光源装置
【課題】光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することのできる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置は、前方に開口を有する反射鏡と、当該反射鏡の光軸上にフィラメントコイルが位置するよう配置されてなるハロゲン電球とを備え、前記反射鏡は、前記ハロゲン電球から放射された光を反射する複数の凸状のファセットが連続して配設されてなる構成の反射面を有してなるものであり、前記凸状のファセットが、凸曲面上に投影された反射鏡の光軸の伸びる方向の曲率半径Ｒ１と、当該凸面上に投影された光軸に直交する方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．２以上であって１０以下である形状を有するものであることを特徴とする。
【解決手段】光源装置は、前方に開口を有する反射鏡と、当該反射鏡の光軸上にフィラメントコイルが位置するよう配置されてなるハロゲン電球とを備え、前記反射鏡は、前記ハロゲン電球から放射された光を反射する複数の凸状のファセットが連続して配設されてなる構成の反射面を有してなるものであり、前記凸状のファセットが、凸曲面上に投影された反射鏡の光軸の伸びる方向の曲率半径Ｒ１と、当該凸面上に投影された光軸に直交する方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．２以上であって１０以下である形状を有するものであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハロゲン電球と反射鏡とを備えてなる光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源ランプとしてハロゲン電球を有する光源装置の或る種のものとしては、図１５に示すように、ハロゲン電球１１が前方（図１５における右方）に光投射口４２を有する凹面反射鏡４１内に配置され、この凹面反射鏡４１の光投射口４２を塞ぐようにレンズ（以下、「前方レンズ」ともいう。）４４が設けられており、当該凹面反射鏡４１の反射面４３が、基材の内表面に複数設けられた、平面鏡よりなるファセットによって形成されてなる構成のものが用いられている。
ここに、前方レンズ４４としては、例えば表面に微小な凹凸を設けることによって光の拡散を制御する構成のもの、平滑な表面を有し、その材質によって光の拡散を防止する構成のものなどが用いられている。
【０００３】
このような構成の光源装置４０は、主として、凹面反射鏡４１の基材の内表面の凹状形状、前方レンズ４４の形状や材質、および凹面反射鏡４１の反射面４３を構成するファセットの形状などを調整することによって光投射口４２からの投射光の制御をすることができるものである。
この光源装置４０に係る投射光の制御は、その用途に応じてなされるものであり、特に照明用途に用いる場合には、投射光の広がり、すなわち「１／２照射角」と称される、投射光の開き角度を調整することによって光照射面１の中心部に位置することとなる光照射対象領域の照度（以下、「中心照度」ともいう。）を高くすると共に、この光照射対象領域以外、すなわち光照射対象領域の外側の領域に対して照射されることとなる周辺光の照度が、光照射対象領域から遠ざかるに従って徐々に低下するよう、図１５における曲線（ａ）によって示されるような照度分布を得ることが重要とされている。
ここに、「１／２照射角」とは、図１５に示すように、凹面反射鏡４１の光軸（光源装置４０の光軸）Ｃに垂直な光照射面１上における、その照度が、光軸Ｃが交差する点Ａにおける照度の１／２倍となる点（図１５における点Ｂ）と光源装置４０の光源とを結ぶ直線Ｌが光軸Ｃとなす角αである。また、「光照射対象領域」とは、光源装置４０から投射される光のうちの１／２照射角以下の角度で光照射面１に向かって投射される光が照射される領域である。
【０００４】
光源装置４０において、投射光の広がりの調整は、通常、凹面反射鏡４１の基材の内表面の凹状形状を、例えば放物面状あるいは楕円面状とすることによってなされている。
ここに、投射光の広がりを前方レンズ４４によって調整しようとする場合には、表面に微小な凹凸を設けることによって光の拡散を制御する構成のものを用い、この凹凸を調整することが必要となるが、凹凸が微小なものであることなどから、十分な制御を行なうことが困難であり、しかも光束の大きな減衰を招いてしまうという問題もある。
【０００５】
また、光源装置４０においては、光源ランプとしてハロゲン電球１１が用いられており、その光源が理想とされるごく小さな点光源ではなく、直線状のフィラメントコイル１４よりなるものであることから、この光源からの光が凹面反射鏡４１によって収束しにくいものとなっており、その上、このフィラメントコイル１４が螺旋形状を有するものであることから、凹面反射鏡４１によって反射された光が、フィラメントコイル１４の回旋パターンに応じたパターンを有した状態で反射されることに起因して光照射面１においてフィラメントコイル１４の回旋パターンに基づく明暗、すなわち照射ムラが生じるおそれがある。
【０００６】
而して、凹面反射鏡の反射面を構成するファセットとして、凸曲面を鏡面とする凸曲面鏡であって球形状のもの（図９参照）を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような球形状のファセットを用いることによっては、後述の実験例によって明らかなように、照度ムラの発生を抑制することはできるものの、当該ファセットによる光の反射拡散作用が大きいために、凹面反射鏡の集光効率が小さくなり、その結果、中心照度がより小さくなってしまう、という問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特公平２−１９５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することのできる光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光源装置は、前方に開口を有する反射鏡と、当該反射鏡の光軸上にフィラメントコイルが位置するよう配置されてなるハロゲン電球とを備えた光源装置において、
前記反射鏡は、前記ハロゲン電球から放射された光を反射する複数の凸状のファセットが連続して配設されてなる構成の反射面を有してなるものであり、
前記凸状のファセットが、凸曲面上に投影された反射鏡の光軸の伸びる方向の曲率半径Ｒ１と、当該凸面上に投影された光軸に直交する方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．２以上であって１０以下である形状を有するものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光源装置においては、ハロゲン電球を構成するフィラメントは、反射鏡の光軸方向の寸法Ｌが、当該光軸に直交する方向の寸法Ｄよりも大きい形状を有するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光源装置においては、反射鏡の反射面が連続して配設された複数の凸状のファセットよりなるものであり、当該凸状のファセットが、その凸曲面上に投影された反射鏡の光軸の伸びる方向と、当該光軸の伸びる方向に直交する方向とに異なる曲率半径を有する特定の形状を有し、それぞれの方向における光反射拡散能が個別に制御され、投影された光軸の伸びる方向の光反射拡散能が小さく、当該光軸の伸びる方向に直交する方向の光反射拡散能が大きいことに基づく光の反射拡散作用を有するものであるため、光源ランプとしてハロゲン電球を備え、その光源が、反射鏡の光軸方向に伸びる、当該ハロゲン電球の直線状のフィラメントコイルよりなるものであっても、反射鏡には、高い集光効率が得られると共に、ハロゲン電球から放射された光のうちの反射鏡によって反射された光が、フィラメントコイルの回旋パターンに応じたパターンを有した状態で反射されることに起因して生じる照射ムラを抑制することのできる反射特性が得られる。
従って、本発明の光源装置によれば、反射鏡が優れた投射光制御性能を有するものであることから、光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明の光源装置においては、ハロゲン電球として、特定の形状を有するフィラメントコイルを有するものを用いることにより、ハロゲン電球からの放射光を反射鏡によって確実に制御し、これにより、当該光源装置に係る発光領域のすべてを制御することができるため、より一層確実に、光照射領域における光照射対象領域に高い照度を得ることができ、かつ照射ムラの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の光源装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図であり、図２は、図１の光源装置を構成する凹面反射鏡の構成を示す説明用斜視図であり、図３は、図２の凹面反射鏡の説明用部分拡大斜視図である。
