JP2013197410A - 発光素子、光源装置及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源のアレイを構成する個々の半導体レーザを分解して単体で取り出したとしても、それ自体では容易に発光させることが困難となる。
【解決手段】各パッケージ41Ａ，41Ａ，…がアレイ配列され、電極端子が直列接続された複数の半導体レーザ40，40，…と、半導体レーザ40，40，…夫々に対してパッケージ内で直列接続された、複数のスイッチ42，42，…とを備え、半導体レーザ40，40，…を発光タイミングに同期して駆動し、半導体レーザの発光時にスイッチ42，42，…を導通させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子とその発光素子を用いる光源装置及び投影装置に関する。

複数の半導体レーザを束ねたアレイとすることで高出力化と起動性を確保した光源を有するプロジェクタが種々企画され、製品化されている。（例えば、特許文献１）

特開２０１１−０７７１５５号公報

上述したプロジェクタで使用される、例えば、高出力な光を発する発光素子である半導体レーザをアレイ化した光源は、複数の半導体レーザが出力する各光束を束ねて１本の太い光束を得るようにしたものであるが、該光源装置を構成する個々の半導体レーザ単体でも、大幅に光強度が高いものが使用されている。

図１１は、光源部を構成する光源装置１の接続構成を示す。光源装置１は、複数Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の半導体レーザパッケージ１Ａ，１Ａ，…の電極端子を直列接続して構成され、その両端間に、１個の半導体レーザの駆動電圧ＶｆをＮ倍した電圧（Ｖｆ×Ｎ）が印加される。

図１２は、上記光源装置１を構成する個々の半導体レーザパッケージ１Ａの一般的な構造を示す部分断面図である。同図で半導体レーザパッケージ１Ａは、フランジ部２Ａ及びシリンダ部２Ｂからなるメタルカン２と呼ばれる缶状の金属内に、発光部アノード３Ａ及び発光部カソード３Ｂを含む発光部が封入され、且つフランジ部２Ａを貫通するように、発光部にそれぞれ接続されたアノードリード４Ａ及びカソードリード４Ｂが缶内から缶外へ導出される。また、発光部アノード３Ａ及び発光部カソード３Ｂを含む発光部はフランジ部２Ａと一体的に形成された突出部２Ｄに設置される。

シリンダ部２Ｂの上底面中央には発振したレーザ光を透過させるためのガラス製の窓２Ｃが嵌め込まれる。メタルカン２内には半導体レーザとしての高い発光効率を維持するために窒素ガスなどの不活性ガスが充填される。メタルカン２内に空気が入った場合、空気中の酸素で発光部の発光層が劣化して発光効率が著しく低下するため、内部を開けることはできない。

ところで、上述した光源装置では、プロジェクタを分離することで半導体レーザを簡単に抜き取ることができ、その半導体レーザを他の装置等に利用することが可能であった。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光源装置を構成する個々の発光素子を分解して単体で取り出したとしても、それ自体では容易に発光させることが困難な発光素子、光源装置及び投影装置を提供することにある。

本発明の一態様は、電流が流れることで光を発する発光部を内部に備えた発光素子であって、上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子を有することを特徴とする。

本発明によれば、光源装置を構成する個々の発光素子を分解して単体で取り出したとしても、それ自体では容易に発光させることが困難となる。

本発明の一実施形態に係るＤＬＰ（登録商標）方式のデータプロジェクタ装置の機能回路構成を示すブロック図。 同実施形態に係るＬＤ光源装置の第１の構成例での接続構成を示す回路図。 同実施形態に係るＬＤ光源装置の第１の構成例での個々の半導体レーザのパッケージ構造を示す概略部分断面図。 同実施形態に係るＬＤ光源装置の第２の構成例での接続構成を示す回路図。 同実施形態に係るＬＤ光源装置の第２の構成例での個々の半導体レーザのパッケージ構造を示す概略部分断面図。 同実施形態に係るＬＤ光源装置の第３の構成例での接続構成を示す回路図。 同実施形態に係るＬＤ光源装置の第３の構成例での個々の半導体レーザのパッケージ構造を示す概略部分断面図。 同実施形態に係るＬＤ光源装置の第３の構成例でのＩＣ内容を示す図。 同実施形態に係る第４の構成例での接続構成を示す回路図。 同実施形態に係る第４の構成例での信号シーケンス図。 一般的な半導体レーザ光源装置の接続構成を示す回路図。 図１１の半導体レーザ光源装置を構成する個々の半導体レーザのパッケージ構造を示す概略部分断面図。

以下本発明をＤＬＰ（登録商標）方式のデータプロジェクタ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るデータプロジェクタ装置１０の概略機能構成を示す図である。
入力部１１は、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子、ＵＳＢ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子などにより構成される。入力部１１に入力された各種規格の画像信号は、入力部１１で必要によりデジタル化された後に、システムバスＳＢを介して画像変換部１２に送られる。

画像変換部１２は、スケーラとも称され、入力される画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに統一して投影駆動部１３へ送る。

投影駆動部１３は、投影コントローラ１４の主としてタイミングに関する制御に基づき、画像変換部１２から送られてきた画像データに応じて、所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば１２０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動により、空間的光変調素子であるマイクロミラー素子１５を表示するべく駆動する。

