JP2017208288A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】透光性部材の破損や脱落を抑制することにより信頼性に優れた光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１は、第１面を有する基板２と、基板２の第１面２ａ側に設けられ、第１の発光素子および第２の発光素子を含む複数の発光素子と、基板２の第１面２ａ側に複数の発光素子を囲んで設けられたフレーム３と、基板２の第１面２ａ側において第１の発光素子と第２の発光素子との間に設けられた支持部材と、フレーム３および支持部材の基板２とは反対側に設けられた複数の透光性部材４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

半導体レーザー、発光ダイオード等の発光素子は、有機物、水分等の異物が付着すると、発光時に破損が生じたり、性能が低下したりする場合がある。そのため、これらの発光素子を備えた光源装置には、発光素子と外気とを遮断する封止構造が備えられる。封止構造として、例えば下記の特許文献１には、金属製の基板とガラス製の蓋とに囲まれた空間内に発光素子が収容された光源装置が開示されている。また近年は、光源装置の小型化に伴い、複数の発光素子が基板上に高密度に実装された構造を有する光源装置が検討されている。

特開２０１５−４５８４３号公報

特許文献１の光源装置では、発光素子から発生する熱を外部に逃がしやすくするため、熱伝導率が高い金属製の基板が用いられている。金属製の基板の一面に複数の発光素子を実装すると、基板に反りなどの変形が生じることがある。変形を生じた基板にガラス等の透光性部材を接合し、封止を行おうとすると、透光性部材の破損や脱落が生じ、気密性が確保できない場合がある。もしくは、封止後の光源装置であっても、基板と透光性部材との線膨張係数の違いから、光源装置の温度変化に伴って透光性部材の破損や脱落が生じ、気密性が確保できない場合があった。

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り、透光性部材の破損や脱落を抑制することにより信頼性に優れた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ることにより信頼性に優れたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するため、本発明の一つの態様の光源装置は、第１面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に設けられ、第１の発光素子および第２の発光素子を含む複数の発光素子と、前記基板の前記第１面側に前記複数の発光素子を囲んで設けられたフレームと、前記基板の前記第１面側において前記第１の発光素子と前記第２の発光素子との間に設けられた支持部材と、前記フレームおよび前記支持部材の前記基板とは反対側に設けられた複数の透光性部材と、を備える。

本発明の一つの態様の光源装置は、フレームおよび支持部材の基板とは反対側に設けられた複数の透光性部材を備えているため、全体が一つの透光性部材で封止された従来の光源装置に比べ、一つの透光性部材あたりに生じる応力が小さく抑えられ、基板の変形や温度変化等に伴う透光性部材の破損や脱落を抑制することができる。これにより、光源装置の信頼性を確保することができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記複数の透光性部材は、前記第１の発光素子から射出された光を透過させる第１の透光性部材と、前記第２の発光素子から射出された光を透過させる第２の透光性部材と、を含んでいてもよい。

この構成においては、第１の発光素子に対応して第１の透光性部材が設けられ、第２の発光素子に対応して第２の透光性部材が設けられる。これにより、それぞれの透光性部材を発光素子に応じた大きさとすることができ、透光性部材の破損や脱落を抑制することができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記複数の発光素子は、前記第１面の法線方向から見て、各発光素子からの光の射出方向が略同じ方向を向くように配置され、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とは、前記射出方向に並んで配置され、前記複数の発光素子は、前記第１面の法線方向から見て、前記射出方向と交差する方向に前記第１の発光素子と並んで配置された第３の発光素子と、前記射出方向と交差する方向に前記第２の発光素子と並んで配置された第４の発光素子と、をさらに含み、前記第１の透光性部材は、前記第１の発光素子から射出された光と前記第３の発光素子から射出された光とを透過させ、前記第２の透光性部材は、前記第２の発光素子から射出された光と前記第４の発光素子から射出された光とを透過させる構成であってもよい。

この構成においては、光の射出方向と交差する方向に並ぶ第１の発光素子および第３の発光素子に対応して第１の透光性部材が設けられ、光の射出方向と交差する方向に並ぶ第２の発光素子および第４の発光素子に対応して第２の透光性部材が設けられる。そのため、一つの発光素子に対して一つの透光性部材が設けられる場合に比べて、使用する透光性部材の数を削減しつつ、透光性部材の破損や脱落を抑制することができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記複数の発光素子の各々は、前記基板の前記第１面と略平行な方向に光を射出し、前記複数の発光素子の各々から射出された前記光を前記基板の前記第１面と略直交する方向に向けて反射させる光反射面を有するプリズムが備えられていてもよい。

