JP7110851B2 - 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。

近年、プロジェクター用に用いられる光源装置として、広色域かつ高効率なレーザー光を用いるものが注目されている。下記の特許文献１、２には、複数の半導体レーザー素子をパッケージ化した光源装置が開示されている。

特開２０１６－２１９７７９号公報 特表２０１６－５１８７２６号公報

上述のように複数の半導体レーザー素子をパッケージ化した光源装置では、半導体レーザー素子から生じる熱を効率良く放熱することが求められる。しかしながら、上述の光源装置では半導体レーザー素子の冷却性能が十分でなかった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１面および前記第１面の反対側に設けられる第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に設けられる複数の発光素子と、前記基板の前記第１面側に、前記複数の発光素子を囲むように設けられる枠体と、前記複数の発光素子から射出された光を透過させる透光性部材を含み、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、前記枠体の前記基板とは反対側に接合される蓋体と、を有し、前記基板と前記枠体と前記蓋体とにより形成された収容空間に前記複数の発光素子を収容する発光装置と、前記光が入射する光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材と、前記基板の前記第２面に熱的に接続され、前記保持部材に固定される放熱部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の一つの態様の光源装置では、前記基板の前記光の射出方向側の面は、前記保持部材に当接し、前記基板は、前記保持部材に固定され、前記基板の一部は、前記保持部材と前記放熱部材との間に挟み込まれるのが好ましい。

本発明の一つの態様の光源装置では、前記基板の前記第２面は、前記保持部材に当接するのが好ましい。さらに、前記基板は、前記放熱部材に固定され、前記基板の一部は、前記保持部材と前記放熱部材との間に挟み込まれるのがより望ましい。

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画像情報に応じて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写する投写光学装置と、を備えることを特徴とする。

第１実施形態の光源装置の断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿う光源装置の断面図である。 図２のＢ－Ｂ線に沿う光源装置の断面図である。 発光装置の斜視図である。 発光装置の断面図である。 第２実施形態の光源装置の断面図である。 第３実施形態の光源装置の断面図である。 第４実施形態の光源装置の断面図である。 第１変形例の発光装置の断面図である。 第２変形例の光源装置の断面図である。 第５実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。

（第１実施形態）
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。
以下の各実施形態では、後述するプロジェクターに用いるのに好適な光源装置の一例について説明する。
なお、以下の全ての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断面図である。図２は図１のＡ－Ａ線に沿う光源装置の断面図である。図３は図２のＢ－Ｂ線に沿う光源装置の断面図である。なお、図１は図２におけるＣ－Ｃ線に沿う光源装置の断面に相当する。

図１に示すように、第１実施形態の光源装置１００は、発光装置１０１と、発光装置１０１からの光が入射する光学素子１０２と、光学素子１０２を保持する保持部材１０３と、保持部材１０３に固定される放熱部材１０４とを備える。

図４は発光装置の斜視図である。図５は発光装置の断面図である。
図４に示すように、発光装置１０１は、基板１２と、複数のサブマウント１３と、複数の発光素子１４と、枠体１５と、蓋体１６と、複数のリード端子１７と、を備えている。基板１２、枠体１５および蓋体１６は、各々が別体の部材であり、後述するように互いが接合されている。

基板１２は、表面（第１面）１２ａと、表面１２ａとは反対側の裏面（第２面）１２ｂと、を有する板材で構成されている。基板１２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。
基板１２は、表面１２ａ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１２の表面１２ａ側には、後述する複数のサブマウント１３を介して複数の発光素子１４が設けられている。以下、単に「平面視」と記載した場合、基板１２の表面１２ａの法線方向から見たときを意味する。

複数のサブマウント１３は、基板１２の表面１２ａにおいて、基板１２の一辺と平行な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１３の各々は、複数の発光素子１４に対応して設けられている。第１実施形態では、サブマウント１３は、４個の発光素子１４に対して共通に設けられているが、発光素子１４の数は特に限定されない。

サブマウント１３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１３は、基板１２と発光素子１４との間に介在し、基板１２と発光素子１４との線膨張係数の違いにより生じる熱応力を緩和する。サブマウント１３は、銀ロウ、金－スズはんだ等の接合材により基板１２に接合されている。

複数の発光素子１４は、基板１２の表面１２ａ側に設けられている。発光素子１４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から構成されている。発光素子１４は、光源装置１００の用途に応じて任意の波長の発光素子を用いればよい。第１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１４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。

複数の発光素子１４は、平面視において、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。第１実施形態では、複数の発光素子１４として、例えば１６個の半導体レーザーが４行４列の格子状に配列されている。

図５に示すように、発光素子１４は、直方体状の発光素子１４の６つの面のうち、光射出面１４ａとは反対側の面が基板１２の表面１２ａと対向するように、サブマウント１３上に設けられている。この配置により、複数の発光素子１４の各々は、基板１２の表面１２ａと略垂直な方向に光Ｌを射出する。また、発光素子１４は、光射出面１４ａがサブマウント１３の一つの端面１３ａと略同一平面上に揃うように、サブマウント１３上に設けられている。発光素子１４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１３に接合されている。

