(57)【要約】  照明装置（６０）の分配ユニット（７７）は、少なくとも強度領域（９３）に配置され、少なくとも強度領域（９３）における１次光（６３）の強度を低減するために、１次光（６３）の少なくとも一部の進行方向を変更する進路変更部材（７９）と、進路変更部材（７９）によって進行方向が変更された１次光（６３）を出射面（７１ｂ）に向けて反射し、且つ、出射面（７１ｂ）とは逆方向に進行する２次光（６５）を出射面（７１ｂ）に向けて反射する第１反射部材（８１）とを有する。
2017104047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源ユニットの出射部から照明ユニットに向けて出射された１次光の一部の光学特性を前記照明ユニットの光変換部材にて変換して２次光を生成して照明光を前記照明ユニットの出射面から出射する照明装置であって、
前記出射部から出射された前記１次光の中心軸を光軸と定義し、
前記光変換部材が前記出射部から出射された前記１次光を直接照射されたと想定した際に、前記光変換部材において前記１次光を照射された照射領域を第１照射領域と定義し、前記第１照射領域において前記１次光の強度が所定値以上である領域を強度領域と定義し、
前記照明ユニットに配置され、少なくとも前記強度領域における前記１次光の強度を低減し、低減された分の前記１次光の強度を前記光変換部材における前記強度領域以外の領域に分配すると共に、分配によって前記照射領域を前記第１照射領域よりも広い第２照射領域に広げる分配ユニットを具備し、
前記分配ユニットは、
少なくとも前記強度領域に配置され、少なくとも前記強度領域における前記１次光の強度を低減するために、前記１次光の少なくとも一部の進行方向を変更する進路変更部材と、
前記進路変更部材によって進行方向が変更された前記１次光を前記出射面に向けて反射し、且つ、前記出射面とは逆方向に進行する前記２次光を前記出射面に向けて反射する第１反射部材と、
を具備する照明装置。
【請求項２】
前記光変換部材は、前記光軸方向において、前記出射部と前記出射面との間に配置され、
前記強度領域を含む前記第１照射領域と前記第２照射領域とは、前記出射部と対向する平面上に配置され且つ前記１次光が入射する前記光変換部材の入射面に配置され、
前記進路変更部材は、前記第１反射部材に向けて、前記１次光の少なくとも一部を反射または拡散する請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１反射部材は、前記光軸方向において前記出射部から前記出射面まで配置され、且つ、前記光変換部材と前記進路変更部材とを取り囲んで配置される請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記進路変更部材は、直円錐状または半球状の光学部材を有し、
前記光学部材は、前記光学部材の表面で、前記１次光を反射する請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記照明ユニットは、前記光軸方向において前記出射部と前記光学部材との間に配置される透明部材を有し、
前記透明部材の屈折率は、前記光学部材の屈折率よりも大きい請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
円錐状の前記光学部材の円錐先端部に入射する前記１次光の入射角度が、前記透明部材の前記屈折率と前記光学部材の前記屈折率とによって決まる臨界角度よりも大きい場合、前記光学部材は、前記１次光を全反射する請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記所定値は、１次光の強度のピーク値に対して１／ｅ２である請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
前記進路変更部材は、円錐状の前記光学部材の表面に配置され、前記光軸に対して傾斜して配置され、前記１次光を前記第１反射部材に向けて反射する第２反射部材を有する請求項５に記載の照明装置。
【請求項９】
円錐状の前記光学部材の円錐先端部に入射する前記１次光の入射角度が臨界角度よりも小さい場合、前記第２反射部材は、少なくとも前記光軸から入射角度が臨界角度となる領域まで配置される請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第１反射部材は、前記出射部から前記出射面に向かってテーパ状に広がっており、
円錐状の前記光学部材の母線と前記光軸との間に形成される角度は、前記母線に向かう前記１次光が前記母線への入射角度と同じ反射角度で前記第１反射部材に進行するように、前記母線と前記光変換部材の入射面との間に形成される角度よりも小さい請求項５に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記出射部から出射された前記１次光と前記光軸との間に形成される角度をφ１、
前記光学部材の中心軸が前記光軸上に配置された状態で、前記母線と、前記光軸との間に形成される角度をφ２、
前記角度φ１を有した状態で前記１次光が前記光学部材に入射した際、前記光学部材の入射位置における法線に対する前記１次光の入射角度をψ１、
前記１次光が前記光学部材にて屈折した後に前記光学部材を透過する際、屈折した前記１次光と前記光軸との間に形成される屈折角度をψ２、
前記透明部材の屈折率をｎ１、
前記光学部材の屈折率をｎ２、
とすると、
ｎ２＜ｎ１、且つ、０≦φ１≦φ２、という条件下では、
式（１）と式（２）とが成り立ち、
ｎ１×ｓｉｎψ１＝ｎ２×ｓｉｎψ２・・・式（１）
ψ１＝π／２−（φ２−φ１）・・・式（２）
前記角度φ２が前記母線と前記光変換部材の入射面との間に形成される角度よりも小さくなるために式（３）が満たされ、
２ψ１＜π／２＋φ２・・・式（３）
前記１次光が前記光学部材で反射して前記第１反射部材に進行するために式（４）が満たされる
π／６＋２／３φ１＜φ２・・・式（４）
請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記進路変更部材は、
半球状の前記光学部材の表面に配置される第３反射部材と、
前記第３反射部材の前記表面の少なくとも一部であり、少なくとも前記光軸周辺に配置される乱反射部と、
を有し、
前記乱反射部である前記第３反射部材の前記表面は凹凸形状で、凹凸の、高さ、サイズまたは周期は不規則となっている請求項５に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記進路変更部材は、前記１次光を拡散する柱状の拡散部材を有する請求項３に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記進路変更部材は、前記光軸方向において、前記拡散部材と前記光変換部材との間に配置され、前記１次光を反射する第４反射部材を有する請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記第１反射部材は、前記出射部から前記出射面に向かってテーパ状に広がっている請求項４に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記出射部から出射された前記１次光と、前記光軸との間に形成される角度をφ１、
前記光学部材の中心軸が前記光軸上に配置された状態で、円錐状の前記光学部材の母線と、前記光軸との間に形成される角度をφ２、
テーパ状の前記第１反射部材と、前記光軸方向との間に形成される角度をφ３、
と定義すると、
φ１＜φ３＜φ２である請求項１５に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記第１反射部材は、放物状またはホーン状であり、前記１次光を、前記光軸周辺を除いた部分の前記光変換部材に反射する請求項３に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記進路変更部材は、
前記光軸方向において前記出射部と前記光変換部材との間に配置される第５反射部材と、
前記第５反射部材の表面の少なくとも一部であり、少なくとも前記光軸周辺に配置される乱反射部と、
を有し、
前記乱反射部である前記第５反射部材の前記表面は凹凸形状で、凹凸の、高さ、サイズまたは周期は不規則となっている請求項３に記載の照明装置。
【請求項１９】
前記光変換部材は、前記１次光を波長変換して前記２次光を生成する波長変換部材を有する請求項１に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記光変換部材は、前記１次光を拡散して前記２次光を生成する拡散部材を有する請求項１に記載の照明装置。
【請求項２１】
前記照明ユニットは、前記光源ユニットの光源から出射された前記１次光を導光する導光部材に配置される前記出射部に光学的に接続される請求項１に記載の照明装置。
【請求項２２】
前記照明ユニットは、前記光源ユニットの光源に配置され且つ前記１次光を出射する前記出射部に光学的に接続される請求項１に記載の照明装置。
【請求項２３】
内視鏡と、
１次光を出射する出射部を有する光源ユニットと、
前記内視鏡に配置される請求項１に記載の照明装置と、