投影コントローラ１４は、予め設定されたタイミングに基づき、上記投影駆動部１３によるマイクロミラー素子１５の各色成分毎に対応した表示駆動を制御する。

このマイクロミラー素子１５は、アレイ状に配列された複数、例えばＷＸＧＡ（Ｗｉｄｅ ｅＸｔｅｎｄｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃ Ａｒｒａｙ）（横１２８０画素×縦８００画素）分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン／オフ動作して画像を表示することで、その反射光により光像を形成する。

一方で、光源部１６から時分割でＲ，Ｇ，Ｂの原色光が単独及び組み合わせて補色とした光源光が循環的に出射される。この光源部１５からの光源光が、ミラー１７で全反射して上記マイクロミラー素子１５に照射される。

そして、マイクロミラー素子１５での反射光で光源光の色成分に対応した光像が形成され、形成された光像が投影レンズ部１８を介して、投影対象となる図示しないスクリーンに投影表示される。

なお図中の光源部１６は、実構造としての光源部１６を構成する各種光学レンズやミラー等の光学系の構成部品を極力簡略化し、説明に特化したものである。光源部１６は、赤色光を発するＬＥＤ光源装置（以下「Ｒ−ＬＥＤ光源装置」と称する）１９を有する。

Ｒ−ＬＥＤ光源装置１９が発する赤色光（Ｒ）は、ダイクロイックミラー２０を透過し、ダイクロイックミラー２１で反射された後、さらにミラー２２で反射されて、上記ミラー１７に至る。

光源部１６は、さらに励起光としての青色のレーザ光を発するＬＤ光源装置（以下「励起ＬＤ光源装置」と称する）２３を有する。
励起ＬＤ光源装置２３が発する励起光としての青色のレーザ光（Ｂ）は、上記ダイクロイックミラー２０を透過した後に蛍光ホイール２４の周面に照射される。この蛍光ホイール２４は、ホイールモータ（Ｍ）２５により回転されるもので、上記青色のレーザ光が照射される周面全周に渡ってリング状の蛍光体層２４ｇを形成している。

より詳細には、蛍光ホイール２４の上記レーザ光が照射される円周上に蛍光体を塗布することで蛍光体層２４ｇが形成される。蛍光ホイール２４の蛍光体層２４ｇが形成されている面の裏面には図示しない反射板が蛍光体層２４ｇと重なるように設けられている。

蛍光ホイール２４の蛍光体層２４ｇに励起光としての青色のレーザ光が照射されることで、緑色光（Ｇ）が反射光として励起する。この緑色光は、上記ダイクロイックミラー２０で反射され、上記ダイクロイックミラー２１でも反射された後、上記ミラー２２で反射されて、上記ミラー１７に至る。

さらに光源部１６は、青色光を発するＬＤ光源装置（以下「Ｂ−ＬＤ光源装置」と称する）２６を有する。
Ｂ−ＬＤ光源装置２６が発する青色光（Ｂ）は、上記ダイクロイックミラー２１を透過し、上記ミラー２２で反射されて、上記ミラー１７に至る。

以上の如く、上記ダイクロイックミラー２０は、青色光，赤色光を透過する一方で、緑色光を反射する。上記ダイクロイックミラー２１は、青色光を透過する一方で、緑色光及び赤色光を反射する。
光源駆動部２７は、上記Ｒ−ＬＥＤ光源装置１９、励起ＬＤ光源装置２３、及びＢ−ＬＤ光源装置２６の各発光駆動と、上記ホイールモータ２５による蛍光ホイール２４の回転駆動を、上記投影駆動部１３からのタイミング信号及び後述するＣＰＵ２８の制御の下に実行する。

上記各回路の動作すべてをＣＰＵ２８が制御する。このＣＰＵ２８は、メインメモリ２９及びプログラムメモリ３０と直接接続される。メインメモリ２９は、例えばＳＲＡＭで構成され、ＣＰＵ２８のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ３０は、電気的に書換可能な不揮発性メモリで構成され、ＣＰＵ２８が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。ＣＰＵ２８は、上記メインメモリ２９及びプログラムメモリ３０を用いて、このデータプロジェクタ装置１０内の制御動作を実行する。

上記ＣＰＵ２８は、操作部３１からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。
この操作部３１は、データプロジェクタ装置１０の本体に設けられるキー操作部と、このデータプロジェクタ装置１０専用の図示しないリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部とを含み、ユーザが本体のキー操作部またはリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ２８へ直接出力する。

上記ＣＰＵ２８はさらに、上記システムバスＳＢを介して音声処理部３２とも接続される。音声処理部３２は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部３３を駆動して拡声放音させ、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。

（ＬＤ光源装置の第１の構成）
次に上記励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６の第１の構成例について説明する。
図２（Ａ）は、上記光源部１６内の励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６の基本的な接続構成を示す。同図に示すように励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６は、例えば、複数Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の半導体レーザパッケージ（発光素子）４１Ａ，４１Ａ，…の電極端子を直列接続して構成され、その両端間に、１個の半導体レーザの駆動電圧ＶｆをＮ倍した電圧（Ｖｆ×Ｎ）が光源駆動部２７により印加される。

