光源モジュール
【課題】 製造工数を抑えて安価な光源モジュールを提供する。
【解決手段】 本発明は、例えば、少なくとも３原色ＬＥＤと、Ｘ型ダイクロイックプリズムとを有する光源モジュールに関する。Ｘ型ダイクロイックプリズムのＸ型ダイクロイックプリズムのＸ面における光反射面が位置する部分には、所定の間隙が環境から気密に形成されており、第１帯域の光を反射する第１面は異なるプリズム面を含む同一面上に形成され、第２帯域の光を反射する第２面も異なるプリズム面を含み第１面と直交する同一面上に形成され、第１面には前記第１帯域の光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、第２面には第２帯域の光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されている。３原色ＬＥＤから出射された光がＸ型ダイクロイックプリズムで略同一光軸上で加法混色して出射される。
【解決手段】 本発明は、例えば、少なくとも３原色ＬＥＤと、Ｘ型ダイクロイックプリズムとを有する光源モジュールに関する。Ｘ型ダイクロイックプリズムのＸ型ダイクロイックプリズムのＸ面における光反射面が位置する部分には、所定の間隙が環境から気密に形成されており、第１帯域の光を反射する第１面は異なるプリズム面を含む同一面上に形成され、第２帯域の光を反射する第２面も異なるプリズム面を含み第１面と直交する同一面上に形成され、第１面には前記第１帯域の光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、第２面には第２帯域の光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されている。３原色ＬＥＤから出射された光がＸ型ダイクロイックプリズムで略同一光軸上で加法混色して出射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源モジュールに関し、特に、少なくとも３原色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）とＸ型ダイクロイックプリズムとを有する光源モジュールに適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面液晶表示装置やプロジェクタの発展に伴って、より色純度の高い画像を実現するために、３原色のＬＥＤからの発光光を加法混色して白色光を得る光源モジュールが提案されている。ここで、色度座標上の独立した３色を用いることによって、これら３色で形成される色三角形の範囲内にある任意の色を表現することができ、３原色とは、このような色度座標上の独立した３色をいう。一般的には、赤、緑、青（青紫）が光の３原色として用いられることが多く、最近では、色再現範囲を拡げるため、これらの３色に黄色を混色した４原色を用いることもある。
【０００３】
３原色ＬＥＤからの発光光から白色光を得る光源モジュール（ＬＥＤモジュール）としては、各３原色ＬＥＤからの光をレンズで平行光に変換した後、ダイクロイックミラーの反射面がＸ字型に交差した三角プリズムで３原色を合波混色して出射するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、ダイクロイックミラーとしては、高屈折率誘電体薄膜と低屈折率誘電体薄膜とを所定の膜厚で交互に積層した誘電体多層膜ミラーや、波長の１／１０程度の周期を持った周期格子（凸部）を所定のピッチで形成することによるサブ波長格子ミラーが知られている。
【特許文献１】特開２００５−１８３００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＸ型ダイクロイックプリズムは、三角プリズムに加工されたガラスやプラスチック直角面上に誘電体多層膜ミラーを形成して、誘電体多層膜ミラー面を光学接着剤で接合して形成するのが通常である。誘電体多層膜は、基板上に真空蒸着法やスパッタ法によって多くの膜を積層して成膜するため、成膜時間（工数）が長くなり、高価なものとなり、それを用いるＸ型ダイクロイックプリズムも、製造工数が長く高価になるという課題を有する。
【０００６】
一方、サブ波長格子は、損傷し易い微細な凸部を多数有するため、複数の三角プリズムの接触面に設けられるダイクロイックミラーに用いられることはなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも３原色ＬＥＤと、上記各ＬＥＤからの光を加法混色する、ダイクロイックミラーを含む光学装置とを有する光源モジュールにおいて、上記ダイクロイックミラーとして機能する面部分が、所定の間隙を有する平行平面で規定される気密空間と、この気密空間の少なくとも一方の平面に設けられたサブ波長格子とを有することを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記光学装置が、Ｘ型ダイクロイックプリズムであって、上記３原色ＬＥＤが、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤである場合には、上記Ｘ型ダイクロイックプリズムのＸ面における光反射面が位置する部分には、所定の間隙が環境から気密に形成されており、上記赤色ＬＥＤからの赤色光を反射し、それ以外の光を透過する第１面は異なるプリズム面を含む同一面上に形成され、上記青色ＬＥＤからの青色光を反射し、それ以外の光を透過する第２面も異なるプリズム面を含み上記第１面と直交する同一面上に形成され、上記第１面には上記赤色光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、上記第２面には上記青色光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、上記３原色ＬＥＤから出射されるようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造工数を抑えて安価な光源モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による光源モジュールの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００１１】
図１は、第１の実施形態に係る光源モジュールの概略構造を示す図面であり、Ｘ型ダイクロイックプリズムの部分については断面で示している。光源モジュールには、上下左右という概念がないものであるが、以下では、説明の便宜上、図１に示した状態に基づいて、上下左右を表現する。
【００１２】
図１において、第１の実施形態の光源モジュール１は、３原色ＬＥＤである赤色ＬＥＤ２Ｒ、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂと、Ｘ型ダイクロイックプリズムを有する。Ｘ型ダイクロイックプリズムは、ベースプリズム３、第１サイドプリズム４、第２サイドプリズム５及びアッパープリズム６を備える。
【００１３】
ベースプリズム３は、上方に直角が位置する概ね直角二等辺三角形の角柱状のものであり、その底辺部から、左右に張り出した部分を有する。
【００１４】
ベースプリズム３の底辺部の中央には、プリント配線基板７の端部に搭載された緑色ＬＥＤ２Ｇが接合されている。プリント配線基板７としては、フィルム状プリント配線基板ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いることが多い。緑色ＬＥＤ２Ｇからの射出光の方向は、直角二等辺三角形の角柱状の直角頂部に向かう方向である。
【００１５】
第１サイドプリズム４は、右方に直角が位置する概ね直角二等辺三角形の角柱状のものであり、ベースプリズム３の左側の張り出し部分と、その上面で接合するための左方に延びる張り出し部分を有している。ベースプリズム３の左側の張り出し部分と、第１サイドプリズム４の張り出し部分とが光学接着剤によって接合され、接合部１０を構成する。
【００１６】
第１サイドプリズム４の張り出し部分は段状になっており、その上面には、赤色ＬＥＤ２Ｒが搭載されたプリント配線基板７の端部が、載置、接合されている。赤色ＬＥＤ２Ｒは、第１サイドプリズム４の底辺部の中央に位置するようになされており、赤色ＬＥＤ２Ｒからの射出光の方向は、第１サイドプリズム４における直角二等辺三角形の角柱状の直角頂部に向かう方向である。
【００１７】
第２サイドプリズム５は、左方に直角が位置する概ね直角二等辺三角形の角柱状のものであり、ベースプリズム３の右側の張り出し部分と、その上面で接合するための右方に延びる張り出し部分を有している。ベースプリズム３の右側の張り出し部分と、第１サイドプリズム４の張り出し部分とが光学接着剤によって接合され、接合部１１を構成する。
【００１８】
