JP6179792B2 - 光源装置及びこれを備えた画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、照射対象物に向けて光を射出する光源装置及びこれを備えた画像投射装置に関するものである。

この種の光源装置としては、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、更にメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影するプロジェクタ（画像投射装置）に用いられるものが知られている。プロジェクタは、一般に、光源装置から射出された光をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれるマイクロミラー表示素子や液晶板等の画像形成部材に集光させ、スクリーン上に画像を表示させる。

このようなプロジェクタにおいて、従来は、高輝度の放電ランプを光源とする光源装置を用いるものが主流であったが、近年、光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）、或いは有機ＥＬ等の半導体発光素子を用いたものが、開発、提案されている。特に、光源としてＬＤ等のレーザー光源を用いる場合、例えば、色再現性、発光効率、光利用効率等の向上などのメリットがある。また、レーザー光源は、点光源あるいは平行光を照射する光源であるため、照明系が設計しやすく、色合成の簡易化や投射レンズの低ＮＡ化等が達成できるというメリットもある。

光源としてＬＤ等の発光素子を用いる場合、１つの発光素子の光量では、画像投射装置の光源として必要な光量を得ることができない。そのため、例えば特許文献１に記載の半導体光源装置のように、多数の発光素子を二次元方向に配置し、多数の発光素子による光量を足し合わせて必要な光量を得る光源装置が提案されている。この特許文献１に開示の半導体光源装置は、多数の半導体発光素子を、保持体（発光素子保持部材）により、各半導体発光素子の光軸が互いに略平行となるようにマトリクス状に保持している。そして、これらの半導体発光素子から照射される光を、発光素子ごとにレンズ取付枠に保持されたコリメータレンズで集光し、画像投射装置の光源として必要な光量を得ている。

多数の発光素子を二次元方向に配置した発光素子群を光源として用いる画像投射装置においては、その発光素子を如何に効率よく冷却するかが重要となっている。冷却が不十分だと、安定した発光量が得られなかったり、寿命が短くなったりするためである。このような発光素子群を冷却する場合、例えば、その発光素子群を保持している発光素子保持部材の裏側にヒートシンクなどの放熱部材を設け、この放熱部材に風を送り込んで冷却する方法が用いられることが多い。上記特許文献１に開示の半導体光源装置でも、多数の発光素子が保持されている側とは反対側の保持体（発光素子保持部材）部分にヒートシンクが取り付けられ、これを画像投射装置内に設けられた冷却ファンから送風される冷却風で冷却する構成を採用している。

ただし、このように、発光素子保持部材の裏側を冷却する構成だけでは、十分な冷却効果が得られない場合がある。特に、光源の小型化等の目的で多数の発光素子の配置密度を高めたり、光量を増大させる目的でより多くの発光素子を用いたりする場合には、十分な冷却効果が得られないことが多い。

上記特許文献１に開示の半導体光源装置においては、多数の発光素子が保持されている側の保持体部分に、スペーサを介して、発光素子ごとに設けられるコリメータレンズを保持するレンズ取付枠が対向配置され、保持体とレンズ取付枠との間に所定の間隙が形成されている。この間隙は、画像投射装置内に設けられた冷却ファンから送風される冷却風の流路となるように構成されている。したがって、冷却ファンからの冷却風は、ヒートシンクのみならず、保持体とレンズ取付枠との間の間隙を通って、保持体に保持された多数の発光素子にも直接当たる。そのため、保持体上の多数の発光素子を、その保持体の表裏両方から冷却することが可能であり、保持体の裏側だけを冷却する構成と比較して、多数の発光素子を効率よく冷却する効果が得られる。

ところが、上記特許文献１に開示の半導体光源装置では、保持体とレンズ取付枠との間隙に対して冷却風を送り込む構成である。そのため、レンズ取付枠に保持されているコリメータレンズから射出された後の光路上に設けられる反射ミラー等の光学部品については、当該冷却風では冷却できない。通常、反射ミラー等の光学部品は、受ける光の一部が熱に変わり、徐々に熱が蓄積される。これにより、歪み等が生じるなどして光学特性に熱変化を示し、狙いの光学特性が得られなくなるおそれがある。よって、発光素子だけでなく、このような光学部品についても冷却することが望まれる。