なお、励起ＬＤ光源装置２３を構成する半導体レーザパッケージ４１Ａの個数Ｎと、Ｂ−ＬＤ光源装置２６を構成する半導体レーザパッケージ４１Ａの個数Ｎは、設計上の理由により必ずしも一致せずとも良い。

また、個々の半導体レーザパッケージ４１Ａにおいては、発光部４０のカソード側に常開型の高耐圧スイッチ４２が直列接続され、電圧「Ｖｆ×Ｎ」が印加される。

したがって図２（Ｂ）に示すように個々の半導体レーザパッケージ４１Ａでは、３端子中の♯１がＬＤ４０のアノードに、♯２が高耐圧スイッチ４２のＬＤ４０とは直接接続されない側の端子に、そして♯３が高耐圧スイッチ４２に接続される。

図３は、上記励起ＬＤ光源装置２３（Ｂ−ＬＤ光源装置２６）を構成する個々の半導体レーザパッケージ４１Ａの構造を示す概略部分断面図である。同図で半導体レーザパッケージ１Ａは、フランジ部４３Ａ及びシリンダ部４３Ｂからなるメタルカン４３と呼ばれる缶状の金属内に、発光部アノード４０Ａ及び発光部カソード４０Ｂを含む発光部４０と、高耐圧スイッチ４２とが封入され、且つフランジ部４３Ａを貫通するように、発光部４０と高耐圧スイッチ４２とにそれぞれ接続されたアノードリード４４Ａ、カソードリード４４Ｂ、及びスイッチリード４４Ｃが缶内から缶外へ導出される。また、発光部アノード４０Ａ及び発光部カソード４０Ｂを含む発光部４０と、高耐圧スイッチ４２とはフランジ部４３Ａと一体的に形成された突出部４３Ｄに設置される。即ち、半導体レーザパッケージ４１Ａの内部に発光部４０と高耐圧スイッチ４２が設置されている。

上記高耐圧スイッチ４２は、実装上はメタルカン４３のフランジ部４３Ａ上であって突出部４３Ｄに固定的に設置される。また、シリンダ部４３Ｂの上底面中央には発振したレーザ光を透過させるためのガラス製の窓４３Ｃが嵌め込まれる。メタルカン４３内には半導体レーザとしての高い発光効率を維持するために不活性ガスが充填される。

上記のような構成にあって、データプロジェクタ装置１０の光源部１６を構成する励起ＬＤ光源装置２３またはＢ−ＬＤ光源装置２６が取り出され、個々の半導体レーザパッケージ４１Ａにまで分解された場合を考える。

この場合、半導体レーザパッケージ４１Ａ内の発光部４０を発光させるためには、アノードリード４４Ａに電圧Ｖｆを印加し、カソードリード４４Ｂを接地させると共に、常開型の高耐圧スイッチ４２を導通させるべく、スイッチリード４４Ｃに対して電圧Ｖｆ×Ｎを印加する必要がある。

例えばＶｆ＝３．０［Ｖ］であり、励起ＬＤ光源装置２３（またはＢ−ＬＤ光源装置２６）を構成する直列接続された半導体レーザパッケージ４１Ａ，４１Ａ，…の数Ｎ＝６であった場合、スイッチリード４４Ｃに対して１８［Ｖ］を印加する必要がある。

したがって、一般的な想定の範疇を超える電圧値をスイッチリード４４Ｃに印加しなければ発光部４０を点灯させることができず、光源装置を構成する個々の半導体レーザを分解して単体で取り出したとしても、それ自体では容易に発光させることが困難となる。

加えて、高耐圧スイッチ４２が導通した状態でないと発光部４０を点灯させることができないため、発光部４０の静電気対策としても有効であり、静電気によるＬＤ４０の破壊を回避できる。

尚、本実施形態では、励起ＬＤ光源装置２３に半導体レーザパッケージを複数個設置し、常開型の高耐圧スイッチ４２を導通させるべく、スイッチリード４４Ｃに対して電圧Ｖｆ×Ｎを印加しているが、その他にも、例えば、半導体レーザパッケージを１つだけ励起ＬＤ光源装置２３に設置する構成でも本発明は適応でき、その場合には電圧Ｖｆを印加することで導通する常開型の高耐圧スイッチ４２を設置すればよい。

（ＬＤ光源装置の第２の構成）
次に上記励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６の第２の構成例について説明する。
図４（Ａ）は、上記光源部１６内の励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６の基本的な接続構成を示す。同図に示すように励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６は、複数Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の半導体レーザパッケージ（発光素子）４６Ａ，４６Ａ，…の電極端子を直列接続して構成され、その両端間に、１個の半導体レーザの駆動電圧ＶｆをＮ倍した電圧（Ｖｆ×Ｎ）が光源駆動部２７により印加される。

なお、励起ＬＤ光源装置２３を構成する半導体レーザパッケージ４６Ａの個数Ｎと、Ｂ−ＬＤ光源装置２６を構成する半導体レーザパッケージ４６Ａの個数Ｎは、設計上の理由により必ずしも一致せずとも良い。