第２サイドプリズム５の張り出し部分は段状になっており、その上面には、青色ＬＥＤ２Ｂが搭載されたプリント配線基板９の端部が、載置、接合されている。青色ＬＥＤ２Ｂは、第２サイドプリズム５の底辺部の中央に位置するようになされており、青色ＬＥＤ２Ｂからの射出光の方向は、第２サイドプリズム５における直角二等辺三角形の角柱状の直角頂部に向かう方向である。
【００１９】
アッパープリズム６は、下方に直角が位置する概ね直角二等辺三角形の角柱状のものであり、その底辺部から、僅かに左右に張り出した部分を有する。上述した第１サイドプリズム４及び第２サイドプリズム５の上端部が平面となされており、これら平面と、アッパープリズム６の左右に張り出した部分とが、光学接着剤によって接合され、接合部１２及び１３を構成する。
【００２０】
ベースプリズム３、第１サイドプリズム４、第２サイドプリズム５及びアッパープリズム６でなるＸ型ダイクロイックプリズムの中心から、赤色ＬＥＤ２Ｒ、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂの発光点までの距離は等しくなるようになされている。
【００２１】
ベースプリズム３、第１サイドプリズム４、第２サイドプリズム５及びアッパープリズム６において、直角二等辺三角形の角柱状における、他のプリズムの面と対向する面は、図２に、第２サイドプリズム５について例示するように、周辺の接合部２０を除いて底部が平面の凹部２１Ａ、２１Ｂとなっており、この凹部２１Ａ、２１Ｂには、光機能層としてのサブ波長格子２２Ａ、２２Ｂが設けられている。これらサブ波長格子２２Ａ及び２２Ｂは、後述するように、反射する色成分が異なっている。
【００２２】
上述したような凹部２１Ａ、２１Ｂなどの存在により、Ｘ型ダイクロイックプリズムにおけるＸ字状の部分は、図１に示すように、気密空間１４となっている。
【００２３】
図３は、気密空間１４回りの拡大断面図である。気密空間１４は、中心から、右上方向、左下方向、左上方向、右下方向にそれぞれ２面ずつ延びる平面を有している。なお、右上方向及び左下方向に延びる面が、特許請求の範囲における第１面に該当し、左上方向及び右下方向に延びる面が、特許請求の範囲における第２面に該当する。
【００２４】
中心から右上方向に延びる２面の平面にそれぞれ設けられた２つのサブ波長格子２２Ａは、赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された赤色光を反射すると共に、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂから出射された他の色の光を透過させるものである。中心から左下方向に延びる２面の平面にそれぞれ設けられた２つのサブ波長格子２２Ａも同様に、赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された赤色光を反射すると共に、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂから出射された他の色の光を透過させるものである。
【００２５】
また、中心から左上方向に延びる２面の平面にそれぞれ設けられた２つのサブ波長格子２２Ｂは、青色ＬＥＤ２Ｂから出射された青色光を反射すると共に、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された他の色の光を透過させるものである。中心から右下方向に延びる２面の平面にそれぞれ設けられた２つのサブ波長格子２２Ｂも同様に、青色ＬＥＤ２Ｂから出射された青色光を反射すると共に、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された他の色の光を透過させるものである。
【００２６】
例えば、赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された赤色光（その波長を６８０ｎｍとする）を反射するサブ波長格子を、ポリカーボネートを用いて構成する場合に、格子（突起）のピッチ（後述する図４のｐ参照）を約４００ｎｍ、格子幅（後述する図４のｄ参照）を約３１０ｎｍ、格子高さ（後述する図４のｈ参照）を約２２０ｎｍとすれば良い。また例えば、青色ＬＥＤ２Ｂから出射された光線（その波長を４５０ｎｍとする）を反射するサブ波長格子を、ポリカーボネートを用いて構成する場合に、格子（突起）のピッチを約４４０ｎｍ、格子幅を約２２０ｎｍ、格子高さを約２２０ｎｍとすれば良い。
【００２７】
図１では、緑色ＬＥＤ２Ｇから出射された緑色光が反射することなく透過するような位置に、緑色ＬＥＤ２Ｇを設けたものを示したが、３原色ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの配置はこれに限定されるものではない。仮に、緑色ＬＥＤ２Ｇから出射された緑色光を反射させるサブ波長格子を、ポリカーボネートを用いて構成する場合に、格子（突起）のピッチを約３５０ｎｍ、格子幅を約２３０ｎｍ、格子高さを約２２０ｎｍとすれば良い。
【００２８】
なお、図１及び図２では図示を省略しているが、図３に示すように、接合部２０（１０〜１３）には、その一方の面に設けられた突部又は突条と、他方の面に設けられた凹部又は凹条とでなる嵌合部２３を設け、プリズム３〜６を適切に位置決めできるようにすることが好ましい。嵌合部２３が、突条及び凹条でなる場合には、気密性の向上にも寄与している。
【００２９】
サブ波長格子２２（２２Ａ、２２Ｂ）を基材（プリズム３〜６）に設ける方法（作製方法）としては、例えば、以下の方法を適用することができる。第１は、基材２に、サブ波長格子２２として機能する高分子膜を転写（インプリント）し、サブ波長格子２２を作製する。第２は、基材が高分子の基材の場合には、イオンビームを照射したり、フォト微細加工技術を用いたりして基材に対する直接の加工を施すことにより、サブ波長格子２２を作製する。第２の作製方法には、金型を用いて、基材の表面にサブ波長格子２２の凹凸を直接作製する場合が含まれる。第３に、基材の表面にストリップ（箔）を貼り付けていくことにより、サブ波長格子２２を作製する。第４に、シリコン、ゲルマニウム又は化合物半導体などの半導体基板の表面を加工してサブ波長格子２２を形成し、サブ波長格子２２が形成された半導体基板を基材に接合する。
【００３０】
図４は、第１の実施形態に係るサブ波長格子２２（２２Ａ、２２Ｂ）の表面の拡大断面図であり、例えば、金型を利用して作製されるサブ波長格子２２を示している。サブ波長格子２２は、格子状に配置される突起の伸長方向が、図４に示すように、サブ波長格子２２の法線方向と平行ではなく傾斜している。格子状に配置される突起の伸長方向は、金型のプレス方向、金型の抜き方向に平行になっており、金型を利用した作製時に突起が損傷し難くなされている。もちろん、金型の抜き方向がサブ波長格子形成面に対して垂直な場合は、突起の伸長方向がサブ波長格子形成面に垂直になるようにサブ波長格子を設計するのが好ましい。
【００３１】
第１の実施形態の光源モジュール１において、赤色ＬＥＤ２Ｒが出射した赤色光は、気密空間１４内を、中心から右上及び左下に伸長されているサブ波長格子２２Ａによって反射されて上方に向かう光に変更される。右上及び左下に伸長されているサブ波長格子２２Ａは、赤色ＬＥＤ２Ｒが出射した光が所望する赤成分以外の波長成分を含んでいたとしても、所望する赤成分の波長成分（波長帯域）だけを反射するものとなっている。
【００３２】
また、青色ＬＥＤ２Ｂが出射した青色光は、気密空間１４内を、中心から左上及び右下に伸長されているサブ波長格子２２Ｂによって反射されて上方に向かう光に変更される。左上及び右下に伸長されているサブ波長格子２２Ｂは、青色ＬＥＤ２Ｂが出射した光が所望する青成分以外の波長成分を含んでいたとしても、所望する青成分の波長成分（波長帯域）だけを反射するものとなっている。
【００３３】
さらに、緑色ＬＥＤ２Ｇが出射した上方に向かう緑色光は、気密空間１４内の進行方向に位置するサブ波長格子２２Ａ、２２Ｂをそのまま透過して上方に向かう光のまま、第１の実施形態の光源モジュール１から出射される。なお、各サブ波長格子２２Ａ、２２Ｂは、緑色ＬＥＤ２Ｇが出射した上方に向かう光が所望する緑成分以外の波長成分を含んでいたとしても、所望する緑成分の波長成分（波長帯域）だけを通過させるものとなっていても良い。
【００３４】
以上のようにして、３原色ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから出射された光が、第１の実施形態の光源モジュール１におけるＸ型ダイクロイックプリズムによって、ほぼ光軸が揃えられた状態で加法混色され、白色の照明光として、図示しない被照明物体を照明する。
【００３５】
