JP2015028504A - 照明装置および投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡略な構成で、より小型の照明装置および投射表示装置を得供する。【解決手段】照明装置２、制御部３、導光光学系４、画像生成部５、投影光学系６を備えて投射表示装置１を構成する。照明装置２を、第一の光を発する光源ユニット１０、光路分離素子１１、１／４波長板１２、第３集光素子１３、反射部１４ａと透過部１４ｂとを有する光路切り替え素子１４、第二の光を発する波長変換部材１５、第４集光素子１６、色選択素子１７を備えて構成する。第一の光を反射部１４ａにより反射させて第一の照明光として出射光路Ｐｉに導き、透過部１４ｂを透過した第一の光を励起光として波長変換部材１５から第二の照明光を生じさせ、当該第二の照明光を、透過部１４ｂを通過させた後に、光路分離素子１１で反射して第一の照明光と同一の出射光路Ｐｉ上に導く。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置、および、この照明装置を備えた投射表示装置に関する。

近年、大画面のディスプレイ装置が急速に普及してきており、それらを用いた会議やプレゼンテーション、研修などが一般的になってきている。このようなディスプレイとしては、液晶やプラズマなど様々なものがあり、場所の広さや参加人数などによって適当なものが選択されている。その中でも、スクリーン等の投影面に画像を投影して拡大表示することができる拡大表示装置すなわち投影表示装置（以後、「プロジェクタ」と呼ぶ）が選択されている。このプロジェクタは、比較的安価で可搬性にも優れているため（即ち小型軽量で持ち運びやすいため）、最も広く普及している大画面ディスプレイと言える。

そのような背景の中で、最近ではコミュニケーションの必要な場面や状況が益々増えてきている。例えば、オフィスにおいても小さな会議室や、パーテイション等で仕切られた打合せスペースが数多く設けられ、プロジェクタを使った会議や打合せなどが頻繁に行われるようになった。このように、プロジェクタを利用する場面が拡大したことから、より小型で軽量なプロジェクタの開発が求められている。

このようなプロジェクタに用いる照明装置として、高輝度の放電ランプ（例えば、超高圧水銀ランプ）を光源とするものが知られている。この放電ランプは、高輝度を低コストで実現できる一方で、点灯開始後、安定して発光するまでに所要の時間を要する。そこで、放電ランプに対する代替光源として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ素子等の固体発光素子を用いることが提案されて実用化されている。この固体発光素子を用いた照明装置として、青色を発光する青色レーザダイオードや発光ダイオードからなる青色光源を用いて、様々な色の光を得る技術が実用化されている。例えば、この青色光源から発する青色光を励起光として複数の蛍光体に照射することで、これらの蛍光体が励起され、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）等の各色の光を生じさせることができる。このような特性を利用することで、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色の光を得ることができる。

しかしながら、上記従来技術においては、複数の蛍光体から得られた各色の蛍光を分岐する光学系、青色光源からの励起光と照明光と分岐する光学系、更には、青色の照明光と各色の蛍光とを合成して出射させる光学系等が必要であり、これらの光学系を収容するスペースも必要であった。これにより、照明装置の大型化、光学系部品の追加による照明装置のコストが増大し、結果的に、プロジェクタ本体の大型化や、コスト増大をも招くこととなる。

そのため、光源や光学系部品をできるだけ少なくして、照明装置やプロジェクタの小型化を図ろうとする技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の従来技術では、一つの光源から出射される光の光路を切替えて、この光により励起され、互いに異なる色を発光する２以上の蛍光体のうち何れかの蛍光体に導くことで、各色の光を生じさせる技術が開示されている。光源からの光の光路の切替えは、偏光変換スイッチと偏光ビームスプリッタとを組み合わせた光路選択手段により行われる。また、透過部と反射部とがセグメント分けされた反射／透過ホイールを用い、光源からの光を蛍光体に導くか導かないかを切り替える技術も開示されている。この特許文献１では、光源からの光の光路を切替えることで、より少ない光源で各色の光を得て、照明装置の小型化を図っている。このように、照明装置やプロジェクタの小型化を可能とする技術の開発が望まれている。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、より簡略な構成とすることで、より小型の照明装置および投射表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、所定の波長帯域の第一の光を出射する光源と、光源からの第一の光を励起光とし、当該励起光に励起され第一の光と異なる波長帯域の第二の光を生じさせる波長変換部材と、第一の光を反射させる反射部、および、第一の光を透過させ、波長変換部材に導く透過部が、第一の光の光路中に時間的に交互に配置される光路切り替え手段と、を備え、第一の光を反射部により反射させて第一の照明光として出射光路に導き、第一の光が透過部を透過して波長変換部材を照射することで、波長変換部材から生じる第二の光を第二の照明光とし、当該第二の照明光を、光路切り替え手段を通過させた後に、第一の照明光と同一の出射光路上に導くように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、より簡略な構成とすることで、より小型の照明装置、および、この照明装置を備えることで、より小型の投射表示装置を得ることができる。

本願の実施例１に係る照明装置を備えた投射表示装置（プロジェクタ）を示す光学図である。 図１に示す光路切り替え素子を拡大して示した平面図である。 図１に示す色選択素子を拡大して示した平面図である。 図１に示す光路切り替え素子としてのＰＢＳの分光透過率特性の代表例を示すグラフであり、（ａ）はＰ偏光に対する分光透過率特性を示し、（ｂ）はＳ偏光に対する分光透過率特性を示す。 実施例１において照明光として取り出される色、ＬＤ光源の発光状態、光路切り替え素子の状態、色選択素子での選択色（透過色）、画像フレーム、および、画像生成部で生成される画像の関係を示すタイムチャートである。 第一の照明光（青色光）の生成時の光路を示す光学図、および、光路切り替え素子の状態と色選択素子の状態とを示す概略図である。 第二の照明光（黄色光）を用いた緑色光の生成時の光路を示す光学図、および、光路切り替え素子の状態と色選択素子の状態とを示す概略図である。 励起光の反射部と波長変換部材との位置関係を示す概略図であり、（ａ）は反射部を第一の光の入射側とは反対側に設けた実施例１の好適な位置関係を示し、（ｂ）は反射部を第一の光の入射側に設けた比較例の位置関係を示す。 本願の実施例２に係る照明装置を示す光学図である。 本願の実施例３に係る照明装置を備えた投射表示装置（プロジェクタ）を示す光学図である。 図１０に示す波長変換部材としての蛍光ホイールを拡大して示した平面図である。 実施例３において照明光として取り出される色、ＬＤ光源の発光状態、光路切り替え素子の状態、蛍光ホイールの状態、画像フレーム、および、画像生成部で生成される画像の関係を示すタイムチャートである。

（実施例１）
［投射表示装置の構成］
以下に、本願の一実施例を、図面を参照しながら説明する。図１に、本願の実施例１における照明装置２およびこの照明装置２を備えた投射表示装置（プロジェクタ）１の光学図を示す。この図１に示すように、実施例１の投射表示装置１は、照明装置２と、制御部３と、導光光学系４と、画像生成部５と、投影光学系６と、を備えている。この投射表示装置１は、投影面であるスクリーンＳｃに画像を投影して拡大表示する装置である。

［照明装置２］
照明装置２は、青色光、緑色光、黄色光、赤色光を、時分割で順次に、またはこれらを組み合わせて（混合して）出射する装置である。照明装置２は、導光光学系４の後述するライトトンネル４ａへ向けて、各色の光（光束）を出射する。この照明装置２の構成の詳細については、後述する。

［導光光学系４］
導光光学系４は、照明装置２から出射された光を、画像生成部５に導くものである。導光光学系４は、ライトトンネル４ａと、複数の集光素子４ｂ、４ｃからなりライトトンネル４ａから出射する光をリレーする集光光学系４ｄと、を有している。ライトトンネル４ａは、照明装置２から出射された光が入射するものであり、内部を中空とする筒状を呈し、その内側面にミラーが設けられた構成を有している。ライトトンネル４ａは、その内部で光の反射を繰り返すことにより、入射された光の輝度分布を均一化する機能、すなわち、入射された光の光量むらをなくす機能を有している。集光素子４ｂは、ライトトンネル４ａを経て輝度分布が均一化された光（光束）を適宜集光して、画像生成部５の後述する反射ミラー（被照射部）５ａへと導く。なお、ライトトンネル４ａは、照度均一化手段としての一例であり、フライアイレンズなどの他の均一化手段を採用してもよい。

