(57)【要約】      （修正有）【課題】光の利用効率の低下を抑制しつつ、スペックルを低減できるスペックル低減装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】スペックル低減装置は、レーザー光の光路を挟んで互いに対向して配置される発熱源２０及び吸熱源１０と、発熱源２０を発熱させ、吸熱源１０から吸熱させるための電力を供給する電力供給装置３０とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光の光路を挟んで互いに対向して配置される吸熱源及び発熱源と、
前記吸熱源から吸熱させ、前記発熱源を発熱させるための電力を供給する電力供給装置と、
を有するスペックル低減装置。
【請求項２】
前記発熱源が鉛直下方に配置され、前記吸熱源が鉛直上方に配置された請求項１記載のスペックル低減装置。
【請求項３】
前記吸熱源及び前記発熱源の四方がそれぞれ断熱部材で囲まれた請求項１または２記載のスペックル低減装置。
【請求項４】
前記レーザー光の光路となる空間を囲うように、伝熱部材が前記吸熱源及び前記発熱源にそれぞれ取り付けられた請求項１から３のいずれか1項記載のスペックル低減装置。
【請求項５】
レーザー光を出射する、光源となるレーザー素子と、
前記レーザー素子における前記レーザー光の出射面側に、前記発熱源及び前記吸熱源が配置される請求項１または２記載のスペックル低減装置と、
前記電力供給装置の動作を制御する制御部と、
を有するプロジェクター。
【請求項６】
前記発熱源及び前記吸熱源が、ペルチェ素子である請求項５記載のプロジェクター。
【請求項７】
前記プロジェクターの設置状態を検知する姿勢センサーをさらに有し、
前記制御部は、前記姿勢センサーで検知した前記プロジェクターの設置状態に基づいて前記発熱源及び前記吸熱源に供給する電流の向きを変更する請求項６記載のプロジェクター。
【請求項８】
前記発熱源及び前記吸熱源の温度を測定する温度センサーをさらに有し、
前記制御部は、前記温度センサーで検出した温度に基づいて前記電力供給装置から前記発熱源及び前記吸熱源へ供給する電流値を変更する請求項５から７のいずれか１項記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスペックル低減装置及びそれを備えたプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のプロジェクターには、長寿命化や高出力化が可能であり、色再現性に優れている等の理由から、レーザー光を出力するレーザー素子（レーザダイオード等）を光源として用いる構成がある。
しかしながら、レーザー光はコヒーレントな光であるため、レーザー素子をプロジェクターの光源に用いると、干渉によって生じるスペックルと呼ばれる斑点模様がスクリーン上で観察される。スペックルは、レーザー光を用いて形成された画像を乱すノイズとなるため、プロジェクターの表示品質を低下させる要因となる。
【０００３】
スペックルを低減するための手法としては、従来から拡散板を用いる構成が知られている。例えば、特許文献１には、光透過性を有する回転する円板状の基板に、該基板の回転方向に沿ってレーザー光を拡散させる複数の拡散部が形成された拡散板が記載されている。特許文献１に記載された拡散板は、各拡散部を透過したレーザー光が拡散板から所定の距離だけ離れた平面に照射されたとき、該平面上におけるレーザー光のビームスポットの大きさがそれぞれ異なるように各拡散部が形成されている。
このような構成では、回転する拡散板にレーザー光を透過させると、各拡散部を透過したレーザー光で形成される上記平面上におけるスペックルのパターンが動的に変化する。そのため、変化するスペックルのパターンが時間的に重畳されて平均化されることでスペックルが人の目に認識され難くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９４２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載された拡散板において、スペックルを効果的に低減するには、各拡散部における光の拡散角のばらつきを大きくする必要がある。しかしながら、拡散角のばらつきを大きくするために該拡散角を大きく設定すると、後段のレンズやミラー等の光学部品に入射されない光が発生する。また、レーザー光が拡散部を通過する際には、該拡散部によって光損失も発生する。そのため、特許文献１に記載された技術では、光源から出力される光の利用効率が低下してしまうという課題がある。すなわち、特許文献１に記載された技術は、スペックルを低減することと、光の利用効率とがトレードオフの関係にあり、光の利用効率の低下を抑制しつつ、スペックルを低減できる手法が求められる。
