照明装置および表示装置
【課題】簡単な構成で、長寿命であり、しかも静音性が高く、低コストな照明装置を提供する。
【解決手段】複数のセグメント領域を有し、各セグメント領域にそれぞれ励起光の照射を受けて同一波長の光を発する蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂが配された蛍光体アレイ３と、複数のセグメント領域に対応して設けられ、各セグメント領域に配された蛍光体にそれぞれ励起光を照射する複数の固体光源１ａと、各蛍光体からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系４〜９と、固体光源を制御して励起光を照射する蛍光体を切り替える切替機構と、を具備する。
【解決手段】複数のセグメント領域を有し、各セグメント領域にそれぞれ励起光の照射を受けて同一波長の光を発する蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂが配された蛍光体アレイ３と、複数のセグメント領域に対応して設けられ、各セグメント領域に配された蛍光体にそれぞれ励起光を照射する複数の固体光源１ａと、各蛍光体からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系４〜９と、固体光源を制御して励起光を照射する蛍光体を切り替える切替機構と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体に固体光源からの励起光を照射することで発光させる照明装置、および、その照明装置を用いた表示装置に係り、例えば、画像を拡大投影するプロジェクタに適用できる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いた単板プロジェクタ装置の光源として、紫外波長のレーザ光源によって励起されるＲＧＢの蛍光物質をセグメント毎に塗布したカラーホイールをモータによって回転させる構成のプロジェクタ用の光源装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４１１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記従来の照明装置では、蛍光体が励起光の照射によりダメージを受けて照明光が輝度劣化すると共に、蛍光体が長時間の励起光の照射により短寿命になるという問題があった。また、モータにより高速でカラーホイールを回転する必要があるため、構成が複雑化して高コストになると共に、モータの寿命や回転による騒音が問題となることがあった。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮し、簡単な構成で、長寿命であり、しかも静音性が高く、低コストな照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の照明装置は、複数のセグメント領域を有し、各セグメント領域にそれぞれ励起光の照射を受けて同一波長の光を発する蛍光体（３ｒ，３ｇ，３ｂ）が配された蛍光体基板（３）と、前記複数のセグメント領域に対応して設けられ、各セグメント領域に配された前記蛍光体（３ｒ，３ｇ，３ｂ）にそれぞれ励起光を照射する複数の固体光源（１ａ）と、前記各蛍光体（３ｒ，３ｇ，３ｂ）からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系（４〜９）と、前記固体光源（１ａ）を制御して励起光を照射する蛍光体（３ｒ，３ｇ，３ｂ）を切り替える切替機構と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の照明装置であって、複数のグループの前記セグメント領域が設けられ、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体（３ｒ）がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体（３ｇ）がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の同一波長の光を発する第３の蛍光体（３ｂ）がそれぞれ配され、前記切替機構が、前記第１のグループに属する第１の蛍光体（３ｒ）と第２のグループに属する第２の蛍光体（３ｇ）と第３グループに属する第３の蛍光体（３ｂ）とを切り替えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明の照明装置は、複数のグループのセグメント領域を有し、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体（３ｒ）がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体（３ｇ）がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に蛍光体の代わりに拡散板（Ｐ）が配された蛍光体基板（２３）と、前記各セグメント領域に対応して設けられ、３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の光を発し、前記第１のグループのセグメント領域と第２のグループのセグメント領域に対応するものは、前記第３の波長の光を励起光として前記第１の蛍光体（３ｒ）および第２の蛍光体（３ｇ）に照射し、第３のグループのセグメント領域に対応するものは、前記透明領域（Ｐ）を透過して直接第３の波長の光を照射するように構成された複数の固体光源（１ｂ）と、前記各蛍光体（３ｒ，３ｇ）からの光および前記拡散板（Ｐ）を透過した光による照明領域を重ね合わせる照明光学系（４〜９）と、前記固体光源（１ｂ）を制御して励起光を照射する前記蛍光体基板（２３）上のグループを切り替える切替機構と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明の照明装置は、励起光を発する固体光源（１ａ）と、前記固体光源（１ａ）からの励起光の照射を受けて発光する蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）が配された蛍光体基板（３３）と、前記固体光源（１ａ）と蛍光体基板（３３）を相対移動させることで、前記蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）に対する前記固体光源（１ａ）による励起光の照射箇所をシフトするシフト機構（３５）と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４に記載の照明装置であって、前記蛍光体基板（３３）が交換可能に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項４または５に記載の照明装置であって、前記蛍光体基板（３３）が、複数のグループのセグメント領域を有し、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３）がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体（３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３）がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の同一波長の光を発する第３の蛍光体（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）がそれぞれ配され、前記固体光源（１ｂ）が、前記各セグメント領域に配された前記蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）にそれぞれ励起光を照射するように、前記複数のセグメント領域に対応して複数設けられ、さらに、前記各蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系（４〜９）と、前記固体光源（１ａ）を制御して励起光を照射する蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）を切り替える切替機構と、が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載の照明装置であって、前記切替機構が、前記第１のグループに属する第１の蛍光体（３ｒ）と第２のグループに属する第２の蛍光体（３ｇ）と第３グループに属する第３の蛍光体（３ｂ）とを切り替えることを特徴とする。