WO2013008323A1

WO2013008323A1 - 光源装置及び投写型表示装置

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Publication number: WO2013008323A1
Application number: PCT/JP2011/065981
Authority: WO
Inventors: 紘子千布; 基恭宇都宮
Original assignee: Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-17
Also published as: US9448416B2; US20140125956A1

Abstract

　本発明は、レーザ光源と、レーザ光源からの光を励起光として発光する蛍光体（５）を有する円形基板（６）と、円形基板（６）を回転させるホイールモータ（７）と、レーザ光源からの光を反射し、蛍光体（５）からの光を透過するダイクロイックプリズムと、レーザ光源からの光を拡散する拡散板（１９ａ）と、拡散板（１９ａ）とホイールモータ（７）とを連結する板バネ（２０ａ）と、を備える。

Description

光源装置及び投写型表示装置

　本発明は、レーザ光源からの光によって励起される蛍光体を備える光源装置に関し、特に、蛍光体を有する蛍光板が、モータによって回転される光源装置、及び投写型表示装置に関する。

　映像を拡大表示する投写型表示装置は、パーソナルシアターでの用途から、業務用プレゼンテーションでの用途まで幅広く利用されている。このような投写型表示装置の光源としては、超高圧水銀ランプを用いたものが主流になっている。しかし、超高圧水銀ランプを用いた光源は、寿命が短く、水銀を使用するので環境への影響が大きいことが問題になっている。また、光源として超高圧水銀ランプを用いた場合、光源からの白色光を３原色の光に分離するために光学系が複雑になり、エテンデュも大きいので、光学系を小型化することが難しい。このため、小型化が求められる投写型表示装置の光源として、超高圧水銀ランプは最適なものとは言えない。

　これらの問題の対策として、光源として半導体レーザを用いた投写型表示装置が提案されている。レーザ光源は、指向性が優れているので、光利用効率が高く、低消費電力で長寿命といった利点を有する。

　投写型表示装置に用いられるＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３原色の光のうち、赤色光と青色光については高出力の半導体レーザが実用化されている。しかし、緑色光の半導体レーザについては、ディスプレイ用途に耐えられる十分な出力のものが未だ得られていない。そのため、ＬＤ（レーザダイオード）励起固体レーザや、光励起半導体レーザの赤外光（１０６４ｎｍ）を、波長変換素子（第二高調波発生素子；ＳＨＧ：Second　Harmonics　Generator）を用いて緑色光（波長５３２ｎｍ）に変換するＳＨＧレーザなどが代用されていた。

　しかし、波長変換素子を用いて緑色光に変換する場合、半導体レーザに比べ、光源が大きくなると共に、光電変換効率の低下に伴う消費電力の増加や、温度管理が厳しく要求されるといった問題が生じる。そのため、小型の投写型表示装置で使う光源としての制約が多くなってしまう。

　そこで、最近では、半導体レーザの青色光や紫外光などの光を励起光として利用して、蛍光体を発光させることで、必要な色光を得る方法が提案されている。

　特許文献１には、ホイールモータに取り付けられた円形基板に、赤色光を発光する蛍光体が設けられた第１領域と、緑色光を発光する蛍光体が設けられた第２領域と、青色光のレーザ光を透過させる第３領域とが分割して配置される構成が開示されている。このホイールモータを回転させることによって、赤色の蛍光と、緑色の蛍光と、青色のレーザ光とを時分割で発生させて、投写型表示装置の光源として利用している。

　また、蛍光体をホイールモータで回転させることによって、蛍光体に集光される励起用レーザのエネルギーを分散させて、蛍光体が熱的に損傷することを防ぐという効果も同時に得ている。

　このような、半導体レーザと蛍光体とを組み合わせて用いるハイブリッド構造は、高出力な小型の投写型表示装置に利用する光源として期待されている。

　図１Ａに、半導体レーザと蛍光体とを組み合わせたハイブリット光源を備える投写型表示装置の一般的な構成例の模式的な斜視図を示す。図１Ｂに、ハイブリット光源を備える投写型表示装置の一般的な構成例の模式的な平面図を示す。

　図１Ａ及び図１Ｂに示すように、投写型表示装置が備える光源装置１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各原色信号に対応したレーザ光源２ａ～２ｃと、コリメータレンズ３ａ～３ｃと、光学部材としてのダイクロイックプリズム４と、蛍光体５が塗布された円形基板６と、円形基板６を回転させるホイールモータ７と、ダイクロイックプリズム４によって結合されたＲ、Ｇ、Ｂ光を矩形光束に変換するための光インテグレータ８ａと、光インテグレータ８ａからの光を変調する空間光変調素子９ａと、空間光変調素子９ａからの光を投写面に投写するための投写レンズ１０と、を備えて構成されている。また、光インテグレータ８ａと空間光変調素子９ａとの間には、コンデンサレンズ１１ａ、ミラー１２、及びＴＩＲ（Total　Internal　Reflection：内部全反射）プリズム１３が配置されており、光インテグレータ８ａで整形された矩形光束を、空間光変調素子９ａへ導光するように構成されている。

　ここでは、理解を容易にするために、ダイクロイックプリズム４を用い、空間光変調素子９ａとしてＤＭＤ（Digital　Micromirror　Device）１４を用い、光インテグレータ８ａとして一対のフライアイレンズ１５ａ，１５ｂを用いた構成について説明する。しかし、光学部材としてダイクロイックミラーやクロスダイクロイックプリズムを用い、空間光変調素子９ａとして液晶パネルを用い、光インテグレータ８ａとして、矩形状断面を有する透明媒体からなるロッド型光インテグレータやライトトンネルなどを用いた構成もある。