【０００６】
本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、光の利用効率の低下を抑制しつつ、スペックルを低減できるスペックル低減装置及びプロジェクター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】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明のスペックル低減装置は、レーザー光の光路を挟んで互いに対向して配置される吸熱源及び発熱源と、
前記吸熱源から吸熱させ、前記発熱源を発熱させるための電力を供給する電力供給装置と、
を有する。
【０００８】
本発明のプロジェクターは、レーザー光を出射する、光源となるレーザー素子と、
前記レーザー素子における前記レーザー光の出射面側に、前記発熱源及び前記吸熱源が配置される上記スペックル低減装置と、
前記電力供給装置の動作を制御する制御部と、
を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光の利用効率の低下を抑制しつつ、スペックルを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第1の実施の形態のスペックル低減装置の一構成例を示す模式図である。
【図２】第２の実施の形態のスペックル低減装置の一構成例を示す模式図である。
【図３】図２で示したスペックル低減装置が備えるペルチェ素子の一変形例を示す模式図である。
【図４】図２で示したスペックル低減装置が備えるペルチェ素子の他の変形例を示す模式図である。
【図５】プロジェクターが備える光学系の一構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明について図面を用いて説明する。
本発明では、光の利用効率の低下を抑制しつつスペックルを低減するためにシュリーレン現象を利用する。シュリーレン現象は、水や空気のような透明な媒体中で部分的に密度を変えて光の屈折率を変化させると、その屈折率が変化した部位を通る光の向きが種々の方向へ変化することでモヤのような影が見える現象である。
このような部分的に屈折率が変化する空間にレーザー光を透過させると、該屈折率の変化によって光の進行方向がランダムに変化し、そのランダムに変化する光から得られる光のパターンが時間的に重畳されて平均化されることでスペックルが低減される。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、第1の実施の形態のスペックル低減装置の一構成例を示す模式図である。
図１で示すように、第1の実施の形態のスペックル低減装置は、レーザー素子から出射されたレーザー光の光路を挟んで互いに対向して配置される吸熱源１０及び発熱源２０と、発熱源２０を発熱（放熱）させ、吸熱源１０から吸熱（冷却）させるための電力を供給する電力供給装置３０とを有する。
【００１３】
一般に、周囲よりも暖かい空気は上昇し、周囲よりも冷たい空気は下降する。したがって、吸熱源１０と発熱源２０との間で空気を効率よく対流させるために、吸熱源１０を鉛直上方に配置し、発熱源２０を鉛直下方に配置する。このように互いに対向して配置された吸熱源１０と発熱源２０との間には、密度が異なる温められた空気と冷却された空気とが混在する。また、上昇する空気や下降する空気に揺らぎを伴うことで、密度が異なる部位が移動するため、レーザー光の進行方向がランダムに変化する上記シュリーレン現象が発生する空間が形成される。
【００１４】
