(57)【要約】【課題】拡散素子の信頼性低下を抑制しつつ、拡散素子の反射率低下を抑制することができる光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、波長帯域が３７ｎｍ以下である青色光を射出する光源と、光源から射出された光を拡散させる拡散素子と、を備える。拡散素子は、凹凸構造を有し、金属からなる基材と、凹凸構造に沿って設けられ、アルミニウムからなる反射膜と、反射膜に設けられた誘電体多層膜と、を有する。【選択図】図４
2019174501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長帯域が３７ｎｍ以下である青色光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を拡散させる拡散素子と、
を備え、
前記拡散素子は、
凹凸構造を有し、金属からなる基材と、
前記凹凸構造に沿って設けられ、アルミニウムからなる反射膜と、
前記反射膜に設けられた誘電体多層膜と、
を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記基材は、アルミニウム合金からなり、
前記反射膜のアルミニウム含有率は、前記基材のアルミニウム含有率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記誘電体多層膜は、屈折率が互いに異なる２種類以上の材質からなるとともに、７層以上の誘電体膜で構成されてい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。
【請求項４】
前記反射膜は、前記光の入射位置における前記反射膜の表面に対する接線に垂直な方向を基準とした反射角が０°〜７０°の範囲で前記光を反射することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光源の波長帯域は、４４７ｎｍ以上、かつ、４８４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記拡散素子を回転させる回転装置をさらに備えた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。
【請求項７】
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と、
前記光源装置から射出された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って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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターの光源装置として、半導体レーザー等の固体光源を備えた光源装置が知られている。レーザー光源を備えた光源装置は、装置の小型化が図れる、色再現性に優れる、瞬時点灯が可能である、光源の寿命が長い、などの利点を有している。一方、レーザー光源から発せられる光はコヒーレント光であり、スペックルノイズ等が発生しやすいという欠点があり、スペックルノイズを抑制するために、拡散板等の光学素子を用いて光を拡散させる必要がある。
【０００３】
下記の特許文献１には、光源装置と、光源装置からの光が入射する偏光分離素子と、偏光分離素子によって分離された一方の光が入射する蛍光体層と、他方の光が入射し、凹凸構造を有する拡散反射素子と、を備えた照明装置が開示されている。特許文献１には、凹凸構造を有するガラス製の基材の上に銀、アルミニウム等からなる反射膜が設けられた拡散反射素子、および凹凸構造を有する銀、アルミニウム製の基材からなる拡散反射素子等の例が開示され、拡散反射素子に入射する青色光のピーク波長が４６０ｎｍであることが記載されている。
【０００４】
下記の特許文献２には、中心波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの青色光を射出する半導体レーザーと、蛍光発光部と光透過領域と偏光変換反射領域とを含む波長変換部と、を備えた光源が開示されている。特許文献２には、偏光変換反射領域は、アルミニウム合金からなる基板の表面に凹凸が形成され、凹凸上に銀膜、シリコン酸化膜が順次形成された構成を有することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２０３８５７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／０７３１３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および２には、青色光を拡散および反射させる素子の反射膜として、銀やアルミニウムを用いることが記載されている。青色光は、可視光の波長帯域の中で短波長側の光であり、金属の凝集現象などを加速させる作用が比較的大きい。一般的に、銀とアルミニウムとの各種物性値を比較すると、凝集エネルギーは銀よりもアルミニウムの方が大きい一方、反射率は銀よりもアルミニウムの方が低い。そのため、光の照射等によって反射膜の温度が上昇した際に発生するおそれのある反射膜の凝集を抑制するため、反射膜の材料にアルミニウムを用いると、反射率が低下する、という問題があった。
【０００７】
