JP6915236B2 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関するものである。

光源装置に用いられる発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子は、有機物や水分が付着すると発光時に破損することがある。このことから、光源装置には、発光素子と外気とを遮断する構造が備えられている。従来、このような構造としては、基板とガラス製の蓋とを接合して、発光素子を封止する気密封止構造が知られている（例えば特許文献１）。近年では、光源装置の小型化に伴い、基板に複数の発光素子を高密度に搭載した構造をもつ光源装置が検討されている。

一般に、これらの発光素子は発光時に発熱するため、この熱により発光素子が劣化したり、発光特性が低下したりするおそれがある。そのため、光源装置は、発光素子から発生する熱を外部へ放出することにより、発光素子が高温にならないように構成されている。

特開２０１５−０４５８４３号公報

特許文献１の光源装置では、放熱性を高めるために、基板の形成材料として熱伝導率が高い金属材料が用いられる。しかしながら、金属製の基板とガラス製の蓋とは線膨張の差が大きいことから、光源装置が高温下に曝されると蓋が破損する等して、光源装置の信頼性が低くなるおそれがあった。

本発明の一態様は、このような事情に鑑みてなされたものであって、信頼性が高い光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一態様は、上記の光源装置を備えることによって、信頼性が高いプロジェクターを提供することを合わせて目的の一つとする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、金属材料を形成材料とし、第１の面を有する基板と、前記第１の面側に設けられた複数の発光素子と、前記複数の発光素子を囲むように前記基板の前記第１の面に接合された第１フレームと、前記第１フレームの前記基板とは反対側に当接する透光性部材と、前記第１フレームおよび前記透光性部材に接合され、前記透光性部材の前記基板とは反対側に設けられた環状の平面形状を有する第２フレームと、を備え、前記基板の形成材料の線膨張係数は、前記透光性部材の形成材料の線膨張係数よりも大きく、前記基板の形成材料の線膨張係数は、前記第２フレームの形成材料の線膨張係数よりも大きく、前記第２フレームの形成材料の線膨張係数は、前記透光性部材の形成材料の線膨張係数よりも大きく、前記第２フレームは、前記第１の面の法線方向から平面視した場合に当該第２フレームの外側周縁部に位置する第１枠部と、前記第１の面の法線方向から平面視した場合に当該第２フレームの内側周縁部に位置する第２枠部と、前記第１の面の法線方向から平面視した場合に前記第１枠部と前記第２枠部との間に位置する第３枠部と、を有し、前記第１枠部は、前記第１フレームの前記透光性部材と当接する側に接合され、前記第２枠部は、前記透光性部材における前記第１フレームと当接する面と反対側の面に接合され、前記第３枠部は、前記第１フレームおよび前記透光性部材のうちいずれにも接合されていない、光源装置を提供する。

この構成によれば、第１フレームと透光性部材とは接合されておらず、かつ、第２フレームは、第１枠部において第１フレームに、第２枠部において透光性部材に、それぞれ接合されている。また、第２フレームは、透光性部材よりも線膨張しやすい。これにより、複数の発光素子周辺の封止性を確保するとともに、従来の光源装置の構成において、第１フレームと透光性部材との接合部にかかる応力よりも、第２フレームと第１フレームとの接合部にかかる応力を低減することができる。

よって、第１フレームと透光性部材とが接合された従来の光源装置と比較して、透光性部材の破損または脱落を低減することができるので、光源装置の信頼性を高くすることができる。

本発明の一態様においては、透光性部材は、第１フレームに当接している構成としてもよい。

この構成によれば、本発明の光源装置が高温下に曝され、例えば基板が線膨張する場合でも、第１フレームと透光性部材との相対位置を、第１の面と略平行な方向にずらし、第１フレームと透光性部材との相対位置が基板の第１の面に交差する方向にずれることを抑制することができる。

さらに、光源装置が高温下に曝されて光源装置の各部材が線膨張する場合も、第１フレームと透光性部材との相対位置が基板の第１の面に交差する方向にずれることを抑制し、複数の発光素子と透光性部材との間隔が変化するのを抑制することができる。よって、本発明の光源装置は、所望の光学的特性を維持することができる。