［画像生成部５］
画像生成部５は、導光光学系４により導かれた光を用いて、画像生成データに基づくフルカラーの画像を形成するものである。画像生成部５は、反射ミラー５ａと、光変調素子５ｂと、を有している。反射ミラー５ａは、導光光学系４により導かれた光を光変調素子５ｂへ向けて反射し、当該光変調素子５ｂへと進行させる。

光変調素子５ｂは、制御部３の後述する画像処理制御部３ａに接続されており、この画像処理制御部３ａによって駆動制御される。この光変調素子５ｂは、照明装置２から出射されて導光光学系４により導かれた各色の光を、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。また、光変調素子５ｂは、実施例１では、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス；Digital Micromirror Device）で構成されている。このＤＭＤからなる光変調素子５ｂは、画素単位のマイクロミラーを有し、画像処理制御部３ａの制御下で、各マイクロミラーが異なる２つの角度のいずれかとされた状態を維持することが可能とされている（いわゆる、２値制御）。すなわち、光変調素子５ｂの各マイクロミラーは、導光光学系４により導かれた各色の光を投影光学系６へ向けて反射する角度（ＯＮ状態）と、当該各色の光を内部の吸収体へ向けて反射して外部に出射させない角度（ＯＦＦ状態）と、のいずれかの状態となる。このため、光変調素子５ｂでは、各マイクロミラーが個別に駆動（２値制御）されることにより、表示する画素毎に投影する光を制御することができる。また、光変調素子５ｂでは、例えば、パルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）により各マイクロミラーのＯＮ状態の時間比率を調整することで、表示する画素毎における階調表現を行うことができる。

なお、実施例１および以降の実施例では、上述のように光変調素子５ｂとしてＤＭＤを用いているが、本願の光変調素子５ｂがＤＭＤに限定されることはない。照明装置２から出射されて導光光学系４により導かれた各色の光を利用してカラー投影画像を形成するものであれば、例えば、光変調素子５ｂとして液晶を用いてもよい。

［投影光学系６］
投影光学系６は、画像生成部５の光変調素子５ｂにより生成された投影画像をスクリーンＳｃに投影する。この投影光学系６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。この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。

［制御部３］
制御部３は、投射表示装置１の全体の動作を統括制御するものであり、画像処理制御部３ａと、インターフェース３ｂとを有している。制御部３のハードウェア構成としては、ＣＰＵ（中央処理ユニット;Central Processing Unit）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ；Read Only Memory）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ；Random Access Memory）等を有して構成される。制御部３の画像処理制御部３ａは、ＲＯＭに予め記憶されているプログラムに従って、ＲＡＭをワークメモリとして用いて、以下のように投射表示装置１の各部を駆動制御する。

画像処理制御部３ａは、照明装置２の後述する光源ユニット１０、光路切り替え素子１４の駆動部１４ｍ、および、色選択素子１７の駆動部１７ｍ、並びに、画像生成部５の光変調素子５ｂ、および、投影光学系６の可動レンズ群の駆動機構（図示せず）等に接続されている。これにより、画像処理制御部３ａは、照明装置２における各色の光の出射制御処理、画像生成部５の光変調素子５ｂにおける投影画像の生成制御処理、投影光学系６におけるフォーカス調整やズーム調整の調整制御処理を実行する。

また、制御部３は、外部情報機器に対するインターフェース３ｂを有している。外部情報機器としては、画像データ等が記憶された画像情報源（記憶部）７ａを備えたパーソナルコンピュータ７等が挙げられる。画像処理制御部３ａは、インターフェース３ｂを介して、パーソナルコンピュータ７等の外部情報機器の画像情報源（記憶部）７ａから、画像データ等を取り込むことができる。この取り込んだ画像データに対して、画像処理制御部３ａは適宜の画像処理を施し、画像生成部５の光変調素子５ｂで投影画像を生成するのに適合する画像生成データを生成する。次いで、画像処理制御部３ａは、生成した画像生成データに基づいて、画像生成部５を駆動する駆動信号を生成し、この駆動信号を画像生成部５に向けて出力する。このとき、画像処理制御部３ａは生成した画像生成部５の駆動信号に同期させた照明装置２の出射制御信号を生成し、この出射制御信号を照明装置２に向けて出力する。

画像処理制御部３ａは、出射制御信号により照明装置２を駆動制御するとともに、駆動信号により画像生成部５を駆動制御する。この制御により、画像処理制御部３ａは、画像の一フレーム期間内に、照明装置２から、青色（Ｂ）の波長帯域の光と、緑色（Ｇ）の波長帯域の光と、黄色（Ｙ）の波長帯域の光と、赤色（Ｒ）の波長帯域の光と、を、時分割で順次切り替えて出射させる。また、画像処理制御部３ａは、照明装置２から出射される各色の光の出射のタイミングに同期して、画像生成部５における光変調素子５ｂの各マイクロミラーを個別に駆動する。この制御により、投射表示装置１では、投影光学系６から、画像生成データに基づく各色の投影画像を、図１に示すスクリーンＳｃに順次投影させる。以上の動作により、投射表示装置１では、目の残像現象を利用して、画像生成データに基づくフルカラーの画像をスクリーンＳｃに生成する。

［照明装置２の詳細］
次に、本願に係る照明装置の一実施例としての照明装置２の構成について、図１〜図３を用いて説明する。図２は、照明装置２で用いる光路切り替え素子１４の拡大平面図であって、励起光の入射側から見た図である。図３は、照明装置２で用いる色選択素子１７の拡大平面図であって、照明光の入射側から見た図である。

実施例１の照明装置２は、光源としての光源ユニット１０と、光路分離素子１１と、１／４波長板（π／４板）１２と、少なくとも１つのレンズからなる第３集光素子１３と、光路切り替え素子１４と、波長変換部材１５と、少なくとも１つのレンズからなる第４集光素子１６と、色選択素子１７と、を備えて構成される。光源ユニット１０、光路切り替え素子１４、および、色選択素子１７は、画像処理制御部３ａに接続され、その動作が制御されている。照明装置２は、青色（Ｂ）の波長帯域の光と、緑色（Ｇ）の波長帯域の光と、黄色（Ｙ）の波長帯域領域の光と、赤色（Ｒ）の波長帯域の光とを、単一の出射光路Ｐｉからライトトンネル４ａへ向けて、時分割で順次に出射する。

光源ユニット１０は、青色の波長領域の第一の光を発生する。この青色光は、第一の照明光および励起光として使用される。光源ユニット１０は、固体発光素子（光源）としての複数の青色レーザダイオード（半導体レーザ、ＬＤともいう。以下、「ＬＤ光源」と呼ぶ）１０ａと、複数のカップリングレンズ１０ｂと、第１集光素子（集光レンズ）１０ｃと、第２集光素子（集光レンズ）１０ｄと、を備えて構成される。実施例１のＬＤ光源１０ａは、波長λＡ（４００ｎｍ＜λＡ＜４７０ｎｍ）の青色レーザ光を発生する。ＬＤ光源１０ａを備える光源ユニット１０は、第一の照明光を生じさせる照明光源として機能するとともに、後述するように、波長変換部材１５の蛍光体１５ｂで第二の照明光としての蛍光を生じさせる励起光源として機能する。カップリングレンズ１０ｂは、各ＬＤ光源１０ａに対応して複数設けられている。

各青色ＬＤ光源１０ａから発せられた第一の光（青色光）は、ある角度で発散し発光するので、カップリングレンズ１０ｂで平行光として取り出される。複数のカップリングレンズ１０ｂからの複数の平行光束は、第１集光素子１０ｃ、第２集光素子１０ｄにより束ねられ、ＬＤ光源１０ａの配列間隔よりも小さな光束幅とされる。この小さな光束幅となった第一の光（青色光）は、光路分離素子１１、１／４波長板１２、第３集光素子１３を通過した後、反射部１４ａと透過部１４ｂとが時間的に交互に切り替わる光路切替え素子１４（図２参照）に導かれる。