この光源装置１０は、前方（図１における左方）に形成された開口よりなる光投射口２１を有する凹面反射鏡２０と、フィラメントコイル１４を光源として有するハロゲン電球１１からなる光源ランプとを備えており、ハロゲン電球１１が、凹面反射鏡２０の光軸上にフィラメントコイル１４が位置するように配置されてなるものである。
図１において、１８は、凹面反射鏡２０に装着された口金であり、１９は、ハロゲン電球１１を保持するための保持部材である。
【００１５】
ハロゲン電球１１は、一端にピンチシールによって気密封止部が形成された封止部１２Ａを有し、他端に排気管残部１２Ｂを有する、例えばガラス製のバルブ１２を具え、このバルブ１２内に、フィラメントコイル１４が当該バルブ１２の管軸に沿って伸びるように配置されてなる構成を有しており、バルブ１２内には、不活性ガスおよびハロゲン化合物が封入されているものである。また、フィラメントコイル１４には、その一端部に一方の内部リード棒１５Ａが接続されると共に他端部には他方の内部リード棒１５Ｂが接続されており、これら一方の内部リード棒１５Ａおよび他方の内部リード棒１５Ｂの先端は、それぞれ封止部１２Ａに伸びて、当該封止部１２Ａ内において互いに離間して埋設された一対の金属箔１６Ａ、１６Ｂに接続されている。また、金属箔１６Ａ、１６Ｂの各々には、封止部１２Ａから外方に伸びる一方の外部リード棒１７Ａおよび他方の外部リード棒１７Ｂがそれぞれ接続されており、この外部リード棒１７Ａ、１７Ｂは、各々、口金１８に電気的に接続されている。
【００１６】
凹面反射鏡２０は、ハロゲン電球１１から放射された光を反射するための反射空間を形成し、その前端（図１における左端）によって光投射口２１が形成されている、凹面状（具体的には、例えば放物面状あるいは楕円面状）の凹面形成部分２２Ａと、この凹面形成部分２２Ａの後端（図１における右端）における中央位置に後方に伸びるよう形成された、ハロゲン電球１１の封止部１２Ａが挿通される筒状頸部２２Ｂとにより構成されている。
この図の例においては、凹面反射鏡２０は、凹面形成部分２２Ａが、楕円面状の形状を有するものである。また、この凹面反射鏡２０の寸法の一例としては、例えば光投射口２１が外径５０ｍｍの円形状であって、反射空間の深さが２０ｍｍである。
【００１７】
この凹面反射鏡２０は、例えば棚珪酸ガラスなどのガラスよりなる基材２３の凹面形成部分２２Ａに係る内表面に反射面２５が形成されてなるものである。
そして、この反射面２５は、基材２３の凹面状の内表面に沿って隙間なく連続して設けられた、複数の凸状のファセット（以下、「凸状ファセット」ともいう。）３０により構成されており、これらの複数の凸状ファセット３０の凸曲面３１に基づく凹凸を有するものである。
【００１８】
この凹面反射鏡２０の反射面２５を構成する複数の凸状ファセット３０は、各々、図４〜図７に示すように、凸曲面３１を鏡面とする凸曲面鏡であり、鏡面である凸曲面３１上に投影された凹面反射鏡２０の光軸の伸びる方向（以下、「投影光軸伸長方向」ともいう。）の曲率半径Ｒ１が、当該凸曲面３１上に投影された凹面反射鏡２０の光軸に直交する方向（以下、「投影光軸直交方向」ともいう。）の曲率半径Ｒ２よりも大きく、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が、下記数式（１）で示される関係を有するものであることが必要とされる。
なお、曲率半径Ｒ１は、図４に示すように、凹面反射鏡２０の光軸を含む断面２９Ａ上において確認することができ、また曲率半径Ｒ２は、図５に示すように、凹面反射鏡２０の光軸に垂直な方向の断面２９Ｂ上において確認することができる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
この図の例において、複数の凸状ファセット３０は、各々、樽状の形状を有する、すなわち凸曲面３１が樽状のものであり、各々、一の凸状ファセット３０が他の６個の凸状ファセット３０と互いに隣接するよう、六角形状の輪郭を有するものである。具体的には、円形の底面の半径がＲ２であって高さ方向に垂直な方向に膨らむように湾曲する側面の当該膨らみに係る半径がＲ１である樽状体が、その高さ方向においては、凹面形成部分２２Ａの内表面に沿うよう、すなわち当該内表面との接続面を形成するようにカットされると共に、互いに隣接する他の凸状ファセット３０との接続面を形成するよう、高さ方向に垂直な方向にもカットされた、当該樽状体の側面の一部を凸曲面３１とするものである。
また、これらの複数の凸状ファセット３０は、凹面反射鏡２０の周方向（凹面反射鏡２０の光投射口２１に係る円周に沿う方向）において同一個数の凸状ファセット３０が配設されるよう、当該周方向に配列されてなるものは同一形状を有しているが、凹面反射鏡２０の光軸方向（図１における左右方向）に配列されてなるものは当該凹面反射鏡２０の凹面形成部分２２Ａの前端から後端に向かうに従ってその大きさが小さくなって相似関係を有する形状となっている。
【００２１】
この曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）は、数式（１）で示されるように１．２以上であって１０以下であることが必要とされるが、１．５〜６．０であることが好ましい。
【００２２】
凸状ファセット３０における比（Ｒ１／Ｒ２）が過小である場合には、凸状ファセットの反射拡散作用により、光源装置の投射光が１／２照射角が大きく、大きな広がりを有するものとなり、その結果、凹面反射鏡に実用上必要とされる集光効率が得られず、光照射面、特にその中心部に位置する光照射対象領域において十分な照度（中央照度）が得られなくなる。
一方、凸状ファセット３０における比（Ｒ１／Ｒ２）が過大である場合には、照度ムラの発生を十分に抑制することができなくなる。
なお、「１／２照射角」とは、前述のように、凹面反射鏡２０の光軸（光源装置１０の光軸）に垂直な光照射面上における、その照度が、光軸が交差する点における照度の１／２倍となる点と光源装置１０の光源とを結ぶ直線が当該光軸となす角であり、また「光照射対象領域」とは、光源装置１０から投射される光のうちの１／２照射角以下の角度で光照射面に向かって投射される光が照射される領域である（図１５参照）。
【００２３】
この凸状ファセット３０において、曲率半径Ｒ１の値は、光照射面における中心照度を高くする観点からは、無限大（直線状）、すなわち凸状ファセットが円柱状である（図１０参照）ことが好ましいが、無限大である場合には、後述の実験例からも明らかなように、光照射面において照射ムラが生じることとなるため、特定の範囲において大きな値であることが必要とされる。
ここに、曲率半径Ｒ１が無限大である場合に照射ムラが生じる理由は、円柱状の凸状ファセットが、投影光軸直交方向（凸曲面上に投影された凹面反射鏡の光軸の伸びる方向に直交する方向）のみに光反射拡散能を有し、投影光軸伸長方向には光反射拡散能を有さないものであることから、ハロゲン電球１１から放射されて凹面反射鏡によって反射された光が、フィラメントコイル１４の回旋パターンに対応したパターンを有した状態で反射され、光照射面に照射されることとなるためである。
また、曲率半径Ｒ２の値は、光照射面における照度ムラの発生を抑制すると共に、投射光の１／２照射角を十分な大きさとする、すなわち投射光に実用上十分な広がりを得るために、曲率半径Ｒ１よりも小さいことが必要とされる。
【００２４】
凸状ファセット３０の曲率半径Ｒ１および曲率半径Ｒ２の具体例としては、例えば光源装置１０において投射光の１／２照射角を２０度とする場合には、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２とが数式（１）で示される関係を満たす範囲内において、曲率半径Ｒ１は１０〜４０ｍｍであることが好ましく、一方、曲率半径Ｒ２は、３〜１５ｍｍであることが好ましい。
【００２５】
また、凸状ファセット３０は、投影光軸伸長方向（凹面反射鏡２０の凹面形成部分２２Ａの内表面に沿う深さ方向）の寸法と、投影光軸直交方向（凹面反射鏡２０の周方向であって凹面反射鏡２０の光投射口２１に係る円周に沿う方向）の寸法（最大値）とがほぼ同等、具体的には、これらの寸法の比（投影光軸伸長方向の寸法：投影光軸直交方向の寸法）が、１：２〜２：１の範囲内となる形状を有するものであることが好ましい。