を具備する内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置とこの照明装置を有する内視鏡システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されている照明装置は、励起光源から出射された後に光ファイバによって導光された１次光である励起光の一部を、光ファイバの先端に配置された出力部にて波長変換し、波長変換光である２次光を生成する。照明装置は、１次光と２次光とを混色し、照明光として出射する。【０００３】
励起光源は、４０５ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有する１次光を出射するレーザダイオード素子を有する。レーザダイオード素子は、ＧａＮ系の半導体素子である。光ファイバは、石英系の光ファイバである。出力部は、１次光の一部を吸収し波長変換して所定の波長域の２次光を出射する波長変換部材を有する。波長変換部材はシリコーン樹脂に含有された蛍光物質を有しており、蛍光物質はＣａ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕと、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅと、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕとを使用する。蛍光物質は、シリコーン樹脂中に均一に混ぜられる。【０００４】
レーザダイオード素子から出射された１次光は、励起光源に配置されるレンズを透過し、レンズによって励起光源の出射部に集光される。出射部は光ファイバに光学的に接続されており、出射部から出射された１次光は光ファイバに入射し光ファイバによって導光される。そして１次光は、光ファイバの出射端面から出力部に向かって出射される。出力部の波長変換部材は、１次光の一部を吸収して２次光を生成する。そして照明光が出射される。【０００５】
照明光は白色に発光しており、照明光の平均演色評価数（Ｒａ）が８０以上であり、特に赤色の色票を示す特殊演色評価数（Ｒ９）が高い。これにより演色性の高い照明装置が提供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０５１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、光ファイバの出射端面から出力部に向かって出射される１次光の中心軸を、光軸と称する。光軸周辺とは、光軸を含むものとする。波長変換部材は、少なくとも光軸上に配置される。【０００８】
励起光である１次光の指向性は強いため、１次光はレンズと出射部とによって光ファイバに高効率で入射することが可能である。しかしながら、指向性が強いため、光ファイバの出射端面から出射された１次光の広がり角度は小さい。したがって、１次光が波長変換部材を照射する際、光軸方向において光ファイバの出射端面と波長変換部材との間に透明部材が配置されても、波長変換部材における１次光の照射領域は狭い。この狭い照射領域は、光軸周辺の領域である周辺領域と、照射領域の内側且つ周辺領域の外側に配置され照射領域の外縁側の領域である外縁領域とを有する。外縁領域に比べて周辺領域では１次光の強度がより一層高まっている。また波長変換部材が２次光を生成する際に、生成によって波長変換部材に熱が発生し、熱の大部分は周辺領域から発生する。そして、波長変換部材における周辺領域では、１次光の高い強度と熱とによって劣化が加速する。また、１次光を２次光に変換する変換効率言い換えると照明光の取り出し効率は、この劣化により低下し、照明光の出力が低下する。したがって、周辺領域における１次光の強度を低減でき、照明光の取り出し効率が高く且つ照明光の出力が高い照明装置が望まれている。【０００９】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、光軸の周辺領域における１次光の強度を低減でき、照明光の取り出し効率が高く且つ照明光の出力が高い照明装置とこの照明装置を有する内視鏡システムとを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の照明装置の一態様は、光源ユニットの出射部から照明ユニットに向けて出射された１次光の一部の光学特性を前記照明ユニットの光変換部材にて変換して２次光を生成して照明光を前記照明ユニットの出射面から出射する。前記出射部から出射された前記１次光の中心軸を光軸と定義し、前記光変換部材が前記出射部から出射された前記１次光を直接照射されたと想定した際に、前記光変換部材において前記１次光を照射された照射領域を第１照射領域と定義し、前記第１照射領域において前記１次光の強度が所定値以上である領域を強度領域と定義する。前記照明装置は、前記照明ユニットに配置され、少なくとも前記強度領域における前記１次光の強度を低減し、低減された分の前記１次光の強度を前記光変換部材における前記強度領域以外の領域に分配すると共に、分配によって前記照射領域を前記第１照射領域よりも広い第２照射領域に広げる分配ユニットを具備する。前記分配ユニットは、少なくとも前記強度領域に配置され、少なくとも前記強度領域における前記１次光の強度を低減するために、前記１次光の少なくとも一部の進行方向を変更する進路変更部材と、前記進路変更部材によって進行方向が変更された前記１次光を前記出射面に向けて反射し、且つ、前記出射面とは逆方向に進行する前記２次光を前記出射面に向けて反射する第１反射部材とを具備する。【００１１】
本発明の内視鏡システムの一態様は、内視鏡と、１次光を出射する出射部を有する光源ユニットと、前記内視鏡に配置される上記に記載の照明装置とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光軸の周辺領域における１次光の強度を低減でき、照明光の取り出し効率が高く且つ照明光の出力が高い照明装置とこの照明装置を有する内視鏡システムとを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、光源ユニットと照明装置との第１構成を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、光源ユニットと照明装置との第２構成の第１タイプを示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、光源ユニットと照明装置との第２構成の第２タイプを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ａに示す第１構成における照明装置の構成の一例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａ示す照明装置の照明ユニットにおける各種の角度の関係を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図２Ａに示す第１構成における照明装置の構成の一例を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図２Ａに示す第１構成における照明装置の構成の一例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、進路変更部材が配置されていない照明装置の構成の一例を示し、この構成に配置される光変換部材における第１照射領域と強度領域と第１外縁領域との位置関係を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示す光変換部材の照射領域における１次光の強度と１次光の広がり角度との関係である１次光の強度分布を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａに示す１次光の強度分布と図３Ａに示す構成における１次光の強度分布とを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２の実施形態に係る照明装置の構成の一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示す照明装置の構成の第１変形例を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａに示す照明装置の構成の第２変形例を示す図である。
【図６】図６は、第３の実施形態に係る照明装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、一部の図面では図示の明瞭化のために部材の一部の図示を省略する。また図示の明瞭化のために、例えば１次光６３、２次光６５及び照明光６７それぞれの一部のみを図示している。
【００１５】
［第１の実施形態］
［構成］
図面を参照して第１の実施形態について説明する。
［内視鏡システム１０］
図１に示すような内視鏡システム１０は、例えば検査室または手術室等に備えられる。内視鏡システム１０は、例えば患者の管腔といった管路部内を撮像する内視鏡２０と、内視鏡２０の図示しない撮像ユニットによって撮像された管路部内の画像を画像処理する図示しない画像処理部を有する制御装置３０とを有する。内視鏡システム１０は、制御装置３０に接続され、画像処理部によって画像処理された画像を表示する表示装置４０を有する。