ここで、本出願人は、二次元方向に配置された発光素子群の光照射側で、発光素子保持部材との間に空間を設けて反射ミラー等の光戻し部材を対向配置させ、発光素子群からの光を発光素子群の二次元方向内部側に向けて戻し、光源装置から射出される光束の断面積を縮小させた光源装置を開発中である。この光源装置では、光戻し部材が受ける光の一部が熱に変わって光戻し部材に熱が蓄積し、光戻し部材の光学特性が熱変化して、所望の光束を光源装置から射出することができなくなるおそれがある。

特に、この光源装置において、発光素子保持部材と光戻し部材との間の空間は、発光素子群の光照射側と隣接しているので、各発光素子からの熱が伝搬しやすく、温度が上昇しやすい。しかも、この空間は、発光素子保持部材と光戻し部材との間に挟まれた狭い空間であるため、熱が溜まりやすい。そのため、この空間に隣接する光戻し部材は、昇温しやすく、光学特性に熱変化が生じやすい。

上記特許文献１に開示の半導体光源装置では、上述したとおり、コリメータレンズ後の光路上に設けられる光学部品については冷却風で冷却できないので、この半導体光源装置における冷却手段をそのまま適用した場合、冷却風により発光素子は冷却できても上述した光戻し部材を冷却することはできない。したがって、発光素子だけでなく光戻し部材についても効率良く冷却できる新たな冷却方法が望まれる。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、発光素子が二次元方向に配置された発光素子群だけでなく、その発光素子群から照射される光を発光素子群の二次元方向内部側に向けて戻す光戻し部材についても、効率良く冷却できる光源装置及びこれを備えた画像投射装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、発光素子保持部材上に発光素子が二次元方向に配置された発光素子群から照射される光を照射対象物に向けて射出する光源装置において、上記発光素子群の光照射側で上記発光素子保持部材との間に空間を設けて対向配置され、該発光素子群から照射される光を該発光素子群の二次元方向内部側に向けて戻す光戻し部材と、上記発光素子群の光照射側の裏側に、上記冷却風を送出する送風手段と、上記発光素子保持部材の外周を囲うように設けられ、上記発光素子保持部材の側部を通って上記送風手段が送出する冷却風を上記発光素子群の光照射側に回り込ませる回り込み流路、および、該回り込み流路から送り込まれる冷却風を上記空間を通過させる流路を形成する流路形成部材とを有することことを特徴とする。

本発明においては、発光素子群の光照射側に存在する発光素子保持部材と光戻し部材との間の空間に冷却風が通るので、この冷却風により当該空間の熱を除去できる。したがって、この冷却風によって発光素子保持部材上の発光素子群及び光戻し部材の両方を冷却することができ、効率のよい冷却を実現できるという優れた効果が得られる。

実施形態１の光源ユニットを正面から見た模式図である。 同光源ユニットを、図１中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットを、図２中Ｂ−Ｂ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットを、図２中Ｃ−Ｃ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットにおける光源とカップリングレンズとの位置関係を示す説明図である。 実施形態２の光源ユニットを正面から見た模式図である。 同光源ユニットを、図６中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットを、図７中Ｂ−Ｂ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットを、図７中Ｃ−Ｃ部で切断したときの模式図である。 実施形態３の光源ユニットを正面から見た模式図である。 同光源ユニットを、図１０中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットのヒートシンクを、光源支持体の裏側方向から見たときの模式図である。 実施形態４の光源ユニットを正面から見た模式図である。 同光源ユニットを、図１３中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。 同光源ユニットのヒートシンクを、光源支持体の裏側方向から見たときの模式図である。 実施形態５におけるプロジェクタを例示する模式図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明を、画像投射装置としてのプロジェクタの光源装置として好適に使用可能な光源装置に適用した一実施形態（以下、本実施形態を「実施形態１」という。）について説明する。
図１は、本実施形態１の光源装置としての光源ユニット１を正面から見た模式図である。
図２は、光源ユニット１を、図１中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。
図３は、光源ユニット１を、図２中Ｂ−Ｂ部で切断したときの模式図である。
図４は、光源ユニット１を、図２中Ｃ−Ｃ部で切断したときの模式図である。

本実施形態１の光源ユニット１は、複数（本実施形態１では１２個）の光源１１−１〜１１−１２が二次元方向に分散して配置された光源群（発光素子群）を備えている。光源１１−１〜１１−１２は、それぞれに対応して設けられたカップリングレンズ１２−１〜１２−１２とともに、円環状をなすように、発光素子保持部材としての光源支持体１３に配列されている。また、光源支持体１３に対し、光源１１−１〜１１−１２の光照射側（以下「表面側」とする。）の裏側には、送風手段としての軸流ファン３が設けられている。