　次に、投写型表示装置の投写動作について、図１Ｂを参照して説明する。図１Ｂに示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の光に対応した各レーザ光源２ａ～２ｃから出射されたレーザ光１６ａ～１６ｃは、コリメータレンズ３ａ～３ｃを通過し、ビーム径を拡大し、かつ平行光になりながらダイクロイックプリズム４へ入射する。

　このダイクロイックプリズム４は、角柱状に形成されており、レーザ光源２ａ～２ｃからの所定の波長帯域の光を反射し、蛍光体５からの光を透過させる複数の光学膜が、内面に設けられている。ダイクロイックプリズム４に入射したレーザ光のうちで、そのまま光源の光として用いる色のレーザ光（本構成例におけるレーザ光１６ｂ、１６ｃ）は、ダイクロイックプリズム４内の光学膜で反射されることによって、ダイクロイックプリズム４の他端側から出射される。

　一方、蛍光体５を励起するために用いられるレーザ光（本構成例におけるレーザ光１６ａ）の方は、同様にダイクロイックプリズム４内の光学膜で反射されることによって、蛍光体５が塗布された円形基板６に照射される。このとき、蛍光体５は、ホイールモータ７で回転されながら、レーザ光１６ａによって励起され、蛍光１７を発光し、その蛍光１７が再びダイクロイックプリズム４へ入射する。蛍光１７は、上述した他のレーザ光１６ｂ，１６ｃと一緒に、ダイクロイックプリズム４の他端側から出射される。このとき、レーザ光１６ｂ，１６ｃ、及び蛍光１７は合波されて、一対のフライアイレンズ１５ａ，１５ｂに入射し、照度分布が均一化された矩形光束に変換される。その矩形光束は、その後、コンデンサレンズ１１ａ、ミラー１２、及びＴＩＲプリズム１３を介してＤＭＤ１４に照射され、画像信号に応じて光変調される。矩形光束は、ＤＭＤ１４で光変調された後、再度、ＴＩＲプリズム１３を透過して投写レンズ１０に入射し、投写レンズ１０から投写面へ向けて拡大投写される。

　ところで、レーザ光のような干渉性が高いコヒーレント光は、コヒーレント光の波長よりも大きな凹凸を有する、例えばスクリーンなどの粗面に照射されたときに、ランダムに散乱されて、スペックルと呼ばれる斑点状の、ギラギラした明暗模様が生じる。これは、粗面上の各点からの単一波長の散乱波が、観測面の各点で重ね合わさって生じるランダムな干渉現象である。

　したがって、レーザ光源をＲ、Ｇ、Ｂのうちの一部または全部の光源で用いた投写型表示装置において、スクリーンの投写面上に映像を投写した場合、レーザ光がスクリーンの投写面上で拡散されて、光強度のランダムノイズ（スペックルノイズ）を発生する。この場合、スクリーン上の投写映像を観察者が見て網膜上にスペックルが結像されたとき、焦点が定まらない斑点状のチラツキとして認識されるようになる。そのため、観察者は、不快感や疲労感を覚えると共に、画像品質が極度に劣化して見えるようになる。

　そこで、レーザ光を光源として利用する投写型表示装置では、このようなスペックルノイズを低減するための様々な方法が提案されている。

　一般にスペックルノイズを低減する方法としては、「レーザ光のインコヒーレント化」と、「見かけ上のスペックルノイズの低減」の２つの手法が考えられる。

　「レーザ光のインコヒーレント化」の手法は、レーザ光のコヒーレント性（可干渉性）を解消して、インコヒーレント（非干渉）な光に変換する方法である。「レーザ光の高周波重畳による波長幅のブロード化」や、「可干渉距離よりも大きな遅延を持つレーザ光の多重化」、あるいは「直交する偏光同士の重ね合わせ」などがこの手法に相当する。

　これらの方法は、本質的に、光の性質そのものを変化させてスペックルが発生しないようにすることを意図している。

　一方、「見かけ上のスペックルノイズの低減」の手法は、人間の眼が判断不可能な時間内（２０ｍｓ以下）で、画像のスペックルパターンが複数回、重畳されて積分されることによって、人間の眼で気にならない程度までスペックルノイズを平均化して、見かけ上のスペックルノイズを低減する手法である。「スクリーンの揺動」や「光学部品の振動」などがこの手法に相当する。これらの手法では、本質的に光の性質そのものを変化させないので、スペックル自体が発生するが、脳の錯覚を利用して人間の眼では認識できないようにしている。

　前者のように、レーザ光をインコヒーレント化することでスペックルノイズを低減する場合、半導体レーザを構成する素子や駆動回路に直接手を加えたり、光学系を大幅に変更したりする必要がある。しかし、１つの方法だけで十分な効果を得ることは難しく、他の方法と複合的に組み合わせて用いられることが多い。

　一方、後者のように、見かけ上のスペックルノイズを低減する場合は、脳の錯覚を利用するので、効果が顕著に現れる。しかし、これらの方法のうちで、スクリーンの揺動による方法は、構造が大掛かりになり、スクリーンにも制約が生じるので、リアプロジェクタなどの一部の投写型表示装置で適用されるだけに止まっている。