第１の実施形態の光源モジュール１において、図示は省略するが、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂからの出射光量を電気的に制御する光量制御手段がプリント配線基板８、９、１０に実装されていたり、外部に外付けで設けられていたりしており、加法混色比率を可変させることができるようになされている。すなわち、図５に示すような、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂからの所望帯域（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光強度を、独立して制御可能となされている。また、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは、光量を検出するための光検出器としてのフォトダイオードを内蔵していて、検出光量を光量制御手段にフィードバックするようにしていても良い。
【００３６】
第１の実施形態の光源モジュール１によれば、以下のような効果（１）〜（５）を奏することができる。
【００３７】
（１）ダイクロイックミラーとして合波を行う機能層を、誘電体多層膜ではなく、サブ波長格子で形成したため、工数のかかる成膜工程を省略することが可能となり、製造が容易になり、大幅なコストダウンが可能となる。
【００３８】
（２）サブ波長格子を、複数のプリズムの接合によって形成した気密空間内に設けて、外気と隔離して構成しているために、高い信頼性の機能膜とすることができる。すなわち、サブ波長格子は、微細な多くの格子（突起）を有して損傷し易く、また、水や油などの付着によって機能が低下又は損なわれるものであるが、気密空間内に設けているので、損傷を防止でき、また、水や油などの付着を防止でき、高い信頼性の機能膜とすることができる。
【００３９】
（３）３原色光源（ＬＥＤ）からの光の加法混色で白色を得ているために、より大きな色三角形が実現でき、被照明物体の色再現範囲を広くすることができる。図６は、この効果を説明するためのＣＩＥの色度図である。図７は、ＬＥＤを１個用いて白色光を得る場合の説明図である。
【００４０】
図７は、青色ＬＥＤからの光の光路上に黄色蛍光体を配して白色を実現しようとした場合のスペクトラムを示している。図６において、点Ａは青色ＬＥＤの色度を示しており、点Ｂは黄色の蛍光体によって励起される光のピーク位置における色度を示している。そのため、従来方法では、青色ＬＥＤからの光の光量の調整や、黄色蛍光体の塗布量を調整することにより、線分ＡＢ上の任意の点の色度を得ることを意図している。しかし、図７に示した青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤスペクトルから分かるように、実際は、この白色光には赤色成分や緑色成分が含まれている。従って、実質的には図６の色三角形ＡＣＤで示される範囲の色を再現することが可能となる。
【００４１】
一方、第１の実施形態のように、赤色ＬＥＤ２Ｒ、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂの３原色ＬＥＤからの発光光を加法混色して得られる色三角形は、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂからの光の色純度が極めて高いために、図６に示すような大きな色三角形ＡＥＦとなり、広い範囲の色再現が可能となる。
【００４２】
従って、３原色光源（ＬＥＤ）からの光の加法混色比率の調整により、三角形ＡＥＦ内の任意の色度の出射光を、第１の実施形態の光源モジュール１から射出することができ、照明光の色の多様性を高くしている。
【００４３】
（４）光源としてＬＥＤを用いるため、高速変調が可能な長寿命な光源モジュールとなっている。
【００４４】
（５）同一の作用を果たすサブ波長格子が、平行平面の両面に設けられているので、そのサブ波長格子が担っている光の制御機能を確実に果たすことができる。なお、平行平面の一面だけにサブ波長格子が設けられていても良いことは勿論である。
【００４５】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による光源モジュールの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００４６】
図８は、第２の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図であり、第１の実施形態に係る図１に対応する図面であり、図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００４７】
図８に示す第２の実施形態の光源モジュール１Ａにおいては、ベースプリズム３、第１サイドプリズム４及び第２サイドプリズム５の底面中央部には、例えば、円柱状の孔でなる嵌合受部３Ｈ、４Ｈ、５Ｈが設けられており、この嵌合受部３Ｈ、４Ｈ、５Ｈに、対応するいずれかのＬＥＤ２Ｇ、２Ｒ、２Ｂが嵌合されている。このようにすることによって、各ＬＥＤ２Ｇ、２Ｒ、２Ｂを対応する嵌合受部３Ｈ、４Ｈ、５Ｈに挿入し、接着固定することによって、各ＬＥＤ２Ｇ、２Ｒ、２Ｂの光軸方向の位置及び出射角出しを容易に行うことが可能となる。
【００４８】
図９は、第２の実施形態におけるＬＥＤ３０（２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）の構成を示す概略断面図である。なお、図９の左右方向は、図８の紙面法線方向に対応している。
【００４９】
ＬＥＤ３０は、ＬＥＤチップ３１と、フレキシブルなプリント配線基板３２（７〜９）の配線３３とＬＥＤチップ３１とを接続させるワイヤー３４と、ＬＥＤチップ３１及びワイヤー３４を封止すると共にレンズ機能を発揮する封止レンズ３５とを有する。封止レンズ３５は、嵌合受部３Ｈ、４Ｈ、５Ｈと嵌合する円筒状をしていると共に、その先端側が、ＬＥＤチップ３１からの射出光をできるだけ平行光に近い発散光に変換するようなレンズ形状をしている。この封止レンズ３５は、ＬＥＤチップ３１からの出射光が小さい場合や、後述する実施形態のように、各プリズム（３〜６）が集光レンズを有している場合には、省略することができる。また、ＬＥＤチップ３１を載せて固定する支持台は、ＬＥＤチップ３１の発光点位置を光軸上の適切な位置に決めると同時に、ＬＥＤチップ３１を接地する機能を有している。
【００５０】
気密空間１４や、気密空間１４内に設けられるサブ波長格子（図８では省略；図３の２２Ａ、２２Ｂ参照）については、第２の実施形態の光源モジュール１Ａも、第１の実施形態の光源モジュール１と同様である。
【００５１】
第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。これに加え、第２の実施形態の場合、３原色ＬＥＤを嵌合によって取り付けているので、３原色ＬＥＤの位置を適切なものとし易いという効果をも奏する。また、３原色ＬＥＤとＸ型ダイクロイックプリズムとの光学的な結合もし易いものとなっている。
【００５２】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による光源モジュールの第３の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００５３】
図１０は、第３の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図であり、第１の実施形態に係る図１に対応する図面であり、図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００５４】
図１０に示す第３の実施形態の光源モジュール１Ｂにおいては、赤色ＬＥＤ２Ｒが、その出射光が上方に進行するように設けられていると共に、第１サイドプリズム４に、赤色ＬＥＤ２Ｒからの光の進行方向を上方から右方に変換する第１補助プリズム４０を一体的に設けたものである。また、第３の実施形態の光源モジュール１Ｂにおいては、青色ＬＥＤ２Ｂが、その出射光が上方に進行するように設けられていると共に、第２サイドプリズム５に、青色ＬＥＤ２Ｂからの光の進行方向を上方から左方に変換する第２補助プリズム４１を一体的に設けたものである。
【００５５】
ここで、第１補助プリズム４０、第２補助プリズム４１の折り返しを展開してみた場合、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの発光点から、Ｘ字状の中心までの距離は等しい。
【００５６】
なお、図１０では、第１の実施形態に係る図１とは異なり、赤色ＬＥＤ２Ｒを搭載したプリント配線基板８、及び、青色ＬＥＤ２Ｂを搭載したプリント配線基板９を、ベースプリズム３の張り出し部分に設けたものを示したが、図１と同様な相手部材に設けても良いことは勿論である。
【００５７】
気密空間１４や、気密空間１４内に設けられるサブ波長格子（図８では省略；図３の２２Ａ、２２Ｂ参照）については、第３の実施形態の光源モジュール１Ｂも、第１の実施形態の光源モジュール１と同様である。
【００５８】
