JP6075705B2 - 光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、プロジェクタなどの光学装置において使用可能な、半導体レーザなどの固体発光素子を用いた光源装置、およびプロジェクタに関する。

例えば、ＤＬＰ(TM)プロジェクタや液晶プロジェクタのような画像表示用のプロジェクタや、フォトマスク露光装置においては、これまで、キセノンランプや超高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）が使用されてきた。
一例として、図１６にプロジェクタの原理図を示す（参考：特開２００４−２５２１１２号など）。

前記したように、高輝度放電ランプ等からなる光源（ＵｓＡ）からの光は、凹面反射鏡やレンズ等からなる集光手段（図示を省略）の助けを借りるなどして、光均一化手段（ＦｍＡ）の入射端（ＰｍｉＡ）に入力され、射出端（ＰｍｏＡ）から出力される。ここで、前記光均一化手段（ＦｍＡ）として、例えば、光ガイドを使うことができ、これは、ロッドインテグレータ、ライトトンネルなどの名称でも呼ばれており、ガラスや樹脂などの光透過性の材料からなる角柱によって構成され、前記入射端（ＰｍｉＡ）に入力された光は、光ファイバと同じ原理に従って、前記光均一化手段（ＦｍＡ）の側面で全反射を繰り返しながら、前記光均一化手段（ＦｍＡ）の中を伝播することにより、仮に前記入射端（ＰｍｉＡ）に入力された光の分布にムラがあったとしても、前記射出端（ＰｍｏＡ）上の照度が十分に均一化されるように機能する。

前記射出端（ＰｍｏＡ）の四角形の像が、２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）上に結像されるよう、照明レンズ（Ｅｊ１Ａ）を配置することにより、前記射出端（ＰｍｏＡ）から出力された光によって前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）が照明される。ただし、図１６においては、前記照明レンズ（Ｅｊ１Ａ）と前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）との間にミラー（ＭｊＡ）を配置してある。そして前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）は、映像信号に従って、画素毎に光を投影レンズ（Ｅｊ２Ａ）に入射される方向に向かわせる、あるいは入射されない方向に向かわせるように変調することにより、スクリーン（Ｔｊ）上に画像を表示する。

なお、前記したような２次元光振幅変調素子は、ライトバルブと呼ばれることもあり、図１６の光学系の場合は、前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）として、一般にＤＭＤ(TM)（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）が使われることが多い。

光均一化手段に関しては、前記した光ガイドの他に、フライアイインテグレータという名称で呼ばれるものもあり、この光均一化手段を使ったプロジェクタについて、一例として、図１７に原理図を示す（参考：特開２００１−１４２１４１号など）。

高輝度放電ランプ等からなる光源（ＵｓＢ）からの光は、凹面反射鏡やレンズ等からなるコリメータ手段（図示を省略）の助けを借りるなどして、略平行光線束として、フライアイインテグレータによる光均一化手段（ＦｍＢ）の入射端（ＰｍｉＢ）に入力され、射出端（ＰｍｏＢ）から出力される。ここで、前記光均一化手段（ＦｍＢ）は、入射側の前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）と射出側の後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）と照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）の組合せで構成される。前記前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）、前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）ともに、同一焦点距離、同一形状の四角形のレンズを、縦横それぞれに多数並べたものとして形成されている。

前記前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）の各レンズと、それぞれの後段にある、前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）の対応するレンズとは、ケーラー照明と呼ばれる光学系を構成しており、したがって、ケーラー照明光学系が縦横に多数並んでいることになる。一般にケーラー照明光学系とは、２枚のレンズから構成され、前段レンズが光を集めて対象面を照明するに際し、前段レンズは、対象面に光源像を結像するのではなく、後段レンズ中央の面上に光源像を結像し、後段レンズが前段レンズの外形の四角形を対象面（照明したい面）に結像するよう配置することにより、対象面を均一に照明するものである。後段レンズの働きは、もしこれが無い場合は、光源が完全な点光源でなく有限の大きさを持つとき、その大きさに依存して対象面の四角形の周囲部の照度が落ちる現象を防ぐためで、後段レンズによって、光源の大きさに依存せずに、対象面の四角形の周囲部まで均一な照度にすることができる。

ここで、図１７の光学系の場合、前記光均一化手段（ＦｍＢ）には略平行光線束が入力されることを基本としているため、前記前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）と前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）との間隔は、それらの焦点距離に等しくなるように配置され、よってケーラー照明光学系としての均一照明の対象面の像は無限遠に生成される。ただし、前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）の後段には、前記照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）を配置してあるため、対象面は、無限遠から前記照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）の焦点面上に引き寄せられる。縦横に多数並んでいるケーラー照明光学系は、入射光軸（ＺｉＢ）に平行であり、それぞれの中心軸に対して略軸対称に光線束が入力されるため、出力光線束も略軸対称であるから、レンズ面に同じ角度で入射した光線は、レンズ面上の入射位置によらず、焦点面上の同じ点に向かうよう屈折される、というレンズの性質、即ちレンズのフーリエ変換作用により、全てのケーラー照明光学系の出力は、前記照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）の焦点面上の同じ対象面に結像される。

その結果、前記前段フライアイレンズ（Ｆ１Ｂ）の各レンズ面での照度分布が全て重ね合わされ、よって、ケーラー照明光学系が１個の場合よりも照度分布がより均一となった、１個の合成四角形の像が、前記入射光軸（ＺｉＢ）上に形成されることになる。前記合成四角形の像の位置に２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）を配置することにより、前記射出端（ＰｍｏＢ）から出力された光によって、照明対象である前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）が照明される。ただし、照明に際しては、前記照明レンズ（Ｅｊ１Ｂ）と前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）との間に偏光ビームスプリッタ（ＭｊＢ）を配置して、これにより光が前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）に向けて反射されるようにしてある。そして前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）は、映像信号に従って、画素毎に光の偏光方向を９０度回転させる、あるいは回転させないように変調して反射することにより、回転させられた光のみが、前記偏光ビームスプリッタ（ＭｊＢ）を透過して投影レンズ（Ｅｊ３Ｂ）に入射され、スクリーン（Ｔｊ）上に画像を表示する。

なお、図１７の光学系の場合、前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＡ）として、一般にＬＣＯＳ(TM)（シリコン液晶デバイス）が使われることが多い。このような液晶デバイスの場合、規定の偏光方向の光の成分しか有効に変調できないため、普通は、規定の偏光方向に平行な成分はそのまま透過させるが、規定の偏光方向に垂直な成分のみ偏光方向を９０度回転させ、結果として全ての光を有効利用できるようにするための偏光整列機能素子（ＰｃＢ）が、例えば前記後段フライアイレンズ（Ｆ２Ｂ）の後段に挿入される。また、前記２次元光振幅変調素子（ＤｍｊＢ）には略平行光が入射されるよう、例えばその直前に、フィールドレンズ（Ｅｊ２Ｂ）が挿入される。

なお、２次元光振幅変調素子に関しては、図１７に記載したような反射型のものの他に、透過型の液晶デバイス（ＬＣＤ）も、それに適合する光学配置にして使用される（参考：特開平１０−１３３３０３号など）。

ところで、通常のプロジェクタでは、画像をカラー表示するために、例えば、前記光均一化手段の前段または後段にカラーホイールなどの動的色フィルタを配置して、Ｒ・Ｇ・Ｂ（赤および緑、青）の色順次光線束として前記２次元光振幅変調素子を照明し、時分割によってカラー表示を実現したり、あるいは、前記光均一化手段の後段にダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置してＲ・Ｇ・Ｂの３原色に色分解した光で各色独立に設けた２次元光振幅変調素子を照明し、Ｒ・Ｇ・Ｂの３原色の変調光線束の色合成を行うためのダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを配置したりするが、説明が複雑になることを避けるため、図１６、図１７においては省略してある。

しかしながら、前記した高輝度放電ランプは、投入電力から光パワーへの変換効率が低い、すなわち発熱損が大きい、あるいは寿命が短い、などの欠点を有していた。これらの欠点を克服した代替光源として、近年、発光ダイオードや半導体レーザ等の固体発光素子が注目されている。このうち、発光ダイオードについては、放電ランプと比較して発熱損が小さく、また長寿命であるが、放射される光に関しては、放電ランプと同様に指向性が無いため、前記したプロジェクタや露光装置等の、特定の方向の光のみが利用可能な用途においては、光の利用効率が低いという問題があるが、半導体レーザについては、発光ダイオードと同様に、発熱損が小さく、長寿命である上に、指向性が高いため、前記したプロジェクタや露光装置等の、特定の方向の光のみが利用可能な用途においても、光の利用効率が高い。

ところで、発光ダイオードにせよ半導体レーザにせよ、固体発光素子の場合、素子１個の光放射量は小さいため、プロジェクタ等の光学装置を実現しようとすると、複数の素子を搭載して、各固体発光素子からの光を合算して、所定の光量を実現する必要がある。そのため、例えば特開２０１１−０７６７８１号公報には、複数の光源が行及び列をなすように配列され、前記各光源の光軸が互いに略平行となるように、光源保持体に前記光源群が保持され、前記光源保持体が伝熱部材を介してヒートシンクに熱接続されるものが記載されている。また、例えば特開２００５−１２９８７７号公報には、複数の発光ダイオードを直列接続するものが記載されている。

複数の固体発光素子に同時に通電する場合、このように直列接続する方が、並列接続するよりも、低コスト化の観点から有利となる。何となれば、直列接続する場合は、接続された固体発光素子全体に対し、印加する電圧は固体発光素子１個分の接続個数倍が必要で高くなるが、流す電流は固体発光素子１個分で済むため小さい電流でよいのに比べ、並列接続する場合は、接続された固体発光素子全体に対し、印加する電圧は固体発光素子１個分で済むため低くてよいが、流す電流は固体発光素子１個分の接続個数倍が必要で大きくなるという差異があり、一般に、高い電圧を発生させる回路よりも、大きな電流を流す回路の方が効率が悪くなり易く、高コストになるからである。

