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JP2011113935A - Light source device and image projection device - Google Patents

Light source device and image projection device Download PDF

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JP2011113935A
JP2011113935A JP2009272102A JP2009272102A JP2011113935A JP 2011113935 A JP2011113935 A JP 2011113935A JP 2009272102 A JP2009272102 A JP 2009272102A JP 2009272102 A JP2009272102 A JP 2009272102A JP 2011113935 A JP2011113935 A JP 2011113935A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light source
source device
light emitting
color
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009272102A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Hatakeyama
弘至 畠山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2009272102A priority Critical patent/JP2011113935A/en
Publication of JP2011113935A publication Critical patent/JP2011113935A/en
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Abstract

【課題】複数の固体発光素子を用いた小型でありながらも大光量の発光が可能な光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置LUは、第1、第2および第3の固体発光素子MR,MG,MBのうち少なくとも1つの固体発光素子の発光部が第1の層において二次元配置された第1の光源アレイと、第1、第2および第3の固体発光素子のうち上記少なくとも1つの固体発光素子以外の固体発光素子の発光部が、第1の層に対して第1の光源アレイからの光射出方向とは反対側に位置する第2の層において二次元配置された第2の光源アレイとを有する。第1の光源アレイにおける発光部の間に光通過領域が形成されており、第2の光源アレイからの光が該光通過領域を通過して射出される。
【選択図】図1
A light source device using a plurality of solid state light emitting elements that is capable of emitting a large amount of light while being compact.
The light source device LU includes a first light emitting unit in which at least one light emitting portion of the first, second and third solid light emitting elements MR, MG and MB is two-dimensionally arranged in a first layer. And the light-emitting portion of the solid-state light emitting element other than the at least one solid-state light-emitting element among the first, second, and third solid-state light-emitting elements from the first light source array with respect to the first layer A second light source array arranged two-dimensionally in the second layer located on the opposite side to the light emission direction. A light passage region is formed between the light emitting units in the first light source array, and light from the second light source array is emitted through the light passage region.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、二次元配置された複数の固体発光素子を有する光源装置および該光源装置からの光を用いて画像を投射するプロジェクタ等の画像投射装置に関する。   The present invention relates to a light source device having a plurality of solid-state light emitting elements arranged two-dimensionally and an image projection device such as a projector that projects an image using light from the light source device.

プロジェクタでは、明るい画像を投射するために大光量の光源として、高圧水銀ランプやメタルハライドランプが用いられることが多い。ただし、プロジェクタのより小型化を図るためには、ランプよりも発光面積が小さい大光量の光源が必要である。そこで、特許文献1には、プロジェクタ用の光源として、固体発光素子を1次元配置したアレイ光源を光軸方向である光線の進行方向に積層した光源装置が開示されている。
一方、発光素子をアレイ化することで、各発光素子の温度上昇に伴う出力の低下や波長シフト等の不安定性が発生し、これが画質劣化の要因となる。このため、特許文献1では、アレイ光源を光線の進行方向に積層し、発光素子を冷却しやすい構成としている。
In a projector, a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp is often used as a light source with a large amount of light to project a bright image. However, in order to further reduce the size of the projector, a light source having a large light amount with a light emitting area smaller than that of the lamp is required. Therefore, Patent Document 1 discloses a light source device in which an array light source in which solid-state light emitting elements are arranged one-dimensionally is stacked as a light source for a projector in the light beam traveling direction that is the optical axis direction.
On the other hand, when the light emitting elements are arrayed, instabilities such as a decrease in output and a wavelength shift due to a temperature increase of each light emitting element occur, and this causes deterioration in image quality. For this reason, in patent document 1, it is set as the structure which laminates | stacks an array light source in the advancing direction of a light beam, and to cool a light emitting element easily.

また、特許文献2には、発光素子アレイとヒートシンクとを交互に積層し、さらにヒートシンク内部に冷却流体を流す冷却構造が開示されている。   Patent Document 2 discloses a cooling structure in which light-emitting element arrays and heat sinks are alternately stacked and a cooling fluid is allowed to flow inside the heat sink.

特開2004−134797号公報JP 2004-134797 A 特開2007−73549号公報JP 2007-73549 A

しかしながら、特許文献1に開示された光源装置では、光量を増加させるために1次元アレイ光源の数を増やすと、積層方向である光軸方向において装置が大型化する。 However, in the light source device disclosed in Patent Document 1, when the number of one-dimensional array light sources is increased in order to increase the amount of light, the size of the device increases in the optical axis direction that is the stacking direction.

また、特許文献2に開示された光源装置のように発光素子アレイとヒートシンクとを交互に積層すると、積層方向において装置が大型化する。
本発明は、複数の固体発光素子を用いた小型でありながらも大光量の発光(安定的な発光)が可能な光源装置およびこれを用いた画像投射装置を提供する。
Further, when the light emitting element array and the heat sink are alternately stacked as in the light source device disclosed in Patent Document 2, the size of the device increases in the stacking direction.
The present invention provides a light source device capable of emitting a large amount of light (stable light emission) while using a plurality of solid state light emitting elements, and an image projection device using the light source device.

本発明の一側面としての光源装置は、第1の色光を発する第1の固体発光素子、第2の色光を発する第2の固体発光素子および第3の色光を発する第3の固体発光素子を有する。該光源装置は、第1、第2および第3の固体発光素子のうち少なくとも1つの固体発光素子の発光部が第1の層において二次元配置された第1の光源アレイと、第1、第2および第3の固体発光素子のうち上記少なくとも1つの固体発光素子以外の固体発光素子の発光部が、第1の層に対して第1の光源アレイからの光射出方向とは反対側に位置する第2の層において二次元配置された第2の光源アレイとを有する。そして、第1の光源アレイにおける発光部の間に光通過領域が形成されており、第2の光源アレイからの光が該光通過領域を通過して射出されることを特徴とする。
また、本発明の他の一側面としての光源装置は、固体発光素子の発光部が二次元配置された光源アレイと、該光源アレイに対して冷却用の気体又は液体を供給する冷却構造とを有する。そして、光源アレイにおける発光部の間に、気体又は液体を通すための開口領域が形成されていることを特徴とする。
なお、上記光源装置を用いた画像投射装置も本発明の他の一側面を構成する。
A light source device according to one aspect of the present invention includes a first solid-state light-emitting element that emits first color light, a second solid-state light-emitting element that emits second color light, and a third solid-state light-emitting element that emits third color light. Have. The light source device includes: a first light source array in which light emitting portions of at least one solid light emitting element among the first, second, and third solid light emitting elements are two-dimensionally arranged in a first layer; Among the second and third solid-state light-emitting elements, the light-emitting portion of the solid-state light-emitting element other than the at least one solid-state light-emitting element is positioned on the side opposite to the light emission direction from the first light source array with respect to the first layer. And a second light source array arranged two-dimensionally in the second layer. A light passage region is formed between the light emitting units in the first light source array, and light from the second light source array is emitted through the light passage region.
A light source device according to another aspect of the present invention includes a light source array in which light emitting units of solid light emitting elements are two-dimensionally arranged, and a cooling structure that supplies a cooling gas or liquid to the light source array. Have. And the opening area | region for letting gas or a liquid pass is formed between the light emission parts in a light source array, It is characterized by the above-mentioned.
Note that an image projection apparatus using the light source device also constitutes another aspect of the present invention.

