WO2012035636A1 - 照明光学系とこれを用いたプロジェクタ - Google Patents

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裕之 斉藤
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Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • H04N9/3161—Modulator illumination systems using laser light sources

Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical system including a phosphor that emits fluorescence by excitation light from a light source, and a projector including the illumination optical system.
  • LED Liquid Crystal Display
  • DLP Digital Light Processing
  • Patent Document 1 JP 2010-86815 discloses an illumination optical system that obtains illumination light from a phosphor by irradiating the phosphor with excitation light emitted from a laser light source.
  • the irradiation spot of the excitation light is periodically moved on the phosphor by rotating or vibrating the substrate on which the phosphor is provided. Thereby, it is said that the fall of the luminous efficiency by the temperature rise is suppressed.
  • Patent Document 1 during the operation of the illumination optical system, the base material provided with the phosphor always rotates or vibrates, and the drive mechanism (motor) that drives the base material always operates. Therefore, the life of the drive mechanism is short, and the life of the illumination optical system may be determined by the life of the drive mechanism. In addition, since the drive mechanism is always operating, an increase in noise or abnormal noise may occur due to wear of parts constituting the drive mechanism, for example, a bearing portion.
  • the illumination optical system suppresses a reduction in life, noise, and the like due to a drive mechanism provided in the illumination optical system.
  • the illumination optical system includes a light source that generates excitation light, fluorescence that is generated by irradiation of excitation light, a phosphor that is provided over a wider area than an irradiation spot of excitation light, a plate on which the phosphor is provided, and an excitation And a drive mechanism for moving the plate so that the light irradiation spot moves intermittently on the phosphor.
  • the drive mechanism since the drive mechanism operates intermittently at a predetermined timing, a reduction in the life of the drive mechanism is suppressed. Further, it is possible to suppress an increase in noise due to wear of the drive mechanism and the generation of abnormal noise.
  • FIG. 2 is a plan view of the phosphor unit when viewed from the left side in FIG. 1 in the right direction. It is a schematic diagram which shows the change of the relative position of the irradiation spot of excitation light, and fluorescent substance. It is a schematic diagram which shows the fluorescent substance unit with which the illumination optical system which concerns on 2nd Embodiment was equipped. A chromaticity diagram representing chromaticity coordinates (x, y) as variables is shown. It is a schematic diagram which shows the fluorescent substance unit with which the illumination optical system which concerns on 3rd Embodiment was equipped. FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a change in relative position between an irradiation spot and a phosphor in the illumination optical system of FIG. 6. It is a schematic diagram which shows the fluorescent substance unit with which the illumination optical system which concerns on 4th Embodiment was equipped.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a change in relative position between an irradiation spot and a phosphor in the illumination optical system of FIG. 8. It is a schematic diagram which shows the example of a structure of the LCD projector provided with the illumination optical system. It is a schematic diagram which shows the fluorescent substance unit with which the illumination optical system which concerns on 5th Embodiment was equipped. In the illumination optical system of FIG.
  • FIG. 11 it is a schematic diagram which shows the change of the relative position of an irradiation spot and fluorescent substance. It is a schematic diagram which shows the example of a structure of the DLP projector provided with the illumination optical system. It is the schematic which shows the structure of DMD. It is a schematic diagram which shows the operation
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an illumination optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • the illumination optical system includes a laser light source 30, a phosphor unit 10, and a drive mechanism 20.
  • a laser diode (LD) is used as the laser light source 30 and generates laser light (excitation light) 32 for excitation.
  • the phosphor unit 10 has a phosphor 12 and a plate 14 provided with the phosphor 12.
  • the phosphor 12 generates fluorescence 18 having a wavelength longer than that of the excitation light 32 when irradiated with the excitation light 32.
  • the phosphor unit 10 may be provided with a transparent sealing resin that seals the phosphor 12.
  • the drive mechanism 20 moves the plate 14 provided with the phosphor 12.
  • the fluorescent substance unit 10 is equipped with the heat sink 16 for cooling the fluorescent substance 12.
  • the excitation light 32 that excites the phosphor 12 may be light having a wavelength shorter than that of the fluorescence 18 and is not limited to coherent light such as laser light. In this case, various light sources can be used instead of the laser light source 30.
  • the light source of the excitation light 32 that excites the phosphor 12 is a laser
  • the irradiation spot of the excitation light can be made a very small area, and the radiation area of the phosphor 12 is reduced.
  • a highly efficient illumination optical system with a small etendue can be configured.
  • the illumination optical system preferably includes a condensing optical system 36 and a dichroic mirror 38.
  • the condensing optical system 36 may be composed of one condensing lens or may be composed of a plurality of lens groups.
  • the dichroic mirror 38 transmits the excitation light 32 and reflects the fluorescence 18 from the phosphor 12.
  • laser light 32 from a laser light source 30 passes through a dichroic mirror 38 and enters the phosphor 12 through a condensing optical system 36.
  • the fluorescence 18 generated by the phosphor 12 reenters the condensing optical system 36 and is reflected by the dichroic mirror 38.
  • the dichroic mirror 38 separates the path of the excitation light 32 from the laser light source 30 and the path of the fluorescence 18 from the phosphor 12.
  • the dichroic mirror 38 may transmit the fluorescence 18 from the phosphor 12 and reflect the excitation light 32.
  • the arrangement of the laser light source 30 is appropriately set. Further, if the path of the excitation light 32 and the path of the fluorescence 18 can be separated by irradiating the laser beam 32 obliquely toward the phosphor 12, the dichroic mirror 38 may be omitted.
  • FIG. 2 is a plan view of the phosphor unit 10 as viewed from the left side to the right side in FIG.
  • the plate 14 is provided with the phosphor 12 over a wider area than the excitation light irradiation spot 34.
  • the phosphor 12 is preferably provided two-dimensionally wider than the excitation light irradiation spot 34.
  • the drive mechanism 20 intermittently interrupts the plate 14 so that the excitation light irradiation spot 34 moves on the phosphor 12 when a predetermined time has elapsed since the excitation light started to irradiate a predetermined position of the phosphor 12.
  • FIG. 3 shows an example of how the irradiation spot 34 moves on the phosphor 12.
  • the drive mechanism 20 does not always operate but operates intermittently, so that the life of the drive mechanism 20 is prevented from being reduced.
  • the increase in noise and the generation of abnormal noise due to wear of the parts constituting the drive mechanism 20 can also be suppressed.
  • since sound is generated from the drive mechanism 20 only during driving there is an effect that the frequency of sound generation from the drive mechanism 20 is suppressed.
  • the drive mechanism 20 includes a first motor 22 that moves the plate 14 along a first axis A1 in a plane in which the phosphor 12 is provided, and a second axis A2 that is orthogonal to the first axis A1. And a second motor 23 for moving the plate 14 along (see also FIG. 1).
  • the plate 14 is configured to be movable two-dimensionally along the surface on which the phosphor 12 is provided. Since the irradiation spot 34 moves two-dimensionally on the phosphor 12, the lifetime of the illumination optical system can be prevented from decreasing compared to a case where the irradiation spot 34 moves one-dimensionally.
