JP2013008950A - 光源装置および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半導体レーザ光源の間で寿命のばらつきが小さく、長寿命化が可能で信頼性の高い光源装置および光源装置を備えた画像表示装置を提供する。
【解決手段】光源装置１００は、複数の半導体レーザ光源１０１と、複数の半導体レーザ光源１０１の設置領域を複数の領域に分けることで、その設置領域の複数の半導体レーザ光源１０１が、各グループに１つの半導体レーザ光源１０１が属する、または、電気的に直列に接続された複数の半導体レーザ光源１０１が属するよう複数のグループに分けられた基板１０２と、設置領域の複数の半導体レーザ光源１０１に流れる電流値をグループ単位で独立に制御することにより、半導体レーザ光源１０１の温度制御を行う電流制御部１０９とを備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、光源装置およびその光源装置を備えた画像表示装置に関する。

従来、プロジェクタ等の画像表示装置において、たとえば半導体レーザ光源等の固体光源を用いている場合がある。そのような場合に、光源が高熱になる状態が長時間にわたって続くと、光源の光出力が低下するという問題がある。かかる問題を回避するために、通常はヒートシンク等の冷却装置を用いたり、さらに冷却ファン等により冷却したりすることによって、半導体レーザ光源が高熱となる状態や、その光源が配置された基板が高熱にさらされる状態が、長時間にわたり続くことを防止している。

しかしながら、プロジェクタ等の画像表示装置に使用される光源装置では、複数の光源が密に配置されている。そのため、かかる冷却方法では、密に配置された光源を均一に冷却することができず、冷却ムラが生じる。このように冷却ムラを生じる場合、冷却が不充分な光源は、他の光源と比較して安定した強度の光を出力することができず、寿命が短くなる。その結果、複数の光源の間で寿命にばらつきが生じ、そのばらつきにより光源装置自体の寿命も短くなってしまう。

ここで、特許文献１には、光源周辺の温度上昇を予測して、光源の発熱量を抑える光量制御を行う映像投射装置が開示されている。かかる映像投射装置によれば、セット内温度を光源周辺の実装部品の許容温度付近で維持することができる。

特開２００９−３１６２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の映像投射装置では、複数の光源の間で生じる冷却ムラは解消されない。そのため、複数の光源の間における寿命のばらつきに起因する光源装置の短寿命化の問題を解消することができない。

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、複数の半導体レーザ光源の間で寿命のばらつきが小さくして、長寿命化が可能で信頼性の高い光源装置および光源装置を備えた画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、複数の半導体レーザ光源と、複数の半導体レーザ光源の設置領域を複数の領域に分けることで、その設置領域の複数の半導体レーザ光源が、各グループに１つの半導体レーザ光源が属する、または、電気的に直列に接続された複数の半導体レーザ光源が属するよう複数のグループに分けられた基板と、その設置領域の複数の半導体レーザ光源に流れる電流値をグループ単位で独立に制御することにより、半導体レーザ光源の温度制御を行う電流制御手段とを備える。

本発明では、グループ毎に半導体レーザ光源に流れる電流値が独立に制御される。例えば、複数のグループの中で相対的に冷却されにくい位置のグループの半導体レーザ光源については、選択的に電流値を下げ、または、複数のグループの中で相対的に冷却されやすい位置のグループの半導体レーザ光源については、選択的に電流値を上げることができる。そのため、複数のグループの間で半導体レーザ光源の寿命のばらつきを防止して、光源装置が短寿命化することなく最適な光出力を維持することができる。

例えば、電流制御手段は、仮に複数のグループの間で半導体レーザ光源に流れる電流の条件を同じにした場合に、半導体レーザ光源の温度が高くなるグループほど、半導体レーザ光源に流れる電流値が小さくなるよう温度制御を行ってもよい。また、例えば、電流制御手段は、仮に複数のグループの間で半導体レーザ光源に流れる電流の条件を同じにした場合に、半導体レーザ光源の温度が低くなるグループほど、半導体レーザ光源に流れる電流値が大きくなるよう温度制御を行ってもよい。また、例えば、複数の半導体レーザ光源から放出される熱を吸収する流体を流通させることにより、複数の半導体レーザ光源を冷却する冷却手段をさらに備え、電流制御手段は、冷却手段の流体の流通経路において上流で冷却される半導体レーザ光源が属するグループほど、半導体レーザ光源に流れる電流値が大きくなるよう前記温度制御を行ってもよい。

本発明は、かかる構成を採用することにより、最適な温度範囲に半導体レーザ光源を保持することができ、半導体レーザ光源の温度上昇を抑え、冷却効率を上げることができる。その結果、複数のグループの間で半導体レーザ光源の寿命のばらつきを抑え、光源装置の長寿命化を促進することができる。

光源装置は、例えば、上記複数のグループのうち、１つのグループの半導体レーザ光源に流れる電流値に対する、他の１つのグループの半導体レーザ光源に流れる電流値との比を電流比として算出する電流比算出手段をさらに備えるようにしてもよい。

本発明は、かかる構成を採用することにより、得られる電流比をもとに複数のグループにそれぞれ流れる電流を制御することができる。そのため、より正確に半導体レーザ光源の温度を管理することができる。

例えば、電流制御手段は、複数のグループの間で半導体レーザ光源の温度を比較した結果に基づいて、上記温度制御を行ってもよい。

例えば、光源装置は、複数の点灯モードから使用する点灯モードを選択可能であり、電流制御手段は、選択された点灯モードに応じて、上記温度制御を行ってもよい。

本発明は、かかる構成を採用することにより、ユーザの求める表示条件を採用しながら半導体レーザ光源の温度を管理することができる。

例えば、電流制御手段は、半導体レーザ光源の点灯時間に応じて、上記温度制御を行ってもよい。

本発明は、かかる構成を採用することにより、経時的に正確に半導体レーザ光源の温度を管理することができる。

例えば、上記基板を複数備え、複数の基板は熱的に分離され、複数の半導体レーザ光源は、複数の基板に分けて配置され、それぞれの基板に配置された半導体レーザ光源は、１つのグループを構成する、または、複数のグループに分けられている。

