JP6168387B2 - 光源装置及びこれを備えた画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、照射対象物に向けて光を射出する光源装置及びこれを備えた画像投射装置に関するものである。

この種の光源装置としては、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、更にメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影するプロジェクタ（画像投射装置）に用いられるものが知られている。プロジェクタは、一般に、光源装置から射出された光をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれるマイクロミラー表示素子や液晶板等の画像形成部材に集光させ、スクリーン上に画像を表示させる。

このようなプロジェクタにおいて、従来は、高輝度の放電ランプを光源とする光源装置を用いるものが主流であったが、近年、光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）、或いは有機ＥＬ等の半導体発光素子を用いたものが、開発、提案されている。特に、光源としてＬＤ等のレーザー光源を用いる場合、例えば、色再現性、発光効率、光利用効率等の向上などのメリットがある。また、レーザー光源は、点光源あるいは平行光を照射する光源であるため、照明系が設計しやすく、色合成の簡易化や投射レンズの低ＮＡ化等が達成できるというメリットもある。

光源としてＬＤ等の発光素子を用いる場合、１つの発光素子の光量では、画像投射装置の光源として必要な光量を得ることができない。そのため、例えば特許文献１に記載の半導体光源装置のように、多数の発光素子を二次元方向に配置し、多数の発光素子による光量を足し合わせて必要な光量を得る光源装置が提案されている。この特許文献１に開示の半導体光源装置は、多数の半導体発光素子を、保持体（発光素子保持部材）により、各半導体発光素子の光軸が互いに略平行となるようにマトリクス状に保持している。そして、これらの半導体発光素子から照射される光を、発光素子ごとにレンズ取付枠に保持されたコリメータレンズで集光し、画像投射装置の光源として必要な光量を得ている。

多数の発光素子を二次元方向に配置した発光素子群を光源として用いる画像投射装置においては、その発光素子を如何に効率よく冷却するかが重要となっている。冷却が不十分だと、安定した発光量が得られなかったり、寿命が短くなったりするためである。このような発光素子群を冷却する場合、例えば、その発光素子群を保持している発光素子保持部材の裏側にヒートシンクなどの放熱部材を設け、この放熱部材に風を送り込んで冷却する方法が用いられることが多い。上記特許文献１に開示の半導体光源装置でも、多数の発光素子が保持されている側とは反対側の保持体（発光素子保持部材）部分にヒートシンクが取り付けられ、これを画像投射装置内に設けられた冷却ファンから送風される冷却風で冷却する構成を採用している。

ただし、このように、発光素子保持部材の裏側を冷却する構成だけでは、十分な冷却効果が得られない場合がある。特に、光源の小型化等の目的で多数の発光素子の配置密度を高めたり、光量を増大させる目的でより多くの発光素子を用いたりする場合には、十分な冷却効果が得られないことが多い。

ここで、上記特許文献１に開示の半導体光源装置においては、多数の発光素子が保持されている側の保持体部分に、スペーサを介して、発光素子ごとに設けられるコリメータレンズを保持するレンズ取付枠が対向配置され、保持体とレンズ取付枠との間に所定の間隙が形成されている。この間隙は、画像投射装置内に設けられた冷却ファンから送風される冷却風の流路となるように構成されている。したがって、冷却ファンからの冷却風は、ヒートシンクのみならず、保持体とレンズ取付枠との間の間隙を通って、保持体に保持された多数の発光素子にも直接当たる。そのため、保持体上の多数の発光素子を、その保持体の表裏両方から冷却することが可能であり、保持体の裏側だけを冷却する構成と比較して、多数の発光素子を効率よく冷却する効果が得られる。

上記特許文献１に開示の半導体光源装置では、保持体とレンズ取付枠との間隙に対し、保持体の一端側（二次元配置された多数の発光素子の光照射側の保持体部分における二次元方向一端側）から、冷却風を送り込む構成となっている。この構成においては、冷却風が送り込まれる側に近い箇所については効率よく冷却でき、十分な冷却効果を得ることが可能である。しかしながら、冷却風が送り込まれる側から離れている箇所については、そこを流れる冷却風が既に他の箇所で熱を取り込んで暖まった状態になっているので、十分な冷却効果が得られない。仮に、より広範囲にわたって十分な冷却効果を得るために、保持体とレンズ取付枠との間隙に対して複数方向から冷却風を送り込むように構成したとしても、保持体の端部から内側に入った内側箇所（特に中央の箇所）には、既に他の箇所で熱を取り込んで暖まった冷却風しか当てることができない。

