JP2019159032A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】拡散部の信頼性を確保できる光源装置を提供する。【解決手段】光源装置２は、光を射出する光源部２１と、光源部から射出された光を拡散反射させる拡散部３０と、拡散部３０に光を導く光学素子と、第１空間を有し、拡散部３０を第１空間Ｓ１の内部に固定する第１固定部材４０と、を備えている。拡散部３０は、第１固定部材４０と熱伝導可能に接続されている。拡散部３０は、拡散素子４３と、拡散素子４３に接続され、拡散素子４３からの熱を放出する放熱部材４４と、を有していてもよく、放熱部材４４の少なくとも一部は、第１固定部材４０の外部に設けられていてもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

近年、プロジェクターの高性能化を目的として、広色域かつ高効率な光源であるレーザー光源等の固体光源を用いたプロジェクターが注目されている。ところが、レーザー光源から発せられるレーザー光はコヒーレント光であるため、この種のプロジェクターでは、レーザー光の干渉によって生じるスペックルノイズと呼ばれる斑点模様が視認される場合があり、表示品質が低下する。そのため、この種の固体光源を用いたプロジェクターでは、スペックルノイズを抑制するため、固体光源から射出された光を拡散素子によって拡散させる構成が採用される。

例えば、下記の特許文献１に、複数の半導体レーザーを含む光源装置と、光源装置から射出された光を偏光状態に応じて分離する偏光分離装置と、偏光分離装置で分離された一方の光の波長を変換する波長変換素子と、偏光分離装置で分離された他方の光を拡散反射させる拡散素子と、を備えた光源装置およびプロジェクターが開示されている。

特開２０１６−１８４１１４号公報

特許文献１のプロジェクターにおいて、半導体レーザーから射出された光が拡散素子に照射されると、拡散素子において熱が発生する。例えば拡散素子が固定部材の内部に収容されている場合、拡散素子からの熱が固定部材の内部に籠もり、拡散素子の信頼性が低下する、という問題があった。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、拡散部材の信頼性を確保できる光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、光を射出する光源部と、前記光源部から射出された光を拡散反射させる拡散部と、前記拡散部に光を導く光学素子と、第１空間を有し、前記拡散部を前記第１空間の内部に固定する第１固定部材と、を備え、前記拡散部は、前記第１固定部材と熱伝導可能に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、拡散部が第１固定部材と熱伝導可能に接続されているため、拡散部で発生した熱が第１固定部材に伝導されることによって拡散部の温度上昇が抑えられる。これにより、拡散部の信頼性を確保することができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記拡散部は、拡散素子と、前記拡散素子に接続され、前記拡散素子からの熱を放出する放熱部材と、有していてもよく、前記放熱部材の少なくとも一部は、前記第１固定部材の外部に設けられていてもよい。

この構成によれば、拡散素子で発生した熱が第１固定部材に伝導されることに加え、放熱部材を介して第１固定部材の外部に放出される。これにより、拡散素子の信頼性を確保することができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記光源部から射出された光の波長を変換する波長変換部をさらに備えていてもよく、前記第１固定部材は、前記光源部および前記波長変換部を前記第１空間の内部に固定してもよい。

この構成によれば、波長変換部によって光源部から射出された光の波長とは異なる波長を有する光が得られる。また、拡散素子および光学素子に加えて、光源部および波長変換部も第１固定部材に固定されるため、固定部材の数が増えることがなく、光源装置の小型化を図ることができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記光源部から射出された光の波長を変換する波長変換部と、第２空間を有し、前記光源部および前記波長変換部を前記第２空間の内部に固定する第２固定部材と、をさらに備えていてもよく、前記第２固定部材は、前記第１固定部材とは別体であってもよい。

この構成によれば、波長変換部によって光源部から射出された光の波長とは異なる波長を有する光が得られる。また、波長変換部が固定された第２固定部材と拡散部が固定された第１固定部材とが別体であるため、光源部や波長変換部で発生した熱が拡散部に影響を及ぼしにくい。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第２固定部材は、断熱材を介して前記第１固定部材と接続されていてもよい。

この構成によれば、光源部や波長変換素子で発生した熱が拡散部に影響を及ぼしにくい。また、第１固定部材と第２固定部材とを一括して取り扱いやすい。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記光学素子を保持する保持部材をさらに備えていてもよく、前記拡散部の光反射側は、前記光学素子と前記保持部材とで覆われていてもよい。

この構成によれば、拡散部によって拡散反射された光のうち、大きな発散角で射出された光が保持部材によって遮断されるため、第１空間内での迷光の発生を抑えることができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、光の偏光状態を変換する位相差素子をさらに備えていてもよく、前記第１固定部材は、前記拡散部に向かう光および前記拡散部で拡散反射された光が通過する開口部を有し、前記開口部は、前記位相差素子により閉塞されていてもよい。