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、拡散素子の信頼性低下を抑制しつつ、拡散素子の反射率低下を抑制することが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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、波長帯域が３７ｎｍ以下である青色光を射出する光源と、前記光源から射出された光を拡散させる拡散素子と、を備え、前記拡散素子は、凹凸構造を有し、金属からなる基材と、前記凹凸構造に沿って設けられ、アルミニウムからなる反射膜と、前記反射膜に設けられた誘電体多層膜と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記基材は、アルミニウム合金からなり、前記反射膜のアルミニウム含有率は、前記基材のアルミニウム含有率よりも高くてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記誘電体多層膜は、屈折率が互いに異なる２種類以上の材質からなるとともに、７層以上の誘電体膜で構成されていてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記反射膜は、前記光の入射位置における前記反射膜の表面に対する接線に垂直な方向を基準とした反射角が０°〜７０°の範囲で前記光を反射してもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記光源の波長帯域は、４４７ｎｍ以上、かつ、４８４ｎｍ以下であってもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記拡散素子を回転させる回転装置をさらに備えてもよい。
【００１４】
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、前記光源装置から射出された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って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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】照明装置の概略構成図である。
【図３】拡散板の正面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿う拡散板の断面図である。
【図５】誘電体多層膜の拡大断面図である。
【図６】評価項目である光の反射角を説明するための図である。
【図７】実施例の拡散板と比較例の拡散板との反射率の差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた光源装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
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。
【００１７】
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（レーザーダイオード）を用いている。
【００１８】
図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置２と、均一照明光学系４０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。
【００１９】
光源装置２は、照明光ＷＬを均一照明光学系４０に向けて射出する。光源装置２の詳細な構成については、後で詳しく説明する。
【００２０】
均一照明光学系４０は、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備えている。均一照明光学系４０は、光源装置２から射出された照明光ＷＬの強度分布を、被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれにおいて均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは色分離光学系３へ入射する。
【００２１】
色分離光学系３は、白色の照明光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の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー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。
【００２２】
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）とに分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光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、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、分離された緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。
【００２３】
第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、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。一方、第２の反射ミラー８ｂおよび第３の反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、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。また、緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂによって光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００２４】
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。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の光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの損失を補償する。
【００２５】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。