二次元方向に配置された発光素子群の光照射側における発光素子保持部材の二次元方向内側の箇所というのは、その周囲に存在する発光素子によって暖められた空気に囲まれた箇所である。そのため、熱が溜まりやすく、温度が上昇しやすいので、この内側箇所を如何にして効率良く冷却するかが、発光素子保持部材に保持されている発光素子群の冷却効果を向上させる上で重要である。したがって、発光素子群の光照射側における発光素子保持部材の二次元方向内側箇所を効率良く冷却できる新たな冷却方法が望まれる。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、発光素子群の光照射側における発光素子保持部材の二次元方向内側箇所を効率良く冷却できる光源装置及びこれを備えた画像投射装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、発光素子保持部材上に発光素子が二次元方向に配置された発光素子群から照射される光を照射対象物に向けて射出する光源装置において、上記発光素子群の二次元方向内部側に配置され、入射する光を当該光源装置の光射出方向へ案内する第１光案内部材と、上記発光素子群から照射される光の光路を上記第１光案内部材へ入射させる第２光案内部材とを備え、上記発光素子保持部材は、上記発光素子群の二次元方向内部側に、該発光素子群の光照射側の裏側から送り込まれる冷却風を該発光素子群の光照射側へ通す通風孔を有し、上記第１光案内部材は、上記発光素子群の光照射側で上記通風孔に対向配置され、該通風孔を抜けた冷却風を該発光素子群に向かうように案内する導風部材として機能するように構成されていることを特徴とする。

本発明においては、発光素子群の二次元方向内部側に設けられる通風孔を介して、発光素子保持部材の裏側から送り込まれる冷却風を、発光素子保持部材における発光素子群の光照射側へ送り込むことができる。これにより、発光素子群の光照射側における発光素子保持部材の二次元方向内側箇所に対し、未だ発光素子の熱を取り込んでいない状態の冷却風を直接送り込むことができる。よって、発光素子群の光照射側における発光素子保持部材の二次元方向内側箇所を効率良く冷却することができるという優れた効果が得られる。

実施形態１の光源ユニットを正面から見た模式図である。 同光源ユニットを、図１中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットにおける光源とカップリングレンズとの位置関係を示す説明図である。 実施形態２の光源ユニットを正面から見た模式図である。 同光源ユニットを、図４中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。 実施形態３の光源ユニットを正面から見た模式図である。 同光源ユニットを、図６中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットのヒートシンクを、光源支持体の裏側方向から見たときの模式図である。 実施形態４の光源ユニットを正面から見た模式図である。 同光源ユニットを、図９中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットを、図１０中Ｂ−Ｂ部で切断したときの模式図である。 実施形態５の光源ユニットの断面を示す模式図である。 実施形態６の光源ユニットの断面を示す模式図である。 実施形態７におけるプロジェクタを例示する模式図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明を、画像投射装置としてのプロジェクタの光源装置として好適に使用可能な光源装置に適用した一実施形態（以下、本実施形態を「実施形態１」という。）について説明する。
図１は、本実施形態１の光源装置としての光源ユニット１を正面から見た模式図である。
図２は、光源ユニット１を、図１中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。
本実施形態１の光源ユニット１は、複数（本実施形態１では１２個）の光源１１−１〜１１−１２が二次元方向に分散して配置された光源群（発光素子群）を備えている。光源１１−１〜１１−１２は、それぞれに対応して設けられたカップリングレンズ１２−１〜１２−１２とともに、円環状をなすように、発光素子保持部材としての光源支持体１３に配列されている。また、光源支持体１３に対し、光源１１−１〜１１−１２の光照射側（以下「表面側」とする。）の裏側には、送風手段としての軸流ファン３が設けられている。

各光源１１−１〜１１−１２には、例えば、半導体レーザー等のレーザー光源を用いることができ、各光源１１−１〜１１−１２から照射される光の色は、それぞれ異なっていても構わない。カップリングレンズ１２−１〜１２−１２は、それぞれ、ガラスやプラスチック等から形成された凸レンズであり、図３に示すように、各カップリングレンズの曲率中心軸が光源１１−１〜１１−１２の各光軸に対して円周方向内側になるように、軸ズレ量ｄだけ軸ズレが生じるように配置されている。このように、光源１１−１〜１１−１２及びカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を配置することで、各光源１１−１〜１１−１２から照射される光は、それぞれ対応するカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を通過して円環中心方向に傾斜した略円錐状の出射光を得ることができる。

光源支持体１３は、例えば、アルミニウム等の金属やモールド樹脂等から構成されており、円環状に配列された光源１１−１〜１１−１２の円環内側に、断面円形状の貫通孔である通風孔２が形成されている。本実施形態１において、軸流ファン３から送出された冷却風のうち、ファン軸径方向外側部分の冷却風は光源支持体１３の裏面側に直接吹き付けられ、ファン軸径方向内側部分の冷却風は光源支持体１３の通風孔２を通るように構成されている。

本実施形態１によれば、光源支持体１３の表面側において、光源１１−１〜１１−１２の円環内側の箇所に、軸流ファン３から送出された冷却風を、光源支持体１３の裏面側から送り込むことができる。このようにして円環内側の箇所に送り込まれる冷却風は、未だ光源１１−１〜１１−１２の熱が取り込まれていない状態なので、当該円環内側箇所を効率良く冷却することができる。