この構成によれば、位相差素子は、拡散部で拡散反射された光の偏光状態を拡散部に向かう光の偏光状態と異ならせる。これにより、例えば拡散部で拡散反射された光と他の光とを偏光合成素子によって合成する構成が採用でき、拡散部の信頼性を確保することができる。また、第１固定部材の開口部を閉塞するための部材を別途準備する必要がない。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、信頼性に優れたプロジェクターが得られる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の光源装置の概略構成図である。 光源装置の斜視図である。 拡散部の断面図である。 第１変形例の拡散部の断面図である。 第２変形例の拡散部の断面図である。 第３変形例の拡散部の断面図である。 第２実施形態の光源装置の概略構成図である。 第３実施形態の光源装置の概略構成図である。 第４実施形態の光源装置の概略構成図である。 第５実施形態の光源装置の概略構成図である。 ＥＰ値とスペックルコントラストとの関係を示すグラフである。 スペックルコントラストを説明するための図である。 ＥＰ値の計算式における照度分布の座標軸を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

（プロジェクター）
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー映像（画像）を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクター１は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（レーザー光源）を用いている。

プロジェクター１は、照明装置２Ａと、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備えている。

照明装置２Ａは、照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。照明装置２Ａは、光源装置２と、均一照明光学系３６と、を備えている。

均一照明光学系３６は、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備えている。なお、偏光変換素子３２は必須ではない。均一照明光学系３６は、光源装置２から射出された照明光ＷＬの強度分布を被照明領域において均一化する。

インテグレーター光学系３１は、レンズアレイ３１ａと、レンズアレイ３１ｂと、を備えている。レンズアレイ３１ａおよびレンズアレイ３１ｂのそれぞれは、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有する。

インテグレーター光学系３１を通過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜（図示略）と、位相差板（図示略）と、反射ミラー（図示略）と、を備えている。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬを所定の偏光方向を有する直線偏光に変換する。

偏光変換素子３２を通過した照明光ＷＬは、重畳光学系３３に入射する。重畳光学系３３は、凸レンズから構成されている。重畳光学系３３は、偏光変換素子３２から射出された照明光ＷＬを被照明領域において重畳させる。本実施形態では、インテグレーター光学系３１と重畳光学系３３とによって、被照明領域における照度分布が均一化される。

均一照明光学系３６から射出された照明光ＷＬは、色分離光学系３に入射する。色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａと、第２の全反射ミラー８ｂと、第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。

第１の全反射ミラー８ａは、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃは、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。

第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれには、透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側には、偏光板（図示略）がそれぞれ配置されている。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれから射出された画像光を合成し、投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、クロスダイクロイックプリズムが用いられる。

投射光学装置６は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群を備えている。投射光学装置６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。すなわち、投射光学装置６は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれによって変調された光を投射する。

（光源装置）
次に、本実施形態の光源装置２について説明する。
図２は、光源装置２の概略構成図である。

図２に示すように、光源装置２は、第１固定部材４０と、光源部２１と、ホモジナイザー光学系２４と、第１位相差板１５と、偏光分離素子５０と、第１集光光学系２６と、波長変換部２７と、第２位相差板２８（位相差素子）と、第２集光光学系２９（光学素子）と、拡散部３０と、を備えている。

光源部２１と、ホモジナイザー光学系２４と、第１位相差板１５と、偏光分離素子５０と、第２位相差板２８と、第２集光光学系２９と、拡散部３０とは、光軸ａｘ１上に順次配置されている。また、波長変換部２７と、第１集光光学系２６と、偏光分離素子５０とは、光軸ａｘ２上に順次配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交している。

光源部２１は、複数の半導体レーザー２１ａと、支持基板２２と、第１ヒートシンク２３と、を備えている。複数の半導体レーザー２１ａは、光軸ａｘ１と直交する支持基板２２の一面においてアレイ状に配置されている。半導体レーザー２１ａの数は特に限定されない。または、光源部２１は、１個の半導体レーザー２１ａを備えていてもよい。半導体レーザー２１ａは、励起光として、例えばピーク波長が４６０ｎｍの青色光Ｂを射出する。半導体レーザー２１ａから射出された光Ｂは、コリメーターレンズ（図示略）により平行光に変換された状態で射出される。したがって、光源部２１は、複数の青色光Ｂからなる光線束ＢＬを射出する。

光線束ＢＬは、ホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、第１のレンズアレイ２４ａと、第２のレンズアレイ２４ｂと、を備えている。第１のレンズアレイ２４ａは、アレイ状に配列された複数の第１レンズ２４ａｍを備えている。第２のレンズアレイ２４ｂは、アレイ状に配列された複数の第２レンズ２４ｂｍを備えている。