本発明の一態様においては、透光性部材は、第２フレームによって第１フレームに向かって押圧されている構成としてもよい。

この構成によれば、本発明の光源装置が高温下に曝され、例えば基板が線膨張する場合でも、第１フレームと透光性部材との相対位置が基板の第１の面に交差する方向にずれることがより抑制され、第１フレームと透光性部材との相対位置を、第１の面と略平行な方向にずらすことができる。

さらに、光源装置が高温下に曝されて光源装置の各部材が線膨張する場合も、第１フレームと透光性部材との相対位置が基板の第１の面に交差する方向にずれることをより抑制し、複数の発光素子と透光性部材との間隔が変化するのを抑制することができる。よって、本発明の光源装置は、所望の光学的特性を維持することができる。

本発明の一態様においては、第２フレームは、第２フレームの厚み方向に屈曲または湾曲した形状を有し、第１の面に対して略平行な方向に弾性変形可能である構成としてもよい。

この構成によれば、架橋フレームの線膨張に加えて、架橋フレームの弾性変位の分だけ、さらに接合フレームと透光性部材との相対位置を第１の面と略平行な方向によりずらすことができる。よって、透光性部材の破損または脱落を低減することができるので、信頼性の高い光源装置が得られる。

本発明の一態様においては、第１フレームは、第１フレームの内側の周縁部において、透光性部材の少なくとも一部を収納する凹部を有する構成としてもよい。

この構成によれば、接合フレームと透光性部材との相対位置を容易に決定することができる。

本発明の一態様においては、透光性部材の基板側に設けられた複数のプリズムをさらに備え、複数のプリズムのうち各プリズムは、発光素子から射出される光が入射する光入射面と、光入射面に対して傾斜し、光入射面から入射した光を第１の面から遠ざける方向に反射させる光反射面と、を有し、複数の発光素子は、第１の面の法線と交差する方向に光を射出し、複数のプリズムは、それぞれ対応した複数の発光素子が射出する光の光路上に配置されている構成としてもよい。

この構成によれば、複数の発光素子から第１の面の法線と交差する方向に射出された光を透光性部材の光射出側に取り出すことができる。

また、複数の発光素子と基板との接触面積を大きくして光源装置自体の放熱性を高めることができる。これにより、複数の発光素子の劣化を抑制し、所望の光学的特性を維持することができる。

本発明の一態様においては、複数のプリズムは、複数のプリズムと、複数のプリズムにそれぞれ対応した複数の発光素子との相対位置を規定する位置決め部を有する構成としてもよい。

一般に、発光素子に対するプリズムのアライメントは高い精度が要求される。上記の構成によれば、複数のプリズムと、複数のプリズムにそれぞれ対応した複数の発光素子との相対位置を容易に決定することができる。

本発明の一態様においては、透光性部材は、透光性部材の基板側において、透光性部材と複数の発光素子との間隔を規定するスペーサーを備えた構成としてもよい。

この構成によれば、基板の線膨張に伴って複数の発光素子と透光性部材との間隔が変化するのを抑制することができる。よって、本発明の光源装置は、所望の光学的特性を維持することができる。

本発明の一態様においては、透光性部材の光射出側に設けられた集光レンズを備え、集光レンズは、透光性部材とは別体である構成としてもよい。

一般に、発光素子から射出される光は発散光である。上記の構成によれば、複数の発光素子から射出された光を効率的に利用することができる。また、例えば透光性部材にプリズムが設けられている場合、集光レンズと透光性部材とが別体であるので、集光レンズの位置を気にする必要がなく、複数の発光素子に対するプリズムのアライメントを行うことができる。

本発明の一態様においては、透光性部材の光射出側に設けられた集光レンズを備え、集光レンズは、透光性部材と一体になっている構成としてもよい。

この構成によれば、複数の発光素子から射出された光を効率的に利用することができ、かつ、部品点数が少ないので組立作業が簡単である。

本発明の一態様は、上記の光源装置と、光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、光変調装置によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたプロジェクターを提供する。