【００２６】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂには、例えば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、一対の偏光板（図示せず）が配置され、特定の方向の直線偏光光のみを通過させる構成となっている。
【００２７】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置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。フィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、およびフィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢを平行化する。
【００２８】
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からの画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。
【００２９】
投射光学装置６は、複数の投射レンズから構成されている。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。これにより、スクリーンＳＣＲ上に画像が表示される。
【００３０】
［照明装置］
以下、光源装置２について説明する。
図２は、光源装置２の概略構成を示す平面図である。
【００３１】
図２に示すように、光源装置２は、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０を含む光学素子２５と、第１のピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７と、位相差板２８と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散装置３０と、を概略備えている。
【００３２】
これらの構成要素のうち、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、光学素子２５と、位相差板２８と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散装置３０とは、それぞれの光学中心を光軸ａｘ１に一致させた状態で、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子２７と、第１のピックアップ光学系２６と、光学素子２５とは、それぞれの光学中心を光軸ａｘ２に一致させた状態で、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する位置関係にある。
【００３３】
アレイ光源２１は、アレイ状に配列された複数の半導体レーザーを備えている。複数の半導体レーザーは、第１の半導体レーザー２１１と、第２の半導体レーザー２１２と、を含む。複数の第１の半導体レーザー２１１および複数の第２の半導体レーザー２１２は、光軸ａｘ１と直交する同一面内において、アレイ状に並んで配置されている。
【００３４】
第１の半導体レーザー２１１は、青色光ＢＬ’を射出する照明光用のレーザー光源である。第１の半導体レーザー２１１は、青色光ＢＬ’として、４５０ｎｍ以上で４８０ｎｍ以下の波長帯の光を射出する。青色光ＢＬ’のピーク波長は、例えば４６０ｎｍである。第２の半導体レーザー２１２は、励起光ＢＬを射出する励起光用のレーザー光源である。第２の半導体レーザー２１２は、励起光ＢＬとして、ピーク波長が例えば４４６ｎｍのレーザー光を射出する。
本実施形態の第１の半導体レーザー２１１は、特許請求の範囲の光源に相当する。
【００３５】
励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’は、アレイ光源２１から偏光分離素子５０に向けて射出される。
【００３６】
アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’は、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’を平行光束に変換する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の第１の半導体レーザー２１１および複数の第２の半導体レーザー２１２にそれぞれ対応して配置されている。
【００３７】
コリメーター光学系２２を通過することにより平行光束に変換された励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’は、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’の光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えばアフォーカルレンズ２３ａ、およびアフォーカルレンズ２３ｂから構成されている。
【００３８】
アフォーカル光学系２３を通過することにより光束径が調整された励起光ＢＬおよび青色光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、励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’の強度分布を強度が略均一な分布、いわゆるトップハット分布に変換する。ホモジナイザー光学系２４は、例えばマルチレンズアレイ２４ａ、およびマルチレンズアレイ２４ｂから構成されている。
【００３９】