  • the drive mechanism 20 is preferably provided with a conversion mechanism (not shown) or a reduction gear (not shown) that converts the rotation of the first motor 22 and the second motor 23 into a linear movement of the plate 14. These conversion mechanism and reduction gear are accommodated in the gear box 24.
  • the life of the illumination optical system is improved by moving the plate 14 at a predetermined timing to change the position of the excitation light irradiation spot 34 with respect to the phosphor 12.
  • the area (PW1 ⁇ PW2) of the region where the phosphor 12 is provided is 20 times the irradiation spot diameter (approximately SW1 ⁇ SW2) of the excitation light
  • the lifetime of the illumination optical system is approximately the lifetime of the phosphor. 20 times.
  • the lifetime of the illumination optical system can be up to 40000 hours.
  • the drive mechanism 20 may be driven at regular intervals based on the lifetime of the phosphor 12. For example, the drive mechanism 20 may be driven once when the illumination optical system starts to be used, and then driven every certain time (basic time). This basic time is preferably set based on the lifetime of the phosphor 12 when the same position on the phosphor 12 is continuously irradiated with excitation light, for example. This basic time is appropriately set by an experiment conducted in advance.
  • the timing for driving the drive mechanism 20 may be set based on not only the lifetime of the phosphor 12 but also the temperature of the phosphor 12 and the sealing resin. For example, when the temperature of the phosphor 12 or the sealing resin exceeds a predetermined value experimentally determined in advance, the drive mechanism 20 may be driven at a timing obtained by subtracting the predetermined value from the basic time. .
  • the phosphor unit 10 preferably includes a temperature sensor 25 that measures the temperature of the phosphor 12 or the sealing resin.
  • the timing for driving the drive mechanism 20 may take into account the power density of the excitation light. Specifically, when the temperature T is higher than a predetermined value and the power P of the excitation light is higher than a predetermined value with respect to the basic time H, the drive timing of the drive mechanism 20 is “H- ⁇ T- ⁇ P”. It is also good.
  • ⁇ and ⁇ are positive real parameters determined in advance by experiments.
  • the plate 14 is moved once every 100 hours, and when the temperature rises to 100 ° C., the plate 14 is moved once every 2 hours. .
  • the timing for driving the driving mechanism 20 is appropriately set based on the lifetime of the phosphor 12, the temperature of the phosphor, the power of the excitation light, and the like in consideration of the use of the illumination optical system. Since the plate 14 provided with the phosphor does not always move but moves only at a predetermined timing, the life of the drive mechanism 20 can be extended.
  • FIG. 4 shows a phosphor unit provided in the illumination optical system of the second embodiment.
  • two types of phosphors 12 a and 12 b are provided on the plate 14.
  • the first phosphor 12a and the second phosphor 12b emit fluorescence having a longer wavelength than the excitation light from the laser light source.
  • the wavelength of the fluorescence emitted from the first phosphor 12a is different from the wavelength of the fluorescence emitted from the second phosphor 12b.
  • the first and second phosphors 12a and 12b are provided over a region wider than the excitation light irradiation spot 34, respectively.
  • the driving mechanism 20 moves the plate 14 at a predetermined timing so that the irradiation spot 34 of the excitation light moves on the phosphors 12a and 12b. Further, the driving mechanism 20 can move the plate 14 so that the irradiation spot 34 of the excitation light moves from the first phosphor 12a to the second phosphor 12b.
  • the plate 14 moves in the vertical direction, so that the excitation light irradiation spot 34 moves between the first phosphor 12a and the second phosphor 12b. Thereby, the wavelength (color) of the light emitted from the illumination optical system can be switched.
  • the first phosphor 12a emits green fluorescence corresponding to the sRGB chromaticity range
  • the second phosphor 12b generates green fluorescence corresponding to the NTSC chromaticity range.
  • FIG. 5 shows a chromaticity diagram representing chromaticity coordinates (x, y) as variables.
  • the dotted triangles in the chromaticity diagram indicate the sRGB chromaticity region 44, and the solid triangles indicate the NTSC chromaticity region 40.
  • the green light corresponding to the sRGB chromaticity region 44 is, for example, reference numeral 46 in FIG. 5, and the green light corresponding to the NTSC chromaticity region 40 is, for example, reference numeral 42 in FIG.
  • red or blue light is synthesized with arbitrary intensity on the green light 42.
  • the colors in the sRGB chromaticity region 44 can be reproduced by combining red or blue light with NTSC green light 42.
  • the light quantity of red or blue light must always be kept large. If the illumination optical system shown in FIG. 4 is used, the sRGB green light 46 can be emitted directly by switching the fluorescence wavelength. Thereby, the light quantity of red or blue light can be suppressed. Therefore, by applying the illumination optical system described above to an apparatus such as a projector that combines light of each color to form a color image, light loss is reduced and power consumption is suppressed.
  • data for video to be displayed may be analyzed, and the irradiation spot may be automatically positioned on another phosphor according to color information to be displayed.
  • FIG. 6 shows a phosphor unit provided in the illumination optical system of the third embodiment.
  • the illumination optical system according to the third embodiment includes a plurality of laser light sources for irradiating excitation light.
  • the laser light sources are arranged in 4 columns and 5 rows. There are as many irradiation spots 34 on the phosphor 12 as there are laser light sources.
  • the laser light irradiation spot 34 is further reduced by a lens, an optical fiber, or the like, the energy of light at the irradiation spot 34 becomes very large, and the temperature of the phosphor 12 rapidly increases. This may cause a problem that the phosphor deteriorates in a short time.
  • the amount of light emitted from the phosphor 12 can be increased while maintaining the diameter of the irradiation spot 34 to a certain extent.
  • the drive mechanism 20 intermittently shifts the relative positions of the plate 14 and the irradiation spot 12 so that the irradiation spot 34 of the excitation light moves on the phosphor 12 at a predetermined timing. Change (see FIG. 7).
  • the moving range of the plate 14 or the irradiation spot 34 is a range that does not overlap with an adjacent irradiation spot, that is, a range of an area (M1 ⁇ M2) obtained by dividing the entire phosphor region by the number of laser light sources.
  • the irradiation spots 34 of the excitation light are circular with a diameter of 1 mm, and the interval between the irradiation spots 34 is 10 mm.
  • the plate or the irradiation spot may be moved within a range of 10 mm ⁇ 10 mm with respect to one irradiation spot. Since this area is approximately 100 times the area of the irradiation spot, the lifetime of the illumination optical system is approximately 100 times the lifetime of the phosphor 12 when the irradiation spot 34 is not moved.
  • FIG. 8 shows a phosphor unit provided in the illumination optical system of the fourth embodiment.
  • the illumination optical system of the fourth embodiment includes a plurality of laser light sources for irradiating excitation light, as in the third embodiment.
  • two types of phosphors 12a and 12b are provided on the plate.
  • the first phosphor 12a and the second phosphor 12b are arranged in a stripe shape.