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項４または５に記載の照明装置であって、前記蛍光体基板が、複数のグループのセグメント領域を有し、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体（３ｒ１,３ｒ２,３ｒ３）がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体（３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３）がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に蛍光体の代わりに拡散板（Ｐ）が配されており、一方、前記固体光源（１ｂ）が、３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の光を発するものとして、前記各セグメント領域に対応して複数設けられ、且つ、前記第１のグループのセグメント領域と第２のグループのセグメント領域に対応するものは、前記第３の波長の光を励起光として前記第１の蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３）および第２の蛍光体（３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３）に照射し、第３のグループのセグメント領域に対応するものは、前記拡散板（Ｐ）を透過して直接第３の波長の光を照射するように構成され、さらに、前記各蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３）からの光および前記拡散板（Ｐ）を透過した光による照明領域を重ね合わせる照明光学系（４〜９）と、前記固体光源を制御して励起光を照射する前記蛍光体基板上の前記グループを切り替える切替機構と、が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項９の発明の表示装置は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置と、画像に応じて前記照明装置からの照明光を変調する表示素子（１３）と、前記表示素子（１３）から射出された画像をスクリーンに投影する投射光学系（１５）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜３の発明の照明装置によれば、励起光を照射する蛍光体を切り替えることで、励起光の照射による蛍光体の劣化を抑えることができるので、照明光の輝度劣化を防止することができると共に、蛍光体の長寿命化を図ることができる。また、それぞれ蛍光体を配した各セグメント領域に対応させて固体光源を配置しているので、カラーホイールをモータで回転させるなどの複雑な機構が必要でなく、構成をシンプルにして、低コスト化を図ることができると共に、モータが不要であるから静音性を保つことができる。また、同じ固体光源を常時点灯状態に保つ必要がないから、固体光源の長寿命化も図ることができる。
【００１６】
また、請求項４〜８の発明の照明装置によれば、所定の使用時間の経過後に、シフト機構によって蛍光体への励起光の照射位置を切り替えることにより、蛍光体をリフレッシュすることができるので、照明光の輝度劣化を抑制できると共に蛍光体の長寿命化を図ることができる。また、蛍光体基板と固体光源を相対移動させるだけなので、カラーホイールをモータで回転させるなどの複雑な機構が必要でなく、構成をシンプルにして低コスト化を図ることができると共に、モータが不要であるから静音性を保つことができる。
【００１７】
従って、請求項９の表示装置によれば、請求項１〜８のいずれかの照明装置を利用するので、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図２】同照明装置を用いた投射型表示装置の概略構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態の照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の照明装置の説明図で、（ａ）は同照明装置の要部の概略構成図、（ｂ）は同照明装置に使用する蛍光体アレイの正面図である。
【図６】前記第３実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４実施形態の照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の照明装置に使用する蛍光体アレイとその支持機構の構成を示す正面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図１１】同照明装置を用いた投射型表示装置の概略構成図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態の照明装置の概略構成図、図２は同照明装置を用いた投射型表示装置の概略構成図、図３（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００２１】
この照明装置は、図１に示すように、紫外光または近紫外光（例えば、４０５ｎｍレーザ）を発生する半導体レーザよりなる複数の固体光源１ａを基板１ｋ上にアレイ状に配列した光源アレイ１と、各固体光源１ａの発する光をそれぞれ集光する複数のコリメータレンズ２と、透明基板３ｋ上のコリメータレンズ２による集光面に３原色の波長帯域の光を発するＲ蛍光体３ｒ、Ｇ蛍光体３ｇ、Ｂ蛍光体３ｂをアレイ状に配列した蛍光体アレイ３と、各蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの発する光を調整する光学要素であるコリメータレンズ４、マルチレンズアレイ５，６、マルチレンズアレイ６の射出側に配置されて入射光をほぼ直線偏光に変換する偏光変換素子７、偏光変換素子７の射出側に配置されたフィールドレンズ８，９と、から構成されている。
【００２２】
蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの発する光束は、コリメータレンズ４で調整された上で、マルチレンズアレイ５の基板５ｋ上に配列した各レンズセグメント５ａを通過し、マルチレンズアレイ６、フィールドレンズ８，９によって、所定の照明領域に重ね合わせられた上で、照明光として照明対象部に到達するようになっている。ここでは、コリメータレンズ４、マルチレンズアレイ５，６、フィールドレンズ８，９などの光学要素が、各蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂからの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系を構成している。
【００２３】
また、図２に示す投射型液晶装置は、図１に示すように構成された照明装置と、画像に応じて照明装置からの照明光を変調する反射型液晶素子よりなる表示素子１３と、表示素子１３から射出された画像をスクリーンに投影する投射レンズ（投射光学系）１５とを有しており、照明光学系による光束の重ね合わせ位置に表示素子１３が配置されている。
【００２４】
表示素子１３と照明装置の射出側に位置するフィールドレンズ９との間には、プリポラライザ１０と、偏光ビームスプリッタ（ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタ）１１と、位相補償板１２とが配置されている。表示素子１３は、画像信号に応じて空間的に光変調を行い、偏光ビームスプリッタ１１は、変調されて入射光と直交する偏光状態に変わった光成分のみを反射する。偏光ビームスプリッタ１１で反射された光は、アナライザ１４（偏光板）を通過することで不要光成分を除去された上で、投射レンズ１５によってスクリーンに画像として投影表示される。なお、位相補償板１２は、表示素子１３の直前に配置され、位相ずれ補償してコントラストを高める働きをなす。
【００２５】
照明装置の構成要素について、より詳しく述べる。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、蛍光体アレイ３の透明基板３ｋには、図３（ｃ）に示すマルチレンズアレイ５の各レンズセグメント５ａに対応した複数のセグメント領域が仮想的に設定されており、各セグメント領域に、それぞれ固体光源１ａからの励起光の照射を受けて光を発する蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂが配されている。ここでは、横方向（行方向ともいう）をＸ方向、縦方向（列方向ともいう）をＹ方向として説明する。
【００２７】
この場合、複数のグループのセグメント領域が設定されており、Ｙ方向の一番上の第１のグループに属するＸ方向に並ぶ複数（図示例では３つ）のセグメント領域には、励起光の照射を受けることで３原色ＲＧＢ（赤緑青）のうちのＲ光（第１の同一波長の光）を発する第１の蛍光体３ｒがそれぞれ配されている。また、Ｙ方向の上から二番目と三番目の第２のグループに属するＸ方向に並ぶ複数（図示例では３つ）のセグメント領域には、励起光の照射を受けることで３原色ＲＧＢのうちのＧ光（第２の同一波長の光）を発する第２の蛍光体３ｇがそれぞれ配されている。また、Ｙ方向の一番下の第３のグループに属するＸ方向に並ぶ複数（図示例では３つ）のセグメント領域には、励起光の照射を受けることで３原色ＲＧＢのうちのＢ光（第３の同一波長の光）を発する第３の蛍光体３ｂがそれぞれ配されている。
【００２８】