【００１６】
本実施形態では、被挿入体に挿入される挿入装置の一例として、医療用の軟性の内視鏡２０を用いて説明するが、これに限定される必要はない。挿入装置は、例えば、医療用の硬性内視鏡、工業用の軟性内視鏡または工業用の硬性内視鏡、カテーテル、処置具といったように、被挿入体の内部に挿入される挿入部２１を有していればよい。本実施形態の挿入部２１は、軟性であっても硬性であってもよい。被挿入体は、例えば、人に限らず、動物、またはほかの構造物であってもよい。
【００１７】
図１に示すように、内視鏡２０は、管路部に挿入される中空の細長い挿入部２１と、挿入部２１の基端部に連結され、内視鏡２０を操作する操作部２３とを有する。内視鏡２０は、操作部２３の側面から延出されるユニバーサルコード２５を有する。ユニバーサルコード２５は、制御装置３０に着脱可能な接続部２５ａを有する。
【００１８】
［光源ユニット５０と照明装置６０との構成］
図２Ａと図２Ｂと図２Ｃとに示すように、内視鏡システム１０は、光源ユニット５０と、内視鏡２０に配置され、内視鏡２０から出射される照明光６７を生成する照明装置６０とをさらに有する。光源ユニット５０は、照明装置６０に含まれてもよい。照明光６７は、撮像のために出射される。
【００１９】
図２Ａに示す光源ユニット５０と照明装置６０との第１構成と、図２Ｂと図２Ｃとに示す光源ユニット５０と照明装置６０との第２構成とにおいて、照明装置６０の構成は同一であるが、光源ユニット５０の構成は異なる。
【００２０】
第１構成と第２構成とにおいて、照明装置６０は、光源ユニット５０から出射された１次光６３を基に照明光６７を出射する照明ユニット７０を有する。具体的には、照明装置６０は、光源ユニット５０の後述する出射部から照明ユニット７０に向けて出射された１次光６３の一部の光学特性を照明ユニット７０の光変換部材７３にて変換して２次光６５を生成する。照明装置６０は、例えば１次光６３と２次光６５とが混色した照明光６７を照明ユニット７０の出射面７１ｂから出射する。
【００２１】
図２Ａに示す第１構成では、光源ユニット５０は光源５１と集光部５３と導光部材５５とを有し、照明ユニット７０は光源ユニット５０の出射部である導光部材５５の出射部５９に光学的に接続される。
図２Ｂと図２Ｃとに示す第２構成では、光源ユニット５０は光源５１を有し、照明ユニット７０は、光源ユニット５０の出射部である光源５１に光学的に接続される。
【００２２】
第１構成において、例えば、光源５１と集光部５３とは制御装置３０または操作部２３に内蔵され、導光部材５５は内視鏡２０に内蔵され、照明ユニット７０は挿入部２１の先端部に内蔵される。第２構成において、光源ユニット５０と照明ユニット７０とは挿入部２１の先端部に内蔵される。
【００２３】
第１構成と第２構成とにおいて、光源ユニット５０の出射部から照明ユニット７０に向かって出射された１次光６３の中心軸を、光軸６１と定義する。具体的には、第１構成では、導光部材５５の出射部５９から照明ユニット７０に向かって出射された１次光６３の中心軸を、光軸６１と定義する。第２構成では、光源５１から照明ユニット７０に向かって出射された１次光６３の中心軸を、光軸６１と定義する。
【００２４】
図２Ａに示す第１構成において、光源５１から出射された１次光６３は、導光部材５５によって照明ユニット７０に導光され、照明ユニット７０を照射する。
【００２５】
図２Ｂと図２Ｃとに示す第２構成において、光源５１から出射された１次光６３は、照明ユニット７０を直接照射する。第２構成は、ランプまたは発光体オードのような光源５１が所望する広いビーム広がり角度を有する１次光６３を出射する第１タイプ（図２Ｂ参照）と、レーザダイオードのような光源５１が所望する狭いビーム広がり角度を有する１次光６３を出射する第２タイプ（図２Ｃ参照）とを有する。
【００２６】
以下において、第１構成を基に、本実施形態を説明する。
【００２７】
［光源ユニット５０］
図２Ａに示す光源ユニット５０は、特定の波長域の１次光６３を出射する１以上の光源５１と、光源５１から出射された１次光６３を導光部材５５に集光する集光部５３と、１次光６３を導光する導光部材５５とを有する。
【００２８】
光源５１は、例えば、レーザダイオードと、発光ダイオードと、面発光半導体レーザと、ランプとのいずれかである。本実施形態では、光源５１が集光部５３を介して導光部材５５に光結合される際に光結合効率が高く、光源５１としての信頼性が高く、小型である、レーザダイオードが光源５１として好ましい。なお互いに異なる波長域の１次光６３を出射する複数の光源５１が配置され、１次光６３がファイバカプラなどの合波部によって合波されて導光部材５５に入射されてよい。
【００２９】
集光部５３は、例えば、レンズなどの光学部材である。
【００３０】
導光部材５５は、例えば、柔軟性と可撓性とを有し、外力を受けることによって曲げられる。導光部材５５は、例えば、細長く、円柱形状を有する。導光部材５５は、集光部５３によって集光された１次光６３が入射する入射部５７と、１次光６３を照明ユニット７０に向けて出射する出射部５９とを有する。入射部５７は、集光部５３の焦点位置に配置される。平面状の入射部５７は導光部材５５の一端部に配置され、平面状の出射部５９は導光部材５５の他端部に配置される。導光部材５５は、１次光６３を入射部５７から出射部５９に向けて導光する。
【００３１】
導光部材５５は、例えば、ライトガイドと、ライトパイプと、光導光路と、バンドルファイバと、光ファイバとのいずれかである。本実施形態では、導光部材５５は、単線の光ファイバである。図３Ａに示すように、光ファイバは、コア５５ａと、コア５５ａの外周を覆うクラッド５５ｂとを有する。コア５５ａの一端部に入射部５７が配置され、コア５５ａの他端部に出射部５９が配置される。この光ファイバには、例えば、開口数Ｆｎａが略０．２２、コア５５ａの直径が５０μｍのマルチモードの単線の光ファイバが用いられる。１次光６３は、開口数Ｆｎａに応じて光軸６１との間に形成される角度で、出射部５９から出射される。
【００３２】
［照明ユニット７０］
図３Ａに示すように、照明ユニット７０の中心軸は、光軸６１上に位置していることが好ましい。
照明ユニット７０は、円錐台状の透明部材７１と、柱形状の光変換部材７３と、分配ユニット７７とを有する。分配ユニット７７は、進路変更部材７９と第１反射部材８１とを有する。光変換部材７３と進路変更部材７９とは、透明部材７１に埋め込まれる。透明部材７１の中心軸と光変換部材７３の中心軸と進路変更部材７９の中心軸とは、光軸６１上に配置されることが好ましい。第１反射部材８１は、後述する入射面７１ａと出射面７１ｂとを除いた面である、透明部材７１のテーパ状の外周面に配置される。
【００３３】
［透明部材７１］
図３Ａに示すように、透明部材７１は、出射部５９に光学的に接続され且つ１次光６３が透明部材７１に入射する入射面７１ａと、照明光６７を出射する出射面７１ｂとを有する。入射面７１ａの直径は、出射面７１ｂの直径よりも小さい。入射面７１ａは透明部材７１の平面状の一端面であり、出射面７１ｂは透明部材７１の平面状の他端面である。入射面７１ａの外径は、導光部材５５の外径と略同一である。なお入射面７１ａの外径は導光部材５５の外径よりも大きくてもよく、この場合、第１反射部材８１が、導光部材５５に対して露出する入射面７１ａの露出部分に配置されることが好ましい。
【００３４】
透明部材７１は、１次光６３と２次光６５とを殆ど吸収及び減衰させることを無く透過させる部材である。透明部材７１は、１次光６３と２次光６５とに対して高い透過率を有する光学的に透明な部材である。このような部材は、例えば、シリコーン樹脂、ガラス、または石英ガラスである。
【００３５】
透明部材７１は、光変換部材７３が２次光６５の生成に伴い熱を発生した際に、熱を外部に放出する。透明部材７１は、熱を効率的に放出するために、熱伝導率の高い部材であることが好ましい。このような部材は、例えば、ガラス、またはガラス系の樹脂である。なお熱が発生した際に熱を外部に効率的に放出するために、導光部材５５の他端部と照明ユニット７０とを保持する保持部８５は、高い熱伝導性を有することが好ましい。
【００３６】
なお透明部材７１は、光軸６１方向において、出射部５９と光変換部材７３との間に配置されればよい、
［光変換部材７３］
図３Ａに示すように、透明部材７１に埋め込まれる光変換部材７３は、光軸６１方向において、出射部５９（入射面７１ａ）と出射面７１ｂとの間に配置され、入射面７１ａ及び出射面７１ｂそれぞれから離れている。光変換部材７３は、例えば、円柱形状である。光変換部材７３は、出射部５９と対向する平面上に配置され且つ少なくとも１次光６３が入射する入射面７３ａと、入射面７３ａの裏側に配置される裏面７３ｂとを有する。入射面７３ａには、図３Ａに破線で示すように２次光６５も入射する。光軸６１方向において、入射面７３ａは入射面７１ａから離れ、裏面７３ｂは出射面７１ｂから離れている。このような位置関係によって、光変換部材７３は、確実に透明部材７１に埋め込まれる。入射面７３ａと裏面７３ｂとを含む光変換部材７３の周面は、平面である。