本発明は、かかる構成を採用することにより、各基板を小型化でき、光源装置内における各部品の集積度を上げることができる。また、複数の基板は、それぞれ熱的に分離されているため、１つの基板に多くの半導体レーザ光源を配置した場合と比較して冷却効率がよく、容易に温度制御を行うことができる。

光源装置は、例えば、上記複数の半導体レーザ光源からの照射光を集光する光学部品をさらに備え、光学部品は、複数の半導体レーザ光源からの照射光を、１つの領域に集光するよう配置されていてもよい。

本発明は、かかる構成を採用することにより、複数の光源より得られる照射光を集光することができ、高強度の色光を得ることができる。

光源装置は、例えば、上記複数の半導体レー光源からの照射光の波長を変換する波長変換材料をさらに備え、波長変換材料は、上記光学部品により集光された照射光が照射される領域に設けられていてもよい。

本発明は、かかる構成を採用することにより、波長変換材料として蛍光体を用いると、高強度な所望の蛍光を得ることができる。また、波長変換材料を複数準備することにより、同一の波長を有する半導体レーザ光源より照射された照射光を励起光として、種々の色の光を得ることができる。

光源装置は、例えば、上記基板と熱的に接続された冷却手段がさらに備えていてもよい。

本発明は、かかる構成を採用することにより、半導体レーザ光源の冷却効率をさらに上げることができる。そのため、複数の半導体レーザ光源の間における寿命のばらつきを抑え、光源装置の長寿命化を促進することができる。冷却手段により冷却しながら、上記温度制御を行うことにより、冷却手段を使用しない場合と比較して、より大きな電流値を印加することが可能となる。そのため、複数の半導体レーザ光源の間における寿命のばらつきや、光源装置の短寿命化を防止しながら、高い光出力を得ることができる。

例えば、複数の半導体レーザ光源より発せられる波長が同一であってもよい。

本発明は、かかる構成を採用することにより、半導体レーザ光源の種類を限定することができる。そのため、低コスト化を実現でき、各半導体レーザ光源を容易に駆動することができる。なお、かかる構成を採用する場合は、同一の波長を発する複数の半導体レーザ光源が複数のグループに分けられ、グループ毎に独立に半導体レーザ光源の温度が制御される。

また、本発明の光源装置は、複数の半導体レーザ光源と、複数の半導体レーザ光源の設置領域を複数の領域に分けることで、その設置領域の複数の半導体レーザ光源が複数のグループに分けられた基板とを備え、基板において、半導体レーザ光源の設置密度が互いに相違する領域を設けることにより半導体レーザ光源の温度制御を行う。

本発明は、かかる構成を採用することにより、複数のグループの中で相対的に冷却されにくい位置のグループの半導体レーザ光源の単位面積あたりに占める個数を少なくすることで、半導体レーザ光源の温度上昇を抑え、冷却効率を上げることができる。一方、複数のグループの中で相対的に冷却されやすい位置のグループの半導体レーザ光源の単位面積あたりに占める個数を多くし、半導体レーザ光源を短寿命化させることなく、充分な光出力を確保することができる。その結果、複数の半導体レーザ光源の間における寿命のばらつきを抑え、光源装置の長寿命化を促進するとともに、半導体レーザ光源全体として高い光出力を維持することができる。

また、本発明の画像表示装置は、上記光源装置と、光源装置より照射される照射光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された照射光の波長を変換する波長変換材料を備えた波長変換手段と、波長変換手段により波長が変換された照射光の光束を導く導光手段と、映像信号に応じて、導光手段により導かれた照射光の変調を行う画像表示素子と、画像表示素子で変調された照射光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備える。

本発明は、かかる構成を有することにより、複数の半導体レーザ光源の間における寿命のばらつきが小さく、かつ、長寿命化が可能で信頼性の高い光源装置を備えた画像表示装置を提供することができる。

本発明によれば、複数の半導体レーザ光源の間における寿命のばらつきが小さく、かつ、光源装置の長寿命化が可能である。そのため、信頼性の高い光源装置およびその光源装置を備えた画像表示装置を提供することができる。

本発明の一態様の実施形態（実施の形態１）にかかる光源装置の正面図 本発明の一態様の実施形態（実施の形態１）にかかる光源装置の側面図 本発明の一態様の実施形態（実施の形態１）にかかる半導体レーザ光源の説明図 本発明の一態様の実施形態（実施の形態１）にかかる基板の説明図 本発明の一態様の実施形態（実施の形態２）にかかる光源装置の説明図 本発明の一態様の実施形態（実施の形態３）にかかる光源装置の説明図 本発明の一態様の実施形態（実施の形態４）にかかる画像表示装置の説明図 本発明の一態様の実施形態（実施の形態４）にかかる波長変換手段の説明図 本発明の一態様の実施形態（実施の形態４）にかかる画像表示装置の説明図

（実施の形態１）
以下、本実施の形態にかかる光源装置を、図面を参照しながら説明する。図１Ａは、本実施の形態にかかる光源装置１００の正面図である。図１Ｂは、本実施の形態にかかる光源装置１００の側面図である。図２は、本実施の形態にかかる半導体レーザ光源１０１の説明図であり、図２（ａ）は半導体レーザ光源１０１の発光面側の説明図であり、図２（ｂ）は裏面側の説明図である。図３は、本実施の形態にかかる基板１０２の説明図である。

