JP2016018594A - 光源装置および電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】反射面が高い姿勢精度を持つ階段ミラーを備えた簡素かつ安価な光源装置および電気機器を提供する。【解決手段】光源装置１０は、複数の光源（ＬＤ１）と、ミラー部材（階段ミラー４）と、レンズ部（集光レンズ５）とを備える。階段ミラー４は、複数の光源から出射される光（励起光Ｌｘ）を反射するため階段状に配置された複数の反射面４ｒを有する。レンズ部（集光レンズ５）は、階段ミラー４の反射面４ｒで反射された光を集光する。階段ミラー４は一体成型された部材である。このようにすれば、階段ミラー４が一体成型されているので、従来のように複数の短冊ミラーを保持体に接合したり、複数の短冊ミラー同士を接合したりする場合のように短冊ミラーの位置精度や接合工程の誤差などに起因する問題の発生を防止できるとともに、製造工程自体も簡略化できるので光源装置１０の製造コストが増大することを抑制できる。【選択図】図１

Description

この発明は、光源装置および電気機器に関し、より特定的には階段状に配置された複数の反射面を有するミラーを備えた光源装置および電気機器に関する。

蛍光灯や白熱電球などの従来光源に比べ、発光ダイオードは長寿命であり、近年その発光効率や光束の向上に伴って、様々な照明装置の光源として用いられるようになってきている。たとえば、パソコン画面やビデオ映像をスクリーンに投影するプロジェクタのような電気機器においても、高圧水銀ランプに代わり、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子が用いられはじめている。以降、発光ダイオードをＬＥＤ（Light Emitting Diode）、レーザダイオードをＬＤ（Laser Diode）と称す。

プロジェクタでは、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルなどの表示素子に光を照射し、当該表示素子の各画素で反射または透過された映像光をスクリーンに結像している。表示素子にはランプの白色光をカラーホイールで時分割した光、あるいはダイクロイックミラーで分光した赤・緑・青の３色の光、場合によってはさらに白や黄の光が照射される。

ＬＥＤやＬＤを用いるプロジェクタでは、赤・緑・青の光の全てをＬＥＤやＬＤで生成することもできる。しかし、緑色光を出射する半導体発光素子は他の赤色光や青色光を出射する半導体発光素子に比べて発光効率が低い。そのため、緑色光は蛍光体を用いて青色光や紫外光を励起光とした蛍光光として生成される。また、赤色光や青色光も蛍光光として生成されることがある。

プロジェクタにおいて、蛍光体から緑、または赤・青を生成する場合、励起光源にはＬＤが用いられる。但し、ＬＤが１本では十分な光量が得られないため、特許文献１のように、多数のＬＤが並べられる。特許文献１に開示されたプロジェクタにおいて、ＬＤは縦と横の２次元方向に配列され、また個々のＬＤにコリメータレンズが設けられている。特許文献１に開示されたプロジェクタの光源は、全体として数十〜数百［Ｗ］の平行光束を発する大面積光源となっている。

特許文献１のプロジェクタにおける光源からの光（平行光束となった励起光）は蛍光体上にφ２ｍｍ程度のスポットで集光される。特許文献１に開示されるように、集光用のレンズサイズを小さく抑え、プロジェクタをコンパクトにするため、階段状のミラーが用いられる場合がある。この階段状のミラー（階段ミラーとも称する）により、当該階段ミラーからの反射時に平行光束の一方向の幅が圧縮される。

特許文献１に開示されたプロジェクタにおいて、階段ミラーは、複数の短冊状のミラーが保持体に接着されることにより形成される。２次元配列されたＬＤの一方向を行方向、当該行方向に直交するもう一方向を列方向とすると、短冊ミラーの数は例えば列方向のＬＤの数と同じである。また、個々の短冊ミラーはＬＤの各列の正面に配置される。これらの短冊ミラーの貼り付け姿勢に誤差があると、階段ミラーにおいて反射される光の光軸が設計時の正しい位置からずれるため、蛍光体上の励起光のスポットサイズが大きくなったり、あるいは光路の途中で励起光の一部がケラレたりする場合がある。そして、この場合、励起光や蛍光光の伝達効率が低下しスクリーンへ投射される光量が減る。このため、短冊ミラーには±０．１ｄｅｇ程度の高い姿勢精度が求められる。

このような高い姿勢精度が必要になるといった課題を解決するために、特許文献２では、表裏面が高い平行度を持つ短冊ミラーを用い、隣り合う短冊ミラーの表面と裏面とを一部重ねて貼り合わせ、これを列方向につなげている。特許文献２では、このような構成とすることで、個々の短冊ミラーの姿勢精度が高い階段ミラーを実現できるとしている。

特開２０１１−７６７８１号公報 特開２０１３−８０５７８号公報

複数の短冊ミラーを列方向にずらしながら、隣り合う短冊ミラーの表面と裏面を重ねて貼り合わることにより階段ミラーを形成する場合、２次元配列されたＬＤの列数が多いと、階段ミラーでは個々の短冊ミラーの厚み誤差が累積する。例えば階段ミラーの列方向端部の短冊ミラーがＬＤの正面に位置しなくなり、励起光の一部が短冊ミラーの反射面に当たらなくなるといった問題が発生する。よって、短冊ミラーには表裏面の平行度だけでなく、厚みにも高い精度が必要となるが、このような高精度の短冊ミラーを用いることは階段ミラーの製造コストを増大させることになる。

また、短冊ミラー同士が重なり合った接触界面ではなく、短冊ミラーの側面（接触界面と交差する方向に延びる側面）同士を接着する場合、対向する面同士の接着ではないため、振動や衝撃、熱履歴に対する強度が不十分になる恐れもある。さらには、短冊ミラーの接合に用いられる接着剤として紫外線硬化樹脂等の接着剤を用いる場合、これらの樹脂は励起光の散乱光により劣化するので、接着剤の強度低下も懸念される。