ホモジナイザー光学系２４を通過した光線束ＢＬは、第１位相差板１５に入射する。第１位相差板１５は、光軸ａｘ１に平行な回転軸を中心として回転可能とされた１／４波長板で構成されている。半導体レーザー２１ａから射出された光線Ｂは直線偏光であるため、直線偏光の偏光方向に対する１／４波長板の光軸の角度を適宜設定することにより、第１位相差板１５に入射した直線偏光を、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとを所定の比率で含む光に変換することができる。したがって、第１位相差板１５を回転させることにより、Ｓ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとの比率を変化させることができる。

偏光分離素子５０は、波長選択性を有するダイクロイックミラーから構成されている。偏光分離素子５０は、光軸ａｘ１、光軸ａｘ２のそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。偏光分離素子５０は、第１位相差板１５を通過した光線束ＢＬを、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分ＢＬｓとＰ偏光成分ＢＬｐとに分離する。Ｓ偏光成分ＢＬｓは、偏光分離素子５０で反射して波長変換部２７に向かって進む。Ｐ偏光成分ＢＬｐは、偏光分離素子５０を透過して拡散部３０に向かって進む。以下、Ｓ偏光成分ＢＬｓを光線束ＢＬｓと称し、Ｐ偏光成分ＢＬｐを光線束ＢＬｐと称する。

偏光分離素子５０は、光線束ＢＬとは波長帯が異なる蛍光光ＹＬを、蛍光光ＹＬの偏光状態にかかわらず透過させる。これにより、偏光分離素子５０は、拡散部３０から射出された反射光と、波長変換部２７から射出された蛍光光ＹＬと、を合成する光合成機能を有している。

偏光分離素子５０で反射した光線束ＢＬｓは、第１集光光学系２６に入射する。第１集光光学系２６は、光線束ＢＬｓを波長変換部２７の蛍光体層３４に向けて集光させる。第１集光光学系２６は、ホモジナイザー光学系２４とともに、蛍光体層３４上での光線束ＢＬｓによる照度分布を均一化する。第１集光光学系２６は、ピックアップレンズ２６ａと、ピックアップレンズ２６ｂと、を備えている。

第１集光光学系２６から射出された光線束ＢＬｓは、波長変換部２７に入射する。波長変換部２７は、蛍光体層３４と、基板３５と、反射層３７と、第２ヒートシンク３８と、を備えており、入射した光の波長を変換する。基板３５は、蛍光体層３４を支持する。反射層３７は、蛍光体層３４と基板３５との間に設けられている。波長変換部２７は、蛍光体層３４が第１集光光学系２６に対向するように第１固定部材４０に固定されている。蛍光体層３４は、第１集光光学系２６の焦点位置に配置されている。

蛍光体層３４は、励起光としての光線束ＢＬｓを吸収し、黄色の蛍光光ＹＬに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。蛍光体層３４として、例えばアルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。

蛍光体層３４で変換された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬは、反射層３７によって反射され、蛍光体層３４の外部に射出される。このようにして、蛍光光ＹＬは、第１集光光学系２６に向かって蛍光体層３４から効率良く射出される。蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、第１集光光学系２６および偏光分離素子５０を透過する。

一方、偏光分離素子５０を透過した光線束ＢＬｐは、第２位相差板２８に入射する。第２位相差板２８は、１／４波長板から構成されており、入射した光の偏光状態を変換する。Ｐ偏光の光線束ＢＬｐは、第２位相差板２８を透過することにより円偏光の光線束ＢＬｃに変換され、第２集光光学系２９に入射する。

第２集光光学系２９は、光線束ＢＬｃを集光させた状態で拡散部３０に導く。第２集光光学系２９は、ピックアップレンズ２９ａと、ピックアップレンズ２９ｂと、を備えている。第２集光光学系２９は、ホモジナイザー光学系２４とともに、拡散部３０における光線束ＢＬｃの照度分布を均一化する。ピックアップレンズ２９ａおよびピックアップレンズ２９ｂは、第１固定部材４０に固定されている。

図４は、拡散部３０の断面図である。
図４に示すように、拡散部３０は、拡散板４３（拡散素子）と、第３ヒートシンク４４（放熱部材）と、を備えている。拡散板４３は、例えばアルミニウム等の光反射率の高い金属材料から構成されている。拡散板４３は、例えばアルミニウム基板の一面にブラスト処理を施し、一面に凹凸構造を形成することによって作製が可能である。拡散板４３の凹凸構造が設けられている面には、銀膜および誘電体多層膜の少なくとも一方が形成されていてもよい。拡散板４３と第３ヒートシンク４４とは、接着剤により接合されている。

以下、拡散部３０で反射した光を光線束ＢＬｃ’と称する。拡散部３０は、拡散部３０に入射した光線束ＢＬｃをランバート反射させる特性を有することが好ましい。拡散部３０は、第２集光光学系２９から射出された光線束ＢＬｃを偏光分離素子５０に向けて拡散反射させる。