枠体１５は、複数の発光素子１４を囲んで設けられ、基板１２の表面１２ａに接合されている。そのため、枠体１５は基板１２の表面１２ａ側に突出して設けられる。枠体１５は、平面視において、四角形の環状の形状を有する。枠体１５は、四角形の４辺が全て一体の部材であってもよいし、複数の部材が接合された構成であってもよい。枠体１５は、基板１２と蓋体１６との間の距離（間隔）を一定に保持し、複数の発光素子１４が収容される収容空間の一部を構成する。そのため、枠体１５は、所定の剛性を有することが好ましい。

基板１２と枠体１５とは、有機接着剤、金属接合材、無機接合材等の接合材３２によって接合されている。有機接着剤として、例えばシリコーン系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等が好ましく用いられる。金属接合材として、例えば銀ロウ、金－スズはんだ等が好ましく用いられる。無機接合材として、例えば低融点ガラス等が好ましく用いられる。

枠体１５は、蓋体１６に発生する応力を緩和する役目を果たす。そのため、枠体１５は、基板１２の線膨張係数よりも小さく、蓋体１６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。枠体１５の材料として、例えばコバール等の金属材料、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、コバールやアルミナが特に好ましく用いられる。

蓋体１６は、複数の発光素子１４から射出された光Ｌを透過させる透光性部材１６ａで構成される。蓋体１６は、基板１２の表面１２ａに対向して設けられ、枠体１５の基板１２とは反対側に接合されている。蓋体１６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。

蓋体１６と枠体１５とは、有機接着剤、金属接合材、無機接合材等の接合材３３によって接合されている。有機接着剤として、例えばシリコーン系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等が好ましく用いられる。金属接合材として、例えば銀ロウ、金－スズはんだ等が好ましく用いられる。無機接合材として、例えば低融点ガラス等が好ましく用いられる。

蓋体１６を構成する透光性部材１６ａは、光透過性を有する材料を形成材料とした板状の部材である。このような形成材料としては、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、またはサファイアなどを挙げることができる。

第１実施形態の蓋体１６は、該蓋体１６の基板１２と反対側の面にコリメートレンズユニット２５が一体的に形成されている。コリメートレンズユニット２５は、各発光素子１４に対応して配置された複数のレンズ２５ａを有する。すなわち、コリメートレンズユニット２５は、発光素子１４と同じ数（第１実施形態では、１６個）のレンズ２５ａを有する。各レンズ２５ａは平凸レンズで構成されている。コリメートレンズユニット２５の各レンズ２５ａは、発光素子１４から射出された光Ｌを平行化する。

このように、基板１２と枠体１５と蓋体１６とが接合されたことにより、基板１２と枠体１５と蓋体１６とによって囲まれた空間は、外気から遮断され、複数の発光素子１４が気密に収容されるための密閉空間となる。以下、この密閉空間を収容空間Ｓと称する。すなわち、複数の発光素子１４は、基板１２と枠体１５と蓋体１６とにより形成された収容空間Ｓに収容されている。

複数の発光素子１４が収容空間Ｓに収容されることにより、発光素子１４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４に示したように、枠体１５には、複数の貫通孔１５ｃが設けられている。複数の貫通孔１５ｃの各々には、複数の発光素子１４の各々に電力を供給するためのリード端子１７が設けられている。リード端子１７の構成材料としては、例えばコバールが用いられる。リード端子１７の表面には、例えばニッケル－金からなるめっき層が設けられている。

収容空間Ｓには、リード端子１７の一端と発光素子１４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。リード端子１７の他端は、外部回路（図示略）と接続されている。枠体１５の貫通孔１５ｃの内壁とリード端子１７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。

このような構成に基づいて、発光装置１０１は、複数の光Ｌを平行化した青色光線束ＬＡを射出するようになっている。

図１に戻り、発光装置１０１から射出された青色光線束ＬＡは光学素子１０２に入射する。光学素子１０２は、第１レンズ１０２ａおよび第２レンズ１０２ｂを備える。光学素子１０２は、発光装置１０１から射出された青色光線束ＬＡを略集光した状態で照明領域に入射させる。第１レンズ１０２ａおよび第２レンズ１０２ｂは、凸レンズで構成される。第１実施形態において、光学素子１０２は青色光線束ＬＡを集光させる集光光学系として機能する。

光学素子１０２は保持部材１０３に保持される。保持部材１０３は中心軸Ｏの方向に沿って延びる筒状部材である。保持部材１０３は内面１０３ａから内側に延び、光学素子１０２を保持する保持部分１０３ｂを有している。保持部分１０３ｂは、光学素子１０２を構成する第１レンズ１０２ａおよび第２レンズ１０２ｂをそれぞれ所定の位置に保持する。第１実施形態において、保持部材１０３は単一の部材で構成されていてもよいし、複数の部品で構成されてもよい。この場合、例えば、仮に保持部材１０３の構造が複雑になったとしても、各部品を組み立てることで所望形状の保持部材１０３を得ることができる。