  • the drive mechanism intermittently changes the relative position of the plate 14 and the irradiation spot 34 so that the irradiation spot 34 of the excitation light moves on the phosphors 12a and 12b at a predetermined timing (see FIG. 9).
  • the movement range of the plate or the irradiation spot is a range that does not overlap with the adjacent irradiation spot, that is, a range of the area (M1 ⁇ M2) obtained by dividing the entire phosphor region by the number of laser light sources. Within this range (M1 ⁇ M2), there are two types of phosphors 12a and 12b.
  • the excitation spot 34 of the excitation light is switched between the first phosphor 12a and the second phosphor 12b. Thereby, the effect similar to the illumination optical system of 2nd Embodiment can be acquired.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the LCD projector.
  • the illumination optical systems 10, 30, and 38 shown in FIG. 6 or FIG. 8 are used as light sources that emit green light.
  • the projector further includes an LED light source 100 that emits red light and an LED light source 102 that emits blue light.
  • Excitation light from the laser light source 30 of the illumination optical system is converted into parallel light by the collimating lens 104 and reflected by the dichroic mirror 38.
  • the dichroic mirror 38 reflects excitation light and transmits green fluorescence.
  • the light reflected by the dichroic mirror 38 is condensed on the phosphor unit 10 by the collimating lens 106.
  • the phosphor emits green light when irradiated with excitation light.
  • the green light is made almost parallel light by the collimating lens 106 and passes through the dichroic mirror 38.
  • the green light transmitted through the dichroic mirror 38 is condensed near the reflection mirror 110 by the condenser lens 108 and reflected by the reflection mirror 110. Then, the green light spreading again is made substantially parallel light by the condenser lens 112 and is incident on the lens array 114.
  • the green light incident on the lens array 114 is aligned in the polarization direction by the PS converter 116. Thereafter, the green light passes through the condenser lens 118 and the polarizing plate 120 and enters the green light LCD 122.
  • the red light emitted from the LED light source 100 passes through the condenser lens 124 and enters the lens array 126.
  • the red light incident on the lens array 126 is aligned in polarization direction by the PS converter 128. Thereafter, the red light passes through the condenser lens 130, is reflected by the reflection mirror 132, passes through the condenser lens 134 and the polarizing plate 136, and then enters the red LCD 138.
  • Blue light emitted from the LED light source 102 passes through the condenser lens 140 and enters the lens array 142.
  • the polarization direction of the red light incident on the lens array 142 is aligned by the PS converter 144. Thereafter, the blue light passes through the condenser lens 146, is reflected by the reflection mirror 148, passes through the condenser lens 150 and the polarizing plate 152, and then enters the blue LCD 154.
  • Each light transmitted through the green LCD 122, the red LCD 138, and the blue LCD 154 is incident on the cross dichroic prism 158 via different polarizing plates 162, 164, 166. These lights are combined by the cross dichroic prism 158 and projected in the same direction, and imaged on the screen by the projection lens 160. In this way, a color image can be displayed on the screen.
  • the illumination optical system of the above embodiment is used for green light, but the illumination optical system of the above embodiment may be used for blue light or red light. good. Further, at least one illumination optical system of the above embodiment may be used in correspondence with at least one of green light, blue light, and red light.
  • a projector capable of switching between the sRGB method and the NTSC method with low light loss and low power consumption is provided. it can.
  • FIG. 11 shows a phosphor unit provided in the illumination optical system of the fifth embodiment.
  • the illumination optical system of the fifth embodiment includes a plurality of laser light sources for irradiating excitation light.
  • the plate 14 is provided with three types of phosphors 12a, 12b, and 12c.
  • the first phosphor 12a emits sBGR green light
  • the second phosphor 12b emits NTSC green light
  • the third phosphor 12c is a phosphor that emits red light.
  • the wavelength of the laser beam for excitation is shorter than the wavelength of the light emitted from these phosphors 12a, 12b, 12c.
  • the laser light sources are arranged in 4 columns and 5 rows. 10 of the 20 laser light sources are irradiated to the phosphor 12c that emits red light, and the other 10 are irradiated to the phosphors 12a and 12b that emit green light.
  • the drive mechanism 20 intermittently changes the relative position of the plate 14 and the irradiation spot 34 so that the irradiation spot 34 of the excitation light moves on the phosphors 12a, 12b, and 12c at a predetermined timing (see FIG. 12). ).
  • the movement range of the plate 14 or the irradiation spot 34 is a range that does not overlap with the adjacent irradiation spot 34, that is, a range of an area (M1 ⁇ M2) obtained by dividing the entire phosphor region by the number of laser light sources.
  • the total of the area (M1 ⁇ M2) of the phosphor provided with the first phosphor 12a and the area (M1 ⁇ M2) provided with the second phosphor 12b is provided with the third phosphor 12c.
  • the area is the same as the area (M1 ⁇ M2).
  • the illumination optical system can emit either one of the green light and the red light at the same time, or can emit the light in a time division manner.
  • the excitation light irradiation spot 34 moves between the first phosphor 12a and the second phosphor 12b.
  • the sRGB system and the NTSC system can be switched.
  • the third phosphor 12c is in a state of being irradiated with excitation light, and red light continues to be emitted.
  • the illumination optical system having three types of phosphors has been described, but there may be four or more types of phosphors.
  • the wavelength of the fluorescence emitted by each phosphor can be appropriately set according to the use of the illumination optical system.
  • the illumination optical system may include a phosphor that emits green light, a phosphor that emits red light, and a phosphor that emits blue light.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of a DLP projector.
  • the DLP projector includes a digital mirror device (DMD) 200, and displays a color image by projecting red light, green light, and blue light in a time-sharing manner.
  • illumination optical systems 10, 30, and 38 shown in FIG. 11 are used corresponding to green light and red light.
  • An LED light source 202 is used as a light source for blue light.
  • Excitation light from the excitation laser light source 30 is collimated by the collimator lens 204 and reflected by the dichroic mirror 38.
  • the dichroic mirror 38 reflects the excitation light and transmits red light and green light, that is, fluorescence from the phosphor unit 10.
  • the excitation light reflected by the dichroic mirror 38 is condensed on the phosphor by the collimator lens 206.
  • the phosphor unit 10 includes one type of phosphor 12c that emits red light and two types of phosphors 12a and 12b that emit green light. Some of the plurality of excitation light irradiation spots 34 are positioned on the red light phosphor 12c, and the other irradiation spots 34 are positioned on one of the green light phosphors 12b or 12c.
  • red light and green light are emitted.
  • the emitted fluorescence is converted into substantially parallel light by the collimator lens 206 and passes through the dichroic mirror 38.
  • the light that has passed through the dichroic mirror 38 passes through the condenser lens 208, is reflected by another dichroic mirror 210, passes through the condenser lens 212, and is collected near the incident end of the light tunnel 214.
  • the dichroic mirror 210 transmits blue light and reflects red light and green light.
  • Blue light emitted from the LED light source 202 passes through the condenser lens 216 and the dichroic mirror 210, and further passes through the condenser lens 212 to be condensed near the incident end of the light tunnel 214.