一方、前記した高輝度放電ランプのような白色光源と異なり発光ダイオードや半導体レーザなどの固体発光素子は単色光源であるため、例えば特開２００２−２６８１４０号公報に記載のもののようにＲ・Ｇ・Ｂ各色の固体発光素子を用意してカラー化することが必要になる。あるいは、複数色の固体発光素子を用意する代わりに、例えば特開２００４−３４１１０５号公報には、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの色の蛍光を発する蛍光体層が、分割されて形成されたカラーホイールに、単色光源である紫外光を発光する固体発光素子の光を照射し、Ｒ・Ｇ・Ｂ各色の色順次光線束とするものが記載されている。
また、例えば特開２０１０−２３１０６３公報には、Ｒ、Ｇそれぞれの色の蛍光を発する蛍光体層、およびＢ色を散乱または透過する層が、分割されて形成されたカラーホイールに、単色光源である青色光を発光する固体発光素子の光を照射し、Ｒ・Ｇ・Ｂ各色の色順次光線束とするものが記載されている。なお、これらのように複数色の固体発光素子を用いる代わりに、単色光を発光する固体発光素子と、動的色変換素子たるカラーホイールを用いるのは、構成の簡略化と低コスト化を図るためである。

以上述べたように、従来より、固体発光素子を用いた光源装置の低コスト化に向けた工夫は行われていたが、十分ではなかった。例えば、前記した、単色光を発光する固体発光素子と動的色変換素子を用いるものの場合、Ｒ・Ｇ・Ｂ各色の明るさは、入射する単色光の明るさに単純に比例しないため、調光を行うと各色のバランスが崩れてしまうし、蛍光体の劣化の影響を補正するために、各色のバランスの微妙な調整が必要になる。あるいは、前記した２次元光振幅変調素子が有する限られた表現可能諧調数の下で細やかな諧調表現能力を得るために、薄暗い映像の場合は薄暗さに応じて定量的にＲ・Ｇ・Ｂ各色の明るさを落とし、また赤っぽい映像の場合は、赤っぽさに応じて定量的にＧ・Ｂ色の明るさを落とす、などの操作を行うために、各色のバランスの微妙な調整が必要になる。
しかし実際にこれを行う場合は、動的色変換における色の切り換わりタイミングに合わせて単色光の明るさを変化させることが必要になり、その際、単色光の明るさの制御目標値たる変調量指定信号を生成するホスト回路と固体発光素子に電流を流す給電回路とを絶縁するか否か、さらに絶縁する場合には、前記した変調量指定信号の伝送方法をどのようにするかによって、光源装置のコストは大きな影響を受けることになるが、従来の光源装置では、低コスト化に最適な構成にはなっていなかった。

特開２０１１−０７６７８１号 特開２００５−１２９８７７号 特開２００２−２６８１４０号 特開２００４−３４１１０５号 特開２０１０−２３１０６３号

本発明が解決しようとする課題は、各固体発光素子と、それらが固定されるヒートシンクと、全固体発光素子に給電する給電回路の入力側および出力側と、変調量指定信号を生成するホスト回路とについて、それらの相互の電気的絶縁を適切な構成とすることにより、必要な安全性を確保しつつ低コスト化を達成した光源装置およびプロジェクタを提供することにある。

本発明における第１の発明の光源装置は、複数の固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）を含む発光素子集合体（Ｕｄ）と、該発光素子集合体（Ｕｄ）に給電するための給電回路（Ｕｂ）とを有する光源装置であって、 前記発光素子集合体（Ｕｄ）は、全ての前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）のそれぞれの発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）を幾何光学的な１個の出力像（Ｋｆ）と共役たらしめるための光線束変換光学系（Ｕｆ）を有し、全ての前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が直列接続されて、発光素子直列接続回路（Ｎｓ）を構成し、かつ全ての前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、相互に電気的に絶縁された状態でヒートシンク（Ｈｓ）に対して固定されており、 前記給電回路（Ｕｂ）は、該給電回路（Ｕｂ）の前段に接続されるＤＣ電源（Ｕｖ）の出力電圧を降圧するためのコンバータ回路（Ｅｘ）を有し、前記コンバータ回路（Ｅｘ）によって生成された出力電圧Ｖｏを前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加するものであって、 前記コンバータ回路（Ｅｘ）は、少なくとも１個のスイッチ素子（Ｑｘ）を含み、かつ入力側と出力側の回路が電気的に非絶縁であり、 前記給電回路（Ｕｂ）は、さらに前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に流れる、前記コンバータ回路（Ｅｘ）の出力電流Ｉｏを検出して出力電流信号（Ｓｉ）を生成する出力電流検出手段（Ｉｘ）と、前記コンバータ回路（Ｅｘ）を制御するための給電制御回路（Ｆｘ）と、ホスト回路（Ｕｈ）から変調量指定信号（Ｓｍ）を受信するためのインターフェイス回路（Ｔｘ）とを有し、 前記給電制御回路（Ｆｘ）は、前記出力電流信号（Ｓｉ）が示す電流値と、前記インターフェイス回路（Ｔｘ）から入力される目標電流信号（Ｓｊ）が示す電流値との差が小さくなるよう、前記スイッチ素子（Ｑｘ）のスイッチング周期に対するオン時間の割合をフィードバック制御するように構成し、 前記インターフェイス回路（Ｔｘ）は、前記変調量指定信号（Ｓｍ）とは電気的に絶縁されたアナログ量を生成するためのデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）を有し、前記インターフェイス回路（Ｔｘ）は、前記変調量指定信号（Ｓｍ）によって指定される変調量に対して相関するアナログ量を、前記データ絶縁伝達手段（Ａｔ）を介して、前記目標電流信号（Ｓｊ）を生成し、 前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）と光透過窓部（Ｗｙ１，Ｗｙ２，…）とから構成される外囲器に覆われる構造を有しており、絶縁部材（ＩｓＡ１，ＩｓＡ２，…）と絶縁部材（ＩｓＢ１，ＩｓＢ２，…）とを介在させて、光が射出される側、およびその反対側から、前記ヒートシンク（Ｈｓ）と固定用部材（Ｆｓ）とで前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）を挟むよう、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）と前記ヒートシンク（Ｈｓ）と前記固定用部材（Ｆｓ）とを配置し、前記固定用部材（Ｆｓ）は弾性を有しており、該固定用部材（Ｆｓ）を前記ヒートシンク（Ｈｓ）に対して固定することにより前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が前記ヒートシンク（Ｈｓ）に対して固定されることを特徴とする。

本発明における第２の発明の光源装置は、前記光線束変換光学系（Ｕｆ）は、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）のそれぞれに対応して設けられるコリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）によって構成されており、前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）の基準面（Ｐｚ１，Ｐｚ２，…）に対して特定の方向に平行な光が射出されるよう、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を固着したレンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）が前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）に対して設置されていることを特徴とする。

本発明における第３の発明の光源装置は、前記レンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）が前記絶縁部材（ＩｓＡ１，ＩｓＡ２，…）を兼ねることを特徴とする。

本発明における第４の発明の光源装置は、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の直列接続限界個数である発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加する電圧が、ＤＣ電源（Ｕｖ）の電圧の８０％以下となるように、該固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の個数が設定されていることを特徴とする。

本発明における第５の発明の光源装置は、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）はチップ形状を有し、複数個の前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が絶縁材基板（Ｐｉｈ）に固着されており、前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）が前記ヒートシンク（Ｈｓ）に固定されることを特徴とする。

本発明における第６の発明のプロジェクタは、第１から５の発明に記載の光源装置を利用して画像を投影表示することを特徴とするものである。

本発明における第７の発明のプロジェクタは、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）が商用電源（Ｐｓ）を変換して出力電圧を生成するものであって、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）の出力は、前記商用電源（Ｐｓ）と電気的に非絶縁であることを特徴とするものである。

必要な安全性を確保しつつ低コスト化を達成した光源装置およびプロジェクタを提供することができる。

本発明の光源装置を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明の光源装置の実施例の一部の一形態を簡略化して示す図を表す。 本発明のプロジェクタの実施例の一形態を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明のプロジェクタに係わる従来のプロジェクタの一種の一部の一形態を説明する原理図を表す。 本発明のプロジェクタに係わる従来のプロジェクタの一種の一部の一形態を説明する原理図を表す。

本発明に関する説明において、共役という用語に関しては、幾何光学分野における一般用語として、例えば、ＡとＢとは共役である、と言うとき、少なくとも近軸理論に基づき、レンズ等の結像機能を有する光学素子の作用によってＡがＢに、またはＢがＡに結像されることを意味する。このとき、Ａ，Ｂは像であって、孤立した点像が対象として含まれることは当然として、複数の点像からなる集合や、点像が連続的に分布した拡がりのある像も対象として含める。

ここで、点像あるいは像点（すなわち像）とは、幾何光学分野における一般用語として、実際に光がその点から放射されているもの、光がその点に向かって収束して行ってスクリーンを置くと明るい点が映るもの、光がその点に向かって収束して行くように見える（が、その点は光学系の内部にあってスクリーンを置けない）もの、光がその点から放射されているように見える（が、その点は光学系の内部にあってスクリーンを置けない）もの、の何れをも含み、区別しない。なお、平行光線束は無限遠の像点を形成すると考える。

このとき、幾何光学的設計では点像が生ずべき条件であっても、回折現象によって実際には点像ではなく、ある面積に拡がった集光領域を形成する現象や、結像における収差やピント調整誤差、レンズ等の光学素子の欠陥や組立て誤差等によってボケが生じ、回折現象による限界の集光領域よりも、大きい面積に拡がった集光領域を形成するに過ぎない現象、さらに光学系の組立て調整誤差等によって、像点の位置が理想的な設計位置からずれたりする現象が出力像（Ｋｆ）に伴っていても、本光源装置が組み込まれるプロジェクタ等の本体装置において、生成された出力像を有効に利用可能であれば、これらの現象は無視してよい。