本発明によれば、複数の固体発光素子を用いた小型で、かつ大光量発光が可能な光源装置を実現することができる。そして、この光源装置を画像投射装置の光源として用いることで、小型で、かつ明るい画像を投射可能な画像投射装置を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the small light source device which can light-emit large light quantity using a some solid light emitting element is realizable. And by using this light source device as a light source of an image projection device, it is possible to realize an image projection device that can project a small and bright image.

本発明の実施例1である光源装置の構成を示す斜視図。1 is a perspective view showing a configuration of a light source device that is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 実施例1の光源装置にて用いられるレーザアレイモジュールの例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a laser array module used in the light source device according to the first embodiment. 実施例1の光源装置の側面図。FIG. 3 is a side view of the light source device according to the first embodiment. 実施例1の光源装置の正面図。1 is a front view of a light source device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1の光源装置における偏光方向の例を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a polarization direction in the light source device according to the first embodiment. 実施例1の光源装置の変形例を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view illustrating a modification of the light source device according to the first embodiment. 実施例1の光源装置における偏光方向の他の例を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the polarization direction in the light source device according to the first embodiment. 本発明の実施例2である光源装置の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the light source device which is Example 2 of this invention. 本発明の実施例3である光源装置の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the light source device which is Example 3 of this invention. 実施例3の光源装置の正面図。FIG. 6 is a front view of a light source device according to a third embodiment. 実施例3の光源装置の変形例を示す側面図。FIG. 10 is a side view showing a modification of the light source device according to the third embodiment. 実施例3の光源装置の変形例を示す正面図。FIG. 10 is a front view illustrating a modification of the light source device according to the third embodiment. 実施例3の光源装置の別の変形例を示す側面図。FIG. 10 is a side view showing another modification of the light source device according to the third embodiment. 実施例1の光源装置の別の変形例を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view showing another modification of the light source device according to the first embodiment. 本発明の実施例4である画像投射装置の構成を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an image projection apparatus that is Embodiment 4 of the present invention. 実施例4の画像投射装置の変形例を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a modification of the image projection apparatus according to the fourth embodiment. 実施例4の画像投射装置の別の変形例を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating another modification of the image projection apparatus according to the fourth embodiment. 実施例1の光源装置のさらに別の変形例を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view showing still another modification of the light source device according to the first embodiment. 本発明の実施例5である光源装置の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the light source device which is Example 5 of this invention. 実施例5の光源装置の側面図。FIG. 6 is a side view of a light source device according to a fifth embodiment. 実施例5の光源装置の変形例を示す側面図。FIG. 10 is a side view showing a modification of the light source device according to the fifth embodiment. 実施例5の光源装置に用いられるレーザアレイモジュールの斜視図。FIG. 10 is a perspective view of a laser array module used in the light source device according to the fifth embodiment. 実施例5の光源装置の別の変形例を示す斜視図。FIG. 10 is a perspective view showing another modification of the light source device according to the fifth embodiment. 実施例5の光源装置のさらに別の変形例を示す斜視図。FIG. 10 is a perspective view showing still another modification of the light source device according to the fifth embodiment. 本発明の実施例6である光源装置の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the light source device which is Example 6 of this invention. 実施例5の光源装置におけるレーザアレイモジュールの保持構造を示す斜視図。FIG. 10 is a perspective view illustrating a laser array module holding structure in a light source device according to a fifth embodiment. 実施例5の光源装置におけるレーザアレイモジュールの保持構造を示す斜視図。FIG. 10 is a perspective view illustrating a laser array module holding structure in a light source device according to a fifth embodiment. 実施例5の光源装置の開口領域内に設けた熱交換構造を示す拡大図。FIG. 6 is an enlarged view showing a heat exchange structure provided in an opening region of a light source device according to a fifth embodiment. 本発明の実施例6である光源装置の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the light source device which is Example 6 of this invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1および図3には、本発明の実施例1である光源装置の構成を示している。LUは光源装置である。MRは赤色光(第1の色光)RLを発する複数の発光部が一次元配置された棒状の半導体レーザ素子(第1の固体発光素子)により構成される赤レーザアレイモジュールである。MGは緑色光(第2の色光)GLを発する複数の発光部が一次元配置された棒状の半導体レーザ素子(第2の固体発光素子)により構成される緑レーザアレイモジュールである。MBは青色光(第3の色光)BLを発する複数の発光部が一次元配置された棒状の半導体レーザ素子(第3の固体発光素子群)により構成される青レーザアレイモジュールである。
横方向に延びる緑レーザアレイモジュール(少なくとも1つの固体発光素子)MGは、第1の層において縦方向に間隔をあけて複数並べられている。これにより、第1の層に緑色光を発する発光部が二次元配置された第1の光源アレイが構成される。
縦方向に延びる赤および青レーザアレイモジュール(第1の層に配置された固体発光素子以外の固体発光素子)MR,MBは、第1の層に対して第1の光源アレイからの光射出方向とは反対側(背面側)に位置する第2の層において縦方向に交互に並べられている。これにより、第2の層に赤色光および青色光を発する発光部が二次元配置された第2の光源アレイが構成される。なお、本実施例では、赤および青レーザアレイモジュールMR,MBの間に間隔が設けられている。
ここで、第1の光源アレイにおいて隣り合う緑レーザアレイモジュールMGの間(発光部の間)に設けられた間隔の領域は、第2の光源アレイから発せられる赤色光および青色光が通過する光通過領域として用いられる。特に、半導体レーザ素子は、発する光の指向性が高い固体発光素子である。このため、第1の発光素子アレイの背面側に第2の発光素子アレイを積層配置しても、第2の発光素子アレイからの光を第1の発光素子アレイによってほとんど遮られることなく光通過領域を通過させて射出させることができる。ただし、固体発光素子は半導体レーザ素子に限られず、LED等、他の固体発光素子を用いることも可能である。
また、レーザアレイモジュールを面発光型の半導体レーザアレイモジュールとすることで、高密度な発光素子アレイを構成することが可能である。
各レーザアレイモジュールは、不図示の保持部材(ただし、後述する実施例5を示す図26および図27参照)によって保持される、また、各レーザアレイモジュールは、不図示のコントローラによって印加電圧が制御されて、発光が制御される。また、各レーザアレイモジュールにおいて、図示しない微小集光レンズが各発光部の開口近傍に配置されており、該微小集光レンズの作用によって平行光束が射出される。射出光束については、後述するプロジェクタの照明光学系との関係により、微小集光レンズのパワーを変更することで、収束光束や発散光束にすることもできる。
また、図1に示すレーザアレイモジュールは発光部が1次元配置された棒状に形成されているが、図2に示すように発光部が2次元配置された棒状のレーザアレイモジュールを用いてもよい。
1 and 3 show the configuration of a light source device that is Embodiment 1 of the present invention. LU is a light source device. MR is a red laser array module composed of rod-shaped semiconductor laser elements (first solid-state light emitting elements) in which a plurality of light emitting portions emitting red light (first color light) RL are one-dimensionally arranged. MG is a green laser array module composed of rod-shaped semiconductor laser elements (second solid-state light emitting elements) in which a plurality of light emitting portions emitting green light (second color light) GL are one-dimensionally arranged. MB is a blue laser array module composed of rod-shaped semiconductor laser elements (third solid-state light emitting element group) in which a plurality of light emitting portions emitting blue light (third color light) BL are one-dimensionally arranged.
A plurality of green laser array modules (at least one solid-state light emitting element) MG extending in the horizontal direction are arranged at intervals in the vertical direction in the first layer. Thereby, the 1st light source array by which the light emission part which emits green light on the 1st layer is arranged two-dimensionally is constituted.
The red and blue laser array modules (solid light emitting elements other than the solid light emitting elements arranged in the first layer) MR, MB extending in the vertical direction are light emission directions from the first light source array with respect to the first layer. Are arranged alternately in the vertical direction on the second layer located on the opposite side (back side). Thereby, the 2nd light source array by which the light emission part which emits red light and blue light is arranged two-dimensionally in the 2nd layer is constituted. In the present embodiment, a space is provided between the red and blue laser array modules MR and MB.
Here, in the first light source array, the region of the space provided between the adjacent green laser array modules MG (between the light emitting units) is light through which red light and blue light emitted from the second light source array pass. Used as a passing area. In particular, the semiconductor laser element is a solid-state light emitting element having high directivity of emitted light. For this reason, even if the second light emitting element array is stacked on the back side of the first light emitting element array, light passes through the light from the second light emitting element array almost without being blocked by the first light emitting element array. It can be ejected through the area. However, the solid state light emitting element is not limited to the semiconductor laser element, and other solid state light emitting elements such as LEDs can be used.
In addition, a high-density light-emitting element array can be configured by using a surface emitting semiconductor laser array module as the laser array module.
Each laser array module is held by a holding member (not shown) (refer to FIG. 26 and FIG. 27 showing Example 5 described later), and the applied voltage of each laser array module is controlled by a controller (not shown). Thus, light emission is controlled. Further, in each laser array module, a micro condensing lens (not shown) is disposed in the vicinity of the opening of each light emitting section, and a parallel light beam is emitted by the action of the micro condensing lens. The emitted light beam can be made into a convergent light beam or a divergent light beam by changing the power of the minute condenser lens in accordance with the illumination optical system of the projector described later.
Further, the laser array module shown in FIG. 1 is formed in a rod shape in which light emitting portions are arranged one-dimensionally, but a rod-shaped laser array module in which light emitting portions are arranged two-dimensionally as shown in FIG. 2 may be used. .