この構成によれば、上記の光源装置を備えているので、信頼性が高く、所望の光学的特性を維持できるプロジェクターを提供することができる。

第１実施形態の光源装置１を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第１実施形態の光源装置１を示す平面図である。 第１実施形態に係るプロジェクター１０００の光学系を示す概略図である。 第２実施形態の光源装置２を示す断面図である。 第３実施形態の光源装置３を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

＜第１実施形態＞
［光源装置］
以下、本実施形態の光源装置について説明する。図１は、本実施形態の光源装置１を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１、図２に示すように、本実施形態の光源装置１は、基板１１と、複数の補助基板１２と、複数の発光素子２１と、蓋体４０と、架橋フレーム（第２フレーム）５１と、を備える。蓋体４０は、接合フレーム（第１フレーム）３１と、複数の電極３３と、透光性部材４１と、を備える。

［基板］
基板１１は、第１の面１１ａと、その反対側に位置する第２の面１１ｂと、を有する。第１の面１１ａは、例えば平坦面であり、複数の発光素子２１が搭載されている。一方、第２の面１１ｂは、例えば放熱器が取り付けられていてもよい。
基板１１の平面形状は、例えば略正方形または略長方形などの矩形状である。

基板１１の形成材料として、放熱性を高められる観点から、金属材料が用いられる。金属材料の例としては、銅またはアルミニウムが好ましく、銅がより好ましい。

［補助基板］
複数の補助基板１２は、基板１１の第１の面１１ａにおいて所定の間隔を開けてマトリクス状に配置されている。基板１１と補助基板１２との間は、伝熱材料を介して熱的に接触している。基板１１と補助基板１２とを接続する伝熱材料としては、例えば金−スズ等のはんだ材料を挙げることができる。各補助基板１２の離間距離は、例えば１．０ｍｍ〜５．０ｍｍである。

補助基板１２は、基板１１よりも線膨張係数が小さい材料を形成材料としている。このような形成材料としては、例えば窒化アルミやアルミナ等のセラミックスを挙げることができる。

［発光素子］
複数の発光素子２１は、複数の補助基板１２の基板１１とは反対側にそれぞれ設けられている。補助基板１２と発光素子２１とは、金−スズ等のはんだ材料により接合されている。

複数の発光素子２１は、第１の面１１ａの法線と交差する方向に光を射出する。後に詳述するが、透光性部材４１に設けられた複数のプリズム４３により、その光は第１の面１１ａから遠ざかる方向に反射する。さらに、反射した光は、透光性部材４１を通過して光源装置１の外部に放出される。つまり、複数のプリズム４３を備えることで、複数の発光素子２１を、第１の面１１ａの法線と交差する方向に光を射出するように、複数の補助基板１２を介して基板１１上にそれぞれ設けることができる。結果として、複数の発光素子２１と基板１１との接触面積を大きくすることができるので、光源装置１自体の放熱性を高めることができる。これにより、複数の発光素子２１の劣化を抑制し、所望の光学的特性を維持することができる。

発光素子２１の例としては、例えば発光ダイオードまたは半導体レーザーなどが挙げられる。発光素子２１は、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色光を射出する発光素子として、窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）を含む材料を用いることができる。さらに、この材料に加えてＩＩＩ族元素としてホウ素原子が一部に置換されたものや、Ｖ族元素として窒素原子の一部をリン原子、ヒ素原子で置換された材料を用いることもできる。

［接合フレーム、電極］
接合フレーム３１は、複数の発光素子２１を囲むように基板１１の第１の面１１ａ側に設けられている。基板１１と接合フレーム３１とは、銀ろう等の金属ろうにより、接合されている。

接合フレーム３１の外周の平面形状は、基板１１と同様に矩形状である。また、接合フレーム３１は閉環状の形状を有する。接合フレーム３１を平面視したとき、接合フレーム３１の外周によって規定される面積は、透光性部材４１の面積よりも大きい。

接合フレーム３１の形成材料の例としては、コバールが挙げられる。接合フレーム３１の表面にはめっき層が形成されており、例えばニッケル−金からなるめっき層が形成されている。

