JP2021144110A - ミラー装置及びそのミラー装置を有する光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ミラーの平行性を保ちつつ、接着剤の劣化によるミラーの脱落を抑制できる、ミラー装置を提供する。【解決手段】ミラー装置１３は、複数の反射ミラー１５と、複数の反射ミラー１５が載置されるミラー支持体１７と、複数の反射ミラー１５とミラー支持体１７とを接着固定するための接着部材３０とを有する。ミラー支持体１７は、複数の反射ミラー１５が当接される当接部１７Ｂと、当接部１７Ｂを基準として反射ミラー１５から離れる方向の段差１７２を有する。段差１７２は、接着部材３０が設けられる接着固定部１７２１を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ミラー装置及びそのミラー装置を有する光源装置に関する。ミラー装置は、例えば、複数ミラーが平行に配置されている。

従来、複数の半導体レーザ素子等の半導体発光素子を光源として用い、当該光源からの出射光の光軸上に複数の反射ミラーを配置した光源装置が知られている。このような光源装置において、出射光の光軸に平行な方向及び垂直な方向に関し各反射ミラーの位置をずらして配置することで、出射光の間隔よりも狭い間隔で当該出射光を反射させる技術がある（例えば特許文献１）。この技術によれば、出射光の間隔に比べて反射光の間隔を狭めることができるため、反射光を集光するレンズを小さくすることができ、光源装置の小型化が可能になるという利点がある。

特許文献１の構成では、短冊状の反射ミラーの裏面と、ミラー保持体とが接する面において両者を接着させるため、複数の反射ミラーの平行性が保てないという問題があった。すなわち、反射ミラーの裏面と、ミラー保持体とが接着剤等を介して接するため、反射ミラーがわずかに傾いて接着されるなど、各々の反射ミラーが平行ではなくなり、光軸がばらついてしまうという問題があった。そこで、特許文献２では、反射ミラーの裏面と、ミラー保持体とが接する面を、平行性を担保して配置するための押し当て面として端部に設け、その他の中央部分に接着剤を付けて固定させている。

特開２０１１−７６７８１号公報 特開２０１７‐６２３２６号公報

しかし、特許文献２では、反射ミラーを透過するわずかなレーザ光により次第に接着剤が劣化する恐れがあり、仮に劣化が進んだ場合に反射ミラーがミラー保持体から脱落することが懸念される。
そこで、本発明は、反射ミラーの平行性を保ちつつ、接着剤の劣化によるミラーの脱落を抑制できる、ミラー装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記のミラー装置を有する光源装置を提供することを目的とする。

本発明のミラー装置は、
複数の反射ミラーと、
該複数の反射ミラーが載置されるミラー支持体と、
該複数の反射ミラーと該ミラー支持体とを接着固定するための接着部材と、を有するミラー装置において、
該ミラー支持体は、
該複数の反射ミラーが当接される複数の当接部と、
該接着部材が設けられる接着固定部を備え、該当接部を基準として該反射ミラーから離れる（凹む）方向の段差と、を有する。
前記段差は、１または複数設けられていてもよい。前記接着固定部は、前記１または複数の段差の一部あるいは全てに設けられていてもよい。前記接着固定部は、一つの段差の中で、一部にあるいは全体に設けられていてもよい。
前記段差は、前記反射ミラーまたは前記当接部を、連続的にあるいは間段的（破線的）に囲むように配置（周設）されていてもよい。
前記段差は、側面視あるいは側断面視でＬ字状でもよく、凹溝形状でもよい。
前記当接部は、１つの平坦面、高さが同じ複数の平坦面、高さが同じ複数の突起部（凸部）で構成されていてもよい。前記当接部に、前記段差が形成されていてもよい。前記当接部は、離間している前記接着固定部の間に設けられていてもよい。前記当接部の端部あるいは周囲に前記段差が形成されていてもよい。
前記当接部は、前記接着部材が設けられる（塗布される）第二の接着固定部を有していてもよい。第二の接着固定部は、当接部に設けられた凹部（溝、孔を含む）や反射ミラーが接する面よりも、高さが低い箇所（該面よりも窪んだ箇所）に設けられていてもよい。
前記当接部は、レーザ光が当たる反射ミラーの反射面（「上面」ともいう。）の反対面（「裏面」ともいう。）に位置することが好ましい。
前記段差は、レーザ光が当たる反射ミラーの反射面の裏面から離れていることが好ましい。