また、個々の半導体レーザパッケージ４６Ａにおいては、発光部４０のカソード側に常開型のスイッチ４７が直列接続される。このスイッチ４７は、同じく半導体レーザパッケージ４６Ａ内に備えられる加速度センサ４８（電子素子）の検知出力が所定の“Ｌ”レベルで安定した状態でオンし、その他の状態ではオフする。即ち、加速度センサ４８は、レーザパッケージ４６Ａに対して与えられる加速度を検知し、レーザパッケージ４６Ａにかかる加速度が時間に対して変化していない場合、加速度センサの出力は“Ｌ”レベルで安定となり、レーザパッケージ４６Ａにかかる加速度が時間に対して変化している場合、加速度センサの出力は“Ｌ”レベル以外のレベルとなる。

したがって図４（Ｂ）に示すように個々の半導体レーザパッケージ４６Ａでは、全４端子中の♯１が発光部４０のアノードに、♯２がスイッチ４７の発光部４０とは直接接続されない側の端子に、♯３が加速度センサ４８の動作用電圧Ｖｓ用端子に、そして♯４が同加速度センサ４８用ＧＮＤ端子に接続される。

図５は、上記励起ＬＤ光源装置２３（Ｂ−ＬＤ光源装置２６）を構成する個々の半導体レーザパッケージ４６Ａの構造を示す概略部分断面図である。同図で半導体レーザパッケージ４６Ａは、フランジ部４９Ａ及びシリンダ部４９Ｂからなるメタルカン４９と呼ばれる缶状の金属内に、発光部アノード４０Ａ及び発光部カソード４０Ｂからなる発光部４０、スイッチ４７、及び加速度センサ４８が封入され、且つフランジ部４９Ａを貫通するように、発光部４０とスイッチ４７、加速度センサ４８にそれぞれ接続されたアノードリード５０Ａ、カソードリード５０Ｂ、センサ電源リード５０Ｃ、及びセンサＧＮＤリード５０Ｄが缶内から缶外へ導出される。また、発光部アノード４０Ａ及び発光部カソード４０Ｂからなる発光部４０、スイッチ４７、及び加速度センサ４８はフランジ部４９Ａと一体的に形成された突出部４９Ｄに設置される。即ち、半導体レーザパッケージ４６Ａの内部に発光部４０とスイッチ４７と、加速度センサ４８が設置されている。

上記スイッチ４７及び加速度センサ４８は、実装上はメタルカン４９のフランジ部４９Ａ上であって突出部４９Ｄに固定的に設置される。また、シリンダ部４９Ｂの上底面中央には発振したレーザ光を透過させるためのガラス製の窓４９Ｃが嵌め込まれる。メタルカン４９内には半導体レーザとしての高い発光効率を維持するために不活性ガスが充填される。

上記のような構成にあって、データプロジェクタ装置１０の光源部１６を構成する励起ＬＤ光源装置２３またはＢ−ＬＤ光源装置２６が取り出され、個々の半導体レーザパッケージ４６Ａにまで分解された場合を考える。

この場合、半導体レーザパッケージ４６Ａ内の発光部４０を発光させるためには、アノードリード５０Ａに電圧Ｖｆを印加し、カソードリード５０Ｂ及びセンサＧＮＤリード５０Ｄを接地させると共に、センサ電源リード５０Ｃに予め設定された所定の動作電圧Ｖｓを印加する必要がある。

その上で、加速度センサ４８が正常に動作し、且つその検知出力が一定のレベルに保たれている状態、すなわち半導体レーザパッケージ４６Ａが何ら物理的な外力を与えられていない状態であれば、この加速度センサ４８の検知出力によりスイッチ４７が導通し、発光部４０を任意に発光させることができるものとする。

一方で、センサ電源リード５０Ｃ及びセンサＧＮＤリード５０Ｄ間に所定の電位差Ｖｓを設けず、加速度センサ４８を動作させない場合、及びセンサ電源リード５０Ｃ及びセンサＧＮＤリード５０Ｄ間に所定の電位差Ｖｓを設けて加速度センサ４８を動作させても、半導体レーザパッケージ４６Ａ自体に何らかの物理的な外力を与えられている状態であれば、この加速度センサ４８の検知出力のレベルによりスイッチ４７がオフし、発光部４０での発光を阻止させるものとする。

したがって、この種の半導体レーザパッケージを分解により取り出して、さらにアノードリード５０Ａとセンサ電源リード５０Ｃに印加する電圧をそれぞれ仮に突き止めて電気的に適正な接続を行なったとしても、静止状態でなければスイッチ４７が導通せず、発光部４０を発光させることができず、光源装置を構成する個々の半導体レーザを分解して単体で取り出したとしても、それ自体では容易に発光させることが困難となる。

なお上記第２の構成例では、発光部４０と直列接続するものとして単にスイッチ４７を設ける場合について説明したが、これに代えて上記第１の構成例と同様に高耐圧スイッチ４２を設け、加速度センサ４８の検知出力を昇圧するための昇圧回路を介在させて高耐圧スイッチ４２のオン／オフ制御を行なうものとしても良く、その場合には発光部４０の静電気対策にも寄与することが可能となる。