この構成においては、発光素子の複数の面のうち、光射出面が基板の第１面と略直交して設けられ、光射出面と直交する面が基板の第１面と略平行となる。発光素子として例えば端面発光型の半導体レーザー等を用いる場合、光射出面（端面）と直交する面の面積が光射出面の面積よりも広い。そのため、上記の構成によれば、面積が相対的に広い側の面が基板の第１面と対向するため、発光素子の熱を効率良く基板に逃がすことができる。また、複数の発光素子からの複数の光をプリズムによって基板の第１面と略直交する方向、すなわち透光性部材に向かう方向に射出させることができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記複数の透光性部材のうち、少なくとも一つの透光性部材が前記プリズムを備えていてもよい。

この構成においては、少なくとも一つの透光性部材がプリズムと一体の構成部材となるため、光源装置の部品点数を削減できるとともに、発光素子に対する透光性部材とプリズムの位置合わせを同時に行うことができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記基板と前記フレームと前記支持部材と前記複数の透光性部材とにより囲まれた収容空間を有し、前記収容空間は、減圧状態であってもよいし、もしくは、不活性ガスもしくは乾燥空気によって満たされていてもよい。

この構成によれば、収容空間が減圧状態でない場合、もしくは、不活性ガスもしくは乾燥空気によって満たされていない場合と比べて、発光素子への有機物、水分等の異物の付着を低減することができる。これにより、光源装置の信頼性を高めることができる。

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変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備える。

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を備えるため、所望の明るさの画像が得られ、かつ、信頼性に優れたプロジェクターを実現することができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記光によって励起され、蛍光光を射出する波長変換素子をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、プロジェクターの用途に応じて任意の波長の蛍光光を射出する波長変換素子を選択することができる。これにより、本発明の一つの態様のプロジェクターは、所望の色の画像を表示することができる。

第１実施形態の光源装置の斜視図である。 第１実施形態の光源装置の平面図である。 図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う光源装置の断面図である。 第２実施形態の光源装置の斜視図である。 第２実施形態の光源装置の平面図である。 第３実施形態の光源装置の断面図である。 一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。

［第１実施形態：光源装置］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
なお、以下の説明で用いる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。

図１は、第１実施形態の光源装置の斜視図である。図２は、光源装置の平面図である。図３は、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う光源装置の断面図である。
図１〜図３に示すように、光源装置１は、基板２と、複数のサブマウント７と、複数の発光素子５と、複数のプリズム８と、フレーム３と、支持部材９と、複数の透光性部材４と、複数の電極６と、を備えている。光源装置１において、基板２とフレーム３と支持部材９と複数の透光性部材４とによって囲まれ、外部空間と遮断された収容空間Ｓが、基板２の第１面２ａ側に設けられている。複数の発光素子５は、密閉された収容空間Ｓの内部に収容されている。すなわち、本実施形態の光源装置１は、複数の発光素子５が一つの共通のパッケージに収容された形態を有している。

基板２は、第１面２ａと、第１面２ａとは反対側の第２面２ｂと、を有する板状部材である。基板２は、第１面２ａの法線方向から見た平面視において、略正方形もしくは略長方形等の四角形の形状を有する。基板２の第１面２ａには、後述する複数のサブマウント７を介して複数の発光素子５が設けられている。基板２の第２面２ｂには、発光時に複数の発光素子５から発せられる熱を放出するための放熱器（図示略）が適宜設けられる。そのため、基板２は、熱伝導率が高い金属材料で構成されている。この種の金属材料として、銅、アルミニウムなどが好ましく用いられ、銅が特に好ましく用いられる。
以下、単に「平面視」と記載した場合、基板２の第１面２ａの法線方向から見たときの平面視を意味する。

図２に示すように、複数のサブマウント７は、基板２の第１面２ａ上において直交する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）に所定の間隔を空けて設けられている。複数のサブマウント７の各々は、複数の発光素子５の各々に対応して設けられている。サブマウント７のＸ方向およびＹ方向の寸法は、発光素子５のＸ方向およびＹ方向の寸法よりも大きい。サブマウント７は、例えば窒化アルミニウム、アルミナ等のセラミック材料で構成されている。サブマウント７は、基板２と発光素子５との間に介在し、基板２と発光素子５との線膨張係数の違いにより生じる応力を緩和する。サブマウント７は、銀ロウ、金−スズはんだ等の接合材により基板２に接合されている。