図２に示すように、拡散部３０によって反射され、第２集光光学系２９を再び透過した円偏光の光線束ＢＬｃ’（拡散光）は、第２位相差板２８を再び透過してＳ偏光の光線束ＢＬｓ’となる。青色の光線束ＢＬｓ’と黄色の蛍光光ＹＬとは、偏光分離素子５０によって合成され、白色の照明光ＷＬとなる。照明光ＷＬは、図１に示した均一照明光学系３６に入射する。

第１ヒートシンク２３は、光源部２１の支持基板２２に接続され、光源部２１で発生した熱を第１固定部材４０の外部に放出する。第２ヒートシンク３８は、波長変換部２７の基板３５に接続され、波長変換部２７で発生した熱を第１固定部材４０の外部に放出する。第３ヒートシンク４４は、拡散板４３に接続され、拡散板４３で発生した熱を第１固定部材４０の外部に放出する。

以下、第１固定部材４０の構成について説明する。
図３は、第１固定部材４０およびその周辺の構成部材を示す斜視図である。図３では、図面を見易くするため、第１固定部材４０の上板部の図示を省略する。

図３に示すように、第１固定部材４０は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成された箱状の部材である。第１固定部材４０は、第１側板部４０１、第２側板部４０２、第３側板部４０３、第４側板部４０４、底板部、および上板部（図示略）を備え、これらの板部に囲まれた第１空間Ｓ１を有する。

第１空間Ｓ１には、光源部２１、ホモジナイザー光学系２４、第１位相差板１５、偏光分離素子５０、第１集光光学系２６（図２参照）、波長変換部２７、第２位相差板２８、第２集光光学系２９および拡散部３０が収容されている。また、第１固定部材４０は、光源部２１、ホモジナイザー光学系２４、第１位相差板１５、偏光分離素子５０、第１集光光学系２６（図２参照）、波長変換部２７、第２位相差板２８、第２集光光学系２９および拡散部３０を第１空間Ｓ１の内部に固定する。

光源部２１は、第１側板部４０１に固定されている。波長変換部２７は、第２側板部４０２に固定されている。拡散部３０は、第３側板部４０３に固定されている。第４側板部４０４には、照明光ＷＬを通過させる開口部４０４ｈが設けられている。

拡散部３０は、第１固定部材４０と熱伝導可能に接続されている。本実施形態の場合、拡散部３０を構成する第３ヒートシンク４４が、第１固定部材４０の第３側板部４０３と熱伝導可能に接続されている。なお、上記の構成に代えて、拡散板４３が、第１固定部材４０（第３側板部４０３）と熱伝導可能に接続されていてもよい。

本実施形態において、拡散部３０を構成する第３ヒートシンク４４は、第１空間Ｓ１の内部には収容されず、第３ヒートシンク４４のうち、第１固定部材４０と接続されている部分以外の部分は、第１固定部材４０の外部に設けられている。すなわち、第３ヒートシンク４４の少なくとも一部は、第１固定部材４０の外部に設けられている。なお、上記の通り、拡散板４３が第１固定部材４０と接続されている場合には、第３ヒートシンク４４は、全ての部分が第１固定部材４０の外部に設けられている。さらに換言すると、第３ヒートシンク４４は、第１固定部材４０の外部に突出している。第３ヒートシンク４４は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成され、複数のフィンを有している。

本明細書において、「拡散部は第１固定部材と熱伝導可能に接続されている」とは、拡散部が拡散板とヒートシンクのような複数の構成要素からなり、かつ、互いに熱伝導可能に接続されている場合、複数の構成要素のうち少なくとも一つが第１固定部材と直接接続されている構成、もしくは、複数の構成要素のうち少なくとも一つが熱伝導性を有する他の部材（例えば金属製の部材）を介して第１固定部材と接続されている構成、を意味する。一方で、例えば、複数の構成要素のうち第１固定部材に接続される構成要素が断熱材を介している構成は、「拡散部は第１固定部材と熱伝導可能に接続されている」に該当しない。

本実施形態の光源装置２においては、拡散部３０が第１固定部材４０と熱伝導可能に接続されているため、拡散部３０で発生した熱が第１固定部材４０に効率良く伝導され、拡散部３０の温度上昇が抑えられる。これにより、拡散部３０の信頼性を確保することができる。特に、拡散板４３が第３ヒートシンク４４に直接接続され、第３ヒートシンク４４が第１固定部材４０の外部に設けられているため、拡散板４３で発生した熱は、第３ヒートシンク４４を介して第１固定部材４０に伝導されるとともに、第１固定部材４０の外部に放出される。これにより、拡散板４３の信頼性を確保することができる。

また、本実施形態の光源装置２においては、拡散部３０および第２集光光学系２９に加えて、光源部２１および波長変換部２７も第１固定部材４０に固定されているため、光源部２１や波長変換部２７で発生した熱も第１固定部材４０に効率良く伝導され、光源部２１や波長変換部２７の温度上昇が抑えられる。これにより、光源部２１や波長変換部２７の信頼性も確保することができる。また、この構成によれば、固定部材の数が増えることがなく、光源装置２の小型化が図れる。