　ここでは、特に、後者の「見かけ上のスペックルの低減」による手法のうち、「光学部品の振動によってスペックルノイズを低減する方法」について取り上げる。

　図２Ａに、スペックルノイズを低減する第１の関連技術における第１の構成例の斜視図を示す。図２Ｂに、スペックルノイズを低減する第１の関連技術における第２の構成例の斜視図を示す。この第１の関連技術は、特許文献２に開示されている。図２Ａに示すように、第１の関連技術の第１の構成例では、レーザ光源２ｄからのレーザ光が、コリメータレンズ３ｄ、光インテグレータ８ｂ、コンデンサレンズ１１ｂを経て、空間光変調素子９ｄに照射される。第１の構成例では、一対のフライアイレンズ１５ｃ，１５ｄからなる光インテグレータ８ｂを光軸回りに回転させることによって、スペックルパターンを光学系内で時間的、空間的に移動させている。これにより、観察者の網膜上に結像されるスペックルパターンが積分されて、見かけ上のスペックルノイズが低減されている。

　一方、図２Ｂに示すように、第１の関連技術の第２の構成例では、レーザ光源２ｄからのレーザ光が、コリメータレンズ３ｄ、集光レンズ２４ａ、光インテグレータ８ｃ、コンデンサレンズ１１ｂを経て、空間光変調素子９ｄに照射される。第２の構成例では、光インテグレータ８ｃとして、矩形断面を有するガラスなどの透明媒体であるロッド型光インテグレータ２３ａを、第１の構成例と同様に光軸回りに回転させることによって、同様の効果が得られている。

　図３Ａに、スペックルノイズを低減する第２の関連技術における第１の構成例の平面図を示す。図３Ｂに、スペックルノイズを低減する第２の関連技術における第２の構成例の平面図を示す。この第２の関連技術は、特許文献３に開示されている。図３Ａに示すように、第２の関連技術の第１の構成例では、一対の集光レンズ２４ｂとコレクターレンズ２６ａとの間の光路上に、モータ２５によって回転される動的散乱媒体である拡散板１９ｆが配置されている。また、図３Ｂに示すように、第２の関連技術の第２の構成例では、第１の構成例と同様に、一対の集光レンズ２４ｃとコレクターレンズ２６ｂとの間の光路上に、信号源２８のトランスデューサ２７によって振動される動的散乱媒体である拡散板１９ｇが配置されている。以上の構成のように、光路上に拡散板１９ｆ、１９ｇが配置されることで、光路上の散乱状態を変化させて、スペックルパターンを時間的、空間的に振動させている。これにより、観察者の網膜上に結像されるスペックルパターンが積分され、見かけ上のスペックルノイズが低減されている。

　図４Ａに、スペックルノイズを低減する第３の関連技術における第１の構成例の平面図を示す。図４Ｂに、スペックルノイズを低減する第３の関連技術における第２の構成例の平面図を示す。この第３の関連技術は、特許文献４に開示されている。図４Ａに示すように、第３の関連技術の第１の構成例では、レーザ光源２ｅからのレーザ光が通る、拡大レンズ（コリメータレンズ３ｅ）及びコリメータレンズ３ｆを有するビーム拡大オプティクス３０と、一対のフライアイレンズ１５ｅ、１５ｆ及びコンデンサレンズ１１ｃ，１１ｄを有するビーム整形オプティクス３１との間の光路上に、拡散板１９ｈが配置されており、運動付与手段３２ａによって拡散板１９ｈを振動させている。これによって、スペックルパターンを時間的、空間的に振動させることで、観察者の網膜上に結像されるスペックルパターンが積分され、見かけ上のスペックルノイズが低減される。また、図４Ｂに示すように、第３の関連技術の第２の構成例では、第１の構成例に加えて、ビーム整形オプティクス３１と空間光変調素子９ｄとの間にも、拡散板１９ｉが同様に配置され、共通の、あるいは個別の運動付与手段３２ａ，３２ｂによって、２枚の拡散板１９ｈ，１９ｉを振動させることで、スペックルノイズを低減する効果が高められている。

　図５Ａに、スペックルノイズを低減する第４の関連技術における第１の構成例の平面図を示す。図５Ｂに、スペックルノイズを低減する第４の関連技術における第２の構成例の平面図を示す。この第４の関連技術は、特許文献５に開示されている。図５Ａに示すように、第４の関連技術の第１の構成例では、上述した第３の関連技術と同様に、レーザ光源２ｆからのレーザ光が通る、フィールドレンズ１１ｆと空間光変調素子９ｅとの間の光路上に、拡散板１９ｊが配置されており、拡散板１９ｊが拡散板揺動部３６と連結されている。また、第１の構成例では、光インテグレータ８ｄとして、一対のフライアイレンズ１５ｇ、１５ｈが用いられている。この第１の構成例では、拡散板１９ｊの揺動速度をＶ（ｍｍ／ｓ）、拡散板１９ｊを構成する粒子サイズをｄ（ｍｍ）とすれば、「Ｖ＞ｄ×３０」（１秒当たりの変位量）を満たすように揺動速度Ｖを設定することで、スペックルノイズを効果的に低減している。加えて、拡散板の拡散角を、照明光学系の開口数と、投写レンズの明るさとの関係で制限するように設定することで、拡散板によるレーザ光の光量の損失を抑えようとしている。また、図５Ｂに示すように、第４の関連技術の第２の構成例では、光インテグレータ８ｅとして、一対のフライアイレンズ１５ｇ、１５ｈの代わりに、ロッド型光インテグレータ２３ｂを用いた場合についても開示されている。