【００３７】
ここで、第１反射部材８１と光軸６１方向との間に形成される角度を、角度φ３（図３Ｂ参照）と定義する。第１反射部材８１で反射される１次光６３の光量と２次光６５の光量とに偏りが角度φ３によって発生してしまうと、照明光６７に色むらが発生してしまう。このため、少なくとも光変換部材７３の縁部７３ｃは、第１反射部材８１に接していることが好ましい。これにより、色むらが抑制される。なお縁部７３ｃは、光変換部材７３の入射面７３ａの縁部７３ｃを示す。
【００３８】
光変換部材７３は、１次光６３を照射されることによって１次光６３の光学特性を変換し、２次光６５を生成及び出射する。光学特性の変換とは、例えば、波長の変換と、配光（広がり角度）の変換と、色むらの低減と、１次光６３と２次光６５との良好な混色の実現とのいずれかを示す。
以下に、光変換部材７３の一例を、図を用いずに簡単に説明する。
【００３９】
光変換部材７３は、例えば、１以上の波長変換部材を有する。
波長変換部材は、１次光６３を照射されることによって、１次光６３の一部を吸収し、吸収した１次光６３を波長変換して、１次光６３とは異なる２次光６５を生成する。波長変換部材は、１次光６３を所望の波長を有する光に変換する蛍光物質を有し、この場合では１次光６３と２次光６５とは、混色されて照明光６７として出射される。
【００４０】
なお、波長変換部材の構成として、波長変換部材は互いに対して混合された複数の波長変換物質を有してもよい。この場合、波長変換物質それぞれは、互いに異なる波長を有する２次光６５を生成する。または波長変換部材の構成として、一方の波長変換部材は他方の波長変換部材に積層してもよい。この場合、波長変換部材それぞれは、互いに異なる波長を有する２次光６５を生成する。そして、互いに異なる波長を有する２次光６５は、混色されて、照明光６７として出射される。
【００４１】
本実施形態では、光変換部材７３は波長変換部材であり、照明光６７は１次光６３と２次光６５との混色であるものとして説明する。照明光６７が生成され、色むらが低減されるためには、光変換部材７３は光軸６１に対して垂直に配置されることが好ましい。
【００４２】
なお光変換部材７３は、例えば、１次光６３を拡散して２次光６５を生成する拡散部材を有してもよい。拡散部材は、透明部材と、透明部材に添加されるフィラーと呼ばれる図示しない拡散物質とを有する。拡散部材は、光軸６１に対する１次光６３の広がり角度を広げ、これにより広がり角度が広い２次光６５を生成する。また１次光６３がレーザ光である場合、拡散物質は１次光６３を繰り返し反射または散乱する。このため、拡散部材は、レーザ光特有の可干渉性を低下させる。拡散部材において、照明光６７の取り出し効率を高めるために、散乱による損失を最小限に抑えることが重要である。このため拡散物質として、例えば、アルミナが好ましい。
【００４３】
互いに異なる複数の波長を有するレーザ光が合波された場合、拡散部材は照射されることによって可干渉性を低減する。また拡散部材は、照明光６７の出射位置による色むらを低減し、良好な混色光を実現する。
【００４４】
［分配ユニット７７］
ここで、図４Ａに示すように、進路変更部材７９が配置されておらず、光変換部材７３は、出射部５９から出射された１次光６３を直接照射されたと想定する。このときの光変換部材７３において１次光６３を照射された照射領域を第１照射領域９１と定義し、第１照射領域９１において１次光６３の強度が所定値以上である領域を強度領域９３と定義する。所定値とは、図４Ｂと図４Ｃとに示す後述する第１強度ＩＳである。強度領域９３は、光軸６１周辺の領域である。第１照射領域９１は、強度領域９３と、強度領域９３の外縁側の領域である第１外縁領域９５とを有する。第１外縁領域９５は、第１照射領域９１の内側且つ強度領域９３の外側に配置される。
【００４５】
ここで図４Ｂの実線と図４Ｃの点線とは、図４Ａに示す光変換部材７３の照射領域における１次光６３の強度と１次光６３の広がり角度との関係を示す１次光６３の強度分布である。図４Ｃの実線は、図３Ａに示す構成における強度分布である。図４Ｂの実線にて示すように、第１外縁領域９５に比べて強度領域９３では１次光６３の強度がより一層高まっている。第１照射領域９１において、１次光６３と光軸６１との間に形成される角度をφ０とする。第１照射領域９１の内側に存在する強度領域９３において、１次光６３と光軸６１との間に形成される角度をφ１とする。角度φ１は角度φ０よりも小さい。
【００４６】
なお例えば図３Ａにおいても、上記した想定下における強度領域９３と第１外縁領域９５と第１照射領域９１とを図示している。
【００４７】
強度領域９３と第１外縁領域９５とを有する第１照射領域９１は、光変換部材７３の入射面７３ａに配置される１次光６３のスポットである。
【００４８】
本実施形態の分配ユニット７７は、図４Ｂの実線と図４Ｃの点線とで示す強度分布を図４Ｃの実線で示す強度分布に調整し、これにより照射領域の面積を調整する。言い換えると、分配ユニット７７は、強度分布と照射領域の面積とを変更する。図４Ｂと図４Ｃとに示すように強度領域９３における１次光６３の強度を低減し、照明光６７の取り出し効率が高く且つ照明光６７の出力が高くなるように、分配ユニット７７は、強度領域９３における１次光６３の強度を低減し、低減された分の１次光６３の強度を光変換部材７３における強度領域９３以外の領域である例えば第１外縁領域９５と第２外縁領域９９とに分配する。分配ユニット７７は、分配と共に、分配によって照射領域を第１照射領域９１よりも広い第２照射領域９７に広げ、第１外縁領域９５第２外縁領域９９とにおける１次光６３の強度を増加させる。このため、分配ユニット７７は、進路変更部材７９と第１反射部材８１とを有する。なお第２照射領域９７は、光変換部材７３の入射面７３ａに配置される１次光６３のスポットである。第２外縁領域９９は、第２照射領域９７の内側且つ第１外縁領域９５の外側に配置される。第２外縁領域９９は、第２照射領域９７の外縁側の領域である。
【００４９】
［進路変更部材７９］
図３Ａに示すように、進路変更部材７９は、少なくとも強度領域９３に配置され、少なくとも強度領域９３における１次光６３の強度を低減するために、照射された１次光６３の少なくとも一部の進行方向を変更する。言い換えると、進路変更部材７９は、進行方向を変更する進行方向変更部材として機能し、進行方向を調整する調整部材として機能する。また進路変更部材７９は、進路変更部材７９が配置されていない際における１次光６３の光路を変更する光路変更部材として機能する。例えば、進路変更部材７９は、１次光６３の伝播方向を第１反射部材８１に向けて変えるために、第１反射部材８１に向けて１次光６３の少なくとも一部を反射する。進路変更部材７９は、少なくとも強度領域９３に配置されていればよく、例えば第１外縁領域９５にまではみ出て配置されてもよいし、図３Ａのように第１照射領域９１全体に配置されてもよいし、第１照射領域９１からさらに外側にはみ出て配置されてもよい。
【００５０】
図３Ａと図３Ｃと図３Ｄとに示すように、進路変更部材７９は、例えば、円錐状または半球状の光学部材７９ａを有する。光学部材７９ａの表面は、出射部５９側に対向する。例えば、光学部材７９ａの最大直径は、強度領域９３の直径と同一またはこれよりも大きければよく、例えば第１照射領域９１の直径と同一またはこれよりも大きくてもよい。円錐状の光学部材７９ａは、例えば直円錐状であることが好ましい。この場合において、光学部材７９ａの中心軸が光軸６１上に配置され、図３Ｂに示すように円錐状の光学部材７９ａの母線と光軸６１との間に角度φ２が形成される。光学部材７９ａは、光学部材７９ａの表面で、１次光６３を反射する。透明部材７１の屈折率ｎ１は、光学部材７９ａの屈折率ｎ２よりも大きい。
【００５１】
本実施形態では、円錐状の光学部材７９ａの円錐先端部に入射する１次光６３の入射角度が臨界角度よりも大きい。したがって、図３Ａに示すように、光学部材７９ａは、光学部材７９ａの表面で、１次光６３を全反射する。そして光学部材７９ａを透過する１次光６３は抑制される。例えば、透明部材７１がガラス(ｎ＝１．４４)の場合、光学部材７９ａは、透明部材７１の屈折率よりも小さい屈折率を有する透明部材である。なお臨界角度は、例えば、透明部材７１の屈折率と光学部材７９ａの屈折率とによって決まる。
【００５２】
なお屈折率ｎ１と屈折率ｎ２との差が小さい場合、全反射が実施されない。この場合、図３Ｂに示すように、１次光６３の一部は、光学部材７９ａによって第１反射部材８１に向けて反射される。また、１次光６３の残りの一部が光軸６１周辺から離れるように１次光６３の残りの一部と光軸６１との間の広がり角度が広がった状態で、１次光６３の残りの一部は、光学部材７９ａを透過し光変換部材７３に向けて進行する。つまり、光学部材７９ａは、１次光６３を反射光と屈折透過光とに分離する。１次光６３の残りの一部は、光学部材７９ａにて光軸６１から離れる方向に屈折し、光学部材７９ａを透過する。
【００５３】