なお、光源として、青色のＬＤ光源１０ａの代わりに、青色光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）や、紫外域の波長領域を生じるレーザダイオード（ＬＤ）を用いてもよいし、これらを複合した光源を用いてもよい。また、本実施例では、このように第一の光として青色光を発する青色光源を用いているが、本願がこれに限定されることはなく、青色以外の色の光を発する光源を用いて、青色光以外の色の光を第一の光とし、この第一の光を第一の照明光または励起光として用いてもよい。

光路切り替え素子１４は、第一の光（青色光）を反射して第一の照明光とする機能と、第一の光（青色光）を透過させて波長変換部材１５に導き励起光として作用させる機能とを有する。この実現のため、光路切り替え素子１４は、第一の光（青色光）を反射させる反射部１４ａと、第一の光（青色光）を透過させる透過部１４ｂとを有し、この反射部１４ａと透過部１４ｂとが、第一の光（青色光）の光路Ｏｉ中に時間的に交互に配置されるようにしている。このような光路切り替え素子１４として、例えば、図２に示すように、円形の基板１４ｃが、反射部１４ａの領域（セグメント）と透過部１４ｂの領域（セグメント）とに分割（セグメント化）され、電動モータ等の駆動部１４ｍに駆動されて回転するミラーホイール等を好適に用いることができる。このミラーホイールからなる光路切り替え素子１４では、駆動部１４ｍに駆動されて基板１４ｃが回転することにより、反射部１４ａと透過部１４ｂとが交互に光路Ｏｉ上に現われる。また、基板１４ｃとして、透明基板を用い、この透明基板上の一部に反射膜Ｆ（図８（ａ）参照）を設けて反射部１４ａを形成するのが好ましく、光路切り替え素子１４を簡易に形成することができる。

また、光路切り替え素子の他の具体例として、高輝度反射を得られる金属板を用い、この金属板の一部を切り欠くことで、この切り欠き部分を透過部とし、金属板部分を反射部としてもよい。また、光路切り替え素子として、電気光学素子を利用した、光スイッチング素子を用いてもよい。また、実施例１では、光路切り替え素子１４を回転することで反射部１４ａと透過部１４ｂとを入れ替えるような構成としているが、本願がこれに限定されることはない。他の異なる例として、反射部と透過部とを設けた光路切り替え素子を、励起光の光路Ｏｉに対して往復移動させることで、反射部と透過部とを切替えてもよい。

このような光路切り替え素子１４を用いることで、光源ユニット１０からの第一の光（青色光）は、反射部１４ａで反射され、この反射された光（反射光）は照明光として利用される。この照明光を、便宜上第一の照明光とする。反射部１４ａで反射された反射光は、第一の光（青色光）と同じ光路Ｏｉを逆向きに進行する。この反射光を、第一の照明光として取り出すために、第一の光（青色光）と反射光とを分離する必要があるが、その実現のために、光路分離素子１１が、光源ユニット１０と光路切り替え素子１４の間に配置されている。

この光路分離素子１１は、光源ユニット１０から出射した第一の光（青色光）を透過させ、光路切り替え素子１４で反射した第一の照明光（青色光）および波長変換部材１５から生じた第二の光（第二の照明光）を反射して出射光路Ｐｉ上に導く機能を有する。この光路分離素子１１の好適な例として、第一の光または第一の照明光に対しては、これらの光路を互いに分離する偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）として機能し、第二の照明光に対しては、この第二の照明光を選択的に反射させるダイクロイックミラーとして機能する光学素子を用いるのがよい。すなわち、反射部１４ａで反射した反射光を、第一の光（青色光）と分離して、第一の照明光として出射光路Ｐｉ上に導く第一の光路分離手段としての機能と、光路切り替え素子１４を透過した後の第二の光を、第一の照明光と同一の出射光路Ｐｉ上に導く第二の光路分離手段としての機能とを兼ね備えた一の光学素子を用いるのがよい。そのため、第一の光路分離手段と第二の光路分離手段とが一体に設けられた光学素子を用いるのがよい。このような光学素子として、偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter、以下「ＰＢＳ」と呼ぶ）が好適に挙げられる。このようなＰＢＳを光路分離素子１１として用いることにより、効率の高い青色の照明光を得ることができ、明るい照明装置２を実現することができる

図４に、このＰＢＳの分光透過率特性の代表例を示した。図４（ａ）は、ＰＢＳのＰ偏光に対する分光透過率特性を示し、図４（ｂ）は、Ｓ偏光に対する分光透過率特性を示す。この図４（ａ）、（ｂ）からわかるように、このＰＢＳは、波長４４５ｎｍ〜４９５ｎｍのＰ偏光の青色光、すなわち、第一の光（青色光）を透過させ、Ｓ偏光の青色光、すなわち、１／４波長板１２により所定方向の偏光（Ｓ偏光）にされた第一の光（青色光）は反射させる。また、青色光以外の可視光帯域の光、すなわち、波長４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの緑色光、波長５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの黄色光、および、波長６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの赤色光は、偏光特性に関わらず反射する。本実施例の光路分離素子１１として、このような分光透過率特性を有するＰＢＳを用いるのが好ましい。

上記のような分光透過率特性を有する光路分離素子１１を用いる前提として、本実施例では、ＬＤ光源１０ａの偏光特性を生かし、ＬＤ光源１０ａからの光の偏光をそろえて取り出している。図１に示す実施例１では、ＬＤ光源１０ａからの第一の光（青色光）をＰ偏光として取り出して、光源ユニット１０から出射させている。この光源ユニット１０から出射したＰ偏光の第一の光（青色光）は、青色のＰ偏光を透過し青色のＳ偏光を反射する光路分離素子１１を通過し、１／４波長板１２を通過することで円偏光となる。その後、第３集光素子１３により束ねられ、光路切り替え素子１４へと導かれる。また、光路切り替え素子１４で反射された第一の光（青色光）は、励起光の光路Ｏｉを逆にたどって第３集光素子１３を介して、再び１／４波長板１２を通過することで、Ｓ偏光の光（青色光）、すなわち、第一の照明光（青色光）となる。このＳ偏光の第一の照明光（青色光）は、青色のＰ偏光を透過し青色のＳ偏光を反射する光路分離素子１１により反射され、出射光路Ｐｉに導かれて、第４集光素子１６に向かって進行する。

波長変換部材１５は、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂを透過した第一の光（青色光）、すなわち、励起光により励起されて、第一の光（青色光）とは異なる波長帯域の第二の光（第二の照明光）を生じる機能を有する。本実施例の波長変換部材１５は、基板１５ａと、この基板１５ａの表面に設けられた蛍光体１５ｂとで構成されている。この蛍光体１５ｂとしては、短波長の光を受けて、より長波長の光を発するものを用いることが好ましい。具体的には、例えば、励起光として青色の波長帯域（４００ｎｍ＜λＡ＜４７０ｎｍ）の光を受けて、λＢ（４５０ｎｍ＜λＣ＜６００ｎｍ）の緑色光およびλＣ（５８０ｎｍ＜λＢ＜７５０ｎｍ）の赤色光を含むλＤ（４５０ｎｍ＜λＤ＜７５０ｎｍ）の黄色蛍光（黄色光）を生じる蛍光体１５ｂ等が好適である。この黄色光を生じる蛍光体として、例えば、ＹＡＧ系の黄色の蛍光体が好適に用いられる。以上のような構成の実施例１に係る照明装置２では、青色の第一の照明光と、黄色の第二の照明光と、２色の照明光を得ることができ、これらを合算して白色の光を得ることが可能となる。この波長変換部材１５から生じた第二の光（黄色光）は、図１に示すように、光路Ｏｉを逆にたどって第３集光素子１３、１／４波長板１２を通過した後、青色光以外の波長帯域を反射する光路分離素子１１によって反射される。この反射により、第二の光（黄色光）は、励起光である第一の光（青色光）と分離され、第二の照明光として出射光路Ｐｉに導かれ、第四集光素子１６に向かって進行する。