本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、反射面が高い姿勢精度を持つ階段ミラーを備えた簡素かつ安価な光源装置および電気機器を提供することである。

この発明に従った光源装置は、複数の光源と、ミラー部材と、レンズ部とを備える。ミラー部材は、複数の光源から出射される光を反射するため階段状に配置された複数の反射面を有する。レンズ部は、ミラー部材の反射面で反射された光を集光する。ミラー部材は一体成型された部材である。

本発明による光源装置において、個々の短冊ミラーに相当する反射面の姿勢精度を高くできるため、効率が高く、構造が簡素で安価、さらに振動や衝撃、熱、光に対する強度の信頼性が高い光源装置およびプロジェクタが実現できる。

本発明の実施の形態１に係る光源装置および当該光源装置を備える電気機器の構成を示す概略図である。 図１に示した光源装置において、保持体に取り付けられた階段ミラーを、反射面側から見た鳥瞰図である。 図１に示した光源装置において、保持体に取り付けられた階段ミラーを、反射面の反対側から見た鳥瞰図である。 本発明の実施の形態１に係る光源装置における階段ミラーの側面に設けられた基準面の例を表した模式図である。 本発明の実施の形態１に係る光源装置における階段ミラーの側面の一部拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る光源装置の階段ミラーの製造工程を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１に係る光源装置の階段ミラーの製造工程を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１に係る光源装置の階段ミラーの製造工程を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態２に係る光源装置の構成を示す概略図である。 図９の領域Ｘの拡大断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る光源装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態３に係る光源装置において、２次元に配列された光源からの励起光がの階段ミラーによって反射され略一点に集まる様子を表した模式図である。 本発明の実施の形態３に係る光源装置の階段ミラーにおける個々の反射面の、光源の行方向に垂直な面における形状を表す模式図である。 本発明の実施の形態４に係る光源装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態４に係る光源装置の階段ミラーによって、２次元に配列された光源からの励起光が反射される様子を表した模式図である。

以下、添付の図面を用いて、本発明の実施の一形態を説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光源装置１０および光源装置１０を備える電気機器の一例であるプロジェクタ２０の構成を示す概略図である。

＜光源装置１０およびプロジェクタ２０の構成＞
本実施形態に係るプロジェクタ２０は、光源装置１０と、当該光源装置１０から出射される光が照射される表示部と、当該表示部から出射される光を外部に投影するためのレンズを含む光学系と、表示部に表示するための画像データを外部のコンピュータなどから入力するためのインターフェース部と、光源装置１０、表示部、光学系、インターフェース部などを制御するための制御部と、表示部や光源装置１０などを駆動するための電力を供給するための電源部とを備える。表示部としては、たとえば液晶表示装置などの表示素子を用いることができるが、他の任意の画像表示装置を用いることができる。

光源装置１０は、複数の光源としてのレーザダイオード１（ＬＤ１）と、ミラー部材としての階段ミラー４と、レンズ部としての集光レンズ５とを備える。階段ミラー４は、複数のＬＤ１から出射される光を反射するため階段状に配置された複数の反射面４ｒを有する。集光レンズ５は、階段ミラー４の反射面４ｒで反射された光を集光する。階段ミラー４は一体成型された部材である。

励起光源である複数のＬＤ１は、図示しない基板上に２次元に配列され、実装されている。図１中の矢印の方向を列方向とし、紙面垂直方向を行方向とする。基板においてＬＤ１が実装された表面と反対側の裏面には、ＬＤ１を冷却するためのヒートシンク３が接続されている。ＬＤ１において光を出射する発光部の前面にはコリメータレンズ２が配置されている。個々のＬＤ１から出射された励起光Ｌｘは、ＬＤ１の正面に配置されたコリメータレンズ２によって略平行化される。なお、ＬＤ１の励起光Ｌｘは青色光または紫外光である。また、上述したＬＤ１に変えて、励起光源としてＬＥＤを用いてもよい。

コリメータレンズ２から見てＬＤ１と反対側には、階段ミラー４が配置されている。階段ミラー４は複数の反射面４ｒを有する。また、階段ミラー４では、複数の反射面４ｒがＬＤ１からの励起光Ｌｘの光軸に対して傾斜するように階段状に配置されている。反射面４ｒの配置は、当該反射面４ｒにおいて励起光Ｌｘが反射することにより、反射光が集光レンズ５（具体的には集光レンズ５の凸レンズ５ａ）に入射するように決定されている。

集光レンズ５は、上述した凸レンズ５ａと、凹レンズ５ｂと、ダイクロイックミラー６と、凸レンズ５ｃ、５ｄとを含む。凸レンズ５ａに入射した光（反射光）は、凹レンズ５ｂ、ダイクロイックミラー６、凸レンズ５ｃ、凸レンズ５ｄをそれぞれ透過しつつ最終的に集光される。そして、当該集光された光は、凸レンズ５ｄの後ろに配置された蛍光体素子７に照射される。蛍光体素子７は、照射された光（励起光Ｌｘ）を波長変換するための素子である。蛍光体素子７により波長変換された光（蛍光光Ｌｍ）は、後述するように凸レンズ５ｄ、凸レンズ５ｃを透過してダイクロイックミラー６に入射する。当該蛍光光Ｌｍはダイクロイックミラー６において反射され、光源装置１０からの出射光として光源装置１０の外部へ出射される。

図２および図３に示すように、階段ミラー４は保持体８に取り付けた状態で固定される。ここで、図２は保持体８に保持された階段ミラー４を反射面４ｒ側から見た鳥瞰図であり、図３は階段ミラー４の反射面４ｒと反対側から、保持体８に保持された階段ミラー４を見た鳥瞰図である。図２および図３からもわかるように、階段ミラー４は、複数の短冊ミラーを保持体８に貼り付けたものではなく、階段形状（段々形状）を有する一つの部品となっている。階段ミラー４としては、プレス成形したガラス、あるいは射出成形した樹脂（たとえばポリカーボネート等）を用いることができる。