発光素子５は、例えば半導体レーザー、発光ダイオードなどの固体光源により構成される。発光素子５は、光源装置１の用途に応じて任意の波長の発光素子を用いればよい。本実施形態では、蛍光体励起用の波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色光を射出する発光素子５として、例えば窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成される端面発光型の半導体レーザーが用いられる。また、上記の一般式に加えて、ＩＩＩ族元素の一部がホウ素原子で置換されたもの、Ｖ族元素として窒素原子の一部がリン原子、ヒ素原子で置換されたもの等を含んでもよい。

図２に示すように、複数の発光素子５は、例えば（ｍ×ｎ）個（ｍ，ｎ：２以上の自然数）の半導体レーザーがｍ行ｎ列の格子状に配列された構成を有する。本実施形態では、複数の発光素子５として、例えば９個の半導体レーザーが３行３列の格子状に配列されている。図３に示すように、発光素子５は、発光素子５の複数の面のうち、光射出面５ａが基板２の第１面２ａと直交する方向を向き、光射出面５ａと直交する底面５ｂが基板２の第１面２ａと略平行な方向を向くように、サブマウント７上に配置される。この配置により、複数の発光素子５の各々は、基板２の第１面２ａと略平行な方向に光を射出する。複数の発光素子５は、平面視において各発光素子からの光の射出方向が略同じ方向を向くように配置されている。また、発光素子５は、光射出面５ａがサブマウント７の一つの端面７ａと略同一平面上に揃うように、サブマウント７上に配置される。発光素子５は、銀ロウ、金−スズはんだ等の接合材（図示略）によりサブマウント７に接合されている。

以下、説明の便宜上、図２に示す平面視において、９個の発光素子５のうち、１行１列目（最上段左端）に位置する発光素子５を第１の発光素子５１と称し、第１の発光素子５１と光の射出方向（Ｘ方向）に並んで配置された１行２列目（最上段左から２番目）に位置する発光素子５を第２の発光素子５２と称する。また、光の射出方向に直交する方向（Ｙ方向）に第１の発光素子５１と並んで配置された２行１列目（上から２段目の左端）に位置する発光素子５を第３の発光素子５３と称し、光の射出方向に直交する方向（Ｙ方向）に第２の発光素子５２と並んで配置された２行２列目（上から２段目の左から２番目）に位置する発光素子５を第４の発光素子５４と称する。

図２および図３に示すように、複数のプリズム８の各々は、複数の発光素子５の各々に対応して設けられている。プリズム８は、当該プリズム８に対応する発光素子５から射出される光Ｌの光路上に設けられている。プリズム８は、光の射出方向に平行、かつ基板２の第１面２ａに垂直な平面（ＸＺ平面）で切断した断面形状が略三角形状を呈する。プリズム８は、複数の発光素子５の各々から射出された光Ｌを基板２の第１面２ａと略直交する方向に向けて反射させる反射面８ａを有する。反射面８ａは、基板２の第１面２ａに対して傾斜しており、反射面８ａと基板２の第１面２ａとのなす角度θは例えば４５°である。

フレーム３は、基板２の第１面２ａ側において、複数の発光素子５を囲んで設けられている。フレーム３は、平面視において、四角形の環状の形状を有する。フレーム３は、四角形の４辺が全て一体の部材であってもよいし、フレーム３の一部は別体の部材が接合されたものであってもよい。フレーム３は、基板２と透光性部材４との距離（間隔）を一定に保持し、複数の発光素子５が収容される収容空間Ｓの一部を構成する。そのため、フレーム３は、所定の剛性を有することが好ましい。フレーム３の第１面３ａは、銀ロウ、金−スズはんだ等の接合材（図示略）を介して基板２の第１面２ａに接合されている。

フレーム３は、透光性部材４に発生する応力を緩和する役目を果たす。そのため、フレーム３は、基板２の線膨張係数よりも小さく、透光性部材４の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料で構成されることが好ましい。フレーム３の材料として、例えばアルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミック材料が好ましく用いられ、アルミナが特に好ましく用いられる。

支持部材９は、基板２の第１面２ａ側において、複数の発光素子５の各々を区画するように格子状に設けられている。すなわち、支持部材９の格子状の一つの区画の内側に、一つの発光素子５が配置されている。支持部材９は、フレーム３とともに複数の透光性部材４の各々を支持する。

支持部材９は、基板２の第１面２ａ側における第１の発光素子５１と第２の発光素子５２との間、および第３の発光素子５３と第４の発光素子５４との間に設けられている。また、支持部材９は、基板２の第１面２ａ側における第１の発光素子５１と第３の発光素子５３との間、および第２の発光素子５２と第４の発光素子５４との間に設けられている。支持部材９の第１面９ａは、銀ロウ、金−スズはんだ等の接合材（図示略）を介して基板２の第１面２ａに接合されている。