ホモジナイザー光学系２４によって強度分布が均一な状態に変換された励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’は、光学素子２５に入射する。光学素子２５は、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ａｘ１および光軸ａｘ２の双方に対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。光学素子２５は、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点と傾斜面Ｋの光学中心とが一致するように配置されている。なお、光学素子２５として、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものに限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。
【００４０】
傾斜面Ｋには、偏光選択性および波長選択性を有する偏光分離素子５０が設けられている。偏光分離素子５０は、励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’を、偏光分離素子５０に対するＳ偏光成分（一方の偏光成分）とＰ偏光成分（他方の偏光成分）とに分離する偏光分離機能を有する。具体的に、偏光分離素子５０は、励起光ＢＬのＳ偏光成分および青色光ＢＬ’のＳ偏光成分を反射させ、励起光ＢＬのＰ偏光成分および青色光ＢＬ’のＰ偏光成分を透過させる。
【００４１】
また、偏光分離素子５０は、励起光ＢＬと青色光ＢＬ’とは波長帯が異なる蛍光光ＹＬを、その偏光状態に依らずに透過させる波長選択性を有する。
【００４２】
励起光ＢＬおよび青色光ＢＬ’は、コヒーレントな直線偏光光である。また、励起光ＢＬと青色光ＢＬ’とは、偏光分離素子５０に入射する際の互いの偏光方向が異なっている。
【００４３】
具体的に、励起光ＢＬの偏光方向は、偏光分離素子５０で反射する偏光成分（例えばＳ偏光成分）の偏光方向と一致している。一方、青色光ＢＬ’の偏光方向は、偏光分離素子５０を透過する偏光成分（例えばＰ偏光成分）の偏光方向と一致している。このように、偏光分離素子５０に入射するとき、励起光ＢＬの偏光方向と青色光ＢＬ’の偏光方向とは、互いに直交する。この構成を実現するためには、青色光ＢＬ’が第１の半導体レーザー２１１から射出されたときの偏光方向が、励起光ＢＬが第２の半導体レーザー２１２から射出されたときの偏光方向と直交するように、第１の半導体レーザー２１１と第２の半導体レーザー２１２とを配置すればよい。
【００４４】
したがって、偏光分離素子５０に入射した励起光ＢＬは、偏光方向がＳ偏光成分と一致していることから、Ｓ偏光の励起光ＢＬｓとして、蛍光発光素子２７に向けて反射する。一方、偏光分離素子５０に入射した青色光ＢＬ’は、偏光方向がＰ偏光成分と一致していることから、Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ’として、拡散装置３０に向けて偏光分離素子５０を透過する。
【００４５】
偏光分離素子５０から射出されたＳ偏光の励起光ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２６に入射する。第１のピックアップ光学系２６は、励起光ＢＬｓを蛍光発光素子２７の蛍光体層３４に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２６は、例えばピックアップレンズ２６ａ、およびピックアップレンズ２６ｂから構成されている。
【００４６】
第１のピックアップ光学系２６から射出された励起光ＢＬｓは、蛍光発光素子２７に入射する。蛍光発光素子２７は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、蛍光体層３４を基板３５に固定する固定部材３６と、を有する。
【００４７】
蛍光体層３４は、蛍光体層３４の励起光ＢＬｓが入射する側と反対側の面が基板３５に接触した状態で、蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６によって、基板３５に支持されている。
【００４８】
蛍光体層３４は、波長４４６ｎｍの励起光ＢＬｓを吸収して励起される蛍光体を含む。励起光ＢＬｓにより励起された蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光光（黄色光）ＹＬを生成する。蛍光体の一例として、セリウムを賦活剤として含有するイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体が用いられる。
【００４９】
蛍光体層３４には、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層３４としては、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。
【００５０】
蛍光体層３４の励起光ＢＬｓが入射する側とは反対側には、反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬを反射する機能を有する。反射部３７は、鏡面反射面からなることが好ましい。蛍光発光素子２７においては、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬを反射部３７で鏡面反射させることにより、蛍光体層３４から効率的に蛍光光ＹＬを射出することができる。
【００５１】
具体的に、反射部３７は、蛍光体層３４の励起光ＢＬｓが入射する側とは反対側の面に反射膜３７ａが設けられた構成を有する。反射部３７は、基板３５が光反射特性を有する基材からなる構成であってもよい。この場合、反射膜３７ａを省略し、基板３５の蛍光体層３４と対向する面を鏡面化することにより、この面を鏡面反射面とすることができる。
【００５２】
固定部材３６には、光反射特性を有する無機接着剤を用いることが好ましい。この場合、光反射特性を有する無機接着剤によって蛍光体層３４の側面から漏れ出す光を蛍光体層３４内へと反射させることができる。これにより、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬの取り出し効率を更に高めることができる。