接合フレーム３１には、複数の貫通孔３５が設けられている。各貫通孔３５には、発光素子２１に電力を供給するための電極３３が設けられている。各電極３３の端部には、発光素子２１と電気的に接続するためのボンディングワイヤーが設けられている（図示略）。

各貫通孔３５と各電極３３との間は、複数の発光素子２１周辺の封止性を確保するため、低融点ガラス等により封止されている。

電極３３の形成材料としては、例えばコバールが用いられる。また、電極３３の表面にはめっき層が形成されており、例えばニッケル−金からなるめっき層が形成されている。

ボンディングワイヤーの形成材料の例としては、金が好ましく用いられる。
各電極３３の他方の端部は、外部電気回路と接続されている（図示略）。

［透光性部材］
透光性部材４１は、基板１１の第１の面１１ａと対向するように、接合フレーム３１の基板１１とは反対側に設けられ、接合フレーム３１に当接されている。さらに、接合フレーム３１と透光性部材４１とは接合されていない。かつ、後述する架橋フレーム５１に接合フレーム３１および透光性部材４１が接合されている。そのため、光源装置１においては、基板１１の線膨張に伴って、接合フレーム３１と透光性部材４１との相対位置を、基板１１の第１の面１１ａと略平行な方向にずらし、接合フレーム３１と透光性部材４１との相対位置が第１の面１１ａに交差する方向にずれることを抑制することができる。

また、上述したように、基板１１の線膨張に伴って接合フレーム３１と透光性部材４１との相対位置が第１の面１１ａに交差する方向にずれることが抑制され、複数の発光素子２１と透光性部材４１との間隔が変化しにくいので、例えば複数の発光素子２１と透光性部材４１とが接触して不具合が生じるのを抑制することができる。

透光性部材４１は、後述する架橋フレーム５１の基板１１側に設けられている。これにより、例えば、透光性部材４１の光射出側に集光レンズ等の光学素子を設ける場合、その光学素子と複数の発光素子２１との間隔を小さくすることができる。一般に、発光素子から射出される光は発散光であるので、光学素子と複数の発光素子２１との間隔が小さいほど、光の損失を低減することができる。そのため、複数の発光素子２１から射出された光を効率的に利用することができる。

透光性部材４１の基板１１側には、複数のプリズム４３が設けられている。各プリズム４３は、対応した複数の発光素子２１から射出された光の光路上に配置されている。

各プリズム４３は、対応した複数の発光素子２１から射出された光が入射する光入射面４３ａと、光入射面４３ａから入射した光を第１の面１１ａから遠ざける方向に反射させる光反射面４３ｂと、を有している。光反射面４３ｂの面法線は、光入射面４３ａから入射した光の主光線を第１の面１１ａから遠ざける方向に反射するように、光入射面４３ａに入射する光の主光線に対して傾斜している。すなわち、光反射面４３ｂは、光入射面４３ａに対して傾斜している。これにより、複数の発光素子２１から第１の面１１ａの法線と交差する方向に射出された光を透光性部材４１の光射出側に取り出すことができる。

図３は、本実施形態の光源装置１を示す平面図である。図３では、蓋体４０および架橋フレーム５１は図示していない。図３に示すように、１６個の発光素子２１は、補助基板１２を介して第１の面１１ａ上に４行４列のマトリックス状に配置されている。ただし、発光素子２１の数や配列はこれに限定されず、発光素子の数は複数であればよい。

これらの発光素子２１は、略同一方向に光を射出するように基板１１上に設けられている。各列の４つの発光素子２１に対してその光射出側に共通した１つのプリズム４３が設けられている。つまり、各プリズム４３を平面視したとき、各プリズム４３は４つの発光素子２１の配列方向に沿って帯状に延びている。

一般に、発光素子に対するプリズムのアライメントは高い精度が要求される。４つの発光素子２１に対して共通した１つのプリズム４３を設けることで、１つの発光素子２１に対して１つのプリズム４３を設ける場合と比べて、効率よくアライメントを行うことができる。