この図の例においては、複数の凸状ファセット３０が、凹面反射鏡２０の凹面形成部分２２Ａの内表面に沿う深さ方向のピッチが１〜３ｍｍとされ、当該凹面反射鏡２０の周方向のピッチが４〜８度となるよう配置される形状を有するものとされている。
【００２６】
この凸状ファセット３０は、例えばその本体が例えば棚珪酸ガラスなどのガラスよりなるものであり、凹面反射鏡２０の基材２３と一体化して形成されてなるものである。
また、凸状ファセット３０の凸曲面３１よりなる鏡面は、金属膜、または例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）および二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）などの誘電体の２種類以上よりなる多層膜によって形成されてなるものである。
【００２７】
このような凸状ファセット３０の複数によって反射面２５が形成されている構成の凹面反射鏡２０は、凸状ファセット３０を基材２３と一体化して形成すること、具体的には、例えば基材形成用金型内に基材形成材料（ガラス）を流し込むことにより、凹面状の内表面に複数の凸状ファセット３０に対応した凹凸が形成されてなる構成の成型体を得、この成型体の凹凸を有する内表面に、金属膜または誘電体よりなる多層膜を形成することによって作製することができる。
【００２８】
このような構成の光源装置１０においては、ハロゲン電球１１を構成するフィラメントコイル１４が、凹面反射鏡２０によるハロゲン電球１１の放射光の制御の観点から、図８に示すように、凹面反射鏡２０の光軸方向（図１および図８における左右方向）の寸法Ｌと、当該光軸に直交する方向（図１および図８における上下方向）の寸法Ｄとが下記数式（２）で示される関係を有するものであることが好ましい。
ここに、寸法Ｌは、フィラメントコイル１４の全長の大きさを示し、寸法Ｄは、フィラメントコイル１４のコイル径の大きさを示す。
【００２９】
【数２】
【００３０】
フィラメントコイル１４の寸法の具体例としては、例えば光源装置１０の投射光の１／２照射角を２０度とする場合には、寸法Ｌは５〜１０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは２．０〜１０．０ｍｍであり、一方、寸法Ｄは０．５〜３．０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは１．０〜３．０ｍｍである。
【００３１】
フィラメントコイル１４としては、例えばタングステン線を一重螺旋状または二重螺旋状に回旋してなるものを用いることができる。
ここに、フィラメントコイル１４として、タングステン線よりなる一重螺旋状のものを用いる場合には、光源装置１０の点灯電圧は概ね１２Ｖとされ、またタングステン線よりなる二重螺旋状のものを用いる場合には、光源装置１０の点灯電圧は概ね１００〜１２０Ｖとされることとなる。
【００３２】
このような構成の光源装置１０は、ハロゲン電球１１が点灯されると、このハロゲン電球１１から放射された光は、そのうちの光照射面に向かう方向、すなわち光投射方向に放射された光が凹面反射鏡２０の光投射口２１から投射されると共に、光投射方向以外の方向に放射された光のうちの凹面反射鏡２０によって反射された光が光投射口２１から投射されることにより、光照射面に対して照射される。
【００３３】
而して、この光源装置１０においては、凹面反射鏡２０の反射面２５が連続して配設された複数の凸状ファセット３０よりなるものであり、当該凸状ファセット３０が、投影光軸伸長方向と、当該投影光軸伸長方向に直交する投影光軸直交方向とに異なる曲率半径を有する特定の樽状形状を有し、投影光軸伸長方向における光反射拡散能と、投影光軸直交方向における光反射拡散能とが個別に制御され、投影光軸伸長方向の光反射拡散能が小さく、投影光軸直交方向の光反射拡散能が大きいことに基づく光の反射拡散作用を有するものであるため、光源ランプとしてハロゲン電球１１を備え、その光源が、点光源でなく、凹面反射鏡２０の光軸方向に伸びる、当該ハロゲン電球１１の直線状のフィラメントコイル１４よりなるものであっても、凹面反射鏡２０には、高い集光効率が得られると共に、ハロゲン電球１１から放射された光のうちの凹面反射鏡２０によって反射された光が、フィラメントコイル１４の回旋パターンに応じたパターンを有した状態で反射されることに起因して光照射面においてフィラメントコイル１４の回旋パターンに基づく明暗、すなわち照射ムラが発生することを抑制することのできる反射特性が得られる。
従って、光源装置１０によれば、凹面反射鏡２０が優れた投射光制御性能を有するものであることから、光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することができる。
【００３４】
ここに、光源装置１０に係る凸状ファセット３０の形状は、発明者らが、従来公知の球形状の凸状ファセット（図９参照）を用いた光源装置において、光照射面の光照射対象領域に十分な照度が得られない、という問題を解決するために検討を重ね、凸状ファセットの凸曲面の形状を円柱状とすることを試みたのだが、この円柱状の凸状ファセット（図１０参照）を用いた光源装置には、後述の実験例からも明らかなように、光照射対象領域に十分な照度を得ることはできるものの、照射ムラの発生を十分に抑制することができない、という問題があることが明らかとなり、更に検討を重ねた結果、見出されたものである。
【００３５】
また、光源装置１０においては、ハロゲン電球１１として、特定の形状を有するフィラメントコイル１４を有するものを用いることにより、ハロゲン電球１１からの放射光を凹面反射鏡２０によって確実に制御し、これにより、当該光源装置１０に係る発光領域のすべてを制御することができるため、より一層確実に、光照射領域における光照射対象領域に高い照度を得ることができ、かつ照射ムラの発生を抑制することができる。
【００３６】
この光源装置１０は、光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することができるものであり、また投射光の１／２照度角を８〜４０度の範囲において調整することができることから、照明用として好適に用いることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明の光源装置は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
【００３８】
以下、本発明に係る実験例を説明する。
【００３９】
〔実験例１〕 先ず、図１の構成を有し、凹面反射鏡の反射面を構成する凸状ファセットとして、投影光軸伸長方向の曲率半径Ｒ１と投影光軸直交方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が６である樽状の凸状ファセット（以下、「樽状ファセット」ともいう。）を備えた光源装置（以下、「光源装置（１１）」ともいう。）を作製した。
この光源装置（１１）は、ハロゲン電球として、タングステン線が二重螺旋状に回旋されてなり、全長（寸法Ｌ）が６．０ｍｍ、コイル径（寸法Ｄ）が０．４ｍｍのフィラメントコイルを有する、点灯電圧１１０Ｖおよび消費電力３０Ｗの条件で点灯される構成のものを備えたものである。
【００４０】
次いで、光源装置（１１）において、樽状ファセットに代えて、各々、図９に示す球状の形状を有するもの、図１０に示す円柱状の形状を有するものを用いたこと以外は、当該光源装置（１１）と同様の構成を有する光源装置（以下、各々、「光源装置（１２）」および「光源装置（１３）」ともいう。）を作製した。
【００４１】
作製した光源装置（１２）に係る球状の形状を有する凸状ファセット（以下、「球状ファセット」ともいう。）３５は、図９に示すように、一の球状ファセット３５が他の６個の球状ファセット３５と互いに隣接するよう、正六角形状の輪郭を有し、半径がＲ２である球状体が、凹面反射鏡の凹面形成部分２２Ａの内表面との接続面と共に、互いに隣接する他の球状ファセット３５との接続面を形成するようカットされた、当該球状体の側面の一部を凸曲面３６とするものである。