前記ミラー支持体は、
前記反射ミラーの長手方向の両端側の反射面に設けられる第一接着部材と、該反射ミラーの長手方向の両端側の側面に設けられる第二接着部材と、前記段差に設けられる第三接着部材とで、該反射ミラーの長手方向の両端部を包み込む包込部を形成していてもよい。

前記ミラー支持体は、
前記ミラー支持体に載置される前記反射ミラーの周囲端部の一部あるいは全部に、前記段差から立設される壁部（例えば、当接部と同じ高さあるいはそれより低い壁部）を有していてもよい。
前記ミラー支持体に載置される前記反射ミラーの周囲端部の一部として、前記反射ミラーの長手方向の両端部あるいは短手方向の両端部が例示され、前記ミラー支持体は、前記反射ミラーの長手方向の両端部あるいは短手方向の両端部のうち、少なくともいずれか一方に、前記段差から立設される壁部（当接部と同じ高さあるいはそれより低い壁部）を有していてもよい。
前記ミラー支持体は、前記壁部と前記段差とで凹部を形成していてもよい。
接着部材を凹部に塗布することで、段差からの漏れ出しを防ぐことができる。また、粘度の低い接着部材を用いることができる。

前記壁部は、前記反射ミラーの上面よりも高く立設されていてもよい。
前記反射ミラーの上面に設けられる接着部材と、前記壁部とが接着されていてもよい。
この構成により、接着部材が反射ミラーの上面よりも高い位置の壁部と反射ミラーの上面とが接着固定されることで、反射ミラーがより強固に固定され、脱落しにくい構造にできる。

前記反射ミラーの長手方向の端面あるいは短手方向端面の一部あるいは全部と、前記壁部との間には前記接着部材が設けられていてもよい。
この構成により、反射ミラーの端面と壁部との隙間に接着部材が充填されるため、接着固定力がより高まるとともに、放熱性が向上し、反射ミラーを冷却することができる。

前記ミラー支持体の外表面のうち、少なくとも前記接着部材が設けられる（塗布される）部分は、前記当接部（の平坦面）より粗面であってもよい。前記接着部材が配置される部分は、例えば粗化領域が形成されている。粗化領域は、例えばサンドブラスト加工により形成され、Ｒａ２５程度の表面粗さを有していてもよい。ミラー支持体が鋳物で構成され、前記当接面の接着部材が配置される部分が鋳肌面で構成されていてもよい。鋳肌面は、Ｒａ１０以上Ｒａ７０以下であってもよい。ここで、Ｒａは算術平均粗さである。

前記接着部材は、熱伝導性接着剤であることが好ましい。
この構成により、反射ミラーの熱を熱伝導性接着剤で好適に伝熱（排熱）させることができ、冷却性を向上できる。

他の発明の光源装置は、
上記のミラー装置と、
前記ミラー装置における前記反射ミラーの前記反射面に向かって、光を出射する光源部と、を有する。
光源部は、レーザ光でもよく、蛍光光でもよい。本発明は、特に、高強度の光に対する効果が高い。

（作用効果）
本発明のミラー装置では、レーザ光による接着部材の劣化に起因する反射ミラーの脱落を防止することができる。接着部材の劣化を防止できるので複数の反射ミラーの平行性を担保できる。

実施形態１の光源装置を模式的に示す図である。 実施形態１のミラー装置を模式的に示す全体断面図である。 実施形態１の反射ミラーをミラー支持体に接着した状態を示す模式図である。 図３ＡのＸ−Ｘ断面図である。 実施形態２の反射ミラーをミラー支持体に接着した状態を示す模式図である。 図４ＡのＸ−Ｘ断面図である。 実施形態３の反射ミラーをミラー支持体に接着した状態を示す模式図である。 図５ＡのＸ−Ｘ断面図である。 実施形態４の反射ミラーをミラー支持体に接着した状態を示す模式図である。 図６ＡのＸ−Ｘ断面図である。 実施形態５のミラー支持体を示す模式図である。 実施形態６のミラー支持体を示す模式図である。 実施形態７のミラー支持体を示す模式図である。 実施形態９のミラー支持体を示す模式図である。