全反射が発生しない場合、図３Ｃに示すように、進路変更部材７９は、例えば、円錐状の光学部材７９ａの表面に配置され、光軸６１に対して傾斜して配置され、１次光６３を第１反射部材８１に向けて反射する第２反射部材７９ｂを有してもよい。第２反射部材７９ｂは、光軸６１近傍の光学部材７９ａにおいて全反射が発生しない領域に、少なくとも配置される。この領域は、例えば、光軸６１方向において強度領域９３と同軸上に配置される。例えば、第２反射部材７９ｂは、光軸６１周辺且つ光学部材７９ａの円錐先端部に配置される。これにより第２反射部材７９ｂは、光軸６１近傍の１次光６３を確実に第１反射部材８１に向けて反射する。
【００５４】
第２反射部材７９ｂの反射率は、９０％以上が好ましい。第２反射部材７９ｂは、例えば、１次光６３を高い反射率で反射する誘電体多層膜である。
【００５５】
なお１次光６３の入射角度が臨界角度よりも小さい場合、第２反射部材７９ｂは、少なくとも光軸６１から入射角度が臨界角度となる領域まで配置されていればよい。
【００５６】
簡略化のため図示を省略するが、全反射が発生しない状態で、第２反射部材７９ｂを１次光６３の一部が照射し、第２反射部材７９ｂが配置されていない領域における光学部材７９ａの表面を１次光６３の残りの一部が照射したとする。この場合、１次光６３の一部は、第２反射部材７９ｂによって第１反射部材８１に向けて反射される。また、１次光６３の残りの一部が光軸６１周辺から離れるように１次光６３の残りの一部と光軸６１との間の広がり角度が広がった状態で、１次光６３の残りの一部は、光学部材７９ａを透過し光変換部材７３に向けて進行する。つまり、光学部材７９ａは、１次光６３を反射光と屈折透過光とに分離する。１次光６３の残りの一部は、光学部材７９ａにて光軸６１から離れる方向に屈折し、光学部材７９ａを透過する。
【００５７】
図３Ｄに示すように、進路変更部材７９は、例えば、半球状の光学部材７９ａの表面に配置される第３反射部材７９ｃと、第３反射部材７９ｃの表面の少なくとも一部である乱反射部７９ｄとを有してもよい。
【００５８】
第３反射部材７９ｃは、例えば、光学部材７９ａの表面全体に配置される。第３反射部材７９ｃは、出射部５９側に対向する。第３反射部材７９ｃは、１次光６３を第１反射部材８１に向けて反射する。第３反射部材７９ｃの反射率は、９０％以上が好ましい。第３反射部材７９ｃは、第３反射部材７９ｃによる１次光６３の減衰を抑制し、波長選択性を有し、２次光６５を低反射する。このため第３反射部材７９ｃは、高反射率を有する金属膜よりも、第３反射部材７９ｃにて反射が繰り返し実施され１次光６３が減衰しない波長選択性を有する誘電体多層膜であることが好ましい。
【００５９】
簡略化のため図示を省略するが、第３反射部材７９ｃを照射する１次光６３の大部分は、第３反射部材７９ｃによって第１反射部材８１に向かって反射される。１次光６３の残りの一部は、第３反射部材７９ｃによって反射されずに第３反射部材７９ｃを透過する。そして１次光６３は、光学部材７９ａの焦点方向に向かって光学部材７９ａを透過し、光変換部材７３を照射する。
【００６０】
図３Ｄに示すように、乱反射部７９ｄは、少なくとも光軸６１周辺に配置され、光軸６１方向において強度領域９３と同軸上に配置される。乱反射部７９ｄである第３反射部材７９ｃの表面は凹凸形状で、凹凸の、高さ、サイズ、または周期は不規則となっている。凹凸の高さは、１次光６３の波長以下となっている。乱反射部７９ｄは、乱反射部７９ｄを照射する１次光６３を乱反射し、１次光６３を、出射部５９以外に向けて反射する。
【００６１】
簡略化のため図示を省略するが、乱反射部７９ｄに平面状の反射部材が配置されたとする。この場合、１次光６３は、反射によって出射部５９から導光部材５５に侵入し、光源５１に戻ってしまう。例えば、出射部５９から出射された１次光６３の１０％以上が戻る場合、この戻り光の量は無視できない。この場合、戻り光の位相と光源５１から出射された１次光６３の位相とが互いに干渉し、光源５１の出力が変動し、照明装置６０の出力が不安定となる。このため、戻り光を抑制する必要がある。
【００６２】
このため本実施形態では、乱反射部７９ｄは、１次光６３が導光部材５５に侵入し光源５１に戻ることを、乱反射によって抑制する。このため、光源５１の出力の変動は抑制され、照明装置６０の出力は安定する。
【００６３】
［第１反射部材８１］
図３Ａに示すように第１反射部材８１は、進路変更部材７９によって進行方向が変更された１次光６３を出射面７１ｂに向けて反射し、且つ、出射面７１ｂとは逆方向に進行する２次光６５を出射面７１ｂに向けて反射する。第１反射部材８１は、第２照射領域９７のために、１次光６３を、例えば強度領域９３以外の領域に向けて反射する。第１反射部材８１は、光軸６１方向において出射部５９から出射面７１ｂまで配置され、且つ光変換部材７３と進路変更部材７９とを取り囲んで配置される。第１反射部材８１は、出射部５９から出射面７１ｂに向かってテーパ状に広がっている。
【００６４】
第１反射部材８１は、１次光６３と２次光６５との伝播方向を出射面７１ｂに向けて変えるために、１次光６３と２次光６５とを出射面７１ｂに向けて反射する。また第１反射部材８１は、テーパ状に広がっているため、１次光６３と２次光６５と照明光６７との配光特性を制御する機能を有することとなる。第１反射部材８１における角度φ３は、配光特性を制御するものである。
【００６５】
第１反射部材８１は、例えば、誘電体多層膜、または１次光６３と２次光６５とに対して高い反射率を有する金属膜である。金属は、例えば、ＡｇまたはＡｌである。
【００６６】
なお第１反射部材８１の表面に、散乱損失を抑制する散乱膜が配置されてもよい。これにより、第１反射部材８１における反射角度の広がりが大きくなり、光変換部材７３における１次光６３の強度分布が均一となり、出射面７１ｂにおける色むらが低減する。
【００６７】
なお図３Ｂに示す角度φ３は、光軸６１に対する透明部材７１の外周面の角度に依存する。
【００６８】
［作用］
光源５１から出射された１次光６３は、集光部５３によって導光部材５５の入射部５７に集光され、導光部材５５によって出射部５９まで導光される。図３Ａに示すように、出射部５９から出射された１次光６３は、入射面７１ａから透明部材７１に入射し、透明部材７１を透過する。
【００６９】
ここで、図３Ｂに示すように、１次光６３が円錐状の光学部材７９ａの母線上の入射位置Ｐから光学部材７９ａに入射すると仮定する。入射位置Ｐは、光軸６１上に位置する光学部材７９ａの頂点ではなく、光学部材７９ａのテーパ状の外周面の一部分である。
【００７０】
ここで、以下を定義する。
出射部５９から出射された１次光６３と光軸６１との間に形成される角度：角度φ１
角度φ１を有した状態で１次光６３が光学部材７９ａに入射した際、光学部材７９ａの入射位置Ｐにおける法線に対する１次光６３の入射角度：ψ１
１次光６３が光学部材７９ａにて屈折した後に光学部材７９ａを透過する際、屈折した１次光６３と光軸６１との間に形成される屈折角度：ψ２
入射角度ψ１と屈折角度ψ２との関係は、透明部材７１の屈折率ｎ１と光学部材７９ａの屈折率ｎ２との差Δｎに依存する。
【００７１】
全反射の条件が満たされれば、入射位置Ｐにおいて１次光６３は全反射され、図３Ａに示すように１次光６３は第１反射部材８１に向かって反射される。この１次光６３は第１反射部材８１によって再び反射され、反射された１次光６３は強度領域９３以外の領域を照射し、この領域から光変換部材７３に入射する。
【００７２】
また全反射の条件が満たされなければ、図３Ｂに示すように、入射位置Ｐにおいて、１次光６３の一部は、光学部材７９ａによって第１反射部材８１に向けて反射される。１次光６３の一部は、第１反射部材８１によって再び反射され、強度領域９３以外の領域を照射し、この領域から光変換部材７３に入射する。また、１次光６３の残りの一部が光軸６１周辺から離れるように１次光６３の残りの一部と光軸６１との間の広がり角度が広がった状態で、１次光６３の残りの一部は、光学部材７９ａを透過し光変換部材７３に向けて進行し光変換部材７３に入射する。
【００７３】
全反射の条件が満たされても満たされていなくても、進路変更部材７９が配置されて、１次光６３は第１反射部材８１に向かって反射される。このため、例えば１次光６３の第１光路長（図示せず）は、１次光６３の第２光路長（図示せず）に比べて、長くなる。第１光路長は、１次光６３が入射面７１ａから進路変更部材７９と第１反射部材８１とを経由して光変換部材７３まで進行する長さである。第２光路長は、進路変更部材７９が配置されていない状態で１次光６３が入射面７１ａから光変換部材７３に直接進行する長さである。また進路変更部材７９が配置されて、１次光６３は、強度領域９３以外の領域から光変換部材７３に入射する。このため図４Ｃに示すように、強度領域９３における１次光６３の強度は低減し、低減された１次光６３の強度は光変換部材７３における強度領域９３以外の領域に分配される。また分配によって、光変換部材７３における照射領域は第１照射領域９１から第２照射領域９７に広がり、強度領域９３以外の領域における１次光６３の強度は増加する。
【００７４】
図３Ａに示すように、光変換部材７３に入射した１次光６３の一部は、光変換部材７３に吸収されて２次光６５に変換される。１次光６３の残りの一部は、光変換部材７３に吸収されずに光変換部材７３から出射面７１ｂに向かって出射される。入射面７３ａから出射された１次光６３は、第１反射部材８１によって光変換部材７３に向かって反射され、再び前述した動作を繰り返す。