光源支持体１３の表面側の光源１１−１〜１１−１２に対し、光源支持体１３の側面から冷却風を送り込んで、これらの光源１１−１〜１１−１２を冷却する構成では、光源１１−１〜１１−１２の円環内側箇所を通る冷却風は既に光源１１−１〜１１−１２の熱が取り込まれて暖められた状態になっているので、円環内側箇所を効率よく冷却することができない。本実施形態１によれば、光源支持体１３の側面から冷却風を送り込んで光源１１−１〜１１−１２を冷却する構成と比較して、円環内側箇所を効率よく冷却することができる。光源支持体１３の表面側における円環内側箇所は、その周囲が光源１１−１〜１１−１２によって暖められた空気に囲まれた箇所となるので、この箇所の熱を効率良く除去することが、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２の冷却効果を向上させる上で重要である。したがって、本実施形態１によれば、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２の高い冷却効果を実現できる。

しかも、本実施形態１においては、軸流ファン３が送出する冷却風の一部が光源支持体１３の裏面側にも当てられる構成となっているので、１つの軸流ファン３により、光源支持体１３の裏面側と、光源支持体１３の表面側の円環内側箇所の両方に冷却風を送り込んで冷却することができる。

本実施形態１において、光源支持体１３の大きさや光源１１−１〜１１−１２によって形成される円環の径などは任意に設定することができるので、光源の数は適宜設定することができる。また、光源支持体１３の熱量を大きくすれば、より高い放熱性を実現することが可能である。

本実施形態１における光源ユニット１は、光源１１−１〜１１−１２の冷却効果が高いので、発光量の安定性や寿命の観点で優れた効果が得られ、また設計の自由度も大きいため、様々なニーズ、用途に対応することが可能である。特に、本実施形態１の光源ユニットは、プロジェクタ等の画像投射装置に好適に適用することができる。

〔実施形態２〕
次に、本発明に係る光源装置の他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態２」という。）について説明する。
本実施形態２に係る光源ユニット１は、上記実施形態１の光源装置と基本構成はほぼ同じであるが、より冷却効果を高めるための構成が付加されている点で、上記実施形態１の光源装置とは異なっている。以下、上記実施形態１の光源装置と異なる点を中心に説明する。

図４は、本実施形態２の光源装置としての光源ユニット１を正面から見た模式図である。
図５は、光源ユニット１を、図４中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。
本実施形態２の光源ユニット１は、図４に示すように、複数の光源１１−１〜１１−１２及び複数のカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を支持する光源支持体１３が円盤状に形成されている。本実施形態２においては、光源支持体１３の外周面に、複数（本実施形態２では２４個）のフィン４−１〜４−２４が形成されている。また、光源支持体１３の通風孔２の内側壁にも、複数（本実施形態２では１０個）のフィン１０−１〜１０−１２が形成されている。

本実施形態２のように、光源支持体１３にフィン４−１〜４−２４，１０−１〜１０−１２を付加することで、光源支持体１３の表面積が拡大し、軸流ファン３からの冷却風との接触領域が広がり、光源支持体１３の放熱性が向上する。その結果、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２の冷却効果が高まり、発光量の安定性や寿命がより優れた光源ユニット１を実現できる。

〔実施形態３〕
次に、本発明に係る光源装置の更に他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態３」という。）について説明する。
本実施形態３に係る光源ユニット１は、上記実施形態２の光源装置と基本構成はほぼ同じであるが、更に冷却効果を高めるために放熱部材としてのヒートシンク１５を設けた点で、上記実施形態２の光源装置とは異なっている。以下、上記実施形態２の光源装置と異なる点を中心に説明する。

図６は、本実施形態３の光源装置としての光源ユニット１を正面から見た模式図である。
図７は、光源ユニット１を、図６中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。
図８は、光源ユニット１のヒートシンクを、光源支持体１３の裏側方向から見たときの模式図である。
本実施形態３の光源ユニット１は、図７に示すように、光源支持体１３の裏面にヒートシンク１５が取り付けられている。このヒートシンク１５は、光源支持体１３の表面側に円環状に設けられた光源１１−１〜１１−１２の裏側領域に密着するように、光源支持体１３の裏面に取り付けられる基部１５ａと、その基部１５ａから伸びる多数の棒状フィン１５ｂとから構成されている。

本実施形態３において、ヒートシンク１５は、光源支持体１３の通風孔２に連通する貫通孔１５ｃが形成された円環状に形成されている。これにより、軸流ファン３からの冷却風が貫通孔１５ｃを介して通風孔２を通ることができるようになっている。軸流ファン３が送出する冷却風のうち、ファン軸径方向外側部分の冷却風は、光源支持体１３の裏面のヒートシンク１５に直接吹き付けられ、棒状フィン１５ｂの隙間を通ってヒートシンク１５の径方向外側へ抜ける。これにより、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２から光源支持体１３を介してヒートシンク１５に伝達された熱が冷却風により効率よく除熱され、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２の冷却効果が高まる。