【００５３】
基板３５の蛍光体層３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が設けられている。蛍光発光素子２７においては、ヒートシンク３８を介して熱を放出できるため、熱による蛍光体層３４の劣化を抑制することができる。
【００５４】
蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体層３４の外部へと射出される。また、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の一部の蛍光光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体層３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光光ＹＬが蛍光体層３４から射出される。
【００５５】
蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、偏光方向が揃っていない非偏光光のため、第１のピックアップ光学系２６を通過した後、非偏光の状態のまま偏光分離素子５０に入射する。蛍光光ＹＬは、偏光分離素子５０をインテグレータ光学系３１に向けて透過する。
【００５６】
偏光分離素子５０から射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐ’は、位相差板２８に入射する。位相差板２８は、偏光分離素子５０と拡散装置３０との間の光路中に配置された１／４波長板（λ／４板）から構成されている。したがって、偏光分離素子５０から射出されたＰ偏光の青色光ＢＬｐ’は、位相差板２８を透過することにより、円偏光の青色光ＢＬｃ’に変換された後、第２のピックアップ光学系２９に入射する。
【００５７】
第２のピックアップ光学系２９は、青色光ＢＬｃ’を拡散装置３０に向けて集光する。第２のピックアップ光学系２９は、例えばピックアップレンズ２９ａ、およびピックアップレンズ２９ｂから構成されている。
【００５８】
拡散装置３０は、第２のピックアップ光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ’を再度、偏光分離素子５０に向けて拡散反射させる。拡散装置３０としては、拡散装置３０に入射した青色光ＢＬｃ’をランバート反射させるものを用いることが好ましい。また、入射する青色光ＢＬｃ’の角度と、拡散反射された光の呑込み角度と、で限定される有効な光線角度は、第２のピックアップ光学系２９までの光学系と、第２のピックアップ光学系２９と拡散装置３０の距離と、に依存する。そのため、拡散装置３０の実質的な反射特性としては、７０°以下が支配的である。
【００５９】
拡散装置３０は、第１面３０５ａを有する拡散板３０５と、拡散板３０５を回転軸３０２の周りに回転させるモーター３０３（回転装置）と、を備えている。回転軸３０２は、光軸ａｘ１と略平行に配置されている。これにより、拡散板３０５は、第１面３０５ａに平行な面内で回転する。拡散板３０５は、回転軸３０２の方向から見て、例えば円形に形成されている。拡散板３０５は、特許請求の範囲の拡散素子に対応する。
【００６０】
光源装置２においては、このような拡散装置３０を用いることにより、青色光ＢＬｃ’を拡散反射させて、略均一な照度分布を有する青色光ＢＬｃ’を得ることができる。拡散板３０５の詳細な構成については後述する。
【００６１】
拡散装置３０で拡散反射された青色光ＢＬｃ’は、第２のピックアップ光学系２９を再度通過し、位相差板２８に入射する。これにより、青色光ＢＬｃ’は、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’に変換され、偏光分離素子５０に入射する。上述したように、拡散装置３０に入射する前の青色光ＢＬｃ’は円偏光である。青色光ＢＬｃ’の偏光状態が拡散装置３０によって全く乱されなければ、青色光ＢＬｓ’は完全なＳ偏光であって、Ｐ偏光成分を含まない。青色光ＢＬｃ’の偏光状態が拡散装置３０によってある程度乱されたとしても、青色光ＢＬｓ’の主成分はＳ偏光成分である。青色光ＢＬｓ’のＳ偏光成分は、偏光分離素子５０によって反射される。
【００６２】
これにより、青色光ＢＬｓ’は、偏光分離素子５０を透過した蛍光光ＹＬとともに、照明光ＷＬとして光源装置２から射出される。すなわち、青色光ＢＬｓ’および蛍光光ＹＬは、偏光分離素子５０から互いに同一方向に向けて射出される。これにより、青色光ＢＬｓ’と蛍光光（黄色光）ＹＬとが合成された照明光（白色光）ＷＬが得られる。
【００６３】
光源装置２から射出された照明光ＷＬは、インテグレータ光学系３１に入射する。インテグレータ光学系３１は、入射した照明光ＷＬの輝度分布を均一化する。インテグレータ光学系３１は、例えばレンズアレイ３１ａ、およびレンズアレイ３１ｂから構成されている。レンズアレイ３１ａおよびレンズアレイ３１ｂは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列された構成を有する。
【００６４】
インテグレータ光学系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、入射した照明光ＷＬの偏光方向を揃える。偏光変換素子３２は、例えば偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、偏光方向が揃っていない蛍光光ＹＬと、Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ’の偏光方向との偏光方向を揃えるため、他方の偏光成分を一方の偏光成分に（例えばＰ偏光成分をＳ偏光成分に）変換する。
【００６５】
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、偏光変換素子３２から射出された照明光ＷＬを重畳させる。重畳光学系３３は、例えば、重畳レンズから構成されている。インテグレータ光学系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。