第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。第３の実施形態によれば、全てのＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを同様に、プリント配線基板７〜９に搭載できるので、同一構成のプリント配線基板を各色成分用のプリント配線基板７〜９に適用できるようにすることが可能である。
【００５９】
また、サブ波長格子が形成される各プリズム３〜６をプラスチックで作製することが可能であるため、補助プリズム４０、４１の一体化、外径形状の自由度の向上ができるために設計をフレキシブルにすることが可能となる。この点は、後述する第４〜第６の実施形態におけるような集光レンズを、プリズム（３〜６）に一体化する場合も同様である。
【００６０】
さらに、第３の実施形態のような配置によって、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの光軸方向の調整が不要となり、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの光軸調整が容易となる。
【００６１】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明による光源モジュールの第４の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００６２】
図１１は、第４の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図であり、第３の実施形態に係る図１０に対応する図面であり、図１０との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００６３】
図１１に示す第４の実施形態の光源モジュール１Ｃにおいては、緑色ＬＥＤ２Ｇからの出射光を集光する集光レンズ（第３集光レンズ）５０をベースプリズム３に一体的に設け、赤色ＬＥＤ２Ｒからの出射光を集光する集光レンズ（第１集光レンズ）５１を第１サイドプリズム４に一体的に設け、青色ＬＥＤ２Ｂからの出射光を集光する集光レンズ（第２集光レンズ）５２を第２サイドプリズム５に一体的に設けている。
【００６４】
なお、集光レンズ５０〜５２が有効に機能するように、各ＬＥＤ２Ｇ、２Ｒ、２Ｂから集光レンズ５０〜５２までに所定の距離を確保するように、各プリズム３、４、５の形状などが選定されている。
【００６５】
第４の実施形態によっても、第３の実施形態と同様な効果を奏することができる。第４の実施形態によれば、集光レンズを設けて、各ＬＥＤからの光を平行光（又はそれに近い発散光）とするようにしたので、加法混色をより適切に実行させることができる。
【００６６】
また、サブ波長格子（２２Ａ、２２Ｂ）によるダイクロイックミラーの特性は、入射角依存性を少なくすることが可能であるが、第４の実施形態のような構成とすることによって、ダイクロイックミラーの光学特性を略平行入射光のみに対して行うことが可能となり、このダイクロイックミラーの光学特性を向上させることができるようになった。
【００６７】
図１２は、第４の実施形態の一部を変形した他の実施形態（１）に係る光源モジュールを示している。図１２に示す光源モジュール１Ｄは、第４の実施形態の光源モジュール１Ｃにおける集光レンズ５０〜５２をフレネルレンズ６０〜６２に置き換えたものである。
【００６８】
図１３は、第４の実施形態の一部を変形した他の実施形態（２）に係る光源モジュールを示している。図１３に示す光源モジュール１Ｅは、図１２に示す光源モジュール１Ｄに比較すると、アッパープリズム６において加法混色光が出ていく面にも、フレネルレンズ６３が設けられている点が異なっている。集光機能を、フレネルレンズ６０〜６２と、フレネルレンズ６３とに分散させて実現させるものとなっている。このとき、フレネルレンズ６３は必ずしも集光レンズ（又は凸レンズ）である必要はなく、使用法によっては発散レンズ（又は凹レンズ）であっても良い。
【００６９】
（Ｅ）他の実施形態
上記各実施形態の説明では、言及しなかったが、各実施形態の光源モジュールは、例えば、自動車ヘッドライト、画像表示用の液晶パネルのバックライト、室内照明、計測装置での照明光源などに用いることができる。第１の実施形態の効果で言及したように、任意の色度を実現できるので、計測装置での照明光源のような任意の色度を欲する装置には好適なものである。
【００７０】
また、上記各実施形態では、３原色が赤色、緑色、青色であるものを示したが、色度座標上の独立した任意の３色を３原色に適用するようにしても良い。また、４原色以上を加法混色する光源モジュールにも本発明を適用することができる（例えば、後述する図１４に示す方法を拡張して４原色以上を加法混色することができる）。
【００７１】
さらに、上記各実施形態においては、加法混色のために、緑色ＬＥＤからの射出光をＸ型ダイクロイックプリズムが直進させるものを示したが、直進光を、赤色ＬＥＤ又は青色ＬＥＤからの射出光とするようにしても良い。言い換えると、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの配置は、上記各実施形態のものに限定されるものではない。
【００７２】
上記各実施形態では、３原色ＬＥＤからの光を加法混色する光学装置がＸ型ダイクロイックプリズムであるものを示したが、ダイクロイックミラーを有する他の光学装置であっても良い。例えば、図１４に示すような、ダイクロイックミラー面を有する光学素子を３個並設したような光学装置であっても良い。但し、ダイクロイックミラーとして機能する部分が、平行平面で規定されている気密空間になっており、その平行平面の少なくとも一方にダイクロイックミラーとして機能するサブ波長格子が設けられていることを要する（例えば、特開２００６−１３１２７号公報の図１（Ｂ）参照）。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施形態の第２サイドプリズムを示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態における気密空間回りの拡大断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るサブ波長格子の表面の拡大断面図である。
【図５】第１の実施形態における加法混色方法の説明に供する図面である。
【図６】第１の実施形態に係る光源モジュールの効果の説明に供するＣＩＥの色度図である。
【図７】従来の白色光の形成方法を説明するための図面である。
【図８】第２の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図である。
【図９】第２の実施形態におけるＬＥＤの詳細構成を示す概略断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図である。
【図１２】第４の実施形態を変形した他の実施形態（１）の構造を示す概略断面図である。
【図１３】第４の実施形態を変形した他の実施形態（２）の構造を示す概略断面図である。
【図１４】他の実施形態に係る光源モジュールにおける加法混色構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１Ａ〜１Ｅ…光源モジュール、２Ｒ…赤色ＬＥＤ、２Ｇ…緑色ＬＥＤ、２Ｂ…青色ＬＥＤ、３…ベースプリズム、４…第１サイドプリズム、５…第２サイドプリズム、６…アッパープリズム、７〜９…フレキシブルなプリント配線基板（ＦＰＣ）、１０〜１３、２０…接合部、１４…気密空間、２１…凹部、２２、２２Ａ、２２Ｂ…サブ波長格子、４０、４１…補助プリズム、５０〜５２…集光レンズ、６０〜６３…フレネルレンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源モジュールに関し、特に、少なくとも３原色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）とＸ型ダイクロイックプリズムとを有する光源モジュールに適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面液晶表示装置やプロジェクタの発展に伴って、より色純度の高い画像を実現するために、３原色のＬＥＤからの発光光を加法混色して白色光を得る光源モジュールが提案されている。ここで、色度座標上の独立した３色を用いることによって、これら３色で形成される色三角形の範囲内にある任意の色を表現することができ、３原色とは、このような色度座標上の独立した３色をいう。一般的には、赤、緑、青（青紫）が光の３原色として用いられることが多く、最近では、色再現範囲を拡げるため、これらの３色に黄色を混色した４原色を用いることもある。
【０００３】