先ず、本発明の光源装置を簡略化して示すブロック図である図１を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。発光素子集合体（Ｕｄ）を構成する各固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、例えば半導体レーザであり、これらを直列接続して発光素子直列接続回路（Ｎｓ）を構成する。さらに、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に電流を流した際に発生する熱を排出するために、前記各固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、相互に電気的絶縁が施された状態で、ヒートシンク（Ｈｓ）に対して必要な熱的接触が実現されるように固定する。

また、前記発光素子集合体（Ｕｄ）には光線束変換光学系（Ｕｆ）が設けられており、該光線束変換光学系（Ｕｆ）は、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）それぞれの発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）からの光線束（Ｂｙ１，Ｂｙ２，…）を受け、出力光線束（Ｂｆ）に変換して出力することにより、それぞれの前記発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）が、全体として共通の１個の出力像（Ｋｆ）に結像するように構成する。なお、本光源装置の前記出力像（Ｋｆ）として、無限遠の像点を生成するようにしてもよい。何となれば、無限遠の像点は、本光源装置が組み込まれるプロジェクタ等の本体装置において、必要に応じ、凸レンズ等を用いて、簡単に任意位置の像点に変換することができるからである。当然ながら、この像点位置に光ファイバの一端のコア端面を設置して光を入力し、同光ファイバの他端のコア端面から射出される光を利用するようにしてもよい。

なお、前記したように像点が無限遠の場合、それぞれの前記発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）からの光線束はコリメートされる必要があるが、コリメート後の光線束の太さを十分に太くすることができないときは、発散光にならざるを得ず、厳密には、凸レンズ等を用いて全ての光線束を一つの像点に結像することはできなくなってしまう。このような場合、それぞれの前記発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）からの光線束の主光線、すなわち光線束の中心光線は、互いに平行になっており、出力側にテレセントリック系となっているはずであるため、後段に凸レンズ等を挿入した場合、元々想定していた無限遠に対応する像点位置には射出瞳が生成されることになるが、この大きさが十分小さく、プロジェクタ等の本体装置で有効に利用可能であれば、これを前記出力像（Ｋｆ）として扱えばよい。

前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に所定の電流を流すための給電回路（Ｕｂ）は、その前段に接続されるＤＣ電源（Ｕｖ）の電圧を、それよりも低い電圧に降圧することのできるコンバータ回路（Ｅｘ）を備えており、前記コンバータ回路（Ｅｘ）の出力電圧Ｖｏが、その出力のノード（Ｔ２０，Ｔ２１）から前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加される。前記コンバータ回路（Ｅｘ）は、その入力のノード（Ｔ１０，Ｔ１１）と、前記ノード（Ｔ２０，Ｔ２１）の相互の間が、例えばトランスによって絶縁されていない、非絶縁の構造を有し、例えばＦＥＴによるスイッチ素子（Ｑｘ）のスイッチング動作によって前記出力電圧Ｖｏを発生させるもので、給電制御回路（Ｆｘ）は、前記スイッチ素子（Ｑｘ）をオン状態またはオフ状態にするためのゲート駆動信号（Ｓｇ）を生成し、それがゲート駆動回路（Ｇｘ）を介して前記スイッチ素子（Ｑｘ）に与えられるように構成されている。

前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に流れる電流、すなわち前記コンバータ回路（Ｅｘ）の出力電流Ｉｏは、出力電流検出手段（Ｉｘ）により検出され、前記出力電流Ｉｏの大きさに相関する出力電流信号（Ｓｉ）が生成される。一方、出力電流Ｉｏの目標値は、その目標値の大きさに相関する目標電流信号（Ｓｊ）によって前記給電制御回路（Ｆｘ）に与えられ、該給電制御回路（Ｆｘ）は、前記出力電流Ｉｏとその目標値との差が小さくなるよう、前記スイッチ素子（Ｑｘ）のスイッチング動作のデューティサイクル比、すなわちスイッチング周期に対するオン時間の割合を、フィードバック制御する。

ホスト回路（Ｕｈ）、すなわち本光源装置が組み込まれるプロジェクタ等の本体装置（あるいは特に、本体装置に含まれる、映像信号の生成を司る制御回路）は、前記したような事項を目的とした各色のバランスの微妙な調整などを実現するために、前記目標電流信号（Ｓｊ）の大きさを規定するための変調量指定信号（Ｓｍ）を生成し、本光源装置は、該変調量指定信号（Ｓｍ）をインターフェイス回路（Ｔｘ）で受信する。前記インターフェイス回路（Ｔｘ）では、前記変調量指定信号（Ｓｍ）とは電気的に絶縁されたアナログ量を生成するためのデータ絶縁伝達手段によって、前記変調量指定信号（Ｓｍ）に指定された大きさを有する、アナログの前記目標電流信号（Ｓｊ）に変換される。

以上のように構成された本発明の光源装置では、複数の前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）よりの前記光線束（Ｂｙ１，Ｂｙ２，…）から、１個の前記出力像（Ｋｆ）が形成されるため、本光源装置の出力は、実質的に点光源と見なすことができ、したがって、例えば本光源装置をプロジェクタ用の光源として使用する場合に、光の利用効率を最大限に向上させることができる。

また、前記各固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が直列接続されているため、直列接続された全ての固体発光素子は、共通の唯１個の電流ループによって駆動されることにより、前記給電回路（Ｕｂ）からの出力電流Ｉｏは最小限に抑えられるため、高コストな大電流用の回路素子を使う必要がなくなり、低コスト化を図ることができる。さらに、電流によって生ずる回路素子のジュール損を低く抑えることができるため、回路の効率が向上し、発熱が抑えられ、必要な冷却能力を低く設定することができ、低コスト化を図ることができる。さらに、前記コンバータ回路（Ｅｘ）は、非絶縁のものでよいため、入力側、すなわち前記ノード（Ｔ１０，Ｔ１１）と導通のある系統と、出力側、すなわち前記ノード（Ｔ２０，Ｔ２１）と導通のある系統とを、例えばトランス等を用いて絶縁する事が不要となるため、低コスト化を図ることができる。

なお、本発明の光源装置では、前記した、ジュール損の低減や絶縁用トランスの不要化という特徴により、本光源装置や、本光源装置が組み込まれるプロジェクタ等の本体装置に対し、低コスト化と並んで、小型化や軽量化を図れることも期待できる。

なお、例えば、前記各固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の電圧が４．５Ｖであり、固体発光素子の直列個数を５０個とすると、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）の両端に印加されるべき電圧は２２５Ｖとなる。したがって、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）としては、この電圧に対して、高速で安定な制御ができるための余裕分を加算した電圧、例えば２７０Ｖ程度を出力するものを用意する必要がある。また、前記ヒートシンク（Ｈｓ）が金属などの導電性材料で構成されており、１個の前記ヒートシンク（Ｈｓ）に全ての前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）を固定する場合、前記した固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）に施された電気的絶縁には、前記ヒートシンク（Ｈｓ）を介して最大２２５Ｖの電圧が印加される可能性があるため、この電圧に相応した耐力が、前記した固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）に施された電気的絶縁には必要である。

なお、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）において直列接続される、それぞれの前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）について、例えば、１個のパッケージ内に、複数の固体発光素子が並列接続されて収納されているものも、本発明の光源装置の固体発光素子として使用可能である。

一般に、半導体レーザや発光ダイオードなどの固体発光素子は、製造バラツキ等に起因して同じ電流を流しても、端子間に発生する電圧は、個々の固体発光素子毎に相違するため、複数のものを並列接続すると、著しい電流の不均衡が発生する可能性がある。そのため、本発明の光源装置においては、それぞれの前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は直列接続されることを基本としているが、前記した１個のパッケージ内に、複数の固体発光素子が並列接続されて収納されてメーカから供給されるものの場合、パッケージ内に含まれる各固体発光素子は、一つの半導体基板上に複数の固体発光素子が形成されたものであったり、並列接続しても問題無いよう、特性の揃った固体発光素子が選別されて組み合わされる上に、同じパッケージ内に収納されることにより同一の熱的環境に置かれることになるため、並列接続されていることを意識する必要が無く、１個の固体発光素子と見なすことができる。

同様に、並列接続しても問題無いよう、特性の揃った固体発光素子を選別して組み合わせて並列接続し、組み合わせたグループ内の全ての固体発光素子の熱的接触を良好にして同一の熱的環境に置くよう構成することにより、前記グループを１個の固体発光素子と見なして、本発明の光源装置の固体発光素子として使用可能である。

前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に含ませることができる前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の個数には上限がある。前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に含まれる固体発光素子の個数を順次増加して行ったとして、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加すべき電圧が、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）の電圧と同程度になると、固体発光素子の個数は、それ以上増加することはできない。実際には、高速で安定な制御ができるための余裕分を見込むと、直列接続限界個数である前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加する電圧が、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）の電圧の８０％程度となる個数以下に抑えることが望ましい。

前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に含まれる、それぞれの前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）には特性バラツキが存在するため、発光素子直列接続回路（Ｎｓ）が複数個あった場合、それぞれに含まれる固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の個数が仮に同じであっても、一般に、同じ電圧を印加しても流れる電流は同じにならない。したがって、それぞれの前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に流れる電流を所期の値に制御する必要があるならば、接続したい固体発光素子の個数が前記した直列接続限界個数を超過するからと言って、１個の前記給電回路（Ｕｂ）に、複数個の前記発光素子集合体（Ｕｄ）を並列接続する使い方は適当ではない。このような場合は、１個の前記給電回路（Ｕｂ）と１個の前記発光素子集合体（Ｕｄ）よりなる組を、必要個数だけ前記ＤＣ電源（Ｕｖ）に並列接続する方法をとることにより解決することができる。

ただし、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）と、それに直列に接続したスイッチデバイスとからなる組について、その複数組を並列接続したものに対し、１個の前記給電回路（Ｕｂ）から給電する構成とし、常に前記スイッチデバイスの１個のみが選択されてオンになるように制御する使い方は可能である。この場合、それぞれの組毎に、接続される固体発光素子の種類（例えば発光色）を異ならせたり、選択されるスイッチデバイスに応じて、前記変調量指定信号（Ｓｍ）を変化させて、発光素子直列接続回路（Ｎｓ）毎に流れる電流パターンを独立に設定するような使い方も可能である。ここで、使用するスイッチデバイスとしては、ＦＥＴ等が好適で、先の図１に関して言えば、このスイッチデバイスを前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）と低圧側のノード（Ｔ２０）との間に挿入すればよい。