【００６６】
図３は、拡散板３０５の正面図である。図４は、図３のIV−IV線に沿う拡散板３０５の断面図である。
図４に示すように、拡散板３０５は、基材３０１と、反射膜３０７と、誘電体多層膜３０８と、を有する。
【００６７】
基材３０１は、アルミニウム合金で構成されている。アルミニウム合金として、例えばアルミニウム（Ａｌ）にマグネシウム（Ｍｇ）とシリコン（Ｓｉ）とが添加されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が用いられる。その他、アルミニウム合金には、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）等の元素が含有されていてもよい。
【００６８】
基材３０１の２つの面のうち、青色光ＢＬｃ’が入射する第１面３０１ａに、複数の凹部からなる凹凸構造３０４が設けられている。凹凸構造３０４は、ランダムに配置された複数の曲面を含む。すなわち、基材３０１は、凹凸構造３０４を有する。個々の凹部は、略球面状に形成されている。凹部の深さは、例えば球面全体の径の１／４程度である。凹凸構造３０４は、基材３０１をエッチング処理などで削ったり、ブラスト処理などで塑性変形させたりすることによって形成できる。
【００６９】
アルミニウム合金として、例えばＡ１０５０、Ａ１０７０、Ａ１０８５（ＪＩＳ合金呼称）などの１０００系アルミニウム合金展伸材が用いられてもよい。この種の合金材は、加工性に優れるため、プレスや切断などによる外形や塑性変形による表面形状の形成を容易に行うことができる。また、Ａ６０６１、Ａ６０６３（ＪＩＳ合金呼称）などの６０００系アルミニウム合金展伸材が用いられてもよい。この種の合金材は、強度に優れ、表面切削や塑性変形加工を施しても、反射膜の断裂などの原因となる微小亀裂などがあまり発生しない。性能や加工方法によって、その他のアルミニウム合金展伸材、ダイキャスト用や鋳造用のアルミニウム合金を適宜選択することができる。
【００７０】
反射膜３０７は、基材３０１の凹凸構造３０４に沿って設けられている。反射膜３０７は、アルミニウムを含有する材料から構成されている。具体的には、反射膜３０７は、アルミニウム含有率が９９．９９ｗｔ％以上の高純度アルミニウムから構成されている。好ましくは、反射膜３０７は、含有率９９．９９９ｗｔ％以上の超高純度アルミニウムを選択することができる。詳しくは後で説明するが、反射膜は、光の入射位置における反射膜に対する接線に垂直な方向を基準とした反射角が０°〜７０°の範囲で光を反射する。
【００７１】
反射膜３０７は、基材３０１の第１面３０１ａに、スパッタ法、蒸着法等の成膜法を用いて所定の膜厚で表面が滑らかな純アルミニウム膜を形成することによって得られる。成膜工程において、アルミニウムの含有率が例えば９９．９９９ｗｔ％のスパッタリングターゲットを用いた場合、アルミニウムの含有率が９９．９９９ｗｔ％の超高純度アルミニウムからなる反射膜３０７が得られる。
【００７２】
誘電体多層膜３０８は、反射膜３０７の基材３０１とは反対側の面に設けられている。図４では図示を省略するが、誘電体多層膜３０８は、屈折率が互いに異なる２種類の誘電体膜が交互に複数積層された構成を有する。
【００７３】
図５は、誘電体多層膜３０８の拡大断面図である。
図５に示すように、誘電体多層膜３０８は、第１層３０８Ａと、第２層３０８Ｂと、第３層３０８Ｃと、第４層３０８Ｄと、第５層３０８Ｅと、第６層３０８Ｆと、第７層３０８Ｇと、を有する。第１層３０８Ａは、反射膜３０７の上に設けられ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含んでいる。第２層３０８Ｂは、第１層３０８Ａの上に設けられ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでいる。第３層３０８Ｃは、第２層３０８Ｂの上に設けられ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含んでいる。第４層３０８Ｄは、第３層３０８Ｃの上に設けられ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでいる。第５層３０８Ｅは、第４層３０８Ｄの上に設けられ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含んでいる。第６層３０８Ｆは、第５層３０８Ｅの上に設けられ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでいる。第７層３０８Ｇは、第６層３０８Ｆの上に設けられ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含んでいる。
【００７４】
誘電体多層膜は、層数が多いほど光学特性を向上させることができる。本実施形態では、図５に示すように、アルミニウム反射膜からなる反射膜３０７の上に７層で構成される誘電体多層膜３０８を用いることで、必要な反射特性を得ている。本実施形態で示した以上の反射特性を得るためには、７層以上の誘電体多層膜を用いることが望ましい。なお、誘電体多層膜の層数は７層に限定されず、目標とする反射角度範囲によっては６層以下を選択することも可能であり、適宜変更が可能である。また、３種類以上の誘電体膜を用いて構成することもできる。また、誘電体材料として、ＳｉＯ２やＴｉＯ２の他、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３などが用いられてもよい。すなわち、誘電体多層膜は、屈折率が互いに異なる２種類以上の材質からなる、７層以上の誘電体膜で構成されていてもよい。
【００７５】
［実施例］
本発明者らは、本実施例の拡散板と比較例の拡散板のサンプルを実際に試作し、これらのサンプルについて反射率と信頼性の評価を行った。
以下、評価結果について説明する。
