(57)【要約】【課題】ＬＥＤのチップ本体の接合部温度を効率良く抑え、ＬＥＤの発光効率の向上と使用寿命の延長を図る。ＬＥＤから発せられる光を極めて大量に集め、単体ＬＥＤと同じラクランジュ不変量で、照度むらと色むら無く、単体ＬＥＤの数倍出力が有す、かつ色調と波長分布と光度との制御可能なＬＥＤ光源を提供する。【解決手段】熱伝導性を有する金属製の複数の熱伝導要素がＬＥＤチップ本体に熱伝導断面積を大幅に拡大し、ＬＥＤチップ本体の接合部温度を極めて抑え、大開口数の集光レンズが、１８０度に発散するＬＥＤの照明光を大量に集めて略平行な光にし、波長選択性のあるダイクロイック反射面が複数の異なる発光波長単色ＬＥＤから発せられる光を殆ど漏れなく照射対象に集合する。【選択図】  図3
2006139044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、複数の異なる発光波長の単色ＬＥＤからなる各ＬＥＤ光源から照射される各照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群を各ＬＥＤの照射面側に配置し、前記各第１集光レンズ群の射出側に、前記各単色ＬＥＤの各発光波長に対応してそれぞれのダイクロイック反射面を備え、前記各ＬＥＤと各第１集光レンズ群の各光軸を光案内部材の光軸に一致するように前記各ＬＥＤと各第１集光レンズ群と各ダイクロイック反射面を配置し、前記各ダイクロイック反射面から反射されるそれぞれの照明光を前記光案内部材の光導入端に集合させ、前記光案内部材に直接導入することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の各異なる発光波長のＬＥＤに対応してそれぞれの電気駆動回路を備え、前記各電気駆動回路をそれぞれ独立的に定電流制御し、前記各異なる発光波長ＬＥＤの各照射光を集合した照明光の色調と波長分布と光度とを制御することを特徴と光源装置。
【請求項３】
複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、単数のＬＥＤ光源から照射される照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群を該ＬＥＤの射出面側に配置し、前記略平行な光を前記光案内部材の光導入端に集光させ、前記光案内部材に直接導入することを特徴とする光源装置。
【請求項４】
上記ＬＥＤが単体で定常的に２００ｍＡ以上の電流を流すことの出来るパワーＬＥＤであって、熱伝導性を有する金属製の複数の熱伝導要素を具備し、前記ＬＥＤを底面と上面両側に前記ＬＥＤを挟み、前記パワーＬＥＤの接合部から発せられる熱をＬＥＤのチップ本体から迅速に外筐体に熱伝達する機能を具備させてなるとともに前記ＬＥＤの光軸を前記第１集光レンズ群の光軸に一致するように機能することを特徴とする請求項１、２または請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
少なくとも１枚のレンズを有する正屈折力レンズで構成される前記第１集光レンズ群が、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１、２、３または請求項４に記載の光源装置。
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
ここで、α：ＬＥＤから第１集光レンズ群に射入する照明光の最大入射角度、Ｔａｉｒ：ＬＥＤ射出側の封入材料外面から第１集光レンズ群の最後のレンズまでの各空気間隔の合計、Ｔｃ：第１集光レンズ群の各レンズ中心厚みの合計。
【請求項６】
前記光案内部材の光導出端が更に分岐するかしないかにもかかわらず、前記光案内部材の光導出端から照射される略平行な光を直接照射対象に照明し、前記光導出端から照射対象までの距離を調整することにより、照射対象の照明範囲と照度を調整することを特徴とする請求項１、２、３，４または請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１集光レンズ群から離れたところに、或いは前記ダイクロイック反射面の射出面側に少なくとも１枚のレンズを有する正屈折力の第２レンズ群を備え、前記ＬＥＤの接合部の中心のみならず周辺部分から発せられる光も、再度略平行な光をすると同時に前記光案内部材の光導入端に集光するように前記第２レンズ群を配置し、前記光導入端の範囲と照度を調整することを特徴とする請求項１、２、３，４または請求項５に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察、検査、測定に用いられる光を供給する光源装置に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の光照射装置の光源部分にはハロゲンランプが用いられていたが、最近、発光ダイオード（ＬＥＤ）を新たな光源として用いたものが開発されてきている。