支持部材９の材料としては、フレーム３と同様、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミック材料が好ましく用いられ、アルミナが特に好ましく用いられる。本実施形態では、支持部材９はフレーム３と一体に構成されており、支持部材９の高さ（Ｚ方向の寸法）は、フレーム３の高さ（Ｚ方向の寸法）と同一である。したがって、フレーム３の第２面３ｂと支持部材９の第２面９ｂとは、同一の仮想平面上に位置する。本実施形態では、支持部材９とフレーム３とは一体に構成されているが、支持部材９とフレーム３とは別の部材であってもよい。

複数の透光性部材４の各々は、光透過性を有する板状部材である。透光性部材４は、平面視において、正方形、長方形を含む四角形の形状を有する。透光性部材４は、フレーム３の第２面３ｂおよび支持部材９の第２面９ｂの上に設けられている。複数の透光性部材４の各々は、複数の発光素子５の各々に対応して設けられている。複数の透光性部材４は、第１の発光素子５１から射出された光を透過する第１の透光性部材４１と、第２の発光素子５２から射出された光を透過する第２の透光性部材４２と、を含み、全体として９枚の透光性部材で構成されている。

透光性部材４は、当該透光性部材４に対応する発光素子５から射出された光を透過させる。そのため、透光性部材４の材料としては、光透過率の高い透光性材料が好ましく用いられる。透光性部材４の具体例として、例えばＢＫ７等のホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス等を含む光学ガラス、水晶、およびサファイア等が用いられる。透光性部材４は、例えばはんだ材料、低融点ガラス等の接合材（図示略）を介して、フレーム３の第２面３ｂおよび支持部材９の第２面９ｂに接合されている。なお、透光性部材４は、平坦な板材に代えて、板材の一面に例えば集光機能を有するレンズ等の光学素子が一体成形されたものが用いられてもよい。

基板２とフレーム３と支持部材９と透光性部材４とによって囲まれた収容空間Ｓは、外気から遮断された密閉空間である。発光素子５が収容空間Ｓに収容されることにより、発光素子５への有機物や水分等の異物の付着が低減される。収容空間Ｓは、減圧状態であることが好ましい。もしくは、収容空間Ｓは、窒素ガスなどの不活性ガス、もしくは乾燥空気で満たされていてもよい。なお、減圧状態は、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態のことである。減圧状態において、収容空間Ｓに満たされる気体は、不活性ガスや乾燥空気であることが好ましい。

図１に示すように、フレーム３には、複数の貫通孔３ｃが設けられている。複数の貫通孔３ｃの各々には、複数の発光素子５の各々に電力を供給する電極６が設けられている。電極６の形成材料としては、例えばコバールが用いられる。電極６の表面には、例えばニッケル−金からなるめっき層が形成されている。また、収容空間Ｓには、電極６の一端と発光素子５の端子とを電気的に接続するボンディングワイヤー（図示略）が設けられている。電極６の他端は、外部回路（図示略）と接続されている。フレーム３の貫通孔３ｃの内壁と電極６との間の隙間は、封止材によって封止されている。封止材としては、例えば低融点ガラスなどが好ましく用いられる。

上記構成の光源装置１を製造する際には、例えば以下の製造方法を採ることができる。ただし、以下の製造方法は一例であって、この製造方法に限定されない。
最初に、ロウ付け、低融点ガラス溶着等の手法を用いて、フレーム３と支持部材９とが一体となった部材を基板２の第１面２ａに接合する。

次に、はんだ、低融点ガラス等の接合材を用いて、複数の発光素子５を基板２の第１面２ａに接合する。この工程では、上述したように、サブマウント７を介して複数の発光素子５を基板２の第１面２ａ上に接合する。フレーム３および支持部材９の基板２への接合工程と、サブマウント７を介した発光素子５の基板２への接合工程と、の順番は、いずれが先でもよい。ただし、フレーム３および支持部材９の接合工程を先に行えば、フレーム３および支持部材９の接合工程で発生する熱が発光素子５に加わらないようにすることができる。

次に、はんだ、低融点ガラス等の接合材を用いて、複数のプリズム８を基板２の第１面２ａに接合する。なお、プリズム８の接合工程を発光素子５の接合工程よりも先に行ってもよい。

次に、封止材を用いて、電極６をフレーム３の貫通孔３ｃに挿入して固定する。なお、この工程は、フレーム３および支持部材９を基板２に接合する工程の前に行ってもよい。
次に、ボンディングワイヤーを用いて発光素子５と電極６とを電気的に接続する。具体的には、超音波接合、熱圧着接合等の手法を用いて、ボンディングワイヤーの一端を電極６に接合し、ボンディングワイヤーの他端を発光素子５の端子に接合する。