【００７６】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の一種であるＡ６０６３（ＪＩＳ合金呼称、Ｓｉ：０．２〜０．６ｗｔ％、Ｆｅ：０．１０ｗｔ％、Ｃｕ：０．３５ｗｔ％、Ｍｎ：０．１０ｗｔ％、Ｍｇ：０．４５〜０．９ｗｔ％、Ｃｒ：０．１０ｗｔ％、Ｚｎ：０．１０ｗｔ％、Ｔｉ：０．１０ｗｔ％、残部はＡｌ（９８．５ｗｔ％以下））を基材として表面に凹凸構造を形成し、凹凸構造の上に純Ａｌからなる反射膜、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２からなる誘電体多層膜を順次形成し、本実施例の拡散板を作製した。反射膜および誘電体多層膜の構成は、図５に示した構成と同じである。
本実施例の拡散板に用いた反射膜および誘電体多層膜の材料および膜厚を表１に示す。
【００７７】
【表１】
2019174501.tif 000003
【００７８】
実施例の拡散板と同一のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる基材の表面に凹凸構造を形成し、凹凸構造の上にＡｌ２Ｏ３からなる下地膜、Ｎｉからなる下地膜、Ａｇからなる反射膜、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２からなる誘電体多層膜を順次形成し、比較例の拡散板を作製した。
比較例の拡散板に用いた下地膜、反射膜および誘電体多層膜の材料および膜厚を表２に示す。
【００７９】
【表２】
2019174501.tif 000004
【００８０】
（反射率の評価）
本発明者らは、本実施例の拡散板と比較例の拡散板について反射率の理論計算を行った。誘電体多層膜で構成される光学薄膜の反射率などの光学特性については、理論計算の方法が確立されており、特性を比較する際に一般的に用いられている。
反射率は、光の波長と反射角によって変化する。そのため、反射率を測定する際には、光の波長を４３０〜６５０ｎｍの範囲内で変化させた際の波長１ｎｍ毎、および入射角を変化させた際の反射角１０°毎の反射率を計算した。また、試作品を作製して、代表となる点を測定することにより、シミュレーション通りの反射率が得られていることを確認した。
【００８１】
図６は、評価項目の一つである光の反射角を説明するための図である。
図６に示すように、評価における反射角θは、反射面３０７ｒ（反射膜の表面）における入射光Ｌ１の入射位置Ｑにおける反射面３０７ｒに対する接線Ｍに垂直な方向Ｎと反射光Ｌ２の進行方向とのなす角度と定義する。
【００８２】
図７は、実施例の拡散板と比較例の拡散板との反射率差を示す図である。
各拡散板について、波長および反射角毎に反射率を測定し、本実施例の拡散板と比較例の拡散板との反射率差を算出した。
反射率（％）は、以下の（１）式で定義する。
反射率（％）＝（反射光量／入射光量）×１００  …（１）
【００８３】
反射率差ＲＤ（Reflectance Difference）は、以下の（２）式で定義する。
ＲＤ（％）＝本実施例の拡散板（Ａｌ反射膜）の反射率（％）−比較例の拡散板（Ａｇ反射膜）の反射率（％）  …（２）
ここで、ＲＤ（％）は、小数点以下を四捨五入し、整数で示した。
【００８４】
図７において、横軸は波長［ｎｍ］であり、縦軸は反射角［度］である。
また、図７ではＲＤを大きさに応じて６段階に区分して示しており、符号Ｓ１〜Ｓ６で示す各領域のＲＤ（％）の範囲は、以下の通りである。
領域Ｓ１：    ０≦ＲＤ（％）
領域Ｓ２：−１０≦ＲＤ（％）＜０
領域Ｓ３：−２０≦ＲＤ（％）＜−１０
領域Ｓ４：−３０≦ＲＤ（％）＜−２０
領域Ｓ５：−４０≦ＲＤ（％）＜−３０
領域Ｓ６：−５０≦ＲＤ（％）＜−４０
【００８５】
図７に示すように、波長帯が６１０ｎｍ以上の光に対しては、本実施例の拡散板の反射率は、比較例の拡散板の反射率に比べて大きく低下することが判った。ただし、本実施例の拡散板は、青色光を拡散反射させることを目的としており、６１０ｎｍ以上の波長帯の光に対する反射率の低下は特に問題とならない。
【００８６】
一方、４４７ｎｍ未満の波長帯の光に対して、本実施例の拡散板の反射率は、反射角が０°〜７０°の領域において、比較例の拡散板の反射率と同等であるか、もしくは比較例の拡散板の反射率に比べて最大１０％低下する。これに対し、４４７ｎｍ以上で４８４ｎｍ以下の波長帯の光に対しては、特に反射角が０°〜７０°の符号Ｓ０で示す範囲において、本実施例の拡散板の反射率は、比較例の拡散板の反射率と同等である。
【００８７】
このように、Ａｌ反射膜を用いた本実施例の拡散板は、４４７ｎｍ以上で４８４ｎｍ以下（波長帯域が３７ｎｍ以下）の光に対して、Ａｇ反射膜を用いた比較例の拡散板と略同等の反射率を有することが確認された。さらに、本実施例の拡散板は、反射角が０°〜７０°の範囲において、比較例の拡散板と同等の反射率を有することが確認された。この特性は、表１に示した膜構成で達成することが可能だが、表１に示した膜厚の値に限らず、各層の膜厚を調整することによって良好な反射率を実現する波長帯域を適宜調整することができる。よって、光の波長帯域を３７ｎｍ以下に限定すれば、同じ層数で良好な反射率特性を得ることが可能である。
【００８８】
（信頼性の評価）
本発明者らは、本実施例の拡散板について信頼性試験を行った。
信頼性試験の条件は、各拡散板に対して、波長４５０ｎｍから４６５ｎｍの青色半導体レーザーの光を３００Ｗの光量で７５Ｗ／ｍｍ２の光密度で照射し、ヒーターを用いて拡散板に一定の熱を与えることで拡散板の初期温度が２００℃になるように調整し、反射膜が劣化する時間を評価した。
【００８９】
反射膜が劣化すると、吸収率が上昇して拡散板の温度が上昇する。反射膜の吸収率が低いため、反射膜の劣化によって吸収率が数％上昇しただけで、反射膜が吸収するエネルギーは数倍になる。本信頼性試験においては、光照射による拡散板の温度上昇は５０℃以上であり、反射膜の吸収率が変化すれば、１０℃以上の温度上昇が容易に起こる。そこで、拡散板の温度が１０度上昇するまでの劣化時間を測定した。また、本信頼性試験の条件は、市販されているプロジェクター製品の条件に対して、２倍以上の光密度、５０℃以上の温度に設定しており、１０００時間以上の信頼性が得られれば、製品としては数万時間の信頼性が期待できる。