なお、実施例１では、波長変換部材１５を回転や往復移動させることのない構成とし、蛍光体１５ｂへの励起光の照射位置を特に変化させていない。蛍光体からの所望の発光特性を常時得ることができれば、このように、蛍光体１５ｂの位置を固定してもよい。しかし、本願の波長変換部材１５が実施例１の構成に限定されることはなく、波長変換部材の他の異なる具体例として、円板状の基板に蛍光体を設けたホイールを用い、この波長変換部材を電動モータ等の駆動部で回転させるような構成としてもよい。また、波長変換部材を、長尺な板形状の基板の表面に、長尺方向に延びる蛍光体を設けた構成とし、この波長変換部材を長尺方向に往復移動させてもよい。いずれの場合でも、励起光に対して蛍光体が回転移動または往復移動することで、励起光の照射位置が時間的に変化して、蛍光体の同一箇所に集中して照射されることがない。そのため、蛍光体からの蛍光の生成効率の低下や、蛍光体の発光特性の劣化等を抑制して、より優れた発光特性を得ることができる。

ここで、光路切り替え素子１４と波長変換部材１５との配置関係について説明する。光源ユニット１０から出射した励起光としての第一の光（青色光）が、光路切り替え素子１４を通過した直後に、波長変換部材１５に入射するように、光路切り替え素子１４と波長変換部材１５とを、できるだけ近接して配置することが望ましい。実施例１では、波長変換部材１５に黄色の蛍光体１５ｂを設けているが、この黄色の蛍光体１５ｂと、光路切り替え素子１４とが、できるだけ近接して配置されていることが望ましい。このような配置により、第二の照明光である黄色光を、できるだけ損出を抑えて取り込むことができる。また、蛍光の取り込みをより多くするためには、第３集光素子１３と蛍光体１５ｂとを近接させることが有効であるが、光路切り替え素子１４の基板１４ｃの厚み（０．７ｍｍ〜１．１ｍｍ程度）を確保する必要がある。したがって、第３集光素子１３と蛍光体１５ｂとの距離は、現実的には１ｍｍ以上、５ｍｍ以内とすることが望ましい。

光路分離素子１１により反射された第一の照明光および第二の照明光は、同一の出射光路Ｐｉに合成され、第４集光素子１６に導かれた後に、この第４集光素子１６によって束ねられて、色選択素子１７に入射する。この色選択素子１７は、円形の平板１７ｅが、複数の扇状の領域（セグメント）に分割されて構成されている。実施例１では、図３に示すように、円形の平板１７ｅが、青色（Ｂ）領域（第１領域）１７ａ、緑色（Ｇ）領域（第２領域）１７ｂ、黄色（Ｙ）領域（第３領域）１７ｃ、赤色（Ｒ）領域（第４領域）１７ｄの４つの扇状の領域（セグメント）に分割されている。これらの青色領域（第１領域）１７ａ、緑色領域（第２領域）１７ｂ、黄色領域（第３領域）１７ｃ、赤色領域（第４領域）１７ｄは、それぞれ、λＡの青色光、λＢの緑色光、λＤの黄色光、λＣの赤色光を選択して透過させる光学特性（分光特性）を有している。このような光路分離素子１１が、軸心に設けられた回転モータ等の駆動部１７ｍにより回転することで、第一、第二の照明光の出射光路Ｐｉ中に配置される領域（セグメント）が切り替わる。この出射光路Ｐｉ中に配置された領域（セグメント）で透過される色に応じて、青色、緑色、黄色、または、赤色の単色の光が取り出されることになる。なお、黄色（Ｙ）領域（第３領域）１７ｃでは、λＤのうち、λｄ（５７０ｎｍ＜λｄ＜５９０ｎｍ）の波長帯域の光を透過させるようにしてもよく、色純度のより高い黄色光を得ることができる。

また、青色領域（第１領域）１７ａ、緑色領域（第２領域）１７ｂ、黄色領域（第３領域）１７ｃ、赤色領域（第４領域）１７ｄで透過させるそれぞれの色の波長帯域は、λＡ、λＢ、λＤ（λｄ）、λＣに限定されることはない。例えば、青色光を取り出す青色領域（第１領域）１７ａでは、λＡの波長帯域のすべてを透過させてもよいが、λＡの範囲内で、より狭い特定の波長領域を選択して透過させ、余分な波長領域の光をカットするようにしてもよい。これにより、青色光の色味を自由に調整することができるとともに、色純度を向上させることができる。さらに、青色領域（第１領域）１７ａで、例えば、４５０ｎｍ付近のより狭い波長領域を透過させるようにすれば、色純度のより高い青色光を得ることができる。

同様に、第二の照明光（黄色光）から緑色光を選択して透過させる緑色領域（第２領域）１７ｂ、黄色光を透過させる黄色領域（第３領域）１７ｃ、赤色光を選択して透過させる赤色領域（第４領域）１７ｄでも、λＢ、λＤ（λｄ）、λＣの範囲内で、より狭い特定の波長領域を選択して透過させてもよい。これにより、余分な波長領域の光をカットして、緑色光、黄色光、赤色光の色味を自由に調整することができるとともに、それぞれの色純度を高めることができる。また、緑色領域（第２領域）１７ｂで、例えば、５２５ｎｍ付近の狭い波長領域を透過させるようにすれば、色純度のより高い緑色光を得ることができる。また、黄色領域（第３領域）１７ｃで、例えば、５８０ｎｍ付近のより狭い波長領域を透過させるようにすれば、色純度のより高い黄色光を得ることができる。また、赤色領域（第４領域）１７ｄで、例えば、６４０ｎｍ付近のより狭い波長領域を透過させるようにすれば、色純度のより高い赤色光を得ることができる。

また、色選択素子１７は、図１に示すように、電動モータ等の駆動部１７ｍが軸心に設けられている。この駆動部１７ｍは、制御部３により駆動制御される。駆動部１７ｍが駆動されることで、色選択素子１７が回転駆動される。色選択素子１７は、図３に示す矢印方向に、１秒間に１２０回転するものとし、１フレーム（例えば、１／６０秒、または、倍速の１／１２０秒）の間に例えば１回転されるものとしている。この回転により、第一の照明光および第二の照明光の共通の出射光路Ｐｉ上に、青色領域（第１領域）１７ａ、緑色領域（第２領域）１７ｂ、黄色領域（第３領域）１７ｃ、赤色領域（第４領域）１７ｄが、この順に時分割で配置される。そのため、照明装置２からは、青色の照明光、緑色の照明光、黄色の照明光、赤色照明光が、この順に時分割で出射される。

また、色選択素子１７の回転に対応して、光路切り替え素子１４も制御部３により回転が制御されている。この制御により、色選択素子１７の各領域（１７ａ〜１７ｄ）の出射光路Ｐｉ中への配置順序に対応して、励起光の光路Ｏｉ中で反射部１４ａと透過部１４ｂとが切替わる。より詳細には、色選択素子１７の青色領域（第１領域）１７ａが出射光路Ｐｉ中に配置されているとき、光路切り替え素子１４の反射部１４ａが、励起光の光路Ｏｉ中に配置される。また、緑色領域（第２領域）１７ｂ、黄色領域（第３領域）１７ｃ、赤色領域（第４領域）１７ｄが出射光路Ｐｉ中に配置されているとき、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂが、励起光の光路Ｏｉ中に配置される。

次に、光路切り替え素子１４による励起光の反射位置と、波長変換部材１５との位置関係の好適な実施形態について、図８を用いて説明する。図８（ａ）は、励起光の反射部１４ａとして設けられた反射膜Ｆと波長変換部材１５との好適な位置関係を示す概略図である。図８（ｂ）は、比較例の位置関係であり、反射膜Ｆと波長変換部材１５との位置関係が、図８（ａ）とは異なる位置関係の比較例を示す概略図である。図８（ａ）に示すように、実施例１では、光路切り替え素子１４を、有限の厚みのある透明基板からなる基板１４ｃ上に反射膜Ｆを一部設けて反射部１４ａとした構成としている。実施例１では、反射膜Ｆを、基板１４ｃの励起光の入射側とは反対側の波長変換部材１５側（蛍光発光側）に設け、この反射膜Ｆを反射部１４ａの反射面としている。このような配置関係とすることで、波長変換部材１５で波長変換された第二の照明光の発光位置と、反射部１４ａで反射された第一の照明光の集光位置とが近い構成となるので、第一の照明光および、第二の照明光を取り込むカップリング効率が高くなる。