〔実施形態４〕
次に、本発明に係る光源装置の更に他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態４」という。）について説明する。
本実施形態４に係る光源ユニット１は、上記実施形態３の光源装置と基本構成はほぼ同じであるが、更に冷却効果を高めるために、通風孔２を抜けた冷却風を光源１１−１〜１１−１２に向かうように案内する導風部材としての風向板２１を設けた点で、上記実施形態３の光源装置とは異なっている。以下、上記実施形態３の光源装置と異なる点を中心に説明する。

図９は、本実施形態４の光源装置としての光源ユニット１を正面から見た模式図である。
図１０は、光源ユニット１を、図９中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。
図１１は、光源ユニット１を、図１０中Ｂ−Ｂ部で切断したときの模式図である。
本実施形態４の光源ユニット１は、図９や図１０に示すように、通風孔２を抜けた冷却風を光源１１−１〜１１−１２に向かうように案内する導風部材としての円盤状の風向板２１が、光源支持体１３の表面側で通風孔２に対向するように配置されている。この風向板２１は、図９に示すように、断面円形状の通風孔２と略同軸となるように配置され、通風孔２よりも径が大きく形成されている。風向板２１は、図１０や図１１に示すように、複数（本実施形態４では１２個）のスペーサ２１ａを介して、光源支持体１３の表面側に配設されている。

本実施形態４においては、図１０中の矢印で示すように、通風孔２を抜けた冷却風は、風向板２１の裏面（通風孔２と対向する面）に突き当たり、その裏面に沿ってファン軸径方向外側へ案内される。これにより、通風孔２を抜けた冷却風は、スペーサ２１ａ間の隙間を通り、光源支持体１３の表面側に設けられた光源１１−１〜１１−１２に接触するように光源支持体１３の表面に沿って流れ、光源支持体１３のファン軸径方向外側へ抜けていく。このような冷却風の流路を形成することで、通風孔２を抜けた冷却風が光源１１−１〜１１−１２のより近い空間を通ることができ、望ましくは光源１１−１〜１１−１２に対して直接当てることができる。その結果、通風孔２を抜けた冷却風によって光源１１−１〜１１−１２の熱をより効率良く奪うことができ、高い冷却効果が得られる。

また、本実施形態４においては、図１０に示すように、軸流ファン３によって外気を取り込む際に空気中の塵埃等の異物を除去するための防塵フィルター５が、軸流ファン３の吸気側に配置されている。このような防塵フィルター５を設けることで、カップリングレンズ１２−１〜１２−１２に塵埃等の異物が付着するのを抑止でき、光量低下等の不具合を抑制できる。なお、このような防塵フィルター５は、軸流ファン３の送出側、具体的には軸流ファン３とヒートシンク１５との間に配置してもよいし、ヒートシンク１５の貫通孔１５ｃや通風孔２の内部あるいは入口や出口に配置してもよい。また、防塵フィルター５は、上述した実施形態や後述する実施形態の光源装置に設けても良い。

〔実施形態５〕
次に、本発明に係る光源装置の更に他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態５」という。）について説明する。
本実施形態５は、光源ユニット１から射出される射出光束の断面積を縮小することにより、その射出光束の集光距離を短縮し、光源ユニット１の光射出方向において光源ユニット１が設置されるプロジェクタ等の装置の小型化を図るものである。

図１２は、本実施形態５の光源ユニット１の断面を示す模式図である。
本実施形態５の光源ユニット１は、上述した実施形態と同様、複数（本実施形態５でも１２個）の光源１１−１〜１１−１２及びカップリングレンズ１２−１〜１２−１２が、円環状をなすように、光源支持体１３に支持されている。また、光源支持体１３には、上述した実施形態と同様、円環状に配列された光源１１−１〜１１−１２の円環内側に、断面円形状の通風孔２が形成されている。また、光源支持体１３の裏面には、上記実施形態３や上記実施形態４と同様に、ヒートシンク１５が設けられている。このヒートシンク１５にも、光源支持体１３の通風孔２に連通する貫通孔１５ｃが形成され、軸流ファン３からの冷却風が貫通孔１５ｃを介して通風孔２を通ることができるようになっている。

本実施形態５の光源ユニット１は、光源１１−１〜１１−１２の円環内側に、入射する光を光源ユニット１の光射出方向へ案内する第１光案内部材としての第１反射ミラー９を有している。また、円環状に配列された光源１１−１〜１１−１２から照射される光を第１反射ミラー９へ入射させる第２光案内部材としての第２反射ミラー１０を有している。光源１１−１〜１１−１２から照射された光は、第２反射ミラー１０で反射し、その反射光が第１反射ミラー９に入射する。第１反射ミラー９に入射した光は、第１反射ミラー９で反射して、光源ユニット１から射出される。