３原色ＬＥＤからの発光光から白色光を得る光源モジュール（ＬＥＤモジュール）としては、各３原色ＬＥＤからの光をレンズで平行光に変換した後、ダイクロイックミラーの反射面がＸ字型に交差した三角プリズムで３原色を合波混色して出射するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、ダイクロイックミラーとしては、高屈折率誘電体薄膜と低屈折率誘電体薄膜とを所定の膜厚で交互に積層した誘電体多層膜ミラーや、波長の１／１０程度の周期を持った周期格子（凸部）を所定のピッチで形成することによるサブ波長格子ミラーが知られている。
【特許文献１】特開２００５−１８３００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＸ型ダイクロイックプリズムは、三角プリズムに加工されたガラスやプラスチック直角面上に誘電体多層膜ミラーを形成して、誘電体多層膜ミラー面を光学接着剤で接合して形成するのが通常である。誘電体多層膜は、基板上に真空蒸着法やスパッタ法によって多くの膜を積層して成膜するため、成膜時間（工数）が長くなり、高価なものとなり、それを用いるＸ型ダイクロイックプリズムも、製造工数が長く高価になるという課題を有する。
【０００６】
一方、サブ波長格子は、損傷し易い微細な凸部を多数有するため、複数の三角プリズムの接触面に設けられるダイクロイックミラーに用いられることはなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも３原色ＬＥＤと、上記各ＬＥＤからの光を加法混色する、ダイクロイックミラーを含む光学装置とを有する光源モジュールにおいて、上記ダイクロイックミラーとして機能する面部分が、所定の間隙を有する平行平面で規定される気密空間と、この気密空間の少なくとも一方の平面に設けられたサブ波長格子とを有することを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記光学装置が、Ｘ型ダイクロイックプリズムであって、上記３原色ＬＥＤが、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤである場合には、上記Ｘ型ダイクロイックプリズムのＸ面における光反射面が位置する部分には、所定の間隙が環境から気密に形成されており、上記赤色ＬＥＤからの赤色光を反射し、それ以外の光を透過する第１面は異なるプリズム面を含む同一面上に形成され、上記青色ＬＥＤからの青色光を反射し、それ以外の光を透過する第２面も異なるプリズム面を含み上記第１面と直交する同一面上に形成され、上記第１面には上記赤色光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、上記第２面には上記青色光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、上記３原色ＬＥＤから出射されるようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造工数を抑えて安価な光源モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による光源モジュールの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００１１】
図１は、第１の実施形態に係る光源モジュールの概略構造を示す図面であり、Ｘ型ダイクロイックプリズムの部分については断面で示している。光源モジュールには、上下左右という概念がないものであるが、以下では、説明の便宜上、図１に示した状態に基づいて、上下左右を表現する。
【００１２】
図１において、第１の実施形態の光源モジュール１は、３原色ＬＥＤである赤色ＬＥＤ２Ｒ、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂと、Ｘ型ダイクロイックプリズムを有する。Ｘ型ダイクロイックプリズムは、ベースプリズム３、第１サイドプリズム４、第２サイドプリズム５及びアッパープリズム６を備える。
【００１３】
ベースプリズム３は、上方に直角が位置する概ね直角二等辺三角形の角柱状のものであり、その底辺部から、左右に張り出した部分を有する。
【００１４】
ベースプリズム３の底辺部の中央には、プリント配線基板７の端部に搭載された緑色ＬＥＤ２Ｇが接合されている。プリント配線基板７としては、フィルム状プリント配線基板ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いることが多い。緑色ＬＥＤ２Ｇからの射出光の方向は、直角二等辺三角形の角柱状の直角頂部に向かう方向である。
【００１５】
第１サイドプリズム４は、右方に直角が位置する概ね直角二等辺三角形の角柱状のものであり、ベースプリズム３の左側の張り出し部分と、その上面で接合するための左方に延びる張り出し部分を有している。ベースプリズム３の左側の張り出し部分と、第１サイドプリズム４の張り出し部分とが光学接着剤によって接合され、接合部１０を構成する。
【００１６】
第１サイドプリズム４の張り出し部分は段状になっており、その上面には、赤色ＬＥＤ２Ｒが搭載されたプリント配線基板７の端部が、載置、接合されている。赤色ＬＥＤ２Ｒは、第１サイドプリズム４の底辺部の中央に位置するようになされており、赤色ＬＥＤ２Ｒからの射出光の方向は、第１サイドプリズム４における直角二等辺三角形の角柱状の直角頂部に向かう方向である。
【００１７】
第２サイドプリズム５は、左方に直角が位置する概ね直角二等辺三角形の角柱状のものであり、ベースプリズム３の右側の張り出し部分と、その上面で接合するための右方に延びる張り出し部分を有している。ベースプリズム３の右側の張り出し部分と、第１サイドプリズム４の張り出し部分とが光学接着剤によって接合され、接合部１１を構成する。
【００１８】
第２サイドプリズム５の張り出し部分は段状になっており、その上面には、青色ＬＥＤ２Ｂが搭載されたプリント配線基板９の端部が、載置、接合されている。青色ＬＥＤ２Ｂは、第２サイドプリズム５の底辺部の中央に位置するようになされており、青色ＬＥＤ２Ｂからの射出光の方向は、第２サイドプリズム５における直角二等辺三角形の角柱状の直角頂部に向かう方向である。
【００１９】
アッパープリズム６は、下方に直角が位置する概ね直角二等辺三角形の角柱状のものであり、その底辺部から、僅かに左右に張り出した部分を有する。上述した第１サイドプリズム４及び第２サイドプリズム５の上端部が平面となされており、これら平面と、アッパープリズム６の左右に張り出した部分とが、光学接着剤によって接合され、接合部１２及び１３を構成する。
【００２０】
ベースプリズム３、第１サイドプリズム４、第２サイドプリズム５及びアッパープリズム６でなるＸ型ダイクロイックプリズムの中心から、赤色ＬＥＤ２Ｒ、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂの発光点までの距離は等しくなるようになされている。
【００２１】
ベースプリズム３、第１サイドプリズム４、第２サイドプリズム５及びアッパープリズム６において、直角二等辺三角形の角柱状における、他のプリズムの面と対向する面は、図２に、第２サイドプリズム５について例示するように、周辺の接合部２０を除いて底部が平面の凹部２１Ａ、２１Ｂとなっており、この凹部２１Ａ、２１Ｂには、光機能層としてのサブ波長格子２２Ａ、２２Ｂが設けられている。これらサブ波長格子２２Ａ及び２２Ｂは、後述するように、反射する色成分が異なっている。
【００２２】
上述したような凹部２１Ａ、２１Ｂなどの存在により、Ｘ型ダイクロイックプリズムにおけるＸ字状の部分は、図１に示すように、気密空間１４となっている。
【００２３】
図３は、気密空間１４回りの拡大断面図である。気密空間１４は、中心から、右上方向、左下方向、左上方向、右下方向にそれぞれ２面ずつ延びる平面を有している。なお、右上方向及び左下方向に延びる面が、特許請求の範囲における第１面に該当し、左上方向及び右下方向に延びる面が、特許請求の範囲における第２面に該当する。
【００２４】
中心から右上方向に延びる２面の平面にそれぞれ設けられた２つのサブ波長格子２２Ａは、赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された赤色光を反射すると共に、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂから出射された他の色の光を透過させるものである。中心から左下方向に延びる２面の平面にそれぞれ設けられた２つのサブ波長格子２２Ａも同様に、赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された赤色光を反射すると共に、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂから出射された他の色の光を透過させるものである。