特開２０１０－２３７４４３号公報特許第３９７５５１４号公報特開平７－２９７１１１号公報特許第４３０３９２６号公報特許第４１５８９８７号公報米国特許第４０３５０６８号

　上述したように、レーザ光の一部または全部を光源として利用する投写型表示装置においては、画像品質を劣化させるスペックルノイズを低減するために、光インテグレータや拡散物体などを揺動させて、観察者の網膜上に結像されるスペックルパターンが積分され、平均化されることで、見かけ上のスペックルノイズを低減させる方法が様々に提案されている。

　しかしながら、光インテグレータを光軸回りに回転させるような構成の場合、光インテグレータを回転させるための機構が大きくなり、製造コストの増加、及び実装容積の増加を招くと共に、消費電力が増える。

　ここで、消費電力に関して、補足して簡単に説明する。［背景技術］の欄で述べたたように、レーザ光をランプの代替光源として利用する投写型表示装置では、分離光学系が不要で光源自体も小さくなるので、光学系全体の小型化が容易になる。加えて、レーザ光源の消費電力は、ランプ光源と比べてかなり小さくなるので、バッテリー駆動を前提としたモバイル用途などの新規利用分野への利用が期待されている。その場合、装置全体の省電力化を図ることが要求されるので、スペックルノイズを低減する機構の駆動のために余分な電力を消費することは望ましくない。

　また、第２～第４の関連技術として挙げたように、光路上に配置された拡散板を、モータやトランスデューサ、その他の揺動手段によって揺動させてスペックルノイズを低減する方法は、１９７７年に交付された特許文献６などにも開示されている。しかし、特許文献６においても、上述した第１の関連技術と同様に、拡散板の揺動手段を備えることによって、製造コストの増加、実装容積の増加、及び消費電力の上昇を招くといった課題を有している。

　そこで、本発明は、上述した課題を解決し、拡散板を振動させる機構の製造コスト、消費電力を低減し、小型化を図り、スペックルノイズを低減することができる光源装置、及び投写型表示装置を提供することを目的とする。

　上述した目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、レーザ光源と、レーザ光源からの光を励起光として発光する蛍光体を有する蛍光板と、蛍光板を回転させるモータと、レーザ光源からの光を反射し、蛍光板からの光を透過する光学部材と、レーザ光源からの光を拡散する拡散板と、拡散板とモータとを連結する弾性部材と、を備える。

　本発明によれば、蛍光体を有する蛍光板を回転させるモータと、拡散板とを弾性部材を介して連結することで、弾性部材の弾性によってモータの固体伝播振動が大きくされるので、弾性部材によって拡散板を効率的に振動させることが可能になる。その結果、スペックルノイズを低減することができる。これにより、本発明によれば、拡散板を振動させる機構の製造コスト、消費電力を減らし、小型化することができる。

レーザ光と蛍光とを組み合わせたハイブリッド光源を用いた投写型表示装置の構成例を模式的に示す斜視図である。ハイブリッド光源を用いた投写型表示装置の構成例を模式的に示す平面図である。スペックルノイズを低減する第１の関連技術における第１の構成例を示す斜視図である。スペックルノイズを低減する第１の関連技術における第２の構成例を示す斜視図である。スペックルノイズを低減する第２の関連技術における第１の構成例を示す平面図である。スペックルノイズを低減する第２の関連技術における第２の構成例を示す平面図である。スペックルノイズを低減する第３の関連技術における第１の構成例を示す平面図である。スペックルノイズを低減する第３の関連技術における第２の構成例を示す平面図である。スペックルノイズを低減する第４の関連技術における第１の構成例を示す平面図である。スペックルノイズを低減する第４の関連技術における第２の構成例を示す平面図である。第１の実施形態の投写型表示装置を模式的に示す斜視図である。第１の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造を示す斜視図である。第１の実施形態の投写型表示装置を示す平面図である。第２の実施形態の投写型表示装置を模式的に示す斜視図である。第２の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造を示す斜視図である。第２の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置における円形基板を示す正面図である。第３の実施形態の投写型表示装置を模式的に示す斜視図である。第３の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造を示す斜視図である。第３の実施形態の投写型表示装置を示す平面図である。第４の実施形態の投写型表示装置を模式的に示す平面図である。第５の実施形態の投写型表示装置を模式的に示す斜視図である。第５の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造を示す斜視図である。第５の実施形態の投写型表示装置を示す平面図である。第６の実施形態の投写型表示装置を模式的に示す斜視図である。第６の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造を示す斜視図である。第６の実施形態の投写型表示装置を示す平面図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

　なお、半導体レーザと蛍光とを組み合わせたハイブリッド光源を用いる投写型表示装置の構成については、[背景技術]の欄において図１Ａ、１Ｂを参照して説明した。本実施形態の投写型表示装置は、図１Ａ、１Ｂに示した投写型表示装置を基本構成として、本発明の技術的特徴を有している。そのため、便宜上、本実施形態では、図１Ａ、１Ｂに示した投写型表示装置と共通する構成部材に、図１Ａ、１Ｂと同一の符号を付けて説明を省略し、図１Ａ、１Ｂに示した構成と異なる構成部分についてのみ説明する。