図4には、図1に示した光源装置LUを光射出方向から見て示している。前述したように各色光が平行光束化されているため、図4に示すように実質的に同一面内に3つの色光の発光部を複数配置したのと同等の光源装置を得ることができる。実際には色光ごとに別のレーザアレイモジュールで構成されているため、半導体製造プロセスが容易であり、各レーザアレイモジュールの表面積が大きいために放熱性能においても有利である。
図5には、各レーザアレイモジュールから直線偏光として射出される各色光の偏光方向を示す。「−P」はP偏光であることを表し、「−S」はS偏光であることを示している。本実施例では、横方向に延びる緑レーザアレイモジュールMGを縦方向に複数並べ、縦方向に延びる赤レーザアレイモジュールMRと青レーザアレイモジュールMBを横方向に並べている。このため、各レーザアレイモジュールからの光の偏光方向が該レーザアレイモジュールの長手方向に一致していても、緑色光のみを他の色光に対して90度異なる偏光とすることができる。これにより、赤、緑および青レーザアレイモジュールからの光の偏光方向を該レーザアレイモジュールの長手方向に対して一致させることができ、それらレーザアレイモジュールの製造プロセスを簡略化することができる。
FIG. 4 shows the light source device LU shown in FIG. 1 as viewed from the light emission direction. As described above, since each color light is converted into a parallel light flux, a light source device equivalent to a configuration in which a plurality of light emitting portions of three color lights are arranged substantially in the same plane as shown in FIG. 4 can be obtained. Actually, since each laser beam is composed of a separate laser array module, the semiconductor manufacturing process is easy, and since each laser array module has a large surface area, it is advantageous in heat dissipation performance.
FIG. 5 shows the polarization direction of each color light emitted as linearly polarized light from each laser array module. “−P” represents P-polarized light, and “−S” represents S-polarized light. In this embodiment, a plurality of green laser array modules MG extending in the horizontal direction are arranged in the vertical direction, and a red laser array module MR and a blue laser array module MB extending in the vertical direction are arranged in the horizontal direction. For this reason, even if the polarization direction of the light from each laser array module coincides with the longitudinal direction of the laser array module, only the green light can be polarized by 90 degrees different from the other color light. Thereby, the polarization directions of the light from the red, green, and blue laser array modules can be matched with the longitudinal direction of the laser array modules, and the manufacturing process of these laser array modules can be simplified.

また、赤色光、緑色光および青色光のうち少なくとも1つの色光の偏光方向を他の色光の偏光方向と90度異ならせることで、プロジェクタにおいて反射型液晶パネルを用いた場合に必要であった偏光変換素子を不要とすることができる。   In addition, polarization that is necessary when a reflective liquid crystal panel is used in a projector by changing the polarization direction of at least one color light of red light, green light, and blue light by 90 degrees from the polarization direction of the other color light. A conversion element can be dispensed with.