なお、多数の固体発光素子を直列接続した前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）の場合、オープンモードで故障した固体発光素子が１個でも発生すると、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）全体がオープンモードで故障することになって使用不能になってしまう問題がある。この問題を解決するためには、例えば、１個以上の固体発光素子の直列接続部分を一つの組として、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）を複数個の組が直列接続されたものと見なして、各組毎に短絡デバイスを並列接続しておき、オープンモードで故障した固体発光素子が存在する組の短絡デバイスをオン状態、すなわち短絡状態にすることにより、電流がバイパスされて全体としての直列接続が回復するため、全体が使用不能になる問題を回避することができる。

ここで、使用する短絡デバイスとしては、例えばＳＣＲ（すなわちサイリスタ）やＦＥＴ等の制御端子を有する素子も使用できるが、２端子素子であって、例えばサイダックやＳＳＳのように、端子間に発生する電圧が閾値を越えるまではオフ状態であるが、閾値を越えるとオン状態に遷移して電流が流れ始め、既定値の電流が流れる限りオン状態を維持するものや、ツェナダイオードのように、端子間に発生する電圧が上昇すると端子間インピーダンスが急激に低下して、実質的に閾値（すなわちツェナ電圧）を維持するように動作するものが好適である。ここで２端子素子の選定に際しては、出力電流Ｉｏを流したときに、一つの組に含まれる固体発光素子全体に発生する電圧に対し、安定動作のための適当なマージン電圧だけ高い閾値を有する素子を選べばよい。

例えば、前記固体発光素子が、１個の順方向電圧の最大値が５．３Ｖの半導体レーザであるとして、５０個の半導体レーザが直列接続されて前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）が構成されている場合、例えば、２個の半導体レーザが直列接続されたものを一つの組として、計２５個の組が直列接続されたものと見なして、各組毎にツェナダイオードを並列接続するならば、例えば０．４Ｖのマージン電圧を見込んで、１１Ｖのツェナ電圧を有するツェナダイオードを選定すればよい。あるいは、例えば、５個の半導体レーザが直列接続されたものを一つの組として、計１０個の組が直列接続されたものと見なして、各組毎にＳＣＲを並列接続するならば、例えば１．５Ｖのマージン電圧を見込んで、２８Ｖの閾値電圧になるようゲート回路を構成すればよい。

図２は、本発明の光源装置で使用することのできる前記コンバータ回路（Ｅｘ）の具体化された一例を示すものである。降圧チョッパ回路を基本とした前記コンバータ回路（Ｅｘ）は、前記ノード（Ｔ１０，Ｔ１１）に接続された前記ＤＣ電源（Ｕｖ）より電圧の供給を受けて動作し、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）への給電量調整を行う。前記コンバータ回路（Ｅｘ）においては、ＦＥＴ等のスイッチ素子（Ｑｘ）によって前記ＤＣ電源（Ｕｖ）よりの電流をオン・オフの切換えを行い、チョークコイル（Ｌｘ）を介して平滑コンデンサ（Ｃｘ）に充電が行われ、この電圧がノード（Ｔ２０，Ｔ２１）から前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加され、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に電流を流すことができるように構成されている。

なお、前記スイッチ素子（Ｑｘ）がオン状態の期間は、前記スイッチ素子（Ｑｘ）を通じた電流により、直接的に前記平滑コンデンサ（Ｃｘ）への充電と、負荷である前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）への電流供給が行われるとともに、前記チョークコイル（Ｌｘ）に磁束の形でエネルギーを蓄え、一方、前記スイッチ素子（Ｑｘ）がオフ状態の期間は、フライホイールダイオード（Ｄｘ）を介した前記チョークコイル（Ｌｘ）に磁束の形で蓄えられたエネルギーによる、および前記平滑コンデンサ（Ｃｘ）からの放電による前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）への電流供給が行われる。このような降圧チョッパ型の前記コンバータ回路（Ｅｘ）においては、前記スイッチ素子（Ｑｘ）の動作周期に対する、前記スイッチ素子（Ｑｘ）がオン状態の期間の比、すなわちデューティサイクル比により、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）への給電量を調整することができる。ここでは、あるデューティサイクル比を有するゲート駆動信号（Ｓｇ）が給電制御回路（Ｆｘ）によって生成され、ゲート駆動回路（Ｇｘ）を介して、前記スイッチ素子（Ｑｘ）のゲート端子を制御することにより、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）よりの電流のオン・オフが制御される。

前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に流れる出力電流Ｉｏと、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加される出力電圧Ｖｏとは、出力電流検出手段（Ｉｘ）と、出力電圧検出手段（Ｖｘ）とによって、検出できるように構成するが、前記出力電流検出手段（Ｉｘ）については、シャント抵抗を用いて、また前記出力電圧検出手段（Ｖｘ）については、分圧抵抗を用いて、それぞれ簡単に実現することができる。

前記ＤＣ電源（Ｕｖ）が、その入力が商用電源（Ｐｓ）に接続されて後段に電力供給するものであって、例えばトランスによって絶縁されていない、非絶縁の構造を有しており、したがって、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）の出力が、前記商用電源（Ｐｓ）と電気的に非絶縁である場合は、前記したように、前記コンバータ回路（Ｅｘ）も入力側と出力側の回路が電気的に非絶縁であるため、前記コンバータ回路（Ｅｘ）から給電される前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）もまた前記商用電源（Ｐｓ）と電気的に非絶縁となる。

このような場合でも、前記したように、前記各固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、相互に電気的絶縁が施された状態で、ヒートシンク（Ｈｓ）に対して必要な熱的接触が実現されるように固定されているため、前記したように、前記ヒートシンク（Ｈｓ）が金属などの導電性材料で構成されている場合でも、前記ヒートシンク（Ｈｓ）が危険電圧充電部にならない。したがって、前記した固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）に施された電気的絶縁に、安全規格によって要求される絶縁耐力を持たせておけば、本光源装置が組み込まれるプロジェクタ等の本体装置の筐体が導電性であっても、それに、前記ヒートシンク（Ｈｓ）を直接接続することも可能となる。

このように本発明の光源装置は、安全上の問題を生じることなく、商用電源（Ｐｓ）に接続される前記ＤＣ電源（Ｕｖ）として、その出力が、前記商用電源（Ｐｓ）に対して非絶縁に構成されたものからも給電を受けることを可能とするため、本光源装置が組み込まれるプロジェクタ等の本体装置の低コスト化に貢献することができる。一般にプロジェクタ等においては、このような、商用電源（Ｐｓ）に接続され入出力が非絶縁のＤＣ電源として、昇圧チョッパを基本とする、安価な力率改善アクティブフィルタ型ＤＣ電源が多用されるが、当然ながら本光源装置は、この型のＤＣ電源から給電を受けるようにすることが可能である。

前記インターフェイス回路（Ｔｘ）において、前記変調量指定信号（Ｓｍ）とは電気的に絶縁されたアナログ量を生成することは、例えば、光ファイバによるディジタルデータ転送で使われているものと同様の技術を用いて実現することができる。例えば、前記変調量指定信号（Ｓｍ）があるビット長のパラレルのディジタルデータであるとして、先ずこれをパラレル・シリアル変換回路を用いてシリアル電気信号に変換した後、変調回路と発光素子によって、このシリアル電気信号で変調された光信号に変換し、次にこの光信号を、変調回路とは電気的に絶縁された受光素子と復調回路によって、復調してシリアル電気信号に変換し、シリアル・パラレル変換回路を用いて同じビット長のパラレルのディジタルデータを復元することにより、変調量指定信号（Ｓｍ）と電気的に絶縁された、同様形式・同様内容の電気信号を生成した後、これをＤＡ変換器によってアナログ信号に変換する形式のデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）により実現することができる。

あるいは、前記変調量指定信号（Ｓｍ）がディジタルデータであるとして、先ずデータ内容に相関するアナログ量に変換し、次にこれを電気的に絶縁された他の信号に変換した後、目的とするアナログ信号を得る、アナログ量伝達形式のデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）により実現することもできる。

例えば、前記変調量指定信号（Ｓｍ）があるビット長のパラレルのディジタルデータであるとして、これをデータ内容に相関したパルス幅を有するシリアル信号に変換（いわゆるＰＷＭ）し、次にこれをフォトカプラを用いて、電気的に絶縁されたシリアル信号に変換した後、ローパスフィルタを用いてパルス的成分を除去してレベル信号に変換する方式のアナログ量伝達形式のデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）により目的とするアナログ信号を得ることができる。また、前記したパルス幅の代わりに、データ内容に相関したパルス頻度や周波数を有するシリアル信号に変換（いわゆるＦＭ）する方式のアナログ量伝達形式のデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）によっても、同様のことを行うことができる。さらにまた、前記したフォトカプラを用いる代わりに、絶縁トランスを介して２次側に伝送して復調する、磁気結合方式のものを使用することができる。

また、例えば同様に、前記変調量指定信号（Ｓｍ）があるビット長のパラレルのディジタルデータであるとして、データ内容に相関した大きさを有するアナログの信号になるよう、ＤＡ変換器を用いて変換し、このアナログ信号を、電気的に絶縁された状態でアナログ量を伝達する方式のアナログ量伝達形式のデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）により目的とするアナログ信号を得ることができる。図３は、本発明の光源装置で使用することのできる、前記において最後に述べた方式による、前記インターフェイス回路（Ｔｘ）の具体化された一例を示すものである。

