JP2011113935A - 光源装置および画像投射装置 - Google Patents

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

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。

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。

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。

特開２００４−１３４７９７号公報 特開２００７−７３５４９号公報

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。

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。

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。

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。

本発明の実施例１である光源装置の構成を示す斜視図。 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。 実施例１の光源装置の側面図。 実施例１の光源装置の正面図。 実施例１の光源装置における偏光方向の例を示す図。 実施例１の光源装置の変形例を示す斜視図。 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。 本発明の実施例２である光源装置の構成を示す斜視図。 本発明の実施例３である光源装置の構成を示す側面図。 実施例３の光源装置の正面図。 実施例３の光源装置の変形例を示す側面図。 実施例３の光源装置の変形例を示す正面図。 実施例３の光源装置の別の変形例を示す側面図。 実施例１の光源装置の別の変形例を示す斜視図。 本発明の実施例４である画像投射装置の構成を示す図。 実施例４の画像投射装置の変形例を示す図。 実施例４の画像投射装置の別の変形例を示す図。 実施例１の光源装置のさらに別の変形例を示す斜視図。 本発明の実施例５である光源装置の構成を示す斜視図。 実施例５の光源装置の側面図。 実施例５の光源装置の変形例を示す側面図。 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。 実施例５の光源装置の別の変形例を示す斜視図。 実施例５の光源装置のさらに別の変形例を示す斜視図。 本発明の実施例６である光源装置の構成を示す側面図。 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。 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。 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。 本発明の実施例６である光源装置の構成を示す側面図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。