赤、緑および青レーザアレイモジュールを第1の層と第2の層のどちらに配置するかは任意に選択することができ、これに応じて各色光の偏光方向の選択も可能である。図6に示すように、同一層内の色光ごとに(赤色光と青色光とで)偏光方向を異ならせてもよい。
また、色光ごとの発光部の数やレーザアレイモジュールの数も必要な光量やカラーバランスに応じて任意に選択することができる。さらに、レーザアレイモジュール内の発光部の配置間隔とレーザアレイモジュール間の間隔も、プロジェクタの照明光学系のFナンバー等の仕様に応じて任意に選択することができる。
図1〜図4に示す光源ユニットLUでは、レーザアレイモジュールの積層数を2層とした場合について説明したが、積層数はこれに限るものではなく、3層や4層にしても構わない。図14には、積層数を3層とした例を示している。
図14の例では、最も前面側の第1の層に横方向に延びる緑レーザアレイモジュールMGを縦方向に複数並べて第1の光源アレイを構成している。また、その背面側の第2の層に縦方向に延びる赤および青レーザアレイモジュールMR,MBを横方向に並べて第2の光源アレイを構成している。第2の光源アレイからの光は、第1の光源アレイにおける緑レーザアレイモジュールMGの間の光通過領域を通って射出する。
さらに、赤および青レーザアレイモジュールMR,MBの層を第1の層(第1の光源アレイ)とすると、その背面側の第2の層(3つ目の層)に、横方向に延びる緑レーザアレイモジュールMGを縦方向に複数並べて第2の光源アレイが構成されている。第2の光源アレイからの光は、第1の光源アレイにおける赤および青レーザアレイモジュールMR,MBの間の光通過領域、さらにはその前面側の緑レーザアレイモジュールMGの間の光通過領域を通って射出する。
また、図1〜図4に示す光源ユニットLUでは、背面側の第2の光源アレイを縦方向に延びる棒状の赤および青レーザアレイモジュールMR,MBを横方向に並べて構成した場合について説明した。しかし、図7に示すように、第2の光源アレイを矩形状に一体形成した半導体レーザ素子により構成してもよい。図7では、前面側の第1の光源アレイを横方向に延びる棒状の赤および青レーザアレイモジュールMR,MBを縦方向に交互に間隔をあけて(光通過領域を形成して)並べて構成している。そして、背面側の第2の光源アレイを矩形状に一体形成した緑レーザアレイモジュールMGにより構成している。
さらに、図18に示すように、一体形成された矩形状の固体発光素子上に発光部が二次元配置された第1の光源アレイLU1と、その背面側に配置され、一体形成された矩形状の固体発光素子上に発光部が二次元配置された第2の光源アレイLU2とを用いてもよい。この場合、第1の光源アレイLU1の発光部の間に、第2の光源アレイLU2からの光を通過させるための空洞領域又は透過領域としての光通過領域HOを形成する。
以上説明したように、本実施例によれば、光源アレイを積層配置し、背面側の光源アレイからの光を前面側の光源アレイに形成した光通過領域を通過させて射出させることで、小型でありながらも大光量の発光が可能な光源装置を実現できる。このことは、後述する実施例2から4においても同じである。
また、特に各光源アレイを、棒状に形成したレーザアレイモジュールを間隔をあけて並べて構成することで、一体形成された矩形状の光源アレイを用いる場合よりも放熱や配線において有利である。
本実施例では、第1〜第3の色光が赤色光、緑色光および青色光の組み合わせである場合について説明したが、これらのうち1又は2つと他の色光との組み合わせや、3つとも異なる色光の組み合わせを用いてもよい。
The arrangement of the red, green, and blue laser array modules in the first layer or the second layer can be arbitrarily selected, and the polarization direction of each color light can be selected in accordance with this. As shown in FIG. 6, the polarization directions may be different for each color light in the same layer (for red light and blue light).
In addition, the number of light emitting units for each color light and the number of laser array modules can be arbitrarily selected according to the required light quantity and color balance. Furthermore, the arrangement interval of the light emitting units in the laser array module and the interval between the laser array modules can be arbitrarily selected according to specifications such as the F number of the illumination optical system of the projector.
In the light source unit LU shown in FIGS. 1 to 4, the case where the number of stacks of the laser array modules is two has been described. However, the number of stacks is not limited to this and may be three or four. FIG. 14 shows an example in which the number of layers is three.
In the example of FIG. 14, the first light source array is configured by arranging a plurality of green laser array modules MG extending in the horizontal direction in the first layer on the foremost side in the vertical direction. Further, the second light source array is configured by arranging the red and blue laser array modules MR and MB extending in the vertical direction in the second layer on the back side in the horizontal direction. The light from the second light source array is emitted through a light passage region between the green laser array modules MG in the first light source array.
Furthermore, when the layers of the red and blue laser array modules MR and MB are the first layer (first light source array), the green extending in the lateral direction is formed on the second layer (third layer) on the back side. A plurality of laser array modules MG are arranged in the vertical direction to constitute a second light source array. The light from the second light source array passes through the light passage region between the red and blue laser array modules MR and MB in the first light source array, and further between the green laser array module MG on the front side. Eject through.
In the light source unit LU shown in FIGS. 1 to 4, the case where the second light source array on the back side is configured by arranging the rod-like red and blue laser array modules MR and MB extending in the vertical direction in the horizontal direction has been described. However, as shown in FIG. 7, the second light source array may be constituted by a semiconductor laser element integrally formed in a rectangular shape. In FIG. 7, the first light source array on the front side is configured by arranging bar-shaped red and blue laser array modules MR and MB extending in the horizontal direction at intervals (forming a light passage region) alternately in the vertical direction. ing. The second light source array on the back side is constituted by a green laser array module MG integrally formed in a rectangular shape.
Further, as shown in FIG. 18, the first light source array LU1 in which the light emitting portions are two-dimensionally arranged on the integrally formed rectangular solid light emitting element, and the integrally formed rectangular shape disposed on the back side thereof. The second light source array LU2 in which the light emitting units are two-dimensionally arranged on the solid light emitting element may be used. In this case, a light passage region HO as a hollow region or a transmission region for allowing the light from the second light source array LU2 to pass is formed between the light emitting portions of the first light source array LU1.
As described above, according to the present embodiment, the light source arrays are arranged in a stacked manner, and light from the light source array on the back side is emitted through the light passage region formed in the light source array on the front side. However, a light source device capable of emitting a large amount of light can be realized. This also applies to Examples 2 to 4 described later.
Further, in particular, each light source array is configured by arranging the laser array modules formed in a bar shape at intervals, which is more advantageous in heat dissipation and wiring than in the case of using an integrally formed rectangular light source array.
In the present embodiment, the case where the first to third color lights are a combination of red light, green light, and blue light has been described. However, the combination of one or two of these with other color lights and the three are different from each other. A combination of colored lights may be used.

図8には、本発明の実施例2である光源装置の構成を示している。図8において、図1中の構成要素および色光と同じものには、図1中の符号と同じ符号を付している。
本実施例では、第1の層におけるレーザアレイモジュールの長手方向と第2の層におけるレーザアレイモジュールの長手方向とを同一にしている。実際には各レーザアレイモジュールの外形寸法に対して発光部の寸法は非常に小さい。このため、図8および図9に示すように、各レーザアレイモジュールを互いにオーバーラップするように積層することで、全レーザアレイモジュールを同一面(同一層)内に配置する場合に比べて発光部を高密度化することができる。これにより、小型でありながらも大光量の発光が可能な光源装置を得ることができる。
本実施例は、各色光の偏光方向が各レーザアレイモジュールの長手方向又はそれに直交する方向に統一されている場合において、光源装置において偏光方向を色光ごとに異ならせる必要がないプロジェクタでの使用に適している。
FIG. 8 shows the configuration of a light source device that is Embodiment 2 of the present invention. 8, the same reference numerals as those in FIG. 1 are given to the same components and colored light in FIG.
In this embodiment, the longitudinal direction of the laser array module in the first layer and the longitudinal direction of the laser array module in the second layer are the same. Actually, the dimension of the light emitting part is very small with respect to the outer dimension of each laser array module. For this reason, as shown in FIG. 8 and FIG. 9, the laser array modules are stacked so as to overlap each other, so that the light emitting unit is compared with the case where all the laser array modules are arranged in the same plane (same layer). Can be densified. Thereby, it is possible to obtain a light source device capable of emitting a large amount of light while being small.
In this embodiment, when the polarization direction of each color light is unified in the longitudinal direction of each laser array module or the direction orthogonal thereto, the light source device is used for a projector that does not need to change the polarization direction for each color light. Is suitable.

図9および図10には、本発明の実施例3である光源装置の構成を示している。図9および図10において、図1中の構成要素および色光と同じものには、図1中の符号と同じ符号を付している。
緑色光を発する高出力な半導体レーザは実現が難しいのが現状である。そこで、非線形光学結晶に、取り出したい光の波長の2倍の波長を有する光を入射させ、該入射光の1/2の波長の光として第二高調波を取り出す方法がある。
本実施例において、緑レーザアレイモジュールMGは、光源装置から射出させるべき緑色光として波長532nmの光を得るために、その2倍の波長1064nmの赤外光を発する。この赤外光は、非線形光学結晶SHGに入射する。非線形光学結晶SHGから射出する第二高調波は、入射光の半分の波長532nmを有する緑色光となる。
なお、非線形光学結晶の波長変換特性は、入射光の入射角度幅が小さいほど良好である。このため、緑レーザアレイモジュールMGと非線形光学結晶SHGの入射面との間に微小集光レンズ等の光束平行化素子を配置して、非線形光学結晶SHGへの入射光を予め平行光束化しておくとよい。
9 and 10 show the configuration of a light source device that is Embodiment 3 of the present invention. 9 and 10, the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to the same components and colored light in FIG.
Currently, it is difficult to realize a high-power semiconductor laser that emits green light. Therefore, there is a method in which light having a wavelength twice that of light to be extracted is incident on the nonlinear optical crystal, and the second harmonic is extracted as light having a wavelength that is ½ of the incident light.
In the present embodiment, the green laser array module MG emits infrared light having a wavelength of 1064 nm which is twice that of the light to obtain light having a wavelength of 532 nm as green light to be emitted from the light source device. This infrared light is incident on the nonlinear optical crystal SHG. The second harmonic emitted from the nonlinear optical crystal SHG becomes green light having a wavelength 532 nm which is half of the incident light.
The wavelength conversion characteristic of the nonlinear optical crystal is better as the incident angle width of incident light is smaller. For this reason, a beam collimating element such as a micro condensing lens is arranged between the green laser array module MG and the incident surface of the nonlinear optical crystal SHG, and the incident light to the nonlinear optical crystal SHG is converted into a collimated beam in advance. Good.