また、第１実施形態の保持部材１０３は、中心軸Ｏに沿う方向の一端側の端面１０３ｃに発光装置１０１を保持する。発光装置１０１は、枠体１５および蓋体１６が保持部材１０３内に挿入された状態で、第１第１ねじ部材９０を介して保持部材１０３の端面１０３ｃに取り付けられている。発光装置１０１の基板１２には第１ねじ部材９０を挿通させるための貫通孔１１が形成されている。基板１２の表面１２ａの一部である当接面１２ａ１（光Ｌの射出方向側の面）が保持部材１０３の端面１０３ｃに当接している。なお、第１実施形態において、端面１０３ｃに当接する当接面１２ａ１は発光素子１４の保持する表面１２ａと同一面、すなわち、面一となる場合を説明したが、当接面１２ａ１は表面１２ａと面一ではなく高さの異なる面であってもよい。すなわち、当接面１２ａ１と表面１２ａとは別の面で構成されていてもよい。

第１実施形態の光源装置１００は、光学素子１０２および発光装置１０１を保持部材１０３に固定することで、光学素子１０２と発光装置１０１との位置精度を向上させることができる。

放熱部材１０４は発光装置１０１から放熱させるための部材である。具体的に、放熱部材１０４は、例えば、ヒートシンクで構成される。放熱部材１０４は、発光装置１０１の基板１２の裏面１２ｂに熱的に接続される接続部１０４ａを有しており、接続部１０４ａが裏面１２ｂに熱的に接続された状態で保持部材１０３に固定される。第１実施形態において、放熱部材１０４は第２第２ねじ部材９１を介して保持部材１０３に固定される。

ここで、熱的に接続されるとは、放熱部材１０４と基板１２の裏面１２ｂとが直接接触した態様に限定されるものではなく、基板１２の熱が放熱部材１０４側に伝達可能に接続された態様も含む概念である。具体的に第１実施形態において、放熱部材１０４と基板１２の裏面１２ｂとの間には不図示の熱伝導性グリスが設けられており、放熱部材１０４と基板１２とは熱伝導性グリスを介して熱的に接続されている。

第１実施形態の光源装置１００では、放熱部材１０４が接触する基板１２の表面１２ａと異なる裏面１２ｂに放熱部材１０４の接続部１０４ａを熱的に接続させることで基板１２の冷却面積を大きく確保している。

ところで、第１実施形態の光源装置１００では、発光装置１０１の基板１２を熱伝導率が高い銅やアルミニウム等の柔らかい材料で構成されている。そのため、放熱部材１０４が基板１２の裏面１２ｂに強い圧力を加えると発光装置１０１が変形してしまい、保持部材１０３に保持された光学素子１０２に対する発光装置１０１からの青色光線束ＬＡの光軸がずれることで、光学素子１０２が青色光線束ＬＡを所望の位置に集光できなくなって青色光線束ＬＡの光利用効率を低下させるおそれがあった。

これに対し、第１実施形態の光源装置１００では、基板１２の一部を保持部材１０３と放熱部材１０４との間に挟み込むように保持している。具体的に、図２および図３に示すように、基板１２が保持部材１０３と放熱部材１０４との間に挟み込まれた挟み込み領域１２Ｓを有している。これにより、発光装置１０１は、基板１２の一部（挟み込み領域１２Ｓ）が保持部材１０３と放熱部材１０４の接続部１０４ａとに挟み込まれるため、保持部材１０３に対して良好に保持されたものとなる。

したがって、第１実施形態の光源装置１００によれば、発光装置１０１が変形することなく安定して保持されるので、発光装置１０１から射出される青色光線束ＬＡと保持部材１０３に保持される光学素子１０２との光軸とがずれるといった不具合の発生を防止できる。

以上説明した第１実施形態の光源装置１００によれば、以下の効果を奏する。
第１実施形態の光源装置１００は、表面１２ａおよび表面１２ａの反対側に設けられる裏面１２ｂを有する基板１２と、基板１２の表面１２ａ側に設けられる複数の発光素子１４と、基板１２の表面１２ａ側に、複数の発光素子１４を囲むように設けられる枠体１５と、複数の発光素子１４から射出された光Ｌを透過させる透光性部材１６ａを含み、基板１２の表面１２ａに対向して設けられ、枠体１５の基板１２とは反対側に接合される蓋体１６と、を有し、基板１２と枠体１５と蓋体１６とにより形成された収容空間Ｓに複数の発光素子１４を収容する発光装置１０１と、光Ｌが入射する光学素子１０２と、光学素子１０２を保持する保持部材１０３と、基板１２の裏面１２ｂに熱的に接続され、保持部材１０３に固定される放熱部材１０４と、を備える。