【００２５】
また、中心から左上方向に延びる２面の平面にそれぞれ設けられた２つのサブ波長格子２２Ｂは、青色ＬＥＤ２Ｂから出射された青色光を反射すると共に、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された他の色の光を透過させるものである。中心から右下方向に延びる２面の平面にそれぞれ設けられた２つのサブ波長格子２２Ｂも同様に、青色ＬＥＤ２Ｂから出射された青色光を反射すると共に、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された他の色の光を透過させるものである。
【００２６】
例えば、赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された赤色光（その波長を６８０ｎｍとする）を反射するサブ波長格子を、ポリカーボネートを用いて構成する場合に、格子（突起）のピッチ（後述する図４のｐ参照）を約４００ｎｍ、格子幅（後述する図４のｄ参照）を約３１０ｎｍ、格子高さ（後述する図４のｈ参照）を約２２０ｎｍとすれば良い。また例えば、青色ＬＥＤ２Ｂから出射された光線（その波長を４５０ｎｍとする）を反射するサブ波長格子を、ポリカーボネートを用いて構成する場合に、格子（突起）のピッチを約４４０ｎｍ、格子幅を約２２０ｎｍ、格子高さを約２２０ｎｍとすれば良い。
【００２７】
図１では、緑色ＬＥＤ２Ｇから出射された緑色光が反射することなく透過するような位置に、緑色ＬＥＤ２Ｇを設けたものを示したが、３原色ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの配置はこれに限定されるものではない。仮に、緑色ＬＥＤ２Ｇから出射された緑色光を反射させるサブ波長格子を、ポリカーボネートを用いて構成する場合に、格子（突起）のピッチを約３５０ｎｍ、格子幅を約２３０ｎｍ、格子高さを約２２０ｎｍとすれば良い。
【００２８】
なお、図１及び図２では図示を省略しているが、図３に示すように、接合部２０（１０〜１３）には、その一方の面に設けられた突部又は突条と、他方の面に設けられた凹部又は凹条とでなる嵌合部２３を設け、プリズム３〜６を適切に位置決めできるようにすることが好ましい。嵌合部２３が、突条及び凹条でなる場合には、気密性の向上にも寄与している。
【００２９】
サブ波長格子２２（２２Ａ、２２Ｂ）を基材（プリズム３〜６）に設ける方法（作製方法）としては、例えば、以下の方法を適用することができる。第１は、基材２に、サブ波長格子２２として機能する高分子膜を転写（インプリント）し、サブ波長格子２２を作製する。第２は、基材が高分子の基材の場合には、イオンビームを照射したり、フォト微細加工技術を用いたりして基材に対する直接の加工を施すことにより、サブ波長格子２２を作製する。第２の作製方法には、金型を用いて、基材の表面にサブ波長格子２２の凹凸を直接作製する場合が含まれる。第３に、基材の表面にストリップ（箔）を貼り付けていくことにより、サブ波長格子２２を作製する。第４に、シリコン、ゲルマニウム又は化合物半導体などの半導体基板の表面を加工してサブ波長格子２２を形成し、サブ波長格子２２が形成された半導体基板を基材に接合する。
【００３０】
図４は、第１の実施形態に係るサブ波長格子２２（２２Ａ、２２Ｂ）の表面の拡大断面図であり、例えば、金型を利用して作製されるサブ波長格子２２を示している。サブ波長格子２２は、格子状に配置される突起の伸長方向が、図４に示すように、サブ波長格子２２の法線方向と平行ではなく傾斜している。格子状に配置される突起の伸長方向は、金型のプレス方向、金型の抜き方向に平行になっており、金型を利用した作製時に突起が損傷し難くなされている。もちろん、金型の抜き方向がサブ波長格子形成面に対して垂直な場合は、突起の伸長方向がサブ波長格子形成面に垂直になるようにサブ波長格子を設計するのが好ましい。
【００３１】
第１の実施形態の光源モジュール１において、赤色ＬＥＤ２Ｒが出射した赤色光は、気密空間１４内を、中心から右上及び左下に伸長されているサブ波長格子２２Ａによって反射されて上方に向かう光に変更される。右上及び左下に伸長されているサブ波長格子２２Ａは、赤色ＬＥＤ２Ｒが出射した光が所望する赤成分以外の波長成分を含んでいたとしても、所望する赤成分の波長成分（波長帯域）だけを反射するものとなっている。
【００３２】
また、青色ＬＥＤ２Ｂが出射した青色光は、気密空間１４内を、中心から左上及び右下に伸長されているサブ波長格子２２Ｂによって反射されて上方に向かう光に変更される。左上及び右下に伸長されているサブ波長格子２２Ｂは、青色ＬＥＤ２Ｂが出射した光が所望する青成分以外の波長成分を含んでいたとしても、所望する青成分の波長成分（波長帯域）だけを反射するものとなっている。
【００３３】
さらに、緑色ＬＥＤ２Ｇが出射した上方に向かう緑色光は、気密空間１４内の進行方向に位置するサブ波長格子２２Ａ、２２Ｂをそのまま透過して上方に向かう光のまま、第１の実施形態の光源モジュール１から出射される。なお、各サブ波長格子２２Ａ、２２Ｂは、緑色ＬＥＤ２Ｇが出射した上方に向かう光が所望する緑成分以外の波長成分を含んでいたとしても、所望する緑成分の波長成分（波長帯域）だけを通過させるものとなっていても良い。
【００３４】
以上のようにして、３原色ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから出射された光が、第１の実施形態の光源モジュール１におけるＸ型ダイクロイックプリズムによって、ほぼ光軸が揃えられた状態で加法混色され、白色の照明光として、図示しない被照明物体を照明する。
【００３５】
第１の実施形態の光源モジュール１において、図示は省略するが、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂからの出射光量を電気的に制御する光量制御手段がプリント配線基板８、９、１０に実装されていたり、外部に外付けで設けられていたりしており、加法混色比率を可変させることができるようになされている。すなわち、図５に示すような、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂからの所望帯域（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光強度を、独立して制御可能となされている。また、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは、光量を検出するための光検出器としてのフォトダイオードを内蔵していて、検出光量を光量制御手段にフィードバックするようにしていても良い。
【００３６】
第１の実施形態の光源モジュール１によれば、以下のような効果（１）〜（５）を奏することができる。
【００３７】
（１）ダイクロイックミラーとして合波を行う機能層を、誘電体多層膜ではなく、サブ波長格子で形成したため、工数のかかる成膜工程を省略することが可能となり、製造が容易になり、大幅なコストダウンが可能となる。
【００３８】
（２）サブ波長格子を、複数のプリズムの接合によって形成した気密空間内に設けて、外気と隔離して構成しているために、高い信頼性の機能膜とすることができる。すなわち、サブ波長格子は、微細な多くの格子（突起）を有して損傷し易く、また、水や油などの付着によって機能が低下又は損なわれるものであるが、気密空間内に設けているので、損傷を防止でき、また、水や油などの付着を防止でき、高い信頼性の機能膜とすることができる。
【００３９】
（３）３原色光源（ＬＥＤ）からの光の加法混色で白色を得ているために、より大きな色三角形が実現でき、被照明物体の色再現範囲を広くすることができる。図６は、この効果を説明するためのＣＩＥの色度図である。図７は、ＬＥＤを１個用いて白色光を得る場合の説明図である。
【００４０】
図７は、青色ＬＥＤからの光の光路上に黄色蛍光体を配して白色を実現しようとした場合のスペクトラムを示している。図６において、点Ａは青色ＬＥＤの色度を示しており、点Ｂは黄色の蛍光体によって励起される光のピーク位置における色度を示している。そのため、従来方法では、青色ＬＥＤからの光の光量の調整や、黄色蛍光体の塗布量を調整することにより、線分ＡＢ上の任意の点の色度を得ることを意図している。しかし、図７に示した青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤスペクトルから分かるように、実際は、この白色光には赤色成分や緑色成分が含まれている。従って、実質的には図６の色三角形ＡＣＤで示される範囲の色を再現することが可能となる。
【００４１】
一方、第１の実施形態のように、赤色ＬＥＤ２Ｒ、緑色ＬＥＤ２Ｇ及び青色ＬＥＤ２Ｂの３原色ＬＥＤからの発光光を加法混色して得られる色三角形は、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂからの光の色純度が極めて高いために、図６に示すような大きな色三角形ＡＥＦとなり、広い範囲の色再現が可能となる。