また、図9および図10では、非線形光学結晶SHGが前面側の第1の層に配置された緑レーザアレイモジュールMGに対応して並列配置されている。そして、緑レーザアレイモジュールMGからの射出光のみが非線形光学結晶SHGを通過し、背面側の第2の層に配置された赤および青レーザアレイモジュールMR,MBからの射出光は非線形光学結晶SHGを通過しない。   9 and 10, the nonlinear optical crystals SHG are arranged in parallel corresponding to the green laser array modules MG arranged in the first layer on the front side. Then, only the light emitted from the green laser array module MG passes through the nonlinear optical crystal SHG, and the light emitted from the red and blue laser array modules MR and MB arranged in the second layer on the back side is the nonlinear optical crystal SHG. Do not pass through.

図11に示す変形例では、赤および青レーザアレイモジュールMR,MBを第1の層に配置し、緑レーザアレイモジュールMGを第2の層に配置している。そして、赤および青レーザアレイモジュールMR,MBは、緑レーザアレイモジュールMGと非線形光学結晶SHGとの間に配置されている。この場合にも、非線形光学結晶SHGを、図12に示すように、緑レーザアレイモジュールMGに対応して配置することができる。   In the modification shown in FIG. 11, the red and blue laser array modules MR and MB are arranged in the first layer, and the green laser array module MG is arranged in the second layer. The red and blue laser array modules MR and MB are disposed between the green laser array module MG and the nonlinear optical crystal SHG. Also in this case, the nonlinear optical crystal SHG can be disposed corresponding to the green laser array module MG as shown in FIG.

また、非線形光学結晶SHGの温度変化による特性の変動を抑制するために、非線形光学結晶SHGをレーザアレイモジュールから光射出方向に遠ざけて配置してもよい。   Further, in order to suppress fluctuations in characteristics due to temperature changes of the nonlinear optical crystal SHG, the nonlinear optical crystal SHG may be disposed away from the laser array module in the light emission direction.

さらに、非線形光学結晶SHGの別の配置例として、図13に示すように、第2の層に配置された緑レーザアレイモジュールMGと第1の層に配置された赤および青レーザアレイモジュールMR,MBとの間に非線形光学結晶SHGを配置することもできる。
本実施例では、第二高調波としての緑色光を得るために非線形光学結晶SHGを用いた場合について説明した。しかし、非線形光学結晶を赤色光や青色光を得るために用いてもよい。赤色光や青色光を非線形光学結晶の第二高調波として得る場合にも、それらの波長の2倍の波長の光をレーザアレイモジュールから非線形光学結晶に入射させればよい。また、非線形光学結晶の特性に応じて、2倍の波長に限らず、整数倍の波長を入射させるようにしてもよい。
Further, as another arrangement example of the nonlinear optical crystal SHG, as shown in FIG. 13, a green laser array module MG arranged in the second layer and a red and blue laser array module MR arranged in the first layer, A nonlinear optical crystal SHG can also be arranged between the MB.
In the present embodiment, the case where the nonlinear optical crystal SHG is used to obtain green light as the second harmonic has been described. However, a nonlinear optical crystal may be used to obtain red light or blue light. Even when red light or blue light is obtained as the second harmonic of the nonlinear optical crystal, light having a wavelength twice that wavelength may be incident on the nonlinear optical crystal from the laser array module. Further, depending on the characteristics of the nonlinear optical crystal, not only the double wavelength but also an integer multiple wavelength may be incident.

図15(a)には、本発明の実施例4であるプロジェクタ(画像投射装置)の構成を示している。このプロジェクタは、実施例1〜3にて説明した光源装置LUを光源として用いている。また、図15(b)には該プロジェクタにおける照明光学系の構成を示している。
光源装置LUの発光部から微小集光レンズを介して射出した赤色光、緑色光および青色光は、第1のコンデンサーレンズCL1を透過して第1のフライアイレンズFL1に入射する。微小集光レンズおよび第1のコンデンサーレンズCL1のパワーは、図15(b)に示すように各発光部からの中心光線が第1のフライアイレンズFL1の中心に向かって集光するように設定されている。また、各発光部からの光は、第1のフライアイレンズFL1上においてある広がりをもって互いに重畳される。このため、光源装置LUからの光は、第1のフライアイレンズFL1で複数の光束に分割され、第2のフライアイレンズFL2および第2のコンデンサーレンズCL2を透過してダイクロイックミラーDMに入射する。ダイクロイックミラーDMは、赤色光を透過させ、緑色光および青色光を反射することでこれらを分離する。
なお、本実施例では、光源装置LUにおいて、赤色光がP偏光に、緑色光がS偏光に、青色光がP偏光にそれぞれ設定されているものとする。
ダイクロイックミラーDMを透過した赤色光(P偏光)は、第1の偏光ビームスプリッタPBS1を透過し、λ/4板R4で円偏光となって赤色用の反射型液晶パネル(画像形成素子)RPに入射する。赤色用の反射型液晶パネルRPに形成された赤色用の原画によって変調された反射光は、再度λ/4板R4で偏光変換されてS偏光となる。そして、S偏光となった赤色光は、第1の偏光ビームスプリッタPBS1および第3の偏光ビームスプリッタPBS3によって反射されて投射光学系PLに入射する。
FIG. 15A shows the configuration of a projector (image projection apparatus) that is Embodiment 4 of the present invention. This projector uses the light source device LU described in the first to third embodiments as a light source. FIG. 15B shows the configuration of the illumination optical system in the projector.
The red light, the green light, and the blue light emitted from the light emitting unit of the light source device LU through the minute condenser lens pass through the first condenser lens CL1 and enter the first fly-eye lens FL1. The powers of the micro condensing lens and the first condenser lens CL1 are set so that the central ray from each light emitting part is condensed toward the center of the first fly-eye lens FL1, as shown in FIG. 15B. Has been. Further, the light from each light emitting unit is superimposed on the first fly eye lens FL1 with a certain spread. For this reason, the light from the light source device LU is divided into a plurality of light beams by the first fly-eye lens FL1, passes through the second fly-eye lens FL2 and the second condenser lens CL2, and enters the dichroic mirror DM. . The dichroic mirror DM transmits red light and separates them by reflecting green light and blue light.
In this embodiment, it is assumed that in the light source device LU, red light is set to P-polarized light, green light is set to S-polarized light, and blue light is set to P-polarized light.
The red light (P-polarized light) that has passed through the dichroic mirror DM passes through the first polarizing beam splitter PBS1 and becomes circularly polarized light at the λ / 4 plate R4, and is reflected on the red reflective liquid crystal panel (image forming element) RP. Incident. The reflected light modulated by the red original image formed on the red reflective liquid crystal panel RP is again subjected to polarization conversion by the λ / 4 plate R4 to become S-polarized light. The red light that has become S-polarized light is reflected by the first polarizing beam splitter PBS1 and the third polarizing beam splitter PBS3 and enters the projection optical system PL.