各光源１１−１〜１１−１２には、例えば、半導体レーザー等のレーザー光源を用いることができ、各光源１１−１〜１１−１２から照射される光の色は、それぞれ異なっていても構わない。カップリングレンズ１２−１〜１２−１２は、それぞれ、ガラスやプラスチック等から形成された凸レンズであり、図５に示すように、各カップリングレンズの曲率中心軸が光源１１−１〜１１−１２の各光軸に対して円周方向内側になるように、軸ズレ量ｄだけ軸ズレが生じるように配置されている。このように、光源１１−１〜１１−１２及びカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を配置することで、各光源１１−１〜１１−１２から照射される光は、それぞれ対応するカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を通過して円環中心方向に傾斜した出射光を得ることができる。

光源支持体１３は、例えば、アルミニウム等の金属やモールド樹脂等から構成されており、円環状に配列された光源１１−１〜１１−１２の円環内側で、入射する光を光源ユニット１の光射出方向へ案内する光案内部材としての第１反射ミラー９を支持している。また、円環状に配列された光源１１−１〜１１−１２から照射される光を第１反射ミラー９へ入射させる光案内部材としての第２反射ミラー１０も有している。光源１１−１〜１１−１２から照射された光は、カップリングレンズ１２−１〜１２−１２を通過した後、第２反射ミラー１０で反射し、その反射光が第１反射ミラー９に入射する。第１反射ミラー９に入射した光は、第１反射ミラー９で反射して、最終的に光源ユニット１から射出される。

第１反射ミラー９は、円環状に配置された光源１１−１〜１１−１２の円環内側の光源支持体１３表面によって支持された円盤状の平板部材で構成されている。第１反射ミラー９は、円盤状に形成した板ガラスの一方の面に例えばアルミニウム膜が蒸着されて反射部となる反射面が形成されたものを用いることができる。

第２反射ミラー１０は、図３に示すように、円環状に配置された光源１１−１〜１１−１２を囲うように光源支持体１３の表面上に設けられたユニット側壁８の先端部分に支持されたミラー支持体１４に保持されているドーナツ状の平板部材で構成されている。このユニット側壁８やミラー支持体１４は、上記光源支持体１３と同様、例えば、アルミニウム等の金属やモールド樹脂等で形成することができる。第２反射ミラー１０は、各光源１１−１〜１１−１２から照射された光を、その光源１１−１〜１１−１２の円環内側に配置された第１反射ミラー９へ反射させる位置に配置される。第２反射ミラー１０は、ドーナツ状に形成した板ガラスの一方の面に例えばアルミニウム膜が蒸着されて反射部となる反射面が形成されたものを用いることができる。

第２反射ミラー１０の中央部は、第１反射ミラー９で反射した光を最終的に光源ユニット１から射出させる光射出口１０ａとなる。そのため、第２反射ミラー１０の中央部は、例えば、光が通過可能なように、開口させたり、アルミニウム膜が蒸着されていないガラス板等の光透過部材で形成したりする。

各光源１１−１〜１１−１２からカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を通過した光は、第２反射ミラー１０で折り返されて、光源１１−１〜１１−１２の円環内側に配置された第１反射ミラー９で再度折り返される。本実施形態１では、第１反射ミラー９と第２反射ミラー１０との間で数回の折返しを繰り返した後、第２反射ミラー１０の中央部に形成されている光射出口１０ａから射出される。このような折返しを繰り返すことにより、光源１１−１〜１１−１２から照射された光束の断面積が徐々に縮小し、密度を高められた光束を光源ユニット１から射出することができる。しかも、光源ユニット１から射出される光束の断面積が縮小することで、その射出光束の集光距離を短縮し、光源ユニット１の光射出方向において光源ユニット１が設置されるプロジェクタ等の装置の小型化を図ることができる。

本実施形態１では、最終的に光源ユニット１の光射出方向へ光を案内する第１反射ミラー９に光を入射させるまでの折返し回数が３回である例であったが、折返し回数は１回でもよいし、２回以上でもよい。折返し回数を増やすほど、光源ユニット１から射出される光束の断面積を縮小することが可能である。

また、光源１１−１〜１１−１２から照射される光を光源１１−１〜１１−１２の二次元方向内部側（円環内部側）に向けて戻す光戻し部材の構成部品は、光を反射して光路を変更する第２反射ミラー１０等のミラー部材に限らず、光を屈折させて光路を変更するなどの他の光路変更部材であってもよい。同様に、最終的に光源ユニット１の光射出方向へ光を案内する光案内部材も、第１反射ミラー９等のミラー部材に限らず、光を屈折させて光路を変更するなどの他の光路変更部材であってもよい。

