧＬが緑色透過領域Ｇ₁又は緑色透過領域Ｇ₂を透過してライトトンネル３４に導かれる。

ライトトンネル３４は、光量むらを低減する役割を果たしている。このライトトンネル３４は、照度均一化手段の一例であり、ライトトンネル３４の代わりにフライアイレンズなどの他の均一化手段を用いることもできる。

第１実施形態の照明装置１０は、上述したようにライトトンネル３４に時分割で青色成分のレーザ光ＢＬと赤色成分の蛍光ＲＬと緑色成分の蛍光ＧＬとを導くことができ、図１０に示すように、これらの光を照明光として射出することができる。したがって、フルカラーの照明光を射出する照明装置１０を実現することができる。

以上、第１実施形態の照明装置１０では、回転体２１内に青色成分のレーザ光ＢＬの光路と、緑色成分及び赤色成分の両方を含んだ蛍光ＹＬの光路とを時分割で形成することができる。そのため、レーザ光ＢＬと蛍光ＹＬとを切り替えるための光路切り替え手段が不要であり、また、分離光路及び合成光路も不要となる。したがって、各光について大幅な光路の短縮が可能となる。さらに、光源部１１からライトトンネル３４までの光学部品の多くを共有化することができるため、光学部品を削減することができ、コストダウンを実現することができる。したがって、より低コストでより小型の照明装置１０を提供することが可能となる。

さらに、ライトトンネル３４の後段に画像形成素子と投影光学系とを設けることで、本実施形態の照明装置１０をプロジェクタ等の投射表示装置に適用することが可能である。本実施形態の照明装置１０を備えることで、カラー画像を投影することができ、より低コストで小型の投射表示装置を実現することができる。

また、照明装置１０からの青色成分（Ｂ）、赤色成分（Ｒ）、緑色成分（Ｇ）の照明光の射出時間は、回転体２１の反射領域２６ａ，２６ｂ、蛍光領域２５ａ，２５ｂ及びこれらに対応する色成分切り替え盤３１の各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇの大きさ（角度）によって変化する。これらの大きさを調整することによって、例えば、プロジェクタ等で投影するカラー画像の色味の自由度を向上させることができる。また、色成分切り替え盤３１の各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇを構成するフィルタの波長透過特性を適宜変更することにより、各色成分の照明光（Ｂ，Ｒ，Ｇ）の光の色味を変更することができ、色再現範囲を調整することができる。

また、第１実施形態では、回転円盤３３からなる色成分切り替え盤３１を回転させることにより、各透過領域Ｂ₁，Ｒ₁，Ｇ₁，Ｂ₂，Ｒ₂，Ｇ₂が光路中で入れ替わる構成としたが、本願が必ずしもこれに限定されることはない。色成分切り替え盤３１を、光路中で直線移動させることで、各透過領域Ｂ₁，Ｒ₁，Ｇ₁，Ｂ₂，Ｒ₂，Ｇ₂が光路中で入れ替わる構成とすることや、互いに分離した各領域Ｂ₁，Ｒ₁，Ｇ₁，Ｂ₂，Ｒ₂，Ｇ₂を、光路中で順番に入れ替える構成とすることもできる。また、色成分切り替え盤３１が、円形に限定されることもなく、他の形状とすることもできる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は、第２実施形態に係る照明装置１０Ａの光学系の要部構成を示す光学図である。この図１１に示す第２実施形態に係る照明装置１０Ａは、色成分切り替え盤３１に代えて色成分切り替え盤３１Ａを用いたこと以外は、図１に示す第１実施形態の照明装置１０と同様の基本構成を有している。そのため、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１２は第２実施形態で用いる色成分切り替え盤３１Ａの平面図である。この図１２に示すように、第２実施形態の色成分切り替え盤３１Ａは、青色成分のレーザ光ＢＬを透過する青色透過領域Ｂと、赤色成分の蛍光ＲＬを透過し、かつ緑色成分の蛍光ＧＬを吸収又は反射する赤色透過領域Ｒと、緑色成分の蛍光ＧＬを透過し、かつ赤色成分の蛍光ＲＬを吸収又は反射する緑色透過領域Ｇとが、回転角方向に扇状に分割されて形成された回転円盤３３Ａから構成される。

ここで、各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇは、色成分切り替え盤３１Ａの全周領域において連続的に形成されている。第１実施形態の色成分切り替え盤３１の各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇ（Ｂ₁＋Ｂ₂，Ｒ₁＋Ｒ₂，Ｇ₁＋Ｇ₂）の円弧の長さと比較すると、各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇの円弧の長さは半分になっている。また、この色成分切り替え盤３１Ａも、駆動源としてのステッピングモータ３２Ａにより回転駆動される。