（ＬＤ光源装置の第３の構成）
次に上記励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６の第３の構成例について説明する。
図６（Ａ）は、上記光源部１６内の励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６の基本的な接続構成を示す。同図に示すように励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６は、複数Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の半導体レーザパッケージ（発光素子）５１Ａ，５１Ａ，…の電極端子を直列接続して構成され、その両端間に、１個の半導体レーザの駆動電圧ＶｆをＮ倍した電圧（Ｖｆ×Ｎ）が光源駆動部２７により印加される。

なお、励起ＬＤ光源装置２３を構成する半導体レーザパッケージ５１Ａの個数Ｎと、Ｂ−ＬＤ光源装置２６を構成する半導体レーザパッケージ５１Ａの個数Ｎは、設計上の理由により必ずしも一致せずとも良い。

また、個々の半導体レーザパッケージ５１Ａにおいては、発光部４０のカソード側に常開型のスイッチ４７が直列接続される。このスイッチ４７は、同じく半導体レーザパッケージ５１Ａ内に備えられるゲートＩＣ５２(電子素子)のゲート出力によりオン／オフ制御される。ゲートＩＣ５２は、この半導体レーザパッケージ５１Ａ外から与えられる外部信号に応じて上記スイッチ４７へのゲート出力を変化させる。

なおこのゲートＩＣ５２は、一旦電源が落とされると当該ゲートＩＣ５２に読み込ませた外部信号（判定信号）情報が消去される揮発性記憶部を備えたゲートＩＣである。

図６（Ｂ）に示すように個々の半導体レーザパッケージ５１Ａでは、全５端子中の♯１が発光部４０のアノードに、♯２がスイッチ４７の発光部４０とは直接接続されない側の端子に、♯３がゲートＩＣ５２の動作用電圧Ｖｉｃ端子に、♯４が同外部信号入力端子に、そして♯５がゲートＩＣ５２用ＧＮＤ端子にそれぞれ接続される。

図７は、上記励起ＬＤ光源装置２３（Ｂ−ＬＤ光源装置２６）を構成する個々の半導体レーザパッケージ５１Ａの構造を示す概略部分断面図である。同図で半導体レーザパッケージ５１Ａは、フランジ部５３Ａ及びシリンダ部５３Ｂからなるメタルカン５３と呼ばれる缶状の金属内に、発光部アノード４０Ａ及び発光部カソード４０Ｂからなる発光部４０、スイッチ４７、及びゲートＩＣ５２が封入され、且つフランジ部５３Ａを貫通するように、発光部４０とスイッチ４７、ゲートＩＣ５２にそれぞれ接続されたアノードリード５４Ａ、カソードリード５４Ｂ、ゲートＩＣ電源リード５４Ｃ、ゲートＩＣ外部信号リード５４Ｄ、及びゲートＩＣＧＮＤリード５０Ｅが缶内から缶外へ導出される。また、発光部アノード４０Ａ及び発光部カソード４０Ｂからなる発光部４０、スイッチ４７、及びゲートＩＣ５２はフランジ部５３Ａと一体的に形成された突出部５３Ｄに設置される。即ち、半導体レーザパッケージ５１Ａの内部に発光部４０とスイッチ４７と、ゲートＩＣ５２とが設置されている。

上記スイッチ４７及びゲートＩＣ５２は、実装上はメタルカン５３のフランジ部５３Ａ上であって突出部５３Ｄに固定的に設置される。また、シリンダ部５３Ｂの上底面中央には発振したレーザ光を透過させるためのガラス製の窓５３Ｃが嵌め込まれる。メタルカン５３内には半導体レーザとしての高い発光効率を維持するために不活性ガスが充填される。

上記のような構成にあって、データプロジェクタ装置１０の光源部１６を構成する励起ＬＤ光源装置２３またはＢ−ＬＤ光源装置２６が取り出され、個々の半導体レーザパッケージ５１Ａにまで分解された場合を考える。

この場合、半導体レーザパッケージ５１Ａ内の発光部４０を発光させるためには、アノードリード５４Ａに電圧Ｖｆを印加し、カソードリード５４Ｂ及びゲートＩＣＧＮＤリード５０Ｅを接地させると共に、ゲートＩＣ電源リード５４Ｃに予め設定された所定の動作電圧Ｖｉｓを印加し、さらにゲートＩＣ外部信号リード５４Ｄに適正な外部信号を入力する必要がある。

ここでゲートＩＣ外部信号リード５４Ｄを介してゲートＩＣ５２に与える外部信号としては、図８に示すように、専用コード信号を用いる場合Ｉと、光源駆動周波数信号を用いる場合IIとが考えられる。専用コード信号を用いる場合、外部信号は光源駆動部２７を介してＣＰＵ２８が与えることになる。

専用コード信号を用いる場合、予めゲートＩＣ５２に設定されている専用コードと、外部信号として与えられる専用コード信号の値の一致を判断した場合にのみゲートＩＣ５２がスイッチ４７を導通させ、発光部４０の発光が可能となる。