反射面４ｒには、反射膜として銀やアルミニウムなどの金属膜、あるいは誘電体多層膜が被覆される。さらに、当該金属膜の上に増反射コートまたは保護コートが施されていてもよい。階段ミラー４の列方向（図１参照）の両端部には、保持体８の基準面８ａに押し付け、固定するための位置決め部４ａが設けられている。当該位置決め部４ａは、保持体８に押えバネ８ｄ（図３参照）によって押圧されることにより固定される。すなわち、押えバネ８ｄは保持体８の基準面８ａと対向するように配置され、当該基準面８ａと押えバネ８ｄとの間に階段ミラー４の位置決め部４ａが把持された状態となっている。

階段ミラー４は成形により一体化した部品なので、複数の短冊ミラーを接合して形成する場合のように一枚一枚短冊ミラーの姿勢精度を出す必要がない。つまり、本実施形態に係る光源装置１０の階段ミラー４では、例えば位置決め部４ａを保持体８の基準面８ａに押し付けて固定することで、階段ミラー４全体の反射面４ｒについて一度に必要な姿勢精度を満足できる。

なお、階段ミラー４の全体的な位置と角度について十分な精度を達成するためには、基準面８ａだけでなく、互いに平行でない複数の基準面、好ましくは互いに直交する３つの基準面に階段ミラー４の表面を押し付けて階段ミラー４の位置決めを行うことが好ましい。図２および図３では、例えば保持体８の面８ｂ（基準面８ａに連なり基準面８ａと交差する方向に延びる面）と面８ｃ（基準面８ａおよび面８ｂとそれぞれ交差する方向に延びる面）とが基準面８ａ以外の基準面である。

また、階段ミラー４側にも、上述した基準面８ａ、８ｂ、８ｃに押し付けられる箇所に基準面が必要である。ミラー側の基準面の一つは、例えば位置決め部４ａにおける反射面４ｒ側の面である。ミラー側の基準面のうちの他の二つは、たとえば階段ミラー４の側面（階段ミラー４において基準面８ｂに対向する側面および基準面８ｃに対向する側面）である。

なお、階段ミラー４は金型を用いてガラスやポリカーボネート等の樹脂を成形して製作する。この場合、上記側面には離型のために２〜８°程の抜き勾配が設けられる。したがって、上記のような抜き勾配が設けられた側面は、そのままではミラー側の基準面に適さない。

そこで、階段ミラー４の側面に数箇所、抜き勾配０°の基準面を部分的に設けることが好ましい。図４は、階段ミラー４の側面に設けられた基準面の例を表した図である。階段ミラー４の側面に設けられた突起部４ｃは、抜き勾配０°の基準面４ｂを有する。つまり、位置決め部４ａにおける反射面４ｒ（図２参照）側の面および位置決め部４ａにおいて反射面４ｒと反対側の裏面に対し９０°となる基準面４ｂが突起部４ｃに形成される。突起部４ｃは階段ミラー４の側面に複数箇所設けられることが好ましく、当該突起部４ｃの基準面４ｂが基準面８ｂや基準面８ｃに押し付けられる。なお、金型構造の工夫次第では基準面８ｂに押し付けられる階段ミラー４の側面を、位置決め部４ａにおける反射面４ｒ側の面に対して９０°となるように形成することで、そのまま基準面として用いることもできる。

図５は、階段ミラー４の側面の一部拡大図である。階段ミラー４は、短冊ミラーに相当する（反射面４ｒを有する）部分４ｄと、部分４ｄ同士をつなぐ（連結部としての）部分４ｅとから成る。部分４ｄの延在方向と部分４ｅの延在方向とが成す角は鈍角となるため、階段ミラー４の素材をガラスにする場合、プレス加工により当該ガラスを変形させるときの変形量（プレス時の押す量）を、上記角が鋭角となる場合よりも少なくすることができる。また、部分４ｄと部分４ｅとの境界部分において、凸部４ｆはプレス加工に用いる金型側が凹となるため、角が丸まった形状となる。

また、階段ミラー４を射出成形により成形された樹脂製とする場合、成形後の樹脂のヒケを抑えるため均肉化することが好ましい。たとえば、凸部４ｆの表面を曲面状とするとともに、当該凸部４ｆの表面の曲率半径Ｒを階段ミラー４の厚みＴと同等程度にする（たとえば厚みＴの１倍以上１．５倍以下にする）ことが好ましい。また、部分４ｄと部分４ｅとの境界部において、たとえば凹部４ｇの角部は部分４ｄと部分４ｅとの表面をつなぐ曲面（たとえばフィレット）または平面（たとえば面取り加工部）となっていてもよい。

＜光源装置１０およびプロジェクタ２０の製造方法＞
階段ミラー４やＬＤ１、ヒートシンク３、コリメータレンズ２や集光レンズ５など、光源装置１０を構成する部品を準備し、これらの部品を組み立てることにより光源装置１０を製造することができる。また、当該光源装置１０およびプロジェクタ２０を構成する他の部品を準備し、これらの部品を組み立てることによりプロジェクタ２０を製造することができる。

本実施形態に係る階段ミラー４は、たとえば一枚の平板状のガラスをプレス成形することにより製作することができる。あるいは、ポリカーボネート等の樹脂を溶融して金型内へ射出成形して製作してもよい。このようにすれば、個々の短冊ミラーに相当する反射面４ｒの角度や形状精度、さらに階段ミラー４側の基準面（例えば位置決め部４ａにおける反射面４ｒ側の面）の位置や角度の精度は、金型に依存する。一般に金型の精度は高く、また必要に応じて、成形後の形状誤差を元に金型の形状も修正できる。したがって、成形後の階段ミラー４の形状精度は非常に高いものとなる。

