(57)【要約】【課題】高い効率で光を射出可能な光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタを提供すること。【解決手段】光を射出する複数の発光部１ａ〜１ｊを有し、複数の発光部１ａ〜１ｊは、駆動電流に対する光出力として表される光出力特性の差に起因する、複数の発光部１ａ〜１ｊの駆動効率の低下を低減させるように、複数の発光部１ａ〜１ｊが設けられた平面の中心位置Ｏからの距離が互いに近似することで光出力特性が互いに近似する発光部同士が直列に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する複数の発光部を有し、
前記複数の発光部は、駆動電流に対する光出力として表される光出力特性の差に起因する、前記複数の発光部の駆動効率の低下を低減させるように、前記光出力特性が互いに近似する発光部同士が直列に接続されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
互いに直列に接続された発光部からなる第１発光部群と、
互いに直列に接続された発光部からなる第２発光部群と、を有し、
前記第１発光部群を構成する発光部と、前記第２発光部群を構成する発光部とは、互いに前記光出力特性が異なることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記複数の発光部は、前記複数の発光部を駆動させているときの温度が互いに近似する発光部同士が直列に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数の発光部は、平面上に配置され、前記平面の中心位置からの距離が互いに近似する発光部同士が直列に接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記複数の発光部は、前記中心位置に関して互いに略対称である位置に配置された発光部同士が直列に接続されることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
平面上に配置され、光を射出する複数の発光部を有し、
前記複数の発光部は、前記平面の中心位置からの距離が互いに近似する発光部同士が直列に接続されることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
平面上に配置され、光を射出する複数の発光部を有し、
前記複数の発光部は、前記平面の中心位置に関して互いに略対称である位置に配置された発光部同士が直列に接続されることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置を有し、前記光源装置から射出された光を用いて画像を表示することを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクタ、特に、複数の発光部を有する光源装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの光源装置として、レーザ光源を用いる技術が提案されている。プロジェクタの光源として従来用いられているＵＨＰランプと比較すると、レーザ光源は、良好な演色性、長寿命、瞬時に点灯及び消灯が可能である等の特長がある。高出力化を実現するために、レーザ光源として、複数のレーザ光を射出するアレイレーザを用いる場合がある。例えば、特許文献１には、アレイレーザとして、複数の発光部を備える半導体素子を用いる技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／１０９８８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光を射出する発光部を備える半導体素子は、投入される電流の一部が熱に変換されることが知られている。また、一般的に、半導体素子は、高温になるに従い最大出力が低下し、かつ最大出力となるときの電流値も低下することとなる。平面上に複数の発光部を並列させた半導体素子の場合、通常、周辺部に比べて中心位置に近いほど高温となるような温度分布になる。このような温度分布によって互いに異なる温度となる発光部は、最大出力となる電流値に差が生じることとなる。従って、各発光部を直列或いは並列に接続させ、各発光部へ供給する電流値を同じとしても、半導体素子全体としての駆動効率が低下する場合があるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高い効率で光を射出可能な光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、光を射出する複数の発光部を有し、複数の発光部は、駆動電流に対する光出力として表される光出力特性の差に起因する、複数の発光部の駆動効率の低下を低減させるように、光出力特性が互いに近似する発光部同士が直列に接続されることを特徴とする。
【０００６】