また、図３（ａ）に示すように、光源アレイ１上の固体光源１ａは、蛍光体アレイ３の透明基板３ｋ上に仮想的に設定された複数のセグメント領域に対応して設けられており、各セグメント領域に配された蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂにそれぞれ励起光（近紫外光）を照射することができるようになっている。
【００２９】
また、光源アレイ１を駆動する図示略の制御部には、固体光源１ａを制御して励起光を照射する蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを切り替える切替機構が含まれている。ここでは、切替機構は、まず、図３（ａ）において、上から１行目のX方向(行方向)に並ぶ３個の固体光源（レーザ）１ａを同時に駆動し、（ｂ）の１行目に並ぶ第１のグループに属する３個の蛍光体３ｒを励起してＲ光を発光させる。次に、駆動を切り替えて、図３（ａ）において、上から２行目と３行目のそれぞれX方向(行方向)に並ぶ合計６個の固体光源（レーザ）１ａを同時に駆動し、（ｂ）の２行目、３行目の第２のグループに属する６個の蛍光体３ｇを励起してＧ光を発光させる。次に、駆動を切り替えて、図３（ａ）において、上から４行目のX方向(行方向)に並ぶ３個の固体光源（レーザ）１ａを同時に駆動し、（ｂ）の４行目に並ぶ第３のグループに属する３個の蛍光体３ｂを励起してＢ光を発光させる。
【００３０】
従って、ＲＧＢの蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂが順次発光して、時系列に各色光が表示素子１３に照射されることで、同期して時系列で動作する単板の表示素子１３より射出されるＲＧＢの画像が重ね合わされて、スクリーン上にフルカラー画像として投影される。そして、行方向を同時に光らせることで、複数個の蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂからの光が表示素子１３に照射されるので、明るくかつムラの少ない表示像を投影することができる。
【００３１】
この照明装置によれば、励起光を照射する蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを切り替えることで、励起光の照射による蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの劣化を抑えることができるので、照明光の輝度劣化を防止することができると共に、蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの長寿命化を図ることができる。
【００３２】
また、それぞれ蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを配した各セグメント領域に対応させて固体光源１ａを配置しているので、従来例のようにカラーホイールをモータで回転させるなどの複雑な機構が必要でなく、構成をシンプルにして、低コスト化を図ることができると共に、モータが不要であるから静音性を保つことができる。また、同じ固体光源１ａを常時点灯状態に保つ必要がないから、固体光源１ａの長寿命化も図ることができる。
【００３３】
また、各固体光源１ａの光をそれぞれコリメータレンズ２で集光して各蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂに照射させるので、一つ一つの蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを、集光照射される部分だけに配置すれば済み、蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの使用量を減らすことができて、コスト削減を図ることができる。また、固体光源１ａを複数個使用することによって、一つ一つの固体光源１ａのパワーを小さく抑えることができるようになるため、信頼性の面やコスト面で有利となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、固体光源１ａとして半導体レーザを使用しているが、ＬＥＤを使用してもよい。
【００３５】
［第２実施形態］
図４（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態の照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００３６】
この照明装置では、光源アレイ２１の固体光源１ｂとして、Ｂ光（４５０ｎｍ近傍）を発するブルーレーザを使用している。従って、ＲＧＢのうちＢ光は、蛍光体でなく、そのまま直接表示素子１３に照射するようにしている。従って、蛍光体アレイ２３の透明基板３ｋ上には、ＲＧに対応する蛍光体３ｒ，３ｇのみを配置しており、Ｂ光に対応するセグメント領域には、蛍光体の代わりに拡散板Ｐを配置してある。拡散板Ｐを用いることで、拡散板Ｐから射出された光線の角度分布を蛍光体３ｒ，３ｇからの射出角度分布と合わせることができる。
【００３７】
この場合は、Ｂ光で蛍光体３ｒ，３ｇを励起するので、変換効率が高くさらに明るい画像を表示できる。その他の構成および作用は、第１実施形態と同様である、
［第３実施形態］
図５は第３実施形態の照明装置の説明図で、図５（ａ）は同照明装置の要部の概略構成図、図５（ｂ）は同照明装置に使用する蛍光体アレイの正面図である。また、図６は同の照明装置の上から見た概略構成図、図７（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００３８】
この照明装置では、各蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの隣りにＸ方向に並べて予備の蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを配置している。即ち、第１実施形態の蛍光体アレイ（蛍光体基板）３３では、各セグメント領域にそれぞれ、Ｘ方向に並べて３個の蛍光体３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３（３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）を配置している。
【００３９】
そして、蛍光体アレイ３３をシフト機構３５によってＸ方向に移動させることにより、蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂに対する固体光源１ａによる励起光の照射箇所をＸ方向にシフトすることができるようになっている。つまり、ある程度の使用時間が経過したら、矢印Ｘ１のように蛍光体アレイ３３を移動することにより、固体光源１ａによる励起光の照射箇所に位置する蛍光体３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３を順番に切り替えることができるようになっている。
【００４０】
例えば、初期状態では、蛍光体３ｒ１，３ｇ１，３ｂ１に励起光が照射されてＲ光、Ｇ光、Ｂ光を発するようにセットする。この状態で、長時間蛍光体３ｒ１，３ｇ１，３ｂ１に励起光を照射し続けると、蛍光体３ｒ１，３ｇ１，３ｂ１が徐々に劣化し輝度が低下する。そこで、輝度が低下した段階で、シフト機構３５によって蛍光体アレイ３３を矢印Ｘ１のようにシフトし、励起光が当たる蛍光体を切り替える。そうすることにより、フレッシュな蛍光体３ｒ２，３ｇ２，３ｂ２を励起させることができるので、輝度が初期状態に戻り、明るい照明を行うことができる。その後は、必要に応じて、次の蛍光体３ｒ３，３ｇ３，３ｂ３に切り替えればよい。
【００４１】
このように予備の蛍光体を透明基板３ｋ上に配列し、シフトすることで、長期に渡って明るい照明装置を提供することができる。また、蛍光体アレイ３３を移動させるだけなので、カラーホイールをモータで回転させるなどの複雑な機構が必要でなく、構成をシンプルにして低コスト化を図ることができると共に、モータが不要であるから静音性を保つことができる。その他の構成および作用は第１実施形態と同様である。
【００４２】
なお、図示例では、予備の蛍光体を離して配置した場合を示したが、予備の蛍光体をつなげて配置してもよい。その場合は、励起光を照射する蛍光体の切り替えでなく、照射位置の切り替えになる。
【００４３】
［第４実施形態］
図８（ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態の照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００４４】
この照明装置は、第２実施形態と第３実施形態の特徴点を組み合わせたものであり、光源アレイ２１の固体光源１ｂとして、Ｂ光（４５０ｎｍ近傍）を発するブルーレーザを使用している。また、蛍光体アレイ４３の透明基板３ｋ上には、予備の蛍光体を含めて、ＲＧに対応する蛍光体３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３のみを配置しており、Ｂ光に対応するセグメント領域には蛍光体の代わりに拡散板Ｐを配置してある。