また、本実施形態の光源装置２においては、上記の通り、第１固定部材４０は、拡散部３０および第２集光光学系２９に加えて、光源部２１および波長変換部２７も固定しているため、拡散部３０における拡散板４３で発生した熱を、第３ヒートシンク４４を介して第１固定部材４０の外部に放出させることにより、拡散板４３での熱が第１空間Ｓ１の内部に籠り、光源部２１および蛍光体層３４の温度を上昇させることを抑制できる。

このように、本実施形態によれば、拡散部３０を効率良く冷却できる小型の光源装置２を提供することができる。したがって、光源装置２を含む本実施形態のプロジェクター１は、信頼性が高いものである。

拡散部３０の構成は、上記の構成に限らず、以下の種々の変形例を採用することができる。

［第１変形例］
図５は、第１変形例の拡散部６０の断面図である。
図５に示すように、第１変形例の拡散部６０は、拡散板と第３ヒートシンクとが一体化された拡散素子６１を備えている。拡散素子６１は、例えばアルミニウムからなる第３ヒートシンクの一面にブラスト処理を施し、一面に凹凸構造を形成することによって作製が可能である。

［第２変形例］
図６は、第２変形例の拡散部６３の断面図である。
図６に示すように、第２変形例の拡散部６３は、拡散板６４と、第３ヒートシンク４４と、を備えている。拡散板６４は、例えばガラス等の光透過性を有する基材の内部に基材の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の散乱粒子を分散させた拡散板、いわゆる体積散乱型拡散板で構成されている。拡散板６４と第３ヒートシンク４４とは、接着剤により接合されている。

［第３変形例］
図７は、第３変形例の拡散部６６の断面図である。
図７に示すように、第３変形例の拡散部６６は、拡散板６７と、反射層６８と、第３ヒートシンク４４と、を備えている。拡散板６７は、例えばガラス等の光透過性を有する基材の表面に凹凸構造が形成された拡散板で構成されている。反射層６８は、拡散板６７と第３ヒートシンク４４との間に設けられている。なお、反射層６８は、拡散板６７の凹凸構造が設けられた側の面に設けられていてもよい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図８は、第２実施形態の光源装置７０の概略構成図である。
図８において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態の光源装置７０は、第１固定部材７１と、第１窓部材７２と、第２固定部材７３と、第２窓部材７４と、光源部２１と、ホモジナイザー光学系２４と、第１位相差板１５と、偏光分離素子５０と、第１集光光学系２６と、波長変換部２７と、第２位相差板２８と、第２集光光学系２９（光学素子）と、拡散部３０と、を備えている。第２固定部材７３は、第１固定部材７１とは別体の部材として構成されている。

第１固定部材７１は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成された箱状の部材であり、複数の板部に囲まれた第１空間Ｓ１Ａを有する。第１空間Ｓ１Ａには、第２位相差板２８、第２集光光学系２９、および拡散部３０が収容されている。また、第１固定部材７１は、第２位相差板２８、第２集光光学系２９および拡散部３０を第１空間Ｓ１Ａの内部に固定する。

第１固定部材７１は、偏光分離素子５０から拡散部３０に向かう光、および拡散部３０で拡散反射された光が通過する開口部７１ｈを有する。開口部７１ｈは、第１窓部材７２によって閉塞されている。第１窓部材７２は、例えばガラス等の光透過性を有する基材によって構成されている。この構成により、第１空間Ｓ１は密閉された空間となり、第１空間Ｓ１に塵埃等が進入することがない。

第１固定部材４０と同様、第２固定部材７３は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成された箱状の部材であり、複数の板部に囲まれた第２空間Ｓ２を有する。第２空間Ｓ２には、光源部２１、ホモジナイザー光学系２４、第１位相差板１５、偏光分離素子５０、第１集光光学系２６、および波長変換部２７が収容されている。また、第２固定部材７３は、光源部２１、ホモジナイザー光学系２４、第１位相差板１５、偏光分離素子５０、第１集光光学系２６、および波長変換部２７を第２空間Ｓ２の内部に固定する。

第２固定部材７３は、偏光分離素子５０から拡散部３０に向かう光、および拡散部３０で拡散反射された光が通過する開口部７３ｈを有する。開口部７３ｈは、第２窓部材７４によって閉塞されている。第２窓部材７４は、例えばガラス等の光透過性を有する基材によって構成されている。この構成により、第２空間Ｓ２は密閉された空間となり、第２空間Ｓ２に塵埃等が進入することがない。