  • each color incident on the light tunnel 214 is multiple-reflected in the light tunnel 214 and emitted from the light tunnel 214, then passes through the condenser lens 218 and enters the TIR prism 220.
  • the light incident on the TIR prism 220 is reflected by the air gap surface 222 in the prism, changes its traveling direction, and is emitted toward the DMD 200.
  • the DMD 200 includes micromirrors (micromirrors) 250 arranged in a matrix corresponding to each pixel. For simplification, only a part of the micromirrors 250 is shown in the figure.
  • Each micromirror 250 is configured to be rotatable around a rotation shaft 252. In this example, the micromirror 250 rotates ⁇ 12 degrees.
  • FIG. 15 shows how the micromirror 250 operates.
  • Incident light 260 incident on the micromirror 250 inclined by +12 degrees is reflected in the direction in which the projection lens 224 is disposed (see FIG. 15A).
  • the light incident on the projection lens 224 is projected to the outside of the projector.
  • Incident light 260 incident on the micromirror 250 tilted by ⁇ 12 degrees is reflected in a direction in which the projection lens 224 is not disposed (see FIG. 15B).
  • the micromirror 250 selects whether to project light corresponding to each pixel to the outside of the projector.
  • the projector can project a color image.

Abstract

照明光学系に設けられた駆動機構に起因する寿命の低下や騒音等を抑制する。照明光学系は、励起光を発生する光源（３０）と、励起光の照射により蛍光を発生し、励起光の照射スポットよりも広い領域にわたって設けられた蛍光体（１２）と、蛍光体が設けられたプレート（１４）と、励起光の照射スポットが蛍光体上を断続的に移動するように、プレートを移動させる駆動機構（２０）と、を備えている。

Description

照明光学系とこれを用いたプロジェクタ
　本発明は、光源からの励起光により蛍光を発する蛍光体を備えた照明光学系と、該照明光学系を備えたプロジェクタに関する。
　ＬＥＤ（Liquid　Crystal　Display）プロジェクタやＤＬＰ（Digital　Light　Processing）プロジェクタなどのプロジェクタなどに用いられる照明光学系として、現在さまざまな提案がされている。
　特開２０１０－８６８１５（以下、特許文献１）には、レーザ光源から射出された励起光を蛍光体に照射して蛍光体から照明光を得る照明光学系が開示されている。特許文献１に開示される照明光学系では、蛍光体が設けられた基材を回転または振動させることにより、励起光の照射スポットは蛍光体上を周期的に移動させられる。これにより、温度上昇による発光効率の低下が抑制されるとされる。
特開２０１０－８６８１５号公報
　特許文献１では、照明光学系の動作中、蛍光体が設けられた基材は常に回転または振動し、基材を駆動する駆動機構（モータ）は常に動作し続けている。そのため、駆動機構の寿命が短く、駆動機構の寿命によって照明光学系の寿命が決まることがある。また、駆動機構が常に動作しているため、駆動機構を構成する部品、例えば軸受け部の磨耗による騒音の増大や異音の発生が生じることもある。
　したがって、照明光学系に設けられた駆動機構に起因する寿命の低下や騒音等を抑制することが望まれる。
　本発明の一態様における照明光学系は、照明光学系に設けられた駆動機構に起因する寿命の低下や騒音等を抑制する。照明光学系は、励起光を発生する光源と、励起光の照射により蛍光を発生し、励起光の照射スポットよりも広い領域にわたって設けられた蛍光体と、蛍光体が設けられたプレートと、励起光の照射スポットが蛍光体上を断続的に移動するように、プレートを移動させる駆動機構と、を備えている。
　本発明によれば、駆動機構は、所定のタイミングで断続的に動作するため、駆動機構の寿命の低下が抑制される。また、駆動機構の磨耗などによる騒音の増大や異音の発生も抑制できる。
　本発明の上記及び他の目的、特徴、利点は、本発明を例示した添付の図面を参照する以下の説明から明らかとなろう。
本発明の第１の実施形態に係る照明光学系の構成を示す模式図である。 図１の左側から右方向に見たときの蛍光体ユニットの平面図である。 励起光の照射スポットと蛍光体との相対位置の変化を示す模式図である。 第２の実施形態に係る照明光学系に備えられた蛍光体ユニットを示す模式図である。 色度座標（ｘ、ｙ）を変数として表した色度図を示している。 第３の実施形態に係る照明光学系に備えられた蛍光体ユニットを示す模式図である。 図６の照明光学系において、照射スポットと蛍光体との相対位置の変化を示す模式図である。 第４の実施形態に係る照明光学系に備えられた蛍光体ユニットを示す模式図である。 図８の照明光学系において、照射スポットと蛍光体との相対位置の変化を示す模式図である。 照明光学系を備えたＬＣＤプロジェクタの構成の例を示す模式図である。 第５の実施形態に係る照明光学系に備えられた蛍光体ユニットを示す模式図である。 図１１の照明光学系において、照射スポットと蛍光体との相対位置の変化を示す模式図である。 照明光学系を備えたＤＬＰプロジェクタの構成の例を示す模式図である。 ＤＭＤの構成を示す概略図である。 ＤＭＤを構成するマイクロミラーの動作を示す模式図である。
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態にかかる照明光学系の構成を示す模式図である。照明光学系は、レーザ光源３０と、蛍光体ユニット１０と、駆動機構２０と、を備えている。レーザ光源３０は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が用いられ、励起用のレーザ光（励起光）３２を発生する。
　蛍光体ユニット１０は、蛍光体１２および蛍光体１２が設けられたプレート１４を有している。蛍光体１２は、励起光３２の照射によって、励起光３２よりも長い波長の蛍光１８を発生する。蛍光体ユニット１０には、蛍光体１２を封止する透明な封止樹脂が設けられていても良い。駆動機構２０は、蛍光体１２が設けられたプレート１４を移動させる。また、発熱による蛍光体１２の寿命の低下を抑制するため、蛍光体ユニット１０は蛍光体１２を冷却するための放熱板１６を備えていることが好ましい。