図１Ａに示されるように、本実施の形態にかかる光源装置１００は、複数の半導体レーザ光源１０１と、複数の半導体レーザ光源１０１の設置領域を複数の領域に分けることで、その設置領域の複数の半導体レーザ光源１０１が、各グループに１つの半導体レーザ光源１０１、または、電気的に直列に接続された複数の半導体レーザ光源１０１が属するよう複数のグループに分けられた基板１０２と、設置領域の複数の半導体レーザ光源１０１に流れる電流値をグループ単位で独立に制御することにより、半導体レーザ光源１０１の温度制御を行う電流制御部（電流制御手段）１０９とを備えている。以下、それぞれの部品およびこれらの配置について説明する。

＜半導体レーザ光源について＞
半導体レーザ光源１０１について説明する。半導体レーザ光源１０１は、本実施の形態にかかる光源装置１００において所望の色の光を得るにあたり、その所望の色の光のもとになる光を照射する光源である。半導体レーザ光源１０１の種類としては、特に限定されない。半導体レーザ光源１０１として、たとえば、紫外の照射光を照射する半導体レーザ光源と、青の照射光を照射する半導体レーザ光源とを採用する場合は、これらの照射光を励起光として、赤の蛍光と緑の蛍光を得る機構を採用することができる。この機構を採用すれば、３原色を得ることができ、これらの３原色を合成して種々の色の光を得られる点で好ましい。本実施の形態では、同一の波長の光を発する複数の半導体レーザ光源１０１が、配線基材１０３により電気的に直列に接続されたグループを形成している。そして、このようなグループが、同一の基板１０２上に複数形成されている。つまり、複数の半導体レーザ光源１０１を複数のグループに分けている。そして、基板１０２に設けられた複数の領域のそれぞれに、半導体レーザ光源１０１のグループを配置している。これにより、それぞれのグループを独立して温度制御することが可能となる。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、半導体レーザ光源１０１は、本体部１０４と、複数本のリード電極からなる足部１０５（本実施の形態では、リード電極が２本の場合を例示）とを備える。本体部１０４には、レーザ光を発するレーザ発光部１０６が設けられている。本体部１０４は、レーザ発光部１０６を中心とした膨出部１０７と、膨出部１０７の周囲に設けられた縁部１０８とを備える。

足部１０５は、アノードとなるリード電極と、カソードとなるリード電極とを備える。複数の半導体レーザ光源１０１を一列または縦横に並べた際に、１つの半導体レーザ光源１０１のアノードと、隣り合う半導体レーザ光源１０１のカソードとが横並びとなるよう、リード電極が配置される。この配置を取ることにより、半導体レーザ光源１０１のそれぞれのリード電極を後述する配線基材１０３と接続した際に、各グループで複数の半導体レーザ光源１０１が電気的に直列に接続される。

これら半導体レーザ光源１０１の属するグループの温度制御を行う方法としては、特に限定されない。たとえば、全てのグループに同一の電流値を印加した場合に、相対的に高温となりやすい位置に配置された半導体レーザ光源１０１が属するグループについては、選択的に電流値を下げたり、単位面積あたりに占める半導体レーザ光源１０１の数を少なくしたりする方法を採用することができる。本実施の形態では、それぞれのグループに属する半導体レーザ光源１０１の数を同じにして、各グループに流す電流値を調整する方法を例示している。全てのグループでは、単位面積あたりに占める半導体レーザ光源１０１の数、つまり設置密度が同じである。

各グループに流す電流値を調整する方法としては特に限定されない。たとえば、複数のグループに流れる電流値を、それぞれ独立に制御する電流制御部（電流制御手段）１０９を設ける方法を採用することができる。その場合に、たとえば、光源装置１００は、各グループの半導体レーザ光源１０１の温度を直接的または間接的に計測する温度検出部を備える。温度検出部は、半導体レーザ光源１０１または基板１０２に取り付けられた温度センサなどを用いて、各グループの半導体レーザ光源１０１の温度情報を検出する。電流制御部１０９は、温度検出部の検出値が入力されて、各グループの半導体レーザ光源１０１の温度情報を取得する。さらに、電流制御部１０９は、仮に複数のグループの間で半導体レーザ光源１０１に流れる電流の条件を同じにした場合（たとえば、電流値を同じにした場合）に、複数のグループの中でより高温となる半導体レーザ光源１０１の属するグループに流れる電流値を小さくしたり、複数のグループの中でより低温となる半導体レーザ光源１０１の属するグループに流れる電流値を大きくしたりするよう、半導体レーザ光源１０１の温度制御を行う。この温度制御では、電流制御部１０９は、温度検出部の温度センサなどを使用して得られた温度情報を、あらかじめＲＯＭに格納したデータ（基準温度）と比較した結果に応じて、ＲＯＭ内のデータ（制御値）にアクセスして、各グループの半導体レーザ光源１０１に流れる電流値を設定する。たとえば、電流制御部１０９は、温度検出部から入力された半導体レーザ光源１０１の温度が基準温度よりも高い場合には、その半導体レーザ光源１０１が属するグループの電流値を、標準値に比べて小さい制御値に設定する。逆に、電流制御部１０９は、温度検出部から入力された半導体レーザ光源１０１の温度が基準温度よりも低い場合には、その半導体レーザ光源１０１が属するグループの電流値を、標準値に比べて大きい制御値に設定する。

他にも、光源装置１００は、１つのグループに流れる電流値に対する、他の１つのグループに流れる電流値との比を電流比として算出する電流比算出部（電流比算出手段）１１０をさらに備えていてもよい。その場合に、電流制御部１０９は、複数のグループの間で半導体レーザ光源１０１の温度を比較して、その比較結果に基づいて、上記電流比を変化させるよう構成してもよい。たとえば、電流制御部１０９は、あるグループに属する半導体レーザ光源１０１の温度を経時的に測定する、または、あるグループに属する半導体レーザ光源１０１のすべての温度を測定してその平均値を算出する。これにより、そのグループを代表する温度として、温度情報が取得される。同様の方法により、他のグループを代表する温度としての温度情報も取得する。そして、電流制御部１０９は、グループ間の温度情報を比較して、相対的に高温となっているグループに流れる電流値が低くなるように、電流比を調整する。