以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお、以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。

本発明のミラー装置及び光源装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

（第１実施形態）
実施形態１の光源装置１について図１を用いて説明する。図１に示すように、光源装置１は、光源部１１、ミラー装置１３を備える。
光源部１１は、レーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子１１ａ、及び、半導体レーザ素子１１ａからのレーザ光を平行光に変換する複数のコリメータレンズ１１ｂを含む。以下では、半導体レーザ素子１１ａからのレーザ光を出射光Ｌ１と呼ぶ。

半導体レーザ素子１１ａは、行及び列をなして配列される。列方向は、図１における紙面鉛直方向であり、行方向は、当該列方向及び出射光Ｌ１の光軸に直交する方向（紙面左右方向）である。本実施形態では、一例として、４行６列に半導体レーザ素子１１ａが配列されている。また、本実施形態では、半導体レーザ素子１１ａは、青色光（例えば、波長が４３０〜４７０ｎｍの光）を発している。なお、光源部１１は、青色光と異なる波長帯の光を発する半導体レーザ素子により構成されても構わないし、ＬＥＤ素子により構成されても構わないし、他の固体光源素子により構成されていても構わない。

コリメータレンズ１１ｂは、各半導体レーザ素子１１ａからの出射光Ｌ１の光軸上に配置される。即ち、コリメータレンズ１１ｂは、半導体レーザ素子１１ａと同数配置されている。なお、光源部１１は、コリメータレンズ１１ｂを備えないものとしても構わない。

ミラー装置１３は、複数の反射ミラー１５及びミラー支持体１７を有する。

反射ミラー１５は、コリメータレンズ１１ｂにより平行化された出射光Ｌ１を反射して反射光Ｌ２にする。反射光Ｌ２は、集光レンズ１６により集光され、必要に応じて種々の光学系を介して光源装置１の外部へ出射される。

反射ミラー１５は、半導体レーザ素子１１ａの列数と同数存在する。即ち、同じ列に存在する半導体レーザ素子１１ａは、同一の反射ミラー１５によって反射されるようになっている。本実施形態では、６列の半導体レーザ素子１１ａが配置されており、６個の反射ミラー１５が配置されている。なお、反射ミラー１５は、一例として、ガラスからなる基板の表面に高い反射特性を有する金属膜または誘電体多層膜を蒸着したものである。

ミラー支持体１７は、各反射ミラー１５を平行に支持する。ミラー支持体１７は、出射光Ｌ１に対して反射ミラー１５の反射面１５Ａの法線方向が一定の角度θをなすように反射ミラー１５を支持する。本実施形態では、一例として、ミラー支持体１７は６個の反射ミラー１５を、角度θが４５度となるように支持する。

また、ミラー支持体１７は、各反射ミラー１５を、出射光Ｌ１を反射可能な位置であって、かつ、反射光Ｌ２の間隔が出射光Ｌ１の間隔よりも狭くなるような位置に支持する。ミラー支持体１７は、一例としてアルミ合金等の金属からなり、ＮＣフライス盤やマシンニングセンタ等の周知の工作機械を用いた金属加工によって製造されてもよく、鋳物で構成されていてもよい。

［ミラー支持体の構成］
図２に示すように、本発明のミラー装置１３は、ミラー支持体１７に複数の反射ミラー１５が載置された構造となっている。
ミラー支持体１７には、複数の反射ミラー１５のそれぞれが当接される当接部１７Ｂが設けられている。当接部１７Ｂは、各反射ミラー１５の平行性が担保されるように平坦面１７１を有する。また、レーザ光照射により反射ミラー１５の温度が上昇するが、反射ミラー１５とミラー支持体１７が当接部１７Ｂで接していることで、この温度上昇に寄与する熱はミラー支持体１７へ伝熱し排熱される。