さらに、階段ミラー４を図２や図３に示すように均肉な形状（たとえば全体の厚みＴ（図５参照）がほぼ均一になっている形状）としておけば、必要な精度を達成し易い。また、プレス成形や射出成形により階段ミラー４を作成するので、階段ミラー４を多数製作しても個体ばらつきを小さくし、安定した形状精度を得ることができる。

図６〜図８は、階段ミラー４をガラス製とした場合、ガラス板１１を金型１２によりプレス成形することで階段ミラー４を製造する様子を表した模式図である。図６〜図８は、図６、図７、図８の順番で、ガラス板１１が金型１２によりプレス成形される様子を示している。具体的には、まず図６に示すように１組の金型１２の間にガラス板１１が配置される。そして、図６の白抜き矢印に示す方向に金型１２が移動して、ガラス板１１が金型１２により押圧、変形される。ガラス板１１は、図７に示すように金型１２の形状に沿って徐々に変形する。そして、金型１２がガラス板１１を十分に押圧し変形させることによって、最終的には図８に示すように金型１２の形状に沿ってガラス板１１が変形し階段ミラー４が形成される。図７に示すように、ガラス板１１の屈曲部である凸部４ｆには矢印で示す方向に引張り応力が働く。そのため、凸部４ｆの厚みはガラス板１１の厚みＴ（図５参照）より薄く、また凸部４ｆの曲率半径Ｒも厚みＴより大きくなる傾向にある。よって、凸部４ｆの曲率半径Ｒを厚みＴの１倍以上１．５倍以下とすることが望ましい。また、図７に示すガラス板１１の凹部４ｇは、金型側が凸になっており、当該金型の形状を調整することによって角が立った形状にできる。しかし、面取りするなど凹部４ｇについては角を落とした形状とすることで、階段ミラー４のプレス時における応力集中を緩和できる。

すなわち、本実施の形態１の階段ミラー４において、階段ミラー４の厚みＴと凸部４ｆの曲率半径ＲとについてＴ≦Ｒ≦１．５Ｔという関係を満足し、さらに、凹部４ｇは角を落とした形状とすることが好ましい。この場合、階段ミラー４が樹脂製の場合はヒケを抑えることができる。また、階段ミラー４がガラス製の場合は、成形時とその後の励起光Ｌｘの照射等による熱負荷印加時の階段ミラー４の割れを抑制できる。

＜光源装置１０およびプロジェクタ２０の動作＞
次に、本実施形態に係る光源装置１０およびプロジェクタ２０の動作について簡単に説明する。

光源装置１０において、ＬＤ１から出射しコリメータレンズ２で略平行化された励起光Ｌｘは、階段ミラー４で反射されると同時に、階段ミラー４で反射される前の光線束の列方向の幅より、階段ミラー４で反射された後の光線束の幅（凸レンズ５ａの幅方向おける光線束の幅）が圧縮される。その後、励起光Ｌｘは集光レンズ５の凸レンズ５ａ、凹レンズ５ｂ、ダイクロイックミラー６、凸レンズ５ｃ、５ｄを透過しつつ、蛍光体素子７上に集光される。蛍光体素子７によって、励起光Ｌｘは蛍光光Ｌｍに波長変換される。蛍光光Ｌｍは例えば緑色光である。

蛍光体素子７から発せられた蛍光光Ｌｍは凸レンズ５ｄ、５ｃを透過した後、ダイクロイックミラー６によって反射される。このようにして光源装置１０から所定の波長の光が出射される。その後、光源装置１０から出射された光は、図示しない表示素子や投射レンズなどの光学系を経て、外部のスクリーンへと出射される。なお、上記とは逆に、ダイクロイックミラー６で励起光Ｌｘが反射され、反射された励起光Ｌｘが蛍光体素子に入射して波長変換された後、蛍光光Ｌｍがダイクロイックミラー６を透過する光路系を採用してもよい。

このように、本実施の形態１に係る光源装置１０によれば、成形により一体化した部品として製作される階段ミラー４を用いることで、個々の短冊ミラーに相当する反射面４ｒの姿勢精度を高くでき、効率の高い光源装置１０を容易に実現できる。また、本実施の形態１の階段ミラー４は、均肉な形状なので必要な精度を達成し易く、プレス成形や射出成形により製造するために成形時間は短く安価である。また、階段ミラー４が一つの部品となっているので、従来のように複数の短冊ミラーを接合する場合より光源装置１０の構造を簡素化できる。したがって、光源装置１０の組立時間を従来より短縮できるので光源装置１０の製造コストを低減できる。さらには、複数の短冊ミラーを接着剤で貼り合わせるといった工程を採用していないので、当該接着剤が振動や衝撃、熱、光などによって劣化するといった問題も発生しない。したがって、従来よりも光源装置１０の信頼性を高めることができる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る光源装置１０の構成を示す概略図である。また、図１０は図９の領域Ｘの拡大断面模式図である。図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態２に係る光源装置１０を説明する。

図９に示した光源装置１０は、実施の形態１に係る光源装置１０に対し励起光源であるＬＤ１ｐ、１ｑの数を増やし、より多くの励起光Ｌｘｐ、Ｌｘｑを蛍光体素子７上に集光することで、高輝度化したものである。ＬＤ１ｐ、１ｑの数を増やす方法としては、たとえばＬＤ１ｐ、１ｑより出射される励起光Ｌｘｐ、Ｌｘｑが略直線偏光であるという特性を利用する手法がある。