次に、ロウ付け、低融点ガラス溶着等の手法を用いて、基板２に接合されたフレーム３および支持部材９と複数の透光性部材４とを接合する。このとき、減圧雰囲気下、もしくは不活性ガス雰囲気下、乾燥空気雰囲気下において上記の接合を行うことにより、収容空間Ｓの内部は、減圧状態、もしくは不活性ガス、乾燥空気等により満たされた状態となる。
以上の工程により、光源装置１が完成する。

従来、光源装置の製造工程において、基板の一面に複数の発光素子を実装すると、基板に反りなどの変形が生じる場合があった。この変形を生じた基板に一つの透光性部材を接合し、発光素子の封止を行おうとすると、透光性部材の破損や脱落が生じ、気密性が確保できない場合があった。もしくは、封止後の光源装置であっても、光源装置に温度変化が生じると、基板と透光性部材との線膨張係数の違いから、透光性部材の破損や脱落が生じ、気密性が確保できない場合があった。

これらの課題に対して、本実施形態の光源装置１は、フレーム３の第２面３ｂおよび支持部材９の第２面９ｂ側を封止する透光性部材４が発光素子５毎に分割され、複数の透光性部材４で構成されている。これにより、全体が一つの透光性部材で封止された従来の光源装置に比べて、一つの透光性部材４あたりに生じる応力を小さくすることができる。そのため、多少変形した基板２を用いて透光性部材４で封止したとしても、透光性部材４の破損や脱落を抑制することができる。また、封止後に光源装置１の温度変化が生じたとしても、透光性部材４の破損や脱落を抑制することができる。その結果、発光素子５の収容空間Ｓの気密性が確保され、光源装置１の信頼性を確保することができる。

特に本実施形態の場合、第１の発光素子５１に対応して第１の透光性部材４１が設けられ、第２の発光素子５２に対応して第２の透光性部材４２が設けられている。その他の発光素子５についても、一つの発光素子５に対応して一つの透光性部材４が設けられている。この構成によれば、それぞれの透光性部材４の寸法を発光素子５に応じて小さくすることができ、透光性部材４の破損や脱落を十分に抑制することができる。

本実施形態において、複数の発光素子５の各々は、基板２の第１面２ａと平行な方向に光Ｌを射出するように配置されている。この構成においては、発光素子５の光射出面５ａが基板２の第１面２ａと直交する方向を向き、底面５ｂが基板２の第１面２ａと平行な方向を向くことになる。また、発光素子は、端面発光型半導体レーザーであるため、底面５ｂの面積が光射出面５ａの面積よりも広い。そのため、発光素子５とサブマウント７との接触面積を十分に確保することができ、発光素子５で生じる熱を効率良く基板２に逃がすことができる。また、複数の発光素子５からの複数の光Ｌをプリズム８によって基板２の第１面２ａと略直交する方向、すなわち、透光性部材４の法線方向に射出させることができる。

また、本実施形態では、発光素子５が収納された収容空間Ｓは、減圧状態、もしくは、不活性ガスや乾燥空気によって満たされた状態となっている。そのため、収容空間Ｓが減圧状態でない場合、もしくは、不活性ガスもしくは乾燥空気によって満たされていない場合と比べ、発光素子５への有機物、水分等の異物の付着を低減することができる。これにより、光源装置１の信頼性をより高めることができる。

［第２実施形態：光源装置］
以下、本発明の第２実施形態について、図４および図５を用いて説明する。
第２実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、透光性部材の分割の形態が第１実施形態と異なる。そのため、光源装置全体の説明は省略し、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図４は、第２実施形態の光源装置の斜視図である。図５は、光源装置の平面図である。
図４および図５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

第１実施形態の光源装置１では、一つの発光素子５に対応して一つの透光性部材４が設けられていた。これに対して、第２実施形態の光源装置６１においては、全ての発光素子５が複数の発光素子群５Ａに分けられ、一つの発光素子群５Ａに対応して一つの透光性部材６４が設けられている。

具体的には、図４および図５に示すように、第２実施形態の光源装置６１において、９個の発光素子５のうち、平面視において光の射出方向と直交する方向（Ｙ方向）に並んだ３個の発光素子５を発光素子群５Ａと定義する。これら３個の発光素子５からなる一つの発光素子群５Ａに対して一つの透光性部材６４が設けられている。