また、作製した光源装置（１３）に係る円柱の形状を有する凸状ファセット（以下、「円柱状ファセット」ともいう。）３７は、図１０に示すように、一の円柱状ファセット３７が他の６個の円柱状ファセット３７と互いに隣接するよう、六角形状の輪郭を有し、円形の底面の半径がＲ２である円柱状体が、その高さ方向においては、凹面形成部分２２Ａの内表面に沿うよう、すなわち当該内表面との接続面を形成するようにカットされると共に、互いに隣接する他の円柱状ファセット３７との接続面を形成するよう、高さ方向に垂直な方向にもカットされた、当該円柱状体の側面の一部を凸曲面３８とするものである。
【００４２】
作製した光源装置（１１）〜光源装置（１３）の各々について、光照射面との離間距離が１ｍとなる位置に光源装置を配置し、投射光の１／２照射角を測定すると共に、光照射面における照度分布を確認した。結果を表１および図１１〜図１３に示す。
また、図１１〜図１３においては、各々、曲線（イ）は、光源装置（１１）に係る照度分布を示し、曲線（ロ）は、光源装置（１２）に係る照度分布を示し、曲線（ハ）は、光源装置（１３）に係る照度分布を示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
図１１〜図１３の結果から、以下のことが確認された。
（１）球状ファセットを用いた場合には、光照射対象領域の外側の領域に対して照射されることとなる周辺光の照度が、当該光照射対象領域から遠ざかるに従って徐々に低下する照度分布が得られており、光照射面における照度ムラの発生が抑制されているものの、当該光照射面の中央部に位置する光照射対象領域の照度（中央照度）が小さくなる。
（２）円柱状ファセットを用いた場合には、光照射面の光照射対象領域に高い照度が得られるが、その照度分布が、当該光照射面における光照射対象領域の外側の領域に照射される周辺光の照度が、当該光照射対象領域から遠ざかるに従って徐々に低下することなく、波うつように変動するものとなり、照度ムラが発生する。
（３）本発明に係る樽状ファセットを用いた場合には、光照射面の光照射対象領域に、円柱状ファセットを用いた場合と同程度の高い照度を得ることができると共に、光照射対象領域の外側の領域に対して照射されることとなる周辺光の照度が、当該光照射対象領域から遠ざかるに従って徐々に低下する照度分布が得られており、光照射面における照度ムラの発生が抑制されている。
【００４５】
以上の実験例１の結果から、凹面反射鏡の反射面を構成する凸状ファセットとして、樽状ファセットを用いることにより、光照射面において、光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することができる、ということが確認された。
また、光源装置（１１）〜光源装置（１３）に係る投射光の１／２照射角の値が揃っていることから、１／２照射角は、凸状ファセットによって微調整することが可能ではあるものの、主として、凹面反射鏡の基本形状、すなわち基材における凹面形成部分の内表面の形状によって調整することができるものであることが確認された。
【００４６】
〔実験例２〕
図１の構成を有し、各々、凹面反射鏡の反射面を構成する凸状ファセットが、投影光軸伸長方向の曲率半径Ｒ１と投影光軸直交方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が表２に示す値の樽状の凸状ファセット（樽状ファセット）である光源装置（以下、各々、「光源装置（２１）」〜「光源装置（２５）」とする。）を作製した。
これらの光源装置（２１）〜光源装置（２５）は、各々、ハロゲン電球として、タングステン線が二重螺旋状に回旋されてなり、全長（寸法Ｌ）が６．０ｍｍ、コイル径（寸法Ｄ）が０．４ｍｍのフィラメントコイルを有する、点灯電圧１１０Ｖおよび消費電力３０Ｗの条件で点灯される構成のものを備えたものである。
なお、光源装置（２４）は、実験例１において作製した光源装置（１１）と同様の構成を有するものである。
【００４７】
作製した光源装置（２１）〜光源装置（２５）の各々について、光照射面との離間距離が１ｍとなる位置に光源装置を配置し、投射光の１／２照射角および光照射面の中心部に位置する光照射対象領域における照度（光照射面上における最大照度）を測定すると共に、光照射面における照射ムラの発生状態を評価した。結果を表２および図１４に示す。
ここに、照射ムラの発生状態の評価は、３人の評価者が光照射面における照射ムラの有無を目視にて確認することによって行い、３人の評価者全員が照射ムラの発生がないと判定した場合を「○」、３人の評価者のうちのいずれか一人でも照射ムラの発生があると判定した場合を「△」、３人の評価者全員が照射ムラの発生があると判定した場合を「×」と評価した。
また、図１４においては、比（Ｒ１／Ｒ２）と最大照度との関係を曲線（Ａ）によって示し、比（Ｒ１／Ｒ２）と１／２照射角との関係を曲線（Ｂ）によって示した。
【００４８】
【表２】
【００４９】
以上の実験例２の結果から、凹面反射鏡の反射面を構成する樽状ファセットを、投影光軸伸長方向の曲率半径Ｒ１と投影光軸直交方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．２以上であって１０以下である特定の形状とすることにより、光照射面において、光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を実用上問題のないレベルに抑制することができる、ということが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の光源装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】図１の光源装置を構成する凹面反射鏡の構成を示す説明用斜視図である。
【図３】図２の凹面反射鏡の説明用部分拡大斜視図である。
【図４】図２の凹面反射鏡の光軸を含む断面を示す説明用部分断面斜視図である。
【図５】図２の凹面反射鏡の光軸に垂直な方向の断面を示す説明用部分断面斜視図である。
【図６】図２の凹面反射鏡の反射面を構成する凸状のファセットの構成を示す説明図である。
【図７】図６の凸状のファセットの輪郭を示す説明用斜視図である。
【図８】図１の光源装置を構成するハロゲン電球におけるフィラメントコイルの構成を示す説明図である。
【図９】実験例１において作製した光源装置の凹面反射鏡の反射面を構成する凸状のファセット（球形状ファセット）の構成を示す説明図である。
【図１０】実験例１において作製した実験用の光源装置の凹面反射鏡の反射面を構成する凸状のファセット（円柱状ファセット）の構成を示す説明図である。
【図１１】実験例１に係る実験用の光源装置に係る光照射面全体における照度分布を示す照度分布図である。
【図１２】図１１の照度分布図における光照射対象領域に係る照度分布を拡大して示す部分拡大図である。
【図１３】図１１の照度分布図における光照射対象領域以外の領域に係る照度分布を拡大して示す部分拡大図である。
【図１４】実験例２において作製した光源装置における、凹面反射鏡の反射面を構成する凸状のファセット（樽状ファセット）の曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）と最大照度との関係と共に、比（Ｒ１／Ｒ２）と投射光の１／２照射角との関係を示すグラフである。
【図１５】従来の光源装置の構成を、光照射面および当該光源装置の照度分布と共に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 光照射面
１０ 光源装置
１１ ハロゲン電球
１２ バルブ
１２Ａ 封止部
１２Ｂ 排気管残部
１４ フィラメントコイル
１５Ａ、１５Ｂ 内部リード棒
１６Ａ、１６Ｂ 金属箔
１７Ａ、１７Ｂ 外部リード棒
１８ 口金
１９ 保持部材
２０ 凹面反射鏡
２１ 光投射口
２２Ａ 凹面形成部分
２２Ｂ 筒状頸部
２３ 基材
２９Ａ、２９Ｂ 断面
２５ 反射面
３０ 凸状ファセット（樽状ファセット）
３１ 凸曲面
３５ 凸状ファセット（球状ファセット）
３６ 凸曲面
３７ 凸状ファセット（円柱状ファセット）
３８ 凸曲面
４０ 光源装置
４１ 凹面反射鏡
４２ 光投射口
４３ 反射面
４４ レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハロゲン電球と反射鏡とを備えてなる光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源ランプとしてハロゲン電球を有する光源装置の或る種のものとしては、図１５に示すように、ハロゲン電球１１が前方（図１５における右方）に光投射口４２を有する凹面反射鏡４１内に配置され、この凹面反射鏡４１の光投射口４２を塞ぐようにレンズ（以下、「前方レンズ」ともいう。）４４が設けられており、当該凹面反射鏡４１の反射面４３が、基材の内表面に複数設けられた、平面鏡よりなるファセットによって形成されてなる構成のものが用いられている。