【００４２】
従って、３原色光源（ＬＥＤ）からの光の加法混色比率の調整により、三角形ＡＥＦ内の任意の色度の出射光を、第１の実施形態の光源モジュール１から射出することができ、照明光の色の多様性を高くしている。
【００４３】
（４）光源としてＬＥＤを用いるため、高速変調が可能な長寿命な光源モジュールとなっている。
【００４４】
（５）同一の作用を果たすサブ波長格子が、平行平面の両面に設けられているので、そのサブ波長格子が担っている光の制御機能を確実に果たすことができる。なお、平行平面の一面だけにサブ波長格子が設けられていても良いことは勿論である。
【００４５】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による光源モジュールの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００４６】
図８は、第２の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図であり、第１の実施形態に係る図１に対応する図面であり、図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００４７】
図８に示す第２の実施形態の光源モジュール１Ａにおいては、ベースプリズム３、第１サイドプリズム４及び第２サイドプリズム５の底面中央部には、例えば、円柱状の孔でなる嵌合受部３Ｈ、４Ｈ、５Ｈが設けられており、この嵌合受部３Ｈ、４Ｈ、５Ｈに、対応するいずれかのＬＥＤ２Ｇ、２Ｒ、２Ｂが嵌合されている。このようにすることによって、各ＬＥＤ２Ｇ、２Ｒ、２Ｂを対応する嵌合受部３Ｈ、４Ｈ、５Ｈに挿入し、接着固定することによって、各ＬＥＤ２Ｇ、２Ｒ、２Ｂの光軸方向の位置及び出射角出しを容易に行うことが可能となる。
【００４８】
図９は、第２の実施形態におけるＬＥＤ３０（２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）の構成を示す概略断面図である。なお、図９の左右方向は、図８の紙面法線方向に対応している。
【００４９】
ＬＥＤ３０は、ＬＥＤチップ３１と、フレキシブルなプリント配線基板３２（７〜９）の配線３３とＬＥＤチップ３１とを接続させるワイヤー３４と、ＬＥＤチップ３１及びワイヤー３４を封止すると共にレンズ機能を発揮する封止レンズ３５とを有する。封止レンズ３５は、嵌合受部３Ｈ、４Ｈ、５Ｈと嵌合する円筒状をしていると共に、その先端側が、ＬＥＤチップ３１からの射出光をできるだけ平行光に近い発散光に変換するようなレンズ形状をしている。この封止レンズ３５は、ＬＥＤチップ３１からの出射光が小さい場合や、後述する実施形態のように、各プリズム（３〜６）が集光レンズを有している場合には、省略することができる。また、ＬＥＤチップ３１を載せて固定する支持台は、ＬＥＤチップ３１の発光点位置を光軸上の適切な位置に決めると同時に、ＬＥＤチップ３１を接地する機能を有している。
【００５０】
気密空間１４や、気密空間１４内に設けられるサブ波長格子（図８では省略；図３の２２Ａ、２２Ｂ参照）については、第２の実施形態の光源モジュール１Ａも、第１の実施形態の光源モジュール１と同様である。
【００５１】
第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。これに加え、第２の実施形態の場合、３原色ＬＥＤを嵌合によって取り付けているので、３原色ＬＥＤの位置を適切なものとし易いという効果をも奏する。また、３原色ＬＥＤとＸ型ダイクロイックプリズムとの光学的な結合もし易いものとなっている。
【００５２】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による光源モジュールの第３の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００５３】
図１０は、第３の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図であり、第１の実施形態に係る図１に対応する図面であり、図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００５４】
図１０に示す第３の実施形態の光源モジュール１Ｂにおいては、赤色ＬＥＤ２Ｒが、その出射光が上方に進行するように設けられていると共に、第１サイドプリズム４に、赤色ＬＥＤ２Ｒからの光の進行方向を上方から右方に変換する第１補助プリズム４０を一体的に設けたものである。また、第３の実施形態の光源モジュール１Ｂにおいては、青色ＬＥＤ２Ｂが、その出射光が上方に進行するように設けられていると共に、第２サイドプリズム５に、青色ＬＥＤ２Ｂからの光の進行方向を上方から左方に変換する第２補助プリズム４１を一体的に設けたものである。
【００５５】
ここで、第１補助プリズム４０、第２補助プリズム４１の折り返しを展開してみた場合、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの発光点から、Ｘ字状の中心までの距離は等しい。
【００５６】
なお、図１０では、第１の実施形態に係る図１とは異なり、赤色ＬＥＤ２Ｒを搭載したプリント配線基板８、及び、青色ＬＥＤ２Ｂを搭載したプリント配線基板９を、ベースプリズム３の張り出し部分に設けたものを示したが、図１と同様な相手部材に設けても良いことは勿論である。
【００５７】
気密空間１４や、気密空間１４内に設けられるサブ波長格子（図８では省略；図３の２２Ａ、２２Ｂ参照）については、第３の実施形態の光源モジュール１Ｂも、第１の実施形態の光源モジュール１と同様である。
【００５８】
第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。第３の実施形態によれば、全てのＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを同様に、プリント配線基板７〜９に搭載できるので、同一構成のプリント配線基板を各色成分用のプリント配線基板７〜９に適用できるようにすることが可能である。
【００５９】
また、サブ波長格子が形成される各プリズム３〜６をプラスチックで作製することが可能であるため、補助プリズム４０、４１の一体化、外径形状の自由度の向上ができるために設計をフレキシブルにすることが可能となる。この点は、後述する第４〜第６の実施形態におけるような集光レンズを、プリズム（３〜６）に一体化する場合も同様である。
【００６０】
さらに、第３の実施形態のような配置によって、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの光軸方向の調整が不要となり、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの光軸調整が容易となる。
【００６１】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明による光源モジュールの第４の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００６２】
図１１は、第４の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図であり、第３の実施形態に係る図１０に対応する図面であり、図１０との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００６３】
図１１に示す第４の実施形態の光源モジュール１Ｃにおいては、緑色ＬＥＤ２Ｇからの出射光を集光する集光レンズ（第３集光レンズ）５０をベースプリズム３に一体的に設け、赤色ＬＥＤ２Ｒからの出射光を集光する集光レンズ（第１集光レンズ）５１を第１サイドプリズム４に一体的に設け、青色ＬＥＤ２Ｂからの出射光を集光する集光レンズ（第２集光レンズ）５２を第２サイドプリズム５に一体的に設けている。
【００６４】
なお、集光レンズ５０〜５２が有効に機能するように、各ＬＥＤ２Ｇ、２Ｒ、２Ｂから集光レンズ５０〜５２までに所定の距離を確保するように、各プリズム３、４、５の形状などが選定されている。
【００６５】
第４の実施形態によっても、第３の実施形態と同様な効果を奏することができる。第４の実施形態によれば、集光レンズを設けて、各ＬＥＤからの光を平行光（又はそれに近い発散光）とするようにしたので、加法混色をより適切に実行させることができる。
【００６６】
また、サブ波長格子（２２Ａ、２２Ｂ）によるダイクロイックミラーの特性は、入射角依存性を少なくすることが可能であるが、第４の実施形態のような構成とすることによって、ダイクロイックミラーの光学特性を略平行入射光のみに対して行うことが可能となり、このダイクロイックミラーの光学特性を向上させることができるようになった。