たとえば、Ｓ偏光は反射し、Ｐ偏光は透過する偏光分離膜を備えたガラス平板を用い、このガラス平板に対して４５°の角度でＳ偏光の励起光を入射させる。Ｓ偏光の励起光は、入射方向に対し９０°方向へ反射される。一方、Ｐ偏光の励起光は、Ｓ偏光の励起光の反射方向とは逆方向から、やはり４５°の角度でガラス平板に入射させる。Ｐ偏光の励起光は、Ｓ偏光の励起光の反射方向と同じ方向へ透過される。このようにすれば、Ｓ偏光とＰ偏光の励起光を合成し、２倍の強度の励起光で蛍光体素子７を照射できる。しかし、階段ミラー４は反射時に光線束の列方向の幅を圧縮するという機能を併せ持つ。このため、上記のような単純な手法は使えない。以下、図９に示した光源装置１０の構成を説明する。

図９に示した光源装置１０は、基本的には実施の形態１に示した光源装置１０と同様の構成を備えるが、励起光源であるＬＤの数を増やし、さらに増やしたＬＤからの励起光を集光レンズ５に効率的に入射させるための構成を備える点が実施の形態１に係る光源装置１０と異なっている。

具体的には、図９に示した光源装置１０において、図９および図１０に示すように階段ミラー４の片方の面４ｐは偏光分離膜２２を、もう一方の面４ｑは反射防止膜２３を備えている。階段ミラー４の本体部２１は、実施の形態１における階段ミラー４の材料（ガラスや樹脂など）と同様の材料により構成されている。階段ミラー４の面４ｐ側に複数の励起光源（複数のＬＤ１ｐ）、コリメータレンズ２ｐおよびヒートシンク３ｐの組が配置されている。階段ミラー４の面４ｑ側に複数の励起光源（複数のＬＤ１ｑ）、コリメータレンズ２ｑおよびヒートシンク３ｑの組が配置されている。

また、階段ミラー４から見て集光レンズ５と反対側には４分の１波長板９０が配置されている、４分の１波長板９０において階段ミラー４と対向する表面と反対側の裏面９０ａに対向するように、反射ミラー９１が配置されている。

ここで、ＬＤ１ｐからの励起光Ｌｘｐも、ＬＤ１ｑからの励起光Ｌｘｑも階段ミラー４に対してＳ偏光である。ＬＤ１ｐからの励起光Ｌｘｐはコリメータレンズ２ｐを透過することで略平行化された後、階段ミラー４の面４ｐで反射されると同時に、光線束の幅（励起光Ｌｘｐの光軸に対して垂直な方向における幅）が圧縮される。その後、反射された励起光Ｌｘｐは４分の１波長板９０を透過し、反射ミラー９１で反射された後、再度４分の１波長板９０を透過する。階段ミラー４に戻ってきた励起光Ｌｘｐの偏光方向は９０°回転している。つまり、反射ミラー９１で反射されて階段ミラー４に戻ってきた励起光Ｌｘｐは、階段ミラー４に対してＰ偏光となっている。このため、励起光Ｌｘｐは階段ミラー４を面４ｑ側へと透過する。

一方、ＬＤ１ｑからの励起光Ｌｘｑはコリメータレンズ２ｑにより略平行化された後、階段ミラー４に入射する。当該励起光Ｌｘｑは階段ミラー４の面４ｑを透過するが、裏面側の面４ｐで反射され再度面４ｑを透過して階段ミラー４から出射される。この場合、励起光Ｌｘｑの振る舞いは当該励起光Ｌｘｑが面４ｑで直接反射される場合と同様であり、集光レンズ５側へ反射される。また、励起光Ｌｘｑは階段ミラー４で反射されることで光線束の幅（励起光Ｌｘｑの光軸に対して垂直な方向における幅）も圧縮されている。このようにして、階段ミラー４から出射された励起光Ｌｘｐと励起光Ｌｘｑは、共に集光レンズ５によって蛍光体素子７上に集光される。蛍光体素子７に集光された励起光Ｌｘｐ、Ｌｘｑはともに波長変換され、実施の形態１の場合と同様にダイクロイックミラー６で反射されて光源装置１０から出射される。

すなわち、本実施の形態２に係る光源装置１０によれば、成形により一つの部品として製作される階段ミラー４の片方の面４ｐを偏光分離膜２２とし、もう片方の面４ｑを反射防止膜２３とし、さらに４分の１波長板９０と反射ミラー９１とを備えることで、異なる２方向からの励起光Ｌｘｐ、Ｌｘｑを合成し、より高輝度な蛍光光Ｌｍを出射することが可能な光源装置１０を実現できる。

なお、４分の１波長板９０と反射ミラー９１とを一体にする（たとえば、４分の１波長板９０の裏面９０ａに銀やアルミニウムなどの金属膜を配置する）ようにしてもよい。この場合、光源装置１０の部品点数を削減し、製造コストを低減できる。また、階段ミラー４の表裏を逆にし、面４ｐを反射防止膜、面４ｑを偏光分離膜としてもよい。さらには、面４ｐと面４ｑとを双方とも偏光分離膜としてもよい。いずれの場合も、図９に示した光源装置１０と同様、高輝度な光源装置が得られる。なお、面４ｐと面４ｑとを双方とも偏光分離膜とした場合は、階段ミラー４の表裏面の違いが無くなり、保持体８へ階段ミラー４を組込む作業におけるミスの発生を防止できる。

（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３に係る光源装置１０の構成を示す概略図である。図１２は、階段ミラー４によって２次元に配列されたＬＤ１からの励起光Ｌｘが点Ｐに集まる様子を表した図である。図１３は、個々の反射面４ｓの、ＬＤ１の行方向に垂直な面における形状を表す図である。図１１〜図１３を参照して、本発明の実施の形態３に係る光源装置１０を説明する。

図１１および図１２に示した光源装置１０は、上記実施の形態１に係る光源装置１０と基本的に同様の構成を備えるが、集光レンズ５の凸レンズ５ａの機能を階段ミラー４に付与した点が実施の形態１に係る光源装置１０と異なっている。具体的には、階段ミラー４における反射面４ｓを曲面状としている。