【００４５】
この照明装置によれば、第２実施形態と第３実施形態の作用効果を得ることができる。
【００４６】
［第５実施形態］
図９は第５実施形態の照明装置に使用する蛍光体アレイとその支持機構の構成を示す正面図である。
【００４７】
この第４実施形態の照明装置では、第３実施形態において使用した蛍光体アレイ３３が交換可能になっており、一定期間経過後に輝度劣化が発生した場合に、蛍光体アレイ３３を引き抜いて外し、新品の蛍光体アレイ３３を付け替えることができるようになっている。そのため、蛍光体アレイ３３の配置箇所には、蛍光体アレイ３３を着脱できる枠状のホルダ３８が設けられており、蛍光体ホルダ３８に対して蛍光体アレイ３３をＸ１方向に差し込んだり、Ｘ２方向に引き抜いたりできるようになっている。
【００４８】
従って、最も寿命の短い蛍光体部分のみをサービスやユーザー自身が簡易に交換できるので、総合的な製品寿命が長く、低コストの照明装置または表示装置を実現できる。
【００４９】
［第６実施形態］
図１０は第６実施形態の照明装置の概略構成図、図１１は同照明装置を用いた投射型表示装置の概略構成図、図１２（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００５０】
上述した第３〜第５実施形態では、予備の蛍光体をＸ方向に並べた場合を示したが、本第６実施形態の照明装置では、蛍光体アレイ５３において、予備の蛍光体をＹ方向に並べて配置している。即ち、各セグメント領域において、蛍光体３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３を縦に配置している。そして、シフト機構３５による蛍光体アレイ５３のシフト方向をＹ方向に設定している。
【００５１】
この実施形態の照明装置においても、前記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
なお、上記第１〜第６の実施形態において、表示素子は単板の表示素子を想定し、３原色に対応した蛍光体を順次発光させ、順次発光に同期して表示素子を面順次で動作させているが、これに限られることはない。たとえば、３原色用に表示素子を３枚使用したいわゆる３板式表示装置に適用することもできる。この場合の照明装置の動作としては、例えば、３原色に対応する蛍光体の組を複数設定し、それらの組の間で発光を切り替えることにより合成される光が白色光となるようにすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２１ 光源アレイ
１ａ，１ｂ 固体光源
３，２３，３３，４３，５３ 蛍光体アレイ（蛍光体基板）
３ｒ，３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３ 第１の蛍光体
３ｇ，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３ 第２の蛍光体
３ｂ，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３ 第３のＢ蛍光体
４ コリメータレンズ（照明光学系）
５ マルチレンズアレイ（照明光学系）
６ マルチレンズアレイ（照明光学系）
７ 偏光変換素子（照明光学系）
８ フィールドレンズ（照明光学系）
９ フィールドレンズ（照明光学系）
１３ 表示素子
１５ 投射レンズ（投射光学系）
３５ シフト機構
Ｐ 拡散板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体に固体光源からの励起光を照射することで発光させる照明装置、および、その照明装置を用いた表示装置に係り、例えば、画像を拡大投影するプロジェクタに適用できる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いた単板プロジェクタ装置の光源として、紫外波長のレーザ光源によって励起されるＲＧＢの蛍光物質をセグメント毎に塗布したカラーホイールをモータによって回転させる構成のプロジェクタ用の光源装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４１１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記従来の照明装置では、蛍光体が励起光の照射によりダメージを受けて照明光が輝度劣化すると共に、蛍光体が長時間の励起光の照射により短寿命になるという問題があった。また、モータにより高速でカラーホイールを回転する必要があるため、構成が複雑化して高コストになると共に、モータの寿命や回転による騒音が問題となることがあった。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮し、簡単な構成で、長寿命であり、しかも静音性が高く、低コストな照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の照明装置は、複数のセグメント領域を有し、各セグメント領域にそれぞれ励起光の照射を受けて同一波長の光を発する蛍光体（３ｒ，３ｇ，３ｂ）が配された蛍光体基板（３）と、前記複数のセグメント領域に対応して設けられ、各セグメント領域に配された前記蛍光体（３ｒ，３ｇ，３ｂ）にそれぞれ励起光を照射する複数の固体光源（１ａ）と、前記各蛍光体（３ｒ，３ｇ，３ｂ）からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系（４〜９）と、前記固体光源（１ａ）を制御して励起光を照射する蛍光体（３ｒ，３ｇ，３ｂ）を切り替える切替機構と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の照明装置であって、複数のグループの前記セグメント領域が設けられ、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体（３ｒ）がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体（３ｇ）がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の同一波長の光を発する第３の蛍光体（３ｂ）がそれぞれ配され、前記切替機構が、前記第１のグループに属する第１の蛍光体（３ｒ）と第２のグループに属する第２の蛍光体（３ｇ）と第３グループに属する第３の蛍光体（３ｂ）とを切り替えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明の照明装置は、複数のグループのセグメント領域を有し、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体（３ｒ）がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体（３ｇ）がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に蛍光体の代わりに拡散板（Ｐ）が配された蛍光体基板（２３）と、前記各セグメント領域に対応して設けられ、３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の光を発し、前記第１のグループのセグメント領域と第２のグループのセグメント領域に対応するものは、前記第３の波長の光を励起光として前記第１の蛍光体（３ｒ）および第２の蛍光体（３ｇ）に照射し、第３のグループのセグメント領域に対応するものは、前記透明領域（Ｐ）を透過して直接第３の波長の光を照射するように構成された複数の固体光源（１ｂ）と、前記各蛍光体（３ｒ，３ｇ）からの光および前記拡散板（Ｐ）を透過した光による照明領域を重ね合わせる照明光学系（４〜９）と、前記固体光源（１ｂ）を制御して励起光を照射する前記蛍光体基板（２３）上のグループを切り替える切替機構と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明の照明装置は、励起光を発する固体光源（１ａ）と、前記固体光源（１ａ）からの励起光の照射を受けて発光する蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）が配された蛍光体基板（３３）と、前記固体光源（１ａ）と蛍光体基板（３３）を相対移動させることで、前記蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）に対する前記固体光源（１ａ）による励起光の照射箇所をシフトするシフト機構（３５）と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４に記載の照明装置であって、前記蛍光体基板（３３）が交換可能に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項４または５に記載の照明装置であって、前記蛍光体基板（３３）が、複数のグループのセグメント領域を有し、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