また、光源装置１００は、製品出荷時に設定された、または、製品出荷後にユーザにより独自に設定された点灯モード（たとえば高輝度モード、標準モード、省電力モード等）に合わせて、設定された点灯モードをあらかじめ記憶する点灯モード記憶部（点灯モード記憶手段）１１１をさらに備えていてもよい。その場合、電流制御部１０９は、点灯モード記憶部１１１にプリセットされた点灯モード（使用される点灯モード）に応じて、上記電流比を変化させるよう構成してもよい。たとえば、電流制御部１０９は、消費電力が大きい点灯モードほど、各グループに流れる電流値が小さくなるように、上記電流比を変化させる。また、電流制御手段１０９は、半導体レーザ光源１０１の点灯時間に応じて、電流比を変化させるよう構成してもよい。たとえば、電流制御部１０９は、半導体レーザ光源１０１の点灯時間（たとえば、連続点灯時間）が長くなるほど、各グループに流れる電流値が小さくなるように、上記電流比を変化させるよう構成してもよい。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、基板１０２には、Ａ領域、Ｂ領域、およびＣ領域が形成されている。基板１０２に設けられた複数の半導体レーザ光源１０１は、Ａ領域に配置されたＡグループと、Ｂ領域に配置されたＢグループと、Ｃ領域に配置されたＣグループとに分けられている。それぞれのグループについて電流を制御する場合に、たとえば、以下の表１に示すような電流値（Ａ：アンペア）に制御することができる。表１は、ユーザによりプリセットされるか、または、製品出荷時にプリセットされる点灯モードが３種の場合の電流値である。表１には、それぞれの点灯モードにおいて、各グループに流れる電流値が示されている。

他にも、たとえば外気温を経時的に測定し、外気温が高い状況下では１つのグループまたは全グループに流れる電流値を下げるよう電流制御部１０９を構成してもよい。

半導体レーザ光源１０１は、発熱するため、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、後述する熱伝導性のよい素材からなる基板１０２に設置される。光源装置１００は、半導体レーザ光源１０１が発する熱が放熱されるよう構成されている。

半導体レーザ光源１０１の個数としては特に限定されない。たとえばプロジェクタ等の画像表示装置に用いる光源として半導体レーザ光源１０１を使用する場合には、図１Ａに示されるように、縦４個×横６個の半導体レーザ光源１０１を配置することができる。これら半導体レーザ光源１０１から照射される照射光は、同一のスポットを形成するよう光学部品により光束が調整された後、波長変換材料により、適宜照射光の波長が変換されて、投写光として利用される。

＜基板について＞
基板１０２について説明する。基板１０２は、半導体レーザ光源１０１を所定の位置に配置する部材である。基板１０２は、半導体レーザ光源１０１の本体部１０４と当接する受け面１１２を介して、半導体レーザ光源１０１が発する熱が伝達され、伝達された熱を放熱する。基板１０２を構成する材料としては、半導体レーザ光源１０１が発する熱を効率的に放熱できるものであれば特に限定されない。本実施の形態では、アルミニウムを使用して基板１０２を構成している。

半導体レーザ光源１０１を基板１０２に設置する方法としては特に限定されない。たとえば、図３に示されるように、複数の半導体レーザ光源１０１のそれぞれに対して受け面１１２を基板１０２に設け、各受け面１１２に半導体レーザ光源１０１の本体部１０４を当接させる方法を採用することができる。その際、半導体レーザ光源１０１の足部１０５（複数のリード電極）は、基板１０２の受け面１１２の中央に設けられた貫通孔１１３を貫通させて、インシュレータ（図示せず）を介して後述する配線基材１０３により電気的に直列に接続される。基板１０２では、複数の領域（図１Ａでは、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域の３つの領域が設定されている場合を例示）の各々に、グループ化された複数の半導体レーザ光源１０１が配置されている。

＜配線基材＞
配線基材１０３について説明する。配線基材１０３は、同じグループの複数の半導体レーザ光源１０１を電気的に直列に配線するための基材である。配線基材１０３を形成する材料としては特に限定されない。たとえば、配線基材１０３としてフレキシブルプリント基板を採用することができる。フレキシブルプリント基板を構成する絶縁部（ベースフィルム）と導電部は、構成する材料として、公知のものを使用することができる。たとえば、絶縁部としてはポリイミドフィルム、導電部としては銅を採用することができる。

半導体レーザ光源１０１を電気的に直列に接続する方法としては特に限定されない。たとえば、半導体レーザ光源１０１の足部１０５を構成するリード電極を、配線基材１０３の導電部に設けられた貫通孔に貫通し、１つの半導体レーザ光源１０１のリード電極（アノード）と、隣り合う半導体レーザ光源１０１のリード電極（カソード）とをはんだにより接続する方法を採用することができる。

＜冷却装置について＞
冷却装置（冷却手段）１１４について説明する。冷却装置１１４は、半導体レーザ光源１０１が発する熱を、より効率的に放熱するために、設けられる。冷却装置１１４を設けることにより、半導体レーザ光源１０１の冷却効率を上げることができ、長寿命化を促進することができる。

冷却装置１１４の種類としては特に限定されない。たとえば、ヒートシンク、ヒートパイプ、液冷モジュール、およびペルチェ素子の何れか１つまたは複数を内蔵した冷却装置などの各種の装置を採用することができる。さらに、必要に応じて、冷却用のファンを併設してもよい。図１Ｂに示されるように、本実施の形態では、銅製のヒートシンク１１４ａと冷却ファン１１４ｂを備えた冷却装置１１４を採用している。ヒートシンク１１４ａを採用することにより、放熱面積を広く確保することができ、半導体レーザ光源１０１が発する熱を効率的に放熱することができる。その結果、電流制御部１０９により電流を制御する割合を減らすことができ、高強度の光を照射しながら、半導体レーザ光源１０１が高温になることをより効率的に回避することができる。