第１反射ミラー９は、円環状に配置された光源１１−１〜１１−１２と通風孔２との間の光源支持体１３表面によって支持されたドーナツ状の平板部材で構成されている。第１反射ミラー９は、通風孔２の出口に差し掛かるように配置してもよいが、通風孔２を通る冷却風の流れを過剰に妨げないようにすることが望まれる。第１反射ミラー９は、ドーナツ状に形成した板ガラスの一方の面に例えばアルミニウム膜が蒸着されて反射部となる反射面が形成されたものを用いることができる。

第２反射ミラー１０は、円環状に配置された光源１１−１〜１１−１２を囲うように光源支持体１３の表面上に設けられたユニット側壁８の先端部分に支持されたドーナツ状の平板部材で構成されている。第２反射ミラー１０は、各光源１１−１〜１１−１２から照射された光を、その光源１１−１〜１１−１２の円環内側に配置された第１反射ミラー９へ反射させる位置に配置される。第２反射ミラー１０も、ドーナツ状に形成した板ガラスの一方の面に例えばアルミニウム膜が蒸着されて反射部となる反射面が形成されたものを用いることができる。

各光源１１−１〜１１−１２からカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を通過した光は、第２反射ミラー１０で折り返されて、光源１１−１〜１１−１２の円環内側に配置された第１反射ミラー９で再度折り返され、光源ユニット１から射出される。このような折返しを繰り返すことにより、光源１１−１〜１１−１２から照射された光束の断面積が徐々に縮小し、密度を高められた光束を光源ユニット１から射出することができる。しかも、光源ユニット１から射出される光束の断面積が縮小することで、その射出光束の集光距離を短縮し、光源ユニット１の光射出方向において光源ユニット１が設置されるプロジェクタ等の装置の小型化を図ることができる。

本実施形態５では、最終的に光源ユニット１の光射出方向へ光を案内する第１反射ミラー９に光を入射させるまでの折返し回数が１回である例であったが、光源１１−１〜１１−１２から照射される光を第１反射ミラー９へ入射させる第２光案内部材を構成するミラー部材を増やし、第１反射ミラー９に光を入射させるまでの折返し回数を２回以上としてもよい。折返し回数を増やすほど、光源ユニット１から射出される光束の断面積を縮小することが可能である。

また、光源１１−１〜１１−１２から照射される光を第１反射ミラー９へ入射させる第２光案内部材の構成部品は、光を反射して光路を変更するミラー部材に限らず、光を屈折させて光路を変更するなどの他の光路変更部材であってもよい。同様に、最終的に光源ユニット１の光射出方向へ光を案内する第１光案内部材も、ミラー部材に限らず、光を屈折させて光路を変更するなどの他の光路変更部材であってもよい。

また、実施形態５においては、複数の光源１１−１〜１１−１２及び複数のカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を支持する光源支持体１３や、第２反射ミラー１０を支持するユニット側壁８などによって、光源ユニット１のケース（光源ケース）が構成されている。光源ケースは、通常、空気中の塵埃等の異物が内部に入り込まないように、外気へ連通する開口をなるべく少なくすることが望まれる。そのため、通常であれば、光を射出する射出口（第２反射ミラー１０の円環内部１０ａ）は、ガラス等の光透過部材で塞ぐのが好ましい。

しかしながら、本実施形態５においては、光源ユニット１の光射出口となる第２反射ミラー１０の円環内部１０ａには光透過部材を設けず、開口状態としている。これにより、光源支持体１３の裏面側から光源支持体１３の通風孔２を通って光源支持体１３の表面側へ送り込まれてきた冷却風を、第２反射ミラー１０の円環内部を通じて、光源ユニット１の外部へ排出することができる。仮に、第２反射ミラー１０の円環内部１０ａに光透過部材を設けた場合、光射出口１０ａの内部の冷却風を効率よく排出するために、別の開口部を光源ケースに形成する必要があり、この場合、光源ケースの剛性の低下を招く。

本実施形態５のように、光射出口１０ａの開口を冷却風の排出口として用いることで、光源ケースの剛性を低下させることなく、広い冷却風の排出口を確保することができる。これにより、光源ケース内の冷却風を効率よく排出できるようになり、冷却風による高い冷却効果を維持できる。特に、本実施形態５では、第２反射ミラー１０の円環内部（光射出口１０ａ）が通風孔２の出口に対向するように配置されているため、光源ユニット１内部を通過するときの冷却風の流速低下が少なく、より高い冷却効率を得ることができる。

しかも、本実施形態５のように、光射出口１０ａの開口を冷却風の排出口として用いる場合、光射出口１０ａの開口では、光源ケース内部から外部に向かって冷却風の強い吹き出しが生じる。これにより、光射出口１０ａが開口していても、外部の塵埃等の異物が入り込みにくいので、異物の進入の問題は軽微である。