３）がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体（３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３）がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の同一波長の光を発する第３の蛍光体（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）がそれぞれ配され、前記固体光源（１ｂ）が、前記各セグメント領域に配された前記蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）にそれぞれ励起光を照射するように、前記複数のセグメント領域に対応して複数設けられ、さらに、前記各蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系（４〜９）と、前記固体光源（１ａ）を制御して励起光を照射する蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）を切り替える切替機構と、が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載の照明装置であって、前記切替機構が、前記第１のグループに属する第１の蛍光体（３ｒ）と第２のグループに属する第２の蛍光体（３ｇ）と第３グループに属する第３の蛍光体（３ｂ）とを切り替えることを特徴とする。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項４または５に記載の照明装置であって、前記蛍光体基板が、複数のグループのセグメント領域を有し、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体（３ｒ１,３ｒ２,３ｒ３）がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体（３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３）がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に蛍光体の代わりに拡散板（Ｐ）が配されており、一方、前記固体光源（１ｂ）が、３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の光を発するものとして、前記各セグメント領域に対応して複数設けられ、且つ、前記第１のグループのセグメント領域と第２のグループのセグメント領域に対応するものは、前記第３の波長の光を励起光として前記第１の蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３）および第２の蛍光体（３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３）に照射し、第３のグループのセグメント領域に対応するものは、前記拡散板（Ｐ）を透過して直接第３の波長の光を照射するように構成され、さらに、前記各蛍光体（３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３）からの光および前記拡散板（Ｐ）を透過した光による照明領域を重ね合わせる照明光学系（４〜９）と、前記固体光源を制御して励起光を照射する前記蛍光体基板上の前記グループを切り替える切替機構と、が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項９の発明の表示装置は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置と、画像に応じて前記照明装置からの照明光を変調する表示素子（１３）と、前記表示素子（１３）から射出された画像をスクリーンに投影する投射光学系（１５）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜３の発明の照明装置によれば、励起光を照射する蛍光体を切り替えることで、励起光の照射による蛍光体の劣化を抑えることができるので、照明光の輝度劣化を防止することができると共に、蛍光体の長寿命化を図ることができる。また、それぞれ蛍光体を配した各セグメント領域に対応させて固体光源を配置しているので、カラーホイールをモータで回転させるなどの複雑な機構が必要でなく、構成をシンプルにして、低コスト化を図ることができると共に、モータが不要であるから静音性を保つことができる。また、同じ固体光源を常時点灯状態に保つ必要がないから、固体光源の長寿命化も図ることができる。
【００１６】
また、請求項４〜８の発明の照明装置によれば、所定の使用時間の経過後に、シフト機構によって蛍光体への励起光の照射位置を切り替えることにより、蛍光体をリフレッシュすることができるので、照明光の輝度劣化を抑制できると共に蛍光体の長寿命化を図ることができる。また、蛍光体基板と固体光源を相対移動させるだけなので、カラーホイールをモータで回転させるなどの複雑な機構が必要でなく、構成をシンプルにして低コスト化を図ることができると共に、モータが不要であるから静音性を保つことができる。
【００１７】
従って、請求項９の表示装置によれば、請求項１〜８のいずれかの照明装置を利用するので、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図２】同照明装置を用いた投射型表示装置の概略構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態の照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の照明装置の説明図で、（ａ）は同照明装置の要部の概略構成図、（ｂ）は同照明装置に使用する蛍光体アレイの正面図である。
【図６】前記第３実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４実施形態の照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の照明装置に使用する蛍光体アレイとその支持機構の構成を示す正面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態の照明装置の概略構成図である。
【図１１】同照明装置を用いた投射型表示装置の概略構成図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態の照明装置の概略構成図、図２は同照明装置を用いた投射型表示装置の概略構成図、図３（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００２１】
この照明装置は、図１に示すように、紫外光または近紫外光（例えば、４０５ｎｍレーザ）を発生する半導体レーザよりなる複数の固体光源１ａを基板１ｋ上にアレイ状に配列した光源アレイ１と、各固体光源１ａの発する光をそれぞれ集光する複数のコリメータレンズ２と、透明基板３ｋ上のコリメータレンズ２による集光面に３原色の波長帯域の光を発するＲ蛍光体３ｒ、Ｇ蛍光体３ｇ、Ｂ蛍光体３ｂをアレイ状に配列した蛍光体アレイ３と、各蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの発する光を調整する光学要素であるコリメータレンズ４、マルチレンズアレイ５，６、マルチレンズアレイ６の射出側に配置されて入射光をほぼ直線偏光に変換する偏光変換素子７、偏光変換素子７の射出側に配置されたフィールドレンズ８，９と、から構成されている。
【００２２】
蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの発する光束は、コリメータレンズ４で調整された上で、マルチレンズアレイ５の基板５ｋ上に配列した各レンズセグメント５ａを通過し、マルチレンズアレイ６、フィールドレンズ８，９によって、所定の照明領域に重ね合わせられた上で、照明光として照明対象部に到達するようになっている。ここでは、コリメータレンズ４、マルチレンズアレイ５，６、フィールドレンズ８，９などの光学要素が、各蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂからの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系を構成している。
【００２３】
また、図２に示す投射型液晶装置は、図１に示すように構成された照明装置と、画像に応じて照明装置からの照明光を変調する反射型液晶素子よりなる表示素子１３と、表示素子１３から射出された画像をスクリーンに投影する投射レンズ（投射光学系）１５とを有しており、照明光学系による光束の重ね合わせ位置に表示素子１３が配置されている。
【００２４】