拡散部３０は、第１固定部材７１と熱伝導可能に接続されている。本実施形態の場合、拡散部３０を構成する第３ヒートシンク４４が、第１固定部材７１の第３側板部７１３と熱伝導可能に接続されている。なお、上記の構成に代えて、拡散部３０を構成する拡散板４３が、第１固定部材７１と熱伝導可能に接続されていてもよい。

拡散部３０を構成する第３ヒートシンク４４の少なくとも一部は、第１固定部材７１の外部に設けられている。第３ヒートシンク４４は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成され、複数のフィンを有している。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の光源装置７０においても、拡散部３０が第１固定部材７１と熱伝導可能に接続されているため、拡散部３０で発生した熱が第１固定部材７１に効率良く伝導され、拡散部３０の信頼性を確保できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

さらに本実施形態においては、波長変換部２７および光源部２１が第２固定部材７３に固定されるとともに、第２固定部材７３が第１固定部材７１とは別体の部材であるため、波長変換部２７や光源部２１で発生した熱が拡散部３０に影響を及ぼしにくい。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図９を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図９は、第３実施形態の光源装置７６の概略構成図である。
図９において、第２実施形態で用いた図８と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の光源装置７６は、第１固定部材７５と、第１窓部材７２と、第２固定部材７３と、第２窓部材７４と、光源部２１と、ホモジナイザー光学系２４と、第１位相差板１５と、偏光分離素子５０と、第１集光光学系２６と、波長変換部２７と、第２位相差板２８と、第２集光光学系７７（光学素子）と、レンズホルダー７８（保持部材）と、拡散部３０と、を備えている。第２固定部材７３は、第１固定部材７５とは別体の部材で構成されている。

第１固定部材７５において、第１空間Ｓ１Ｂには、第２位相差板２８、第２集光光学系７７、レンズホルダー７８、および拡散部３０が収容されている。また、第１固定部材７５は、第２位相差板２８、第２集光光学系２９および拡散部３０を第１空間Ｓ１Ｂの内部に固定する。さらに、第２実施形態と同様に、第１固定部材７５は、偏光分離素子５０から拡散部３０に向かう光、および拡散部３０で拡散反射された光が通過する開口部７５ｈを有する。開口部７５ｈは、第１窓部材７２によって閉塞されている。

レンズホルダー７８は、第２集光光学系７７を構成する第１ピックアップレンズ７７ａと第２ピックアップレンズ７７ｂとを保持する。拡散部３０の光反射側は、第２集光光学系７７とレンズホルダー７８とで覆われている。
その他の構成は、第２実施形態と同様である。

本実施形態の光源装置７６においても、拡散部３０が第１固定部材７５と熱伝導可能に接続されているため、拡散部３０で発生した熱が第１固定部材７５に効率良く伝導され、拡散部３０の信頼性を確保できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

さらに本実施形態においては、第２集光光学系７７を構成する各ピックアップレンズ７７ａ，７７ｂがレンズホルダー７８に保持されているため、拡散部３０によって拡散反射された光のうち、大きな発散角で射出された光がレンズホルダー７８によって遮断されるため、第１空間Ｓ１Ｂ内の迷光の発生を抑えることができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１０を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図１０は、第４実施形態の光源装置７９の概略構成図である。
図１０において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態の光源装置８０は、第１固定部材８１と、第２固定部材８２と、第２窓部材７４と、光源部２１と、ホモジナイザー光学系２４と、第１位相差板１５と、偏光分離素子５０と、第１集光光学系２６と、波長変換部２７と、第２位相差板２８（位相差素子）と、第２集光光学系２９（光学素子）と、拡散部３０と、を備えている。第２固定部材８２は、第１固定部材８１とは別体の部材で構成されている。

第１固定部材８１は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成された箱状の部材であり、複数の板部に囲まれた第１空間Ｓ１Ｃを有する。第１空間Ｓ１Ｃには、拡散部３０が収容されている。また、第１固定部材８１は、拡散部３０を第１空間Ｓ１Ｃの内部に固定する。

第１固定部材８１は、偏光分離素子５０から拡散部３０に向かう光、および拡散部３０で拡散反射された光が通過する開口部８１ｈを有する。開口部８１ｈは、第２位相差板２８によって閉塞されている。この構成により、第１空間Ｓ１Ｃは密閉された空間となり、第１空間Ｓ１Ｃに塵埃等が進入することがない。

また、第２固定部材８２は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成された箱状の部材であり、複数の板部に囲まれた第２空間Ｓ２Ｃを有する。第２空間Ｓ２Ｃには、光源部２１、ホモジナイザー光学系２４、第１位相差板１５、偏光分離素子５０、第１集光光学系２６、波長変換部２７、および第２集光光学系２９が収容されている。また、第２固定部材７３は、光源部２１、ホモジナイザー光学系２４、第１位相差板１５、偏光分離素子５０、第１集光光学系２６、波長変換部２７、および第２集光光学系２９を第２空間Ｓ２Ｃの内部に固定する。