これに対して、図８（ｂ）の比較例に示すように、反射部１４ａの反射面（反射膜Ｆ）を、基板１４ｃの励起光の入射側に設けた場合は、励起光が反射部１４ａで反射された後に集光する。そのため、第一の照明光の集光位置と、蛍光体１５ｂでの第二の照明光の発光位置とが離れてしまうので、蛍光体１５ｂの面上に焦点を合わせた第３集光素子１３では、この第３集光素子１３での第一の照明光の集光取り込み具合が低下する。すなわち、光利用効率を低下させてしまう。しかしながら、実施例１のように、反射面を励起光の入射側とは反対側の波長変換部材１５側に設けたことにより、第一の照明光、および、蛍光体１５ｂからの第二の照明光の取り込みを、より大きくすることができる。以上のように、光路切り替え素子１４の励起光の反射部１４ａを、励起光の入射側とは反対側に設けたことで、第一の照明光、および、第二の照明光を取り込むカップリング効率が高くなり、より明るい照明装置２を実現することができる。

以上のような構成の照明装置２での第一、第二の照明光の生成について、説明する。まず、図６の第一の照明光（青色光）の生成時の光路を示す光学図、および、光路切り替え素子１４の状態と色選択素子１７の状態とを示す概略図を用いて、第一の照明光の生成について説明する。この図６に示すように、光源ユニット１０から出射したＰ偏光の光（青色光）は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する光路分離素子１１を通過し、１／４波長板１２を通過することで円偏光となる。

この円偏光の第一の光（青色光）は、その後、第３集光素子１３により束ねられ、光路切り替え素子１４へと導かれる。このとき、第一の光（青色光）の光路Ｏｉには、図６に示すように、光路切り替え素子１４の反射部１４ａが配置されている。そのため、光路切り替え素子１４に入射した第一の光（青色光は、反射部１４ａによって反射され、光路Ｏｉを逆にたどって第３集光素子１３を介して、１／４波長板１２を通過する。このように、Ｐ偏光の第一の光（青色光）が光路Ｏｉの往復で１／４波長板１２を２回通過することで、Ｓ偏光の第一の光（青色光）、すなわち、第一の照明光となる。このＳ偏光の第一の照明光（青色光）は、青色のＰ偏光を透過しＳ偏光を反射する光路分離素子１１により反射されて、出射光路Ｐｉに導かれる。そして、第一の照明光（青色光）は、出射光路Ｐｉ中に配置された第４集光素子１６に束ねられた後に、スポット状の光ＳＰ３となって色選択素子１７に入射する。この第一の照明光（青色光）の入射の際には、色選択素子１７では、図６に示すように、青色領域（第１領域）１７ａが出射光路Ｐｉ中に配置されている。そのため、第一の照明光（青色光）は、この青色領域（第１領域）１７ａを透過して、ライトトンネル４ａへ向けて出射する。

次に、第二の照明光の生成について説明する。この第二の照明光の生成の際には、第一の光（青色光）の光路Ｏｉには、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂが配置される。また、第二の照明光の出射光路Ｐｉには、色選択素子１７の緑色（Ｇ）領域（第２領域）１７ｂ、黄色（Ｙ）領域（第３領域）１７ｃ、または、赤色（Ｒ）領域（第４領域）１７ｄが配置される。光源ユニット１０からのＰ偏光の光は、光路Ｏｉを進行して、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂを通過し、その透過光路上に設けられた波長変換部材１５の蛍光体１５ｂを照射する。すなわち、光源ユニット１０からのＰ偏光の第一の光（青色光）は、励起光として作用する。この励起光により励起され、波長変換部材１５の蛍光体１５ｂは、励起光とは異なる波長帯域を有する第２の光（黄色光）を発生する。この第二の光（黄色光）を第二の照明光とする。

波長変換部材１５から生じた第二の光（黄色光）は、励起光と同じ光路Ｏｉを逆向きに通過し、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂを通過する。このように、光路切り替え素子１４を通過した第二の光（黄色光）の光路は、励起光の光路Ｏｉと重なる。ここで、第二の光（黄色光）は無偏光であるので、１／４波長板１２をそのまま通過し、青色光以外の可視光帯域の光を反射させる光路分離素子１１で反射される。したがって、先述のＳ偏光の第一の照明光（青色光）と同様に、波長変換部材１５からの第二の光（黄色光）は、光路分離素子１１で反射されることで励起光と分離され、第二の照明光（黄色光）として取り出され、出射光路Ｐｉに導かれる。この第二の照明光（黄色光）は、色選択素子１７に入射し、出射光路Ｐｉ中に配置された緑色（Ｇ）領域（第２領域）１７ｂ、黄色（Ｙ）領域（第３領域）１７ｃ、または、赤色（Ｒ）領域（第４領域）１７ｄによって緑色光、黄色光、または、赤色光が選択されて透過し、ライトトンネル４ａへ向けて出射する。

［投射表示装置１による各色の画像の生成シーケンス］
以下、図５を用いて、実施例１の投射表示装置１における各色の画像の生成シーケンスについて、照明装置２による照明手順（照明動作）およびこのときの画像生成部５で生成される画像に基づいて説明する。図５は、照明装置２から各色の光を出射するための各部の状態と、画像フレームと、画像生成部５での画像生成タイミングとの関係を示す説明図である。すなわち、図５では、照明光として取り出される色、ＬＤ光源１０ａの発光状態、光路切り替え素子１４の状態、色選択素子１７での選択色（透過色）、画像フレーム、画像生成部５での画像生成タイミングの関係を、タイムチャートで示している。

この図５に示すように、実施例１の投射表示装置１では、画像生成データの第ｎフレーム目において、制御部３の制御の下、青色（Ｂｎ）、緑色（Ｇｎ）、黄色（Ｙｎ）、赤色（Ｒｎ）の画像が、画像生成部５（光変調素子５ｂ）によって生成される。この各色の画像の生成タイミング（生成期間）に同期して、照明装置２では、以下のような手順によって、青色、緑色、黄色、赤色の照明光を、時分割で順次に出射し、画像生成部５の光変調素子５ｂに照射する。この光変調素子５ｂにより、青色、緑色、黄色、赤色の各光が、表示画素毎に階調制御された後、投影光学系６を介して投射表示装置１から出射され、スクリーンＳｃに投影されることで、目の残像現象を利用して、カラーの拡大画像が表示される。以下、詳細に説明する。

図５に示すように、光路切り替え素子１４では、光路Ｏｉ上に、反射部１４ａが配置される期間（以下、「反射期間」と呼ぶ）と、透過部１４ｂが配置される期間（以下、「透過期間」と呼ぶ）が存在する。反射期間は、青色の画像の生成期間、すなわち、第一の光（青色光）が第一の照明光として使用される期間である。透過期間は、緑色、黄色、および、赤色の画像の生成期間、すなわち、第一の光（青色光）が第二の照明光を生じさせる励起光として使用される期間である。なお、照明装置２では、制御部３の制御の下、光源ユニット１０のＬＤ光源１０ａは、常時点灯（ＯＮ）状態となっている。

まず、反射期間である青色の画像の生成期間において、制御部３（画像処理制御部３ａ）によって生成された青色の画像（Ｂｎ）が、画像生成部５の光変調素子５ｂに表示される。光源ユニット１０から出射したＰ偏光の第一の光（青色光）は、前述したように、光路Ｏｉ上を進行して光路分離素子１１に入射し、この光路分離素子１１を透過して１／４波長板１２で円偏光される。この円偏光となった第一の光（青色光）は、第３集光素子１３によって集光されて、有限の大きさの光束（図６のＳＰ１）となって光路切り替え素子１４に入射する。青色の画像の生成期間では、第一の光（青色光）の光路Ｏｉには、光路切り替え素子１４の反射部１４ａが配置される（反射期間）。そのため、図６を用いて説明したように、第一の光（青色光）は反射部１４ａによって反射され、光路Ｏｉを逆にたどって第３集光素子１３で束ねられ、１／４波長板１２を通過し、Ｓ偏光の第一の光（青色光）となる。