表示素子１３と照明装置の射出側に位置するフィールドレンズ９との間には、プリポラライザ１０と、偏光ビームスプリッタ（ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタ）１１と、位相補償板１２とが配置されている。表示素子１３は、画像信号に応じて空間的に光変調を行い、偏光ビームスプリッタ１１は、変調されて入射光と直交する偏光状態に変わった光成分のみを反射する。偏光ビームスプリッタ１１で反射された光は、アナライザ１４（偏光板）を通過することで不要光成分を除去された上で、投射レンズ１５によってスクリーンに画像として投影表示される。なお、位相補償板１２は、表示素子１３の直前に配置され、位相ずれ補償してコントラストを高める働きをなす。
【００２５】
照明装置の構成要素について、より詳しく述べる。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、蛍光体アレイ３の透明基板３ｋには、図３（ｃ）に示すマルチレンズアレイ５の各レンズセグメント５ａに対応した複数のセグメント領域が仮想的に設定されており、各セグメント領域に、それぞれ固体光源１ａからの励起光の照射を受けて光を発する蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂが配されている。ここでは、横方向（行方向ともいう）をＸ方向、縦方向（列方向ともいう）をＹ方向として説明する。
【００２７】
この場合、複数のグループのセグメント領域が設定されており、Ｙ方向の一番上の第１のグループに属するＸ方向に並ぶ複数（図示例では３つ）のセグメント領域には、励起光の照射を受けることで３原色ＲＧＢ（赤緑青）のうちのＲ光（第１の同一波長の光）を発する第１の蛍光体３ｒがそれぞれ配されている。また、Ｙ方向の上から二番目と三番目の第２のグループに属するＸ方向に並ぶ複数（図示例では３つ）のセグメント領域には、励起光の照射を受けることで３原色ＲＧＢのうちのＧ光（第２の同一波長の光）を発する第２の蛍光体３ｇがそれぞれ配されている。また、Ｙ方向の一番下の第３のグループに属するＸ方向に並ぶ複数（図示例では３つ）のセグメント領域には、励起光の照射を受けることで３原色ＲＧＢのうちのＢ光（第３の同一波長の光）を発する第３の蛍光体３ｂがそれぞれ配されている。
【００２８】
また、図３（ａ）に示すように、光源アレイ１上の固体光源１ａは、蛍光体アレイ３の透明基板３ｋ上に仮想的に設定された複数のセグメント領域に対応して設けられており、各セグメント領域に配された蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂにそれぞれ励起光（近紫外光）を照射することができるようになっている。
【００２９】
また、光源アレイ１を駆動する図示略の制御部には、固体光源１ａを制御して励起光を照射する蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを切り替える切替機構が含まれている。ここでは、切替機構は、まず、図３（ａ）において、上から１行目のX方向(行方向)に並ぶ３個の固体光源（レーザ）１ａを同時に駆動し、（ｂ）の１行目に並ぶ第１のグループに属する３個の蛍光体３ｒを励起してＲ光を発光させる。次に、駆動を切り替えて、図３（ａ）において、上から２行目と３行目のそれぞれX方向(行方向)に並ぶ合計６個の固体光源（レーザ）１ａを同時に駆動し、（ｂ）の２行目、３行目の第２のグループに属する６個の蛍光体３ｇを励起してＧ光を発光させる。次に、駆動を切り替えて、図３（ａ）において、上から４行目のX方向(行方向)に並ぶ３個の固体光源（レーザ）１ａを同時に駆動し、（ｂ）の４行目に並ぶ第３のグループに属する３個の蛍光体３ｂを励起してＢ光を発光させる。
【００３０】
従って、ＲＧＢの蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂが順次発光して、時系列に各色光が表示素子１３に照射されることで、同期して時系列で動作する単板の表示素子１３より射出されるＲＧＢの画像が重ね合わされて、スクリーン上にフルカラー画像として投影される。そして、行方向を同時に光らせることで、複数個の蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂからの光が表示素子１３に照射されるので、明るくかつムラの少ない表示像を投影することができる。
【００３１】
この照明装置によれば、励起光を照射する蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを切り替えることで、励起光の照射による蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの劣化を抑えることができるので、照明光の輝度劣化を防止することができると共に、蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの長寿命化を図ることができる。
【００３２】
また、それぞれ蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを配した各セグメント領域に対応させて固体光源１ａを配置しているので、従来例のようにカラーホイールをモータで回転させるなどの複雑な機構が必要でなく、構成をシンプルにして、低コスト化を図ることができると共に、モータが不要であるから静音性を保つことができる。また、同じ固体光源１ａを常時点灯状態に保つ必要がないから、固体光源１ａの長寿命化も図ることができる。
【００３３】
また、各固体光源１ａの光をそれぞれコリメータレンズ２で集光して各蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂに照射させるので、一つ一つの蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを、集光照射される部分だけに配置すれば済み、蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの使用量を減らすことができて、コスト削減を図ることができる。また、固体光源１ａを複数個使用することによって、一つ一つの固体光源１ａのパワーを小さく抑えることができるようになるため、信頼性の面やコスト面で有利となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、固体光源１ａとして半導体レーザを使用しているが、ＬＥＤを使用してもよい。
【００３５】
［第２実施形態］
図４（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態の照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００３６】
この照明装置では、光源アレイ２１の固体光源１ｂとして、Ｂ光（４５０ｎｍ近傍）を発するブルーレーザを使用している。従って、ＲＧＢのうちＢ光は、蛍光体でなく、そのまま直接表示素子１３に照射するようにしている。従って、蛍光体アレイ２３の透明基板３ｋ上には、ＲＧに対応する蛍光体３ｒ，３ｇのみを配置しており、Ｂ光に対応するセグメント領域には、蛍光体の代わりに拡散板Ｐを配置してある。拡散板Ｐを用いることで、拡散板Ｐから射出された光線の角度分布を蛍光体３ｒ，３ｇからの射出角度分布と合わせることができる。
【００３７】
この場合は、Ｂ光で蛍光体３ｒ，３ｇを励起するので、変換効率が高くさらに明るい画像を表示できる。その他の構成および作用は、第１実施形態と同様である、
［第３実施形態］
図５は第３実施形態の照明装置の説明図で、図５（ａ）は同照明装置の要部の概略構成図、図５（ｂ）は同照明装置に使用する蛍光体アレイの正面図である。また、図６は同の照明装置の上から見た概略構成図、図７（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００３８】
この照明装置では、各蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂの隣りにＸ方向に並べて予備の蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂを配置している。即ち、第１実施形態の蛍光体アレイ（蛍光体基板）３３では、各セグメント領域にそれぞれ、Ｘ方向に並べて３個の蛍光体３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３（３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３）を配置している。
【００３９】
そして、蛍光体アレイ３３をシフト機構３５によってＸ方向に移動させることにより、蛍光体３ｒ，３ｇ，３ｂに対する固体光源１ａによる励起光の照射箇所をＸ方向にシフトすることができるようになっている。つまり、ある程度の使用時間が経過したら、矢印Ｘ１のように蛍光体アレイ３３を移動することにより、固体光源１ａによる励起光の照射箇所に位置する蛍光体３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３を順番に切り替えることができるようになっている。
【００４０】