直列に接続された発光部は、互いに近似する光出力特性に適した電流値での駆動を可能とする。直列に接続された発光部群ごとに、光出力特性に応じた駆動を可能とすることにより、各発光部の駆動効率の低下を低減させる。これにより、高い効率で光を射出可能な光源装置を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、互いに直列に接続された発光部からなる第１発光部群と、互いに直列に接続された発光部からなる第２発光部群と、を有し、第１発光部群を構成する発光部と、第２発光部群を構成する発光部とは、互いに光出力特性が異なることが望ましい。これにより、互いに異なる光出力特性の発光部群ごとに、光出力特性に応じた駆動が可能となる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の発光部は、複数の発光部を駆動させているときの温度が互いに近似する発光部同士が直列に接続されることが望ましい。これにより、温度に応じた最適な電流値で各発光部を駆動させることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の発光部は、平面上に配置され、平面の中心位置からの距離が互いに近似する発光部同士が直列に接続されることが望ましい。これにより、中心位置に近いほど高くなるような温度分布である場合に、温度が互いに近似する発光部同士を直列に接続させる構成にできる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の発光部は、中心位置に関して互いに略対称である位置に配置された発光部同士が直列に接続されることが望ましい。これにより、中心位置からの距離が互いに略同じである発光部同士を直列に接続させる構成にできる。
【００１１】
さらに、本発明に係る光源装置は、平面上に配置され、光を射出する複数の発光部を有し、複数の発光部は、平面の中心位置からの距離が互いに近似する発光部同士が直列に接続されることが望ましい。互いに熱的に等価な状態となる発光部同士を直列に接続することにより、各発光部について、発光部の温度に応じた最適な電流値での駆動を可能とする。これにより、高い効率で光を射出可能な光源装置を得られる。
【００１２】
さらに、本発明に係る光源装置は、平面上に配置され、光を射出する複数の発光部を有し、複数の発光部は、平面の中心位置に関して互いに略対称である位置に配置された発光部同士が直列に接続されることが望ましい。互いに熱的に等価な状態となる発光部同士を直列に接続することにより、各発光部について、発光部の温度に応じた最適な電流値での駆動を可能とする。これにより、高い効率で光を射出可能な光源装置を得られる。
【００１３】
さらに、本発明に係るプロジェクタは、上記の光源装置を有し、光源装置から射出された光を用いて画像を表示することを特徴とする。上記の光源装置を用いることにより、高い効率で光を供給できる。これにより、高い効率で明るい画像を表示可能なプロジェクタを得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る光源装置の平面概略構成を示す。光源装置は、面発光型の半導体レーザ１０を有する。半導体レーザ１０は、光を射出する複数の発光部１ａ〜１ｊを有する。複数の発光部１ａ〜１ｊは、平面上において一列に、略等間隔で配置されている。
【００１６】
図２は、図１に示す半導体レーザ１０の平面上における位置と温度との関係を表したものである。各発光部１ａ〜１ｊから光を射出させると、各発光部１ａ〜１ｊへ投入された電流の一部が熱に変換されることにより、半導体レーザ１０は熱を発生させる。半導体レーザ１０で生じた熱は、通常、発光部１ａ〜１ｊを並列させた平面の中心位置Ｏに比べて、中心位置Ｏから最も離れた右端ＥＲ及び左端ＥＬで放散し易くなる。このことから、半導体レーザ１０は、中心位置Ｏで最高温度となり、中心位置Ｏから離れるに従って温度が低くなるような温度分布となる。
【００１７】
図３は、発光部の温度による光出力特性の変化について説明するものである。ここで、光出力特性とは、発光部の駆動電流Ｉに対する、発光部の光出力Ｌとして表される特性であって、以下、適宜ＩＬ特性と称する。ここでは、発光部の間における個体差は無いものとし、発光部の駆動によって発生する熱のみにＩＬ特性が依存する場合について説明する。
【００１８】
一般に、半導体素子は、高温になるに従い最大出力が低下する。低温であるときのＩＬ特性Ｔ１と、高温であるときのＩＬ特性Ｔ２とを比較すると、高温であるときの最大出力Ｌ２が、低温であるときの最大出力Ｌ１より低くなる（Ｌ１＞Ｌ２）。また、高温である発光部について光出力が最大となる駆動電流Ｉ２は、低温である発光部について光出力が最大となる駆動電流Ｉ１より低くなる（Ｉ１＞Ｉ２）。このことから、互いにＩＬ特性が異なる発光部同士を同じ電流値で駆動した場合、半導体素子全体としての駆動効率は低下することになる。例えば、低温である発光部に適した駆動電流Ｉ１を、高温である発光部に供給した場合、高温である発光部の出力は最大出力より低下し、駆動効率が低下することとなる。
【００１９】
図４は、本実施例の半導体レーザ１０における各発光部１ａ〜１ｊの接続について説明するものである。各発光部１ａ〜１ｊのうち中心位置Ｏ（図１参照）の左隣りにある発光部１ｅと、中心位置Ｏの右隣りにある発光部１ｆとは、配線によって直列に接続されている。この二つの発光部１ｅ、１ｆは、中心位置Ｏからの距離が略同じである。また、この二つの発光部１ｅ、１ｆは、中心位置Ｏに関して略対称である位置に配置されている。図２で説明した温度分布によると、この二つの発光部１ｅ、１ｆは、各発光部１ａ〜１ｊを駆動させているときに略同じ温度となる。この二つの発光部１ｅ、１ｆは、熱的に等価な状態となる。
【００２０】
各発光部１ａ〜１ｊのうち左端ＥＬ近くにある発光部１ａと、右端ＥＲ近くにある発光部１ｊとは、配線によって直列に接続されている。この二つの発光部１ａ、１ｊは、中心位置Ｏからの距離が略同じである。また、この二つの発光部１ａ、１ｊは、中心位置Ｏに関して略対称である位置に配置されている。図２で説明した温度分布によると、この二つの発光部１ａ、１ｊは、各発光部１ａ〜１ｊを駆動させているときに略同じ温度となる。この二つの発光部１ａ、１ｊは、熱的に等価な状態となる。
【００２１】