これにより、第１実施形態の光源装置１００では、放熱部材１０４が接触する基板１２の表面１２ａと異なる裏面１２ｂで放熱部材１０４と熱的に接続させることで基板１２の冷却面積を大きく確保できるので、発光装置１０１の冷却性能が向上する。
また、第１実施形態の光源装置１００では、光学素子１０２および発光装置１０１を保持部材１０３に固定することで、光学素子１０２と発光装置１０１との位置精度を向上させることができる。
さらに、第１実施形態の光源装置１００では、光学素子１０２と発光装置１０１との位置精度を向上させることができるので、複数の発光素子１４から射出された光Ｌを後述する波長変換素子５０の所望の位置に入射させることができる。

また、第１実施形態の光源装置１００において、基板１２の当接面１２ａ１は、保持部材１０３に当接し、基板１２は、保持部材１０３に固定され、基板１２の一部は保持部材１０３と放熱部材１０４との間に挟み込まれる。

この構成によれば、発光装置１０１を変形させることなく安定して保持できるので、発光装置１０１が変形するによる発光装置１０１と光学素子１０２との位置ずれが防止されるため、発光装置１０１から射出した青色光線束ＬＡを光学素子１０２に効率よく入射させることができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る光源装置について説明する。なお、第１実施形態と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
図６は第２実施形態の光源装置の断面図である。図６に示すように、第２実施形態の光源装置２００は、発光装置１０１と、光学素子１０２と、保持部材２０３と、放熱部材１０４とを備える。

光学素子１０２は保持部材２０３に保持される。保持部材２０３は中心軸Ｏの方向に沿って延びる筒状部材である。保持部材２０３は、光学素子１０２を保持する第１保持部分２０４と、発光装置１０１を保持する第２保持部分２０５とを有している。第１保持部分２０４は、保持部材２０３の内面２０３ａから内側に向かって延びる。第２保持部分２０５は、第１保持部分２０４に対して中心軸Ｏに沿う方向の一端側に設けられ、保持部材２０３の内面２０３ａから内側に突出するように設けられる。

第２実施形態において、保持部材２０３は単一の部材で構成されていてもよいし、複数の部品で構成されてもよい。第２実施形態では、例えば、第１保持部分２０４および第２保持部分２０５を別体で構成することで、保持部材２０３の組み立てが容易となる。

第２保持部分２０５は、発光装置１０１を保持する保持面２０５ａを有する。発光装置１０１の基板１２の裏面１２ｂは、保持面２０５ａに当接する。第２実施形態において、発光装置１０１は保持部材２０３の内側に挿入された状態で、第３ねじ部材９２を介して第２保持部分２０５の保持面２０５ａに取り付けられている。第３ねじ部材９２は発光装置１０１の基板１２の貫通孔１１に挿通される。

放熱部材１０４は、接続部１０４ａが裏面１２ｂに熱的に接続された状態で保持部材１０３に固定される。第２実施形態において、放熱部材１０４は第２ねじ部材９１を介して保持部材２０３に固定される。

ここで、発光素子１４で発生した熱は基板１２上において拡がるため、基板１２において温度上昇する領域の面積は、発光素子１４が実装される領域の面積よりも広くなる。

第２実施形態において、接続部１０４ａが裏面１２ｂと熱的に接触している面積は、発光装置１０１において複数の発光素子１４が実装されている領域の面積より大きくしている。具体的に第２実施形態では、接続部１０４ａが裏面１２ｂと熱的に接触している面積が、複数の発光素子１４を囲む枠体１５の外形よりも大きくなっている。
これにより、複数の発光素子１４で発生した熱を基板１２の裏面１２ｂから放熱部材１０４によって効率よく放出することができるので、発光装置１０１の放熱性能を向上できる。

第２実施形態の光源装置２００では、放熱部材１０４が接触する基板１２の裏面１２ｂの一部を保持部材２０３（保持面２０５ａ）に固定している。すなわち、保持部材２０３と放熱部材１０４とが基板１２の同じ面（裏面１２ｂ）に接触している。

ここで、発光装置１０１の製造時、複数の発光素子１４を基板１２上に実装する際に、基板１２の裏面１２ｂが組み立て冶具上に載置した場合について考える。この場合、発光装置１０１の組み立て時、基板１２の裏面１２ｂが各部品を組み立てる際の位置合わせの基準面となる。

第２実施形態の光源装置２００では、発光装置１０１の組み立て時に基準面とした基板１２の裏面１２ｂを保持部材２０３（保持面２０５ａ）に固定している。そのため、発光装置１０１の発光素子１４は保持部材２０３に対して精度よく配置される。よって、発光素子１４と光学素子１０２との位置精度を向上させることができる。さらに、第２実施形態の光源装置２００では、光学素子１０２と発光装置１０１との位置精度を向上させることができるので、複数の発光素子１４から射出された光Ｌを後述する波長変換素子５０の所望の位置に入射させることができる。