【００６７】
図１２は、第４の実施形態の一部を変形した他の実施形態（１）に係る光源モジュールを示している。図１２に示す光源モジュール１Ｄは、第４の実施形態の光源モジュール１Ｃにおける集光レンズ５０〜５２をフレネルレンズ６０〜６２に置き換えたものである。
【００６８】
図１３は、第４の実施形態の一部を変形した他の実施形態（２）に係る光源モジュールを示している。図１３に示す光源モジュール１Ｅは、図１２に示す光源モジュール１Ｄに比較すると、アッパープリズム６において加法混色光が出ていく面にも、フレネルレンズ６３が設けられている点が異なっている。集光機能を、フレネルレンズ６０〜６２と、フレネルレンズ６３とに分散させて実現させるものとなっている。このとき、フレネルレンズ６３は必ずしも集光レンズ（又は凸レンズ）である必要はなく、使用法によっては発散レンズ（又は凹レンズ）であっても良い。
【００６９】
（Ｅ）他の実施形態
上記各実施形態の説明では、言及しなかったが、各実施形態の光源モジュールは、例えば、自動車ヘッドライト、画像表示用の液晶パネルのバックライト、室内照明、計測装置での照明光源などに用いることができる。第１の実施形態の効果で言及したように、任意の色度を実現できるので、計測装置での照明光源のような任意の色度を欲する装置には好適なものである。
【００７０】
また、上記各実施形態では、３原色が赤色、緑色、青色であるものを示したが、色度座標上の独立した任意の３色を３原色に適用するようにしても良い。また、４原色以上を加法混色する光源モジュールにも本発明を適用することができる（例えば、後述する図１４に示す方法を拡張して４原色以上を加法混色することができる）。
【００７１】
さらに、上記各実施形態においては、加法混色のために、緑色ＬＥＤからの射出光をＸ型ダイクロイックプリズムが直進させるものを示したが、直進光を、赤色ＬＥＤ又は青色ＬＥＤからの射出光とするようにしても良い。言い換えると、各ＬＥＤ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの配置は、上記各実施形態のものに限定されるものではない。
【００７２】
上記各実施形態では、３原色ＬＥＤからの光を加法混色する光学装置がＸ型ダイクロイックプリズムであるものを示したが、ダイクロイックミラーを有する他の光学装置であっても良い。例えば、図１４に示すような、ダイクロイックミラー面を有する光学素子を３個並設したような光学装置であっても良い。但し、ダイクロイックミラーとして機能する部分が、平行平面で規定されている気密空間になっており、その平行平面の少なくとも一方にダイクロイックミラーとして機能するサブ波長格子が設けられていることを要する（例えば、特開２００６−１３１２７号公報の図１（Ｂ）参照）。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施形態の第２サイドプリズムを示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態における気密空間回りの拡大断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るサブ波長格子の表面の拡大断面図である。
【図５】第１の実施形態における加法混色方法の説明に供する図面である。
【図６】第１の実施形態に係る光源モジュールの効果の説明に供するＣＩＥの色度図である。
【図７】従来の白色光の形成方法を説明するための図面である。
【図８】第２の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図である。
【図９】第２の実施形態におけるＬＥＤの詳細構成を示す概略断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る光源モジュールの構造を示す概略断面図である。
【図１２】第４の実施形態を変形した他の実施形態（１）の構造を示す概略断面図である。
【図１３】第４の実施形態を変形した他の実施形態（２）の構造を示す概略断面図である。
【図１４】他の実施形態に係る光源モジュールにおける加法混色構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１Ａ〜１Ｅ…光源モジュール、２Ｒ…赤色ＬＥＤ、２Ｇ…緑色ＬＥＤ、２Ｂ…青色ＬＥＤ、３…ベースプリズム、４…第１サイドプリズム、５…第２サイドプリズム、６…アッパープリズム、７〜９…フレキシブルなプリント配線基板（ＦＰＣ）、１０〜１３、２０…接合部、１４…気密空間、２１…凹部、２２、２２Ａ、２２Ｂ…サブ波長格子、４０、４１…補助プリズム、５０〜５２…集光レンズ、６０〜６３…フレネルレンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３原色ＬＥＤと、上記各ＬＥＤからの光を加法混色する、ダイクロイックミラーを含む光学装置とを有する光源モジュールにおいて、
上記ダイクロイックミラーとして機能する面部分が、所定の間隙を有する平行平面で規定される気密空間と、この気密空間の少なくとも一方の平面に設けられたサブ波長格子とを有することを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
上記光学装置が、Ｘ型ダイクロイックプリズムであって、上記３原色ＬＥＤが、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤであり、上記Ｘ型ダイクロイックプリズムのＸ面における光反射面が位置する部分には、所定の間隙が環境から気密に形成されており、上記赤色ＬＥＤからの赤色光を反射し、それ以外の光を透過する第１面は異なるプリズム面を含む同一面上に形成され、上記青色ＬＥＤからの青色光を反射し、それ以外の光を透過する第２面も異なるプリズム面を含み上記第１面と直交する同一面上に形成され、上記第１面には上記赤色光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、上記第２面には上記青色光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、
上記３原色ＬＥＤから出射された光が上記Ｘ型ダイクロイックプリズムで略同一光軸上で加法混色して出射されることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１】
少なくとも３原色ＬＥＤと、上記各ＬＥＤからの光を加法混色する、ダイクロイックミラーを含む光学装置とを有する光源モジュールにおいて、
上記ダイクロイックミラーとして機能する面部分が、所定の間隙を有する平行平面で規定される気密空間と、この気密空間の少なくとも一方の平面に設けられたサブ波長格子とを有することを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
上記光学装置が、Ｘ型ダイクロイックプリズムであって、上記３原色ＬＥＤが、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤであり、上記Ｘ型ダイクロイックプリズムのＸ面における光反射面が位置する部分には、所定の間隙が環境から気密に形成されており、上記赤色ＬＥＤからの赤色光を反射し、それ以外の光を透過する第１面は異なるプリズム面を含む同一面上に形成され、上記青色ＬＥＤからの青色光を反射し、それ以外の光を透過する第２面も異なるプリズム面を含み上記第１面と直交する同一面上に形成され、上記第１面には上記赤色光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、上記第２面には上記青色光を選択的に反射するサブ波長格子が形成されており、
上記３原色ＬＥＤから出射された光が上記Ｘ型ダイクロイックプリズムで略同一光軸上で加法混色して出射されることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【図１】
【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】
【公開番号】特開２００７−２８０８１５（Ｐ２００７−２８０８１５Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０６７５８（Ｐ２００６−１０６７５８）
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（０００１４０８９０）ミライアル株式会社 (74)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（０００１４０８９０）ミライアル株式会社 (74)
【Ｆターム（参考）】
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