例えば、初期状態では、蛍光体３ｒ１，３ｇ１，３ｂ１に励起光が照射されてＲ光、Ｇ光、Ｂ光を発するようにセットする。この状態で、長時間蛍光体３ｒ１，３ｇ１，３ｂ１に励起光を照射し続けると、蛍光体３ｒ１，３ｇ１，３ｂ１が徐々に劣化し輝度が低下する。そこで、輝度が低下した段階で、シフト機構３５によって蛍光体アレイ３３を矢印Ｘ１のようにシフトし、励起光が当たる蛍光体を切り替える。そうすることにより、フレッシュな蛍光体３ｒ２，３ｇ２，３ｂ２を励起させることができるので、輝度が初期状態に戻り、明るい照明を行うことができる。その後は、必要に応じて、次の蛍光体３ｒ３，３ｇ３，３ｂ３に切り替えればよい。
【００４１】
このように予備の蛍光体を透明基板３ｋ上に配列し、シフトすることで、長期に渡って明るい照明装置を提供することができる。また、蛍光体アレイ３３を移動させるだけなので、カラーホイールをモータで回転させるなどの複雑な機構が必要でなく、構成をシンプルにして低コスト化を図ることができると共に、モータが不要であるから静音性を保つことができる。その他の構成および作用は第１実施形態と同様である。
【００４２】
なお、図示例では、予備の蛍光体を離して配置した場合を示したが、予備の蛍光体をつなげて配置してもよい。その場合は、励起光を照射する蛍光体の切り替えでなく、照射位置の切り替えになる。
【００４３】
［第４実施形態］
図８（ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態の照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００４４】
この照明装置は、第２実施形態と第３実施形態の特徴点を組み合わせたものであり、光源アレイ２１の固体光源１ｂとして、Ｂ光（４５０ｎｍ近傍）を発するブルーレーザを使用している。また、蛍光体アレイ４３の透明基板３ｋ上には、予備の蛍光体を含めて、ＲＧに対応する蛍光体３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３のみを配置しており、Ｂ光に対応するセグメント領域には蛍光体の代わりに拡散板Ｐを配置してある。
【００４５】
この照明装置によれば、第２実施形態と第３実施形態の作用効果を得ることができる。
【００４６】
［第５実施形態］
図９は第５実施形態の照明装置に使用する蛍光体アレイとその支持機構の構成を示す正面図である。
【００４７】
この第４実施形態の照明装置では、第３実施形態において使用した蛍光体アレイ３３が交換可能になっており、一定期間経過後に輝度劣化が発生した場合に、蛍光体アレイ３３を引き抜いて外し、新品の蛍光体アレイ３３を付け替えることができるようになっている。そのため、蛍光体アレイ３３の配置箇所には、蛍光体アレイ３３を着脱できる枠状のホルダ３８が設けられており、蛍光体ホルダ３８に対して蛍光体アレイ３３をＸ１方向に差し込んだり、Ｘ２方向に引き抜いたりできるようになっている。
【００４８】
従って、最も寿命の短い蛍光体部分のみをサービスやユーザー自身が簡易に交換できるので、総合的な製品寿命が長く、低コストの照明装置または表示装置を実現できる。
【００４９】
［第６実施形態］
図１０は第６実施形態の照明装置の概略構成図、図１１は同照明装置を用いた投射型表示装置の概略構成図、図１２（ａ）〜（ｃ）は、同照明装置に使用する光源アレイ、蛍光体アレイ、マルチレンズアレイの構成をそれぞれ示す正面図である。
【００５０】
上述した第３〜第５実施形態では、予備の蛍光体をＸ方向に並べた場合を示したが、本第６実施形態の照明装置では、蛍光体アレイ５３において、予備の蛍光体をＹ方向に並べて配置している。即ち、各セグメント領域において、蛍光体３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３を縦に配置している。そして、シフト機構３５による蛍光体アレイ５３のシフト方向をＹ方向に設定している。
【００５１】
この実施形態の照明装置においても、前記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
なお、上記第１〜第６の実施形態において、表示素子は単板の表示素子を想定し、３原色に対応した蛍光体を順次発光させ、順次発光に同期して表示素子を面順次で動作させているが、これに限られることはない。たとえば、３原色用に表示素子を３枚使用したいわゆる３板式表示装置に適用することもできる。この場合の照明装置の動作としては、例えば、３原色に対応する蛍光体の組を複数設定し、それらの組の間で発光を切り替えることにより合成される光が白色光となるようにすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２１ 光源アレイ
１ａ，１ｂ 固体光源
３，２３，３３，４３，５３ 蛍光体アレイ（蛍光体基板）
３ｒ，３ｒ１，３ｒ２，３ｒ３ 第１の蛍光体
３ｇ，３ｇ１，３ｇ２，３ｇ３ 第２の蛍光体
３ｂ，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３ 第３のＢ蛍光体
４ コリメータレンズ（照明光学系）
５ マルチレンズアレイ（照明光学系）
６ マルチレンズアレイ（照明光学系）
７ 偏光変換素子（照明光学系）
８ フィールドレンズ（照明光学系）
９ フィールドレンズ（照明光学系）
１３ 表示素子
１５ 投射レンズ（投射光学系）
３５ シフト機構
Ｐ 拡散板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセグメント領域を有し、各セグメント領域にそれぞれ励起光の照射を受けて同一波長の光を発する蛍光体が配された蛍光体基板と、
前記複数のセグメント領域に対応して設けられ、各セグメント領域に配された前記蛍光体にそれぞれ励起光を照射する複数の固体光源と、
前記各蛍光体からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系と、
前記固体光源を制御して励起光を照射する蛍光体を切り替える切替機構と、
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、
複数のグループの前記セグメント領域が設けられ、
第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体がそれぞれ配され、
第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体がそれぞれ配され、
第３のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の同一波長の光を発する第３の蛍光体がそれぞれ配され、
前記切替機構が、前記第１のグループに属する第１の蛍光体と第２のグループに属する第２の蛍光体と第３グループに属する第３の蛍光体とを切り替えることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
複数のグループのセグメント領域を有し、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に蛍光体の代わりに拡散板が配された蛍光体基板と、
前記各セグメント領域に対応して設けられ、３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の光を発し、前記第１のグループのセグメント領域と第２のグループのセグメント領域に対応するものは、前記第３の波長の光を励起光として前記第１の蛍光体および第２の蛍光体に照射し、第３のグループのセグメント領域に対応するものは、前記拡散板を通過して直接第３の波長の光を照射するように構成された複数の固体光源と、
前記各蛍光体からの光および前記拡散板を透過した光による照明領域を重ね合わせる照明光学系と、
前記固体光源を制御して励起光を照射する前記蛍光体基板上のグループを切り替える切替機構と、
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項４】
励起光を発する固体光源と、
前記固体光源からの励起光の照射を受けて発光する蛍光体が配された蛍光体基板と、
前記固体光源と蛍光体基板を相対移動させることで、前記蛍光体に対する前記固体光源による励起光の照射箇所をシフトするシフト機構と、
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置であって、
前記蛍光体基板が交換可能に設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の照明装置であって、
前記蛍光体基板が、複数のグループのセグメント領域を有し、
第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体がそれぞれ配され、
第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体がそれぞれ配され、
第３のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の同一波長の光を発する第３の蛍光体がそれぞれ配され、