　蛍光体１２を励起する励起光３２は、蛍光１８よりも波長の短い光であれば良く、レーザ光のようなコヒーレント光に限定されない。この場合、レーザ光源３０の代わりに、さまざまな光源を用いることができる。
　蛍光体１２を励起する励起光３２の光源をレーザとすると、励起光の照射スポットを非常に小さい面積にすることが可能となり、蛍光体１２の放射面積が小さくなる。これによりエテンデューが小さく高効率の照明光学系を構成することができる。
　照明光学系は、集光光学系３６やダイクロイックミラー３８を備えていることが好ましい。集光光学系３６は、１つの集光レンズから構成されていても良く、複数のレンズ群から構成されていても良い。
　ダイクロイックミラー３８は、励起光３２を透過し、蛍光体１２からの蛍光１８を反射する。図１において、レーザ光源３０からのレーザ光３２は、ダイクロイックミラー３８を通過し、集光光学系３６を通って蛍光体１２に入射する。蛍光体１２で発生した蛍光１８は集光光学系３６に再入射し、ダイクロイックミラー３８で反射される。ダイクロイックミラー３８は、レーザ光源３０からの励起光３２の進路と、蛍光体１２からの蛍光１８の進路とを分離する。
　図１に示す場合とは別に、ダイクロイックミラー３８は、蛍光体１２からの蛍光１８を透過し、励起光３２を反射するものであっても良い。この場合、レーザ光源３０の配置が適宜設定される。さらに、レーザ光３２を蛍光体１２に向けて斜めに照射するなどにより、励起光３２の進路と蛍光１８の進路とを分離できれば、ダイクロイックミラー３８は無くても良い。
　図２は、蛍光体ユニット１０を図１の左側から右側に向けて見たときの平面図である。プレート１４には、励起光の照射スポット３４よりも広い領域にわたって蛍光体１２が設けられている。蛍光体１２は、図２に示すように、励起光の照射スポット３４よりも二次元的に広く設けられていることが好ましい。
　駆動機構２０は、蛍光体１２の所定の位置に励起光を照射し始めてから所定の時間が経過したときに、励起光の照射スポット３４が蛍光体１２上を移動するように、プレート１４を断続的に移動させる。図３は、照射スポット３４が蛍光体１２上を移動する様子の一例を示している。このように、照射スポット３４が、常に蛍光体上の同じ位置に照射されることがないため、蛍光体１２や蛍光体を封止する封止樹脂などの劣化に起因する照明光学系の寿命の低下が抑制される。
　本実施形態では、駆動機構２０は、常に動作するわけでなく、断続的に動作するため、駆動機構２０の寿命の低下が抑制される。駆動機構２０を構成する部品の磨耗などによる騒音の増大や異音の発生も抑制できる。また、駆動時のみ駆動機構２０から音が発生するため、駆動機構２０からの音の発生頻度が抑制されるという効果もある。
　駆動機構２０は、一例として、蛍光体１２が設けられた平面内の第１の軸Ａ１に沿ってプレート１４を動かす第１のモータ２２と、第１の軸Ａ１と直交する第２の軸Ａ２に沿ってプレート１４を移動させる第２のモータ２３とを備えている（図１も参照）。言い換えると、プレート１４は、蛍光体１２が設けられた面に沿って二次元的に移動可能に構成されている。照射スポット３４が蛍光体１２上を二次元的に移動することで、一次元的に移動する場合よりも照明光学系の寿命の低下は抑制される。
　駆動機構２０は、第１のモータ２２および第２のモータ２３の回転をプレート１４の直線的な移動に変換する不図示の変換機構や不図示の減速ギアなどが備えられていることが好ましい。これらの変換機構や減速ギアなどはギアボックス２４に収容されている。
　励起光が同じ位置を照射し続けると、温度上昇や励起光のパワーなどにより、蛍光体１２を封止する封止樹脂は劣化して寿命を迎える。本実施形態では、プレート１４をある所定のタイミングで移動させて、蛍光体１２に対する励起光の照射スポット３４の位置を変えることで、照明光学系の寿命が向上する。例えば、蛍光体１２が設けられた領域の面積（ＰＷ１×ＰＷ２）が、励起光の照射スポット径（およそＳＷ１×ＳＷ２）の２０倍である場合、照明光学系の寿命は蛍光体の寿命のおよそ２０倍になる。一例として、蛍光体の寿命が２０００時間である場合、照明光学系の寿命は最大で４００００時間になり得る。
　駆動機構２０は、蛍光体１２の寿命に基づいて一定時間ごとに駆動しても良い。例えば、照明光学系を使用し始めた時点で駆動機構２０を一度駆動し、その後は一定時間（基本時間）毎に駆動してもよい。この基本時間は、例えば、蛍光体１２上の同じ位置に励起光を照射しつづけた際の蛍光体１２の寿命に基づいて設定されることが好ましい。この基本時間は、予め行われた実験などにより適宜設定される。
　また、駆動機構２０を駆動するタイミングは、上記の蛍光体１２の寿命だけでなく、蛍光体１２や封止樹脂の温度に基づいて設定されても良い。例えば、蛍光体１２や封止樹脂の温度が実験的に予め決められた所定の値を超えたときは、上記基本時間から所定の値を引いたタイミングで、駆動機構２０を駆動しても良い。この場合、蛍光体ユニット１０は、蛍光体１２や封止樹脂などの温度を測定する温度センサ２５を備えていることが好ましい。
　さらに、駆動機構２０を駆動するタイミングは、励起光のパワー密度を考慮しても良い。具体的には、基本時間Ｈに対して、温度Ｔが所定の値より高く、励起光のパワーＰが所定の値より大きいときは、駆動機構２０の駆動のタイミングを“Ｈ－αＴ－βＰ”としても良い。ここで、αおよびβは、予め実験で決められる正の実数パラメータである。
　たとえば、蛍光体１２の温度が８０℃で励起光のパワーが１Ｗのときは１００時間に１回プレート１４を移動して、温度が１００℃に上昇した時には２時間に１回プレート１４を移動する。
　このように、駆動機構２０を駆動するタイミングは、照明光学系の用途などを考慮して、蛍光体１２の寿命、蛍光体の温度、励起光のパワーなどに基づいて適宜設定される。蛍光体が設けられたプレート１４は、常に動いているのではなく、所定のタイミングでのみ動くため、駆動機構２０の寿命を長くすることができる。
　図４は、第２の実施形態の照明光学系に備えられた蛍光体ユニットを示している。この蛍光体ユニットでは、プレート１４に２種類の蛍光体１２ａ，１２ｂが設けられている。第１の蛍光体１２ａおよび第２の蛍光体１２ｂは、レーザ光源からの励起光よりも波長の長い蛍光を発する。第１の蛍光体１２ａが発する蛍光の波長と、第２の蛍光体１２ｂが発する蛍光の波長は異なるものとする。第１および第２の蛍光体１２ａ，１２ｂは、それぞれ、励起光の照射スポット３４よりも広い領域にわたって設けられている。
　駆動機構２０は、上述したように、所定のタイミングで、励起光の照射スポット３４が蛍光体１２ａ，１２ｂ上を移動するように、プレート１４を移動させる。駆動機構２０は、さらに、励起光の照射スポット３４が第１の蛍光体１２ａ上から第２の蛍光体１２ｂ上に移動するようにプレート１４を動かすことができる。
　図４では、プレート１４が上下方向に移動することで、励起光の照射スポット３４が、第１の蛍光体１２ａと第２の蛍光体１２ｂとの間を移動する。これにより、照明光学系が発する光の波長（色）を切り替えることができる。
　例として、第１の蛍光体１２ａをｓＲＧＢ方式の色度域に対応した緑色の蛍光を発生するものとし、第２の蛍光体１２ｂをＮＴＳＣ方式の色度域に対応した緑色の蛍光を発生するものとすることができる。
　図５は、色度座標（ｘ、ｙ）を変数として表した色度図を示している。色度図中の点線の三角形はｓＲＧＢ方式の色度域４４を示しており、実線の三角形はＮＴＳＣ方式の色度域４０を示している。ｓＲＧＢ方式の色度域４４に対応した緑色の光は例えば図５の符号４６であり、ＮＴＳＣ方式の色度域４０に対応した緑色の光は例えば図５の符号４２である。