　（第１の実施形態）
　図６Ａに、第１の実施形態の投写型表示装置の模式的な斜視図を示す。図６Ｂに、第１の実施形態において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造の斜視図を示す。図６Ｃに、第１の実施形態の投写型表示装置の平面図を示す。

　図６Ａ～６Ｃに示すように、第１の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置１８ａは、図１Ａ、１Ｂに示した関連する光源装置１において、拡散板１９ａが、光学部材としてのダイクロイックプリズム４と、光インテグレータ８ａを構成するフライアイレンズ１５ａとの間の光路上に配置されている。ダイクロイックプリズム４は、レーザ光源２ａ～２ｃからの光を反射し、蛍光体５からの光を透過させる複数の光学膜を有している。光インテグレータ８ａは、拡散板１９ａによって拡散された光の照度分布を均一化して矩形光束に整形する。

　拡散板１９ａと、蛍光体５が塗布された蛍光板としての円形基板６を回転させるホイールモータ７は、弾性部材としての板バネ２０ａを介して連結されている。円形基板６は、中心にホイールモータ７の回転軸が固定されている。板バネ２０ａは、図６Ｂ、６Ｃに示すように、金属材や樹脂材によって形成されており、ホイールモータ７から拡散板１９ａまで、光路に沿って延ばされた帯状に形成されている。ホイールモータ７は、板バネ２０ａの延在方向に関する一端部に配されている。拡散板１９ａは、板バネ２０ａの延在方向に関する他端部に配されている。

　次に、第１の実施形態の投写動作について説明する。

　［背景技術］の欄にて、図１Ａ、１Ｂに示した関連技術の構成の説明で述べたように、投写動作中、レーザ光の一部が照射されて蛍光を発生する蛍光体５が塗布された円形基板６は、ホイールモータ７の回転軸に固定されており、常時、高速で回転されている。

　図６Ｂに示すように、ホイールモータ７は、板バネ２０ａの一端と連結されており、ホイールモータ７の回転数に応じた固体伝播振動によって、板バネ２０ａを振動させる。このとき、板バネ２０ａの他端に設けられ、光路上に配置された拡散板１９ａも、固体伝播振動の振幅が増幅されて振動される。

　これにより、図６Ｃに示すように、振動する拡散板１９ａを通過するレーザ光１６ａ～１６ｃのスペックルパターンが複数回、重畳されて積分されることになるので、投写光のスペックルが平均化され、スペックルノイズを低減することができる。

　また、板バネ２０ａの剛性と拡散板１９ａの質量とで決定される共振周波数が、ホイールモータ７の固体伝播周波数と一致するように設定することが好ましい。これによって、投写映像を見る観察者の網膜上に結合されるスペックルパターンの変位量（拡散板１９ａの振幅に依存する）が、スペックルパタ－ンの平均的な大きさ以上になるように、拡散板１９ａの振幅を増幅することができる。その結果、スペックルノイズを更に効果的に低減することが可能になる。

　例えば、ホイールモータ７の回転数を７２００ｒｐｍとした場合、ホイールモータ７の固体伝播周波数ｆＤ（Ｈｚ）は、
　　ｆＤ＝７２００／６０＝１２０（Ｈｚ）　・・・・・（１）
で求められ、拡散板１９ａの質量をｍ（ｋｇ）としたときに、板バネ１７ａの曲げ剛性Ｋ（Ｎ／ｍ）が、
　　Ｋ＝ｍ×（２πｆＤ）^２　・・・・・（２）
を満たすように設定すれば、拡散板１９ａは、固体伝播周波数ｆＤにおいて板バネ１７ａの応答振幅に相当する変位で共振することになる。

　このように、投写動作中、蛍光体５を回転させるためのホイールモータ７の運動エネルギーを利用して、拡散板１９ａを振動させることができる。このため、拡散板１９ａを振動させるための駆動電力を消費することなく、スペックルノイズを効果的に除去することができる。また、拡散板を振動させる機構を別に設ける場合と比較して、モータ等の騒音を増やすことなく、スペックルノイズを効果的に除去することができる。

　本実施形態によれば、簡素な板バネ１７ａによって、既存の構成部品として用意されているホイールモータ７と拡散板１９ａとを機械的に連結するだけで、拡散板１９ａを振動させる機構（スペックルノイズを低減するための機構）が構成されているので、この機構の製造コストの低減を図ると共に、省スペース化、小型化を図ることができる。

　（第２の実施形態）
　第２の実施形態の投写型表示装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。第２の実施形態では、説明を簡単にするために、上述した第１の実施形態との相違点のみを述べ、上述した実施形態と共通する構成部分について説明を省略する。

　図７Ａに、第２の実施形態の投写型表示装置の模式的な斜視図を示す。図７Ｂに、第２の実施形態の投写型表示装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造の斜視図を示す。図７Ｃに、第２の実施形態における円形基板の正面図を示す。

　図７Ａ～７Ｃに示すように、第２の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置１８ｂでは、上述した第１の実施形態における光源装置１８ａにおいて、蛍光体５が塗布された円形基板６が、その中心から径方向に対して偏心量Δｈだけ偏心された位置に、ホイールモータ７の回転軸が固定されて構成されていることを特徴とする。第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、板バネ２０ｂを介して、ホイールモータ７と拡散板１９ｂとが連結されている。