本実施形態１の光源ユニット１には、図２に示すように、軸流ファン３により送り込まれる冷却風が光源支持体１３と第２反射ミラー１０との間に形成されている空間を通過するように、冷却風の流路が形成されている。具体的に説明すると、本実施形態１では、光源支持体１３の側部（図２中上側）を通って軸流ファン３からの冷却風を光源支持体１３の表面側に回り込ませる回り込み流路が、流路形成部材２によって形成されている。これにより、軸流ファン３から光源支持体１３の裏面に吹き付けられた冷却風は、その裏面に沿って光源支持体１３の側部の回り込み流路に向けて流れ、回り込み流路を通って、光源支持体１３の表面に送り込まれる。

本実施形態１では、軸流ファン３からの冷却風が吹き付けられる光源支持体１３の裏面の形状が、通風抵抗が小さくなるように光源支持体１３の側部（図２中の上側と下側）に向けて傾斜した略楔形状に形成されている。これにより、光源支持体１３の裏面に沿って流れる冷却風の流速低下を少なく抑えることができる。本実施形態１では、光源支持体１３における図２中下側の側部に向けて流れる冷却風は、光源支持体１３の裏面の熱を奪って、そのまま光源ユニット１の外部へと排出される。

一方、光源支持体１３における図２中上側の側部に向けて流れる冷却風は、光源支持体１３の裏面の熱を奪って、回り込み流路に流れ込む。そして、光源支持体１３の表面側に回り込み、光源支持体１３の表面と第２反射ミラー１０との間の空間に流れ込み、この空間を通過した冷却風は、光源支持体１３の他端側（図２中の下側）から光源ユニット１の外部へと排出される。

本実施形態１によれば、軸流ファン３からの冷却風は、光源支持体１３の裏面に直接的に吹き付けられて、光源１１−１〜１１−１２から光源支持体１３に伝熱された熱の一部を強制的に奪い取るとともに、光源支持体１３の表面側に回り込んだ後は、光源１１−１〜１１−１２や光源支持体１３から自然対流によって放熱されて、光源支持体１３の表面と第２反射ミラー１０との間の空間内で暖められた空気（熱流体）を光源ユニット１の外部へと排出する。このように、本実施形態１においては、光源支持体１３の表裏両方を冷却風によって冷却することができるので、光源支持体１３の裏面側だけあるいは表面側だけを冷却する構成と比較して、光源１１−１〜１１−１２を効率よく冷却する効果が得られる。本実施形態１においては、１つの軸流ファン３により、光源支持体１３の表裏両方を冷却できる。

しかも、本実施形態１では、光源支持体１３の表面と第２反射ミラー１０との間の空間内で暖められた空気（熱流体）を冷却風によって光源ユニット１の外部へと排出できるので、当該暖められた空気によって第２反射ミラー１０が昇温し、その光学特性が熱変化してしまう事態を抑制できる。また、当該暖められた空気によって第１反射ミラー９が昇温することも抑制されるので、第１反射ミラー９の光学特性が熱変化してしまう事態も抑制できる。

本実施形態１において、光源支持体１３の大きさや光源１１−１〜１１−１２によって形成される円環の径などは任意に設定することができるので、光源の数は適宜設定することができる。また、光源支持体１３の熱量を大きくすれば、より高い放熱性を実現することが可能である。

本実施形態１における光源ユニット１は、光源１１−１〜１１−１２の冷却効果が高いので、発光量の安定性や寿命の観点で優れた効果が得られ、また設計の自由度も大きいため、様々なニーズ、用途に対応することが可能である。特に、本実施形態１の光源ユニットは、プロジェクタ等の画像投射装置に好適に適用することができる。

〔実施形態２〕
次に、本発明に係る光源装置の他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態２」という。）について説明する。
本実施形態２に係る光源ユニット１は、上記実施形態１の光源装置と基本構成はほぼ同じであるが、冷却風が通る流路が異なる点で、上記実施形態１の光源装置とは異なっている。以下、上記実施形態１の光源装置と異なる点を中心に説明する。

図６は、本実施形態２の光源装置としての光源ユニット１を正面から見た模式図である。
図７は、光源ユニット１を、図６中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。
図８は、光源ユニット１を、図７中Ｂ−Ｂ部で切断したときの模式図である。
図９は、光源ユニット１を、図７中Ｃ−Ｃ部で切断したときの模式図である。