このＳ偏光の第一の光（青色光）は、光路分離素子１１により反射されることで、Ｐ偏光の第一の光（青色光）と分離され、第一の照明光（青色光）として取り出された後、出射光路Ｐｉに導かれる。そして、第一の照明光（青色光）は、出射光路Ｐｉ中に配置された第４集光素子１６に束ねられ、有限の大きさの光束（図６のＳＰ３）となって色選択素子１７に入射する。この第一の照明光（青色光）の入射の際（反射期間）には、図５、図６に示すように、出射光路Ｐｉ中に色選択素子１７の青色領域（第１領域）１７ａが配置される。そのため、第一の照明光（青色光）は、この青色領域（第１領域）１７ａを透過して、ライトトンネル４ａへ向けて出射する。

次に、第二の照明光の生成と出射について説明する。ここでは、図７を用いて、第二の照明光（黄色光）を生成し、この第二の照明光（黄色光）から、具体的に緑色光を取り出した状態を説明する。この図７は、第二の照明光を用いた緑色光生成時の光路を示す光学図、および、光路切り替え素子１４の状態と色選択素子１７の状態とを示す概略図である。第一の光（青色光）の透過期間においては、図７に示すように、光路Ｏｉ中に、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂが配置される。また、この透過期間のうち、緑色の画像の生成期間では、制御部３（画像処理制御部３ａ）によって生成された緑色の画像（Ｇｎ）が、画像生成部５の光変調素子５ｂに表示される。これに対応して、照明装置２では、図５、図７に示すように、照明光の出射光路Ｐｉ中に、色選択素子１７の緑色領域（第２領域）１７ｂが配置される。

光源ユニット１０から出射したＰ偏光の青色光は、図７に示すように、光路Ｏｉ上を進行して光路分離素子１１に入射し、この光路分離素子１１を透過して１／４波長板１２で円偏光され、第３集光素子１３によって集光されて、光路切り替え素子１４に入射する。緑色の画像の生成期間では、青色光の光路Ｏｉには、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂが配置されている（透過期間）。そのため、青色光は透過部１４ｂを透過して、その透過光路上に設けられた波長変換部材１５の蛍光体１５ｂを、励起光として照射する。この励起光により励起され、波長変換部材１５の蛍光体１５ｂから、励起光とは異なる波長帯域を有する第二の光（黄色光）が生じる。

波長変換部材１５から生じた第二の光（黄色光）は、励起光（青色光）と同じ光路Ｏｉを逆向きに通過し、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂを通過する。光路切り替え素子１４を通過した第二の光（黄色光、図７のＳＰ２）は、無偏光であるので、１／４波長板１２をそのまま通過し、光路分離素子１１で反射され、励起光（青色光）と分離され、第二の照明光（黄色光）として出射光路Ｐｉに導かれる。この第二の照明光（黄色光）は、第４集光素子１６に束ねられ、有限の大きさの光束（図７のＳＰ３）となって色選択素子１７に入射することで、出射光路Ｐｉ中に配置された緑色領域（第２領域）１７ｂによって緑色光が選択されて色選択素子１７を透過し、ライトトンネル４ａへ向けて出射する。

この緑色の画像の生成期間と同様に、黄色の画像の生成期間、赤色の画像の生成期間では、それぞれ、出射光路Ｐｉ中に、黄色領域（第３領域）１７ｃ、赤色領域（第４領域）１７ｄが時分割で配置される。これにより、黄色光、または、赤色光が選択されて色選択素子１７を透過し、ライトトンネル４ａへ向けて出射する。

このように、照明装置２では、図３に示すように、色選択素子１７は青色領域（第１領域）１７ａ、緑色領域（第２領域）１７ｂ、黄色領域（第３領域）１７ｃ、赤色領域（第４領域）１７ｄの４つの扇状の領域（セグメント）に分割されている。このような色選択素子１７が、駆動部１７ｍにより回転駆動され、出射光路Ｐｉ中で、照明光が通過する領域（セグメント）が切り替わることで、各領域（セグメント）の透過色に応じて、青色、緑色、黄色、赤色の単色が時分割で取り出されることになる。

以上のように時間的に分割されて得られる青色、緑色、黄色、赤色の各単色光（照明光）は、色選択素子１７の出口近傍に配置されたライトトンネル４ａに取り込まれる。各単色光（照明光）は、ライトトンネル４ａの内部にて多重反射して均一化され、ライトトンネル４ａの出口では、ある程度均一な照度分布を得られる。このライトトンネル４ａから出射した単色光（照明光）は、図１に示すように、集光光学系４ｄ（図１参照）、反射ミラー５ａを介して画像生成部５の光変調素子５ｂに照射される。そして、投射表示装置１では、画像生成部５で生成された各色の投影画像を、投影光学系６により順次スクリーンＳｃに投影させることで、残像現象を利用して、画像生成データに基づくフルカラーの画像をスクリーンＳｃに生成する。

以上説明したように、実施例１の照明装置２を備えた投射表示装置１では、光源ユニット１０から出射した光（青色光）を、青色の第一の照明光として使用する期間と、第一の照明光とは異なる波長帯域の第二の照明光（実施例１では黄色光）を生じさせる励起光として使用する期間とを設けている。したがって、１つの光源ユニット１０で、波長帯域の異なる少なくとも二つの照明光を得ることができ、照明装置２をより簡略な構成とすることが可能となって、より小型の照明装置２および投射表示装置１を実現することができる。

また、実施例１では、波長変換部材１５の蛍光体１５ｂとして、黄色蛍光体を用いることで、第二の照明光として黄色光を生じさせ、光路分離素子１１で反射させて出射光路Ｐｉに導いている。そのため、この黄色光の出射光路と青色光の出射光路とを合成して、より明るい白色を得ることができる。また、この黄色の第二の照明光から、緑色光、黄色光、赤色光といった複数の色の照明光を取り出すことができる。すなわち、取り出す光の色に応じて、色選択素子１７を複数の領域（第１〜第４領域１７ａ〜１７ｄ）に分割し、青色、緑色、赤色の光の三原色を取り出すことで、さまざまな色の照明光を生成することができる。更に、黄色光を取り出すことで、カラー画像の色味の自由度や明るさの自由度を高めることができる。したがって、小型な照明装置２でありながら、色の再現範囲を拡大できるとともに、この照明装置２を用いることで、より明るい投射表示装置１を得ることができる。

なお、光路切り替え素子１４や色選択素子１７に有限の大きさの光束であるため、光路切り替え素子１４の反射部１４ａと透過部１４ｂとの境界、および、色選択素子１７の第１〜第４領域１７ａ〜１７ｄの境界では、隣接する色が混ざり合う混色の期間となる。この期間を有効利用して、照明光の明るさを確保してもよい。または、この混色の期間はＬＤ光源１０ａを消灯（ＯＦＦ）してもよく、色の混色をなくして、照明光の色の純色率（色純度）を上げることも可能となる。

また、実施例１の光路分離素子１１は、第一の光（励起光）の光路と第一の照明光との光路を互いに分離する偏光ビームスプリッタとしての機能と、第二の照明光を選択的に反射させるダイクロイックミラーとしての機能とを兼ね備えている。そのため、部品点数を少なくして、より小型の照明装置２を実現することができる。しかしながら、本願がこれに限定されることはなく、第一の光の光路と第一の照明光の光路とを分離する機能を有する第一の光路分離素子と、第二の照明光を選択的に反射させる機能を有する第二の光路分離素子とを、用いてもよい。この構成でも、照明装置の小型化が実現できるとともに、第一、第二の光路分離素子のそれぞれの構成をより簡易とすることができる。

また、実施例１では、色選択素子１７の第１〜第４領域１７ａ〜１７ｄを円周方向に等分割して、各色の光の出射期間を均一にしている。しかし、本願がこれに限定されることなく、例えば、緑色の画像の生成期間を長くすることによって、緑色の照明光の照射期間を長くして、投射画像に緑味を帯びさせること等ができる。