さらに、各プリズム４３は、各プリズム４３と対応した複数の発光素子２１との相対位置を規定する位置決め部４５を備えている。これにより、各プリズム４３と対応した複数の発光素子２１とのアライメントを容易に、かつ、精度良く行うことができる。そのうえ、基板１１の線膨張に伴って光源装置１全体が変形するような場合であっても、複数の発光素子２１と複数のプリズム４３とが接触して不具合が生じるのを抑制することができる。

透光性部材４１の基板１１とは反対側、すなわち光射出側には集光レンズが設けられていてもよい（図示略）。上述したように発光素子から射出される光は発散光であるので、透光性部材４１に集光レンズが設けられていることにより、複数の発光素子２１から射出された光を効率的に利用することができる。

集光レンズは、透光性部材４１と別体であってもよく、一体であってもよい。集光レンズと透光性部材４１とが別体である場合、集光レンズの位置を気にする必要がなく、複数の発光素子２１に対するプリズム４３のアライメントを行うことができる。一方、集光レンズと透光性部材４１とが一体である場合、部品点数が少ないので組立作業が簡単である。

透光性部材４１の形成材料は、複数の発光素子２１から射出された光を透過することができる限り、特に限定されない。このような材料の例としては、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、合成石英ガラスなどのガラス、水晶、またはサファイア等が挙げられる。

なお、本実施形態では、透光性部材４１の基板１１側にプリズム４３が設けられているが、プリズム４３の代わりに反射ミラーが設けられていてもよい。

［架橋フレーム］
架橋フレーム５１は、透光性部材４１の基板１１とは反対側に設けられている。架橋フレーム５１の外周の平面形状は、接合フレーム３１と同様に矩形状である。また、架橋フレーム５１は接合フレーム３１と同様に閉環状の形状を有する。平面視における架橋フレーム５１の外周によって規定される面積は、透光性部材４１の外周で規定される面積よりも大きい。

架橋フレーム５１は、接合フレーム３１と接合される第１枠部５１ａと、透光性部材４１に接合される第２枠部５１ｂと、第１枠部５１ａおよび第２枠部５１ｂの間において接合フレーム３１および透光性部材４１のうちいずれにも接合されていない第３枠部５１ｃと、を有する。

架橋フレーム５１の第１枠部５１ａは、溶接またははんだ付け等により、接合フレーム３１と接合されている。接合フレーム３１と架橋フレーム５１との接合は、接合時の熱による発光素子２１の劣化を抑制する観点から、低温で行われることが好ましい。接合フレーム３１と架橋フレーム５１とがはんだ付けにより接合される場合、インジウムはんだが好ましく用いられる。

また、架橋フレーム５１の第２枠部５１ｂは、低融点ガラス等を用いて、透光性部材４１と接合されている。

一方、架橋フレーム５１の第３枠部５１ｃは、接合フレーム３１および透光性部材４１のうちいずれにも接合されていない。

このようにして、架橋フレーム５１の第１枠部５１ａおよび第２枠部５１ｂは、それぞれ接合フレーム３１および透光性部材４１に接合されている。これにより、複数の発光素子２１周辺の封止性を確保することができる。

架橋フレーム５１の形成材料の線膨張係数は、透光性部材４１の形成材料の線膨張係数よりも大きい。架橋フレーム５１の形成材料の例としては、コバールまたはステンレス鋼等が挙げられる。

従来の光源装置においては、発光素子周辺の封止性を確保するため、接合フレームと透光性部材とが接合されている。光源装置が高温下に曝されると、基板の線膨張に伴って、接合フレームは線膨張することができる。しかしながら、各部材の形成材料の線膨張係数差を比較したとき、基板と接合フレームとの差に比べて基板と透光性部材との差が大きいので、透光性部材は線膨張しにくい。その結果、接合フレームと透光性部材との接合部に応力が集中し、透光性部材が破損したり、脱落したりすることがあった。

これに対し、本実施形態の光源装置１において、接合フレーム３１は透光性部材４１と接合されておらず、かつ、架橋フレーム５１は、接合フレーム３１および透光性部材４１と接合されている。また、架橋フレーム５１は、透光性部材４１よりも線膨張しやすい。そのため、複数の発光素子２１周辺の封止性を確保するとともに、従来の光源装置の構成において接合フレームと透光性部材との接合部にかかる応力よりも、架橋フレーム５１と接合フレーム３１との接合部（第１枠部５１ａ）にかかる応力を低減することができる。