前記固体光源が、前記各セグメント領域に配された前記蛍光体にそれぞれ励起光を照射するように、前記複数のセグメント領域に対応して複数設けられ、
さらに、前記各蛍光体からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系と、前記固体光源を制御して励起光を照射する蛍光体を切り替える切替機構と、が設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置であって、
前記切替機構が、前記第１のグループに属する第１の蛍光体と第２のグループに属する第２の蛍光体と第３グループに属する第３の蛍光体とを切り替えることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項４または５に記載の照明装置であって、
前記蛍光体基板が、複数のグループのセグメント領域を有し、
第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体がそれぞれ配され、
第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体がそれぞれ配され、
第３のグループに属する複数のセグメント領域に蛍光体の代わりに拡散板が配されており、
一方、前記固体光源が、３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の光を発するものとして、前記各セグメント領域に対応して複数設けられ、且つ、前記第１のグループのセグメント領域と第２のグループのセグメント領域に対応するものは、前記第３の波長の光を励起光として前記第１の蛍光体および第２の蛍光体に照射し、第３のグループのセグメント領域に対応するものは、前記拡散板を透過して直接第３の波長の光を照射するように構成され、さらに、前記各蛍光体からの光および前記拡散板を透過した光による照明領域を重ね合わせる照明光学系と、前記固体光源を制御して励起光を照射する前記蛍光体基板上の前記グループを切り替える切替機構と、が設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置と、画像に応じて前記照明装置からの照明光を変調する表示素子と、前記表示素子から射出された画像をスクリーンに投影する投射光学系とを有することを特徴とする表示装置。
【請求項１】
複数のセグメント領域を有し、各セグメント領域にそれぞれ励起光の照射を受けて同一波長の光を発する蛍光体が配された蛍光体基板と、
前記複数のセグメント領域に対応して設けられ、各セグメント領域に配された前記蛍光体にそれぞれ励起光を照射する複数の固体光源と、
前記各蛍光体からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系と、
前記固体光源を制御して励起光を照射する蛍光体を切り替える切替機構と、
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、
複数のグループの前記セグメント領域が設けられ、
第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体がそれぞれ配され、
第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体がそれぞれ配され、
第３のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の同一波長の光を発する第３の蛍光体がそれぞれ配され、
前記切替機構が、前記第１のグループに属する第１の蛍光体と第２のグループに属する第２の蛍光体と第３グループに属する第３の蛍光体とを切り替えることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
複数のグループのセグメント領域を有し、第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体がそれぞれ配され、第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体がそれぞれ配され、第３のグループに属する複数のセグメント領域に蛍光体の代わりに拡散板が配された蛍光体基板と、
前記各セグメント領域に対応して設けられ、３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の光を発し、前記第１のグループのセグメント領域と第２のグループのセグメント領域に対応するものは、前記第３の波長の光を励起光として前記第１の蛍光体および第２の蛍光体に照射し、第３のグループのセグメント領域に対応するものは、前記拡散板を通過して直接第３の波長の光を照射するように構成された複数の固体光源と、
前記各蛍光体からの光および前記拡散板を透過した光による照明領域を重ね合わせる照明光学系と、
前記固体光源を制御して励起光を照射する前記蛍光体基板上のグループを切り替える切替機構と、
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項４】
励起光を発する固体光源と、
前記固体光源からの励起光の照射を受けて発光する蛍光体が配された蛍光体基板と、
前記固体光源と蛍光体基板を相対移動させることで、前記蛍光体に対する前記固体光源による励起光の照射箇所をシフトするシフト機構と、
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置であって、
前記蛍光体基板が交換可能に設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の照明装置であって、
前記蛍光体基板が、複数のグループのセグメント領域を有し、
第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体がそれぞれ配され、
第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体がそれぞれ配され、
第３のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の同一波長の光を発する第３の蛍光体がそれぞれ配され、
前記固体光源が、前記各セグメント領域に配された前記蛍光体にそれぞれ励起光を照射するように、前記複数のセグメント領域に対応して複数設けられ、
さらに、前記各蛍光体からの光による照明領域を重ね合わせる照明光学系と、前記固体光源を制御して励起光を照射する蛍光体を切り替える切替機構と、が設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置であって、
前記切替機構が、前記第１のグループに属する第１の蛍光体と第２のグループに属する第２の蛍光体と第３グループに属する第３の蛍光体とを切り替えることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項４または５に記載の照明装置であって、
前記蛍光体基板が、複数のグループのセグメント領域を有し、
第１のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの第１の同一波長の光を発する第１の蛍光体がそれぞれ配され、
第２のグループに属する複数のセグメント領域に、励起光の照射を受けることで３原色のうちの前記第１の波長と異なる第２の同一波長の光を発する第２の蛍光体がそれぞれ配され、
第３のグループに属する複数のセグメント領域に蛍光体の代わりに拡散板が配されており、
一方、前記固体光源が、３原色のうちの前記第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の光を発するものとして、前記各セグメント領域に対応して複数設けられ、且つ、前記第１のグループのセグメント領域と第２のグループのセグメント領域に対応するものは、前記第３の波長の光を励起光として前記第１の蛍光体および第２の蛍光体に照射し、第３のグループのセグメント領域に対応するものは、前記拡散板を透過して直接第３の波長の光を照射するように構成され、さらに、前記各蛍光体からの光および前記拡散板を透過した光による照明領域を重ね合わせる照明光学系と、前記固体光源を制御して励起光を照射する前記蛍光体基板上の前記グループを切り替える切替機構と、が設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置と、画像に応じて前記照明装置からの照明光を変調する表示素子と、前記表示素子から射出された画像をスクリーンに投影する投射光学系とを有することを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１７８３１９（Ｐ２０１２−１７８３１９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１８７６（Ｐ２０１１−４１８７６）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
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