前記ホスト回路（Ｕｈ）から受信する前記変調量指定信号（Ｓｍ）は、信号変換回路（Ｕａ）のなかにあるレジスタ（Ｕ０１）に入力される。ここでは、前記変調量指定信号（Ｓｍ）は、８ビット長のディジタルの変調データ信号（Ｄ０〜Ｄ７）と、変調データラッチ信号（ＣＫ）とによって構成され、データ確定時に、前記変調データラッチ信号（ＣＫ）がローレベルからハイレベルに遷移されると想定している。前記レジスタ（Ｕ０１）は、前記変調データラッチ信号（ＣＫ）のローレベルからハイレベルの遷移を受けると、前記変調データ信号（Ｄ０〜Ｄ７）の各ビット値を保持し、ラッチ変調データ信号（Ｑ０〜Ｑ７）としてＤＡ変換器（ＤＡ０１）に入力し、該ＤＡ変換器（ＤＡ０１）は、前記ラッチ変調データ信号（Ｑ０〜Ｑ７）で表現された値に対応する、したがって前記変調量指定信号（Ｓｍ）に比例する、アナログの変調量相関信号（Ｓａ）を出力する。

前記変調量相関信号（Ｓａ）は、電気的に絶縁された状態でアナログ量を伝達するための、フォトカプラ（例えば Avago 社製の HCNR201）を用いた絶縁方式による、アナログ量伝達形式のデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）に入力される。前記したアナログ量伝達形式のデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）のＬＥＤ（Ｄ０１）は、適当な電圧を有するＤＣ電源（Ｕ０２）から抵抗（Ｒ０１）を介して、トランジスタ（Ｑ０１）のエミッタ端子に流れ込む電流で駆動され、エミッタフォロワ回路を構成する前記トランジスタ（Ｑ０１）のベース端子は、演算増幅器（Ａ０１）の出力信号で駆動される。

前記変調量相関信号（Ｓａ）は、抵抗（Ｒ０２）を介して、前記演算増幅器（Ａ０１）の反転入力端子に入力される。同じく前記演算増幅器（Ａ０１）の反転入力端子には、前記ＬＥＤ（Ｄ０１）と光結合されたフォトダイオード（Ｄ０２）からの電流信号が入力され、さらに積分コンデンサ（Ｃ０１）を介して前記演算増幅器（Ａ０１）の出力信号もフィードバックされており、したがって、前記演算増幅器（Ａ０１）は、前記フォトダイオード（Ｄ０２）からの電流信号と前記変調量相関信号（Ｓａ）との差異が小さくなるよう、前記ＬＥＤ（Ｄ０１）に流れる電流をフィードバック制御する誤差積分回路として機能する。

一方、前記演算増幅器（Ａ０１）およびそれに接続された回路と電気的に絶縁された演算増幅器（Ａ０２）の反転入力端子には、前記ＬＥＤ（Ｄ０１）と光結合されたフォトダイオード（Ｄ０３）からの電流信号が入力され、さらに抵抗（Ｒ０３）およびそれに並列の応答速度制限用の位相補償コンデンサ（Ｃ０２）を介して、前記演算増幅器（Ａ０２）の出力信号もフィードバックされており、したがって、前記演算増幅器（Ａ０２）は、前記フォトダイオード（Ｄ０３）からの電流信号に比例する電圧信号を出力する。結局、前記フォトダイオード（Ｄ０２）と前記フォトダイオード（Ｄ０３）とは、同じ前記ＬＥＤ（Ｄ０１）に光結合され、同時に駆動されているため、前記フォトダイオード（Ｄ０２）および前記フォトダイオード（Ｄ０３）が出力する電流信号の大きさは、前記変調量相関信号（Ｓａ）の大きさに比例し、したがって前記演算増幅器（Ａ０２）は、前記変調量指定信号（Ｓｍ）とは電気的に絶縁された状態で、前記変調量指定信号（Ｓｍ）の大きさに比例する電圧信号として、アナログの前記目標電流信号（Ｓｊ）を生成する。

なお、前記アナログ量伝達形式のデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）としては、前記したフォトカプラ絶縁方式の他に、例えば高周波でＡＭ変調し、絶縁トランスを介して２次側に伝送して復調する磁気結合方式のものなどを使用することができる。

次に、本発明の光源装置の一部の一例を簡略化して示す概念図である図４を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。図４の（ａ）は固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）を収納したパッケージの外観であり、（ｂ）は前記パッケージの内部構造を表す。ヒートシンク（Ｈｓ）は、金属等の熱伝導性の良い材料で構成され、パッケージ（Ｐｙ）の底面を形成しており、固定用穴（Ｐｈ）を介して前記ヒートシンク（Ｈｓ）がさらに大きいヒートシンクに固定され、一体となってヒートシンクとして機能するようにしてもよい。金属やセラミック等を材料とするカバー（Ｐｃ）には、固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）から発せられた光線束を取り出すための窓（Ｐｗ）が設けられ、前記ヒートシンク（Ｈｓ）と接合されてハーメチックシール構造とする。

前記カバー（Ｐｃ）の内部においては、前記ヒートシンク（Ｈｓ）上に接着等の手段を用いて、例えば窒化アルミニウム等の熱伝導性の良い絶縁材基板（Ｐｉｈ）が固定されており、該絶縁材基板（Ｐｉｈ）の上には、直接に、あるいは構造物を介して、接着等の手段を用いて、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が固着されている。なお、前記カバー（Ｐｃ）内部の空間には、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）等の劣化を防ぐため、不活性ガス等の気体が封入されている。なお、本発明の光源装置は、パッケージ（Ｐｙ）の複数個から構成されるようにしてもよい。以下において、前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）の上に固着されるものの構成の若干例について、本発明の光源装置の一部の一例を簡略化して示す概念図である図５，図６，図７に従って説明する。

図５においては、固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、金属などの熱伝導性の良好な材料から成るマウント台（Ｐｍｄ）の上に固着して、発光素子モジュール（Ｐｕ１）を構成し、複数の発光素子モジュール（Ｐｕ１，Ｐｕ２，…）を、例えば窒化アルミニウム等の熱伝導性の良い絶縁材基板（Ｐｉｈ）の上に固着するものを描いてある。ただし、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）と、前記マウント台（Ｐｍｄ）との間には、マウント絶縁材層（Ｐｉｍ）を設けることにより、それぞれの前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の間の絶縁を確保している。したがって、それぞれの前記発光素子モジュール（Ｐｕ１，Ｐｕ２，…）の間の絶縁、および前記発光素子モジュール（Ｐｕ１，Ｐｕ２，…）と前記ヒートシンク（Ｈｓ）との間の絶縁を絶縁材基板（Ｐｉｈ）によって確保する構造になっている。なお、前記マウント絶縁材層（Ｐｉｍ）に必要な絶縁耐力は、前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に必要な電流を流した際に、前記マウント台（Ｐｍｄ）の１個分に実装される全ての前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の直列接続部に発生しうる最大電圧にマージンを加えたものとなる。

ここで、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が半導体レーザであるとして、半導体基板の発光領域が形成されている端面が、図において上に向くよう、半導体基板の裏面を前記マウント絶縁材層（Ｐｉｍ）に固着するものとしている。そのため、発光領域からの中心光線（Ｌｐ）は前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）に垂直であるが、光線束は回折現象の影響で発散角を持つ。半導体レーザ活性層の幅方向の周辺光線（Ｌｍｘ１，Ｌｍｘ２）の発散角は小さいが、活性層の厚さは薄いため、厚さ方向の周辺光線（Ｌｍｙ１，Ｌｍｙ２）の発散角は大きくなって、放射パターン（Ｃｉ）、すなわち放射角度域を表す錐体の底面は、前記発光素子モジュール（Ｐｕ１，Ｐｕ２，…）の並び方向に長い楕円となる。

図６においては、マウント絶縁材層（Ｐｉｍ）がマウント台（Ｐｍｄ）の上側の面（絶縁材基板（Ｐｉｈ）に平行）に形成されており、それぞれの固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の半導体基板の裏面をこの面に固着するため、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の発光領域からの中心光線（Ｌｐ）は、前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）に平行に射出される。発光素子モジュール（Ｐｕ１，Ｐｕ２，…）と共にミラー（Ｍａ１，Ｍａ２，…）が前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）に固着されており、これにより前記中心光線（Ｌｐ）が反射され、前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）と垂直な方向に跳ね上げられた中心光線（Ｌｐ’）となって出るように構成してある。

図６と同様に、図７においても、マウント絶縁材層（Ｐｉｍ）がマウント台（Ｐｍｄ）の上側の面に形成されており、それぞれの固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の半導体基板の裏面をこの面に固着しているが、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が面発光の半導体レーザであるとして、半導体基板の発光領域が形成されている表面が、図において上に向くよう構成した様子を描いてある。よって、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の発光領域からの中心光線（Ｌｐ）は、絶縁材基板（Ｐｉｈ）に垂直に射出される。この場合、放射パターン（Ｃｉ）、すなわち放射角度域を表す錐体の底面は概ね円形になる。

前記パッケージ（Ｐｙ）の前記窓（Ｐｗ）の外側から見ると、それぞれの前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）は、同一平面内に独立して縦横に並ぶ点像集合と見なすことができる。そして前記したように、各点像からの放射角度域の発散角は比較的大きいため、本発明を構成するための条件である、全ての固体発光素子のそれぞれの発光領域を幾何光学的な１個の出力像と共役たらしめることを、１個の同軸レンズ系によって実現することはできない。

本発明の光源装置の一部の一例を簡略化して示す概念図である図８に示すように、この問題を回避するために、この点像集合の各点像に対応させてそれぞれ独立したレンズ（Ｌｇ１，Ｌｇ２，…）を並べて前記光線束変換光学系（Ｕｆ）を構成することにより、各点像を幾何光学的な１個の出力像（Ｋｆ）に結像させるようにすればよい。なお、前記光線束変換光学系（Ｕｆ）を設ける位置が前記パッケージ（Ｐｙ）から遠すぎると、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）それぞれから発せられた光線束が互いに重なってしまい、レンズ（Ｌｇ１，Ｌｇ２，…）の１個に複数の固体発光素子からの光が入ってしまって、意図した結像ができなくなるため、光線束が重ならない程度に、前記光線束変換光学系（Ｕｆ）を前記パッケージ（Ｐｙ）に近づけて設計する必要がある。