また、発光素子１４の基板１２の裏面１２ｂは発光素子１４の実装面（表面１２ａ）から近い。第２実施形態の光源装置２００では、基板１２の裏面１２ｂに放熱部材１０４が熱的に接続されるため、発光装置１０１の冷却性能を向上させることができる。
したがって、第２実施形態の光源装置２００によれば、保持部材２０３と放熱部材１０４とを基板１２の裏面１２ｂに配置することで、発光素子１４および光学素子１０２の位置精度向上と発光装置１０１の冷却性能向上とを両立させることができる。

以上のように第２実施形態の光源装置２００においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、発光装置１０１の冷却性能を向上できる、という効果が得られる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る光源装置について説明する。第３実施形態の光源装置は、第２実施形態の光源装置２００と発光装置１０１の固定方法が異なる以外、共通の構成である。そのため、第２実施形態と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図７は第３実施形態の光源装置の断面図である。図７に示すように、第３実施形態の光源装置３００は、発光装置１０１と、光学素子１０２と、保持部材１０３と、放熱部材１０４とを備える。

第３実施形態の発光装置１０１は、第４ねじ部材９３およびねじ固定部材９４を介して保持部材２０３の保持面２０５ａに取り付けられている。第３実施形態において、第４ねじ部材９３は保持部材２０３の第２保持部分２０５に設けられた貫通孔２０５ｂに対して保持部材２０３の下側（放熱部材１０４側）から挿入されるとともに、発光装置１０１の基板１２の貫通孔１１を挿通する。そして、貫通孔１１から突出した第４ねじ部材９３を例えば、ナット等のねじ固定部材９４で固定されることで、発光装置１０１の基板１２の裏面１２ｂが第２保持部分２０５の保持面２０５ａに固定されている。なお、第３実施形態では、第４ねじ部材９３を挿通させる都合上、第２実施形態の構成に比べて、第２保持部分２０５における厚さを薄くしている。

第３実施形態において、発光装置１０１は保持面２０５ａとねじ固定部材９４とに挟み込まれることで保持される。すなわち、第３実施形態の光源装置３００では、発光装置１０１を面で押さえて固定できるので、変形の発生を抑制しつつ発光装置１０１を保持部材２０３に安定して保持できる。

以上のように第３実施形態の光源装置３００においても、第２実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、保持部材２０３と放熱部材１０４とを基板１２の裏面１２ｂに配置することで、発光素子１４および光学素子１０２の位置精度と発光装置１０１の冷却性能とを両立できる、という効果が得られる。さらに、第３実施形態の光源装置３００では、光学素子１０２と発光装置１０１との位置精度を向上させることができるので、複数の発光素子１４から射出された光Ｌを後述する波長変換素子５０の所望の位置に入射させることができる。

また、第３実施形態の光源装置３００によれば、第３ねじ部材９２による発光装置１０１の保持部材２０３に対する固定と、第２ねじ部材９１による放熱部材１０４の保持部材２０３に対する固定とを、いずれも保持部材１０３の一方側から行うことができるので、光源装置３００の組み立て時の作業性を向上させることができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係る光源装置について説明する。なお、第１実施形態と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
図８は第４実施形態の光源装置の断面図である。図８に示すように、第４実施形態の光源装置４００は、発光装置１０１と、光学素子１０２と、保持部材４０３と、放熱部材４０４とを備える。

第４実施形態において、放熱部材４０４は、発光装置１０１の基板１２の裏面１２ｂに熱的に接続される接続面４０４ａを有しており、接続面４０４ａが裏面１２ｂに熱的に接続された状態で保持部材４０３に固定される。保持部材４０３は光学素子１０２を保持する保持部分４０５を有している。

第４実施形態の放熱部材４０４は、接続面４０４ａの面積が発光装置１０１の基板１２の裏面１２ｂの面積よりも大きい。そのため、発光装置１０１は、第５ねじ部材９５を介して放熱部材４０４の接続面４０４ａに固定される。第５ねじ部材９５は、発光装置１０１の基板１２に形成された貫通孔１１に挿通されている。また、放熱部材４０４は第２ねじ部材９１を介して保持部材４０３に固定される。

また、基板１２の表面１２ａの一部である当接面１２ａ１（光Ｌの射出方向側の面）が保持部材４０３の端面４０３ａに当接している。第４実施形態の保持部材４０３は、端面４０３ａの一部を切り欠くことで、第５ねじ部材９５との接触を回避している。第４実施形態の光源装置４００では、基板１２の一部が保持部材４０３と放熱部材４０４との間に挟み込まれている。
なお、第４実施形態において、保持部材４０３は単一の部材で構成されていてもよいし、複数の部品で構成されてもよい。