第２実施形態においても、色成分切り替え盤３１Ａの赤色透過領域Ｒ及び緑色透過領域Ｇは、それぞれ赤色、緑色成分の波長帯域を透過させるフィルタ等により形成することができる。また、色成分切り替え盤３１Ａの青色透過領域Ｂも、例えば透明なガラス板で形成することや、回転円盤３３Ａを切欠いた切り欠き部で形成することができる。または、青色成分の所望の波長帯域のみを透過するフィルタで形成することもできる。

第１実施形態と同様に、第２実施形態の照明装置１０Ａでは、光源部１１から射出した青色成分のレーザ光ＢＬがダイクロイックミラー２０を通過して回転体２１に入射する。レーザ光ＢＬが反射領域２６ａ，２６ｂに照射されている期間は、反射領域２６ａ，２６ｂ及び対向する反射領域２６ｂ，２６ａで反射された後、集光光学系３０から射出する。また、レーザ光ＢＬが蛍光領域２５ａ，２５ｂに照射されている期間は、蛍光領域２５ａ，２５ｂから蛍光ＹＬが発生し、該蛍光ＹＬはダイクロイックミラー２０と回転体２１との間で反射を繰り返した後に、集光光学系３０から射出する。

集光光学系３０から射出したレーザ光ＢＬ又は蛍光ＹＬは、色成分切り替え盤３１Ａに照射される。図１３に、回転体２１の各領域２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ及び色成分切り替え盤３１Ａの各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇが光路中で切り替わるタイミングと、射出される照明光の色との関係を概略的に示す。

第２実施形態の色成分切り替え盤３１Ａは、各透過領域Ｂ，Ｒ，Ｇが１つずつ設けられていることから、回転体２１が１回転する期間に、色成分切り替え盤３１Ａは２回転する必要がある。よって、色成分切り替え盤３１Ａは、回転体２１の２倍速の回転速度で回転し（すなわち、回転体２１は、色成分切り替え盤３１Ａの１／２倍速の回転速度で回転する）、適宜のセンサ及び制御部によって同期するように制御されている。

したがって、図１３に示すように、回転体２１が反射領域２６ａ又は反射領域２６ｂに切り替わったときには、色成分切り替え盤３１Ａは青色透過領域Ｂに切り替わり、照明装置１０Ａから青色成分の照明光（Ｂ）が射出する。また、回転体２１が蛍光領域２５ａ又は蛍光領域２５ｂに切り替わったときには、色成分切り替え盤３１Ａの赤色透過領域Ｒ又は緑色透過領域Ｇに切り替わり、照明装置１０Ａから赤色成分の照明光（Ｒ）又は緑色成分の照明光（Ｇ）が時分割で射出される。

以上、第２実施形態によっても、回転体２１を設けたことで、各色成分の照明光について大幅な光路の短縮と光学部品の削減とが可能となり、より低コストでより小型の照明装置１０Ａを提供することが可能となる。さらに、第２実施形態では、色成分切り替え盤３１Ａの回転速度を回転体２１の回転速度の２倍速とすることで、色成分切り替え盤３１Ａをさらに小型にすることが可能になり、照明装置１０Ａ全体のさらなる小型化を実現することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の照明装置を備えた、本発明の第３実施形態の投射表示装置について、図面を参照しながら説明する。図１４は第３実施形態に係る投射表示装置の一例であるプロジェクタ１００の光学図である。

図１４に示すように、第３実施形態に係るプロジェクタ１００は、照明装置１０と、光学経路構成部の一例である集光レンズ４０及び反射ミラー４１，４２と、画像形成素子の一例である画像形成パネル４３と、投影光学系の一例である投影レンズ４４と、ＬＤ駆動部５０と、モータ駆動部５１，５２と、画像生成部（制御部）５３とを備えて構成される。

画像生成部５３は、画像形成パネル４３、投影レンズ４４、ＬＤ駆動部５０及びモータ駆動部５１，５２など、プロジェクタ１００全体の動作を制御する。

ＬＤ駆動部５０は、画像生成部５３の制御により、ＬＤ１１ａの点灯と消灯とを制御する。モータ駆動部５１，５２は、画像生成部５３の制御により、それぞれ回転体２１のステッピングモータ２４と色成分切り替え盤３１のステッピングモータ３２とを駆動制御する。

画像形成パネル４３は、画像生成部５３の制御により、青色成分（Ｂ）、赤色成分（Ｒ）、緑色成分（Ｇ）の各照明光を、画素毎に諧調制御することでカラー投影画像を形成する。画像形成パネル４３として、本実施形態では、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）のような、変調信号に応じて画像形成される反射型タイプのパネルを例示している。しかし、画像形成パネル４３がこれに限定されることはなく、透過型タイプのパネルを用いることもできる。