本実施形態２の光源ユニット１は、複数の光源１１−１〜１１−１２及び複数のカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を支持する光源支持体１３が円盤状に形成されている。また、本実施形態２の光源ユニット１では、流路形成部材２が光源支持体１３の外周を囲うように設けられている。これにより、本実施形態２における回り込み流路は、光源支持体１３の外周部全域に形成される。

本実施形態２では、軸流ファン３から光源支持体１３の裏面に吹き付けられた冷却風は、その裏面に沿って光源支持体１３の外周部の回り込み流路に向けて流れ、回り込み流路を通って、光源支持体１３の表面に送り込まれる。本実施形態２では、軸流ファン３からの冷却風が吹き付けられる光源支持体１３の裏面の形状が、通風抵抗が小さくなるように光源支持体１３の側部に向けて傾斜した形状に形成されている。具体的には、光源支持体１３の中心部から外周部に向けて放射状に傾斜した略多角垂形状に形成されている。これにより、光源支持体１３の裏面に沿って流れる冷却風の流速低下を少なく抑えることができる。

光源支持体１３の外周部に向けて流れる冷却風は、光源支持体１３の裏面の熱を奪って回り込み流路に流れ込み、光源支持体１３の表面側に回り込んで、光源支持体１３の表面と第２反射ミラー１０との間の空間に流れ込む。本実施形態２において、第２反射ミラー１０の中央部に設けられる光射出口１０ａは開口しており、上記空間に流れ込んだ冷却風は、この光射出口１０ａから光源ユニット１の外部へと排出される。

本実施形態２においては、上記実施形態１と同様、複数の光源１１−１〜１１−１２及び複数のカップリングレンズ１２−１〜１２−１２を支持する光源支持体１３や、第２反射ミラー１０を支持するユニット側壁８及びミラー支持体１４などによって、光源ユニット１のケース（光源ケース）が構成されている。光源ケースは、通常、空気中の塵埃等の異物が内部に入り込まないように、外気へ連通する開口をなるべく少なくすることが望まれる。そのため、通常であれば、光を射出する射出口１０ａは、ガラス等の光透過部材で塞ぐのが好ましい。

しかしながら、本実施形態２においては、光源ユニット１の光射出口１０ａには光透過部材を設けず、開口状態としている。これにより、光源支持体１３の裏面側から回り込み流路を通って光源支持体１３の表面側の空間へ送り込まれてきた冷却風を、光射出口１０ａを通じて、光源ユニット１の外部へ排出することができる。仮に、光射出口１０ａに光透過部材を設けた場合、光射出口１０ａの内部の冷却風を効率よく排出するために、上記実施形態１の場合のように別の開口部を光源ケースに形成する必要があり、この場合、光源ケースの剛性の低下を招く。

本実施形態２のように、光射出口１０ａの開口を冷却風の排出口として用いることで、光源ケースの剛性を低下させることなく、広い冷却風の排出口を確保することができる。これにより、光源ケース内の冷却風を効率よく排出できるようになり、冷却風による高い冷却効果を維持できる。しかも、本実施形態２のように、光射出口１０ａの開口を冷却風の排出口として用いる場合、光射出口１０ａの開口では、光源ケース内部から外部に向かって冷却風の強い吹き出しが生じる。これにより、光射出口１０ａが開口していても、外部の塵埃等の異物が入り込みにくいので、異物の進入の問題は軽微である。

〔実施形態３〕
次に、本発明に係る光源装置の更に他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態３」という。）について説明する。
本実施形態３に係る光源ユニット１は、上記実施形態１の光源装置と基本構成はほぼ同じであるが、更に冷却効果を高めるために放熱部材としてのヒートシンク１５を設けた点で、上記実施形態１の光源装置とは異なっている。以下、上記実施形態１の光源装置と異なる点を中心に説明する。

図１０は、本実施形態３の光源装置としての光源ユニット１を正面から見た模式図である。
図１１は、光源ユニット１を、図１０中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。
図１２は、光源ユニット１のヒートシンクを、光源支持体１３の裏側方向から見たときの模式図である。
本実施形態３の光源ユニット１は、図１１に示すように、光源支持体１３の裏面が平面に形成されており、その裏面にヒートシンク１５が取り付けられている。このヒートシンク１５は、光源支持体１３の裏面全体に密着するように取り付けられる基部１５ａと、その基部１５ａから伸びる多数の平板状フィン１５ｂとから構成されている。