第２固定部材８２は、偏光分離素子５０から拡散部３０に向かう光、および拡散部３０で拡散反射された光が通過する開口部８２ｈを有する。開口部８２ｈは、第２窓部材７４によって閉塞されている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の光源装置８０においても、拡散部３０が第１固定部材８１と熱伝導可能に接続されているため、拡散部３０で発生した熱が第１固定部材８１に効率良く伝導され、拡散部３０の信頼性を確保できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

さらに本実施形態においては、第１固定部材８１の開口部８１ｈが第２位相差板２８により閉塞されているため、開口部８１ｈを閉塞するための窓部材を別途準備する必要がなく、光源装置８０の部品点数の削減が図れる。

［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１１を用いて説明する。
第５実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図１１は、第５実施形態の光源装置８４の概略構成図である。
図１１において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態の光源装置８４は、第１固定部材８５と、第２固定部材８６と、第２窓部材７４と、光源部２１と、ホモジナイザー光学系２４と、第１位相差板１５と、偏光分離素子５０と、第１集光光学系２６と、波長変換部２７と、第２位相差板２８（位相差素子）と、第２集光光学系２９（光学素子）と、拡散部３０と、断熱材８７と、を備えている。第２固定部材８６は、第１固定部材８５とは別体の部材として構成されている。

第１固定部材８５は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成された箱状の部材であり、複数の板部に囲まれた第１空間Ｓ１Ｄを有する。第１空間Ｓ１Ｄには、第２集光光学系２９および拡散部３０が収容されている。また、第１固定部材８５は、第２集光光学系２９および拡散部３０を第１空間Ｓ１Ｄの内部に固定する。

第１固定部材８５は、偏光分離素子５０から拡散部３０に向かう光、および拡散部３０で拡散反射された光が通過する開口部８５ｈを有する。開口部８５ｈは、第２位相差板２８によって閉塞されている。

第２固定部材８６は、例えば銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成された箱状の部材であり、複数の板部に囲まれた第２空間Ｓ２Ｄを有する。第２空間Ｓ２Ｄには、光源部２１、ホモジナイザー光学系２４、第１位相差板１５、偏光分離素子５０、第１集光光学系２６、および波長変換部２７が収容されている。また、第２固定部材８６は、光源部２１、ホモジナイザー光学系２４、第１位相差板１５、偏光分離素子５０、第１集光光学系２６、および波長変換部２７を第２空間Ｓ２Ｄの内部に固定する。

第２固定部材８６は、偏光分離素子５０から拡散部３０に向かう光、および拡散部３０で拡散反射された光が通過する開口部８６ｈを有する。開口部８６ｈは、第２窓部材７４によって閉塞されている。

第２固定部材８６は、断熱材８７を介して第１固定部材８５と接続されている。断熱材８７には、一般的な光学機器に用いられる断熱材を用いることができ、種類は特に限定されない。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の光源装置８４においても、拡散部３０が第１固定部材８５と熱伝導可能に接続されているため、拡散部３０で発生した熱が第１固定部材８５に効率良く伝導され、拡散部３０の信頼性を確保できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

特に本実施形態においては、第２固定部材８６が断熱材８７を介して第１固定部材８５と接続されているため、波長変換部２７や光源部２１から発生した熱が第２固定部材８６に伝達された際にその熱が拡散部３０に影響を及ぼしにくく、拡散部３０の信頼性を確保することができる。また、第１固定部材８５と第２固定部材８６とを一括して取り扱いやすい。

［実施例］
本発明者は、第１実施形態の光源装置において、拡散板を回転させる等の手段を用いなくても、スペックルノイズが低減できているか否かをシミュレーションにより実証した。以下、シミュレーション結果について説明する。

プロジェクターにおいて、図１３に示すように、投射光学系からの光がスクリーンＳＣＲに入射する際の投射側の開口数をＮＡｐ、スクリーンＳＣＲから光が射出される際の観察側の開口数をＮＡｅとしたとき、スペックルコントラストＳＣは、下記の（１）式で表される。

（１）式から明らかなように、観察側開口数ＮＡｅが一定である場合、スペックルコントラストは投射側開口数ＮＡｐで決まる。プロジェクターにおいて、投射側開口数ＮＡｐは、投射光学系の射出瞳とスクリーンとの間の距離と、射出瞳のサイズと、から求められる。観察側開口数ＮＡｅは、観察者とスクリーンとの間の距離と、観察者の瞳のサイズと、から求められる。

ただし、（１）式を用いてスペックルコントラストＳＣを計算する際、投射光学系の射出瞳における瞳像の照度分布が、投射側開口数ＮＡｐの範囲内で均一であることを前提としている。しかしながら、実際のプロジェクターの射出瞳像は照度が均一でないため、（１）式の前提を満たさず、スペックルコントラストＳＣを正確に計算することはできない。