したがって、この種の半導体レーザパッケージを分解により取り出して、アノードリード５４ＡとゲートＩＣ電源リード５４Ｃに印加する電圧をそれぞれ仮に突き止めて電気的に適正な接続を行なったとしても、正しいコード信号をゲートＩＣ外部信号リード５４Ｄに入力しなければスイッチ４７が導通せず、発光部４０を発光させることができないので、結果として光源装置を構成する個々の半導体レーザを分解して単体で取り出したとしても、それ自体では容易に発光させることが困難となる。

また、光源駆動周波数信号を用いる場合、予めゲートＩＣ５２に設定されている励起ＬＤ光源装置２３またはＢ−ＬＤ光源装置２６の光源周波数と、外部信号として与えられる交流信号の周波数とが一致した場合にのみゲートＩＣ５２がスイッチ４７を導通させ、発光部４０の発光を可能とさせる。

尚、この場合、外部信号として光源駆動部２７が与える交流信号は、駆動周波数との同一化により光源駆動部２７内で容易に再生することが可能である。

したがって、この種の半導体レーザパッケージを分解して、アノードリード５４ＡとゲートＩＣ電源リード５４Ｃに印加する電圧をそれぞれ仮に突き止めて電気的に適正な接続を行なったとしても、励起ＬＤ光源装置２３またはＢ−ＬＤ光源装置２６の駆動周波数と等しい交流信号をゲートＩＣ外部信号リード５４Ｄに入力しなければスイッチ４７が導通せず、ＬＤ４０を発光させることができないので、結果として光源装置を構成する個々の半導体レーザを分解して単体で取り出したとしても、それ自体では容易に発光させることが困難となる。

なお上記第３の構成例では、発光部４０と直列接続するものとして単にスイッチ４７を設ける場合について説明したが、これに代えて上記第１の構成例と同様に高耐圧スイッチ４２を設け、ゲートＩＣ５２の出力を昇圧するための昇圧回路を介在させるか、あるいはゲートＩＣ５２自体の出力段に昇圧回路を含むことにより、高耐圧スイッチ４２のオン／オフ制御を行なうものとしても良く、その場合には発光部４０の静電気対策にも寄与することが可能となる。

（ＬＤ光源装置の第４の構成）
また、上記第３の構成の別構成例をあらたに第４の構成として説明する。
図９は、上記光源部１６内の励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６の基本的な接続構成を示す。同図に示すように励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６は、複数Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の半導体レーザパッケージ（発光素子）６１Ａ，６１Ａ，…の電極端子を直列接続して構成され、その両端間に、光源駆動部２７内の定電流源８１から１個の半導体レーザの駆動電圧ＶｆをＮ倍した電圧（Ｖｆ×Ｎ）が印加される。

なお、励起ＬＤ光源装置２３を構成する半導体レーザパッケージ６１Ａの個数Ｎと、Ｂ−ＬＤ光源装置２６を構成する半導体レーザパッケージ６１Ａの個数Ｎは、設計上の理由により必ずしも一致せずとも良い。

また、個々の半導体レーザパッケージ６１Ａにおいては、発光部４０のアノード側に常開型のスイッチであるＦＥＴ７０が直列接続される。このＦＥＴ７０は、同じく半導体レーザパッケージ６１Ａ内に備えられるゲートＩＣ８０（電子素子）のゲート出力によりオン／オフ制御される。

ゲートＩＣ８０は、上記図６のＩＣ５２に相当するもので、この半導体レーザパッケージ６１Ａ外のＣＰＵ２８からコンデンサＣを介して与えられる外部信号（ＩＤ信号）（判定信号）に応じて上記ＦＥＴ７０へのゲート出力を変化させる。

また、個々の半導体レーザパッケージ６１Ａでは、ＦＥＴ７０の発光部４０とは接続されない側の端子にダイオード７１のアノードが接続される。ダイオード７１のカソードは抵抗７２の一端と接続され、該抵抗７２の他端が、上記ゲートＩＣ８０、リセット回路７４、及びツェナーダイオード７３のカソードと並列接続される。

リセット回路の上記抵抗７２と接続されない他端は、ゲートＩＣ８０、ツェナーダイオード７３のアノードと共に上記発光部４０のカソードに接続される。このリセット回路７４は、電流印加量が一旦ゼロになって、再度電流が印加されることで、ゲートＩＣ８０に記憶されている信号情報を消去するために設置する回路である。

図示する如く、ゲートＩＣ８０は、動作用電圧として発光部４０のための駆動電圧Ｖｆを当該ＬＤ４０と共有して利用している。

上記のような構成にあって、ゲートＩＣ８０の動作用電圧を発光部４０と共有することで、半導体レーザパッケージ６１Ａ内から供給することができるため、上記図６で示したゲートＩＣ５２の動作用電圧Ｖｉｃ端子の存在を割愛できる。

また、リセット回路７４を設けたので、励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６に電流が印加された場合にゲートＩＣ８０に記憶された情報をリセットする。
このような構成としたことで、一旦記憶させた外部信号情報が電源を遮断した状態でも維持されるような、不揮発性記憶部を有するゲートＩＣを使用する場合であっても、上記リセット動作により必ず電源投入時には正しいコード信号の書き込みが必要となる。

図１０は、本第４の構成例での信号シーケンス図を示すものである。図１０（Ａ）は励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６への駆動電流を示す。図１０（Ｂ）は、ＣＰＵ１２８からの外部信号であるＩＤ信号を示す。