（実施例２）
次に、本願の実施例２に係る照明装置について、図９に基づいて説明する。図９は、実施例２に係る照明装置２Ａの光学図である。この図９に示す実施例２の照明装置２Ａは、光路切り替え素子１４と波長変換部材１５との間に、リレー光学系１８を配置したこと以外は、図１に示す実施例１の照明装置２と同様の基本構成を有している。そのため、実施例１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９に示すように、実施例２の照明装置２Ａを、リレー光学系１８を設けた構成とすることにより、波長変換部材１５の蛍光体１５ｂから生じた発散する蛍光（第二の照明光）を、光路切り替え素子１４の近傍（蛍光の発光側の面近傍）に一度集光させることが可能となる。つまり、青色光の集光スポット径が最も小さくなるところと、第二の照明光（黄色光）の集光スポット径が最も小さくなるところとを、光路切り替え素子１４上にそろえることができる。そのため、透過部１４ｂと反射部１４ａとの境目を第二の照明光（黄色光）が通過する時間を短くすることができ、透過光（第二の照明光）と反射光（Ｓ偏光の青色光）とが混じるのを防ぐことが可能となる。また、このような照明装置２Ａを投射表示装置（例えば、図１に示すような投射表示装置１）へ適用した際に、リレー光学系１８がない場合に比べ、リレー光学系１８を設けた実施例２では色の切り替えが高速に行われる。そのため、ＬＤ光源１０ａを消灯しなくても照明光の色の純色率を良好なものとすることができる。つまり、明るさを落とすことなく、優れた色の純色率を保持することができる。

（実施例３）
次に、本願の実施例３に係る照明装置を備えた投射表示装置について、図１０〜図１２に基づいて説明する。図１０は、実施例３に係る照明装置２Ｂを備えた投射表示装置（プロジェクタ）１Ｂを示す光学図である。図１１は、実施例３で用いる波長変換部材としての蛍光ホイール１５−２の拡大平面図であって、励起光の入射側から見た図である。図１２は実施例３において照明光として取り出される色、ＬＤ光源１０ａの発光状態、光路切り替え素子１４の状態、蛍光ホイール１５−２の状態、画像フレーム、および、画像生成部５で生成される画像の関係を示すタイムチャートである。

上記実施例１、実施例２では、蛍光体１５ｂを設けた１つの（１種類の）波長変換部材１５を用い、この波長変換部材１５の蛍光体１５ｂから、第二の光として黄色光を生じるように構成されている。しかしながら、本願で用いる波長変換部材が１種類に限定されることはなく、２種類以上の波長変換部材を用いてもよい。この場合、例えば、２種類以上の波長変換部材がセグメント化されたものを用いてもよい。励起光の光路中で各波長変換部材を交互に入れ替えることで、励起光により照射される照射領域が交互に入れ替わり、励起光とは異なる２種類以上の照明光を得ることができる。そして、２種類以上の波長変換部材により得られる第二、第三の照明光、またはそれ以上の照明光を、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂを通過させた後に、これら第二、第三の照明光、またはそれ以上の照明光の出射光路を、励起光と同じ波長帯域である第一の照明光と同一の出射光路Ｐｉ上に導く。これにより、各色の照明光を、時分割で順次に出射させることができる。

このような投射表示装置を実現するため、図１０に示す実施例３の投射表示装置１Ｂでは、３種類の波長変換部材がセグメント化された蛍光ホイール１５−２を用いている。この蛍光ホイール１５−２は、図１０、図１１に示すように、円板状基板１５−２ａと、この円板状基板１５−２ａの表面に設けられた蛍光体１５−２ｂとで構成されている。円板状基板１５−２ａは、蛍光体１５−２ｂから生じる蛍光を全反射する光学特性を有する反射部材で形成するのが望ましく、蛍光体１５−２ｂから３６０度方向に生じる蛍光を、光路切り替え素子１４の方向に向けて、効率よく出射させることができる。

蛍光体１５−２ｂは、図１１に示すように、円板状基板１５−２ａを４つの領域にセグメント化したうちの３つの領域（１５−２Ｇ、１５−２Ｙ、１５−２Ｒ）に設けられている。蛍光体１５−２ｂが設けられていない領域を、第１領域１５−２Ｗとする。また、蛍光体１５−２ｂが設けられた３つの領域は、緑色の蛍光を生じる緑色蛍光体が設けられた第２領域１５−２Ｇ、黄色の蛍光を生じる黄色蛍光体が設けられた第３領域１５−２Ｙ、赤色の蛍光を生じる赤色蛍光体が設けられた第４領域１５−２Ｒとから構成されている。緑色の蛍光を第二の照明光、黄色の蛍光を第三の照明光、赤色の蛍光を第四の照明光とする。

蛍光ホイール１５−２は、電動モータ等の駆動部１５−２ｍにより回転駆動される。この蛍光ホイール１５−２の回転は、１秒間に１２０回転するものとし、１フレーム（例えば、１／６０秒、または、倍速の１／１２０秒）の間に例えば１回転されるものとしている。この蛍光ホイール１５−２の回転により、第１〜第４領域１５−２Ｗ、１５−２Ｇ、１５−２Ｙ、１５−２Ｒが、この順に時分割で励起光の光路Ｏｉ中に配置される。なお、蛍光体１５−２ｂが設けられていない第１領域１５−２Ｗは、第一の照明光（青色光）が生成される期間、すなわち、光源ユニット１０からの第一の光（青色光）が光路切り替え素子１４の反射部１４ａに反射される期間に、光路Ｏｉ中に配置される。第２〜第４領域１５−２Ｇ、１５−２Ｙ、１５−２Ｒは、光源ユニット１０からの第一の光（青色光）が、励起光として光路切り替え素子１４の透過部１４ｂを透過する期間に、光路Ｏｉ中に順次配置される。このように、光路切り替え素子１４と、蛍光ホイール１５−２とを同期して回転駆動することで、照明装置２Ｂでは、１つの光源ユニット１０を用いて、第一の光（青色光）を第一の照明光として得るとともに、蛍光体１５−２ｂの第２〜第４領域１５−２Ｇ、１５−２Ｙ、１５−２Ｒから生じる緑色蛍光、黄色蛍光、赤色蛍光を、第二、第三、第四の照明光として得ることができる。したがって、実施例３では、小型な照明装置２Ｂでありながら、色の再現範囲を拡大することができ、明るい投射表示装置１Ｂを得ることができる。

また、蛍光ホイール１５−２を回転させることで、蛍光体１５−２ｂ上での励起光の照射領域を時間的に変化させて、励起光のエネルギーが同一箇所に集中され続けることを防止することができる。そのため、実施例３の蛍光ホイール１５−２では、蛍光体１５−２ｂにおける蛍光の生成効率の低下や、発光特性の劣化を防止することができる。

また、複数の波長変換部材が、光路Ｏｉ中に時分割で交互に配置されるものであれば、実施例３のような蛍光ホイール１５−２を回転駆動する方式に限定されることはない。例えば、複数の波長変換部材がセグメント化された部材を、往復移動させることで、各波長変換部材を光路Ｏｉ中に順次に配置するようにしてもよい。または、複数の波長変換部材が１つの部材にセグメント化されて設けられていなくともよく、複数の波長変換部材を、光路Ｏｉ中で交互に入れ替えてもよい。

［投射表示装置１Ｂによる各色の画像の生成シーケンス］
次に、図１２を用いて、実施例３における各色の画像の生成シーケンスを説明する。実施例３でも、光源ユニット１０のＬＤ光源１０ａは、常時点灯（ＯＮ）状態となっている。なお、光路切り替え素子１４の反射部１４ａと透過部１４ｂとの境界、蛍光ホイール１５−２の第２〜第４領域１５−２Ｇ、１５−２Ｙ、１５−２Ｒの境界では、隣接する色が混ざり合う混色の時間には、ＬＤ光源１０ａを消灯（ＯＦＦ）する等して、照明光の色の純色率を高めるようにしてもよい。