ここに、前方レンズ４４としては、例えば表面に微小な凹凸を設けることによって光の拡散を制御する構成のもの、平滑な表面を有し、その材質によって光の拡散を防止する構成のものなどが用いられている。
【０００３】
このような構成の光源装置４０は、主として、凹面反射鏡４１の基材の内表面の凹状形状、前方レンズ４４の形状や材質、および凹面反射鏡４１の反射面４３を構成するファセットの形状などを調整することによって光投射口４２からの投射光の制御をすることができるものである。
この光源装置４０に係る投射光の制御は、その用途に応じてなされるものであり、特に照明用途に用いる場合には、投射光の広がり、すなわち「１／２照射角」と称される、投射光の開き角度を調整することによって光照射面１の中心部に位置することとなる光照射対象領域の照度（以下、「中心照度」ともいう。）を高くすると共に、この光照射対象領域以外、すなわち光照射対象領域の外側の領域に対して照射されることとなる周辺光の照度が、光照射対象領域から遠ざかるに従って徐々に低下するよう、図１５における曲線（ａ）によって示されるような照度分布を得ることが重要とされている。
ここに、「１／２照射角」とは、図１５に示すように、凹面反射鏡４１の光軸（光源装置４０の光軸）Ｃに垂直な光照射面１上における、その照度が、光軸Ｃが交差する点Ａにおける照度の１／２倍となる点（図１５における点Ｂ）と光源装置４０の光源とを結ぶ直線Ｌが光軸Ｃとなす角αである。また、「光照射対象領域」とは、光源装置４０から投射される光のうちの１／２照射角以下の角度で光照射面１に向かって投射される光が照射される領域である。
【０００４】
光源装置４０において、投射光の広がりの調整は、通常、凹面反射鏡４１の基材の内表面の凹状形状を、例えば放物面状あるいは楕円面状とすることによってなされている。
ここに、投射光の広がりを前方レンズ４４によって調整しようとする場合には、表面に微小な凹凸を設けることによって光の拡散を制御する構成のものを用い、この凹凸を調整することが必要となるが、凹凸が微小なものであることなどから、十分な制御を行なうことが困難であり、しかも光束の大きな減衰を招いてしまうという問題もある。
【０００５】
また、光源装置４０においては、光源ランプとしてハロゲン電球１１が用いられており、その光源が理想とされるごく小さな点光源ではなく、直線状のフィラメントコイル１４よりなるものであることから、この光源からの光が凹面反射鏡４１によって収束しにくいものとなっており、その上、このフィラメントコイル１４が螺旋形状を有するものであることから、凹面反射鏡４１によって反射された光が、フィラメントコイル１４の回旋パターンに応じたパターンを有した状態で反射されることに起因して光照射面１においてフィラメントコイル１４の回旋パターンに基づく明暗、すなわち照射ムラが生じるおそれがある。
【０００６】
而して、凹面反射鏡の反射面を構成するファセットとして、凸曲面を鏡面とする凸曲面鏡であって球形状のもの（図９参照）を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような球形状のファセットを用いることによっては、後述の実験例によって明らかなように、照度ムラの発生を抑制することはできるものの、当該ファセットによる光の反射拡散作用が大きいために、凹面反射鏡の集光効率が小さくなり、その結果、中心照度がより小さくなってしまう、という問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特公平２−１９５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することのできる光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光源装置は、前方に開口を有する反射鏡と、当該反射鏡の光軸上にフィラメントコイルが位置するよう配置されてなるハロゲン電球とを備えた光源装置において、
前記反射鏡は、前記ハロゲン電球から放射された光を反射する複数の凸状のファセットが連続して配設されてなる構成の反射面を有してなるものであり、
前記凸状のファセットが、凸曲面上に投影された反射鏡の光軸の伸びる方向の曲率半径Ｒ１と、当該凸面上に投影された光軸に直交する方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．２以上であって１０以下である形状を有するものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光源装置においては、ハロゲン電球を構成するフィラメントは、反射鏡の光軸方向の寸法Ｌが、当該光軸に直交する方向の寸法Ｄよりも大きい形状を有するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光源装置においては、反射鏡の反射面が連続して配設された複数の凸状のファセットよりなるものであり、当該凸状のファセットが、その凸曲面上に投影された反射鏡の光軸の伸びる方向と、当該光軸の伸びる方向に直交する方向とに異なる曲率半径を有する特定の形状を有し、それぞれの方向における光反射拡散能が個別に制御され、投影された光軸の伸びる方向の光反射拡散能が小さく、当該光軸の伸びる方向に直交する方向の光反射拡散能が大きいことに基づく光の反射拡散作用を有するものであるため、光源ランプとしてハロゲン電球を備え、その光源が、反射鏡の光軸方向に伸びる、当該ハロゲン電球の直線状のフィラメントコイルよりなるものであっても、反射鏡には、高い集光効率が得られると共に、ハロゲン電球から放射された光のうちの反射鏡によって反射された光が、フィラメントコイルの回旋パターンに応じたパターンを有した状態で反射されることに起因して生じる照射ムラを抑制することのできる反射特性が得られる。
従って、本発明の光源装置によれば、反射鏡が優れた投射光制御性能を有するものであることから、光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明の光源装置においては、ハロゲン電球として、特定の形状を有するフィラメントコイルを有するものを用いることにより、ハロゲン電球からの放射光を反射鏡によって確実に制御し、これにより、当該光源装置に係る発光領域のすべてを制御することができるため、より一層確実に、光照射領域における光照射対象領域に高い照度を得ることができ、かつ照射ムラの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の光源装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図であり、図２は、図１の光源装置を構成する凹面反射鏡の構成を示す説明用斜視図であり、図３は、図２の凹面反射鏡の説明用部分拡大斜視図である。
この光源装置１０は、前方（図１における左方）に形成された開口よりなる光投射口２１を有する凹面反射鏡２０と、フィラメントコイル１４を光源として有するハロゲン電球１１からなる光源ランプとを備えており、ハロゲン電球１１が、凹面反射鏡２０の光軸上にフィラメントコイル１４が位置するように配置されてなるものである。
図１において、１８は、凹面反射鏡２０に装着された口金であり、１９は、ハロゲン電球１１を保持するための保持部材である。
【００１５】
ハロゲン電球１１は、一端にピンチシールによって気密封止部が形成された封止部１２Ａを有し、他端に排気管残部１２Ｂを有する、例えばガラス製のバルブ１２を具え、このバルブ１２内に、フィラメントコイル１４が当該バルブ１２の管軸に沿って伸びるように配置されてなる構成を有しており、バルブ１２内には、不活性ガスおよびハロゲン化合物が封入されているものである。また、フィラメントコイル１４には、その一端部に一方の内部リード棒１５Ａが接続されると共に他端部には他方の内部リード棒１５Ｂが接続されており、これら一方の内部リード棒１５Ａおよび他方の内部リード棒１５Ｂの先端は、それぞれ封止部１２Ａに伸びて、当該封止部１２Ａ内において互いに離間して埋設された一対の金属箔１６Ａ、１６Ｂに接続されている。また、金属箔１６Ａ、１６Ｂの各々には、封止部１２Ａから外方に伸びる一方の外部リード棒１７Ａおよび他方の外部リード棒１７Ｂがそれぞれ接続されており、この外部リード棒１７Ａ、１７Ｂは、各々、口金１８に電気的に接続されている。
【００１６】