ＬＥＤが小型、長寿命、高効率、高輝度と良く言われるが、実際に利用する際に、ＬＥＤ接合部の温度上昇により、発光効率の降下と寿命の短縮が良くある。そして、単体ＬＥＤの消費電力は大きくも数ワットしかに過ぎず、普段の数十ワットか数百ワットのハロゲンランプと比べて、パワーＬＥＤを有効に利用する装置を開発されてきている。（例えば、特許文献１、２または特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−２４７３１２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２４０２号公報
【特許文献３】特開２００４−０７７４６３号公報
【０００３】
数百ｍＡ以上の電流を流すパワーＬＥＤを用いた場合には、熱問題が発生するため放熱が必須となる。一般的にＬＥＤの接合部が高い温度になると、光量が低下し、寿命も短くなるためである。従来、ＬＥＤ基板に単純に大表面積の放熱板あるいはケーシングを設けられた。その結果、放熱板或いはケーシングの表面温度と周囲環境との温度差は小さくなったが、パワーＬＥＤのベアチップ本体周りには熱伝導性要素が少なくて、ベアチップ本体と放熱板あるいはケーシングとの温度差はまだ大きい。チップ本体の温度が高いなら、ＬＥＤ内部の接合部の温度も依然として高いわけである。
【０００４】
ＬＥＤ光源用の集光レンズは狭い所に密に配置され、一体化された。コンパクト性という利点がある。一方、一体化された集光レンズがクリチカル照明方式でＬＥＤ光源の接合部を光案内部材の光導入端に結像させる。ＬＥＤ光源の接合部に電極があり、輝度均一ではないので、光案内部材の光導入端での照度分布が光源の接合体の輝度分布と同じであり、照明均一性が悪くて、照度均一化手段を取る必要がある。そして、照明光が光導入端の周辺部分に入射面と垂直ではなく斜めに入射するので、照明光が光案内部材の光導出端から射出した時に急激に広がる。小さい領域を照射するためにボールレンズなどの再度集光させる光学要素を設けなければならない。特に光導出端が複数に分岐される時に、複数の光学要素とその支持体が必要となる。
【０００５】
複数のＬＥＤから発せられる光を集合させる場合には、各ＬＥＤ光源にそれぞれファイバを取り付けられ、各ファイバの他端部を一体に且つランダムに密に束ねて、光導出端とする。その結果、光源のラクランジュ（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ−Ｌａｇｒａｎｇｅ）の不変量（照明領域の大きさと照明光の広がり角のＳｉｎ値との積）は、単体ＬＥＤのラクランジュ不変量の数倍となり、小さい領域を照射する場合に不都合である。異なる色のＬＥＤの照射光を集合するなら、ファイバ１本当たりの色がそれぞれであるし、ファイバの光導出端の全範囲のスケールでも、完全に色むらのない均一な光になることが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の点を鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ基板に取り付けられた大表面積の放熱板と周囲環境の温度差を抑えると同時に、ＬＥＤのチップ本体と放熱板の温度差を有効に抑えることを課題とする。
【０００７】
少ない光学要素により、ＬＥＤから発せられる光を出来る限り大量に集め、そして照明むらのない均一の照明光をファイバなどの光案内部材の光導入端に入射させ、更にファイバから射出照明光が広げないように効率良く照射対象を照明することを課題とする。
【０００８】
複数のＬＥＤから発せられる光を集合させ、単体ＬＥＤと同じラクランジュ不変量で、単体ＬＥＤの数倍出力が有す、そして照度むらと色むら無く、かつ色調と波長分布と光度とを制御出来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】
熱伝導性を有する金属製の複数の熱伝導要素を具備し、前記ＬＥＤを底面と上面両側に前記ＬＥＤを挟み、ＬＥＤチップ本体の温度を抑え、大開口数の集光レンズ群を採用することにより、１８０度に発散するＬＥＤの光エネルギーをできる限り大量に集め、波長選択性のあるダイクロイック反射面により複数の異なる発光波長単色ＬＥＤの照射光を殆ど漏れなく集合する。
【００１０】
より具体的には、本発明は、複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、単数のＬＥＤから照射される照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群を該ＬＥＤの射出面側に配置し、前記略平行な光を前記光案内部材に直接導入することを特徴とする光源装置