さらに、透光性部材４１は、接合フレーム３１に当接されている。これにより、光源装置１が高温下に曝され、例えば基板１１の線膨張が発生した場合でも、接合フレーム３１と透光性部材４１との相対位置が基板１１の第１の面１１ａに交差する方向にずれることが抑制され、接合フレーム３１と透光性部材４１との相対位置を第１の面１１ａと略平行な方向にずらすことができる。

また、架橋フレーム５１は、架橋フレーム５１の厚み方向に屈曲または湾曲した形状を有している。架橋フレーム５１は、第１の面１１ａに対して略平行な方向に弾性変形可能である。これにより、架橋フレーム５１の弾性変位により、さらに接合フレームと透光性部材との相対位置を略平行な方向にずらすことができる。また、架橋フレーム５１は、上述の通り弾性変形可能であり、透光性部材４１を接合フレーム３１に向かって押圧している。これにより、接合フレーム３１と透光性部材４１との相対位置が基板１１の第１の面１１ａに交差する方向にずれることをより抑制することができる。

以上の構成によれば、光源装置１の各部材に線膨張が発生した場合に接合部にかかる応力を低減することができるとともに、接合フレーム３１と透光性部材４１との相対位置を略平行な方向にずらすことができる。よって、透光性部材４１の破損または脱落を低減することができるので、信頼性の高い光源装置が得られる。

また、光源装置１が高温下に曝されて光源装置１の各部材に線膨張が発生した場合も、接合フレーム３１と透光性部材４１との相対位置が基板１１の第１の面１１ａに交差する方向にずれることを抑制することができ、複数の発光素子２１と透光性部材４１との間隔が変化しにくいので、例えば複数の発光素子２１と透光性部材４１とが接触して不具合が生じるのを抑制することができる。よって、所望の光学的特性を維持することができる光源装置が得られる。

［プロジェクター］
以下、本実施形態のプロジェクターについて説明する。図４は、本実施形態に係るプロジェクター１０００の光学系を示す概略図である。

図４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および投写光学系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、凸レンズからなる。

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および緑色光Ｇを含む蛍光光に変換し、この光を青色光Ｂが入射する側とは反対の側に向けて射出するように構成されている。

円板９６は、青色光Ｂを透過する材料からなる。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、誘電体多層膜からなる。

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。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系蛍光体である（Ｙ、Ｇｄ）_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅと有機バインダーを含有する層からなる。

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、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の画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。

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、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偏光分離層と、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反射層と、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位相差板とを有している。

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およびリレーレンズ２６０、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のそれぞれ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に導光する機能を有する。

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。

なお、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。この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直方体の形状をなし、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。

投写光学系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上に投写する。

なお、本実施形態の照明装置１００において、波長変換素子９０が設けられているが、波長変換素子９０は設けられていなくてもよい。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Ｒを射出する光源装置と、緑色光Ｇを射出する光源装置と、青色光Ｂを射出する光源装置とのうち少なくとも１つに、光源装置１が用いられる。

また、本実施形態のプロジェクター１０００において、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いた例を示したが、これに限定されない。他の光変調装置として、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。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タイプ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タイプであることを意味する。

さらに、本実施形態において、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。本実施形態の光源装置は、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。

以上の構成によれば、光源装置１を備えているため、信頼性が高く、所望の光学的特性を維持することができるプロジェクターが得られる。

＜第２実施形態＞
［光源装置］
以下、本発明の第２実施形態の光源装置について説明する。
以下に示す本実施形態に係る光源装置の基本構成は、第１実施形態と略同様であるが、接合フレームの断面形状が異なっている。よって、以下の説明では、先の実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる図面において、図２と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