凹面反射鏡２０は、ハロゲン電球１１から放射された光を反射するための反射空間を形成し、その前端（図１における左端）によって光投射口２１が形成されている、凹面状（具体的には、例えば放物面状あるいは楕円面状）の凹面形成部分２２Ａと、この凹面形成部分２２Ａの後端（図１における右端）における中央位置に後方に伸びるよう形成された、ハロゲン電球１１の封止部１２Ａが挿通される筒状頸部２２Ｂとにより構成されている。
この図の例においては、凹面反射鏡２０は、凹面形成部分２２Ａが、楕円面状の形状を有するものである。また、この凹面反射鏡２０の寸法の一例としては、例えば光投射口２１が外径５０ｍｍの円形状であって、反射空間の深さが２０ｍｍである。
【００１７】
この凹面反射鏡２０は、例えば棚珪酸ガラスなどのガラスよりなる基材２３の凹面形成部分２２Ａに係る内表面に反射面２５が形成されてなるものである。
そして、この反射面２５は、基材２３の凹面状の内表面に沿って隙間なく連続して設けられた、複数の凸状のファセット（以下、「凸状ファセット」ともいう。）３０により構成されており、これらの複数の凸状ファセット３０の凸曲面３１に基づく凹凸を有するものである。
【００１８】
この凹面反射鏡２０の反射面２５を構成する複数の凸状ファセット３０は、各々、図４〜図７に示すように、凸曲面３１を鏡面とする凸曲面鏡であり、鏡面である凸曲面３１上に投影された凹面反射鏡２０の光軸の伸びる方向（以下、「投影光軸伸長方向」ともいう。）の曲率半径Ｒ１が、当該凸曲面３１上に投影された凹面反射鏡２０の光軸に直交する方向（以下、「投影光軸直交方向」ともいう。）の曲率半径Ｒ２よりも大きく、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が、下記数式（１）で示される関係を有するものであることが必要とされる。
なお、曲率半径Ｒ１は、図４に示すように、凹面反射鏡２０の光軸を含む断面２９Ａ上において確認することができ、また曲率半径Ｒ２は、図５に示すように、凹面反射鏡２０の光軸に垂直な方向の断面２９Ｂ上において確認することができる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
この図の例において、複数の凸状ファセット３０は、各々、樽状の形状を有する、すなわち凸曲面３１が樽状のものであり、各々、一の凸状ファセット３０が他の６個の凸状ファセット３０と互いに隣接するよう、六角形状の輪郭を有するものである。具体的には、円形の底面の半径がＲ２であって高さ方向に垂直な方向に膨らむように湾曲する側面の当該膨らみに係る半径がＲ１である樽状体が、その高さ方向においては、凹面形成部分２２Ａの内表面に沿うよう、すなわち当該内表面との接続面を形成するようにカットされると共に、互いに隣接する他の凸状ファセット３０との接続面を形成するよう、高さ方向に垂直な方向にもカットされた、当該樽状体の側面の一部を凸曲面３１とするものである。
また、これらの複数の凸状ファセット３０は、凹面反射鏡２０の周方向（凹面反射鏡２０の光投射口２１に係る円周に沿う方向）において同一個数の凸状ファセット３０が配設されるよう、当該周方向に配列されてなるものは同一形状を有しているが、凹面反射鏡２０の光軸方向（図１における左右方向）に配列されてなるものは当該凹面反射鏡２０の凹面形成部分２２Ａの前端から後端に向かうに従ってその大きさが小さくなって相似関係を有する形状となっている。
【００２１】
この曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）は、数式（１）で示されるように１．２以上であって１０以下であることが必要とされるが、１．５〜６．０であることが好ましい。
【００２２】
凸状ファセット３０における比（Ｒ１／Ｒ２）が過小である場合には、凸状ファセットの反射拡散作用により、光源装置の投射光が１／２照射角が大きく、大きな広がりを有するものとなり、その結果、凹面反射鏡に実用上必要とされる集光効率が得られず、光照射面、特にその中心部に位置する光照射対象領域において十分な照度（中央照度）が得られなくなる。
一方、凸状ファセット３０における比（Ｒ１／Ｒ２）が過大である場合には、照度ムラの発生を十分に抑制することができなくなる。
なお、「１／２照射角」とは、前述のように、凹面反射鏡２０の光軸（光源装置１０の光軸）に垂直な光照射面上における、その照度が、光軸が交差する点における照度の１／２倍となる点と光源装置１０の光源とを結ぶ直線が当該光軸となす角であり、また「光照射対象領域」とは、光源装置１０から投射される光のうちの１／２照射角以下の角度で光照射面に向かって投射される光が照射される領域である（図１５参照）。
【００２３】
この凸状ファセット３０において、曲率半径Ｒ１の値は、光照射面における中心照度を高くする観点からは、無限大（直線状）、すなわち凸状ファセットが円柱状である（図１０参照）ことが好ましいが、無限大である場合には、後述の実験例からも明らかなように、光照射面において照射ムラが生じることとなるため、特定の範囲において大きな値であることが必要とされる。
ここに、曲率半径Ｒ１が無限大である場合に照射ムラが生じる理由は、円柱状の凸状ファセットが、投影光軸直交方向（凸曲面上に投影された凹面反射鏡の光軸の伸びる方向に直交する方向）のみに光反射拡散能を有し、投影光軸伸長方向には光反射拡散能を有さないものであることから、ハロゲン電球１１から放射されて凹面反射鏡によって反射された光が、フィラメントコイル１４の回旋パターンに対応したパターンを有した状態で反射され、光照射面に照射されることとなるためである。
また、曲率半径Ｒ２の値は、光照射面における照度ムラの発生を抑制すると共に、投射光の１／２照射角を十分な大きさとする、すなわち投射光に実用上十分な広がりを得るために、曲率半径Ｒ１よりも小さいことが必要とされる。
【００２４】
凸状ファセット３０の曲率半径Ｒ１および曲率半径Ｒ２の具体例としては、例えば光源装置１０において投射光の１／２照射角を２０度とする場合には、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２とが数式（１）で示される関係を満たす範囲内において、曲率半径Ｒ１は１０〜４０ｍｍであることが好ましく、一方、曲率半径Ｒ２は、３〜１５ｍｍであることが好ましい。
【００２５】
また、凸状ファセット３０は、投影光軸伸長方向（凹面反射鏡２０の凹面形成部分２２Ａの内表面に沿う深さ方向）の寸法と、投影光軸直交方向（凹面反射鏡２０の周方向であって凹面反射鏡２０の光投射口２１に係る円周に沿う方向）の寸法（最大値）とがほぼ同等、具体的には、これらの寸法の比（投影光軸伸長方向の寸法：投影光軸直交方向の寸法）が、１：２〜２：１の範囲内となる形状を有するものであることが好ましい。
この図の例においては、複数の凸状ファセット３０が、凹面反射鏡２０の凹面形成部分２２Ａの内表面に沿う深さ方向のピッチが１〜３ｍｍとされ、当該凹面反射鏡２０の周方向のピッチが４〜８度となるよう配置される形状を有するものとされている。
【００２６】
この凸状ファセット３０は、例えばその本体が例えば棚珪酸ガラスなどのガラスよりなるものであり、凹面反射鏡２０の基材２３と一体化して形成されてなるものである。
また、凸状ファセット３０の凸曲面３１よりなる鏡面は、金属膜、または例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）および二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）などの誘電体の２種類以上よりなる多層膜によって形成されてなるものである。
【００２７】
このような凸状ファセット３０の複数によって反射面２５が形成されている構成の凹面反射鏡２０は、凸状ファセット３０を基材２３と一体化して形成すること、具体的には、例えば基材形成用金型内に基材形成材料（ガラス）を流し込むことにより、凹面状の内表面に複数の凸状ファセット３０に対応した凹凸が形成されてなる構成の成型体を得、この成型体の凹凸を有する内表面に、金属膜または誘電体よりなる多層膜を形成することによって作製することができる。
【００２８】
このような構成の光源装置１０においては、ハロゲン電球１１を構成するフィラメントコイル１４が、凹面反射鏡２０によるハロゲン電球１１の放射光の制御の観点から、図８に示すように、凹面反射鏡２０の光軸方向（図１および図８における左右方向）の寸法Ｌと、当該光軸に直交する方向（図１および図８における上下方向）の寸法Ｄとが下記数式（２）で示される関係を有するものであることが好ましい。
ここに、寸法Ｌは、フィラメントコイル１４の全長の大きさを示し、寸法Ｄは、フィラメントコイル１４のコイル径の大きさを示す。
【００２９】
【数２】
【００３０】