また、端面に活性層がある半導体レーザの場合、発散角が大きい方向の固体発光素子の並びの間隔を十分に設けないと、前記光線束変換光学系（Ｕｆ）を前記パッケージ（Ｐｙ）に接するまで近づけても固体発光素子から発せられた光線束が重なってしまう問題が起きる。そのため、例えば、図５のものでは、この問題が生じない程度に、前記発光素子モジュール（Ｐｕ１，Ｐｕ２，…）の間隔を、発光素子モジュール上での前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の間隔よりも大きく設定することが好適である。

前記光線束変換光学系（Ｕｆ）のレンズに関しては、例えば、前記パッケージ（Ｐｙ）の前記ヒートシンク（Ｈｓ）の上面を基準面（Ｐｚ）として、この基準面に垂直な方向の無限遠を前記出力像（Ｋｆ）に設定することにすれば、前記レンズ（Ｌｇ１，Ｌｇ２，…）はコリメータレンズとして機能させ、それぞれの前記レンズ（Ｌｇ１，Ｌｇ２，…）の光軸は、対応させる各固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）の位置を通り、前記基準面（Ｐｚ）に垂直になるようにすればよい。

なお、図８に記載のような、レンズ（Ｌｇ１，Ｌｇ２，…）がマトリクス状に並んだものは、前記したフライアイレンズの製作技術と同様の技術により、一体のものとして成型することが好適である。このとき、レンズ（Ｌｇ１，Ｌｇ２，…）をマトリクス状に並べて一体のものとして構成した前記光線束変換光学系（Ｕｆ）が、前記窓（Ｐｗ）を兼ねるように前記パッケージ（Ｐｙ）を構成してもよい。

図示は省略するが、例えば先の図４の前記パッケージ（Ｐｙ）の内部において、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）に対する電気接続を実現するに際しては、半導体素子の実装やパッケージングに関する従来技術であるダイボンディングやワイヤボンディング等の技術を使用することができる。また、前記パッケージ（Ｐｙ）の内部への外部からの給電のための電気接続を実現するに際しても、同様に半導体チップのパッケージングやハーメチックシールに関する従来技術であるフィードスルー等の技術を使用することができる。

なお、例えば先の図４の前記パッケージ（Ｐｙ）は、例えば本光源装置が組み込まれるプロジェクタ等の本体装置の導電性筐体に直接接続が可能な程度に、前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）に対し、十分な絶縁耐力を持たせることが可能であるが、例えば後述する図９や図１０に記載のものと同様に、パッケージすなわち外囲器の外部において、十分な絶縁耐力を有する絶縁部材を介在させて、ヒートシンクやプロジェクタ等の本体装置の導電性筐体に対して固定することを前提として、前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）には、前記パッケージ（Ｐｙ）内に含まれる、それぞれの前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）を直列接続することを可能ならしめる程度の絶縁耐力を与えるにとどめるように構成することも可能である。

次に、本発明の光源装置の一部の一例を簡略化して示す概念図である図９を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。図９の（ａ）は前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が固定されたヒートシンク（Ｈｓ）を切断した断面の外観、（ｂ）はヒートシンク（Ｈｓ）の光が射出される側とは反対の側から見た外観で後述する固定用部材（Ｆｓ）を取付ける前の様子、（ｃ）は固定用部材（Ｆｓ）の形状を表し、何れも全体のなかの一部（固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の２個分のみ）を示す。

前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）を構成するそれぞれの固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）と光透過窓部（Ｗｙ１，Ｗｙ２，…）とから構成される外囲器に覆われる、一般にキャン型と呼ばれる構造を有するものである。前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）に対し、光が射出される側に絶縁部材（ＩｓＡ１，ＩｓＡ２，…）を配し、光が射出される側とは反対の側に絶縁部材（ＩｓＢ１，ＩｓＢ２，…）を配して、これらを前記ヒートシンク（Ｈｓ）と固定用部材（Ｆｓ）とで挟むことにより、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）を前記ヒートシンク（Ｈｓ）に対して固定する。

前記固定用部材（Ｆｓ）は、例えばリン青銅などの弾性を有する金属を材料とした板材を図９の（ｃ）に記載の形状に打ち抜いて構成したもので、前記絶縁部材（ＩｓＢ１，ＩｓＢ２，…）に当たるよう突出部（Ｆｓｆ）が設けられている。そのため、前記ヒートシンク（Ｈｓ）のネジ穴（Ｍｈ）に対し、前記固定用部材（Ｆｓ）の貫通穴（Ｆｈ）を通して、スペーサ（Ｍｓ）を介してネジ（Ｍｂ）を締め付けることにより、前記突出部（Ｆｓｆ）が弾性変形するため、この変形量に応じた圧力で、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が、個々に前記ヒートシンク（Ｈｓ）に押し当てられる。前記固定用部材（Ｆｓ）の材質や厚さ、与える変形量すなわち前記スペーサ（Ｍｓ）の長さを適当に設定することにより、必要な固定強度を与えることができる。

前記ヒートシンク（Ｈｓ）と前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）の間に介在することになる前記絶縁部材（ＩｓＡ１，ＩｓＡ２，…）は、例えば熱伝導性の良いセラミックなどの材料により構成する必要がある。前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）それぞれの通電用端子（ＴｙＡ，ＴｙＢ）に対し、給電配線を設けて直列接続する必要があるが、そのためには、ポリイミド等のフィルム状基材の表面上に銅箔パターンを形成した、フレキシブルプリント配線板を用いることが好適である。このとき、該フレキシブルプリント配線板には、前記通電用端子（ＴｙＡ，ＴｙＢ）を通すための穴の他には、なるべく余計な大きな穴を明けないようにすることにより、該フレキシブルプリント配線板と前記ヒートシンク（Ｈｓ）との間に、閉じた空間が形成されるため、この空間を、冷却風を流すためのダクトとして利用することが可能であり、これにより、前記ヒートシンク（Ｈｓ）の冷却効率を高めることができる。

なお、前記絶縁部材（ＩｓＡ１，ＩｓＡ２，…）や前記絶縁部材（ＩｓＢ１，ＩｓＢ２，…）の形状について、円筒状の部分の長さやフランジ状の部分の直径が、必要以上に大きいように見えるかも知れないが、これは、前記したように、商用電源（Ｐｓ）と非絶縁になる前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）、したがって前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）や前記通電用端子（ＴｙＡ，ＴｙＢ）と、プロジェクタ等の本体装置の筐体と接続される可能性のある前記ヒートシンクとの間の絶縁耐力を保証するために沿面距離を確保する必要があるからである。

なお、ここでは、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の光が射出される側に前記ヒートシンク（Ｈｓ）が配置されるようにしたが、光が射出される側とは反対の側に前記ヒートシンク（Ｈｓ）が配置されるようにすることもでき、具体的構成を図１０に示す。この図において、図９のものと同じ記号を付した部材は、図９のものと同様の機能を果たし、前記した図９に関する説明が適用できる。

次に、本発明の光源装置の一部の一例を簡略化して示す概念図である図１１を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。図１１の（ａ）は固体発光素子にコリメータレンズを装着するための組立て構造、（ｂ）はコリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）が固着されたレンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）が前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）に装着された状態の様子を表し、何れも全体のなかの一部（固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の１個分または２個分のみ）を示す。

本図は、図９のものと同様のキャン型の前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）のそれぞれに対してコリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を装着して設置することにより、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）の総体として前記光線束変換光学系（Ｕｆ）を構成するものである。前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）の構造上の基準面（Ｐｚ１，Ｐｚ２，…）に対して垂直な方向に平行な光が射出されるよう、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を設置するために、例えば接着等の手段を用いて、先ずレンズマウント（Ｈｚ１’，Ｈｚ２’，…）に対して前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を固着しておき、次に、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）と固定されたレンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）に対して、例えば接着等の手段を用いて、前記レンズマウント（Ｈｚ１’，Ｈｚ２’，…）を固着することにより、前記レンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）への前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）の固着を実現している。すなわち、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を前記レンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）に固着するに際し、直接固着するのではなく、間に前記レンズマウント（Ｈｚ１’，Ｈｚ２’，…）を介在させるものである。

このような構造とすることにより、前記レンズマウント（Ｈｚ１’，Ｈｚ２’，…）に対して、偏芯が無いように前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を固着しておけば、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）と固定された前記レンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）に対して、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）に電流を流して発光させ、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を通過した光が正しい平行光になるよう光学観測を行いながら光軸方向の位置（およびそれに垂直な面内の位置）を所定位置に追い込み、前記レンズマウント（Ｈｚ１’，Ｈｚ２’，…）を前記レンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）に固着することができる。なお、図１１の（ｂ）には、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を固着するための接着剤ポッティング（ＨｐＡ）、前記レンズマウント（Ｈｚ１’，Ｈｚ２’，…）を固着するための接着剤ポッティング（ＨｐＢ）を記載してあるが、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）や前記レンズマウント（Ｈｚ１’，Ｈｚ２’，…）の周囲全部に施す必要は無く、周囲の２〜３箇所から数箇所でよい。

また、先の図９との比較により容易に理解できるように、図１１の（ｂ）においては、前記レンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）が前記絶縁部材（ＩｓＡ１，ＩｓＡ２，…）を兼ねており、このように機能を兼ねさせる構造とすることにより、部品点数を削減し、低コスト化を図ることができる。

さらに、先の図１１と類似の、本発明の光源装置の一部の一例を簡略化して示す概念図である図１２を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。図１２の（ａ）は固体発光素子にコリメータレンズを装着するための組立て構造、（ｂ）はコリメータレンズが固着されたレンズホルダが前記固体発光素子に装着された状態の様子を表し、何れも全体のなかの一部（固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の１個分のみ）を示す。

図１１と相違して、コリメータレンズ（Ｌｚ１）は例えば接着等の手段によってレンズホルダ（Ｈｚ１）に固着され、該レンズホルダ（Ｈｚ１）が例えば接着等の手段によって固体発光素子の金属ケース部（Ｍｙ１）に固着される。このような構造とすることにより、前記固体発光素子（Ｄｙ１）に電流を流して発光させ、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１）を通過した光が、正しく基準面（Ｐｚ１）に垂直な平行光になるよう光学観測を行いながら光軸方向の位置およびそれに垂直な面内の位置を所定位置に追い込み、前記レンズホルダ（Ｈｚ１）を前記金属ケース部（Ｍｙ１）に固着することができる。