図５は、第２実施形態の光源装置２を示す断面図である。図５に示すように、接合フレーム１３１は、接合フレーム１３１の内側の周縁部において、透光性部材４１の厚み方向に透光性部材４１の少なくとも一部を収納する凹部を有する。本実施形態において、凹部は、図２に示される第１実施形態の接合フレーム３１の内側の周縁部を切り欠いた部分であり、後述する面１３１ａおよび面１３１ｃに相当する。これにより、透光性部材４１を収納していない構成と比べて、接合フレーム１３１と透光性部材４１との相対位置を容易に決定することができる。なお、本実施形態において、凹部は、面１３１ａおよび面１３１ｃにより構成されるとしたが、これに限らない。凹部は、接合フレーム３１の後述する面１３１ｂに対して厚さ方向における相対位置が異なる部分を有していれば、どのような構成であってもよい。

また、凹部が図２に示す第１実施形態の接合フレーム３１の内側の周縁部を切り欠いてなる場合、次のような効果が期待できる。図２に示すように、接合フレーム３１の厚みが一様である場合と比べて、第２実施形態では、凹部の厚みの分だけ複数の発光素子２１と透光性部材４１との間隔をより小さくすることができる。さらに、例えば、透光性部材４１の光射出側に光学素子を設ける場合、その光学素子と複数の発光素子２１との間隔を小さくすることができる。前述したように、各発光素子２１から射出される光は発散光であるので、光学素子と複数の発光素子２１との間隔が小さいほど、光の損失を低減することができる。そのため凹部がない場合と比べて、複数の発光素子２１から射出された光を効率的により利用することができる。

ここで、図５に示されるように、接合フレーム１３１は、透光性部材４１および架橋フレーム５１が配置される側において、基板１１の第１の面１１ａから所定の高さとなる面１３１ａと、基板１１の第１の面１１ａからの高さが面１３１ｂよりも大きい面１３１ｂと、面１３１ａおよび面１３１ｂと交差する面１３１ｃと、を有する。本実施形態の光源装置２において、面１３１ｂは、架橋フレーム５１が接合される部分である。

なお、接合フレーム１３１の内側の周縁部において、接合フレーム１３１（凹部）が透光性部材４１の全てを収納し、かつ、基板１１の第１の面１１ａから接合フレーム１３１の面１３１ｂまでの高さが、第１の面１１ａから透光性部材４１の光出射側の面までの高さと等しくなる場合、架橋フレーム５１は屈曲または湾曲していなくてもよい。すなわち、架橋フレーム５１の断面形状は略直線状であってもよい。このような場合においても、架橋フレーム５１の形成材料の線膨張係数は、透光性部材４１の形成材料の線膨張係数よりも大きいので、基板１１と蓋体４０との線膨張の差を小さくすることができる。そのため、接合フレーム１３１と透光性部材４１とが接合される場合と比較して、透光性部材４１の破損または脱落を低減することができる。

以上の構成によれば、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、信頼性が高く、所望の光学的特性を維持することができる光源装置が得られる。特に、本実施形態の光源装置２は、接合フレームが透光性部材４１を収納していない構成と比べて、接合フレーム１３１と透光性部材４１との相対位置を容易に決定することができる。

また、第２実施形態の光源装置２は、図４に示すプロジェクター１０００の光源装置として用いることができる。第２実施形態においても第１実施形態と同様に、信頼性が高く、所望の光学的特性を維持することができるプロジェクターが得られる。

＜第３実施形態＞
［光源装置］
以下、本発明の第３実施形態の光源装置について説明する。
以下に示す本実施形態に係る光源装置の基本構成は、第１実施形態と略同様であるが、透光性部材の構成が異なっている。よって、以下の説明では、先の実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる図面において、図２と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

図６は、第３実施形態の光源装置３を示す断面図である。図６に示すように、透光性部材４１の基板１１側には、透光性部材４１と複数の発光素子２１との間隔を規定するスペーサー４７が設けられている。これにより、基板１１の線膨張に伴って複数の発光素子２１と透光性部材４１との間隔がより変化しにくいので、複数の発光素子２１と透光性部材４１とが接触して不具合が生じるのを抑制することができる。