そこで、本出願人は、射出瞳像が照度分布を有していても、スペックルノイズを精度良く評価できる指標を求める式を実験により導き出した（例えば、特開２０１５−６４４４４号公報参照）。

図１４に示すように、射出瞳像Ｚの中心を座標の原点Ｏとして、互いに直交する軸をｘ軸、ｙ軸とする。このとき、座標（ｘ、ｙ）の点の規格化照度をＰ（ｘ，ｙ）と示したとき、下記の（２）式で表される指標をＥＰ値（Effective Pupil）と呼ぶ。

なお、規格化照度Ｐ（ｘ，ｙ）は、下記の（３）式で求められる。
Ｐ（ｘ，ｙ）＝照度（cd/m^２）／射出瞳像の照度分布のうちの上位０．１％の平均照度（cd/m^２） …（３）

（２）式において、絶対的な照度でなく、規格化照度を用いることで、射出瞳像の明るさによらずにＥＰ値を算出することができる。また、規格化照度を計算する際に、射出瞳像の明るさの上位０．１％の平均照度を用いることにより、ＥＰ値の計算結果の精度をより高めることができる。

本発明者は、波長４５０ｎｍ±１０ｎｍの青色光について、射出瞳像の照度分布を種々変化させたときのＥＰ値とスペックルコントラストとの相関関係を調べた。

図１２は、ＥＰ値とスペックルコントラストとの関係を示すグラフである。図１２において、横軸はＥＰ値［−］であり、縦軸はスペックルコントラスト［％］である。
図１２に示すように、ＥＰ値を５０以上としたとき、スペックルコントラストは４％未満で略一定となることが判った。本発明者は、官能評価等の結果から、青色光については、スペックルコントラストが４％未満であれば、観察者がスペックルノイズを認識しないという知見を得ている。したがって、光源装置において拡散板を回転させる等の手段を用いなくても、ＥＰ値を５０以上とすれば、観察者がスペックルノイズを認識しないことが確認された。ここでは提示しないが、緑色光や赤色光についても、ＥＰ値を所定値以上とすることにより、スペックルコントラストを略一定にできることが判った。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、拡散部に加えて、波長変換部が固定部材に固定されている構成を例示したが、波長変換部の構成は上記の例に限定されず、波長変換部が蛍光体層を備えた基板をモーターによって回転させる構成を有していてもよい。

その他、光源装置を構成する各構成要素の数、形状、材料、配置等については、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、３つの光変調装置を備えたプロジェクターを例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに本発明を適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。

その他、プロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。

また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１…プロジェクター、２，７９，８０，８４…光源装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学装置、２１…光源部、２７…波長変換部、２８…第２位相差板（位相差素子）、３０，６０，６３，６６…拡散部、４０，７１，７５，８１，８５…第１固定部材、４３，６４，６７…拡散板（拡散素子）、４４…第３ヒートシンク（放熱部材）、６１…拡散素子、７１ｈ，７５ｈ，８１ｈ，８５ｈ…開口部、７３，８２，８６…第２固定部材、７７ａ…第１ピックアップレンズ（光学素子）、７７ｂ…第２ピックアップレンズ（光学素子）、７８…レンズホルダー（保持部材）、８７…断熱材、Ｓ１，Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ１Ｃ，Ｓ１Ｄ…第１空間、Ｓ２，Ｓ２Ｃ，Ｓ２Ｄ…第２空間。

Claims (8)

1. 光を射出する光源部と、
   前記光源部から射出された光を拡散反射させる拡散部と、
   前記拡散部に光を導く光学素子と、
   第１空間を有し、前記拡散部を前記第１空間の内部に固定する第１固定部材と、
   を備え、
   前記拡散部は、前記第１固定部材と熱伝導可能に接続されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記拡散部は、拡散素子と、前記拡散素子に接続され、前記拡散素子からの熱を放出する放熱部材と、を有し、
   前記放熱部材の少なくとも一部は、前記第１固定部材の外部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光源部から射出された光の波長を変換する波長変換部をさらに備え、
   前記第１固定部材は、前記光源部および前記波長変換部を前記第１空間の内部に固定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記光源部から射出された光の波長を変換する波長変換部と、
   第２空間を有し、前記光源部および前記波長変換部を前記第２空間の内部に固定する第２固定部材と、
   をさらに備え、
   前記第２固定部材は、前記第１固定部材とは別体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
5. 前記第２固定部材は、断熱材を介して前記第１固定部材と接続されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記光学素子を保持する保持部材をさらに備え、
   前記拡散部の光反射側は、前記光学素子と前記保持部材とで覆われていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 光の偏光状態を変換する位相差素子をさらに備え、
   前記第１固定部材は、前記拡散部に向かう光および前記拡散部で拡散反射された光が通過する開口部を有し、
   前記開口部は、前記位相差素子によって閉塞されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光源装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。

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