ここで、階段ミラー４の個々の短冊ミラーに相当する反射面の形状は平面である必要はない。階段ミラー４はガラスやポリカーボネート等の樹脂を成形して製造されているので、複雑な形状であっても同じ形状のものを安定して多数製作できる。そこで、個々の短冊ミラーに相当する反射面４ｓを凹形状にすることで、当該反射面４ｓで反射した励起光Ｌｘを集光することができる。このため、実施の形態１において図１で示した光源装置１０の凸レンズ５ａを削減できる。以降、前記実施の形態１と異なる点についてのみ記す。

図１１および図１２に示すように、階段ミラー４の個々の短冊ミラーに相当する反射面４ｓは凹形状を有する。このため、ＬＤ１から出射されコリメータレンズ２で略平行化された励起光Ｌｘは、反射面４ｓで反射されて略一点Ｐに向かって集まるように進む。その後、階段ミラー４の反射面４ｓで反射された励起光Ｌｘは、凹レンズ５ｂから凸レンズ５ｃ、５ｄまでの集光レンズ５によって蛍光体素子７上に集光される。この後、蛍光体素子７により波長変換された蛍光光Ｌｍが、実施の形態１の光源装置１０と同様にダイクロイックミラー６で反射されて光源装置１０から出射される。

ここで、平行光束を一点に集光する反射面形状として、放物面が知られている。つまり、ＬＤ１から出射されコリメータレンズ２によって略平行化された励起光Ｌｘを点Ｐに集光する反射面形状としては、回転放物面を用いることができる。たとえば、回転放物面の回転対称軸を、点Ｐを通りＬＤ１やコリメータレンズ２の光軸と略平行な軸Ａに採る。軸Ａを回転対称軸とすることで、２次元に配列されたＬＤ１の紙面垂直方向（図１１参照）、つまり行方向に並べられたＬＤ１からの励起光Ｌｘも点Ｐに集められる。

このように、図１１および図１２に示した光源装置１０では、階段ミラー４の反射面４ｓが上記の回転放物面となっているため、行方向（図１１の紙面に垂直な方向）に並べられた複数のＬＤ１からの励起光Ｌｘも、列方向に並べられたＬＤ１からの励起光Ｌｘも点Ｐに集まることが分かる。

また、階段ミラー４は段々形状（階段状の形状）を有しているため、個々の反射面４ｓ（回転放物面）の焦点は共通だが、それぞれの焦点距離は異なる。つまり、図１３に示すように、複数の反射面４ｓについての焦点は共通の点Ｐだが、個々の反射面４ｓを成す放物線４ｔは異なっていることが分かる。

このように、本実施の形態３に係る光源装置１０によれば、階段ミラー４の個々の短冊ミラーに相当する反射面４ｓを凹形状とし、特に反射面４ｓを回転放物面とすることで、集光レンズ５の構成枚数を減らし（たとえば図１に示した光源装置１０より凸レンズ５ａを削減し）、製造コストを低減できる。また、実施の形態１において図１で示した最も口径の大きい凸レンズ５ａを無くすことができるので、プロジェクタ２０そのものをコンパクトにできる。

また、このような複雑な形状のミラーを製作するのは通常困難だが、上述のように階段ミラー４はプレス成形によるガラス製、あるいは射出成形による樹脂製なので、金型を一度作成すれば同じ形状のものを安定して繰返し製作できる。また、個々の反射面４ｓについて回転対称軸を同一の軸Ａとしているため、本実施形態の階段ミラー４を製造するための金型は、精密旋盤等で比較的容易に作成できる。したがって、当該金型を製造するためのコストが増大することを抑制できるので、結果的に光源装置１０の製造コストの増大を抑制できる。

（実施の形態４）
図１４は、本発明の実施の形態４に係る光源装置１０の構成を示す概略図である。図１５は、図１４に示した光源装置１０において、２次元に配列されたＬＤ１からの励起光Ｌｘが階段ミラー４によって反射される様子を表した図である。図１４および図１５を参照して、本発明の実施の形態４に係る光源装置１０を説明する。

図１４および図１５に示した光源装置１０は、上記実施の形態１に係る光源装置１０と基本的に同様の構成を備えるが、コリメータレンズ２の機能を階段ミラー４に付与した点が実施の形態１に係る光源装置１０と異なっている。具体的には、階段ミラー４において個々のＬＤ１に対応する曲面状の反射面４ｕを複数（ＬＤ１と同数）設けている。

なお、上記実施の形態３では、図１に示した光源装置１０の凸レンズ５ａを削減したが、階段ミラー４において個々のＬＤ１に対応する反射面４ｕを凹形状にすることで、コリメータレンズ２を削減できる。コリメータレンズ２はＬＤ１と同数必要なので、数が多く組立時間も要することから、コストに対する影響が大きい。したがって、コリメータレンズ２を削減することは光源装置１０の製造コストを低減することに特に有効である。以下、実施の形態１と異なる点について特に説明する。

階段ミラー４において個々のＬＤ１に対応する反射面４ｕは、図１５からもわかるように行方向のＬＤ１の数と同じだけ行方向にアレイ状に並べられている。個々の反射面４ｕで反射された励起光Ｌｘは略平行化された後、集光レンズ５によって蛍光体素子７上に集光される。

ここで、実施の形態１の光源装置１０に含まれるコリメータレンズ２は、個々のＬＤ１から出射された励起光Ｌｘを略平行化するという機能を持っている。そのため、コリメータレンズ２を削減するためには、凹形状の反射面４ｕがこの機能を有する必要がある。そして、一点から出射された光を平行にする反射面形状も、実施の形態３で検討した反射面の場合と同様に放物面である。つまり、ＬＤ１から出射された励起光Ｌｘを略平行化する反射面形状は、回転放物面である。回転放物面の回転対称軸は、ＬＤ１内の発光点Ｑ（図１４参照）を通り集光レンズ５の光軸と略平行な軸Ｂに採ることができる。個々の回転放物面の焦点は、各々対応するＬＤ１内の発光点Ｑであり、回転対称軸も各々対応する点Ｑを通る軸Ｂである。