以上の構成によれば、第３実施形態においても第１実施形態と同様に、信頼性が高く、所望の光学的特性を維持することができる光源装置が得られる。特に、透光性部材４１に設けられたスペーサー４７により、高温下においても複数の発光素子２１と透光性部材４１との間隔の変化を抑制できるので、所望の光学的特性を維持することができる。

また、第３実施形態の光源装置３は、図４に示すプロジェクター１０００の光源装置として用いることができる。第３実施形態においても第１実施形態と同様に、信頼性が高く、所望の光学的特性を維持することができるプロジェクターが得られる。

１、２、３…光源装置、１１…基板、１１ａ…第１の面、１２…補助基板、２１…発光素子、３１、１３１…接合フレーム、４０…蓋体、４１…透光性部材、４３…プリズム、４５…位置決め部、４７…スペーサー、５１…架橋フレーム、５１ａ…第１枠部、５１ｂ…第２枠部、５１ｃ…第３枠部、４００Ｂ、４００Ｇ、４００Ｒ…液晶ライトバルブ、６００…投写光学系、１０００…プロジェクター

Claims (9)

1. 金属材料を形成材料とし、第１の面を有する基板と、
   前記第１の面側に設けられた複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子を囲むように前記基板の前記第１の面に接合された第１フレームと、
   前記第１フレームの前記基板とは反対側に当接する透光性部材と、
   前記第１フレームおよび前記透光性部材に接合され、前記透光性部材の前記基板とは反対側に設けられた環状の平面形状を有する第２フレームと、を備え、
   前記基板の形成材料の線膨張係数は、前記透光性部材の形成材料の線膨張係数よりも大きく、
   前記基板の形成材料の線膨張係数は、前記第２フレームの形成材料の線膨張係数よりも大きく、
   前記第２フレームの形成材料の線膨張係数は、前記透光性部材の形成材料の線膨張係数よりも大きく、
   前記第２フレームは、前記第１の面の法線方向から平面視した場合に当該第２フレームの外側周縁部に位置する第１枠部と、前記第１の面の法線方向から平面視した場合に当該第２フレームの内側周縁部に位置する第２枠部と、前記第１の面の法線方向から平面視した場合に前記第１枠部と前記第２枠部との間に位置する第３枠部と、を有し、
   前記第１枠部は、前記第１フレームの前記透光性部材と当接する側に接合され、
   前記第２枠部は、前記透光性部材における前記第１フレームと当接する面と反対側の面に接合され、
   前記第３枠部は、前記第１フレームおよび前記透光性部材のうちいずれにも接合されていない、光源装置。
2. 前記透光性部材は、前記第２フレームによって前記第１フレームに向かって押圧されている、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２フレームは、前記第２フレームの厚み方向に屈曲または湾曲した形状を有し、前記第１の面に対して略平行な方向に弾性変形可能である、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記透光性部材の前記基板側に設けられた複数のプリズムをさらに備え、
   前記複数のプリズムのうち各プリズムは、前記発光素子から射出される光が入射する光入射面と、前記光入射面に対して傾斜し、前記光入射面から入射した前記光を前記第１の面から遠ざける方向に反射させる光反射面と、を有し、
   前記複数の発光素子は、前記第１の面の法線と交差する方向に前記光を射出し、
   前記複数のプリズムは、それぞれ対応した前記複数の発光素子が射出する前記光の光路上に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記透光性部材の光射出側に設けられた集光レンズを備え、
   前記集光レンズは、前記透光性部材とは別体になっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記透光性部材の光射出側に設けられた集光レンズを備え、
   前記集光レンズは、前記透光性部材とは一体である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記第１フレームは、前記透光性部材が当接する当接面と、前記第２フレームが接合される接合面と、前記当接面および前記接合面と交差する交差面と、を含み、
   前記基板の前記第１の面から前記接合面までの高さは、前記基板の前記第１の面から前記当接面までの高さよりも大きい、請求項５または請求項６に記載の光源装置。
8. 前記第１フレームは、前記第１フレームの内側の周縁部において、前記透光性部材の少なくとも一部を収納する凹部を有し、
   前記凹部は、前記当接面および前記交差面により構成される
   請求項７に記載の光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１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って変調された光を投写する投写光学系と、を備えたプロジェクター。

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