　第２の実施形態は、上述した第１の実施形態において、拡散板の振動振幅を更に大きく設定して、スペックルパターンの積分効果を高めて、スペックルノイズを更に低減したい場合に適用される。また、第２の実施形態は、板バネの外形寸法やホイールモータの回転数などの設計上の制約によって、ホイールモータと拡散板とを連結する板バネの共振周波数を、ホイールモータの固体伝播周波数と一致させることが難しい場合や、光利用効率の損失を抑えるために拡散角が小さい拡散板を利用する必要がある場合などに適用される。

　第２の実施形態では、蛍光体５が塗布された円形基板６が、偏心しながら回転するので、板バネ２０ｂの振動発生源となるホイールモータ７の固体伝播振動の振幅を、円形基板６の偏心量Δｈに応じて、大きくなるように設定することができる。

　このため、第２の実施形態では、板バネ２０ｂの共振周波数における拡散板１９ｂの応答振幅を更に大きくすることが可能になり、板バネ２０ｂの共振周波数で板バネ２０ｂを振動させることができない場合であっても拡散板１９ｂの振動振幅が十分に得ることができる。その結果、スペックルパターンの積分効果を十分に得ることができる。また、本実施形態によれば、拡散角が小さい拡散板を用いた場合であっても、拡散板の振動振幅を大きくすることによって、スペックルパターンの積分効果を十分に得ることができる。

　第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、スペックルノイズを低減するための機構の小型化を図り、消費電力、騒音、及び製造コストの低減を図ることができる。

　（第３の実施形態）
　第３の実施形態の投写型表示装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態においても、説明を簡単にするために、上述した第１及び第２の実施形態との相違点のみを説明し、上述した実施形態と共通する構成部分について説明を省略する。

　図８Ａに、第３の実施形態の投写型表示装置の模式的な斜視図である。図８Ｂに、第３の実施形態の投写型表示装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造の斜視図を示す。図８Ｃに、第３の実施形態の投写型表示装置の平面図を示す。

　図８Ａ～８Ｃに示すように、第３の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置１８ｃは、上述した第１及び第２の実施形態における光源装置１８ａ，１８ｂにおいて、拡散板１９ｃが、蛍光体の励起用途以外のレーザ光源２ｂ，２ｃのうちで、視感度が最も高い波長であるレーザ光２ｃの光路上の、コリメータレンズ３ｃとダイクロイックプリズム４との間の位置に配置されていることを特徴とする。本実施形態においても、ホイールモータ７と拡散板１９ｃとは、板バネ２０ｃによって連結されている。

　第３の実施形態は、光学系の、拡散板の透過率の影響を受ける光利用効率の損失を極力抑えつつ、スペックルノイズを可能な限り低減する必要がある場合に用いられて好適である。

　一般に、スペックルは、視感度が高い波長においてより一層、顕著に視認される。Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の光の場合には、Ｇ＞Ｒ＞Ｂの順番でスペックルノイズが目立って認識される。

　一方、拡散板の透過率は、材質や拡散角にも依存するが、８５％～９８％程度である。このため、拡散板を光路上に配置することで光の損失が生じる。

　そこで、第３の実施形態では、スペックルノイズを低減するために最も効果がある、視感度が高い、例えば緑光用のレーザ光２ｃの光路に限定して、拡散板１９ｃが配置されており、ホイールモータ７の固体伝播振動を利用して拡散板１９ｃを振動させている。これによって、明るさの損失を最小限に抑えつつ、スペックルノイズを極力目立たないようにしている。

　また、第３の実施形態の構成によれば、ホイールモータ７に更に近い位置に拡散板１９ｃを配置できるので、板バネ２０ｃが小さくなり、板バネ２０ｃを含めた構成を更にコンパクトにできるという利点もある。第３の実施形態においても、上述した実施形態と同様に、スペックルノイズを低減するための機構の消費電力及び騒音の低減を図ると共に、小型化し、製造コストを低減することができる。

　（第４の実施形態）
　第４の実施形態の投写型表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態においても、説明を簡単にするために、上述した第３の実施形態との相違点のみを述べ、上述した実施形態と共通する構成部分について説明を省略する。

　図９に、第４の実施形態の投写型表示装置の模式的な平面図を示す。図９に示すように、第４の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置１８ｄは、上述した第３の実施形態における光源装置１８ｃにおける拡散板１９ｄが、蛍光体の励起用途以外の光源であるレーザ光源２ｂ，２ｃの光路上の、コリメータレンズ３ｂ、３ｃとダイクロイックプリズム４との間に設置されている。拡散板１９ｄは、２つのレーザ光源２ｂ，２ｃの光路上に跨って設けられている。本実施形態においても、拡散板１９ｄは、板バネ２０ｄを介してホイールモータ７に連結されている。

　第４の実施形態の構成においても、上述した第３の実施形態と目的が同様であるが、レーザ光源２ｂ，２ｃの光路上に、拡散板１９ｄを配置することで光の損失が生じるので、レーザ光源２ｂ，２ｃの出力に余裕がある場合に適用される。本実施形態によれば、原理上、スペックルノイズが発生しない蛍光の光路以外の光路上に、振動される拡散板１９ｄが配置される構成になるので、上述した第３の実施形態に比べて、スペックルノイズの低減の効果を更に高めることができる。