一旦、励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６への駆動電流の印加が停止した後、再度、励起ＬＤ光源装置２３及びＢ−ＬＤ光源装置２６に駆動電流が印加されると、まず、リセット回路７４によって図１０（Ｂ）に示すようにゲートＩＣ８０内に記憶された外部信号情報が必ずリセットされ、その後、ゲートＩＣ８０が外部信号情報をチェックする。

以上ＬＤ光源装置の各構成例でも説明したように本実施形態によれば、光源装置を構成する個々の半導体レーザを分解して単体で取り出したとしても、それ自体では容易に発光させることが困難となる。

なお、高耐圧スイッチ４２自体を取り外す又は、発光部カソード４０Ｂとカソードリード４４Ｂ（５０Ｂ，５４Ｂ）とを短絡するためには、メタルカン４３（４９，５３）を開封しなければならず、ＬＤ４０をメタルカン４３（４９，５３）内で封入している窒素ガス等の不活性ガスを拡散させて発光部４０の発光層が直接空気に触れることとなるので、空気中の酸素で素子の発光層が劣化して発光効率が著しく低下し、実用上はメタルカン４３（４９，５３）を開封しての半導体レーザパッケージ４１Ａの分解は不可能となる。

また、高耐圧スイッチ４２またはスイッチ４７に対して、加速度センサ４８及びゲートＩＣ５２を組み合わせて利用しても良く、例えば加速度センサ４８の検知出力が所定の“Ｌ”レベルで安定した状態でのみ、ゲートＩＣ外部信号リード５４Ｄを介してゲートＩＣ５２に外部からの信号を与えるような構成にしてもよい。

なお上記実施形態は、ＤＬＰ（登録商標）方式のデータプロジェクタ装置１０に使用される光源部１６内の励起ＬＤ光源装置２３またはＢ−ＬＤ光源装置２６に適用した場合について説明したが、データプロジェクタ装置に限らず本発明を適用可能である。

尚、上記実施形態では、光源部１６内の励起ＬＤ光源装置２３またはＢ−ＬＤ光源装置２６を、複数の半導体レーザパッケージをアレイ配列した光源装置として説明したが、それ以外にも、一つの半導体レーザパッケージを配置して光源装置を構築するものでも良い。

また、本実施形態では、発光素子として半導体レーザパッケージを例にとって説明したが、それに限らず、例えば発光ダイオードパッケージ等の他の発光素子に、本発明を適応してもよいことは勿論である。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
請求項１記載の発明は、電流が流れることで光を発する発光部を内部に備えた発光素子であって、上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記スイッチング素子と接続された電子素子をさらに備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記電子素子は、上記スイッチング素子に接続され、上記発光素子対して与えられる加速度を検知する加速度センサを含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、上記請求項２または３記載の発明において、上記電子素子は、上記スイッチング素子に接続され、外部から入力される判定信号が、予め自身に記憶された信号と一致するかどうか判定するゲート制御回路を含むことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、上記請求項４記載の発明において、上記ゲート制御回路は、上記光源装置の駆動開始時に上記ゲート制御回路に記憶された上記判定信号の情報を消去するリセット回路を備えることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５何れか記載の発明において、上記発光素子はレーザダイオードであることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至６何れか記載の発明において、上記発光素子は、内部に不活性ガスが充填されていることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、電流が流れることで光を発する発光部を内部に有する発光素子を備えた光源装置であって、上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子を有し、上記光源装置は、上記発光素子の発光タイミングに、上記スイッチング素子を導通し、且つ上記発光素子を駆動する駆動制御手段をさらに具備したことを特徴とする。

請求項９記載の発明は、上記請求項８記載の発明において、上記発光素子は複数個配置され、互いに直列接続されており、上記スイッチング素子は複数個配置され、上記複数の発光素子に対してそれぞれ直列接続されており、上記複数のスイッチング素子は、それぞれ上記複数の発光素子の駆動電圧に当該発光素子の個数を乗じた電圧値で導通する高耐圧スイッチで構成し、上記駆動制御手段は、当該駆動制御手段により上記発光素子に印加される駆動電圧を直接上記高耐圧スイッチに供給することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、電流が流れることで光を発する発光部を内部に有する発光素子を備えた光源装置であって、上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子と、上記スイッチング素子と接続された電子素子とを有し、上記光源装置は上記発光素子を駆動する駆動制御手段を有し、上記電子素子は、当該電子素子による検知結果に基づいて、上記スイッチング素子を導通することを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、電流が流れることで光を発する発光部を内部に有する発光素子、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子、及び上記発光素子の発光タイミングに上記スイッチング素子を導通し、且つ上記発光素子を駆動する駆動制御部を有する光源部と、画像信号を入力する入力部と、上記光源部からの光を用い、上記入力部で入力した画像信号に基づいた光像を形成して投影する投影部とを具備したことを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、電流が流れることで光を発する発光部を内部に有する発光素子、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子、上記スイッチング素子と接続され、当該自電子素子による検知結果に基づいて上記スイッチング素子を導通する電子素子、及び上記発光素子を駆動する駆動制御部を有する光源部と、画像信号を入力する入力部と、上記光源部からの光を用い、上記入力部で入力した画像信号に基づいた光像を形成して投影する投影部とを具備したことを特徴とする。