光源装置６１は、全体として３枚の透光性部材６４を備えている。第１の透光性部材６４１は、第１の発光素子５１から射出された光と第３の発光素子５３から射出された光とを含む複数の光を透過させる。第２の透光性部材６４２は、第２の発光素子５２から射出された光と第４の発光素子５４から射出された光とを含む複数の光を透過させる。その他の透光性部材６４は、光の射出方向に直交する方向に並ぶ複数の発光素子５から射出された複数の光を透過させる。

支持部材６９は、平面視において、光の射出方向（Ｘ方向）に並んで隣り合う発光素子５の間、すなわち隣り合う発光素子群５Ａの間に直線状に設けられている。第１実施形態と異なり、支持部材６９は、光の射出方向に直交する方向（Ｙ方向）に隣り合う発光素子５の間には設けられていない。

サブマウント６７は、光の射出方向に直交する方向（Ｙ方向）に延在し、一つの発光素子群５Ａを構成する３個の発光素子５に対して共通に一つ設けられている。言い換えると、一つの発光素子群５Ａを構成する３個の発光素子５は、同一のサブマウント６７上に設けられている。また、プリズム６８は、光の射出方向に直交する方向（Ｙ方向）に延在し、一つの発光素子群５Ａを構成する３個の発光素子５に対して共通に一つ設けられている。言い換えると、一つの発光素子群５Ａを構成する３個の発光素子５から射出された光は、同一のプリズム６８に入射する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

第２実施形態の光源装置６１においても、複数の透光性部材６４が用いられたことにより透光性部材６４の破損や脱落が抑制できるため、光源装置６１の信頼性を確保することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

第２実施形態の場合、一つの発光素子５に対して一つの透光性部材４が対応して設けられた第１実施形態に比べて、使用する透光性部材６４の個数を削減しつつ、透光性部材６４の破損や脱落を抑制することができる。さらに、使用するサブマウント６７やプリズム６８の個数を削減することができる。

［第３実施形態：光源装置］
以下、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
第３実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、透光性部材およびプリズムの構成が第１実施形態と異なる。そのため、光源装置全体の説明は省略し、透光性部材およびプリズムに係る構成についてのみ説明する。
図６は、第３実施形態の光源装置の断面図である。
図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

第１実施形態の光源装置１では、透光性部材４とプリズム８とは、それぞれ別の部材として設けられていた。これに対して、図６に示すように、第３実施形態の光源装置７１においては、透光性部材７４がプリズム７８を備えている。すなわち、透光性部材７４とプリズム７８とは、一体の部材として設けられている。

光源装置７１において、プリズム７８は、発光素子５から射出された光Ｌが入射する入射面７８ａと、基板２の第１面２ａに略平行な方向に進む光Ｌを基板２の第１面２ａに略垂直な方向に向けて反射させる反射面７８ｂと、を有する。入射面７８ａは、基板２の第１面２ａに略垂直な方向に向き、反射面７８ｂは、基板２の第１面２ａに対して略４５°傾斜している。プリズム７８は、透光性部材７４の２つの面のうち、収容空間Ｓに対向する側の面７４ａに透光性部材７４と一体に設けられている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

第３実施形態の光源装置７１においても、複数の透光性部材７４が用いられたことにより透光性部材７４の破損や脱落が抑制できるため、光源装置７１の信頼性を確保することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

第３実施形態の場合、透光性部材７４とプリズム７８とが一体の部材であるため、光源装置７１の部品点数を削減できるとともに、発光素子５に対する透光性部材７４およびプリズム７８の位置合わせを同時に行うことができる。その場合、位置合わせ作業を容易にするため、例えばフレーム３および支持部材９に透光性部材７４との位置合わせマーク等が設けられていてもよい。

［プロジェクター］
以下に、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明するが、本実施形態はこれらに限定されない。

図７は、本実施形態に係るプロジェクター１０００を示す概略構成図である。
図７に示すように、プロジェクター１０００は、照明装置１００、色分離導光光学系２００、光変調装置としての３つの液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂ、クロスダイクロイックプリズム５００および投射光学系６００を備える。

照明装置１００は、光源装置１、集光光学系８０、波長変換素子９０、コリメート光学系１１０、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０、および重畳レンズ１５０を備える。

光源装置１は、上述の光源装置１を用いることができる。光源装置１は、例えば青色光Ｂを集光光学系８０に向けて射出する。

集光光学系８０は、第１レンズ８２および第２レンズ８４を備える。集光光学系８０は、光源装置１から波長変換素子９０までの光路中に配置され、全体として青色光Ｂを略集光した状態で後述する波長変換層９２に入射させる。第１レンズ８２および第２レンズ８４は、凸レンズで構成される。