第４実施形態の光源装置４００によれば、放熱部材４０４の接続面４０４ａの面積を発光装置１０１の基板１２の裏面１２ｂの面積よりも大きくしたので、発光装置１０１を放熱部材４０４に固定できる。これにより、発光装置１０１と放熱部材４０４との接触面積を増やすことで接触熱抵抗を低減できる。よって、発光装置１０１から効率よく放熱することができる。

また、第４実施形態の光源装置４００では、基板１２の一部を挟み込むように保持することで基板１２の裏面１２ｂと放熱部材４０４の接続面４０４ａとの間に押し付け力が付与される。よって、裏面１２ｂおよび接続面４０４ａにおける接触面積がより増えることで接触熱抵抗をより低減できる。

また、第４実施形態の光源装置４００では、発光装置１０１が保持部材４０３に良好に固定されるので、保持部材４０３に固定された光学素子１０２に対して発光装置１０１を位置決めできるので、光学素子１０２と発光装置１０１との位置精度が向上する。さらに、第４実施形態の光源装置４００では、光学素子１０２と発光装置１０１との位置精度を向上させることができるので、複数の発光素子１４から射出された光Ｌを後述する波長変換素子５０の所望の位置に入射させることができる。
以上のように第４実施形態の光源装置４００によれば、発光素子１４および光学素子１０２の位置精度向上と発光装置１０１の冷却性能向上とを両立させることができる。

（第１変形例）
続いて、第１変形例に係る発光装置について説明する。第１変形例の発光装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、基板の態様が第１実施形態と異なる。そのため、発光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９は第１変形例の発光装置の断面図である。図９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。
図９に示すように、第１変形例の発光装置１０１Ａは、基板１１２と、複数のサブマウント１３と、複数の発光素子１４と、蓋体１６と、複数のリード端子（図示略）と、を備えている。

基板１１２は、表面（第１面）１１２ａと、裏面１１２ｂと、表面１１２ａに設けられた枠体１１５と、を有する板材で構成されている。基板１１２の表面１１２ａ側には、複数のサブマウント１３を介して複数の発光素子１４が設けられている。

枠体１１５は、基板１１２の表面１１２ａ上に突出して設けられる。枠体１１５は、複数の発光素子１４を囲むように、基板１１２と一体に設けられている。枠体１１５は、第１実施形態の枠体１５と同様、基板１１２と蓋体１６との間の距離（間隔）を一定に保持し、複数の発光素子１４が収容される収容空間Ｓの一部を構成する。基板１１２は、銅、アルミニウム等の熱伝導率が高い金属材料で構成されている。すなわち、枠体１１５は第１実施形態の枠体１５を兼ねている。

蓋体１６は、基板１１２の表面１１２ａに対向して設けられ、表面１１２ａから突出した枠体１１５の上面に有機接着剤、金属接合材、無機接合材等の接合材３３によって接合されている。

第１変形例の発光装置１０１Ａによれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、発光装置１０１Ａの冷却性能を向上できる、という効果が得られる。特に第１変形例の場合、基板１１２と枠体１１５とが一体の部材であるため、発光装置の構成をさらに簡略化することができる。

（第２変形例）
続いて、第２変形例に係る光源装置について説明する。第１変形例の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、蓋体の構成が第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、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。

図１０は第２変形例の光源装置の断面図である。図１０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。
図１０に示すように、第２変形例の発光装置１０１Ｂは、基板１２と、複数のサブマウント１３と、複数の発光素子１４と、枠体１５と、蓋体１１６と、複数のリード端子（図示略）と、を備えている。

第２変形例の蓋体１１６は、複数のレンズ１１６ａと、複数のレンズ１１６ａが接合された支持部材１１６ｂとを有している。第２変形例において、複数のレンズ１１６ａは、支持部材１１６ｂの２つの面のうち、基板１２の表面１２ａと対向する下面１１６ｂ１と反対の上面１１６ｂ２に接合されている。

支持部材１１６ｂは、平面視において矩形の板材で構成され、各発光素子１４から射出される光Ｌの経路に対応する位置に開口部１１７を有している。すなわち、支持部材１１６ｂは、発光素子１４の数と同数の開口部１１７を有している。支持部材１１６ｂは、枠体１５の基板１２とは反対側に接合されている。支持部材１１６ｂは、例えば銅、アルミニウム等の金属材料で構成されている。支持部材１１６ｂの表面に、例えばニッケル等からなるメッキ層が設けられていてもよい。もしくは、支持部材１１６ｂは、樹脂材料で構成されていてもよい。

複数のレンズ１１６ａの各々は透光性部材からなる平凸レンズで構成されている。平凸レンズからなるレンズ１１６ａは、発光素子１４から射出された光Ｌを平行化する機能を有する。レンズ１１６ａは、平面視において、支持部材１１６ｂの開口部１１７よりも一回り大きな外形寸法を有している。