なお、吸熱源１０と発熱源２０との間に形成されるシュリーレン現象が発生する空間では、レーザー光の進行方向が大きく変化することで、後段のレンズやミラー等の光学部品に入射されない光が発生しないように、吸熱源１０と発熱源２０との温度差を設定することが望ましい。吸熱源１０の吸熱量及び発熱源２０の発熱量は、電力供給装置３０から供給する電力によって最適に設定すればよい。
【００１５】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態のスペックル低減装置の一構成例を示す模式図である。図３は、図２で示したスペックル低減装置が備えるペルチェ素子の一変形例を示す模式図であり、図４は、図２で示したスペックル低減装置が備えるペルチェ素子の他の変形例を示す模式図である。
図２で示すように、第２の実施の形態のスペックル低減装置は、第１の実施の形態で示した吸熱源１０及び発熱源２０として２つのペルチェ素子１００を備え、それらがレーザー素子３００から出力されたレーザー光の光路を挟んで互いに対向する位置に配置された構成である。ペルチェ素子１００には、対向して配置される一方の面を発熱（放熱）させ、他方の面から吸熱（冷却）させるための電力を供給する電力供給装置２００がそれぞれ接続される。ペルチェ素子１００に電力（電流）を供給する電力供給装置２００は、例えば周知の電流源で構成すればよい。
【００１６】
通常、プロジェクターは、該プロジェクターの天板が鉛直上方となるように設置される床置き状態、または該床置き状態とは逆にプロジェクターの天板が鉛直下方となるように、例えば天井から逆さに吊り下げた状態となる天吊り状態で使用される。
上記ペルチェ素子１００は、直流電流を流すことで一方の面が発熱（放熱）し、他方の面が吸熱（冷却）する素子であり、流れる電流の向きを変えることで発熱面と冷却面とを入れ変えることができる。したがって、吸熱源１０及び発熱源２０としてペルチェ素子１００を用いると、加速度センサー等の姿勢センサーを用いて検知したプロジェクターの設置状態に応じて発熱面及び冷却面を適切に設定できる。
また、ペルチェ素子１００は、発熱量及び吸熱量が電流値によって変化するため、例えば温度センサーを用いて互いに対向する面の発熱温度及び冷却温度を測定すれば、発熱面と冷却面の温度差を所望の値に設定できる。
【００１７】
ペルチェ素子１００は、発熱温度や冷却温度を一定に制御する必要はない。ペルチェ素子１００は、ランダムに、または周期的に電力供給装置２００から供給する電流値を変化させることで、発熱温度や冷却温度を変動させてもよい。その場合、発熱温度や冷却温度の変動によって、上昇する空気や下降する空気の揺らぎが変化するため、空気の密度が異なる部位の移動が促進されて、透過するレーザー光の進行方向をよりランダムに変更できる。そのため、より効率的にスペックルを低減できる。
温度センサーを用いて温度差を制御する構成、並びに発熱温度や冷却温度を変化させる構成は、第１の実施の形態で示した吸熱源１０及び発熱源２０にも適用できる。
【００１８】
電力供給装置２００からペルチェ素子１００へ供給する電流の向きや電流値を変更する場合、プロジェクターが備える不図示の制御部によって電力供給装置２００の動作を制御すればよい。その場合、制御部は、姿勢センサーの出力値からプロジェクターの設置状態を検知し、検知したプロジェクターの設置状態に基づいて電力供給装置２００からペルチェ素子１００へ供給する電流の向きを変更すればよい。また、制御部は、温度センサーの出力値からペルチェ素子１００の温度を検出し、検出した温度に基づいて電力供給装置２００からペルチェ素子１００に供給する電流値を変更すればよい。制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、各種論理回路等を含む情報処理装置（コンピュータ）で実現できる。
【００１９】
ペルチェ素子１００は、長手方向がレーザー光の進行方向と平行であり、短手方向がレーザー光の進行方向と直交するように配置すればよい。このとき、ペルチェ素子１００の長手方向はできるだけ長いことが望ましく、ペルチェ素子１００の短手方向はレーザー光の光路の幅に対して同等以上であることが望ましい。このような大きさのペルチェ素子１００を用いれば、レーザー光が２つのペルチェ素子１００間を通過する確率が高くなるため、より効率よくスペックルを低減できる。