本実施形態３において、ヒートシンク１５の基部１５ａは、軸流ファン３から吹き付けられる冷却風の通風抵抗が小さくなるように光源支持体１３の側部（図１１中の上側と下側）に向けて傾斜した略楔形状に形成されている。これにより、光源支持体１３の裏面のヒートシンク１５に吹き付けられる冷却風が平板状フィン１５ｂの隙間を通って光源支持体１３の側部（図１１中の上側と下側）へ向かって流れるときの流速低下を少なく抑えることができる。

本実施形態３によれば、軸流ファン３からの冷却風が光源支持体１３の裏面のヒートシンク１５に吹き付けられることにより、平板状フィン１５ｂの隙間を通って光源支持体１３の側部へと抜けるときに、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２から光源支持体１３を介してヒートシンク１５に伝達された熱が冷却風により効率よく除熱され、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２の冷却効果が高まる。

〔実施形態４〕
次に、本発明に係る光源装置の更に他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態４」という。）について説明する。
本実施形態４に係る光源ユニット１は、上記実施形態２の光源装置と基本構成はほぼ同じであるが、更に冷却効果を高めるために放熱部材としてのヒートシンク１５を設けた点で、上記実施形態２の光源装置とは異なっている。以下、上記実施形態２の光源装置と異なる点を中心に説明する。

図１３は、本実施形態４の光源装置としての光源ユニット１を正面から見た模式図である。
図１４は、光源ユニット１を、図１３中Ａ−Ａ部で切断したときの模式図である。
図１５は、光源ユニット１のヒートシンクを、光源支持体１３の裏側方向から見たときの模式図である。
本実施形態４の光源ユニット１は、図１４に示すように、光源支持体１３の裏面が平面に形成されており、その裏面にヒートシンク１５が取り付けられている。このヒートシンク１５は、光源支持体１３の裏面全体に密着するように取り付けられる基部１５ａと、その基部１５ａから伸びる多数の棒状フィン１５ｂとから構成されている。

本実施形態４の光源ユニット１は、上記実施形態２と同様、光源支持体１３が円盤状に形成されており、流路形成部材２が光源支持体１３の外周を囲うように設けられている。これにより、本実施形態４における回り込み流路も、光源支持体１３の外周部全域に形成されている。本実施形態４では、軸流ファン３から吹き付けられる冷却風が光源支持体１３の外周部に向けて放射状に流れるように、多数の棒状フィン１５ｂを分散配置したヒートシンク１５を用いている。これにより、軸流ファン３から吹き付けられる冷却風は、光源支持体１３の外周部に向けて均等に分散させることができる。

本実施形態４によれば、軸流ファン３からの冷却風が光源支持体１３の裏面のヒートシンク１５に吹き付けられることにより、棒状フィン１５ｂの隙間を通って光源支持体１３の外周部へと抜けるときに、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２から光源支持体１３を介してヒートシンク１５に伝達された熱が冷却風により効率よく除熱され、光源支持体１３上の光源１１−１〜１１−１２の冷却効果が高まる。

〔実施形態５〕
次に、本発明に係る光源装置を用いた画像投射装置としてのプロジェクタの一実施形態（以下、本実施形態を「実施形態５」という。）について説明する。
図１６は、本実施形態５におけるプロジェクタ２０を例示する模式図である。
このプロジェクタ２０は、光源ユニット１と、照明光学系を構成する光量均一化手段としてのロッドインテグレータ１６と、画像形成部材である画像形成パネル１８と、ロッドインテグレータ１６で光量を均一化された出射光を画像形成パネル１８に伝達する照明光学系を構成するリレーレンズ１７と、画像形成パネル１８に形成された画像を拡大投射する投射光学系となる投射レンズ１９とを有している。

各光源１１−１〜１１−１２から照射された光が集光されて光源ユニット１から射出される光は、周知のロッドインテグレータ１６に入射してロッドインテグレータ１６内で全反射を繰り返しながら色合成や光量の均一化等が行われ、ロッドインテグレータ１６から出射される。ロッドインテグレータ１６から出射された光は、リレーレンズ１７により画像形成パネル１８に照射され、投射レンズ１９により図示しない外部スクリーンに投射される。

本実施形態５のプロジェクタ２０では、画像形成パネル１８として、変調信号に応じて画像形成される透過型タイプのパネルを例示しているが、反射型タイプのパネルやマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）タイプのパネルを用いてもよい。なお、ロッドインテグレータ１６は、光量均一化手段の代表的な一例であり、これ以外の周知の光量均一化手段を用いてもよい。リレーレンズ１７や投射レンズ１９についても本実施形態のものに限定されない。