なお、蓋体が屈折率を有する必要がない場合、透光性を有する平板を開口部１１７に接合する構成とすればよい。また、各レンズ１１６ａは、支持部材１１６ｂの下面１１６ｂ１に接合されていてもよい。このようにすれば、発光素子１４と各レンズ１１６ａとの間の距離が短くなるので、レンズ１１６ａにより平行化された光Ｌの光束幅がより小さくなる。

第２変形例の発光装置１０１Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、発光装置１０１の冷却性能を向上できる、という効果が得られる。特に第２変形例の場合、レンズ１１６ａと支持部材１１６ｂとが別の部材であるため、支持部材１１６ｂに対する各レンズ１１６ａの取り付け位置が調整できるので、レンズ１１６ａと発光素子１４とを精度よく位置合わせできる。よって、レンズ１１６ａは、発光素子１４から射出された光Ｌを精度良く取り出すことができる。

（第５実施形態）
以下に、本発明の第５実施形態として、プロジェクターの一例について説明するが、プロジェクターの実施形態はこの例に限定されることはない。

図１１は第５実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１１に示すように、第５実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学装置５と、投写光学装置６とを備える。

照明装置２からは白色の照明光ＷＬが射出される。色分離光学系３は、白色の照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。なお、本明細書において、赤色光ＬＲとは５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下のピーク波長を有する可視赤色光を示し、緑色光ＬＧとは５００ｎｍ以上５９０ｎｍ以下のピーク波長を有する可視緑色光を示し、青色光ＬＢとは４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のピーク波長を有する可視青色光を示す。

色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａおよび第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃとを備える。第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（青色光ＬＢおよび緑色光ＬＧ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、青色光ＬＢおよび緑色光ＬＧを反射するとともに、赤色光ＬＲを透過させる。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに青色光ＬＢを透過させる。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。

光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。
光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。

光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒの入射側および射出側には、不図示の偏光板が配置される。また、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒが配置される。

合成光学装置５には、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒからの各画像光が入射する。合成光学装置５は、青色、緑色、赤色の各画像光を合成し、合成された画像光を投写光学装置６に向けて射出する。合成光学装置５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。

投写光学装置６は、合成光学装置５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大させつつ投写する。スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。投写光学装置６には、例えば、鏡筒と、鏡筒内に配置される複数のレンズとによって構成される組レンズが用いられる。

続いて、照明装置２の構成について説明する。
照明装置２は、光源装置４０、波長変換素子５０、コリメート光学系６０、第１レンズアレイ６５、第２レンズアレイ６６、偏光変換素子７０、および重畳レンズ７１を備える。

光源装置４０は、上記実施形態の光源装置のいずれかを用いることができる。光源装置４０は、例えば青色光線束ＬＡを波長変換素子５０に向けて射出する。

波長変換素子５０は、いわゆる透過型の波長変換素子であり、モーター５８により回転可能な円形の基板５６の一部に、単一の波長変換層５２が基板５６の周方向に沿って連続して設けられている。波長変換素子５０は、青色光線束ＬＡを赤色光と緑色光とを含む黄色の蛍光光に変換し、蛍光光を青色光線束ＬＡが入射する側とは反対側に向けて射出する。

基板５６は、青色光線束ＬＡを透過する材料で構成される。基板５６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４０からの青色光線束ＬＡは、基板５６側から波長変換素子５０に入射する。波長変換層５２は、青色光線束ＬＡの一部を透過し、蛍光光を反射するダイクロイック膜５４を介して基板５６上に形成されている。ダイクロイック膜５４は、例えば誘電体多層膜で構成される。

波長変換層５２は、光源装置４０からの波長が約４４５ｎｍの青色光線束ＬＡの一部を蛍光光ＹＬに変換して射出し、かつ、青色光線束ＬＡの残りの一部を変換せずに青色光ＬＡ１として通過させる。すなわち、波長変換層５２は、光源装置４０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４０と波長変換層５２とを用いて、青色光ＬＡ１および蛍光光ＹＬとを合成した白色の照明光ＷＬを得ることができる。波長変換層５２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６０は、第１レンズ６１と第２レンズ６２を備える。コリメート光学系６０は、波長変換素子５０からの照明光ＷＬを略平行化する。第１レンズ６１および第２レンズ６２の各々は、凸レンズから構成されている。

第１レンズアレイ６５は、コリメート光学系６０からの照明光ＷＬを複数の部分光束に分割する。第１レンズアレイ６５は、照明光軸ａｘ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レンズ６５ａから構成されている。

第２レンズアレイ６６は、照明光軸ａｘ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レンズ６６ａから構成されている。複数の第２レンズ６６ａは、第１レンズアレイ６５の複数の第１レンズ６５ａに対応して設けられている。第２レンズアレイ６６は、重畳レンズ７１とともに、第１レンズアレイ６５の各第１レンズ６５ａの像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。

偏光変換素子７０は、第１レンズアレイ６５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７０は、図示しない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５０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ａｘ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ａｘ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７１は、偏光変換素子７０からの各部分光束を集光して各光変調装置４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの画像形成領域近傍に重畳させる。