　ＮＴＳＣ方式の色度域４０内の色を全て再現するためには、緑色の光４２に、赤色や青色の光が任意の強度で合成される。ｓＲＧＢ方式の色度域４４内の色は、ＮＴＳＣ方式の緑色の光４２に赤色や青色の光を合成することで再現可能である。しかし、この場合、ｓＲＧＢ方式の色度域４４内の色を再現するために、常に赤色や青色の光の光量を大きく維持しなければならない。図４に示す照明光学系を用いれば、蛍光の波長を切り替えて、ｓＲＧＢ方式の緑色の光４６を直接発することができる。これにより、赤色や青色の光の光量は抑えられる。したがって、各色の光を合成してカラー画像を形成する、プロジェクタなどの装置に、上記の照明光学系を適用することで、光の損失が低減され、消費電力が抑制される。
　また、プロジェクタなどの装置では、表示する映像用のデータを解析し、表示されるべき色情報に応じて、自動的に別の蛍光体上に照射スポットが位置するように切り替えられても良い。
　図６は、第３の実施形態の照明光学系に備えられた蛍光体ユニットを示している。第３の実施形態の照明光学系は、励起光を照射するための複数のレーザ光源を備えている。図６では、レーザ光源は４列、５行に並べられている。蛍光体１２上にはレーザ光源と同じ数の照射スポット３４がある。
　もし、レンズや光ファイバーなどによってレーザ光の照射スポット３４をより小さく絞った場合、照射スポット３４での光のエネルギーが非常に大きくなり、蛍光体１２の温度は急激に上昇する。これにより、蛍光体が短時間で劣化するという問題が生じることがある。本実施形態のように、複数のレーザ光源を用いることで、照射スポット３４の径をある程度の大きさに維持しつつ、蛍光体１２から放射される光の光量を大きくすることができる。
　第１の実施形態と同様に、駆動機構２０は、所定のタイミングで、励起光の照射スポット３４が蛍光体１２上を移動するように、プレート１４と照射スポット１２との相対位置を断続的に変える（図７参照）。ただし、プレート１４もしくは照射スポット３４の移動範囲は、隣接する照射スポットと重複しない範囲、つまり蛍光体の全領域をレーザ光源の数で割った面積の範囲（Ｍ１×Ｍ２）である。
　例えば、励起光の照射スポット３４が直径１ｍｍの円形状であり、照射スポット３４間の間隔が１０ｍｍであるとする。この場合、１つの照射スポットに対して１０ｍｍ×１０ｍｍの領域の範囲でプレートまたは照射スポットを移動させればよい。この領域は、照射スポットの面積のおよそ１００倍であるため、照明光学系の寿命は、照射スポット３４を移動させない時の蛍光体１２の寿命のおよそ１００倍になる。
　図８は、第４の実施形態の照明光学系に備えられた蛍光体ユニットを示している。第４の実施形態の照明光学系は、第３の実施形態と同様に、励起光を照射するための複数のレーザ光源を備えている。図８では、プレートに２種類の蛍光体１２ａ，１２ｂが設けられている。第１の蛍光体１２ａと第２の蛍光体１２ｂはストライプ状に配置されている。
　駆動機構は、所定のタイミングで、励起光の照射スポット３４が蛍光体１２ａ，１２ｂ上を移動するように、プレート１４と照射スポット３４との相対位置を断続的に変える（図９参照）。ただし、プレートもしくは照射スポットの移動範囲は、隣接する照射スポットと重複しない範囲、つまり蛍光体の全領域をレーザ光源の数で割った面積の範囲（Ｍ１×Ｍ２）である。この範囲（Ｍ１×Ｍ２）内に、２種類の蛍光体１２ａ，１２ｂがある。上下方向にプレート１４が距離Ｍ３程度移動することで、励起光の照射スポット３４が第１の蛍光体１２ａと第２の蛍光体１２ｂとの間で切り替えられる。これにより、第２の実施形態の照明光学系と同様の効果を得ることができる。
　次に、照明光学系を備えた液晶プロジェクタついて説明する。図１０は、ＬＣＤプロジェクタの構成の一例を示す模式図である。このプロジェクタは、緑色光を発する光源として、上記実施形態、特に図６または図８に示す照明光学系１０，３０，３８が用いられている。プロジェクタは、さらに、赤色光を発するＬＥＤ光源１００と青色光を発するＬＥＤ光源１０２を備えている。
　照明光学系のレーザ光源３０からの励起光は、コリメートレンズ１０４で平行光とされ、ダイクロイックミラー３８で反射される。ダイクロイックミラー３８は励起光を反射し緑色の蛍光を透過するものとする。ダイクロイックミラー３８で反射された光は、コリメートレンズ１０６によって蛍光体ユニット１０に集光される。
　蛍光体は、励起光の照射により緑色光を放射する。緑色光はコリメートレンズ１０６によりおおむね平行光とされて、ダイクロイックミラー３８を透過する。ダイクロイックミラー３８を透過した緑色光は、集光レンズ１０８によって反射ミラー１１０の近傍に集光され、反射ミラー１１０で反射される。そして、再び広がっていく緑色光を集光レンズ１１２によって略平行光とし、レンズアレイ１１４に入射させる。
　レンズアレイ１１４に入射した緑色光は、ＰＳコンバータ１１６によって偏光方向が揃えられる。その後、緑色光は、集光レンズ１１８や偏光板１２０を透過して緑色光用のＬＣＤ１２２に入射する。
　ＬＥＤ光源１００から発せられた赤色光は、集光レンズ１２４を透過してレンズアレイ１２６に入射する。レンズアレイ１２６に入射した赤色光は、ＰＳコンバータ１２８によって偏光方向が揃えられる。その後、赤色光は、集光レンズ１３０を透過し、反射ミラー１３２で反射されて、集光レンズ１３４や偏光板１３６を透過した後、赤色用のＬＣＤ１３８に入射する。
　ＬＥＤ光源１０２から発せられた青色光は、集光レンズ１４０を透過してレンズアレイ１４２に入射する。レンズアレイ１４２に入射した赤色光は、ＰＳコンバータ１４４によって偏光方向が揃えられる。その後、青色光は、集光レンズ１４６を透過し、反射ミラー１４８で反射されて、集光レンズ１５０や偏光板１５２を透過した後、青色用のＬＣＤ１５４に入射する。
　緑色用ＬＣＤ１２２、赤色用ＬＣＤ１３８、青色用ＬＣＤ１５４を透過したそれぞれの光は、それぞれ別の偏光板１６２，１６４，１６６を介してクロスダイクロイックプリズム１５８に入射する。これらの光は、クロスダイクロイックプリズム１５８で合成されて同じ方向に投射され、投写レンズ１６０によってスクリーンへ結像される。このようにして、スクリーン上にカラー画像を表示させることができる。
　図１０に示すプロジェクタの例では、緑色光に対して、上記実施形態の照明光学系が用いられているが、青色光または赤色光に対して上記実施形態の照明光学系が用いられていても良い。また、緑色光、青色光、赤色光のうちの少なくとも１つに対応して、上記実施形態の照明光学系を少なくとも１つ用いれば良い。
　なお、緑色光に対して図４または図８に示す照明光学系を使用すれば、光の損失が少なくかつ低消費電力で、ｓＲＧＢ方式とＮＴＳＣ方式とを切り替えることができるプロジェクタを提供することができる。
　図１１は、第５の実施形態の照明光学系に備えられた蛍光体ユニットを示している。第５の実施形態の照明光学系は、第３の実施形態と同様に、励起光を照射するための複数のレーザ光源を備えている。
　プレート１４には３種類の蛍光体１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられている。一例として、第１の蛍光体１２ａはｓＢＧＲ方式の緑色の光を発するものであり、第２の蛍光体１２ｂはＮＴＳＣ方式の緑色の光を発するものである。第３の蛍光体１２ｃは、赤色の光を発する蛍光体である。励起用のレーザ光の波長は、これらの蛍光体１２ａ，１２ｂ，１２ｃから射出される光の波長よりも短い。
　図１１では、レーザ光源は４列、５行に並べられている。２０個のレーザ光源のうちの１０個が赤色光を発する蛍光体１２ｃに照射され、他の１０個が緑色光を発する蛍光体１２ａ，１２ｂに照射される。