波長変換素子９０は、いわゆる透過型の波長変換素子であり、モーター９８により回転可能な円板９６の一部に、単一の波長変換層９２が円板９６の周方向に沿って連続して形成されてなる。波長変換素子９０は、青色光Ｂを赤色光Ｒと緑色光Ｇとを含む蛍光光に変換し、蛍光光を青色光Ｂが入射する側とは反対側に向けて射出する構成となっている。

円板９６は、青色光Ｂを透過する材料で構成される。円板９６の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。

光源装置１からの青色光Ｂは、円板９６側から波長変換素子９０に入射する。
波長変換層９２は、青色光Ｂを透過し、赤色光Ｒおよび緑色光Ｇを反射するダイクロイック膜９４を介して円板９６上に形成されている。ダイクロイック膜９４は、例えば誘電体多層膜で構成される。

波長変換層９２は、光源装置１からの波長が約４４５ｎｍの青色光Ｂの一部を蛍光光に変換して射出し、かつ、青色光Ｂの残りの一部を変換せずに通過させる。すなわち、波長変換層９２は、光源装置１から射出された光によって励起され、蛍光光を射出する。このように、励起光を射出する光源装置１と波長変換層９２とを用いて所望の色光を得ることができる。波長変換層９２は、例えばＹＡＧ系蛍光体の一例である（Ｙ、Ｇｄ）_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅと有機バインダーとを含有する層で構成される。

コリメート光学系１１０は、各々が凸レンズからなる第１レンズ１１２と第２レンズ１１４を備える。コリメート光学系１１０は、波長変換素子９０からの光を略平行化する。

第１レンズアレイ１２０は、コリメート光学系１１０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列された複数の第１小レンズ１２２を有する。

第２レンズアレイ１３０は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列された複数の第２小レンズ１３２を有する。複数の第２小レンズ１３２は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応して設けられている。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子である。偏光変換素子１４０は、偏光分離層と反射層と位相差板とを有する。偏光分離層は、波長変換素子９０からの光に含まれる偏光成分のうち、一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する。反射層は、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する。位相差板は、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させる。

第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０および重畳レンズ１５０は、波長変換素子９０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０、リレーレンズ２６０、およびリレーレンズ２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂに分離し、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂの各々の色光を照明対象となる液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂに導光する。

色分離導光光学系２００と、液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂとの間には、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光Ｒ成分を通過させ、ダイクロイックミラー２２０に向けて、緑色光Ｇ成分および青色光Ｂ成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、フィールドレンズ３００Ｇに向けて緑色光Ｇ成分を反射して、青色光Ｂ成分を通過させる。

ダイクロイックミラー２１０を通過した赤色光Ｒは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを通過して赤色光Ｒ用の液晶ライトバルブ４００Ｒの画像形成領域に入射する。

ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ３００Ｇを通過して緑色光Ｇ用の液晶ライトバルブ４００Ｇの画像形成領域に入射する。

ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光Ｂは、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、出射側の反射ミラー２５０、フィールドレンズ３００Ｂを経て、青色光Ｂ用の液晶ライトバルブ４００Ｂの画像形成領域に入射する。

液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、光源装置１から射出された光を変調する。これらの液晶ライトバルブは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、照明装置１００の照明対象となる。

また、図示は省略したが、液晶ライトバルブ４００Ｒの光入射側と光射出側にはそれぞれ、入射側偏光板と射出側偏光板とが設けられている。液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂに関しても同様である。

クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂの各々から射出された画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

投射光学系６００は、液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂによって形成されたカラー画像をスクリーンＳＣＲ上に投射する。

プロジェクター１０００は、前述の光源装置１を備えるため、信頼性が高く、かつ、所望の明るさの画像を表示することができる。また、プロジェクター１０００は、波長変換素子９０を備えるため、所望の色の画像を表示することができる。なお、蛍光体として、黄色以外の蛍光光を発する蛍光体を用いてもよい。例えば、赤色の蛍光光を発する蛍光体を用いたり、緑色の蛍光光を発する蛍光体を用いたりしてもよい。プロジェクターの用途に応じて、任意の色の蛍光光を発する波長変換素子を選択することができる。

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、一つの発光素子に対して一つの透光性部材が対応している例（第１実施形態および第３実施形態）、一つの発光素子群（射出方向に直交する方向に並ぶ複数の発光素子）に対して一つの透光性部材が対応している例（第２実施形態）を示した。これらの構成に代えて、例えば発光素子群のうちの一部の発光素子に対して一つの透光性部材が対応していてもよいし、複数の発光素子群に対して一つの透光性部材が対応していてもよい。すなわち、平面視においてフレームに囲まれた領域が分割された複数の透光性部材によって覆われてさえいれば本発明の効果が得られ、透光性部材の数、形状、寸法等は特に限定されない。