ここで、図１２の（ｂ）には、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１）を前記レンズホルダ（Ｈｚ１）に固着するための接着剤ポッティング（ＨｐＣ）、前記レンズホルダ（Ｈｚ１）を前記金属ケース部（Ｍｙ１）に固着するための接着剤ポッティング（ＨｐＤ）を記載してあるが、図１１の（ｂ）について記載したときと同様に、全周に施す必要は無く、周囲の２〜３箇所から数箇所でよい。なお、図１１の（ｂ）のものと相違して、図１２の（ｂ）のものは、前記レンズホルダ（Ｈｚ１）は、前記ヒートシンク（Ｈｓ）と前記金属ケース部（Ｍｙ１）との間の絶縁部材を兼ねていない。

先に図５，図６，図７に記載したチップ形状のディスクリート型の固体発光素子の他に、図１３の（ａ）に概念図を示すような半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）も、本発明の光源装置の固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）として適用可能である。該半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）の端面には半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）が一列に並んでおり、それぞれの前記半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）から発散光が放射される。ディスクリート型であれ、アレイ型であれ、前記したように、端面発光型の半導体レーザの場合、回折現象の影響により、半導体基板面に垂直な、すなわち活性層の厚さ方向の周辺光線（Ｌｍｙ１，Ｌｍｙ２）の発散角は特に大きく、放射パターン（ＣｉＡ）、すなわち放射角度域を表す錐体の底面が、円ではなく著しい楕円になる。

先に図８に関して説明したものと同様に、この場合も、前記半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）の並びに対応させて、前記レンズ（Ｌｇ１，Ｌｇ２，…）と同様のレンズを並べて配置する方法が考えられるが、例えば先の図５のような、ディスクリート型の前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の並びの間隔に比べ、アレイ型の前記半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）の並びの間隔は非常に小さい（例えばディスクリート型の百分の一）ため、前記半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）からの光線束が重ならないようにするためには、前記レンズ（Ｌｇ１，Ｌｇ２，…）よりも非常に短い焦点距離のレンズを、半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）に極めて近接して配置しなければならないことになる。

このような事情に基づき、図１３の（ｂ）に概念図を示すような、前記半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）からの光線束それぞれに対して個別にコリメーションを行う、近接配置可能な放射角度補正レンズアレイ（Ｌａ）を使うことができる。前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）のように焦点距離が長く、発光領域から離れている場合は、前記発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）である活性層を点像と見なして問題無かった。しかし、前記放射角度補正レンズアレイ（Ｌａ）のように焦点距離が短く、発光領域に近接している場合は、前記半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）の扁平な形状に起因して発光領域から発せられる光線束に含まれる、大きな非点収差的な成分が無視できなくなる。そのため、前記放射角度補正レンズアレイ（Ｌａ）の各屈折面は、球面ではなく、基板面に垂直な方向と平行な方向で曲率半径が異なる、例えばトーリック面に成型する。

これにより周辺光線（ＬｍｙＡ１，ＬｍｙＡ２）のように、基板面に平行な方向の発散角が減じられると共に、それ以上に基板面に垂直な方向の発散角が減じれられ、理想的には、基板面に平行・垂直な方向の発散角を同程度にされる。これは、幾何光学的な理想では、基板面に平行および垂直の両方向とも平行光になるべきであるが、前記放射角度補正レンズアレイ（Ｌａ）を通過後の光線束は細いため、前記した回折現象によって、ある程度の発散角を持ってしまうからである。

なお、トーリック面を実現する代わりに、基板面に垂直な方向に曲率を有し、前記半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）に共通なシリンドリカルレンズと、基板面に並行な方向に曲率を有し、前記半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）のそれぞれに個別なシリンドリカルレンズの並びとを用意し、その組み合わせによっても、前記放射角度補正レンズアレイ（Ｌａ）と同様の機能を実現することができる。

本発明の光源装置の一部の一例を簡略化して示す概念図である図１４には、先の図６と同様に、図１３の（ｂ）に記載の、前記した放射角度補正レンズアレイ（Ｌａ）付きの半導体レーザアレイデバイス（ＬＤＡ）を、固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）として（あるいは固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）と光線束変換光学系（Ｕｆ）との複合体として）マウント絶縁材層（Ｐｉｍ）を介してマウント台（Ｐｍｄ）に固着して発光素子モジュール（Ｐｕ１，Ｐｕ２，…）とし、該発光素子モジュール（Ｐｕ１，Ｐｕ２，…）とミラー（Ｍａ１，Ｍａ２，…）とを前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）に固着した構造体を描いてある。

この構造体を先の図４に記載のようなパッケージ（Ｐｙ）に収納することにより、発光素子集合体（Ｕｄ）を構成することができる。それぞれの半導体レーザ活性層（Ａｓ，Ａｓ’，…）からの中心光線（Ｌｐｓ）は互いに平行であるから、所謂テレセントリック光学系を構成していることになり、前記したように、前記放射角度補正レンズアレイ（Ｌａ）の働きにより、それぞれの前記中心光線（Ｌｐｓ）のまわりの光線束の発散角は小さいため、この発光素子集合体（Ｕｄ）の後段に例えば凸レンズを置けば、その焦点面に小さな射出瞳ができるから、この射出瞳を前記出力像（Ｋｆ）として扱うことができる。

本発明のプロジェクタを簡略化して示すブロック図である図１５を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。商用電源（Ｐｓ）に接続されたＤＣ電源（Ｕｖ）は、例えば昇圧チョッパを基本とする、入出力が非絶縁の力率改善アクティブフィルタにより構成される。給電回路（Ｕｂ）は、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）から電力供給を受け、発光素子集合体（Ｕｄ）のなかの発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に電流を供給する。その際、前記したような事項を目的とした各色のバランスの微妙な調整などを実現するために、ホスト回路（Ｕｈ）より送信される変調量指定信号（Ｓｍ）に追従するよう、前記給電回路（Ｕｂ）は前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に供給する電流をフィードバック制御する。

前記発光素子集合体（Ｕｄ）は、例えばＢ色半導体レーザによる無限遠の、１個の出力像（Ｋｆ）を生成する。蛍光体ホイール（Ｗｃ）は、Ｂ色半導体レーザからの光を照射することによりＲ色の蛍光を発するＲ色蛍光体層、Ｇ色の蛍光を発するＧ色蛍光体層と少なくともＢ色の光を散乱または透過する層が、ガラス円板上に、回転方向に分割されて形成されており、前記ホスト回路（Ｕｈ）よりの回転位相信号（Ｓｐ）に追従して回転するよう、例えばＰＬＬ制御によって回転が制御されたモータによって駆動される。前記出力像（Ｋｆ）からの光は、例えば凸レンズによって構成された集光光学系（Ｗｆ）によって前記蛍光体ホイール（Ｗｃ）に対し、その構造に適合した光線束として集光され、蛍光発光または散乱・透過によって前記蛍光体ホイール（Ｗｃ）から色順次で出力されるＲ、Ｇ、Ｂの光は、例えば凸レンズまたは凹面鏡、あるいは両方の組合せによって構成されたコンデンサ光学系（Ｗｉ）によって、例えば光ガイドで構成した光均一化手段（Ｆｍ）の入射端に導かれる。

先に図１６に関して説明したものと同様に、前記光均一化手段（Ｆｍ）の射出端の四角形の像を照明レンズ（Ｅｊ１）によって結像することにより、例えばＤＭＤを用いた２次元光振幅変調素子（Ｄｍ）が均一に照明される。前記２次元光振幅変調素子（Ｄｍ）は、前記ホスト回路（Ｕｈ）よりの映像信号（Ｓｒ）に従って画素毎に反射光を変調し、前記２次元光振幅変調素子（Ｄｍ）の像が投影レンズ（Ｅｊ２）によってスクリーン（Ｔｊ）上に投影される。

ここでは、光ガイドとＤＭＤとを用いたプロジェクタについて記載したが、本発明は、フライアイインテグレータやＬＣＯＳ、ＬＣＤを用いたプロジェクタに対しても適用できる。

また、前記発光素子集合体（Ｕｄ）として、Ｂ色半導体レーザを使うものを説明したが、例えば紫外光を発する半導体レーザを使うものとし、前記蛍光体ホイール（Ｗｃ）は、紫外光を照射することによりＲ色の蛍光を発するＲ色蛍光体層とＧ色の蛍光を発するＧ色蛍光体層、Ｂ色の蛍光を発するＧ色蛍光体層が、ガラス円板上に、回転方向に分割されて形成されているものに対しても適用できる。

さらに、前記ホスト回路（Ｕｈ）は、前記変調量指定信号（Ｓｍ）の他に色選択信号を生成し、前記インターフェイス回路（Ｔｘ）は、前記目標電流信号（Ｓｊ）の他に、前記色選択信号を用いて、前記色選択信号とは電気的に絶縁された光源選択信号を生成し、前記した、スイッチデバイスを備えた、発光色の異なる固体発光素子よりなる複数の発光素子直列接続回路（Ｎｓ）から、前記光源選択信号に従って１個を選択して給電する構成とすることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を色順次で出力するものに対しても適用できる。

本発明は、プロジェクタなどの光学装置において使用可能な、半導体レーザなどの固体発光素子を用いた光源装置、およびプロジェクタを設計・製造する産業において利用可能である。