　駆動機構２０は、所定のタイミングで、励起光の照射スポット３４が蛍光体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ上を移動するように、プレート１４と照射スポット３４との相対位置を断続的に変える（図１２参照）。ただし、プレート１４もしくは照射スポット３４の移動範囲は、隣接する照射スポット３４と重複しない範囲、つまり蛍光体の全領域をレーザ光源の数で割った面積の範囲（Ｍ１×Ｍ２）である。
　第１の蛍光体１２ａが設けられた蛍光体の領域（Ｍ１×Ｍ２）と第２の蛍光体１２ｂが設けられた領域（Ｍ１×Ｍ２）の合計は、第３の蛍光体１２ｃが設けられた領域（Ｍ１×Ｍ２）の面積と同じになっている。照明光学系は、いずれか一方の緑色光と赤色光とを同時に発することもできるし、時分割的に発することもできる。また、プレート１４を移動させることで、励起光の照射スポット３４が第１の蛍光体１２ａと第２の蛍光体１２ｂとの間を移動する。これにより、ｓＲＧＢ方式とＮＴＳＣ方式とを切り替えることができる。このとき、第３の蛍光体１２ｃには励起光が照射された状態となっており、赤色光は射出され続けている。
　図１１では、３種類の蛍光体を有する照明光学系について説明したが、蛍光体は４種類以上あっても良い。各蛍光体が発する蛍光の波長は、照明光学系の用途に応じて適宜設定することができる。たとえば、照明光学系は、緑色光を発する蛍光体と、赤色光を発する蛍光体と、青色光を発する蛍光体とを備えていても良い。
　次に、照明光学系を備えたＤＬＰプロジェクタついて説明する。図１３は、ＤＬＰプロジェクタの構成の一例を示す模式図である。ＤＬＰプロジェクタは、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）２００を備えており、赤色光、緑色光、青色光を時分割で投射してカラー画像を表示する。一例として、緑色光と赤色光に対応して、図１１に示す照明光学系１０，３０，３８が用いられている。青色光に対する光源はＬＥＤ光源２０２が用いられる。
　励起用のレーザ光源３０からの励起光は、コリメートレンズ２０４で平行光とされ、ダイクロイックミラー３８で反射される。ダイクロイックミラー３８は励起光を反射し、赤色光と緑色光、つまり蛍光体ユニット１０からの蛍光は透過するものとする。
　ダイクロイックミラー３８で反射された励起光は、コリメートレンズ２０６で蛍光体上に集光される。図１１で示すように、蛍光体ユニット１０には、赤色光を発する１種類の蛍光体１２ｃと緑色光を発する２種類の蛍光体１２ａ，１２ｂとを備えている。複数の励起光の照射スポット３４のうちのいくつかは赤色光用の蛍光体１２ｃ上に位置し、他の照射スポット３４はいずれか一方の緑色光用の蛍光体１２ｂまたは１２ｃに位置する。
　励起光により蛍光体１２ａ，１２ｂ，１２ｃが励起されると、赤色光および緑色光が放射される。放射された蛍光はコリメートレンズ２０６により略平行光とされ、ダイクロイックミラー３８を透過する。
　ダイクロイックミラー３８を透過した光は、集光レンズ２０８を透過して、別のダイクロイックミラー２１０で反射され、集光レンズ２１２を透過した後ライトトンネル２１４の入射端部近傍に集光される。ここで、ダイクロイックミラー２１０は、青色光を透過し、赤色光および緑色光を反射するものである。
　ＬＥＤ光源２０２から射出された青色光は集光レンズ２１６とダイクロイックミラー２１０を透過し、さらに集光レンズ２１２を透過してライトトンネル２１４の入射端部近傍に集光される。
　ライトトンネル２１４に入射した各色の光は、ライトトンネル２１４内で多重反射してライトトンネル２１４から出射した後、集光レンズ２１８を透過してＴＩＲプリズム２２０に入射する。ＴＩＲプリズム２２０に入射した光は、プリズム中のエアギャップ面２２２で反射して進行方向を変え、ＤＭＤ２００に向けて出射される。
　ＤＭＤ２００は、図１４に示すように、各画素に対応してマトリックス状に配列されたマイクロミラー（微小ミラー）２５０を備えている。なお、簡略化のため、図では一部のマイクロミラー２５０のみが示されている。各マイクロミラー２５０は、回転軸２５２まわりに回動可能に構成されている。本例では、マイクロミラー２５０は±１２度回動する。
　図１５は、マイクロミラー２５０が動作する様子を示している。＋１２度傾いたマイクロミラー２５０に入射する入射光２６０は、投写レンズ２２４が配置された方向に向けて反射される（図１５（ａ）参照）。投射レンズ２２４に入射した光は、プロジェクタの外部へ投射される。－１２度傾いたマイクロミラー２５０に入射する入射光２６０は、投写レンズ２２４が配置されていない方向に向けて反射される（図１５（ｂ）参照）。このようにして、マイクロミラー２５０は、各画素に対応する光をプロジェクタの外部へ投射するか否かを選択する。ＤＭＤ２００が各色の光に対してこの制御を行うことで、プロジェクタはカラーの画像を投射することができる。
　以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
１２　　蛍光体
１４　　プレート
１８　　蛍光
２０　　駆動機構
３０　　レーザ光源
３２　　励起光
３４　　励起光の照射スポット
３６　　集光光学系
３８　　ダイクロイックミラー
 

Claims (7)

  1. 　励起光を発生する光源と、
    　前記励起光の照射により蛍光を発生し、前記励起光の照射スポットよりも広い領域にわたって設けられた蛍光体と、
    　前記蛍光体が設けられたプレートと、
    　前記励起光の照射スポットが前記蛍光体上を断続的に移動するように、前記プレートを移動させる駆動機構と、を備えた照明光学系。
  2. 　前記駆動機構は、前記励起光の照射スポットが前記蛍光体上を二次元的に移動するように、前記プレートをＸ方向と、該Ｘ方向と直交するＹ方向とに移動させる、請求項１に記載の照明光学系。
  3. 　前記蛍光体に対する前記励起光の照射スポットの移動のタイミングは、前記蛍光体の寿命に基づいて設定されている、請求項１または２に記載の照明光学系。
  4. 　前記蛍光体の温度を測定する温度センサを備え、前記蛍光体に対する前記励起光の照射スポットの移動のタイミングは前記蛍光体の寿命および前記蛍光体の温度に基づいて設定されている、請求項１または２に記載の照明光学系。
  5. 　前記蛍光体の温度を測定する温度センサを備え、前記蛍光体に対する前記励起光の照射スポットの移動のタイミングは前記蛍光体の寿命、前記蛍光体の温度および前記励起光のパワーに基づいて設定されている、請求項１または２に記載の照明光学系。
  6. 　前記プレートには異なる波長の蛍光を発生する複数の種類の前記蛍光体が設けられており、各々の種類の前記蛍光体が前記励起光の照射スポットよりも広い領域にわたって設けられており、
    　前記駆動機構は、前記照射スポットが同一種類の前記蛍光体上を断続的に移動すること、および前記照射スポットが異なる種類の前記蛍光体へ移動することができるように、前記プレートを移動させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の照明光学系。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系を備えたプロジェクタ。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013025248A (ja) * 2011-07-25 2013-02-04 Seiko Epson Corp 蛍光体層の温度測定方法、光源装置及びプロジェクター
CN104020635A (zh) * 2013-03-01 2014-09-03 卡西欧计算机株式会社 具有降低颜色不均的光学系统的光源装置及投影装置
JP2016048294A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 カシオ計算機株式会社 光源装置及び投影装置