図３Ａは、図２の破線で示すミラー支持体１７と反射ミラー１５の模式図である。図３Ｂは、図３ＡのＸ−Ｘ断面図である。ミラー支持体１７には、当接部１７Ｂの平坦面１７１を基準として反射ミラー１５から離れる（凹む）方向の段差１７２が設けられている。図３Ａに示す段差１７２は、反射ミラー１５の長手方向の両端側に設けられているが、これに制限されず、反射ミラー１５の周端に沿って設けられていてもよく、反射ミラー１５の短手方向の両端側に設けられていてもよい。
図３Ｂに示すように、段差１７２は、接着部材３０が塗布される接着固定部１７２１を有する。この接着固定部１７２１と反射ミラー１５との間に接着部材３０が配置されることで、反射ミラー１５がミラー支持体１７に固定される。対向する２つの段差１７２（接着固定部１７２１）は、当接部１７Ｂ（平坦面１７１）を挟むように離間して設けられており、反射ミラー１５をわずかに透過するレーザ光が照射されない位置にある。このため、レーザ光による接着部材３０の劣化を抑制でき、劣化に起因する反射ミラー１５の脱落を防止できる。

本実施形態では、レーザ光が当たる反射ミラー１５の反射エリアの反対面には当接部１７Ｂが配置され、２つの段差１７２（接着固定部１７２１）は、反射エリアの反対面から離れているが、段差１７２以外の当接部１７Ｂまたは当接部１７Ｂに形成された凹部の一部または全部にも接着部材３０が塗布されていてもよい。この構成は他の実施形態でも同様である。なお、反射エリアは、反射面１５Ａのうちその端部を除く中央部であってもよい。

（実施形態２）
実施形態２のミラー装置１３の構成を図４Ａと図４Ｂに示す。なお、同じ符号は実施形態１と同様の構成要素である。以下の実施形態でも同様の態様である。
ミラー支持体１７は、反射ミラー１５の長手方向の両端部に、各段差１７２のそれぞれから立設される壁部１７３を有する。本実施形態において、壁部１７３の高さは、当接部１７Ｂより高く、反射ミラー１５の反射面１５Ａよりも低い。対向する２つの壁部１７３の間に反射ミラー１５が配置され、反射ミラー１５の長手方向の両端面と壁部１７３の面とが接する。段差１７２と壁部１７３とで、反射ミラー１５の長手方向断面視（ｘ−ｘ断面）で凹部を形成することで、接着部材３０が硬化する前に段差１７２から漏れ出すことを抑制できる。特に、粘度が低い接着部材を用いる場合に有効である。

別実施形態として、壁部１７３の高さは、当接部１７Ｂより低くてもよく、反射ミラー１５の反射面１５Ａよりも高くてもよい。

（実施形態３）
実施形態３のミラー装置１３の構成を図５Ａと図５Ｂに示す。
本実施形態において、対向する２つの壁部１７３１の高さは、反射ミラー１５の反射面１５Ａよりも高く、反射面１５Ａからの高さがＨである。対向する２つの壁部１７３１の間に反射ミラー１５が配置され、反射ミラー１５の長手方向の両端面と壁部１７３１の面とが接する。そして、反射ミラー１５の反射面側の端部に接着部材３１が塗布され、壁部１７３１の面と固定される。これにより、接着固定部１７２１に設けられた接着部材３０と、反射ミラー１５の反射面１５Ａに設けられた接着部材３１とで、反射ミラー１５をミラー支持体１７に固定できる。

（実施形態４）
実施形態４のミラー装置１３の構成を図６Ａと図６Ｂに示す。
本実施形態において、対向する２つの壁部１７３２の高さは、反射ミラー１５の反射面１５Ａよりも高く、反射面１５Ａからの高さがＨである。対向する２つの壁部１７３２の間に反射ミラー１５が配置される。各壁部１７３２と反射ミラーの長手方向端面との間には隙間Ｗがあり、隙間Ｗにも接着部材３２が塗布される。つまり、接着固定部１７２１に設けられた接着部材３０と、反射ミラー１５の反射面１５Ａに設けられた接着部材３１と、隙間Ｗに設けられた接着部材３２とで、反射ミラー１５をミラー支持体１７に固定でき、接着固定力がより高まるとともに、放熱性が向上し、反射ミラー１５を冷却することができる。