【００７５】
図３Ａに示すように、２次光６５の一部は光変換部材７３から出射面７１ｂに向かって出射される。また２次光６５の残りの一部は、入射面７３ａから第１反射部材８１に向かって出射され、第１反射部材８１によって反射され、光変換部材７３を透過する。そして２次光６５は、光変換部材７３に吸収されずに光変換部材７３から出射された１次光６３と混色し、照明光６７として出射面７１ｂから出射される。
【００７６】
次に、図４Ａと図４Ｂと図４Ｃとを参照して、一次光の強度の低減と一次光の分配とについて説明する。
図４Ａは、進路変更部材７９が配置されておらず、光変換部材７３が出射部５９から出射された１次光６３を直接照射された状態である。なお、光軸６１方向において、出射部５９と光変換部材７３との間には、透明部材７１が配置される。透明部材７１は、透明部材７１が配置されず出射部５９が光変換部材７３と当接している当接状態に比べて、出射部５９から光変換部材７３までの長さを長く確保する。
【００７７】
図４Ｂの実線にて示すように、第１外縁領域９５に比べて強度領域９３では１次光６３の強度がより一層高まっている。光変換部材７３が２次光６５を生成する際に、生成によって第１照射領域９１に熱が発生し、熱の大部分は強度領域９３から発生する。
【００７８】
このため強度領域９３は、１次光６３の高い強度と２次光６５の生成によって発生する熱とに起因して光変換部材７３の劣化が加速してしまう虞がある熱劣化加速領域となる。以下において、１次光６３の高い強度と熱とに起因する光変換部材７３の劣化を、熱劣化と称する。図４Ｂに示すように、強度領域９３は、中心領域である熱劣化領域９３ａと、熱劣化領域９３ａの外側領域である熱劣化警戒領域９３ｂとを有する。強度領域９３における１次光６３の強度は、ピーク強度ＩＰから所定の第１強度ＩＳまでとなっている。ピーク強度ＩＰは、最も高い強度である。第１強度ＩＳは、発生する熱の伝導を考慮した光変換部材７３の高温時の光変換効率に依存する強度である。実際の第１強度ＩＳの設定の一例として、ＩＳ＝ＩＰ×１／ｅ２となる。ｅは、自然対数である。第１強度ＩＳは、強度領域９３における１次光の所定値であり、例えば１次光の強度のピーク値であるピーク強度ＩＰに対して１／ｅ２であることを示す。
【００７９】
熱劣化領域９３ａにおける１次光６３の強度は、ピーク強度ＩＰから所定の第２強度ＩＤまでとなっている。第２強度ＩＤは、ピーク強度ＩＰと第１強度ＩＳとの間を示し、所望に設定される。熱劣化領域９３ａは、照射領域において１次光６３の強度が最も高く、熱劣化の加速が光変換部材７３において最も多い部位を示す。
【００８０】
熱劣化警戒領域９３ｂにおける１次光６３の強度は、第２強度ＩＤから第１強度ＩＳまでとなっている。熱劣化警戒領域９３ｂは、熱劣化領域９３ａに比べて１次光６３の強度が低く、熱劣化の加速が熱劣化領域９３ａの次に多く、劣化を警戒する部位を示す。
【００８１】
第１外縁領域９５は、熱劣化警戒領域９３ｂの外側且つ第１照射領域９１の内側の安全領域であり、熱劣化の加速が無いとみなせる領域を示す。第１外縁領域９５における１次光６３の強度は、熱劣化警戒領域９３ｂのそれに比べて低く、第１強度ＩＳ未満から０までとなっている。第１外縁領域９５における１次光６３の強度は、熱劣化の加速が無いとみなせる、安全な強度となる。
【００８２】
熱劣化が発生すると、照明光６７に変換する変換効率言い換えると照明光６７の取り出し効率が低下し、照明光６７の出力が低下する。
【００８３】
このため本実施形態では、図３Ａに示すように進路変更部材７９は少なくとも強度領域９３（熱劣化領域９３ａと熱劣化警戒領域９３ｂと）に配置されており、さらに第１反射部材８１も配置される。このため、図４Ｃに示すように、強度領域９３における１次光６３の強度は低減し、低減された１次光６３の強度は光変換部材７３における強度領域９３以外の領域に分配される。また分配によって、光変換部材７３における照射領域は第１照射領域９１から第２照射領域９７に広がり、強度領域９３以外の領域における１次光６３の強度は増加する。これにより、強度分布は、図４Ｃにて実線で示されるドーナッツ状に変更される。なお強度領域９３において、上述したように１次光６３の強度は低減するため、低減領域９９ａが発生する。低減領域９９ａは、図４Ｃの強度領域９３において、点線と実線とによって囲まれた領域である。また図３Ｂと図４Ｃとに示すように、照射領域は第１照射領域９１から第２照射領域９７に広がり、角度φ０は角度φ０’に広がり、強度領域９３以外の領域も第１外縁領域９５と第２外縁領域９９とに広がる。図３Ｂ示すように、角度φ０’は、第１反射部材８１によって反射された１次光６３が入射面７３ａを照射した際に、出射部５９と入射面７３ａ上の入射位置とを結ぶ直線と、光軸６１との間に形成される最大の角度である。照射領域が第１照射領域９１から第２照射領域９７に広がると、増加領域９９ｂが発生する。増加領域９９ｂは、低減領域９９ａと略同一の１次光６３のトータル強度を有する。増加領域９９ｂは、図４Ｃの強度領域９３以外の領域において、点線と実線とによって囲まれた領域である。第１外縁領域９５と第２外縁領域９９とにおける１次光６３のトータル強度も、低減した１次光６３の分だけ略均等に増加する。
【００８４】
光変換部材７３で発生した熱は、ドーナッツ状の強度分布（照射面積の広がり）によって、透明部材７１と第１反射部材８１とを介して保持部８５に効率的に伝達される。このため熱の伝達の流れから保持部８５から遠い強度領域９３における発熱が抑制され、光変換部材７３の温度分布を均一にすることが可能となる。光変換部材７３が波長変換部材である場合、波長変換部材は、１次光６３のスペクトルのピーク波長に対して温度依存性を有する。このため分配ユニット７７が配置されていないと照明光６７の色味に色むらが発生してしまう。しかしながら分配ユニット７７によって、色むらが解消される。
【００８５】
次に、図３Ｂを参照して、進路変更部材７９における反射と第１反射部材８１における反射とについて説明する。
ここで、以下を定義する。
出射部５９から出射された１次光６３と光軸６１との間に形成される角度：φ１
角度φ１の最大角度：φ０
光学部材７９ａの中心軸が光軸６１上に配置された状態で、円錐状の光学部材７９ａの母線と、光軸６１との間に形成される角度：φ２
第１反射部材８１と光軸６１方向との間に形成される角度：φ３
角度φ１を有した状態で１次光６３が光学部材７９ａに入射した際、光学部材７９ａの入射位置Ｐにおける法線に対する１次光６３の入射角度：ψ１
１次光６３が光学部材７９ａにて屈折した後に光学部材７９ａを透過する際、屈折した１次光６３と光軸６１との間に形成される屈折角度：ψ２
透明部材７１の屈折率：ｎ１
光学部材７９ａの屈折率：ｎ２
この定義を基に、進路変更部材７９によって変更される１次光６３の伝播方向を検討する。
ここで、ｎ２＜ｎ１、且つ、０≦φ１≦φ０＜φ２  という条件が発生するとする。
【００８６】
まず、ｎ１とψ１と、ｎ２とψ２とによって、下記式（１）が成り立つ。
ｎ１×ｓｉｎψ１＝ｎ２×ｓｉｎψ２  ・・・・式（１）
ここで、全反射における臨界角度をψｔとすると、下記式（２）が成り立つ。
ｓｉｎψｔ＝ｎ２／ｎ１  ・・・・式（２）
入射角度ψ１が臨界角度ψｔよりも大きい場合、図３Ａに示すように、１次光６３は、光学部材７９ａにて屈折せずまた光学部材７９ａを透過せず、全反射される。このため、入射位置Ｐにおける入射角度ψ１と臨界角度ψｔと角度φ１，φ２との関係で、下記式（３）が成り立ち、式（３）から式（４）が算出され、式（４）が全反射の条件となる。
ψｔ＜ψ１＝π／２−（φ２−φ１）  ・・・・式（３）
φ２＜π／２＋φ１−ψｔ  ・・・・式（４）
φ２は固定、φ１は増加関数、ψ１は増加関数である。
【００８７】
また角度φ２は、母線に向かう１次光６３が母線への入射角度と同じ反射角度で第１反射部材８１に進行するように、母線と光変換部材７３の入射面７３ａとの間に形成される角度よりも小さい必要がある。このため下記式（５）が満たされる必要ある。
２ψ１＜π／２＋φ２・・・・式（５）
角度φ１を有した状態で１次光６３が光学部材７９ａで反射して第１反射部材８１に進行するために、式（５）のψ１に、式（３）を代入し、下記式（６ａ）が満たされる必要がある。
【００８８】
２（π／２−（φ２−φ１））＜π／２＋φ２
π−２φ２＋２φ１＜π／２＋φ２
π／２＋２φ１＜３φ２
π／６＋２／３φ１＜φ２・・・式（６ａ）
角度φ１は、０°から最大で角度φ０まで変化するため、式（６ａ）を基に、下記式（６ｂ）が満たされる必要がある。
３０＋２／３φ０＜φ２・・・式（６ｂ）
角度φ１は、０°から最大で角度φ０まで変化するため、式（４）を基に、全反射が実施されるためには、下記式（７）が設定される必要がある。
φ２＜π／２＋φ１−ψｔ≦π／２＋φ０−ψｔ・・・式（７）
例えば、透明部材７１の屈折率ｎ１＝１．６、光学部材７９ａの屈折率ｎ２＝１．３５の場合、臨界角度ψｔは、５７．５°である。
【００８９】
光ファイバのＮａが０．２２の場合、透明部材７１の屈折率１．６の媒質内では、簡易的に、ピーク強度に対して、半分となるビームの角度である半値全角は、７．９°（半値は３．９５°）中心強度に対して、１／４以下となる光軸６１となす角度を半値の３倍である１１．９°と仮定すれば、すなわち、φ０＝１２.０°と設定される。