なお、本実施の形態では、図１Ｂに示されるように、冷却装置１１４が１つの場合を例に説明したが、冷却装置１１４の個数については特に限定されない。たとえば、複数の冷却装置１１４を設け、各グループにそれぞれ対応して冷却装置１１４を配置してもよい。その場合、Ａグループを冷却する冷却装置１１４の冷却能力を、他のグループに対応する冷却装置１１４の冷却能力よりも高く設定する（たとえば冷却ファンの回転数を高くする）ことにより、より確実に各グループに配置される半導体レーザ光源１０１の温度上昇を抑えることができる。なお、複数の冷却装置１１４を配置して、半導体レーザ光源１０１のグループ間で冷却装置１１４の冷却能力を調整する場合（冷却能力を互いに異ならせる場合）に全てのグループの半導体レーザ光源１０１の発熱を充分に抑えることができるのであれば、各グループに印加する電流値を同じなるように温度制御をしてもよい。また、冷却装置１１４による冷却能力を超えない範囲で、各グループの半導体レーザ光源１０１を充分に冷却しつつ、各グループの半導体レーザ光源１０１の温度が高くなり過ぎないように（所定の上限温度を超えないように）、各グループに可能な限り高い電流値を印加して、最大の輝度を得る構成を採用してもよい。

以上、本実施の形態によれば、他のグループに比べて冷却ファン１１４ｂにより冷却されやすい位置（冷却ファンに最も近い位置）に配置されているＡグループに流れる電流値を、Ａグループに比べて冷却ファン１１４ｂにより冷却されにくい位置（Ａグループよりも冷却ファンから離れた位置）に配置されているＢグループおよびＣグループに流れる電流値よりも高く設定することが可能である。一方、ＢグループおよびＣグループに流れる電流値を、Ａグループに流れる電流値よりも低くすることにより、ＢグループおよびＣグループに属する半導体レーザ光源１０１の温度上昇を抑え、寿命を長くすることができる。その結果、複数の半導体レーザ光源１０１の間における寿命のばらつきが小さく、かつ、光源装置１００の長寿命化が可能となる。これにより、信頼性の高い光源装置１００を提供することができる。なお、Ｃグループよりも、Ｂグループに流れる電流値を高く設定してもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態にかかる光源装置２００について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態にかかる光源装置２００の説明図である。

図４に示されるように、本実施の形態にかかる光源装置２００において、各グループに属する半導体レーザ光源１０１の数が、Ａグループでは実施の形態１と同じ８個であるが、Ｂグループでは６個、Ｃグループでは４個となっている。これ以外は、実施の形態１と同じであるため、実施の形態１と同一の参照符号を付して説明を省略する。図４に示されるように、冷却されにくい位置に配置される風下のグループについて、単位面積あたりに配置される半導体レーザ光源１０１の個数を風上のグループよりも少なくしている。これにより、風下の各グループにおける発熱量を抑え、個々の半導体レーザ光源１０１の温度を適切に制御することができる。また、冷却効率を上げることができる。その結果、複数の半導体レーザ光源１０１の間における寿命のばらつきを抑え、光源装置１００の長寿命化を促進することができる。

なお、本実施の形態にかかる光源装置２００では、風下のグループにおける半導体レーザ光源１０１の単位面積あたりの個数を減らすことにより温度を制御している。そのため、グループごとに複数の半導体レーザ光源１０１を電気的に直列に接続してもよいが、グループごとに電気的直列に接続されている必要はない。

なお、本実施の形態では、冷却されにくい位置に配置される風下のグループについて、単位面積あたりに配置される半導体レーザ光源１０１の個数を実施の形態１から減らす場合を例示したが、冷却されやすい位置に配置される風上のグループについて、単位面積あたりに配置される半導体レーザ光源１０１の個数を実施の形態１から増やしてもよい。この場合も、複数の半導体レーザ光源１０１の間における寿命のばらつきを抑え、各半導体レーザ光源１０１が高い光出力を維持しながら、光源装置１００の長寿命化を促進することも可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態にかかる光源装置について、図５を参照しながら説明する。図５に示されるように、本実施の形態にかかる光源装置３００では、半導体レーザ光源１０１が配置された光源設置部が、熱的に分離された複数の基板（図５では、基板３０１および基板３０２の２つの基板が設けられている場合を例示）より構成されてなる。つまり、複数の基板は、離間して配置されている。それ以外は、実施の形態１と同じであるため、実施の形態１と同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、複数の基板が設けられている。それぞれの基板（基板３０１および基板３０２）では、１つまたは複数の半導体レーザ光源１０１が属するグループが、１つまたは複数存在している。このように、複数の基板３０１，３０２を備えることにより、それぞれの基板３０１および基板３０２を小型化できる。さらに、小型化された基板３０１および基板３０２は、光源装置３００内における配置の自由度が増す。そのため、光源装置３００内における各部品の集積度を上げて、光源装置３００全体の小型化も実現することができる。また、基板３０１および基板３０２は熱的に分離されているため、１つの基板１０２に全ての半導体レーザ光源１０１を配置した場合と比較して、冷却効率がよく、温度制御も容易となる。