一方、ダイクロイックミラーDMで反射された緑色光(S偏光)は、第2の偏光ビームスプリッタPBS2で反射してλ/4板R4で円偏光とされ、緑色用の反射型液晶パネルGPに入射する。緑色用の反射型液晶パネルGPに形成された緑色用の原画によって変調された反射光は、再度λ/4板R4で偏光変換されてP偏光となり、第2の偏光ビームスプリッタPBS2および第3の偏光ビームスプリッタPBS3を透過して投射光学系PLに入射する。   On the other hand, the green light (S-polarized light) reflected by the dichroic mirror DM is reflected by the second polarization beam splitter PBS2, is circularly polarized by the λ / 4 plate R4, and enters the green reflective liquid crystal panel GP. . The reflected light modulated by the green original image formed on the green reflective liquid crystal panel GP is again converted into P-polarized light by the λ / 4 plate R4, and the second polarized beam splitter PBS2 and the third polarizing beam splitter PBS2 The light passes through the polarization beam splitter PBS3 and enters the projection optical system PL.

また、ダイクロイックミラーDMで反射された青色光(P偏光)は、第2の偏光ビームスプリッタPBS2を透過してλ/4板R4で円偏光とされて青色用の反射型液晶パネルBPに入射する。青色用の反射型液晶パネルBPに形成された青色用の原画によって変調された反射光は、再度λ/4板R4で偏光変換されてS偏光となり、第2の偏光ビームスプリッタPBS2で反射される。第2の偏光ビームスプリッタPBS2と第3の偏光ビームスプリッタPBS3との間には、青色光の偏光方向のみを90度回転させる作用を有する色選択性位相板CSが配置されている。このため、第2の偏光ビームスプリッタPBS2で反射したS偏光の青色光は、色選択性位相板CSによりP偏光に変換され、第3の偏光ビームスプリッタPBS3を透過して投射光学系PLに入射する。   Further, the blue light (P-polarized light) reflected by the dichroic mirror DM passes through the second polarization beam splitter PBS2, is made circularly polarized by the λ / 4 plate R4, and enters the blue reflective liquid crystal panel BP. . The reflected light modulated by the blue original image formed on the blue reflective liquid crystal panel BP is again converted to S-polarized light by the λ / 4 plate R4 and reflected by the second polarizing beam splitter PBS2. . Between the second polarizing beam splitter PBS2 and the third polarizing beam splitter PBS3, a color selective phase plate CS having an action of rotating only the polarization direction of blue light by 90 degrees is disposed. For this reason, the S-polarized blue light reflected by the second polarizing beam splitter PBS2 is converted to P-polarized light by the color selective phase plate CS, passes through the third polarizing beam splitter PBS3, and enters the projection optical system PL. To do.

投射光学系PLは、第3の偏光ビームスプリッタPBS3によって合成された赤色光、緑色光および青色光を、不図示の被投射面(スクリーン等)に拡大投射し、カラー画像を表示する。
図16には、2つの反射型液晶パネルを用いたプロジェクタの構成を示す。図16において図15(a)中の構成要素および色光と同じものには、図15(a)中の符号と同じ符号を付している。
高輝度を得るために緑色光は緑色用の反射型液晶パネルGPに常時導き、赤色光と青色光は同一の反射型液晶パネルRP/BPに時分割で交互に導く。
このプロジェクタでは、図15(a)に示したダイクロイックミラーDMを不要とすることができ、偏光ビームスプリッタも1つに削減できるため、より小型のプロジェクタを実現することができる。
図17(a)には、図16に示したフライアイレンズFL1,FL2を用いないプロジェクタの構成を示す。図16中の構成要素および色光と同じものには、図16中の符号と同じ符号を付している。
光源装置LUの発光部から微小集光レンズを介して射出した赤色光、緑色光および青色光は、第1のコンデンサーレンズCL1を透過する。微小集光レンズおよび第1のコンデンサーレンズCL1のパワーは、図17(b)に示すように、各発光部からの中心光線が反射型液晶パネルRP/BP(および反射型液晶パネルGP)の中心に向かって集光するように設定されている。すなわち、ケーラー照明が行われるように設定されている。フライアイレンズを用いるか否かは、反射型液晶パネル上での照度むらをどれだけ低減するかによる。
実施例1〜3の光源装置LUのいずれにおいても、光源装置LU内での色合成の必要がなく、しかも各色光の偏光方向を光源装置LU内で予め設定できるので、プロジェクタの光学系を従来よりも小型化することができる。そして、光源装置LU自体の小型化と相まって、プロジェクタ全体を小型化することができる。また、光源装置LUの大光量化により、明るい画像を投射できるプロジェクタを実現できる。
The projection optical system PL enlarges and projects the red light, green light, and blue light combined by the third polarization beam splitter PBS3 onto a projection surface (screen or the like) (not shown), and displays a color image.
FIG. 16 shows a configuration of a projector using two reflective liquid crystal panels. In FIG. 16, the same reference numerals as those in FIG. 15A are attached to the same components and colored light in FIG.
In order to obtain high brightness, green light is always guided to the green reflective liquid crystal panel GP, and red light and blue light are alternately guided to the same reflective liquid crystal panel RP / BP in a time-division manner.
In this projector, the dichroic mirror DM shown in FIG. 15A can be eliminated, and the number of polarization beam splitters can be reduced to one, so that a smaller projector can be realized.
FIG. 17A shows the configuration of a projector that does not use the fly-eye lenses FL1 and FL2 shown in FIG. The same reference numerals as those in FIG. 16 are assigned to the same components and colored light in FIG.
The red light, the green light, and the blue light emitted from the light emitting unit of the light source device LU through the minute condenser lens are transmitted through the first condenser lens CL1. As shown in FIG. 17 (b), the power of the minute condenser lens and the first condenser lens CL1 is such that the central ray from each light emitting portion is the center of the reflective liquid crystal panel RP / BP (and the reflective liquid crystal panel GP). It is set to condense toward. That is, it is set so that Koehler illumination is performed. Whether or not the fly-eye lens is used depends on how much the illuminance unevenness on the reflective liquid crystal panel is reduced.
In any of the light source devices LU according to the first to third embodiments, it is not necessary to perform color synthesis in the light source device LU, and the polarization direction of each color light can be set in the light source device LU in advance, so that the projector optical system is conventionally used. Can be made smaller. Then, coupled with the miniaturization of the light source device LU itself, the entire projector can be miniaturized. Further, a projector capable of projecting a bright image can be realized by increasing the light amount of the light source device LU.

本実施例では、画像形成素子として反射型液晶パネルを用いた場合について説明したが、画像形成素子として透過型液晶パネルやマイクロミラーアレイを用いてもよい。また、画像形成素子の数は1つ以上であればよい。   In this embodiment, the case where a reflective liquid crystal panel is used as an image forming element has been described. However, a transmissive liquid crystal panel or a micromirror array may be used as an image forming element. The number of image forming elements may be one or more.

図19および図20には、本発明の実施例5である光源装置の構成を示している。本実施例の光源装置LUは、図1に示した実施例1の光源装置LUに、冷却構造としての冷却ファンF1,F2,F3を設けている。図1中の構成要素および色光と同じものには、図1中の符号と同じ符号を付している。 19 and 20 show the configuration of a light source device that is Embodiment 5 of the present invention. The light source device LU of the present embodiment is provided with cooling fans F1, F2, and F3 as cooling structures in the light source device LU of the first embodiment shown in FIG. The same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to the same components and colored light in FIG.