投影レンズ４４は、画像形成パネル４３により生成された投影画像をスクリーンＳに投影する。この投影レンズ４４は、固定鏡筒に設けられた固定レンズ群や可動鏡筒に設けられた可動レンズ群を備えている。画像生成部５３の制御により、可動レンズ群を移動させることにより、フォーカス調整やズーム調整を行うことが可能となっている。

上述のような構成のプロジェクタ１００では、照明装置１０のライトトンネル３４を通過して射出した各色成分の照明光は、集光レンズ４０により平行光束とされ、反射ミラー４１及び反射ミラー４２により反射されて、画像形成パネル４３に導かれる。

画像形成パネル４３に導かれた各色成分の照明光は、該画像形成パネル４３によって反射され、投影レンズ４４を介してスクリーンＳに照射される。これにより、投影面であるスクリーンＳにカラー画像が拡大形成される。

なお、第３実施形態では、第１実施形態に係る照明装置１０を用いているが、本発明の照明装置を備えていれば、これに限定されることはなく、他にも第２実施形態の照明装置１０Ａ等を用いることもできる。

以上、第３実施形態においては、上記第１、第２実施形態の照明装置１０，１０Ａ等を用いることで、光路の大幅な短縮と光学部品の使用個数の大幅な削減とが可能となり、より低コストでより小型のプロジェクタ１００を提供することができる。

以上、本発明の照明装置および投射表示装置を各実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。また、前記構成部材の数、位置、形状等は各実施形態に限定されることはなく、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。また、上記各実施形態では、投射表示装置として、スクリーン等の投影面に画像を投影して表示する投影装置（プロジェクタ）に適用した例を説明したが、本発明がこれらの実施形態に限定されることはない。例えば、半導体デバイスの制作工程でウェハー上に回路パターンを露光する露光装置としての投影装置等に適用することもできる。

１０，１０Ａ 照明装置 １１ａ レーザダイオード（光源）
２０ ダイクロイックミラー（入射部） ２０ａ 切り欠き部（出射部）
２１ 回転体（波長変換部材） ２２ 円錐面 ２３ 底面
２５ａ，２５ｂ 蛍光領域（波長変換領域） ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 反射領域
３０ａ 集光レンズ（集光光学系）
３１，３１Ａ 色成分切り替え盤（色成分切り替え部材）
４０ 集光レンズ（光学経路構成部） ４１，４２ 反射ミラー（光学経路構成部）
４３ 画像形成パネル（画像形成素子） ４４ 投影レンズ（投影光学系）
５３ 画像生成部（制御部） １００ プロジェクタ
ＢＬ レーザ光（青色成分、光源からの光） ＹＬ 蛍光（黄色成分）
ＲＬ 蛍光（赤色成分） ＧＬ 蛍光（緑色成分） Ｉ 入射部 Ｏ 出射部

特開２０１２−１３７７０４号公報 特許第５５９２９５３号公報 特開２０１５−１１３０２号公報 特開２０１２−８３６５３号公報 特許第５５１０８２８号公報

Claims (9)

1. 所定の波長帯域の光を発生する光源と、
   前記光を透過し該光とは異なる波長帯域の光を反射する入射部、前記光が射出する出射部、前記入射部から入射した前記光を反射する反射領域及び前記光を励起光として該励起光とは異なる波長帯域に波長変換された光を生じさせる波長変換領域を有する波長変換部材と、を備え、
   前記波長変換部材は、前記波長変換された光が、少なくとも前記入射部と前記波長変換領域との間で反射されて前記出射部から射出するように構成されたことを特徴とする照明装置。
2. 前記出射部近傍に、該出射部から射出した光を集光する集光光学系を備えたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記波長変換部材は、前記光の入射側の口径が最も大きく、次第に小径となる円錐面を内側面に有する回転体から構成され、前記円錐面に、互いに対向する一対の反射領域と互いに対向する一対の前記波長変換領域とが、少なくとも形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記波長変換された光は、異なる少なくとも２色の色成分の光を含み、該２色の色成分の光及び前記光源からの光のうち、少なくとも２つの光を時分割に切り替えて射出する色成分切り替え部材を、前記出射部から射出する光の光路中に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記光源からの光が青色成分を含む光であり、前記波長変換された光は、赤色成分及び緑色成分を少なくとも含む光であり、
   前記色成分切り替え部材は、前記青色成分、赤色成分及び緑色成分の光を時分割に切り替えて射出するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記光源が、レーザダイオード又は発光ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記回転体の回転速度は、前記色成分切り替え部材の回転速度の１／２であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置を有することを特徴とする投射表示装置。
9. 前記照明装置から発する光の光学経路を定める光学経路構成部と、前記光学経路上に配置された画像形成素子と、前記画像形成素子によって形成された画像を投影するための投影光学系とを備えたことを特徴とする請求項８に記載の投射表示装置。