ここで、本実施の形態では、複数の基板（基板３０１および基板３０２）のそれぞれにおいて、複数の半導体レーザ光源１０１が１つグループを構成している、または、複数のグループに分けられて電気的に直列に接続されている。この場合、それぞれの半導体レーザ光源１０１より照射される照射光が光学部品により１つのスポットに集光されるよう、複数の半導体レーザ光源１０１が配置されていることが好ましい。図５に示されるように、本実施の形態では、基板３０１に配置された半導体レーザ光源１０１から照射された照射光が、反射ミラー３０３により反射され、ダイクロイックミラー３０７を透過する。一方、基板３０２に配置された半導体レーザ光源１０１から照射された照射光が、ダイクロイックミラー３０７を透過する。基板３０１および基板３０２の別々の基板の半導体レーザ光源１０１から照射された照射光は、集光レンズ３０４により、１つのスポットに集光される。なお、ダイクロイックミラー３０７は、基板３０１の半導体レーザ光源１０１および基板３０２の半導体レーザ光源１０１から照射される照射光を透過し、後述する波長変換材料により波長が変換された後の蛍光を反射する性質を有する。このように、光源装置３００内において、半導体レーザ光源１０１は基板３０１および基板３０２に分かれて配置されているものの、基板３０１の半導体レーザ光源１０１の照射光および基板３０２の半導体レーザ光源１０１の照射光を集光して、１つのスポットに照射することにより、高強度の色光を得ることができる。

１つのスポットに集光された照射光は、図５に示されるように、波長変換材料３０５が設けられた波長変換部（波長変換手段）３０６により波長が変換され、各種の色の光に変換される。波長変換材料３０５としては、たとえば、蛍光体を使用することができる。蛍光体としては、たとえば、赤色光を発する赤色蛍光体、緑色光を発する緑色蛍光体等を使用することができる。波長変換部３０６としては、たとえば、波長変換材料３０５を設けた蛍光基板を使用することができる。波長変換材料３０５を蛍光基板上に設ける方法としては特に限定されない。たとえば、蛍光基板の表面に溝を形成し、その溝に、波長変換材料３０５と、有機物あるいは無機物からなるバインダーとを混合した混合物を塗布する方法を採用することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態にかかる画像表示装置４００について、図６を参照しながら説明する。図６は、本実施の形態にかかる画像表示装置４００の説明図であり、ＤＬＰ（登録商標）（Digital Light Processing）プロジェクタの構成を例示している。図７は、本実施の形態にかかる波長変換部４０３（波長変換手段）の説明図であり、図７（ａ）は波長変換部４０３の正面図であり、図７（ｂ）は波長変換部４０３の側面図である。図６に示されるように、本実施の形態にかかる画像表示装置４００は、実施の形態１にかかる光源装置１００を使用した画像表示装置である。画像表示装置４００は、実施の形態１にかかる光源装置１００と、光源装置１００より照射される照射光を集光する集光レンズ４０２と、集光レンズ４０２により集光された照射光の波長を変換する波長変換材料４０４を備えた波長変換部４０３と、波長変換部４０３により波長が変換された照射光の光束を導く導光部（導光手段）４０９と、映像信号に応じて、導光部４０９により導かれた照射光の変調を行う画像表示素子４１３と、画像表示素子４１３で変調された照射光をスクリーン上に投写する投写レンズ４１５とを備える。

図６に示されるように、半導体レーザ光源１０１からの照射光は、ダイクロイックミラー４０１を透過した後、集光レンズ４０２によって集光され、波長変換部４０３の表面に設けられた波長変換材料４０４に照射される。本実施の形態で使用されるダイクロイックミラー４０１は、半導体レーザ光源１０１からの照射光を透過し、後述する波長変換材料４０４により波長が変換された後の蛍光を反射する特性を有する。本実施の形態では、波長変換材料４０４としての３種類の蛍光体が、図７（ａ）に示されるように、波長変換部４０３としての蛍光基板の表面に、３つのセグメント領域４０５，４０６，４０７に分けて設けられている。本実施の形態では、セグメント領域４０５に赤色蛍光体が、セグメント領域４０６に緑色蛍光体が、セグメント領域４０７に青色蛍光体が設けられている。これにより、半導体レーザ光源１０１として紫外の照射光を照射する半導体レーザ光源１０１を採用すれば、それぞれのセグメント領域４０５，４０６，４０７に照射された光を励起光として、それぞれのセグメント領域４０５，４０６，４０７が励起光より長波長の赤、緑、青の蛍光を発することができる。

得られた蛍光は、図６に示されるように、ダイクロイックミラー４０１により反射された後、集光レンズ４０８により集光され、導光部４０９に導かれる。本実施の形態では、導光部４０９として、ロッドインテグレータを採用している。導光部４０９により照度が均一化された射出光は、リレーレンズ４１０、フィールドレンズ４１１、および全反射プリズム４１２を経て、画像表示素子４１３であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）に入射する。ロッドインテグレータの出射面形状が、ＤＭＤ上に転写され効率よく均一に集光できるように、リレー光学系が構成されている。

ＤＭＤは、微少ミラーを２次元的に配置してなる。ＤＭＤは、赤、緑、青の映像入力信号に応じて、各ミラーの傾きを変化させることで、時間的に変調された信号光を形成する。このＤＭＤが赤の映像信号によって駆動されているとき、光源装置１００において、ちょうどセグメント領域４０５に励起光が照射されて赤色蛍光体からの赤色光が出力されるように、たとえば電動モータ等の回転機構（回転手段）４１４により、照射光の集光スポットへセグメント領域４０５を移動させるタイミングが制御されている。同様に、ＤＭＤが緑の映像信号によって駆動されるときは、セグメント領域４０６に照射光が照射されるように、回転機構４１４により、照射光の集光スポットへセグメント領域４０６を移動させるタイミングが制御されている。ＤＭＤが青の映像信号によって駆動されるときは、セグメント領域４０７に励起光が照射されるように、回転機構４１４により、照射光の集光スポットへセグメント領域４０７を移動させるタイミングが制御されている。ＤＭＤによって変調された照射光は、投射レンズ４１５によってスクリーン（図示せず）に投射される。