反射期間、すなわち、青色の画像の生成期間では、制御部３（画像処理制御部３ａ）によって生成された青色の画像（Ｂｎ）が、画像生成部５の光変調素子５ｂに表示される。この反射期間において、照明装置２Ｂでは、光源ユニット１０から出射する第一の光（青色光）の光路Ｏｉ中に、光路切り替え素子１４の反射部１４ａが配置される。さらに、蛍光ホイール１５−２の第１領域１５−２Ｗ、すなわち、蛍光体１５−２ｂが設けられていない領域が配置される。この状態では、光源ユニット１０から出射した第一の光（青色光）は、図１０に示す光路Ｏｉ上を進行し、光路分離素子１１を透過した後に１／４波長板１２で円偏光される。この円偏光された第一の光（青色光）は、第３集光素子１３によって集光されて、光路切り替え素子１４に入射し、その反射部１４ａで反射する。この反射した第一の光（青色光）は、光路Ｏｉを逆にたどって第３集光素子１３を介して、１／４波長板１２を通過し、Ｓ偏光の第一の光（青色光）となる。このＳ偏光の第一の光（青色光）は、光路分離素子１１で反射し、Ｐ偏光の第一の光（青色光）と分離され、第一の照明光（青色光）として取り出された後、出射光路Ｐｉに導かれ、ライトトンネル４ａへ向けて出射する。ライトトンネル４ａに取り込まれた第一の照明光（青色光）は、このライトトンネル４ａの内部にて均一化された後、集光光学系４ｄ、反射ミラー５ａを介して画像生成部５の光変調素子５ｂに照射されることで、青色の投影画像が生成される。

一方、透過期間においては、光路Ｏｉ中に、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂが配置される。また、蛍光ホイール１５−２では、光路Ｏｉ中に、第２〜第４領域１５−２Ｇ、１５−２Ｙ、１５−２Ｒ、すなわち、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体が、この順に時分割で配置される。この透過期間では、光源ユニット１０から出射した第一の光（青色光）は、図１０に示す光路Ｏｉ上を進行し、光路分離素子１１を透過する。その後、この第一の光（青色光））は、１／４波長板１２で円偏光され、第３集光素子１３によって集光されて、光路切り替え素子１４の透過部１４ｂを透過した後、励起光として蛍光ホイール１５−２の蛍光体１５−２ｂを照射する（図１０参照）。

蛍光ホイール１５−２では、透過期間中の緑色の画像の生成期間では、光路Ｏｉ中に緑色蛍光体が設けられた第２領域１５−２Ｇが配置される。光路切り替え素子１４の透過部１４ｂを透過した励起光（青色光）が照射されることで、この第２領域１５−２Ｇが励起され、緑色光（第二の照明光）を生じさせる。この緑色光（第二の照明光）は、光路Ｏｉを逆にたどって第３集光素子１３、１／４波長板１２を通過した後、光路分離素子１１で反射し、励起光（青色光）と分離されて出射光路Ｐｉに導かれ、ライトトンネル４ａへ向けて出射する。このライトトンネル４ａに取り込まれた第一の照明光（青色光）は、ライトトンネル４ａの内部にて均一化された後、集光光学系４ｄ、反射ミラー５ａを介して画像生成部５の光変調素子５ｂに照射されることで、緑色の投影画像が生成される。この緑色の投影画像は、投影光学系６によりスクリーンＳｃに投影される。

同様に、反射期間中の黄色の画像の生成期間では、光路Ｏｉ中に蛍光ホイール１５−２の第３領域１５−２Ｙが配置され、赤色の画像の生成期間では、光路Ｏｉ中に第４領域１５−２Ｒが配置される。そして、励起光によって励起され、第３領域１５−２Ｙ、第４領域１５−２Ｒから、それぞれ黄色光（第三の照明光）、赤色光（第四の照明光）が生じる。これらの照明光は、光路Ｏｉを逆にたどって第３集光素子１３、１／４波長板１２を通過した後、光路分離素子１１で反射し、励起光（青色光）と分離されて出射光路Ｐｉに導かれ、ライトトンネル４ａへ向けて出射する。なお、図１０は、赤色の第四の照明光が生成され、ライトトンネル４ａへ向けて出射する様子を示している。このライトトンネル４ａに取り込まれた第三の照明光（黄色光）、または、第四の照明光（赤色光）は、ライトトンネル４ａの内部にて均一化される。その後、集光光学系４ｄ、反射ミラー５ａを介して画像生成部５の光変調素子５ｂに照射されることで、黄色または赤色の投影画像がそれぞれ生成される。この黄色または赤色投影画像は、投影光学系６によりスクリーンＳｃに投影される。

以上、本願の照明装置および投射表示装置を各実施例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例に限られるものではなく、本願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、形状等は各実施例に限定されることはなく、本願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、上記各実施例では、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拡大表示する投影装置（プロジェクター）に適用した例を説明したが、本願がこれらの実施例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。

１，１Ｂ 投射表示装置 ２，２Ａ，２Ｂ 照明装置 ５ 画像生成部
５ｂ 光変調素子（被照射部） ６ 投影光学系
１０ 光源ユニット（光源） １１ 光路分離素子（光路分離手段）
１２ １／４波長板（π／４板）
１４ 光路切り替え素子（第一、第二の光路切り替え手段） １４ａ 反射部
１４ｂ 透過部 １４ｃ 基板 １５ 波長変換部材
１５−２ 蛍光ホイール（波長変換部材） １７ 色選択素子
１８ リレー光学系 Ｏｉ 光路 Ｐｉ 出射光路

特開２０１３−７６９６８号公報

Claims (11)

1. 所定の波長帯域の第一の光を出射する光源と、
   前記光源からの前記第一の光を励起光とし、当該励起光に励起されて前記第一の光と異なる波長帯域の第二の光を生じさせる波長変換部材と、
   前記第一の光を反射させる反射部、および、前記第一の光を透過させ、前記波長変換部材に導く透過部が、前記第一の光の光路中に時間的に交互に配置される光路切り替え手段と、を備え、
   前記第一の光を前記反射部により反射させて第一の照明光として出射光路に導き、
   前記第一の光が前記透過部を透過して前記波長変換部材を照射することで、前記波長変換部材から生じる前記第二の光を第二の照明光とし、当該第二の照明光を、前記光路切り替え手段を通過させた後に、前記第一の照明光と同一の前記出射光路上に導くように構成されたことを特徴とする照明装置。
2. 前記第一の光の前記光路中に、
   前記光源から出射する前記第一の光を、所定方向の偏光に変える波長板と、
   前記波長板によって所定方向の偏光とされた前記第一の光を前記光源からの前記第一の光と分離して、前記第一の照明光として前記出射光路上に導く第一の光路分離手段と、
   前記光路切り替え手段を透過した後の前記第二の光を、前記第一の照明光と同一の前記出射光路上に導く第二の光路分離手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第一の光路分離手段と、前記第二の光路分離手段とは、一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第一の光路分離手段は、前記第一の光の前記波長帯域に対して、前記光源からの前記第一の光と所定方向の偏光とされた前記第一の光とを分離する偏光分離素子として機能し、前記第二の光路分離手段は、前記第二の光の波長帯域に対して、当該第二の光を反射するダイクロイックミラーとして機能するよう構成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
5. 前記出射光路中に、前記第一の光と、前記第二の光とを、時分割に選択的に取り出す色選択素子を、さらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
6. 前記光路切り替え手段は、前記第一の光を透過する基板を備え、前記第一の光を反射する前記反射部を、前記基板の前記第一の光の入射側の面とは反対側の面に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
7. 前記光源は、前記第一の光として青色の波長領域の青色光を発し、
   前記波長変換部材は、前記青色光に励起され、黄色の波長帯域の黄色光を前記第二の光として生じさせる黄色蛍光体が設けられ、
   前記青色光からなる前記第一の光の光路と、前記黄色光からなる前記第二の光の光路とを前記出射光路上に合成するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
8. 前記青色光の前記光路と前記黄色光の前記光路とが合成された前記出射光路中に、少なくとも青色、緑色、および、赤色の単色光を、時分割に選択的に取り出す色選択素子を備えたことを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記光路切り替え手段と、前記波長変換部材との間に、前記波長変換部材から生じる前記第二の光を前記光路切り替え手段に導くリレー光学系を設けたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
10. 前記励起光により励起された互いに異なる波長帯域の光を生じる少なくとも２つの波長変換部材を備え、前記少なくとも２つの波長変換部材が、前記第一の光の前記光路中に、時間的に交互に配置されるように構成され、
    前記少なくとも２つの波長変換部材から生じる各光を、前記光路切り替え手段を通過させた後に、前記第一の照明光と同一の前記出射光路上に導くように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
11. 請求項1から１０のいずれか一項に記載の照明装置を備え、前記照明装置から出射された光が照射される画像生成部と、該画像生成部で変調された画像を投射する投影光学系と、を備えたことを特徴とする投射表示装置。