（実施形態５）
実施形態５のミラー装置１３の構成を図７（側面視、平面視、断面視）に示す。実施形態５のミラー支持体１７は、実施形態１の段差１７２を有する。
反射ミラー１５と接する面の接着部材の接着力低下の要因として、例えば、反射ミラー１５を透過した光が、ガラス内で伝搬し（「伝搬光」という。）、接着部材が配置された領域に光が照射される可能性がある。本実施形態では、反射ミラー１５の長手方向の両端側の反射面に設けられた第一接着部材３５１と、反射ミラー１５の長手方向の両端側の側面に設けられた第二接着部材３５２と、段差１７２に設けられた第三接着部材３５３とで、反射ミラー１５の長手方向の両端部を包み込む包込部３５を形成し、反射ミラー１５とミラー支持体１７とを固定する。この構成によれば、伝搬光による接着部材（第一、第二接着部材３５１、３５２）の劣化が仮に生じたとしても、包込部３５が反射ミラー１５を保持し、第三接着部材３５３と段差１７２とが接着しているため、反射ミラー１５の脱落を防止できる。

また、別実施形態として、包込部３５は、実施形態２、３、４における接着部材３０、３１の替わりに設けられていてもよい。

（実施形態６）
実施形態６のミラー装置１３の構成を図８に示す。実施形態６のミラー支持体１７は、実施形態４の段差１７２および壁部１７３２を有する。
段差１７２および壁部１７３２の接着部材が接する面に、粗化領域８０が形成される。粗化領域８０は、例えばサンドブラスト加工により形成され、Ｒａ２５程度の表面粗さを有する。本実施形態では、ミラー支持体１７がアルミダイカストで製造されることで、鋳肌面の粗さを有し、鋳肌面が粗化領域８０を兼ねる構成でもよい。粗化領域８０に設けられる接着部材は、アンカー効果により、接着性が向上する。なお、ミラー支持体１７の外表面のうち、当接部１７Ｂ(平坦面１７１)については、反射ミラー１５の反射面１５Ａの裏面との接触を良くするように、滑らかな表面状態、例えば、表面粗さをＲａ１．６程度にしてもよい。

また、別実施形態として、粗化領域８０は、他の上記実施形態における接着部材が設けられる（塗布される）部分に形成されていてもよい。ミラー支持体１７のみでなく反射ミラー１５の接着部材が接する箇所にも粗化領域が形成されていてもよい。

（実施形態７）
実施形態７のミラー装置１３の構成を図９（ａ）、（ｂ）に示す。実施形態７のミラー支持体１７は、実施形態１の段差１７２を有する。
本実施形態では、当接部１７Ｂ（平坦面１７１）に窪み１７１１（図９（ａ））又は貫通孔１７１２（図９（ｂ））を設け、そこに伝熱部材９０を設ける。伝熱部材９０と反射ミラー１５とを当接させることにより、反射ミラー１５をより冷却しやすくできる。伝熱部材９０は、例えば、放熱グリスを用いることができる。

また、別実施形態として、窪み１７１１又は貫通孔１７１２および伝熱部材９０は、他の上記実施形態における当接部１７Ｂ（平坦面１７１）に設けられていてもよい。

（実施形態８）
実施形態８は、上記の実施形態の接着部材として、熱伝導性接着剤を用いる。反射ミラーの熱を熱伝導性接着剤で好適に伝熱（排熱）させることができ、冷却性を向上できる。熱伝導性接着剤は、例えば、熱伝導性熱硬化型接着剤、熱伝導性エポキシ系接着剤、放熱用硬化型シリコーンを用いることができる。