　第４の実施形態においても、上述した実施形態と同様に、スペックルノイズを低減するための機構の消費電力及び騒音の低減を図ると共に、小型化し、製造コストを低減することができる。

　（第５の実施形態）
　第５の実施形態の投写型表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態においても、説明を簡単にするために、上述した第４の実施形態との相違点のみを述べ、上述した実施形態と共通する構成部材について説明を省略する。

　図１０Ａに、第５の実施形態の投写型表示装置の模式的な斜視図を示す。図１０Ｂに、第５の実施形態の投写型表示装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造の斜視図を示す。図１０Ｃに、第５の実施形態の投写型表示装置の平面図を示す。

　第５の実施形態は、上述した第１の実施形態に比べて、スペックルノイズを低減するための機構の更なる小型化、及び製造コストの低減を図ると共に、消費電力及び騒音を低減することを目的としている。

　そのため、図１０Ｂ、１０Ｃに示すように、第５の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置１８ｅでは、レーザ光源２ａ～２ｃを冷却する冷却ファン２１が有するハブ２２の、回転軸に直交する面であるハブ面２２ａに、図示しない蛍光体を含有する円形基板２６が、接着等によって固定されている。冷却ファン１９と拡散板１９ｅは、板バネ２０ｅを介して連結されている。

　また、円形基板２６は、蛍光体と、基材とが混ぜられて形成されており、蛍光体５が塗布された円形基板６と同様に機能する。また、冷却ファン２１が有するハブ２２のハブ面２２ａに、蛍光体を混入させてもよい。上述した実施形態においても、円形基板６の代わりに、蛍光体を含有する円形基板２６が用いられてもよい。

　なお、本実施形態では、軸流ファンを用いた構成を示したが、シロッコファン等の他の送風機を用いた場合であっても、同様に、スペックルノイズを低減する効果が得られる。シロッコファンを用いる場合には、図示しないが、円筒状のファンの端面に、蛍光体を有する円形基板が配される。

　一般に、半導体レーザは、動作温度が高くなった場合に、発振波長が高波長側へシフトしたり、寿命が短くなったり、光出力が低下したりするおそれがある。これを避けるために、高出力の半導体レーザを有するレーザ光源では、送風機としての冷却ファンを用いた強制空冷が行われており、レーザ光源が冷却されている。上述した第１～第４の実施形態においても、図示しないが、レーザ光源は、必要に応じて冷却ファンを用いて冷却を行っている。

　第５の実施形態では、レーザ光源２ａ～２ｃを冷却するために用いられる冷却ファン２１のモータを、円形基板２６を回転させるホイールモータとして兼用して、モータの固体伝播振動を利用して拡散板１９ｅを振動させることによって、スペックルノイズを低減している。

　したがって、第５の実施形態によれば、投写型表示装置に実装される駆動モータ（冷却ファンのモータ、蛍光体を有する円形基板のホイールモータ、拡散板の振動モータ）の個数を１つにまとめて削減することができる。このため、第５の実施形態は、上述した第１の実施形態と比べて、同様にスペックルノイズの低減の効果が得られると共に、更なる小型化、及び製造コストの低減を図ると共に、消費電力及び騒音の低減を図ることが可能になる。

　また、本実施形態では、円形基板２６を回転させるホイールモータとして、レーザ光源２ａ～２ｃを冷却する空気を送るための冷却ファン１９のモータが適用されたが、投写型表示装置の筐体（不図示）内の空気をこの筐体外に排気する排気ファン等の他の送風機のモータが適用されてもよい。

　（第６の実施形態）
　第６の実施形態の投写型表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態においても、説明を簡単にするために、上述した第４の実施形態との相違点のみを述べ、上述した実施形態と共通する構成部材について説明を省略する。

　図１１Ａに、第６の実施形態の投写型表示装置の模式的な斜視図を示す。図１１Ｂに、第６の実施形態の投写型表示装置において、板バネを介してホイールモータと拡散板とが連結された構造の斜視図を示す。図１１Ｃに、第６の実施形態の投写型表示装置の平面図を示す。

　図１１Ｂ、１１Ｃに示すように、第６の実施形態の投写型表示装置が備える光源装置１８ｆは、蛍光体５の励起用途以外の光源であるレーザ光源２ｂ、２ｃの各光路にそれぞれ対応する第１及び第２の拡散板１９ｋ，１９ｍと、第１及び第２の拡散板１９ｋ，１９ｍを各々個別にホールモータ７と連結する第１及び第２の板バネと、を備えている。

　第１の拡散板１９ｋは、レーザ光源２ｂの光路上の、コリメータレンズ３ｂとダイクロイックプリズム４の入射端側との間に設置されている。第２の拡散板１９ｍは、レーザ光源２ｃの光路上の、コリメータレンズ３ｃとダイクロイックプリズム４の入射端側との間に設置されている。

　本実施形態においても、第１の拡散板１９ｋは、第１の板バネ２０ｆを介してホイールモータ７に連結されている。第２の拡散板１９ｍは、第２の板バネ２０ｇを介してホイールモータ７に連結されている。

　また、本実施形態では、ホイールモータ７の固体伝播周波数が、第１及び第２の板バネ２０ｆ，２０ｇの少なくとも一方の板バネの共振周波数と一致されており、第１及び第２の拡散板１９ｋ，１９ｍの少なくとも一方が効果的に振動される。本実施形態によれば、第１及び第２の拡散板１９ｋ，１９ｍを各々個別にホイールモータ７を連結する第１及び第２の板バネ２０ｆ，２０ｇを備えることで、第１及び第２の拡散板１９ｋ，１９ｍを効率的に振動させることができる。