１…半導体レーザアレイ、１Ａ…半導体レーザパッケージ、２…メタルカン、２Ａ…フランジ部、２Ｂ…シリンダ部、２Ｃ…窓、３Ａ…発光部アノード、３Ｂ…発光部カソード、４Ａ…アノードリード、４Ｂ…カソードリード、１０…データプロジェクタ装置、１１…入力部、１２…画像変換部、１３…投影駆動部、１４…投影コントローラ、１５…マイクロミラー素子、１６…光源部、１７…ミラー、１８…投影レンズ部、１９…Ｒ−ＬＥＤアレイ、２０，２１…ダイクロイックミラー、２２…ミラー、２３…励起ＬＤアレイ、２４…蛍光ホイール、２５…ホイールモータ、２６…Ｂ−ＬＤアレイ、２７…光源駆動部、２８…ＣＰＵ、２９…メインメモリ、３０…プログラムメモリ、３１…操作部、３２…音声処理部、３３…スピーカ部、４０…半導体レーザ（ＬＤ）、４１Ａ…半導体レーザパッケージ、４２…高耐圧スイッチ、４３…メタルカン、４４Ａ〜４４Ｃ…リード、４６Ａ…半導体レーザパッケージ、４７…スイッチ、４８…加速度センサ、４９…メタルカン、４９Ａ…フランジ部、４９Ｂ…シリンダ部、４９Ｃ…蓋、５０Ａ〜５０Ｄ…リード、５１Ａ…半導体レーザパッケージ、５２…ゲートＩＣ、５３…メタルカン、５４Ａ〜５４Ｅ…リード、６１Ａ…半導体レーザパッケージ、７０…ＦＥＴ、７４…リセット回路、８０…ゲートＩＣ、８１…定電流源。

Claims (12)

1. 電流が流れることで光を発する発光部を内部に備えた発光素子であって、
   上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子を有することを特徴とする発光素子。
2. 上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記スイッチング素子と接続された電子素子をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 上記電子素子は、上記スイッチング素子に接続され、上記発光素子対して与えられる加速度を検知する加速度センサを含むことを特徴とする請求項２記載の発光素子。
4. 上記電子素子は、上記スイッチング素子に接続され、外部から入力される判定信号が、予め自身に記憶された信号と一致するかどうか判定するゲート制御回路を含むことを特徴とする請求項２または３記載の発光素子。
5. 上記ゲート制御回路は、上記光源装置の駆動開始時に上記ゲート制御回路に記憶された上記判定信号の情報を消去するリセット回路を備えることを特徴とする請求項４記載の発光素子。
6. 上記発光素子はレーザダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５何れか記載の発光素子。
7. 上記発光素子は、内部に不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求項１乃至６何れか記載の発光素子。
8. 電流が流れることで光を発する発光部を内部に有する発光素子を備えた光源装置であって、
   上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子を有し、
   上記光源装置は、上記発光素子の発光タイミングに、上記スイッチング素子を導通し、且つ上記発光素子を駆動する駆動制御手段をさらに具備したことを特徴とする光源装置。
9. 上記発光素子は複数個配置され、互いに直列接続されており、
   上記スイッチング素子は複数個配置され、上記複数の発光素子に対してそれぞれ直列接続されており、
   上記複数のスイッチング素子は、それぞれ上記複数の発光素子の駆動電圧に当該発光素子の個数を乗じた電圧値で導通する高耐圧スイッチで構成し、
   上記駆動制御手段は、当該駆動制御手段により上記発光素子に印加される駆動電圧を直接上記高耐圧スイッチに供給することを特徴とする請求項８記載の光源装置。
10. 電流が流れることで光を発する発光部を内部に有する発光素子を備えた光源装置であって、
    上記発光素子は、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子と、上記スイッチング素子と接続された電子素子とを有し、
    上記光源装置は上記発光素子を駆動する駆動制御手段を有し、
    上記電子素子は、当該電子素子による検知結果に基づいて、上記スイッチング素子を導通することを特徴とする光源装置。
11. 電流が流れることで光を発する発光部を内部に有する発光素子、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子、及び上記発光素子の発光タイミングに上記スイッチング素子を導通し、且つ上記発光素子を駆動する駆動制御部を有する光源部と、
    画像信号を入力する入力部と、
    上記光源部からの光を用い、上記入力部で入力した画像信号に基づいた光像を形成して投影する投影部と
    を具備したことを特徴とする投影装置。
12. 電流が流れることで光を発する発光部を内部に有する発光素子、当該発光素子の内部に、上記発光部と直列接続されたスイッチング素子、上記スイッチング素子と接続され、当該自電子素子による検知結果に基づいて上記スイッチング素子を導通する電子素子、及び上記発光素子を駆動する駆動制御部を有する光源部と、
    画像信号を入力する入力部と、
    上記光源部からの光を用い、上記入力部で入力した画像信号に基づいた光像を形成して投影する投影部と
    を具備したことを特徴とする投影装置。

Images