A1,A2はそれぞれ光源装置LUの側面および上面に配置された冷却ファンF1,F2により供給される冷却風(冷却用の気体)である。A3は光源装置LUの背面側に配置された冷却ファンF3により供給される冷却風(冷却用の気体)である。冷却風A1は、第1の層(第1の光源アレイ)の一方の側面側から第1の層内に流入し、緑レーザアレイモジュールMGの間を流れて、第1の層の他方の側面側に排出される。
冷却風A2は、第2の層(第2の光源アレイ)の上面側から第2の層内に流入し、赤および青レーザアレイモジュールMR,MBの間を流れて、第2の層の下面側に排出される。
冷却風A3は、第2の層の背面側から流入し、第2の層における赤および青レーザアレイモジュールMR,MBの間(発光部の間)に形成された開口領域を通過する。さらに、第2の層の開口領域を通過した冷却風A3は、第1の層における緑レーザアレイモジュールMGの間(発光部の間)に形成された開口領域を通過して光源装置LUの前面側に排出される。緑レーザアレイモジュールMGの間に形成された開口領域は、実施例1にて説明した光通過領域に隣り合う領域である。
本実施例では、特に光射出方向、すなわち第1および第2の層に直交する方向に向けて冷却風A3を流すことができる点が最大の特徴である。冷却風A3を流すことで、第1および第2の層に平行に流れる冷却風A1,A2と相まって各層のレーザアレイモジュールを効率良く冷却することができる。
また、本実施例では、棒状のレーザアレイモジュールを間隔をあけて配置しているので、発光部を実質的に2次元配置することができるとともに、各発光部の周囲の表面積を大きく確保することができる。そしてこの表面積と上述した冷却風A1〜A3とにより、各レーザアレイモジュールに対する高い冷却効率を得ることができる。
なお、冷却風A3があれば、冷却風A1,A2(つまりは冷却ファンF,F2)はなくてもよい。また、図21に示すように、各層の背面側から斜め方向から冷却ファンFによって冷却風を供給してもよい。
図26および図27には、各レーザアレイモジュールを保持する保持部材CHを示している。保持部材CHには、各レーザアレイモジュールを組み込むための縦溝部および横溝部と、内側に開口領域HOが形成された角筒部とが形成されている。
図26に示すように、まず保持部材CHの縦溝部に、赤および青レーザアレイモジュールMR,MBを交互に挿入する。次に、図27に示すように、保持部材CHの横溝部に緑レーザアレイモジュールMGを挿入する。
開口領域HO内には、図28に示すように、表面積を増加させて熱交換効率を向上させるための熱交換構造を組み込んでもよい。
また、図22に示すように、各レーザアレイモジュールMを、発光部EMが配列された半導体レーザ素子LDを、絶縁部材INを介してヒートシンクHSで挟んで構成してもよい。ヒートシンクHSは、表面積を増やすために凹凸構造にしてもよいし、内部に冷却用の液体を流すための液体流路を形成してもよい。
また、図23に示すように、赤色光RL、緑色光GLおよび青色光BLの発光部を同一面(同一層)に二次元配置した光源アレイにおいて、発光部の間に空洞領域としての開口領域HOを形成してもよい。そして、光源アレイの背面側から開口領域HOを通して冷却風A3を流すことで、光源アレイの発光部周辺を効率良く冷却することができる。
さらに、図24に示すように、レーザアレイモジュールMR,MG,MBを同一層内に順に開口領域HOを挟んで配置し、該開口領域HOに熱交換構造を配置してもよい。
A1 and A2 are cooling air (cooling gas) supplied by cooling fans F1 and F2 disposed on the side surface and the upper surface of the light source device LU, respectively. A3 is cooling air (cooling gas) supplied by the cooling fan F3 disposed on the back side of the light source device LU. The cooling air A1 flows into the first layer from one side surface of the first layer (first light source array), flows between the green laser array modules MG, and the other side surface of the first layer. Discharged to the side.
The cooling air A2 flows into the second layer from the upper surface side of the second layer (second light source array), flows between the red and blue laser array modules MR and MB, and then the lower surface of the second layer. Discharged to the side.
The cooling air A3 flows in from the back side of the second layer, and passes through an opening region formed between the red and blue laser array modules MR and MB (between the light emitting portions) in the second layer. Further, the cooling air A3 that has passed through the opening region of the second layer passes through the opening region formed between the green laser array modules MG (between the light emitting units) in the first layer, and is in front of the light source device LU. Discharged to the side. The opening area formed between the green laser array modules MG is an area adjacent to the light passage area described in the first embodiment.
In the present embodiment, the greatest feature is that the cooling air A3 can flow in the light emission direction, that is, the direction orthogonal to the first and second layers. By flowing the cooling air A3, the laser array modules in each layer can be efficiently cooled together with the cooling air A1 and A2 flowing in parallel with the first and second layers.
In this embodiment, since the rod-shaped laser array modules are arranged at intervals, the light emitting portions can be arranged substantially two-dimensionally and a large surface area around each light emitting portion is ensured. Can do. And by this surface area and the cooling air A1-A3 mentioned above, the high cooling efficiency with respect to each laser array module can be obtained.
If the cooling air A3 is present, the cooling air A1, A2 (that is, the cooling fans F, F2) may not be provided. In addition, as shown in FIG. 21, cooling air may be supplied by a cooling fan F from an oblique direction from the back side of each layer.
26 and 27 show a holding member CH that holds each laser array module. The holding member CH is formed with a vertical groove portion and a horizontal groove portion for incorporating each laser array module, and a rectangular tube portion having an opening region HO formed therein.
As shown in FIG. 26, first, the red and blue laser array modules MR and MB are alternately inserted into the longitudinal grooves of the holding member CH. Next, as shown in FIG. 27, the green laser array module MG is inserted into the lateral groove portion of the holding member CH.
In the open region HO, as shown in FIG. 28, a heat exchange structure for increasing the surface area and improving the heat exchange efficiency may be incorporated.
Further, as shown in FIG. 22, each laser array module M may be configured by sandwiching a semiconductor laser element LD in which light emitting units EM are arranged with a heat sink HS via an insulating member IN. The heat sink HS may have a concavo-convex structure in order to increase the surface area, or may form a liquid channel for flowing a cooling liquid inside.
Further, as shown in FIG. 23, in the light source array in which the light emitting portions of the red light RL, the green light GL, and the blue light BL are two-dimensionally arranged on the same surface (same layer), an opening region as a hollow region between the light emitting portions HO may be formed. And the periphery of the light emission part of a light source array can be efficiently cooled by sending the cooling air A3 through the opening area | region HO from the back side of a light source array.
Furthermore, as shown in FIG. 24, the laser array modules MR, MG, and MB may be sequentially arranged in the same layer with the opening region HO interposed therebetween, and the heat exchange structure may be arranged in the opening region HO.

図25には、本発明の実施例6である光源装置の構成を示している。本実施例では、冷却ファンFからの空気流によって熱交換器Rで冷却された冷却用の気体(又は液体)をパイプAPによって各光源アレイ(各層)に形成された開口領域に導く例を示している。本実施例でも、実施例5と同様に、各レーザアレイモジュールを効率良く冷却することができる。   In FIG. 25, the structure of the light source device which is Example 6 of this invention is shown. In this embodiment, an example is shown in which a cooling gas (or liquid) cooled by the heat exchanger R by an air flow from the cooling fan F is guided to an opening area formed in each light source array (each layer) by a pipe AP. ing. Also in the present embodiment, each laser array module can be efficiently cooled as in the fifth embodiment.