　加えて、本実施形態によれば、板バネの共振周波数を、ホイールモータ７の固体伝播周波数と一致させることが難しい場合であっても、第１及び第２の板バネ２０ｆ，２０ｇのいずれか一方の共振周波数を、ホイールモータ７の固体伝播周波数と一致させることが可能になる。したがって、本実施形態によれば、板バネの設計の自由度を向上し、上述した実施形態と同様に、スペックルノイズの低減の効果が得られる。また、本実施形態においても、スペックルノイズを低減するための機構の小型化、及び製造コストの低減を図ると共に、消費電力及び騒音の低減を図ることができる。

　なお、上述した実施形態において、光インテグレータ８ａとしては、フライアイレンズ１５ａ，１５ｂに限定されるものではなく、ロッド型光インテグレータ、ライトトンネルが用いられてもよい。また、光学部材としては、ダイクロイックプリズム４に限定されるものではなく、ダイクロイックミラー、クロスダイクロイックプリズムが用いられてもよい。また、空間光変調素子９ａとしては、ＤＭＤ１４に限定されるものではなく、反射型液晶パネル、透過型液晶パネルが用いられてもよい。

　また、上述した実施形態は、３つのレーザ光源２ａ～２ｃを備える構成に適用されたが、この構成に限定されるものではなく、例えば青色光を出射する１つのレーザ光源を備える構成に適用されてもよい。この構成の場合には、赤色光を発光する蛍光体を有する第１領域と、緑色光を発光する蛍光体を有する第２領域と、青色光のレーザ光を透過させる第３領域とが分割して配置された円形基板を回転させることによって、赤色の蛍光と、緑色の蛍光と、青色のレーザ光とを時分割で発生させる。

　　２ａ～２ｃ　レーザ光源
　　４　ダイクロイックプリズム
　　５　蛍光体　
　　６　円形基板
　　７　ホイールモータ
　　８ａ　光インテグレータ
　　９ａ　空間光変調素子
　１６ａ～１６ｃ　レーザ光
　１７　蛍光
　１８ａ～１８ｅ　光源装置
　１９ａ～１９ｋ，１９ｍ　拡散板
　２０ａ～２０ｇ　板バネ

Claims

　レーザ光源と、
　前記レーザ光源からの光を励起光として発光する蛍光体を有する蛍光板と、
　前記蛍光板を回転させるモータと、
　前記レーザ光源からの光を反射し、前記蛍光体からの光を透過する光学部材と、
　前記レーザ光源からの光を拡散する拡散板と、
　前記拡散板と前記モータとを連結する弾性部材と、を備える光源装置。
　請求項１に記載の光源装置において、
　前記モータの固体伝播周波数が、前記弾性部材の共振周波数と一致する、光源装置。
　請求項１または２に記載の光源装置において、
　前記蛍光板は、前記蛍光板の中心から偏心した位置に、前記モータの回転軸が固定されている、光源装置。
　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置において、
　前記弾性部材は、前記モータから前記拡散板に向かって帯状に延ばされ、
　前記弾性部材の延在方向に関する一端部に前記モータが配され、前記弾性部材の延在方向に関する他端部に前記拡散板が配されている、光源装置。
　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光源装置において、
　前記拡散板は、前記光学部材の出射端からの光路上に配置されている、光源装置。
　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光源装置において、
　前記レーザ光源は、前記蛍光体を励起するための光を出射する第１のレーザ光源と、前記蛍光体を照射することなく前記光学部材から出射される光を出射する第２のレーザ光源と、を含み、
　前記拡散板は、前記光学部材と前記第２のレーザ光源との間の、該第２のレーザ光源からの光の光路上に配置されている、光源装置。
　請求項６に記載の光源装置において、
　前記レーザ光源は、前記蛍光体を照射することなく前記光学部材から出射される光を出射する第３のレーザ光源を更に含み、
　前記拡散板は、前記光学部材と前記第２のレーザ光源との間の、前記第２のレーザ光源からの光の光路上に配置された第１の拡散板と、前記光学部材と前記第３のレーザ光源との間の、前記第３のレーザ光源からの光の光路上に配置された第２の拡散板と、を含み、
　前記第１及び第２の拡散板は、各々個別の前記弾性部材に連結されると共に、複数の前記弾性部材の各々が前記モータに連結されている、光源装置。
　請求項７に記載の光源装置において、
　前記モータの固体伝播周波数が、前記複数の弾性部材のうちで、少なくとも１つの弾性部材の共振周波数と一致する、光源装置。
　請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光源装置において、
　前記蛍光板は、前記蛍光体と、基材とが混ぜられて形成されている、光源装置。
　請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光源装置において、
　ファンを回転させるファンモータを有する送風機を備え、
　前記モータは、前記ファンモータである、光源装置。
　請求項１０に記載の光源装置において、
　前記送風機は、前記ファンから前記レーザ光源に向かって空気を送る、光源装置。
　請求項１０に記載の光源装置において、
　前記送風機は、前記投写型表示装置の筐体内の空気を該筐体外に排気する、光源装置。
　請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の光源装置と、
　前記光源装置からの光を変調する光変調素子と、を備える投写型表示装置。