これらと同様に、中心位置Ｏからの距離が略同じである発光部同士（１ｄと１ｇ、１ｃと１ｈ、１ｂと１ｉ）は、それぞれ直列に接続されている。ここで、互いに直列に接続された発光部同士を発光部群と称する。半導体レーザ１０は、５つの発光部群から構成されている。発光部１ａ〜１ｊは、発光部群ごとに設けられた電力供給部により、電力が供給される。各発光部群は、発光部の温度に応じて最高出力となる最適な電流値で駆動される。
【００２２】
ある発光部群を第１発光部群、その他のある発光部群を第２発光部群とすると、第１発光部群を構成する発光部と、第２発光部群を構成する発光部とは、互いにＩＬ特性が異なっている。発光部群ごとに電力供給部を設けることにより、ＩＬ特性が異なる発光部群ごと、ＩＬ特性に応じた電流値での駆動が可能となる。図２で示した温度分布、及び図３を用いて説明したＩＬ特性から、各発光部１ａ〜１ｊは、中心位置Ｏに近いほど低い電流値とされる。以上により、高い効率で光を射出できるという効果を奏する。また、全ての発光部１ａ〜１ｊについて個別の電力供給部を設ける場合に対して、電力供給部の数を少なくすることができる。
【００２３】
なお、発光部は、本実施例で説明する個数である場合に限られず、複数であればいずれの個数であっても良い。互いに直列に接続される発光部は二つである場合に限られず、三つ以上であっても良い。また、全ての発光部がいずれかの発光部と直列に接続される場合に限られず、直列に接続された発光部からなる発光部群を少なくとも一つ有する構成であれば良い。例えば、複数の発光部のうち他の発光部に対して特に温度に差が生じる発光部同士のみを直列に接続する構成としても良い。複数の発光部は、平面上の一方向へ並列させたものである場合に限られず、例えば、平面上において二次元方向へ並列させたものであっても良い。
【００２４】
各発光部１ａ〜１ｊは、中心位置Ｏからの距離が略同じである発光部同士を直列に接続する場合に限られない。中心位置Ｏからの距離が互いに近似する発光部同士を直列に接続することで、ＩＬ特性の差に起因する、複数の発光部１ａ〜１ｊの駆動効率の低下を低減させることとしても良い。また、中心位置Ｏからの距離が異なる発光部同士であっても、ＩＬ特性の差に起因する発光部１ａ〜１ｊの駆動効率低下を低減可能であれば、直列に接続しても良い。例えば、中心位置Ｏからの距離が異なる場合でも、発光部１ａ〜１ｊを駆動させているときの温度が互いに近似する発光部同士を直列に接続させることとしても良い。温度に差がある発光部同士であっても、例えば、複数の発光部のうち他の発光部に対して温度の差が小さい発光部同士を、温度が互いに近似するものとみなして直列に接続することとしても良い。
【００２５】
光源装置は、発光部１ａ〜１ｊの駆動によって発生する熱以外の要因によるＩＬ特性の差に基づいて、直列に接続する発光部を決定することとしても良い。例えば、冷却手段により半導体レーザ１０を冷却させる構成において、互いに熱抵抗が近似する発光部同士を直列に接続することとしても良い。この他、例えば製造ばらつきに起因する、発光部ごとの光出力の個体差に応じて、ＩＬ特性が近似する発光部同士を直列に接続することとしても良い。さらに、これらの要因の二つ以上を組み合わせた場合に、ＩＬ特性が互いに近似する発光部同士を直列に接続することとしても良い。いずれの場合も、各発光部のＩＬ特性の差に起因する駆動効率の低下を低減可能であれば、直列に接続させた発光部同士は、ＩＬ特性が互いに近似するものと扱うことが可能であるとする。
【実施例２】
【００２６】
図５は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ２０の概略構成を示す。プロジェクタ２０は、スクリーン２９に光を投写し、スクリーン２９で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ２０は、赤色（Ｒ）光用光源装置２１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源装置２１Ｇ、青色（Ｂ）光用光源装置２１Ｂを有する。各色光用光源装置２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、いずれも上記実施例１で説明した光源装置と同様の構成を有する。プロジェクタ２０は、各色光用光源装置２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの光を用いて画像を表示する。
【００２７】
各色光用光源装置２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、レーザ光を射出する。各色光用光源装置２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、実施例１で説明した半導体レーザ１０（図１参照）の他、光を共振させる外部共振器、波長変換素子、波長選択用フィルタ、偏光選択用フィルタ等を備える構成としても良く、半導体レーザ励起固体（Diode  Pumped  Solid  State；ＤＰＳＳ）レーザであっても良い。
【００２８】
Ｒ光用光源装置２１Ｒは、Ｒ光を射出する光源装置である。拡散素子２２は、照明領域の整形、拡大、照明領域における光量分布の均一化を行う。拡散素子２２としては、例えば、回折光学素子である計算機合成ホログラム（Computer  Generated  Hologram；ＣＧＨ）を用いる。フィールドレンズ２３は、Ｒ光用光源装置２１Ｒからの光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置２４Ｒへ入射させる。Ｒ光用空間光変調装置２４Ｒは、画像信号に応じてＲ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置２４Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２５へ入射する。