第１レンズアレイ６５、第２レンズアレイ６６および重畳レンズ７１は、波長変換素子５０からの照明光ＷＬ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。

以上説明した第５実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果を奏する。
第５実施形態のプロジェクター１は、光源装置４０を含む照明装置２と、照明装置２からの照明光ＷＬを分離した青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒと、前述の画像光を投写する投写光学装置６とを備える。このことによって、第５実施形態のプロジェクター１によれば、発光素子の冷却性能に優れた光源装置４０を含む照明装置２を備えるので、高輝度な画像を安定して投写する信頼性の高いプロジェクターを提供できる。

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、発光装置がサブマウントを備えている例を示したが、発光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１４からの光Ｌの射出方向は、基板１２の表面１２ａに対して垂直な方向であってもよいし、表面１２ａに対して平行な方向であってもよい。上述したように、光Ｌの射出方向が基板１２の表面１２ａに対して平行な場合には、プリズム等の光学素子を用いて発光素子１４からの光Ｌの光路を折り曲げ、蓋体１６に導くようにすればよい。

また、光源装置を構成する基板、発光素子、枠体、蓋体、支持部材、透光性部材等を含む各種部材の形状、大きさ、数、配置、および材料等の具体的な構成に関する具体的な記載については、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。

また、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。

また、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。

また、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用の照明装置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…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、１２，１１２…基板、１２ａ…表面（第１面）、１２ｂ…裏面（第２面）、１４…発光素子、１５，１１５…枠体、１６，１１６…蓋体、１６ａ…透光性部材、４０，１００，２００，３００，４００…光源装置、１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ…発光装置、１０２…光学素子、１０３，２０３，４０３…保持部材、１０４，４０４…放熱部材、Ｌ…光、Ｓ…収容空間。

Claims (5)

1. 第１面および前記第１面の反対側に設けられる第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に設けられる複数の発光素子と、前記基板の前記第１面側に、前記複数の発光素子を囲むように設けられる枠体と、前記複数の発光素子から射出された光を透過させる透光性部材を含み、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、前記枠体の前記基板とは反対側に接合される蓋体と、を有し、
   前記基板と前記枠体と前記蓋体とにより形成された収容空間に前記複数の発光素子を収容する発光装置と、
   前記光が入射する光学素子と、
   前記光学素子を保持する保持部材と、
   前記基板の前記第２面に熱的に接続され、前記保持部材に固定される放熱部材と、を備え、
   前記基板の前記光の射出方向側の面は、前記保持部材に当接し、
   前記基板は、前記保持部材に固定され、
   前記基板の一部は、前記保持部材と前記放熱部材との間に挟み込まれることを特徴とする光源装置。
2. 第１面および前記第１面の反対側に設けられる第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に設けられる複数の発光素子と、前記基板の前記第１面側に、前記複数の発光素子を囲むように設けられる枠体と、前記複数の発光素子から射出された光を透過させる透光性部材を含み、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、前記枠体の前記基板とは反対側に接合される蓋体と、を有し、
   前記基板と前記枠体と前記蓋体とにより形成された収容空間に前記複数の発光素子を収容する発光装置と、
   前記光が入射する光学素子と、
   前記光学素子を保持する保持部材と、
   前記基板の前記第２面に熱的に接続され、前記保持部材に固定される放熱部材と、を備え、
   前記基板は、前記放熱部材に固定され、
   前記基板の一部は、前記保持部材と前記放熱部材との間に挟み込まれる
   ことを特徴とする光源装置。
3. 第１面および前記第１面の反対側に設けられる第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に設けられる複数の発光素子と、前記基板の前記第１面側に、前記複数の発光素子を囲むように設けられる枠体と、前記複数の発光素子から射出された光を透過させる透光性部材を含み、前記基板の前記第１面に対向して設けられ、前記枠体の前記基板とは反対側に接合される蓋体と、を有し、
   前記基板と前記枠体と前記蓋体とにより形成された収容空間に前記複数の発光素子を収容する発光装置と、
   前記光が入射する光学素子と、
   前記光学素子を保持する保持部材と、
   前記基板の前記第２面に熱的に接続され、前記保持部材に固定される放熱部材と、を備え、
   前記蓋体は、前記基板の外形より内側となる大きさであり、
   前記保持部材は、前記発光装置の基板の外形より外側となる第１部分を有し、
   前記放熱部材は、前記発光装置の基板の外形より外側となる第２部分を有し、前記第１部分と前記第２部分とがねじ部材で固定され、
   前記基板は、前記枠体より外側で、前記保持部材と前記放熱部材の一方にねじ部材で固定される
   ことを特徴とする光源装置。
4. 前記発光装置は、前記枠体に設けられ複数の発光素子に電力を供給する複数のリード端子を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１ないし４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画像情報に応じて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写する投写光学装置と、を備える
   ことを特徴とするプロジェクター。

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