すなわち、本実施の形態４に係る光源装置１０によれば、階段ミラー４の個々の短冊ミラーに相当する反射面を、凹形状の反射面４ｕを並べた（特に回転放物面からなる反射面を並べた）アレイとすることで、コリメータレンズ２を削減できる。この結果、光源装置１０のコストを低減できる。

なお、ＬＤ１から出射される励起光Ｌｘは、ある発散角を持っている。このため、反射面４ｕがＬＤ１から所定の距離を隔てて配置されている場合、反射面４ｕが大きくなるためＬＤ１同士の列方向の間隔を広げる必要が生じ、プロジェクタが大型化する恐れがある。このような場合は、回転放物面である反射面４ｕよりもコリメータレンズ２で、励起光Ｌｘを略平行化する方が、プロジェクタ２０の小型化という観点からは望ましい。つまり、階段ミラー４において個々のＬＤ１に対応する反射面４ｕは全てが凹形状である必要はない。例えば、反射面４ｕまでの距離が離れているＬＤ１（たとえば集光レンズ５に近い側のＬＤ１）にはコリメータレンズ２を設け、そのＬＤ１に対応する階段ミラー４の反射面は平面としても良い。

また、実施の形態３と同様、コリメータレンズ２に加え、さらに集光レンズ５のうち凸レンズ５ａを削減することも可能である。この場合、階段ミラー４の個々の反射面４ｕは、各々対応するＬＤ１内の発光点Ｑから出射された励起光Ｌｘを、実施の形態３の略一点Ｐに集光する機能を持てば良い。

このような、一点から出射された光を別の一点に集光する反射面形状として、楕円面が知られている。つまり、ＬＤ１から出射された励起光Ｌｘを点Ｐ（図１２参照）に集光する反射面形状は、回転楕円面である。回転楕円面の回転対称軸は、ＬＤ１内の発光点Ｑと点Ｐを結ぶ線分に採る。個々の回転楕円面４ｕの焦点は２点存在し、当該焦点は各々対応するＬＤ１内の発光点Ｑと点Ｐとする。また、回転対称軸も各々対応する点Ｑと点Ｐを結ぶ線分とする。このような設定に基づき、２次元に配列された個々のＬＤ１に対応した、回転楕円面からなる反射面４ｕを設けることで、全てのＬＤ１からの励起光Ｌｘが点Ｐに集められる。

すなわち、階段ミラー４の個々の短冊ミラーに相当する反射面を回転楕円面の反射面４ｕを並べたアレイとすることで、コリメータレンズ２に加え、集光レンズ５の構成枚数も減らす（図１に示した凸レンズ５ａを削減する）ことができる。このようにすれば、光源装置１０の製造コストをさらに低減できる。また、図１で示した最も口径の大きい凸レンズ５ａを無くすことができるので、プロジェクタ２０そのものをコンパクトにできる。

なお、上記実施の形態２〜実施の形態４に示した光源装置１０は、実施の形態１に示した光源装置１０と同様にプロジェクタ２０などの電気機器に組み込むことができる。また、上述した各実施形態に係る光源装置１０は、プロジェクタ２０以外の装置であって光源を必要とする任意の電気機器に適用することができる。また、実施の形態２〜実施の形態４に示した電源装置１０の階段ミラー４において、図５に示した凸部４ｆや凹部４ｇの形状を適用してもよい。

以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。

この発明の実施形態に従った光源装置１０は、複数の光源（ＬＤ１、ＬＤ１ｑ）と、ミラー部材（階段ミラー４）と、レンズ部（集光レンズ５）とを備える。階段ミラー４は、複数の光源（ＬＤ１、ＬＤ１ｑ）から出射される光（励起光Ｌｘ、Ｌｘｑ）を反射するため階段状に配置された複数の反射面４ｒ、４ｐ、４ｑ、４ｓ、４ｕを有する。レンズ部（集光レンズ５）は、階段ミラー４の反射面４ｒ、４ｐ、４ｑ、４ｓ、４ｕで反射された光を集光する。階段ミラー４は一体成型された部材である。

このようにすれば、階段ミラー４が一体成型されているので、従来のように複数の短冊ミラーを保持体に接合したり、複数の短冊ミラー同士を接合したりする場合のように短冊ミラーの位置精度や接合工程の誤差などに起因する問題の発生を防止できるとともに、製造工程自体も簡略化できるので光源装置１０の製造コストが増大することを抑制できる。

上記光源装置１０において、反射面４ｓ、４ｕは凹形状となっている領域を含んでいてもよい。この場合、光源（ＬＤ１、ＬＤ１ｑ）からの光が反射面４ｓ、４ｕで反射することにより、当該反射光を集光することができる。このため、反射光を集光するための集光レンズ５におけるレンズの枚数を削減することが可能になる。この結果、光源装置１０の製造コストをより低減できる。

上記光源装置１０において、階段ミラー４の反射面４ｓ、４ｕにおいて凹形状となっている領域は、回転放物面および回転楕円面のいずれか一方を含んでいてもよい。この場合も、反射面４ｓ、４ｕで反射する反射光を効果的に集光することができるので、集光レンズ５におけるレンズの枚数を削減することができる。

上記光源装置１０において、反射面４ｕは、図１４および図１５に示すように複数の光源（ＬＤ１）に対応する複数の凹形状部分を含んでいてもよい。この場合、複数の光源（ＬＤ１）から階段ミラー４に入射する光について、光源毎に対応する凹形状部分を配置しておくことで、各光源からの光が当該凹形状部分で反射された反射光を平行化したり、集光したりすることができる。