このようなプロジェクタ２０の光源装置として、上述した実施形態の光源ユニット１を用いることで、複数光源からの照射された光を合成して断面積が縮小した密度の高い光束が得られるとともに、ロッドインテグレータ１６への入射角を小さくできるので、画像形成パネル１８の照明光の広がりを抑えることが可能となり、ＮＡの小さい（Ｆ値の大きい）投射レンズ１９を用いることができる。このため、投射レンズ１９の設計や製作が容易となり画像性能も容易に確保できる。つまり、複数光源を用いつつ、放熱性を向上させ、かつ光量の均一化を図ることができるプロジェクタ２０を実現できる。更には、光源ユニット１から射出される射出光束の断面積を縮小することにより、その射出光束の集光距離を短縮し、ロッドインテグレータ１６を、より光源ユニット１の近くに配置することが可能となり、光源ユニット１の光射出方向におけるプロジェクタ２０の小型化を図ることができる。

以上の説明では、光源１１−１〜１１−１２が円環状に配置された例について説明したが、このような配置に限らず、光源が二次元方向に配置されたものであれば、光源を格子状に配置したものでも、多角形状に配置したものでもよい。各光源の配置は、均等に分布した配置が好ましいが、不均等に分布したものであってもよい。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
光源支持体１３等の発光素子保持部材上に光源１１−１〜１１−１２等の発光素子が二次元方向に配置された発光素子群から照射される光をロッドインテグレータ１６等の照射対象物に向けて射出する光源ユニット１等の光源装置において、上記発光素子群の光照射側で上記発光素子保持部材との間に空間を設けて対向配置され、該発光素子群から照射される光を該発光素子群の二次元方向内部側に向けて戻す第２反射ミラー１０等の光戻し部材を有し、軸流ファン３等の送風手段により送り込まれる冷却風が上記空間を通過するように該冷却風の流路を形成したことを特徴とする。
発光素子保持部材と光戻し部材との間の空間は、発光素子群の光照射側と隣接しているので、各発光素子からの熱が伝搬しやすく、温度が上昇しやすい。しかも、この空間は、発光素子保持部材と光戻し部材との間に挟まれた狭い空間であるため、熱が溜まりやすい。そのため、この空間に隣接する光戻し部材は、昇温しやすく、光学特性に熱変化が生じやすい。本態様によれば、冷却風により上記空間の熱を除去できるので、この冷却風によって発光素子保持部材上の発光素子群だけでなく、光戻し部材についても冷却することができ、効率のよい冷却を実現できる。

（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、上記発光素子群の二次元方向内部側に配置され、入射する光を当該光源装置の光射出方向へ案内する第１反射ミラー９等の光案内部材を有し、上記光戻し部材は、上記発光素子群から照射される光を上記光案内部材へ入射させるように戻すことを特徴とする。
これによれば、発光素子群から照射される光束の断面積を縮小して密度が高められた光束を光源装置から射出することができる。しかも、光源装置から射出される光束の断面積が縮小することで、その射出光束の集光距離を短縮し、光源装置の光射出方向において当該光源装置が設置されるプロジェクタ等の装置の小型化を図ることができる。

（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、上記発光素子群の光照射側の裏側に、上記冷却風を送出する軸流ファン３等の送風手段を有し、上記流路は、上記発光素子保持部材の側部を通って上記送風手段が送出する冷却風を上記発光素子群の光照射側に回り込ませる回り込み流路を含み、該回り込み流路から送り込まれる冷却風が上記空間を通過するように形成されていることを特徴とする。
これによれば、送風手段を発光素子群の光照射側の裏側に配置することができ、省スペース化を図ることができる。

（態様Ｄ）
上記態様Ｃにおいて、上記発光素子保持部材における上記発光素子群の光照射側の裏側に、上記送風手段が送出する冷却風が上記回り込み流路に向けて流れるように傾斜した光源支持体１３の裏面部分やヒートシンク１５の基部１５ａ等の傾斜部材を有することを特徴とする。
これによれば、送風手段が送出する冷却風の流速低下を少なく抑えて、回り込み流路に冷却風を送り込むことができ、高い冷却効果を維持することができる。