【００２０】
なお、２つのペルチェ素子１００の距離が離れている場合、該ペルチェ素子１００間で空気を対流させるためには大きな温度差に設定する必要があり、ペルチェ素子１００に流す電流が増大してプロジェクターの消費電力が増大する。
一方、２つのペルチェ素子１００を近接して配置すれば、ペルチェ素子１００に供給する電流を低減できる。しかしながら、その場合は、発熱面と冷却面との間で熱がやり取りされることで空気が対流せずに熱平衡状態に近づくため、シュリーレン現象の発生効率が低下する。
２つのペルチェ素子１００間の距離や温度差は、それらの間を通過するレーザー光のビーム径や光パワーによって適切な値が異なる。したがって、２つのペルチェ素子１００間の距離や温度差は、スペックルの低減効果を確認しながら、それぞれ決定することが望ましい。
【００２１】
２つのペルチェ素子１００を、距離を離して配置する場合、本発明では、各ペルチェ素子１００の温度を構造的に維持できるようにしてもよい。例えば、図３で示すように、断熱部材１０１でペルチェ素子１００の四方を囲むことでペルチェ素子１００からの熱の移動を抑制する構成が考えられる。このような構成を採用すれば、ペルチェ素子１００の温度を維持するのに必要な、ペルチェ素子１００へ流す電流を低減できるため、プロジェクターの消費電力の増大を抑制できる。
あるいは、図４の（ａ）及び（ｂ）で示すように、レーザー光の光路となる空間を囲うように、銅等の熱伝導率が高い伝熱部材１０２をペルチェ素子１００にそれぞれ取り付けた構成が考えられる。このような構成を採用すれば、ペルチェ素子１００で発生した熱をレーザー光の光路の周囲に効率よく伝達できる。そのため、２つのペルチェ素子１００を近づけて配置するのと同様にペルチェ素子１００に流す電流を増大させる必要がなくなる。したがって、プロジェクターの消費電力の増大を抑制できる。
図３及び図４で示した構成は、第１の実施の形態で示した吸熱源１０及び発熱源２０にも適用することが可能である。また、図３及び図４で示した構成は、いずれか一方のみを用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
【００２２】
本実施形態では、スペックル低減装置に２つのペルチェ素子１００を備え、該ペルチェ素子１００間でシュリーレン現象を発生させる構成例を示したが、シュリーレン現象を発生させる素子はペルチェ素子１００に限定されるものではない。スペックル低減装置は、レーザー光の光路の空間に空気の密度の差を与えることができる構成であればよく、例えば、発熱源２０にはニクロム線等の電気抵抗を有する素子を用いてもよい。あるいは、レーザー光の光路の近傍に配置された熱伝導率の高い金属板に、レーザー素子等の半導体装置で発熱した熱を伝達することで、該金属板を発熱源２０として用いてもよい。吸熱源１０には、例えば、熱伝導率の高い金属板等に放熱フィンを取り付けた構成を用いてもよい。
【００２３】
また、上記説明では、スペックル低減装置として２つのペルチェ素子１００間の空気を、シュリーレン現象を発生させる媒体として用いる例を示したが、シュリーレン現象を発生させる媒体には、密度（濃度）が異なる２種類以上の透明な溶液を含む液体を用いてもよい。
【００２４】
本発明によれば、光源から出力されたレーザー光の光路に、シュリーレン現象を発生させる部分的に屈折率が変化する空間を形成するため、該屈折率の変化によって透過するレーザー光の進行方向がランダムに変化する。そのため、それらランダムに変化する光から得られる光のパターンが時間的に重畳されて平均化されることでスペックルが低減される。
また、レーザー光が透過する、シュリーレン現象を発生させる媒体は空気や透明な液体であり、透過時における光損失や光散乱が少ないため、光源として用いるレーザー光の利用効率の低下が抑制される。
さらに、本発明では、後段のレンズやミラー等の光学部品に入射されない光が発生しないように、ペルチェ素子１００の発熱温度や冷却温度を制御することも可能であるため、レーザー光の利用効率の低下をより抑制できる。