図29には、本発明の実施例7である光源装置の冷却構造を示している。本実施例は、実施例5の変形例である。LUは光源装置、CHは図26および図27に示した保持部材である。M1は第1の層に配置されたレーザアレイモジュールであり、M2は第2の層に配置されたレーザアレイモジュールである。Lはレーザアレイモジュールからの射出光である。
HSは保持部材CHの角筒部(内側に開口領域HOが形成された部分)の壁内と、縦溝部および横溝部の周囲部分に設けられたヒートシンク層HSである。このヒートシンク層HS内には、ポンプPから吐出された液体が矢印で示したように流れ、レーザアレイモジュールM1,M2を冷却する。開口領域HO内には、冷却ファンFから供給される冷却風Aが流れる。冷却風Aは、ヒートシンク層HS内を流れる液体を冷却する。このように、保持部材CHは、レーザアレイモジュールM1,M2の保持部材であるとともに、熱交換器としての役割を持っている。
本実施例によれば、光源装置の外部に熱交換器を設ける場合に比べて、冷却構造を含めた光源装置の小型化を図ることができる。特に、ヒートシンク層HSを流れる液体をヒートシンク層HS内で流しながら各開口領域HO内を流れる冷却風Aによって冷却することができるので、小型でありながらも高い冷却効率を得ることができる。したがって、小型で、大光量を安定的に得られる光源装置を実現することができる。
FIG. 29 shows a cooling structure of a light source device that is Embodiment 7 of the present invention. The present embodiment is a modification of the fifth embodiment. LU is the light source device, and CH is the holding member shown in FIGS. M1 is a laser array module arranged in the first layer, and M2 is a laser array module arranged in the second layer. L is the light emitted from the laser array module.
HS is a heat sink layer HS provided in the wall of the rectangular tube portion (portion in which the opening region HO is formed inside) of the holding member CH and in the peripheral portions of the vertical groove portion and the horizontal groove portion. In the heat sink layer HS, the liquid discharged from the pump P flows as shown by the arrows, and cools the laser array modules M1 and M2. The cooling air A supplied from the cooling fan F flows in the opening region HO. The cooling air A cools the liquid flowing in the heat sink layer HS. Thus, the holding member CH is a holding member for the laser array modules M1 and M2, and also has a role as a heat exchanger.
According to this embodiment, it is possible to reduce the size of the light source device including the cooling structure as compared with the case where a heat exchanger is provided outside the light source device. In particular, since the liquid flowing in the heat sink layer HS can be cooled by the cooling air A flowing in each opening region HO while flowing in the heat sink layer HS, high cooling efficiency can be obtained while being small. Therefore, a light source device that is small and can stably obtain a large amount of light can be realized.

以上説明した実施例5〜7の光源装置LUも、実施例4にて説明したプロジェクタの光源として用いることができる。これにより、小型で明るい画像を安定的に投射可能なプロジェクタを実現することができる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
The light source devices LU of the fifth to seventh embodiments described above can also be used as the light source of the projector described in the fourth embodiment. As a result, it is possible to realize a small projector that can stably project a bright image.
Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

小型で大光量を発光可能な光源装置およびこれを用いた小型で明るい画像を投射可能な画像投射装置を提供できる。   It is possible to provide a small light source device capable of emitting a large amount of light and a small and bright image projection device using the light source device.

MR 赤レーザアレイモジュール
MG 緑レーザアレイモジュール
MB 青レーザアレイモジュール
RL 赤色光
GL 緑色光
BL 青色光
LU 光源装置
SHG 非線形光学結晶
F,F1〜F3 冷却ファン
MR Red laser array module MG Green laser array module MB Blue laser array module RL Red light GL Green light BL Blue light LU Light source device SHG Nonlinear optical crystal F, F1 to F3 Cooling fan

Claims (7)

第1の色光を発する第1の固体発光素子、第2の色光を発する第2の固体発光素子および第3の色光を発する第3の固体発光素子を有する光源装置であって、
前記第1、第2および第3の固体発光素子のうち少なくとも1つの固体発光素子の発光部が第1の層において二次元配置された第1の光源アレイと、
前記第1、第2および第3の固体発光素子のうち前記少なくとも1つの固体発光素子以外の固体発光素子の発光部が、前記第1の層に対して前記第1の光源アレイからの光射出方向とは反対側に位置する第2の層において二次元配置された第2の光源アレイとを有し、
前記第1の光源アレイにおける前記発光部の間に光通過領域が形成されており、
前記第2の光源アレイからの光が前記光通過領域を通過して射出されることを特徴とする光源装置。
A light source device having a first solid state light emitting element that emits first color light, a second solid state light emitting element that emits second color light, and a third solid state light emitting element that emits third color light,
A first light source array in which light emitting portions of at least one of the first, second and third solid state light emitting elements are two-dimensionally arranged in a first layer;
Of the first, second and third solid state light emitting elements, light emitting portions of solid state light emitting elements other than the at least one solid state light emitting element emit light from the first light source array to the first layer. A second light source array arranged two-dimensionally in a second layer located opposite to the direction,
A light passage region is formed between the light emitting units in the first light source array;
The light source device, wherein light from the second light source array is emitted through the light passage region.
前記第1、第2および第3の色光がそれぞれ直線偏光であり、
前記第1、第2および第3の色光のうち少なくとも1つの色光の偏光方向が他の少なくとも1つの色光の偏光方向と異なることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
The first, second and third color lights are each linearly polarized light;
2. The light source device according to claim 1, wherein a polarization direction of at least one color light of the first, second, and third color lights is different from a polarization direction of at least one other color light.
前記第1、第2および第3の色光のうち少なくとも1つの色光が入射し、該色光の第二高調波を射出する非線形光学結晶を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光源装置。   3. The light source according to claim 1, further comprising a nonlinear optical crystal that receives at least one color light of the first, second, and third color lights and emits a second harmonic of the color light. apparatus. 前記第1および第2の光源アレイに対して冷却用の気体又は液体を供給する冷却構造を有し、
前記第1および第2の光源アレイにおける前記発光部の間に、前記気体又は液体を通すための開口領域が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の光源装置。
A cooling structure for supplying a cooling gas or liquid to the first and second light source arrays;
4. The opening region for passing the gas or liquid is formed between the light emitting units in the first and second light source arrays. 5. Light source device.
請求項1から4のいずれか1つに記載の光源装置と、
該光源装置から射出された前記第1、第2および第3の色光を、原画を形成する画像形成素子に導き、該画像形成素子からの前記第1、第2および第3の色光を被投射面に投射する光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
A light source device according to any one of claims 1 to 4,
The first, second, and third color lights emitted from the light source device are guided to an image forming element that forms an original image, and the first, second, and third color lights from the image forming element are projected. An image projection apparatus comprising: an optical system that projects onto a surface.
固体発光素子の発光部が二次元配置された光源アレイと、
該光源アレイに対して冷却用の気体又は液体を供給する冷却構造とを有し、
前記光源アレイにおける前記発光部の間に、前記気体又は液体を通すための開口領域が形成されていることを特徴とする光源装置。
A light source array in which the light emitting portions of the solid state light emitting elements are two-dimensionally arranged;
A cooling structure for supplying a cooling gas or liquid to the light source array,
An opening region for passing the gas or liquid is formed between the light emitting units in the light source array.
請求項6に記載の光源装置と、
該光源装置から射出された光を、原画を形成する画像形成素子に導き、該画像形成素子からの光を被投射面に投射する光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
The light source device according to claim 6;
An image projection apparatus comprising: an optical system that guides light emitted from the light source device to an image forming element that forms an original image and projects the light from the image forming element onto a projection surface.
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