【００９０】
φ０＝１２.０°を式（６ｂ）に代入すると、式（６ｂ）に示す第１反射部材８１に１次光６３が入射する条件から、３８°＜φ２  が算出される。
【００９１】
式（４）の臨界角度ψｔは光軸６１上で臨界角度ψｔよりも大きければ、角度φ１の増加につれて、入射角度ψ１も増加する。このため、式（４）において、例えばφ２をπ／２−ψｔとなる３２．５°に設定すれば、光学部材７９ａの表面で全反射が実施される。しかしながら、この場合は、反射光が第１反射部材８１に入射する条件を満たさない。このため、光軸６１周辺では、第２反射部材７９ｂが配置されており、透過光量と反射光量との比率において、透過光量の割合よりも反射光量の割合を高めて、１次光６３の強度分布を分配している。
【００９２】
すなわち式（６ｂ）が満足されれば、光軸６１周辺で、１次光６３は、反射光と屈折透過光とに分離される。
【００９３】
本実施形態では、照射領域は第１照射領域９１から第２照射領域９７に広がる。つまり１次光６３と光軸６１との間に形成される角度は、角度φ０から角度φ０’に広がる。したがって少なくとも角度φ０’の広がり角度を有する１次光６３を、光変換部材７３は受光する必要がある。このためφ０＜φ３となる。例えば、φ３＝２０°と設定されることが好ましい。
【００９４】
なお、強度領域９３における強度が高い１次光６３は、確実に第１反射部材８１に向けて反射される必要がある。このため、図３Ｃに示すように第２反射部材７９ｂが、少なくとも円錐先端部に配置されることが好ましい。第２反射部材７９ｂは、入射した１次光６３の大部分を確実に第２反射部材７９ｂに向けて反射させる。これにより、強度領域９３における１次光６３の強度は低減する。そして第１反射部材８１は、１次光６３を光変換部材７３に向けて反射する。低減された１次光６３の強度は光変換部材７３における強度領域９３以外の領域に分配される。また分配によって、光変換部材７３における照射領域は第１照射領域９１から第２照射領域９７に広がり、強度領域９３以外の領域における１次光６３の強度は増加する。
【００９５】
１次光６３が第１反射部材８１の反射点Ｑにて反射することを検討する。
【００９６】
反射点Ｑにおける法線となる入射角度をψ３と定義する。ここで、下記式（８）が成り立つ。
【００９７】
ψ３＝２ψ１＋（φ３−φ１）−π／２・・・式（８）
式（８）のψ１に、式（３）を代入する、下記式（９）が成り立つ
ψ３＝２（π／２−（φ２−φ１））＋（φ３−φ１）−π／２
ψ３＝π−２φ２＋２φ１＋φ３−φ１−π／２
ψ３＝π／２−［（φ２−φ３）＋（φ２−φ１）］・・・式（９）
式（９）において、角度φ１に対して、第１反射部材８１によって反射された１次光６３が必ず光変換部材７３に入射するためには、ψ３＜π／２、且つ、（φ２−φ３）＋（φ２−φ１）＞０が満たされる必要がある。
【００９８】
すなわち、φ３＜φ２、且つ、φ１≦φ０＜φ２が満たされる必要がある。
【００９９】
φ１＜φ３であるため、下記式（１０）が満たされることが、第１反射部材８１で反射された１次光６３が光変換部材７３に入射するための条件となる。
φ１＜φ３＜φ２・・・式（１０）
実際に照明装置６０が利用される場合、照明装置６０の配置位置に応じて、出射面７１ｂの最大直径は規定される。したがって、角度φ３と入射面７１ａから出射面７１ｂまでの長さとは、最大直径によって限定される。
【０１００】
［効果］
本実施形態では、分配ユニット７７の進路変更部材７９は、強度領域９３に配置され、光軸６１周辺の１次光６３を第１反射部材８１に向けて反射する。このため、強度領域９３における１次光６３の強度を低減できる。また分配ユニット７７の第１反射部材８１は、進路変更部材７９によって反射された１次光６３を、光変換部材７３の入射面７３ａにおいて強度領域９３以外の領域に向けて反射する。このため、照射領域は第１照射領域９１から第２照射領域９７に広がり、強度領域９３以外の領域における１次光６３の強度は増加する。したがって、照明光６７の取り出し効率を高めることができ、照明光６７の出力を高めることができる。
【０１０１】
本実施形態では、強度領域９３における１次光６３の強度が低減するため、光変換部材７３の熱劣化を抑制できる。また照射領域が第１照射領域９１から第２照射領域９７に広がるため、２次光６５の生成によって発生する熱の分布を、略均一にできる。
【０１０２】
第１反射部材８１は、光変換部材７３と進路変更部材７９とを取り囲んで配置される。このため、第１反射部材８１は、強度領域９３以外の領域に向けて、１次光６３と２次光６５とを漏らすことなく反射できる。第１反射部材８１は、テーパ状に広がっている。このため、第１反射部材８１は、強度領域９３以外の領域に向けて、１次光６３と２次光６５とを確実に反射できる。また照明光６７は、所定の広がり角度を有することができる。
【０１０３】
透明部材７１の屈折率は、光学部材７９ａの屈折率よりも大きい。このため、簡単な構成で、１次光６３を第１反射部材８１に向けて反射できる。
【０１０４】
全反射が実施されない場合、１次光６３の残りの一部が光軸６１周辺から離れるように１次光６３の残りの一部と光軸６１との間の広がり角度が広がった状態で、１次光６３の残りの一部は、光学部材７９ａを透過し光変換部材７３に向けて進行する。このとき、１次光６３は、強度領域９３以外の領域に進行するため、強度領域９３における１次光６３の強度を低減できる。
【０１０５】
第２反射部材７９ｂは、全反射が実施されなくても、１次光６３を第１反射部材８１に向けて確実に反射できる。
【０１０６】
乱反射部７９ｄは、１次光６３を第１反射部材８１に向けて乱反射でき、１次光６３が光源５１に戻ることを防止できる。
【０１０７】
なお図２Ｃにおいて、進路変更部材７９は、柱形状、例えば円柱形状となっている。この場合、進路変更部材７９は、１次光を拡散してもよい。
【０１０８】
［第２の実施形態］
図５Ａを参照して、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態とは異なる部分のみ記載する。
【０１０９】
本実施形態の進路変更部材７９は、第１反射部材８１に向けて１次光６３の少なくとも一部を拡散する。このため、進路変更部材７９は、１次光６３の一部を拡散する柱状の拡散部材７９ｅと、光軸６１方向において拡散部材７９ｅと光変換部材７３の入射面７３ａとの間に配置され、１次光６３の残りの一部を第１反射部材８１に向けて反射する第４反射部材７９ｆとを有する。
【０１１０】
拡散部材７９ｅは、例えば、円柱形状である。拡散部材７９ｅは、透明部材と、透明部材に添加されるフィラーと呼ばれる拡散物質とを有する。拡散部材７９ｅは、光軸６１に対する１次光６３の広がり角度を広げる。また１次光６３がレーザである場合、拡散物質は１次光６３を繰り返し反射または散乱する。このため、拡散部材７９ｅは、レーザ光特有の可干渉性を低下させる。拡散部材７９ｅにおいて、照明光６７の取り出し効率を高めるために、散乱による損失を最小限に抑えることが重要である。このため拡散物質として、例えば、アルミナが好ましい。
【０１１１】
拡散部材７９ｅの透明部材における拡散物質の濃度分布は、角度φ１と１次光６３の強度とに対応する。角度φ１が増加するほど、反比例して、濃度は低くなる。例えば、１次光６３の強度Ｉと濃度Ｎとの比Ｉ／Ｎが一定となるように、角度φ１と濃度Ｎとが算出されてもよい。なお拡散損失を抑制するために、拡散物質の濃度は、光軸６１に近いほど高く、光軸６１から離れるほど低いことが好ましい。
【０１１２】
光軸６１方向において、拡散部材７９ｅは第４反射部材７９ｆに積層され、第４反射部材７９ｆは光変換部材７３の入射面７３ａに積層される。第４反射部材７９ｆは、少なくとも光軸６１周辺に配置される。第４反射部材７９ｆは、１次光６３の波長に対して高い反射率を有する。第４反射部材７９ｆは、波長選択性を有する。第４反射部材７９ｆは、例えば、誘電体多層膜である。
【０１１３】
第４反射部材７９ｆ及び透明部材７１として、熱を効率的に光源５１に放出するために、熱伝導率の高い部材が好ましい。
【０１１４】
［作用］
出射部５９から出射された１次光６３は、角度φ１を有する状態で、透明部材７１を透過し、拡散部材７９ｅに入射する。１次光６３の一部は、拡散物質によって様々な方向に拡散され、第１反射部材８１に向かって進行する。１次光６３の残りの一部は、拡散物質によって拡散された後に第４反射部材７９ｆによって反射され、再び拡散物質によって拡散され、角度φ１よりも大きい広がり角度を有する状態で第１反射部材８１に向かって進行する。１次光６３は、第１反射部材８１によって反射され、光変換部材７３に入射する。
【０１１５】
光変換部材７３に入射した１次光６３の一部は、光変換部材７３に吸収されて２次光６５に変換される。１次光６３の残りの一部は、光変換部材７３に吸収されずに光変換部材７３から出射面７１ｂに向かって出射される。入射面７３ａから出射された１次光６３は、第１反射部材８１によって光変換部材７３に向かって反射され、再び前述した動作を繰り返す。
【０１１６】