〔実施形態６〕
次に、本発明に係る光源装置の更に他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態６」という。）について説明する。
本実施形態６に係る光源ユニット１は、上記実施形態５の光源装置と基本構成はほぼ同じであるが、光源ユニット１の内部における冷却風の流路が異なる点で、上記実施形態５の光源装置とは異なっている。以下、上記実施形態５の光源装置と異なる点を中心に説明する。

図１３は、本実施形態６の光源ユニット１の断面を示す模式図である。
本実施形態６の光源ユニット１は、図１３に示すように、通風孔２を抜けた冷却風を光源１１−１〜１１−１２に向かうように案内する導風部材及び第１光案内部材の両方の機能を有する円盤状の第１反射ミラー９が、光源支持体１３の表面側で通風孔２に対向するように配置されている。すなわち、本実施形態６における第１反射ミラー９は、その裏面側（通風孔２と対向する面）が導風部材として機能し、その表面側が第１光案内部材として機能するものである。第１反射ミラー９の表面は、その全域が反射面となるように構成してもよいし、第２反射ミラー１０からの光が入射する箇所だけを反射面としてもよい。

第１反射ミラー９は、上記実施形態３で説明した風向板２１と同様、断面円形状の通風孔２と略同軸となるように配置され、通風孔２よりも径が大きく形成されている。また、複数（本実施形態６でも１２個）のスペーサ９ａを介して、光源支持体１３の表面側に配設されている。本実施形態６において、通風孔２を抜けた冷却風は、第１反射ミラー９の裏面（通風孔２と対向する面）に突き当たり、その裏面に沿ってファン軸径方向外側へ案内される。これにより、通風孔２を抜けた冷却風は、スペーサ９ａ間の隙間を通り、光源支持体１３の表面側に設けられた光源１１−１〜１１−１２に接触するように光源支持体１３の表面に沿って流れる。これにより、通風孔２を抜けた冷却風が光源１１−１〜１１−１２のより近い空間を通ることができ、望ましくは光源１１−１〜１１−１２に対して直接当てることができ、光源１１−１〜１１−１２の熱をより効率良く奪うことができる。

更に、本実施形態６においては、通風孔２を抜け、光源１１−１〜１１−１２の近くを通過した冷却風が、ユニット側壁８の内壁に当たった後、第２反射ミラー１０の反射面に当たり、第１反射ミラー９の表面側に回り込んで、第２反射ミラー１０の円環内部の光射出口１０ａを通って光源ユニット１の外部へ排出される。このような冷却風の流路が形成されることにより、冷却風が第２反射ミラー１０の反射面に吹き付けられ、第２反射ミラー１０を効率よく冷却することができる。光源１１−１〜１１−１２から照射される光のほとんどは、第２反射ミラー１０の反射面で反射するが、ごく一部は第２反射ミラー１０に吸収されて熱に変わる。そのため、第２反射ミラー１０は徐々に熱が蓄積される結果、経時的に反射面の歪み等の光学特性の熱変化を生じ得る。本実施形態６によれば、第２反射ミラー１０を冷却風によって効率よく冷却することができることから、第２反射ミラー１０の光学特性の熱変化を抑制できるというメリットがある。

〔実施形態７〕
次に、本発明に係る光源装置を用いた画像投射装置としてのプロジェクタの一実施形態（以下、本実施形態を「実施形態７」という。）について説明する。
図１４は、本実施形態７におけるプロジェクタ２０を例示する模式図である。
このプロジェクタ２０は、光源ユニット１と、照明光学系を構成する光量均一化手段としてのロッドインテグレータ１６と、画像形成部材である画像形成パネル１８と、ロッドインテグレータ１６で光量を均一化された出射光を画像形成パネル１８に伝達する照明光学系を構成するリレーレンズ１７と、画像形成パネル１８に形成された画像を拡大投射する投射光学系となる投射レンズ１９とを有している。

各光源１１−１〜１１−１２から照射された光が集光されて光源ユニット１から射出される光は、周知のロッドインテグレータ１６に入射してロッドインテグレータ１６内で全反射を繰り返しながら色合成や光量の均一化等が行われ、ロッドインテグレータ１６から出射される。ロッドインテグレータ１６から出射された光は、リレーレンズ１７により画像形成パネル１８に照射され、投射レンズ１９により図示しない外部スクリーンに投射される。

本実施形態７のプロジェクタ２０では、画像形成パネル１８として、変調信号に応じて画像形成される透過型タイプのパネルを例示しているが、反射型タイプのパネルやマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）タイプのパネルを用いてもよい。なお、ロッドインテグレータ１６は、光量均一化手段の代表的な一例であり、これ以外の周知の光量均一化手段を用いてもよい。リレーレンズ１７や投射レンズ１９についても本実施形態のものに限定されない。