フィラメントコイル１４の寸法の具体例としては、例えば光源装置１０の投射光の１／２照射角を２０度とする場合には、寸法Ｌは５〜１０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは２．０〜１０．０ｍｍであり、一方、寸法Ｄは０．５〜３．０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは１．０〜３．０ｍｍである。
【００３１】
フィラメントコイル１４としては、例えばタングステン線を一重螺旋状または二重螺旋状に回旋してなるものを用いることができる。
ここに、フィラメントコイル１４として、タングステン線よりなる一重螺旋状のものを用いる場合には、光源装置１０の点灯電圧は概ね１２Ｖとされ、またタングステン線よりなる二重螺旋状のものを用いる場合には、光源装置１０の点灯電圧は概ね１００〜１２０Ｖとされることとなる。
【００３２】
このような構成の光源装置１０は、ハロゲン電球１１が点灯されると、このハロゲン電球１１から放射された光は、そのうちの光照射面に向かう方向、すなわち光投射方向に放射された光が凹面反射鏡２０の光投射口２１から投射されると共に、光投射方向以外の方向に放射された光のうちの凹面反射鏡２０によって反射された光が光投射口２１から投射されることにより、光照射面に対して照射される。
【００３３】
而して、この光源装置１０においては、凹面反射鏡２０の反射面２５が連続して配設された複数の凸状ファセット３０よりなるものであり、当該凸状ファセット３０が、投影光軸伸長方向と、当該投影光軸伸長方向に直交する投影光軸直交方向とに異なる曲率半径を有する特定の樽状形状を有し、投影光軸伸長方向における光反射拡散能と、投影光軸直交方向における光反射拡散能とが個別に制御され、投影光軸伸長方向の光反射拡散能が小さく、投影光軸直交方向の光反射拡散能が大きいことに基づく光の反射拡散作用を有するものであるため、光源ランプとしてハロゲン電球１１を備え、その光源が、点光源でなく、凹面反射鏡２０の光軸方向に伸びる、当該ハロゲン電球１１の直線状のフィラメントコイル１４よりなるものであっても、凹面反射鏡２０には、高い集光効率が得られると共に、ハロゲン電球１１から放射された光のうちの凹面反射鏡２０によって反射された光が、フィラメントコイル１４の回旋パターンに応じたパターンを有した状態で反射されることに起因して光照射面においてフィラメントコイル１４の回旋パターンに基づく明暗、すなわち照射ムラが発生することを抑制することのできる反射特性が得られる。
従って、光源装置１０によれば、凹面反射鏡２０が優れた投射光制御性能を有するものであることから、光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することができる。
【００３４】
ここに、光源装置１０に係る凸状ファセット３０の形状は、発明者らが、従来公知の球形状の凸状ファセット（図９参照）を用いた光源装置において、光照射面の光照射対象領域に十分な照度が得られない、という問題を解決するために検討を重ね、凸状ファセットの凸曲面の形状を円柱状とすることを試みたのだが、この円柱状の凸状ファセット（図１０参照）を用いた光源装置には、後述の実験例からも明らかなように、光照射対象領域に十分な照度を得ることはできるものの、照射ムラの発生を十分に抑制することができない、という問題があることが明らかとなり、更に検討を重ねた結果、見出されたものである。
【００３５】
また、光源装置１０においては、ハロゲン電球１１として、特定の形状を有するフィラメントコイル１４を有するものを用いることにより、ハロゲン電球１１からの放射光を凹面反射鏡２０によって確実に制御し、これにより、当該光源装置１０に係る発光領域のすべてを制御することができるため、より一層確実に、光照射領域における光照射対象領域に高い照度を得ることができ、かつ照射ムラの発生を抑制することができる。
【００３６】
この光源装置１０は、光照射面において、その中心部に位置する光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することができるものであり、また投射光の１／２照度角を８〜４０度の範囲において調整することができることから、照明用として好適に用いることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明の光源装置は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
【００３８】
以下、本発明に係る実験例を説明する。
【００３９】
〔実験例１〕 先ず、図１の構成を有し、凹面反射鏡の反射面を構成する凸状ファセットとして、投影光軸伸長方向の曲率半径Ｒ１と投影光軸直交方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が６である樽状の凸状ファセット（以下、「樽状ファセット」ともいう。）を備えた光源装置（以下、「光源装置（１１）」ともいう。）を作製した。
この光源装置（１１）は、ハロゲン電球として、タングステン線が二重螺旋状に回旋されてなり、全長（寸法Ｌ）が６．０ｍｍ、コイル径（寸法Ｄ）が０．４ｍｍのフィラメントコイルを有する、点灯電圧１１０Ｖおよび消費電力３０Ｗの条件で点灯される構成のものを備えたものである。
【００４０】
次いで、光源装置（１１）において、樽状ファセットに代えて、各々、図９に示す球状の形状を有するもの、図１０に示す円柱状の形状を有するものを用いたこと以外は、当該光源装置（１１）と同様の構成を有する光源装置（以下、各々、「光源装置（１２）」および「光源装置（１３）」ともいう。）を作製した。
【００４１】
作製した光源装置（１２）に係る球状の形状を有する凸状ファセット（以下、「球状ファセット」ともいう。）３５は、図９に示すように、一の球状ファセット３５が他の６個の球状ファセット３５と互いに隣接するよう、正六角形状の輪郭を有し、半径がＲ２である球状体が、凹面反射鏡の凹面形成部分２２Ａの内表面との接続面と共に、互いに隣接する他の球状ファセット３５との接続面を形成するようカットされた、当該球状体の側面の一部を凸曲面３６とするものである。
また、作製した光源装置（１３）に係る円柱の形状を有する凸状ファセット（以下、「円柱状ファセット」ともいう。）３７は、図１０に示すように、一の円柱状ファセット３７が他の６個の円柱状ファセット３７と互いに隣接するよう、六角形状の輪郭を有し、円形の底面の半径がＲ２である円柱状体が、その高さ方向においては、凹面形成部分２２Ａの内表面に沿うよう、すなわち当該内表面との接続面を形成するようにカットされると共に、互いに隣接する他の円柱状ファセット３７との接続面を形成するよう、高さ方向に垂直な方向にもカットされた、当該円柱状体の側面の一部を凸曲面３８とするものである。
【００４２】
作製した光源装置（１１）〜光源装置（１３）の各々について、光照射面との離間距離が１ｍとなる位置に光源装置を配置し、投射光の１／２照射角を測定すると共に、光照射面における照度分布を確認した。結果を表１および図１１〜図１３に示す。
また、図１１〜図１３においては、各々、曲線（イ）は、光源装置（１１）に係る照度分布を示し、曲線（ロ）は、光源装置（１２）に係る照度分布を示し、曲線（ハ）は、光源装置（１３）に係る照度分布を示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
図１１〜図１３の結果から、以下のことが確認された。
（１）球状ファセットを用いた場合には、光照射対象領域の外側の領域に対して照射されることとなる周辺光の照度が、当該光照射対象領域から遠ざかるに従って徐々に低下する照度分布が得られており、光照射面における照度ムラの発生が抑制されているものの、当該光照射面の中央部に位置する光照射対象領域の照度（中央照度）が小さくなる。
（２）円柱状ファセットを用いた場合には、光照射面の光照射対象領域に高い照度が得られるが、その照度分布が、当該光照射面における光照射対象領域の外側の領域に照射される周辺光の照度が、当該光照射対象領域から遠ざかるに従って徐々に低下することなく、波うつように変動するものとなり、照度ムラが発生する。
（３）本発明に係る樽状ファセットを用いた場合には、光照射面の光照射対象領域に、円柱状ファセットを用いた場合と同程度の高い照度を得ることができると共に、光照射対象領域の外側の領域に対して照射されることとなる周辺光の照度が、当該光照射対象領域から遠ざかるに従って徐々に低下する照度分布が得られており、光照射面における照度ムラの発生が抑制されている。
【００４５】