【００２９】
Ｇ光用光源装置２１Ｇは、Ｇ光を射出する光源装置である。拡散素子２２及びフィールドレンズ２３を経た光は、Ｇ光用空間光変調装置２４Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置２４Ｇは、画像信号に応じてＧ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置２４Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム２５のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００３０】
Ｂ光用光源装置２１Ｂは、Ｂ光を射出する光源装置である。拡散素子２２及びフィールドレンズ２３を経た光は、Ｂ光用空間光変調装置２４Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置２４Ｂは、画像信号に応じてＢ光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置２４Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム２５のうちＲ光が入射する面、及びＧ光が入射する面とは異なる面へ入射する。透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High  Temperature  Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いる。
【００３１】
クロスダイクロイックプリズム２５は、互いに略直交させて配置された２つのダイクロイック膜２６、２７を有する。第１ダイクロイック膜２６は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜２７は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム２５は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ２８の方向へ射出する。投写レンズ２８は、クロスダイクロイックプリズム２５で合成された光をスクリーン２９に向けて投写する。
【００３２】
上記の実施例１に係る光源装置と同様の構成を有する各色光用光源装置２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを用いることにより、高い効率で光を供給できる。これにより、プロジェクタ２０は、高い効率で明るい画像を表示することができる。プロジェクタは、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）、ＧＬＶ（Grating  Light  Valve）等を用いても良い。
【００３３】
プロジェクタは、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタは、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタは、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクタは、ガルバノミラー等の走査手段により光源装置からのレーザ光を走査させ、被照射面において画像を表示するレーザスキャン型のプロジェクタであっても良い。プロジェクタは、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。
【００３４】
本発明に係る光源装置は、プロジェクタ２０に適用される場合に限られない。光源装置は、例えば、導光板を組み合わせることにより、液晶パネルを照明する照明装置として用いても良い。光源装置は、例えば、レーザ光を用いて照明された被写体をモニタするモニタ装置、レーザ光を用いた露光のための露光装置、レーザ加工装置等の光学系に用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクタに用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１に係る光源装置の平面概略構成を示す図。
【図２】図１に示す半導体レーザの平面上における位置と温度との関係を表した図。
【図３】発光部の温度による光出力特性の変化について説明する図。
【図４】半導体レーザにおける各発光部の接続について説明する図。
【図５】本発明の実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１ａ〜１ｊ  発光部、１０  半導体レーザ、ＥＬ  左端、ＥＲ  右端、Ｏ  中心位置、２０  プロジェクタ、２１Ｒ  Ｒ光用光源装置、２１Ｇ  Ｇ光用光源装置、２１Ｂ  Ｂ光用光源装置、２２  拡散素子、２３  フィールドレンズ、２４Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、２４Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、２４Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、２５  クロスダイクロイックプリズム、２６  第１ダイクロイック膜、２７  第２ダイクロイック膜、２８  投写レンズ、２９  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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