上記実施形態では、光源装置がサブマウントを備えた例を示したが、光源装置は必ずしもサブマウントを備えていなくてもよい。また、サブマウントの有無に係わらず、複数の発光素子は、光の射出方向が基板の第１面の法線方向（透光性部材の方向）を向くように配置されていてもよい。その場合、発光素子から射出される光の光路を折り曲げるプリズムを不要とすることができる。

フレームおよび支持部材の平坦な第２面に複数の透光性部材が接合された構成に代えて、フレームおよび支持部材に、第２面よりも第１面側に１段下がった段部が設けられ、その段部に透光性部材が嵌め込まれた状態でフレームおよび支持部材と透光性部材とが接合された構成であってもよい。この場合、段部を透光性部材の位置決め手段として利用することができ、透光性部材の接合作業を容易にすることができる。

フレームおよび支持部材は、全てが一体の部材で構成されていなくてもよく、複数の部材がフレームおよび支持部材の高さ方向に積層されたものであってもよい。例えば、電極が挿入された貫通孔の位置で２分割された２つの部材から構成されたものであってもよい。

上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。

上記実施形態において、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、１つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態では、透過型の波長変換素子を備えた光源装置の例を示したが、反射型の波長変換素子を備えた光源装置であってもよい。さらに、光源装置が波長変換素子を備えた例を示したが、波長変換素子を備えていなくてもよい。このような場合には、プロジェクターの光源装置として、赤色光を射出する光源装置、緑色光を射出する光源装置、青色光を射出する光源装置、のうち少なくとも一つに上記光源装置が用いられればよい。

上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。本発明による光源装置は、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。

１，６１，７１…光源装置、２…基板、２ａ…（基板の）第１面、３…フレーム、４，６４，７４…透光性部材、５…発光素子、８，６８，７８…プリズム、９，６９…支持部材、４１…第１の透光性部材、４２…第２の透光性部材、５１…第１の発光素子、５２…第２の発光素子、５３…第３の発光素子、５４…第４の発光素子、９０…波長変換素子、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調装置）、６００…投射光学系、１０００…プロジェクター、Ｓ…収容空間。

Claims (8)

1. 第１面を有する基板と、
   前記基板の前記第１面側に設けられ、第１の発光素子および第２の発光素子を含む複数の発光素子と、
   前記基板の前記第１面側に前記複数の発光素子を囲んで設けられたフレームと、
   前記基板の前記第１面側において前記第１の発光素子と前記第２の発光素子との間に設けられた支持部材と、
   前記フレームおよび前記支持部材の前記基板とは反対側に設けられた複数の透光性部材と、
   を備えた光源装置。
2. 前記複数の透光性部材は、前記第１の発光素子から射出された光を透過させる第１の透光性部材と、前記第２の発光素子から射出された光を透過させる第２の透光性部材と、を含む請求項１に記載の光源装置。
3. 前記複数の発光素子は、前記第１面の法線方向から見て、各発光素子からの光の射出方向が略同じ方向を向くように配置され、
   前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とは、前記射出方向に並んで配置され、
   前記複数の発光素子は、前記第１面の法線方向から見て、前記射出方向と交差する方向に前記第１の発光素子と並んで配置された第３の発光素子と、前記射出方向と交差する方向に前記第２の発光素子と並んで配置された第４の発光素子と、をさらに含み、
   前記第１の透光性部材は、前記第１の発光素子から射出された光と前記第３の発光素子から射出された光とを透過させ、
   前記第２の透光性部材は、前記第２の発光素子から射出された光と前記第４の発光素子から射出された光とを透過させる請求項２に記載の光源装置。
4. 前記複数の発光素子の各々は、前記基板の前記第１面と略平行な方向に光を射出し、
   前記複数の発光素子の各々から射出された前記光を前記基板の前記第１面と略直交する方向に向けて反射させる光反射面を有するプリズムを備えた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記複数の透光性部材のうち、少なくとも一つの透光性部材が前記プリズムを備えた請求項４に記載の光源装置。
6. 前記基板と前記フレームと前記支持部材と前記複数の透光性部材とによって囲まれた収容空間を有し、
   前記収容空間は、減圧状態である、または、不活性ガスもしくは乾燥空気により満たされている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 請求項１から請求項６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変調する光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えたプロジェクター。
8. 前記光によって励起され、蛍光光を射出する波長変換素子をさらに備えた請求項７に記載のプロジェクター。

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