Ａ０１ 演算増幅器
Ａ０２ 演算増幅器
Ａｓ 半導体レーザ活性層
Ａｓ’ 半導体レーザ活性層
Ａｔ データ絶縁伝達手段
Ｂｆ 出力光線束
Ｂｙ１ 光線束
Ｂｙ２ 光線束
Ｃ０１ 積分コンデンサ
Ｃ０２ 位相補償コンデンサ
ＣＫ 変調データラッチ信号
Ｃｉ 放射パターン
ＣｉＡ 放射パターン
Ｃｘ 平滑コンデンサ
Ｄ０〜Ｄ７ 変調データ信号
Ｄ０１ ＬＥＤ
Ｄ０２ フォトダイオード
Ｄ０３ フォトダイオード
ＤＡ０１ ＤＡ変換器
Ｄｍ ２次元光振幅変調素子
ＤｍｊＡ ２次元光振幅変調素子
ＤｍｊＢ ２次元光振幅変調素子
Ｄｘ フライホイールダイオード
Ｄｙ１ 固体発光素子
Ｄｙ２ 固体発光素子
Ｅｊ１ 照明レンズ
Ｅｊ１Ａ 照明レンズ
Ｅｊ１Ｂ 照明レンズ
Ｅｊ２ 投影レンズ
Ｅｊ２Ａ 投影レンズ
Ｅｊ２Ｂ フィールドレンズ
Ｅｊ３Ｂ 投影レンズ
Ｅｘ コンバータ回路
Ｆ１Ｂ 前段フライアイレンズ
Ｆ２Ｂ 後段フライアイレンズ
Ｆｈ 貫通穴
Ｆｍ 光均一化手段
ＦｍＡ 光均一化手段
ＦｍＢ 光均一化手段
Ｆｓ 固定用部材
Ｆｓｆ 突出部
Ｆｘ 給電制御回路
Ｇｘ ゲート駆動回路
ＨｐＡ 接着剤ポッティング
ＨｐＢ 接着剤ポッティング
ＨｐＣ 接着剤ポッティング
ＨｐＤ 接着剤ポッティング
Ｈｓ ヒートシンク
Ｈｚ１ レンズホルダ
Ｈｚ１’ レンズマウント
Ｈｚ２ レンズホルダ
Ｈｚ２’ レンズマウント
ＩｓＡ１ 絶縁部材
ＩｓＡ２ 絶縁部材
ＩｓＢ１ 絶縁部材
ＩｓＢ２ 絶縁部材
Ｉｘ 出力電流検出手段
Ｋｆ 出力像
Ｋｙ１ 発光領域
Ｋｙ２ 発光領域
ＬＣＤ 液晶デバイス
ＬＤＡ 半導体レーザアレイデバイス
Ｌａ 放射角度補正レンズアレイ
Ｌｇ１ レンズ
Ｌｇ２ レンズ
Ｌｍｘ１ 周辺光線
Ｌｍｘ２ 周辺光線
Ｌｍｙ１ 周辺光線
Ｌｍｙ２ 周辺光線
ＬｍｙＡ１ 周辺光線
ＬｍｙＡ２ 周辺光線
Ｌｐ 中心光線
Ｌｐ’ 中心光線
Ｌｐｓ 中心光線
Ｌｘ チョークコイル
Ｌｚ１ コリメータレンズ
Ｌｚ２ コリメータレンズ
Ｍａ１ ミラー
Ｍａ２ ミラー
Ｍｂ ネジ
Ｍｈ ネジ穴
ＭｊＡ ミラー
ＭｊＢ 偏光ビームスプリッタ
Ｍｓ スペーサ
Ｍｙ１ 金属ケース部
Ｍｙ２ 金属ケース部
Ｎｓ 発光素子直列接続回路
Ｐｃ カバー
ＰｃＢ 偏光整列機能素子
Ｐｈ 固定用穴
Ｐｉｈ 絶縁材基板
Ｐｉｍ マウント絶縁材層
Ｐｍｄ マウント台
ＰｍｉＡ 入射端
ＰｍｉＢ 入射端
ＰｍｏＡ 射出端
ＰｍｏＢ 射出端
Ｐｓ 商用電源
Ｐｕ１ 発光素子モジュール
Ｐｕ２ 発光素子モジュール
Ｐｗ 窓
Ｐｙ パッケージ
Ｐｚ 基準面
Ｐｚ１ 基準面
Ｐｚ２ 基準面
Ｑ０〜Ｑ７ ラッチ変調データ信号
Ｑ０１ トランジスタ
Ｑｘ スイッチ素子
Ｒ０１ 抵抗
Ｒ０２ 抵抗
Ｒ０３ 抵抗
Ｓａ 変調量相関信号
Ｓｇ ゲート駆動信号
Ｓｉ 出力電流信号
Ｓｊ 目標電流信号
Ｓｍ 変調量指定信号
Ｓｐ 回転位相信号
Ｓｒ 映像信号
Ｔ１０ ノード
Ｔ１１ ノード
Ｔ２０ ノード
Ｔ２１ ノード
Ｔｊ スクリーン
Ｔｘ インターフェイス回路
ＴｙＡ 通電用端子
ＴｙＢ 通電用端子
Ｕ０１ レジスタ
Ｕ０２ ＤＣ電源
Ｕａ 信号変換回路
Ｕｂ 給電回路
Ｕｄ 発光素子集合体
Ｕｆ 光線束変換光学系
Ｕｈ ホスト回路
ＵｓＡ 光源
ＵｓＢ 光源
Ｕｖ ＤＣ電源
Ｖｘ 出力電圧検出手段
Ｗｃ 蛍光体ホイール
Ｗｆ 集光光学系
Ｗｉ コンデンサ光学系
Ｗｙ１ 光透過窓部
Ｗｙ２ 光透過窓部
ＺｉＢ 入射光軸

Claims (7)

1. 複数の固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）を含む発光素子集合体（Ｕｄ）と、該発光素子集合体（Ｕｄ）に給電するための給電回路（Ｕｂ）とを有する光源装置であって、
   前記発光素子集合体（Ｕｄ）は、全ての前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）のそれぞれの発光領域（Ｋｙ１，Ｋｙ２，…）を幾何光学的な１個の出力像（Ｋｆ）と共役たらしめるための光線束変換光学系（Ｕｆ）を有し、全ての前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が直列接続されて、発光素子直列接続回路（Ｎｓ）を構成し、かつ全ての前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、相互に電気的に絶縁された状態でヒートシンク（Ｈｓ）に対して固定されており、
   前記給電回路（Ｕｂ）は、該給電回路（Ｕｂ）の前段に接続されるＤＣ電源（Ｕｖ）の出力電圧を降圧するためのコンバータ回路（Ｅｘ）を有し、前記コンバータ回路（Ｅｘ）によって生成された出力電圧Ｖｏを前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加するものであって、
   前記コンバータ回路（Ｅｘ）は、少なくとも１個のスイッチ素子（Ｑｘ）を含み、かつ入力側と出力側の回路が電気的に非絶縁であり、
   前記給電回路（Ｕｂ）は、さらに前記発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に流れる、前記コンバータ回路（Ｅｘ）の出力電流Ｉｏを検出して出力電流信号（Ｓｉ）を生成する出力電流検出手段（Ｉｘ）と、前記コンバータ回路（Ｅｘ）を制御するための給電制御回路（Ｆｘ）と、ホスト回路（Ｕｈ）から変調量指定信号（Ｓｍ）を受信するためのインターフェイス回路（Ｔｘ）とを有し、
   前記給電制御回路（Ｆｘ）は、前記出力電流信号（Ｓｉ）が示す電流値と、前記インターフェイス回路（Ｔｘ）から入力される目標電流信号（Ｓｊ）が示す電流値との差が小さくなるよう、前記スイッチ素子（Ｑｘ）のスイッチング周期に対するオン時間の割合をフィードバック制御するように構成し、
   前記インターフェイス回路（Ｔｘ）は、前記変調量指定信号（Ｓｍ）とは電気的に絶縁されたアナログ量を生成するためのデータ絶縁伝達手段（Ａｔ）を有し、前記インターフェイス回路（Ｔｘ）は、前記変調量指定信号（Ｓｍ）によって指定される変調量に対して相関するアナログ量を、前記データ絶縁伝達手段（Ａｔ）を介して、前記目標電流信号（Ｓｊ）を生成し、
   前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）は、金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）と光透過窓部（Ｗｙ１，Ｗｙ２，…）とから構成される外囲器に覆われる構造を有しており、絶縁部材（ＩｓＡ１，ＩｓＡ２，…）と絶縁部材（ＩｓＢ１，ＩｓＢ２，…）とを介在させて、光が射出される側、およびその反対側から、前記ヒートシンク（Ｈｓ）と固定用部材（Ｆｓ）とで前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）を挟むよう、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）と前記ヒートシンク（Ｈｓ）と前記固定用部材（Ｆｓ）とを配置し、前記固定用部材（Ｆｓ）は弾性を有しており、該固定用部材（Ｆｓ）を前記ヒートシンク（Ｈｓ）に対して固定することにより前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が前記ヒートシンク（Ｈｓ）に対して固定されることを特徴とする光源装置。
2. 前記光線束変換光学系（Ｕｆ）は、前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）のそれぞれに対応して設けられるコリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）によって構成されており、前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）の基準面（Ｐｚ１，Ｐｚ２，…）に対して特定の方向に平行な光が射出されるよう、前記コリメータレンズ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，…）を固着したレンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）が前記金属ケース部（Ｍｙ１，Ｍｙ２，…）に対して設置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記レンズホルダ（Ｈｚ１，Ｈｚ２，…）が前記絶縁部材（ＩｓＡ１，ＩｓＡ２，…）を兼ねることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の直列接続限界個数である発光素子直列接続回路（Ｎｓ）に印加する電圧が、ＤＣ電源（Ｕｖ）の電圧の８０％以下となるように、該固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）の個数が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
   
5. 前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）はチップ形状を有し、複数個の前記固体発光素子（Ｄｙ１，Ｄｙ２，…）が絶縁材基板（Ｐｉｈ）に固着されており、前記絶縁材基板（Ｐｉｈ）が前記ヒートシンク（Ｈｓ）に固定されることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光源装置を利用して画像を投影表示することを特徴とするプロジェクタ。
7. 前記ＤＣ電源（Ｕｖ）が商用電源（Ｐｓ）を変換して出力電圧を生成するものであって、前記ＤＣ電源（Ｕｖ）の出力は、前記商用電源（Ｐｓ）と電気的に非絶縁であることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。

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