したがって、光の利用効率の低下を抑制しつつ、スペックルを低減できる。
【００２５】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態で示したスペックル低減装置を備えるプロジェクターについて説明する。
図５は、プロジェクターが備える光学系の一構成例を示す模式図である。
プロジェクターは、映像形成素子で形成された画像や映像をスクリーン等へ投影することで表示する装置である。以下では、プロジェクターのうち、映像形成素子として液晶パネルを用いる液晶プロジェクターの構成例及び動作例について簡単に説明する。プロジェクターには、映像形成素子として、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を用いる構成もある。図５は、プロジェクターが備える光学系の一例を示したものであり、レンズやミラー等の数は、図５で示した数に限定されるものではなく、必要に応じて増減してもよい。
【００２６】
図５で示すように、プロジェクターが備える光学系は、光源部１、照明光学系２、光変調部３及び投写光学系４を有する。
光源部１は、青色用光源１ａ、励起用光源１ｂ、蛍光体１ｃ、ダイクロイックミラー１ｄ、ペルチェ素子１ｅ、並びにレンズ１ｆ−１ｉを備える。
青色用光源１ａ及び励起用光源１ｂは、例えば青色の波長域にピーク波長を有する青色光を発光する複数の青色レーザーダイオードでそれぞれ構成される。
【００２７】
励起用光源１ｂから出射された光は、レンズ１ｆによって集光されてダイクロイックミラー１ｄに入射される。ダイクロイックミラー１ｄは、青色用光源１ａ及び励起用光源１ｂから出射される光（青色光）の波長よりも長い波長以上の光を透過し、青色用光源１ａ及び励起用光源１ｂから出射される光の波長未満の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー１ｄは、誘電体多層膜を用いることで実現できる。そのため、励起用光源１ｂからダイクロイックミラー１ｄに入射された青色光のレーザー光は該ダイクロイックミラー１ｄで反射され、レンズ１ｇで集光されて蛍光体１ｃに入射される。
【００２８】
蛍光体１ｃは、励起用光源１ｂから出射された光で励起し、該光とは異なる波長の光（例えば、黄色光）を発光する。蛍光体１ｃから出力された光（黄色光）はレンズ１ｇを通過してダイクロイックミラー１ｄに入射され、該ダイクロイックミラー１ｄを透過する。ダイクロイックミラー１ｄを透過した黄色光はレンズ１ｉによって集光されて照明光学系２に入射される。
青色用光源１ａから出射された光は、スペックル低減装置が備える２つのペルチェ素子１ｅで挟まれた空間を通過し、レンズ１ｈによってダイクロイックミラー１ｄに入射される。
【００２９】
ペルチェ素子１ｅは、図２で示したように青色用光源１ａから出射されたレーザー光の光路を挟んで互いに対向する位置に配置され、不図示の電力供給装置２００から発熱または吸熱のための電力が供給される。一般に、拡散されていないレーザー光が通過する光学部品には、光集塵効果によって塵芥が付着し易いため、該塵芥がレーザー光の透過時における光損失や光散乱の原因となることで光の利用効率が低下する。また、ペルチェ素子１ｅは、各光学部品における結像関係を乱さない位置に配置する必要がある。したがって、本発明のスペックル低減装置が備えるペルチェ素子１ｅは、図５で示すようにレーザー素子である青色用光源１ａの直後（レーザー光の出射面側）に配置することが望ましい。
【００３０】
ダイクロイックミラー１ｄは、上述したように青色光の波長よりも長い波長以上の光を透過し、該青色光の波長未満の光を反射する。そのため、青色用光源１ａから出射された光（青色光）は、ダイクロイックミラー１ｄで反射され、レンズ１ｉで集光されて照明光学系２に入射される。
【００３１】
照明光学系２は、インテグレータ２ａ、偏光ビームスプリッター２ｂ、レンズ２ｃ、第１のダイクロイックミラー２ｄ、第２のダイクロイックミラー２ｅ、第１のリレーレンズ２ｆ、第1のミラー２ｇ、第２のリレーレンズ２ｈ、第２のミラー２ｉ、第３のリレーレンズ２ｊ及び第３のミラー２ｋを備える。