（態様Ｅ）
上記態様Ｄにおいて、上記発光素子保持部材における上記発光素子群の光照射側の裏側に設けられ、該発光素子群の熱を放熱するヒートシンク１５等の放熱部材を有し、上記放熱部材を上記傾斜部材として構成したことを特徴とする。
これによれば、高い冷却効果を得るために放熱部材を設けた場合でも、送風手段が送出する冷却風の流速低下を少なく抑えて、回り込み流路に冷却風を送り込むことができ、高い冷却効果を維持することができる。

（態様Ｆ）
上記態様Ｃ〜Ｅのいずれかの態様において、上記流路は、上記回り込み流路から上記空間に送り込まれて該空間を通過した冷却風を、該回り込み流路が形成されている上記発光素子保持部材の側部とは反対側の側部から排出するように形成されていることを特徴とする。
これによれば、回り込み流路から上記空間に入り込んだ冷却風の流れの向きを大きく代えることなく当該空間を通過させることができるので、高い冷却効果を維持することができる。

（態様Ｇ）
上記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、上記発光素子保持部材及び上記発光素子群を内部に収容する光源ケースを有し、上記発光素子群から照射される光が射出される上記光源ケースの光射出口１０ａを開口して、上記空間を通過した冷却風が該光射出口を通って該光源ケースの外部へ排出されるように上記流路を形成したことを特徴とする。
これによれば、光源ケースの剛性を低下させることなく、広い冷却風の排出口を確保することができるので、光源ケース内の冷却風を効率よく排出できるようになり、冷却風による高い冷却効果を維持できる。しかも、光射出口１０ａの開口では、光源ケース内部から外部に向かって冷却風の強い吹き出しが生じるので、光射出口１０ａが開口していても、外部の塵埃等の異物が入り込みにくいので、異物の進入の問題は軽微である。

（態様Ｈ）
プロジェクタ２０等の画像投射装置であって、上記態様Ａ〜Ｇのいずれかの態様に係る光源装置と、上記光源装置から射出される光を画像形成部材に伝達する照明光学系と、上記画像形成部材に形成された画像を拡大投射する投射光学系とを有することを特徴とする。
これによれば、上記実施形態５で説明した種々の効果が得られる。

１ 光源ユニット
２ 流路形成部材
３ 軸流ファン
８ ユニット側壁
９ 第１反射ミラー
１０ 第２反射ミラー
１０ａ 光射出口
１１−１〜１１−１２ 光源
１２−１〜１２−１２ カップリングレンズ
１３ 光源支持体
１４ ミラー支持体
１５ ヒートシンク
１６ ロッドインテグレータ
１７ リレーレンズ
１８ 画像形成パネル
１９ 投射レンズ
２０ プロジェクタ

特開２０１１−１９７５９３号公報

Claims (6)

1. 発光素子保持部材上に発光素子が二次元方向に配置された発光素子群から照射される光を照射対象物に向けて射出する光源装置において、
   上記発光素子群の光照射側で上記発光素子保持部材との間に空間を設けて対向配置され、該発光素子群から照射される光を該発光素子群の二次元方向内部側に向けて戻す光戻し部材と、
   上記発光素子群の光照射側の裏側に、冷却風を送出する送風手段と、
   上記送風手段が送出する冷却風を上記光照射側に回り込ませる回り込み流路、および、該回り込み流路から送り込まれる冷却風を上記空間を通過させる流路を形成する流路形成部材とを有することを特徴とする光源装置。
2. 請求項１の光源装置において、
   上記発光素子群の二次元方向内部側に配置され、入射する光を当該光源装置の光射出方向へ案内する光案内部材を有し、
   上記光戻し部材は、上記発光素子群から照射される光を上記光案内部材へ入射させるように戻すことを特徴とする光源装置。
3. 請求項１または２の光源装置において、
   上記発光素子保持部材における上記発光素子群の光照射側の裏側に、上記送風手段が送出する冷却風が上記回り込み流路に向けて流れるように傾斜した傾斜部材を有することを特徴とする光源装置。
4. 請求項３の光源装置において、
   上記発光素子保持部材における上記発光素子群の光照射側の裏側に設けられ、該発光素子群の熱を放熱する放熱部材を有し、
   上記放熱部材を上記傾斜部材として構成したことを特徴とする光源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置において、
   上記発光素子保持部材及び上記発光素子群を内部に収容する光源ケースを有し、
   上記発光素子群から照射される光が射出される上記光源ケースの光射出口を開口して、上記空間を通過した冷却風が該光射出口を通って該光源ケースの外部へ排出されるようにしたことを特徴とする光源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置と、
   上記光源装置から射出される光を画像形成部材に伝達する照明光学系と、
   上記画像形成部材に形成された画像を拡大投射する投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。

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