このようなプロジェクタ２０の光源装置として、上述した実施形態の光源ユニット１を用いることで、複数光源からの照射された光を合成して断面積が縮小した密度の高い光束が得られるとともに、ロッドインテグレータ１６への入射角を小さくできるので、画像形成パネル１８の照明光の広がりを抑えることが可能となり、ＮＡの小さい（Ｆ値の大きい）投射レンズ１９を用いることができる。このため、投射レンズ１９の設計や製作が容易となり画像性能も容易に確保できる。つまり、複数光源を用いつつ、放熱性を向上させ、かつ光量の均一化を図ることができるプロジェクタ２０を実現できる。更には、光源ユニット１から射出される射出光束の断面積を縮小することにより、その射出光束の集光距離を短縮し、ロッドインテグレータ１６を、より光源ユニット１の近くに配置することが可能となり、光源ユニット１の光射出方向におけるプロジェクタ２０の小型化を図ることができる。

以上の説明では、光源１１−１〜１１−１２が円環状に配置された例について説明したが、このような配置に限らず、光源が二次元方向に配置されたものであれば、光源を格子状に配置したものでも、多角形状に配置したものでもよい。各光源の配置は、均等に分布した配置が好ましいが、不均等に分布したものであってもよい。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
光源支持体１３等の発光素子保持部材上に光源１１−１〜１１−１２等の発光素子が二次元方向に配置された発光素子群から照射される光をロッドインテグレータ１６等の照射対象物に向けて射出する光源ユニット１等の光源装置において、上記発光素子保持部材は、上記発光素子群の二次元方向内部側（光源１１−１〜１１−１２の円環内部側）に、該発光素子群の光照射側の裏側から送り込まれる冷却風を該発光素子群の光照射側へ通す通風孔２を有することを特徴とする。
発光素子群の光照射側における発光素子保持部材の二次元方向内側箇所は、その周囲に存在する発光素子によって暖められた空気に囲まれた箇所であるため、熱が溜まりやすく、温度が上昇しやすい。本態様によれば、この内側箇所を、未だ発光素子の熱を取り込んでいない状態の冷却風で効率良く冷却することができ、発光素子群の冷却効果を向上させることができる。

（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、上記発光素子群の光照射側で上記通風孔に対向配置され、該通風孔を抜けた冷却風を該発光素子群に向かうように案内する風向板２１等の導風部材を有することを特徴とする。
これによれば、通風孔２を抜けた冷却風によって発光素子群の熱をより効率良く奪うことができ、高い冷却効果が得られる。

（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、上記発光素子保持部材における上記発光素子群の光照射側の裏側に設けられ、該発光素子群の熱を放熱するヒートシンク１５等の放熱部材を有し、上記放熱部材は、上記発光素子保持部材の通風孔に連通する貫通孔１５ｃを有することを特徴とする。
これによれば、通風孔２を通る冷却風の流れを遮ることなく、放熱部材による冷却効果を得ることができる。

（態様Ｄ）
上記態様Ａ〜Ｃのいずれかの態様において、上記発光素子群の光照射側の裏側に、上記通風孔に向けて冷却風を送出する軸流ファン３等の送風手段を有し、上記送風手段が送出する冷却風の一部が上記発光素子保持部材における上記発光素子群の光照射側の裏側に向かうように構成したことを特徴とする。
これによれば、１つの送風手段により、発光素子保持部材の裏面側と、発光素子保持部材の表面側の両方に冷却風を送り込んで冷却することができる。

（態様Ｅ）
上記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、上記発光素子群の光照射側の裏側に、上記通風孔に向けて冷却風を送出する軸流ファン３等の送風手段を有し、上記送風手段の吸入側、該送風手段の送出側、上記通風孔の少なくとも１箇所に、防塵フィルター５を設けたことを特徴とする。
これによれば、光源ユニット内の光学部品に塵埃等の異物が付着するのを抑止でき、異物が光学部品に付着することによる光量低下等の光学特性の悪化を抑制できる。

（態様Ｆ）
上記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、上記発光素子保持部材及び上記発光素子群を内部に収容する光源支持体１３及びユニット側壁８等からなる光源ケースを有し、上記発光素子群から照射される光が射出される上記光源ケースの光射出口１０ａを開口して、上記通風孔２を抜けた冷却風が該光射出口１０ａを通って該光源ケースの外部へ排出されるように構成したことを特徴とする。
これによれば、光源ケースの剛性を低下させることなく、広い冷却風の排出口を確保することができるので、光源ケース内の冷却風を効率よく排出できるようになり、冷却風による高い冷却効果を維持できる。しかも、光射出口１０ａの開口では、光源ケース内部から外部に向かって冷却風の強い吹き出しが生じるので、光射出口１０ａが開口していても、外部の塵埃等の異物が入り込みにくいので、異物の進入の問題は軽微である。