【００９０】
本実施例の拡散板について、２個のサンプルを試作して劣化時間を測定した結果、一方のサンプルでは１０００時間経過しても劣化が確認されず、他方のサンプルでは３９００時間経過しても劣化が確認されなかった。これらの劣化時間は１０００時間以上という信頼性の合否基準を満たしており、信頼性が確保されていることが判った。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態の拡散板３０５によれば、４４７ｎｍ以上、かつ、４８４ｎｍ以下の波長を有し、波長帯域が３７ｎｍ以下の光に対して、反射膜３０７にアルミニウムを用いても、反射膜に銀を用いた場合と同様の反射率を確保しつつ、反射膜３０７および拡散板３０５の信頼性を高めることができる。
【００９２】
また、高純度アルミニウム、または超高純度アルミニウムからなる反射膜３０７は、スパッタ法や蒸着法によりアルミニウム膜を基材３０１上に成膜することで形成することができる。反射膜３０７による反射面は、鏡面加工されたアルミニウム合金の表面からなる反射面と比べて反射特性に優れる。また、凹凸加工された基材３０１を並べて一括して成膜する方法は、基材の表面を鏡面状態に加工する方法に比べて生産性に優れ、製造コストの低減が図れる。また、アルミニウム合金からなる基材３０１に対して、主成分が略同一であるアルミニウム膜を反射膜３０７の材料に選択することによって、反射膜の密着性を高めるとともに、熱膨張などによる応力発生が少ない頑強な構成を実現することができる。よって、反射膜は反射率や膜生成に優れたアルミニウム含有率の高いアルミニウムを選択し、基材は加工性や剛性に優れたアルミニウム合金を選択することで、反射膜のアルミニウム含有率が基材のアルミニウム含有率よりも高い組合せとすることが望ましい。
【００９３】
また、本実施形態の拡散板３０５においては、反射膜３０７の上方に誘電体多層膜３０８が設けられているため、反射膜３０７の反射率がさらに向上し、基材３０１への熱の影響を抑制できる。その結果、熱膨張による応力が緩和され、反射膜３０７の信頼性が高い拡散板３０５を得ることができる。さらに、誘電体多層膜３０８は、増反射膜としてだけでなく、反射膜３０７の保護層としての役割も果たし、反射膜３０７が空気に触れることを抑制する。そのため、酸化等の化学変化による反射膜３０７の劣化が抑制されるとともに、アルミニウムの凝集等が抑制される。
【００９４】
このように、本実施形態の光源装置２は、信頼性の高い拡散板３０５を備えたことによって信頼性が向上する。
【００９５】
また、本実施形態のプロジェクター１は、本実施形態の光源装置２を備えたことによって信頼性が向上する。
【００９６】
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、反射膜が基材の凹凸構造の上に直接設けられた構成を示したが、この構成に代えて、反射膜がニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等の金属を含む下地膜を介して基材の凹凸構造の上に設けられていてもよい。
【００９７】
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属は、Ａｌ等の金属の凝集を抑制する効果が知られており、これらの金属を下地層として用いることによってＡｌ反射膜の変質を抑制することができる。また、基材となるＡｌ合金の種類によっては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属が純Ａｌよりも良好な密着性を示す場合があり、その場合には反射膜の密着性を高めることができる。また、密着性や誘電体多層膜との応力バランスを調整するために、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物からなる膜を下地層に加えてもよい。下地層の全体の厚さを反射膜の膜厚よりも薄くすることによって、Ａｌ合金からなる基材と純Ａｌからなる反射膜を組み合わせたことによる熱膨張差の緩和効果に大きな影響を与えることはない。
【００９８】
例えば上記実施形態では、基材としてＡｌ合金が用いられたが、他の材料が用いられてもよい。また、反射型の拡散板の凹凸構造の構成要素として、複数の凹部が用いられていたが、複数の凸部が用いられてもよい。
【００９９】
その他、拡散装置、光源装置および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。
【０１００】
上記実施形態では本発明による拡散装置および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。本発明による拡散装置および照明装置は、例えば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。
【符号の説明】
【０１０１】
１…プロジェクター、２…光源装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学装置、２１１…第１の半導体レーザー（光源）、３０１…基材、３０３…モーター（回転装置）、３０４…凹凸構造、３０５…拡散板（拡散素子）、３０７…反射膜、３０８…誘電体多層膜、３０８Ａ…第１層、３０８Ｂ…第２層、３０８Ｃ…第３層、３０８Ｄ…第４層、３０８Ｅ…第５層、３０８Ｆ…第６層、３０８Ｇ…第７層。
【図１】
2019174501.tif 000005
【図２】
2019174501.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019174501.tif 000009
【図６】
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【図７】
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