（実施形態９）
実施形態９のミラー装置１３の構成を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。実施形態９のミラー支持体１７は、実施形態４の段差１７２および壁部１７３２を有する。
本実施形態では、反射ミラー１５の長手方向の両端部のそれぞれに段差１７２と壁部１７３２が設けられている場合において、一方の壁部１７３２から他方の壁部１７３２までの長さをＬ（反射ミラー１５の長手方向の両端面と向かい合う各壁部１７３２の両面間の幅）、反射ミラー１５の長手方向の長さをＭ、一方の段差１７２から他方の段差１７２までの長さをＮ（平坦面１７１の一端から他端までの長さ）とした場合に、下記関係を満たす。
（Ｌ−Ｍ）：（Ｍ−Ｎ）＝１：１．１〜１：６０ （式１）
加工精度を加味すれば、この関係を満たすことで、反射ミラー１５が対向する２つの壁部１７３２の間で偏って配置されても、反射ミラー１５の長手方向の両端部が接着部材３０と接することができ、より強固に反射ミラーを固定することができる。つまり、反射ミラー１５の両端部が接着部材で強固に固定されることが担保される。例えば、図１０（ｂ）に示すような、偏って配置されて反射ミラー１５の片側（紙面左端部）が接着できないという不具合を防止できる。

壁部１７３の間隔Ｌと、当接部１７Ｂ（平坦面１７１）の長さＮと、段差１７２の長さＤと、反射ミラー１５の長手方向の長さＭとは、以下の関係を満たす。
（Ｌ−Ｎ）／２＝Ｄ (式２)
（Ｎ＋Ｄ）＜Ｍ＜Ｌ (式３)
上記関係を満たすことで、図１０（ｂ）に示すような、偏って配置されると反射ミラー１５の片側（紙面左端部）が接着できないという不具合を防止できる。

１ 光源装置
１１ 光源部
１１ａ 半導体レーザ素子
１１ｂ コリメータレンズ
１３ ミラー装置
１５ 反射ミラー
１５Ａ 反射面
１６ 集光レンズ
１７ ミラー支持体
１７Ｂ 当接部
１７１ 平坦面
１７２ 段差
１７２１ 接着固定部
１７３、１７３１、１７３２ 壁部
３０、３１、３２ 接着部材
３５ 包込部
３５１ 第一接着部材
３５２ 第二接着部材
３５３ 第三接着部材
８０ 粗化領域
９０ 伝熱部材
Ｌ１ 出射光
Ｌ２ 反射光
Ｗ 隙間

Claims (8)

1. 複数の反射ミラーと、
   該複数の反射ミラーが載置されるミラー支持体と、
   該複数の反射ミラーと該ミラー支持体とを接着固定するための接着部材と、を有するミラー装置において、
   該ミラー支持体は、
   該複数の反射ミラーが当接される複数の当接部と、
   該接着部材が設けられる接着固定部を備え、該当接部を基準として該反射ミラーから離れる方向の段差と、を有する、ミラー装置。
2. 前記反射ミラーの長手方向の両端側の反射面に設けられる接着部材と、該反射ミラーの長手方向の両端側の側面に設けられる接着部材と、前記段差に設けられる接着部材とで、該反射ミラーの長手方向の両端部を包み込む包込部を形成する、請求項１に記載のミラー装置。
3. 前記ミラー支持体は、
   前記ミラー支持体に載置される前記反射ミラーの長手方向の両端部あるいは短手方向の両端部のうち、少なくともいずれか一方に、前記段差から立設される壁部を有する、請求項１または２に記載のミラー装置。
4. 前記壁部は、前記反射ミラーの上面よりも高く立設され、
   前記反射ミラーの上面に設けられる接着部材と、前記壁部とが接着される、請求項３に記載のミラー装置。
5. 前記反射ミラーの長手方向の端面あるいは短手方向端面の一部あるいは全部と、前記壁部との間には前記接着部材が設けられている、請求項３または４に記載のミラー装置。
6. 前記ミラー支持体の外表面のうち、少なくとも前記接着部材が配置される部分は、前記当接部より粗面である、請求項１から５のいずれか１項に記載のミラー装置。
7. 前記接着部材は、熱伝導性接着剤である、請求項１から６のいずれか１項に記載のミラー装置。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載のミラー装置と、
   前記ミラー装置における前記反射ミラーの前記反射面に向かって、光を出射する光源部と、を有する、光源装置。
   
   
   

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