（態様Ｇ）
上記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様において、上記発光素子群の二次元方向内部側に配置され、入射する光を当該光源装置の光射出方向へ案内する第１反射ミラー９等の第１光案内部材と、上記発光素子群から照射される光の光路を上記第１光案内部材へ入射させる第２反射ミラー１０等の第２光案内部材とを有することを特徴とする。
これによれば、発光素子群から照射される光束の断面積を縮小して密度が高められた光束を光源装置から射出することができる。しかも、光源装置から射出される光束の断面積が縮小することで、その射出光束の集光距離を短縮し、光源装置の光射出方向において当該光源装置が設置されるプロジェクタ等の装置の小型化を図ることができる。

（態様Ｈ）
上記態様Ｇにおいて、上記第１光案内部材は、上記発光素子群の光照射側で上記通風孔に対向配置され、該通風孔を抜けた冷却風を該発光素子群に向かうように案内する導風部材として機能するように構成されていることを特徴とする。
これによれば、第１光案内部材とは別に導風部材を設けなくても、通風孔２を抜けた冷却風によって発光素子群の熱をより効率良く奪うことができ、高い冷却効果が得られる。

（態様Ｉ）
上記態様Ｇ又はＨにおいて、上記通風孔を抜けた冷却風が上記第２光案内部材に当たるように、該冷却風の流路を形成したことを特徴とする。
これによれば、第２光案内部材の温度上昇を抑え、第２光案内部材の光学特性が熱変化するのを抑制できる。

（態様Ｊ）
プロジェクタ２０等の画像投射装置であって、上記態様Ａ〜Ｉのいずれかの態様に係る光源装置と、上記光源装置から射出される光を画像形成部材に伝達する照明光学系と、上記画像形成部材に形成された画像を拡大投射する投射光学系とを有することを特徴とする。
これによれば、上記実施形態７で説明した種々の効果が得られる。

１ 光源ユニット
２ 通風孔
３ 軸流ファン
４，１０ フィン
５ 防塵フィルター
８ ユニット側壁
９ａ スペーサ
９ 第１反射ミラー
１０ 第２反射ミラー
１１−１〜１１−１２ 光源
１２−１〜１２−１２ カップリングレンズ
１３ 光源支持体
１５ ヒートシンク
１５ｃ 貫通孔
１６ ロッドインテグレータ
１７ リレーレンズ
１８ 画像形成パネル
１９ 投射レンズ
２０ プロジェクタ
２１ａ スペーサ
２１ 風向板

特開２０１１−１９７５９３号公報

Claims (8)

1. 発光素子保持部材上に発光素子が二次元方向に配置された発光素子群から照射される光を照射対象物に向けて射出する光源装置において、
   上記発光素子群の二次元方向内部側に配置され、入射する光を当該光源装置の光射出方向へ案内する第１光案内部材と、
   上記発光素子群から照射される光の光路を上記第１光案内部材へ入射させる第２光案内部材とを備え、
   上記発光素子保持部材は、上記発光素子群の二次元方向内部側に、該発光素子群の光照射側の裏側から送り込まれる冷却風を該発光素子群の光照射側へ通す通風孔を有し、
   上記第１光案内部材は、上記発光素子群の光照射側で上記通風孔に対向配置され、該通風孔を抜けた冷却風を該発光素子群に向かうように案内する導風部材として機能するように構成されていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１の光源装置において、
   上記発光素子群の光照射側で上記通風孔に対向配置され、該通風孔を抜けた冷却風を該発光素子群に向かうように案内する導風部材を有することを特徴とする光源装置。
3. 請求項１又は２の光源装置において、
   上記発光素子保持部材における上記発光素子群の光照射側の裏側に設けられ、該発光素子群の熱を放熱する放熱部材を有し、
   上記放熱部材は、上記発光素子保持部材の通風孔に連通する貫通孔を有することを特徴とする光源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置において、
   上記発光素子群の光照射側の裏側に、上記通風孔に向けて冷却風を送出する送風手段を有し、
   上記送風手段が送出する冷却風の一部が上記発光素子保持部材における上記発光素子群の光照射側の裏側に向かうように構成したことを特徴とする光源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置において、
   上記発光素子群の光照射側の裏側に、上記通風孔に向けて冷却風を送出する送風手段を有し、
   上記送風手段の吸入側、該送風手段の送出側、上記通風孔の少なくとも１箇所に、防塵フィルターを設けたことを特徴とする光源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置において、
   上記発光素子保持部材及び上記発光素子群を内部に収容する光源ケースを有し、
   上記発光素子群から照射される光が射出される上記光源ケースの光射出口を開口して、上記通風孔を抜けた冷却風が該光射出口を通って該光源ケースの外部へ排出されるように構成したことを特徴とする光源装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置において、
   上記通風孔を抜けた冷却風が上記第２光案内部材に当たるように、該冷却風の流路を形成したことを特徴とする光源装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光源装置と、
   上記光源装置から射出される光を画像形成部材に伝達する照明光学系と、
   上記画像形成部材に形成された画像を拡大投射する投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。

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