以上、本実施の形態によれば、複数の半導体レーザ光源の間における寿命のばらつきが小さく、かつ、光源装置１００の長寿命化が可能である。そのため、信頼性の高い光源装置１００を備えた画像表示装置４００を提供することができる。

（実施の形態５）
本発明の光源装置を備えた画像表示装置の別の実施形態について図面を参照しながら説明する。図８は、本実施の形態にかかる画像表示装置５００の説明図であり、液晶プロジェクタの構成を例示している。光源装置の構成は、実施の形態１にかかる光源装置１００と同じであるため、実施の形態１と同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態にかかる画像表示装置５００では、図８に示されるように、半導体レーザ光源１０１からの照射光が、ダイクロイックミラー５０１を透過した後、集光レンズ５０２によって集光され、波長変換部（波長変換手段）５０３の表面に設けられた波長変換材料５０４に照射される。本実施の形態で使用されるダイクロイックミラー５０１は、実施の形態４に使用したものと同じであるため、詳細な説明は省略する。波長変換材料５０４は、赤色、緑色、青色の３種類の蛍光体により構成されており、波長変換部５０３としての蛍光基板の表面に、均一に混合して設けられている。波長変換材料５０４による波長変換により得られた蛍光は、ダイクロイックミラー５０１により反射された後、第１のインテグレータレンズアレイ５０５、第２のインテグレータレンズアレイ５０６、偏光変換素子５０７、および集光レンズ５０８を通過して、波長ごとに空間的に分離される。

ダイクロイックミラー５０９は、青色光を反射し、緑色〜赤色光を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー５０９で反射された青色光は、リレーレンズ５１０、反射ミラー５１１、フィールドレンズ５１２、および入射側偏光板５１３を経て、青色用液晶表示素子５１４へと入射する。

ダイクロイックミラー５０９、およびリレーレンズ５１５を通過した光のうち、緑色蛍光は、ダイクロイックミラー５１６によって反射され、フィールドレンズ５１７と入射側偏光板５１８を経て、緑色用液晶表示素子５１９へと入射される。

一方、ダイクロイックミラー５１６を透過した赤色光は、リレーレンズ５２０、反射ミラー５２１、リレーレンズ５２２、反射ミラー５２３、フィールドレンズ５２４、および入射側偏光板５２５を経て、赤色用液晶表示素子５２６へと入射される。

これら液晶表示素子５１４，５１９，５２６によって入力映像信号に応じて変調された信号光は、出射側偏光板５２７、出射側偏光板５２８、および出射側偏光板５２９を通過した後、クロスダイクロイックプリズム５３０へと入射する。クロスダイクロイックプリズム５３０によって、赤、緑、青の３色の変調信号光は、空間的に合波され、投射レンズ５３１によって、合波された光は、スクリーン（図示せず）に投射される。

以上、本実施の形態によれば、複数の半導体レーザ光源の間における寿命のばらつきが小さく、かつ、光源装置１００自体の長寿命化が可能である。そのため、信頼性の高い光源装置１００を備えた画像表示装置５００を提供することができる。

なお、本発明の光源装置は、プロジェクタ以外にも、背面投射型ディスプレイ装置などの各種の投射型表示装置の光源に使用することができる。
（実施例）

次に、実施例により本発明の光源装置をより具体的に説明するが、本発明は何ら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１Ａに示されるように、基板に縦４個×横６個の半導体レーザ光源を配置し、半導体レーザ光源を８個ずつＡグループ、Ｂグループ、Ｃグループにグループ分けして、各グループで複数の半導体レーザ光源を電気的直列に接続した。表２に示す電流値を、それぞれのグループに１０，０００時間印加し、初期の光出力と、１０，０００時間後の光出力とを測定した。それぞれのグループに属する半導体レーザ光源の熱抵抗（冷却性能）、印加した電流値（ＬＤ電流値）、初期の光出力、１０，０００時間後の光出力、および、１０，０００時間後の光出力の維持率について、表２に示す。なお、熱抵抗（冷却性能）は、数値が小さいほど、冷却性能がよいことを示している。

（比較例１）
比較例１では、全てのグループで印加した電流値を同じとした以外は、実施例１と同様の方法により光出力を算出した。その結果を表２に示す。

表２に示されるように、各グループで電流値を制御した実施例１にかかる光源装置では、１０，０００時間後の光出力が、初期の光出力の５０．９％であった。比較例１にかかる光源装置では、４６．６％であった。この結果より、長時間を経過した場合でも、出力の低下が少なく、長寿命化していることが証明された。また、それぞれのグループの光出力値を比較すると、比較例１のＣグループに属する半導体レーザ光源は、１０，０００時間後の光出力が２．１Ｗしかなく、Ａグループに属する半導体レーザ光源は、１０，０００時間後の光出力が６．２Ｗであり、両者の差が著しく大きくなった。すなわち、同一基板上に配置された半導体レーザ光源であっても、寿命のばらつきが大きいことが判った。一方、実施例１にかかる光源装置では、１０，０００時間後の光出力がもっとも低下したＣグループの半導体レーザ光源の光出力が３．８Ｗであり、Ａグループの半導体レーザ光源の光出力は５．５Ｗであり、両者の光出力の差が比較例１に比べて格段に小さいことが証明された。Ａグループは、冷却ファンにより冷却されやすい位置に配置されている風上のＡグループに流れる電流値を、冷却ファンにより冷却されにくい位置に配置されている風下のＢグループおよびＣグループ（特に、Ｃグループが冷却されにくい）に流れる電流値よりも高く設定することが可能である。一方、ＢグループおよびＣグループに流れる電流値を、Ａグループに流れる電流値よりも低くすることにより、ＢグループおよびＣグループに属する半導体レーザ光源１０１の温度上昇を抑え、寿命を長くすることができた。その結果、複数の半導体レーザ光源１０１の間における寿命のばらつきが小さく、かつ、長寿命化が可能で信頼性の高い光源装置１００を提供することができた。