インテグレータ２ａは、光源部１から出力された光を、照射面に対して均一な照度分布を有する光に変換する。図５は、フライアイレンズ方式のインテグレータ２ａの構成例を示しているが、インテグレータ２ａにはロッドレンズ方式の構成を用いてもよい。
【００３２】
偏光ビームスプリッター２ｂは、インテグレータ２ａから出力された光の偏光を揃えて出力する。偏光ビームスプリッター２ａから出力された光はレンズ２ｃによって第１のダイクロイックミラー２ｄに入射される。
【００３３】
第１のダイクロイックミラー２ｄは、例えば緑色光及び青色光を透過させ、赤色光を反射する。第１のダイクロイックミラー２ｄで反射された赤色光は第１のリレーレンズ２ｆによって第１のミラー２ｇに入射され、第１のミラー２ｇで反射されて光変調部３に入射される。また、第１のダイクロイックミラー２ｄを透過した緑色光及び青色光は第２のリレーレンズ２ｈによって第２のダイクロイックミラー２ｅに入射される。
【００３４】
第２のダイクロイックミラー２ｅは、例えば青色光を透過させ、緑色光を反射する。第２のダイクロイックミラー２ｅで反射された緑色光は光変調部３に入射され、第２のダイクロイックミラー２ｅを透過した青色光は第２のミラー２ｉに入射される。
第２のミラー２ｉは入射された青色光を反射し、該反射された青色光は第３のリレーレンズ２ｊによって第３のミラー２ｋに入射される。第３のミラー２ｋは入射された青色光を反射して光変調部３に入射する。
【００３５】
光変調部３は、映像形成素子である液晶パネル３ａ及びクロスプリズム３ｂを備える。
照明光学系２で分離された各色光は、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）毎に用意された液晶パネル３ａに入射され、映像信号に基づいてそれぞれ光変調される。光変調された各色光は、クロスプリズム３ｂによって合成され、投写レンズ４ａを備えた投写光学系４を介して不図示のスクリーン等に映像として投影される。
【００３６】
図５では、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の色光毎に液晶パネル３ａを備える構成例を示しているが、プロジェクターにはＲ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の各色光で共通の液晶パネルを用いる構成もある。また、ここでは透過型の液晶パネル３ａを用いて光変調する構成例を示したが、プロジェクターには反射型の液晶パネルを用いて光変調する構成もある。
【００３７】
本実施形態のプロジェクターによれば、青色用光源１ａの直後に第１及び第２の実施の形態で示したスペックル低減装置が備えるペルチェ素子１ｅを配置することで、青色用光源１ａで発光された光の利用効率の低下を抑制しつつ、不図示のスクリーン等に投影される映像で発生するスペックルを低減できる。
【符号の説明】
【００３８】
１    光源部
２    照明光学系
３    光変調部
４    投写光学系
１ａ    青色用光源
１ｂ    励起用光源
１ｃ    蛍光体
１ｄ    ダイクロイックミラー
１ｅ    ペルチェ素子
１ｆ−１ｉ、２ｃ    レンズ
２ａ    インテグレータ
２ｂ    偏光ビームスプリッター
２ｄ    第１のダイクロイックミラー
２ｅ    第２のダイクロイックミラー
２ｆ    第１のリレーレンズ
２ｇ    第1のミラー
２ｈ    第２のリレーレンズ
２ｉ    第２のミラー
２ｊ    第３のリレーレンズ
２ｋ    第３のミラー
３ａ    液晶パネル
３ｂ    クロスプリズム
４ａ    投写レンズ
１０    吸熱源
２０    発熱源
３０、２００    電力供給装置
１００    ペルチェ素子
１０１    断熱部材
１０２    伝熱部材
３００    レーザー素子
【図１】
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【図２】
2020160219.tif 000004
【図３】
2020160219.tif 000005
【図４】
2020160219.tif 000006
【図５】
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