以上の実験例１の結果から、凹面反射鏡の反射面を構成する凸状ファセットとして、樽状ファセットを用いることにより、光照射面において、光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を抑制することができる、ということが確認された。
また、光源装置（１１）〜光源装置（１３）に係る投射光の１／２照射角の値が揃っていることから、１／２照射角は、凸状ファセットによって微調整することが可能ではあるものの、主として、凹面反射鏡の基本形状、すなわち基材における凹面形成部分の内表面の形状によって調整することができるものであることが確認された。
【００４６】
〔実験例２〕
図１の構成を有し、各々、凹面反射鏡の反射面を構成する凸状ファセットが、投影光軸伸長方向の曲率半径Ｒ１と投影光軸直交方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が表２に示す値の樽状の凸状ファセット（樽状ファセット）である光源装置（以下、各々、「光源装置（２１）」〜「光源装置（２５）」とする。）を作製した。
これらの光源装置（２１）〜光源装置（２５）は、各々、ハロゲン電球として、タングステン線が二重螺旋状に回旋されてなり、全長（寸法Ｌ）が６．０ｍｍ、コイル径（寸法Ｄ）が０．４ｍｍのフィラメントコイルを有する、点灯電圧１１０Ｖおよび消費電力３０Ｗの条件で点灯される構成のものを備えたものである。
なお、光源装置（２４）は、実験例１において作製した光源装置（１１）と同様の構成を有するものである。
【００４７】
作製した光源装置（２１）〜光源装置（２５）の各々について、光照射面との離間距離が１ｍとなる位置に光源装置を配置し、投射光の１／２照射角および光照射面の中心部に位置する光照射対象領域における照度（光照射面上における最大照度）を測定すると共に、光照射面における照射ムラの発生状態を評価した。結果を表２および図１４に示す。
ここに、照射ムラの発生状態の評価は、３人の評価者が光照射面における照射ムラの有無を目視にて確認することによって行い、３人の評価者全員が照射ムラの発生がないと判定した場合を「○」、３人の評価者のうちのいずれか一人でも照射ムラの発生があると判定した場合を「△」、３人の評価者全員が照射ムラの発生があると判定した場合を「×」と評価した。
また、図１４においては、比（Ｒ１／Ｒ２）と最大照度との関係を曲線（Ａ）によって示し、比（Ｒ１／Ｒ２）と１／２照射角との関係を曲線（Ｂ）によって示した。
【００４８】
【表２】
【００４９】
以上の実験例２の結果から、凹面反射鏡の反射面を構成する樽状ファセットを、投影光軸伸長方向の曲率半径Ｒ１と投影光軸直交方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．２以上であって１０以下である特定の形状とすることにより、光照射面において、光照射対象領域に高い照度を得ることができると共に、照射ムラの発生を実用上問題のないレベルに抑制することができる、ということが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の光源装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】図１の光源装置を構成する凹面反射鏡の構成を示す説明用斜視図である。
【図３】図２の凹面反射鏡の説明用部分拡大斜視図である。
【図４】図２の凹面反射鏡の光軸を含む断面を示す説明用部分断面斜視図である。
【図５】図２の凹面反射鏡の光軸に垂直な方向の断面を示す説明用部分断面斜視図である。
【図６】図２の凹面反射鏡の反射面を構成する凸状のファセットの構成を示す説明図である。
【図７】図６の凸状のファセットの輪郭を示す説明用斜視図である。
【図８】図１の光源装置を構成するハロゲン電球におけるフィラメントコイルの構成を示す説明図である。
【図９】実験例１において作製した光源装置の凹面反射鏡の反射面を構成する凸状のファセット（球形状ファセット）の構成を示す説明図である。
【図１０】実験例１において作製した実験用の光源装置の凹面反射鏡の反射面を構成する凸状のファセット（円柱状ファセット）の構成を示す説明図である。
【図１１】実験例１に係る実験用の光源装置に係る光照射面全体における照度分布を示す照度分布図である。
【図１２】図１１の照度分布図における光照射対象領域に係る照度分布を拡大して示す部分拡大図である。
【図１３】図１１の照度分布図における光照射対象領域以外の領域に係る照度分布を拡大して示す部分拡大図である。
【図１４】実験例２において作製した光源装置における、凹面反射鏡の反射面を構成する凸状のファセット（樽状ファセット）の曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）と最大照度との関係と共に、比（Ｒ１／Ｒ２）と投射光の１／２照射角との関係を示すグラフである。
【図１５】従来の光源装置の構成を、光照射面および当該光源装置の照度分布と共に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 光照射面
１０ 光源装置
１１ ハロゲン電球
１２ バルブ
１２Ａ 封止部
１２Ｂ 排気管残部
１４ フィラメントコイル
１５Ａ、１５Ｂ 内部リード棒
１６Ａ、１６Ｂ 金属箔
１７Ａ、１７Ｂ 外部リード棒
１８ 口金
１９ 保持部材
２０ 凹面反射鏡
２１ 光投射口
２２Ａ 凹面形成部分
２２Ｂ 筒状頸部
２３ 基材
２９Ａ、２９Ｂ 断面
２５ 反射面
３０ 凸状ファセット（樽状ファセット）
３１ 凸曲面
３５ 凸状ファセット（球状ファセット）
３６ 凸曲面
３７ 凸状ファセット（円柱状ファセット）
３８ 凸曲面
４０ 光源装置
４１ 凹面反射鏡
４２ 光投射口
４３ 反射面
４４ レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方に開口を有する反射鏡と、当該反射鏡の光軸上にフィラメントコイルが位置するよう配置されてなるハロゲン電球とを備えた光源装置において、
前記反射鏡は、前記ハロゲン電球から放射された光を反射する複数の凸状のファセットが連続して配設されてなる構成の反射面を有してなるものであり、
前記凸状のファセットが、凸曲面上に投影された反射鏡の光軸の伸びる方向の曲率半径Ｒ１と、当該凸面上に投影された光軸に直交する方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．２以上であって１０以下である形状を有するものであることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
ハロゲン電球を構成するフィラメントは、反射鏡の光軸方向の寸法Ｌが、当該光軸に直交する方向の寸法Ｄよりも大きい形状を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１】
前方に開口を有する反射鏡と、当該反射鏡の光軸上にフィラメントコイルが位置するよう配置されてなるハロゲン電球とを備えた光源装置において、
前記反射鏡は、前記ハロゲン電球から放射された光を反射する複数の凸状のファセットが連続して配設されてなる構成の反射面を有してなるものであり、
前記凸状のファセットが、凸曲面上に投影された反射鏡の光軸の伸びる方向の曲率半径Ｒ１と、当該凸面上に投影された光軸に直交する方向の曲率半径Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が１．２以上であって１０以下である形状を有するものであることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
ハロゲン電球を構成するフィラメントは、反射鏡の光軸方向の寸法Ｌが、当該光軸に直交する方向の寸法Ｄよりも大きい形状を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【図１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−８００７０（Ｐ２０１０−８００７０Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４３５７５（Ｐ２００８−２４３５７５）
【出願日】平成２０年９月２４日（２００８．９．２４）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２４日（２００８．９．２４）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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