本発明の光源装置は、たとえば、プロジェクタ等の画像表示装置に用いられる光源装置等の分野で好適に使用される。

１００、２００、３００ 光源装置
１０１ 半導体レーザ光源
１０２、３０１、３０２ 基板
１０３ 配線基材
１０４ 本体部
１０５ 足部
１０６ レーザ発光部
１０７ 膨出部
１０８ 縁部
１０９ 電流制御部（電流制御手段）
１１０ 電流比算出部（電流比算出手段）
１１１ 点灯モード記憶部
１１２ 受け面
１１３ 貫通孔
１１４ 冷却装置（冷却手段）
３０３ 反射ミラー
３０４、４０２、４０８、５０２、５０８ 集光レンズ
３０５、４０４、５０４ 波長変換材料
３０６、４０３、５０３ 波長変換部（波長変換手段）
３０７、４０１、５０１、５０９、５１６ ダイクロイックミラー
４００、５００ 画像表示装置
４０５、４０６、４０７ セグメント領域
４０９ 導光部（導光手段）
４１０、５１０、５１５、５２０、５２２ リレーレンズ
４１１、５１２、５１７、５２４ フィールドレンズ
４１２ 全反射プリズム
４１３ 画像表示素子
４１４ 回転手段
４１５、５３１ 投射レンズ
５０５ 第１のインテグレータレンズアレイ
５０６ 第２のインテグレータレンズアレイ
５０７ 偏光変換素子
５１１、５２１、５２３ 反射ミラー
５１３、５１８、５２５ 入射側偏光板
５１４ 青色用液晶表示素子
５１９ 緑色用液晶表示素子
５２６ 赤色用液晶表示素子
５２７、５２８、５２９ 出射側偏光板
５３０ クロスダイクロイックプリズム

Claims (15)

1. 複数の半導体レーザ光源と、
   前記複数の半導体レーザ光源の設置領域を複数の領域に分けることで、前記設置領域の複数の半導体レーザ光源が、各グループに１つの半導体レーザ光源が属する、または、電気的に直列に接続された複数の半導体レーザ光源が属するよう複数のグループに分けられた基板と、
   前記設置領域の複数の半導体レーザ光源に流れる電流値を前記グループ単位で独立に制御することにより、前記半導体レーザ光源の温度制御を行う電流制御手段とを備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記電流制御手段は、仮に前記複数のグループの間で半導体レーザ光源に流れる電流の条件を同じにした場合に、半導体レーザ光源の温度が高くなるグループほど、半導体レーザ光源に流れる電流値が小さくなるよう前記温度制御を行うことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記電流制御手段は、仮に前記複数のグループの間で半導体レーザ光源に流れる電流の条件を同じにした場合に、半導体レーザ光源の温度が低くなるグループほど、半導体レーザ光源に流れる電流値が大きくなるよう前記温度制御を行うことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
4. 前記複数の半導体レーザ光源から放出される熱を吸収する流体を流通させることにより、前記複数の半導体レーザ光源を冷却する冷却手段をさらに備え、
   前記電流制御手段は、前記冷却手段の流体の流通経路において上流で冷却される半導体レーザ光源が属するグループほど、半導体レーザ光源に流れる電流値が大きくなるよう前記温度制御を行うことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
5. 前記複数のグループのうち、１つのグループの半導体レーザ光源に流れる電流値に対する、他の１つのグループの半導体レーザ光源に流れる電流値との比を電流比として算出する電流比算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
6. 前記電流制御手段は、前記複数のグループの間で前記半導体レーザ光源の温度を比較した結果に基づいて、前記温度制御を行うことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
7. 前記光源装置は、複数の点灯モードから使用する点灯モードを選択可能であり、
   前記電流制御手段は、選択された点灯モードに応じて、前記温度制御を行うことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
8. 前記電流制御手段は、前記半導体レーザ光源の点灯時間に応じて、前記温度制御を行うことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
9. 前記基板を複数備え、
   複数の基板は、熱的に分離され、
   前記複数の半導体レーザ光源は、前記複数の基板に分けて配置され、
   それぞれの基板に配置された前記半導体レーザ光源は、１つのグループを構成する、または、複数のグループに分けられていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
10. 前記複数の半導体レーザ光源からの照射光を集光する光学部品をさらに備え、
    前記光学部品は、前記複数の半導体レーザ光源からの照射光を、１つの領域に集光するように配置されていることを特徴とする請求項９記載の光源装置。
11. 前記複数の半導体レーザ光源からの照射光の波長を変換する波長変換材料をさらに備え、
    前記波長変換材料は、前記光学部品により集光された照射光が照射される領域に設けられていることを特徴とする請求項１０記載の光源装置。
12. 前記基板と熱的に接続された冷却手段をさらに備えられていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
13. 前記複数の半導体レーザ光源より発せられる波長が同一である請求項１記載の光源装置。
14. 複数の半導体レーザ光源と、
    前記複数の半導体レーザ光源の設置領域を複数の領域に分けることで、前記設置領域の複数の半導体レーザ光源が複数のグループに分けられた基板とを備え、
    前記基板において、半導体レーザ光源の設置密度が互いに相違する領域を設けることにより前記半導体レーザ光源の温度制御を行うことを特徴とする光源装置。
15. 請求項１又は１４記載の光源装置と、
    前記光源装置より照射される照射光を集光する集光レンズと、
    前記集光レンズにより集光された照射光の波長を変換する波長変換材料を備えた波長変換手段と、
    前記波長変換手段により波長が変換された照射光の光束を導く導光手段と、
    映像信号に応じて、前記導光手段により導かれた照射光の変調を行う画像表示素子と、
    前記画像表示素子で変調された照射光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備えることを特徴とする画像表示装置。

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