上記光源装置１０では、階段状に配置された複数の反射面４ｒ、４ｐ、４ｑ、４ｓ、４ｕの並ぶ方向に沿った階段ミラー４の断面において、凸状になった角部（凸部４ｆ）は曲線状になっていてもよい。また、凹状になった角部（凹部４ｇ）は曲線状または直線状になっていてもよい。この場合、階段ミラー４をプレス成型法や樹脂モールド成形法などを用いて形成するときに、凸状の角部（凸部４ｆ）の曲率半径Ｒを大きくする、あるいは凹状になった角部（凹部４ｇ）での階段ミラー４の厚みＴを十分確保するといったことが可能になる。このため、当該角部（凸部４ｆまたは凹部４ｇ）での不良が発生する可能性を低減できる。

上記光源装置１０において、階段ミラー４の反射面４ｒ、４ｐ、４ｑ、４ｓ、４ｕが形成された領域における厚みＴに対して、凸状になった角部（凸部４ｆ）の曲率半径Ｒが１倍以上１．５倍以下であってもよい。この場合、階段ミラー４の不良（材料のヒケや割れなどの損傷）の発生確率を低減できる。

上記光源装置１０は、複数の裏面光源（ＬＤ１ｐ）と、４分の１波長板９０と反射ミラー９１と、偏光分離膜２２とを備えていてもよい。複数の裏面光源（ＬＤ１ｐ）は、階段ミラー４を介して、複数の光源（ＬＤ１ｑ）と反対側に位置してもよい。４分の１波長板９０は、裏面光源（ＬＤ１ｐ）から出射される光（励起光Ｌｘｐ）が階段ミラー４により反射される方向に配置されてもよい。反射ミラー９１は、４分の１波長板９０から見て階段ミラー４と反対側に配置されてもよい。偏光分離膜２２は、階段ミラー４において複数の光源（ＬＤ１ｑ）から出射される光が入射する部分および裏面光源（ＬＤ１ｐ）から出射される光が入射する部分の少なくともいずれか一方（つまり、複数の光源（ＬＤ１ｑ）から出射される光が入射する部分、もしくは裏面光源（ＬＤ１ｐ）から出射される光が入射する部分のいずれか、あるいはこれらの双方）に配置されてもよい。

この場合、複数の光源（ＬＤ１ｑ）と複数の裏面光源（ＬＤ１ｐ）とからの光をまとめて階段ミラー４から出射することができるので、高輝度な光源装置１０を実現できる。

上記光源装置１０では、階段ミラー４において、反射面４ｒ、４ｐ、４ｑ、４ｓ、４ｕが形成された面と交差する側面が基準部（基準面４ｂ）を含んでいてもよい。この場合、階段ミラー４を固定部材（保持体８）などに固定するときに、当該基準面４ｂを利用して階段ミラー４の位置を正確に決定することができる。このため、光源装置１０において光の出射方向などを正確に設定することができる。

この発明に従った電気機器（プロジェクタ２０）は、上記光源装置１０を備える。このようにすれば、低コストで高い精度を有する光源装置１０を利用した、高い信頼性を有し低コストな電気機器（プロジェクタ２０）を実現できる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

複数の光源からの光を集光して出射する光源装置において、特に有利に適用される。

１ レーザダイオード（ＬＤ）、２，２ｐ，２ｑ コリメータレンズ、３，３ｐ，３ｑ ヒートシンク、４ 階段ミラー、４ａ 位置決め部、４ｂ，８ａ，８ｂ，８ｃ 基準面、４ｃ 突起部、４ｄ，４ｅ 部分、４ｆ 凸部、４ｇ 凹部、４ｐ，４ｑ，８ｂ，８ｃ 面、４ｒ，４ｓ，４ｕ 反射面、４ｔ 放物線、５ 集光レンズ、５ａ，５ｃ，５ｄ 凸レンズ、５ｂ 凹レンズ、６ ダイクロイックミラー、７ 蛍光体素子、８ 保持体、８ｄ 押えバネ、１０ 光源装置、１１ ガラス板、１２ 金型、２０ プロジェクタ、２１ 本体部、２２ 偏光分離膜、２３ 反射防止膜、９０ ４分の１波長板、９０ａ 裏面、９１ 反射ミラー、Ａ，Ｂ 軸、Ｌｍ 蛍光光、Ｌｘ，Ｌｘｐ，Ｌｘｑ 励起光、Ｐ 点、Ｑ 発光点、Ｒ 曲率半径、Ｔ 厚み。

Claims (9)

1. 複数の光源と、
   前記複数の光源から出射される光を反射するため階段状に配置された複数の反射面を有するミラー部材と、
   前記ミラー部材の前記反射面で反射された光を集光するレンズ部とを備え、
   前記ミラー部材は一体成型された部材である、光源装置。
2. 前記反射面は、凹形状となっている領域を含む、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記凹形状となっている領域は、回転放物面および回転楕円面のいずれか一方を含む、請求項２に記載の光源装置。
4. 前記反射面は、前記複数の光源に対応する複数の凹形状部分を含む、請求項２または請求項３に記載の光源装置。
5. 前記階段状に配置された複数の前記反射面の並ぶ方向に沿った前記ミラー部材の断面において、凸状になった角部は曲線状になっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記ミラー部材の前記反射面が形成された領域における厚みに対して、前記凸状になった角部の曲率半径が１倍以上１．５倍以下である、請求項５に記載の光源装置。
7. 前記ミラー部材を介して、前記複数の光源と反対側に位置する、複数の裏面光源と、
   前記裏面光源から出射される光が前記ミラー部材により反射される方向に配置された４分の１波長板と、
   前記４分の１波長板から見て前記ミラー部材と反対側に配置された反射ミラーと、
   前記ミラー部材において前記複数の光源から出射される前記光が入射する部分および前記裏面光源から出射される前記光が入射する部分の少なくともいずれか一方に配置された偏光分離膜とを備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記ミラー部材において、前記反射面が形成された面と交差する側面が基準部を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置を備える電気機器。

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