２次光６５の一部は光変換部材７３から出射面７１ｂに向かって出射される。また２次光６５の残りの一部は、入射面７３ａから第１反射部材８１に向かって出射され、第１反射部材８１によって反射され、光変換部材７３を透過する。そして２次光６５は、光変換部材７３に吸収されずに光変換部材７３から出射された１次光６３と混色し、照明光６７として出射面７１ｂから出射される。
【０１１７】
［効果］
本実施形態では、進路変更部材７９の構成を簡素にでき、進路変更部材７９を容易に製造できる。本実施形態では、拡散部材７９ｅによって１次光６３を拡散するため、１次光６３を確実に第１反射部材８１に進行させることができる。第４反射部材７９ｆによって、拡散されなかった１次光６３を確実に第１反射部材８１に向けて反射できる。
【０１１８】
なお本実施形態では、進路変更部材７９は、拡散部材７９ｅのみを有してもよい。
【０１１９】
［第１変形例］
図５Ｂを参照して、第２の実施形態の第１変形例について説明する。本変形例では、第２の実施形態とは異なる部分のみ記載する。
［構成］
透明部材７１は、出射部５９（入射面７１ａ）から出射面７１ｂに向かって放物状に広がっている。
第１反射部材８１は、この透明部材７１の曲面状の外周面に配置されており、出射部５９から出射面７１ｂに向かって放物状に広がっている。本変形例における第１反射部材８１の材料は、第１の実施形態における第１反射部材８１の材料と同一である。第１反射部材８１は、１次光６３を光軸６１に対して略平行に反射し、且つ１次光６３を強度領域９３以外の領域に向かって反射する。
【０１２０】
照明光６７を光軸６１に対して略平行にするためには、光変換部材７３は、出射部５９近傍の所定の位置に配置されることが好ましい。光変換部材７３は、第１反射部材８１の焦点位置を避けて配置される。これにより第１反射部材８１によって反射された１次光６３は、少なくとも光軸６１周辺を避けて光変換部材７３に略平行に照射され、発生した照明光も第１反射部材８１により略平行に出射される。
【０１２１】
［作用］
出射部５９から出射された１次光６３は、角度φ１を有する状態で、透明部材７１を透過し、拡散部材７９ｅに入射する。１次光６３の一部は、拡散物質によって様々な方向に拡散され、第１反射部材８１に向かって進行する。１次光６３の残りの一部は、第４反射部材７９ｆによって反射され、再び拡散物質によって拡散され、角度φ１よりも大きい広がり角度を有する状態で第１反射部材８１に向かって進行する。１次光６３は、第１反射部材８１によって光軸６１に対して略平行に反射され、光変換部材７３に入射する。光軸６１に対して略平行に進行する１次光６３を、平行光と称する。
【０１２２】
光変換部材７３に入射した平行光の一部は、光変換部材７３に吸収されて２次光６５に変換される。平行光の残りの一部は、光変換部材７３に吸収されずに裏面７３ｂから出射面７１ｂに向かって出射される。入射面７３ａから出射された図示しない平行光は、第１反射部材８１によって光変換部材７３に向かって反射され、再び前述した動作を繰り返す。
【０１２３】
２次光６５の一部は、裏面７３ｂから出射面７１ｂに向かって光軸６１に対して略平行に出射される。２次光６５の残りの一部は、入射面７３ａから第１反射部材８１に向かって出射される。この２次光６５は、第１反射部材８１によって光軸６１に対して略平行に光変換部材７３に向かって反射され、光変換部材７３を透過する。そして裏面７３ｂから出射された光軸６１に対して略平行な２次光６５は、光変換部材７３に吸収されずに裏面７３ｂから出射された平行光と混色し、光軸６１に対して略平行な照明光６７として出射面７１ｂから出射される。
【０１２４】
［効果］
本変形例では、第１反射部材８１が放物状であるため、照明光６７の広がり角度を抑制でき、光軸６１に対して略平行な照明光６７を提供できる。
【０１２５】
［第２変形例］
図５Ｃを参照して、第２の実施形態の第２変形例について説明する。本変形例では、第２の実施形態とは異なる部分のみ記載する。
［構成］
透明部材７１は、出射部５９（入射面７１ａ）から出射面７１ｂに向かってホーン状に広がっている。
第１反射部材８１は、この透明部材７１の曲面状の外周面に配置されており、出射部５９から出射面７１ｂに向かってホーン状に広がっている。本変形例における第１反射部材８１の材料は、第１の実施形態における第１反射部材８１の材料と同一である。第１反射部材８１は、１次光６３を強度領域９３以外の領域に向かって反射する。
【０１２６】
光変換部材７３は、ホーン状の透明部材７１の広がりの焦点位置に配置される。
【０１２７】
［作用］
出射部５９から出射された１次光６３は、角度φ１を有する状態で、透明部材７１を透過し、拡散部材７９ｅに入射する。１次光６３の一部は、拡散物質によって様々な方向に拡散され、第１反射部材８１に向かって進行する。１次光６３の残りの一部は、第４反射部材７９ｆによって反射され、再び拡散物質によって拡散され、角度φ１よりも大きい広がり角度を有する状態で第１反射部材８１に向かって進行する。１次光６３は、第１反射部材８１によって反射されて光変換部材７３に入射する。このとき、１次光６３の光路長が長くなることで、１次光６３の照射領域が広がり、図４Ｃにて実線で示す１次光６３の強度分布はドーナッツ状の強度分布からさらに広がる。具体的には、図４Ｃに示す角度φ０は角度φ０’よりもさらに広がり、強度領域９３（熱劣化領域９３ａ）における１次光６３の強度は大幅に低減し、分配によって、強度領域９３以外の領域における１次光６３の強度は大幅に増加し、照射領域における強度分布は略均一となる。
【０１２８】
光変換部材７３に入射した１次光６３の一部は、光変換部材７３に吸収されて２次光６５に変換される。１次光６３の残りの一部は、光変換部材７３に吸収されずに光変換部材７３から出射面７１ｂに向かって出射される。入射面７３ａから出射された１次光６３は、第１反射部材８１によって光変換部材７３に向かって反射され、再び前述した動作を繰り返す。
【０１２９】
２次光６５の一部は光変換部材７３から出射面７１ｂに向かって出射される。図示はしないが、２次光６５の残りの一部は、入射面７３ａから第１反射部材８１に向かって出射され、第１反射部材８１によって反射され、光変換部材７３を透過する。そして２次光６５は、光変換部材７３に吸収されずに光変換部材７３から出射された１次光６３と混色し、広がり角度が拡大し且つ略均一な強度分布を有する照明光６７として出射面７１ｂから出射される。
【０１３０】
［効果］
本変形例では、第１反射部材８１がホーン状であるため、照明光６７の配光特性を変更できる、具体的には照明光６７の広がり角度を拡大できる。本変形例では、指向性が弱く、略均一な強度分布を有する照明光６７を提供できる。
【０１３１】
［第３の実施形態］
図６を参照して、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態とは異なる部分のみ記載する。
【０１３２】
［構成］
進路変更部材７９は、光軸６１方向において出射部５９と光変換部材７３との間に配置される第５反射部材７９ｇと、第５反射部材７９ｇの表面の少なくとも一部である乱反射部７９ｈとを有する。
【０１３３】
第５反射部材７９ｇは、少なくとも光軸６１周辺に配置される。第５反射部材７９ｇは、１次光６３の波長に対して高い反射率を有する。第５反射部材７９ｇは、波長選択性を有する。第５反射部材７９ｇは、例えば、誘電体多層膜である。
【０１３４】
乱反射部７９ｈは、出射部５９に対向する。乱反射部７９ｈは、少なくとも光軸６１周辺に配置され、光軸６１方向において強度領域９３と同軸上に配置される。乱反射部７９ｈである第５反射部材７９ｇの表面は凹凸形状で、凹凸の、高さ、サイズ、または周期は不規則となっている。
【０１３５】
強度領域９３における１次光６３の強度が低減し、強度領域９３以外の領域における１次光６３の強度が増加するために、少なくとも強度領域９３において、凹凸の高さは、１次光６３の波長以下となっている。したがって、屈折率の差を有する界面での光の損失が低減し、１次光６３が乱反射部７９ｈによって散乱する。
【０１３６】
凹凸の形成方法としては、半導体プロセスにおける干渉露光パターンで作成する１次光６３の波長に対応する回折格子パターン作成において、干渉波長または回折格子のピッチの方向を変えた多重露光で、回折格子の間隔を不均一にして作成する。
【０１３７】
［作用］
出射部５９から出射された１次光６３は、角度φ１を有する状態で、透明部材７１を透過し、第５反射部材７９ｇに入射する。１次光６３の一部は、乱反射部７９ｈによって乱反射され、第１反射部材８１に向かって進行する。１次光６３の残りの一部は、第５反射部材７９ｇによって反射され、再び乱反射部７９ｈによって乱反射され、第１反射部材８１に向かって進行する。１次光６３は、第１反射部材８１によって反射され、光変換部材７３に入射する。そして、第１実施形態と同様に、照明光６７が出射面７１ｂから出射される。
【０１３８】
［効果］
本実施形態では、乱反射部７９ｈの凹凸の製造が容易であるため、進路変更部材７９の構成を簡素にでき、進路変更部材７９を容易に製造できる。
【０１３９】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2017104047.tif 000019
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