JP2017009734A (ja) * 2015-06-19 2017-01-12 セイコーエプソン株式会社 光源装置、照明装置およびプロジェクター
JP2018085330A (ja) * 2016-10-25 2018-05-31 オスラム ゲーエムベーハーＯＳＲＡＭ ＧｍｂＨ 照明装置
JP2018106085A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 キヤノン株式会社 光源装置および画像投射装置
JP2021026122A (ja) * 2019-08-06 2021-02-22 セイコーエプソン株式会社 光源装置およびプロジェクター

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5223941B2 (ja) * 2011-03-28 2013-06-26 カシオ計算機株式会社 投影装置
DE102012201790A1 (de) * 2012-02-07 2013-08-08 Osram Gmbh Beleuchtungsvorrichtung mit einer pumplasermatrix und verfahren zum betreiben dieser beleuchtungsvorrichtung
TWI453525B (zh) * 2012-04-11 2014-09-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 投影機光源結構
CN104603689B (zh) * 2012-09-10 2017-06-23 三菱电机株式会社 光源装置
US9423680B2 (en) * 2013-07-23 2016-08-23 Seiko Epson Corporation Light source apparatus that irradiates a phosphor layer with excitation light and projector
US10057553B2 (en) * 2015-06-19 2018-08-21 Seiko Epson Corporation Light source device, illumination device, and projector
CN105116677B (zh) * 2015-09-18 2017-03-22 纳晶科技股份有限公司 转换装置、光波长转换模组及投影装置
CN108153091A (zh) * 2016-12-04 2018-06-12 中航国画（上海）激光显示科技有限公司 一种分段荧光板式激光投影机及其控制方法
CN108153090A (zh) * 2016-12-04 2018-06-12 中航国画（上海）激光显示科技有限公司 一种振镜式荧光板激光投影机及其控制方法
FR3064123B1 (fr) * 2017-03-15 2022-08-12 Valeo Vision Dispositif lumineux avec moyen mobile de balayage et fibre optique
DE102017212411A1 (de) * 2017-07-19 2019-01-24 Osram Gmbh Lichtmodul, scheinwerfer und verfahren zur bereitstellung von polychromatischem licht
CN113050354B (zh) * 2021-03-05 2023-09-15 青岛海信激光显示股份有限公司 光源组件和投影设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010164846A (ja) * 2009-01-16 2010-07-29 Casio Computer Co Ltd 投影装置
JP2010217566A (ja) * 2009-03-17 2010-09-30 Casio Computer Co Ltd 発光装置及び光源装置並びにこの光源装置を用いたプロジェクタ
JP2010225392A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Casio Computer Co Ltd 光源装置及びプロジェクタ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0583722A (ja) 1991-09-24 1993-04-02 Fujitsu General Ltd 液晶投写形デイスプレイ装置
JP2003186110A (ja) 2001-12-21 2003-07-03 Nec Viewtechnology Ltd Ｌｅｄ照明式ｄｍｄプロジェクター及びその光学系
JP5152586B2 (ja) 2008-09-30 2013-02-27 カシオ計算機株式会社 光源装置及びプロジェクタ
JP5527571B2 (ja) 2008-09-30 2014-06-18 カシオ計算機株式会社 発光装置及び光源装置並びにこの光源装置を用いたプロジェクタ
JP4883376B2 (ja) * 2009-06-30 2012-02-22 カシオ計算機株式会社 蛍光体基板及び光源装置、プロジェクタ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010164846A (ja) * 2009-01-16 2010-07-29 Casio Computer Co Ltd 投影装置
JP2010217566A (ja) * 2009-03-17 2010-09-30 Casio Computer Co Ltd 発光装置及び光源装置並びにこの光源装置を用いたプロジェクタ
JP2010225392A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Casio Computer Co Ltd 光源装置及びプロジェクタ

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013025248A (ja) * 2011-07-25 2013-02-04 Seiko Epson Corp 蛍光体層の温度測定方法、光源装置及びプロジェクター
CN104020635A (zh) * 2013-03-01 2014-09-03 卡西欧计算机株式会社 具有降低颜色不均的光学系统的光源装置及投影装置
JP2016048294A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 カシオ計算機株式会社 光源装置及び投影装置
JP2017009734A (ja) * 2015-06-19 2017-01-12 セイコーエプソン株式会社 光源装置、照明装置およびプロジェクター
JP2018085330A (ja) * 2016-10-25 2018-05-31 オスラム ゲーエムベーハーＯＳＲＡＭ ＧｍｂＨ 照明装置
JP2018106085A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 キヤノン株式会社 光源装置および画像投射装置
JP2021026122A (ja) * 2019-08-06 2021-02-22 セイコーエプソン株式会社 光源装置およびプロジェクター
JP7279571B2 (ja) 2019-08-06 2023-05-23 セイコーエプソン株式会社 光源装置およびプロジェクター

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