【００１１】
また、本発明は、複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、複数の異なる発光波長の単色ＬＥＤからなる各ＬＥＤ光源から照射される各照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群を各ＬＥＤの照射面側に配置し、前記各第１集光レンズ群の射出側に、前記各単色ＬＥＤの各発光波長に対応してそれぞれのダイクロイック反射面を備え、前記各ＬＥＤと各第１集光レンズ群の各光軸を光案内部材の光軸に一致するように前記各ＬＥＤと各第１集光レンズ群と各ダイクロイック反射面を配置し、前記各ダイクロイック反射面から反射されるそれぞれの照明光を前記光案内部材の光導入端に集合させ、前記光案内部材に直接導入することを特徴とする光源装置
【００１２】
上述した前記の各異なる発光波長のＬＥＤに対応してそれぞれの電気駆動回路を備え、前記各電気駆動回路をそれぞれ独立的に定電流制御し、前記各異なる発光波長ＬＥＤの各照射光を集合した照明光の色調と波長分布と光度とを制御することを特徴とする。
【００１３】
上述したＬＥＤが単体で定常的に２００ｍＡ以上の電流を流すことの出来るパワーＬＥＤであって、熱伝導性を有する金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２とを具備し、前記ＬＥＤを底面と上面両側に前記ＬＥＤを挟み、前記パワーＬＥＤの接合部から発せられる熱をＬＥＤのチップ本体から迅速に外筐体に熱伝達する機能を具備させてなるとともに前記ＬＥＤの光軸を前記第１集光レンズ群の光軸に一致するように機能することを特徴とする。
【００１４】
少なくとも１枚のレンズを有する正屈折力レンズで構成される前記第１集光レンズ群が、以下の条件を満たすことを特徴とする
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
ここで、α：ＬＥＤから第１集光レンズ群に射入する照明光の最大入射角度、Ｔａｉｒ：ＬＥＤ射出側の封入材料外面から第１集光レンズ群の最後のレンズまでの各空気間隔の合計、Ｔｃ：第１集光レンズ群の各レンズ中心厚みの合計。
【００１５】
上述した光案内部材の光導出端が更に分岐するかしないかにもかかわらず、前記光導出端から照射対象までの距離を調整することにより、照射対象での照明範囲と照度を調整することを特徴とする光源装置。
【００１６】
上述した第１集光レンズ群から離れたところに、或いは前記ダイクロイック反射面の射出側に少なくとも１枚のレンズを有する正屈折力の第２レンズ群を備え、前記ＬＥＤの接合部の周辺部分から発せられる光をファイバ束やガラスロッド等の光案内部材の光導入端に略垂直的に集光するように、前記第２レンズ群を配置し、前記光導入端の範囲と照度を調整することを特徴とする光源装置。
【発明の効果】
【００１７】
図1と図２は、あるＬＥＤメカーが公開したパワーＬＥＤの相対発光出力と接合部温度との関係を示している。接合部の温度が高くなると、ＬＥＤの出力が著しく下げってしまう。特に長い発光波長のＬＥＤにおいては、接合部の温度が１２０℃になると、２５℃時出力の僅か２０％に減少してしまう。ＬＥＤの接合部はチップの内部に内蔵され、接合部の温度を下げるために、チップ本体の温度を下げるのは大切である。チップ本体は小さくて、リッド線があり、本発明は、大表面積の放熱板を設けると同時に、パワーＬＥＤチップに熱伝導性を有する金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２を具備し、熱伝導要素１１と熱伝導要素１２がＬＥＤチップを挟んで、チップ本体と出来る限り大きい接触面積を設けられ、熱伝達断面積が大幅に拡大し、ＬＥＤのチップ本体と放熱板の温度差を有効的に抑えられ、ＬＥＤ接合部の温度も低くなる。ゆえにＬＥＤの発光効率が向上すると同時にＬＥＤの使用寿命も延長できる。
【００１８】
以下の条件を満たす第１集光レンズ群で、ＬＥＤから発せられる光を大量に集め、そして照明むらのない均一かつ略平行的に照明光をファイバの光導入端に入射させ、更にファイバから射出照明光があまり広げないため、照明光が小さい照射領域に集中し、効率良く照射対象を照明できる。特に小さい照射対象を照明する時に、高い照度を実現できる。照明領域の照度はＳｉｎ（α）の二乗に比例するので、大きいＳｉｎ（α）をとるなら、高照度が得られる。Ｓｉｎ（α）＜０．４なら、集光できる照明光が少なくなり、照明装置の出力も少なくなる。Ｓｉｎ（α）＞０．８５なら、第１集光レンズ群が複雑になり、球面収差が大きくなると同時に、製造コストも高くなる。Ｔａｉｒ／Ｔｃ＞０．５なら、第１集光レンズ群から射出された照明光が大きく広がり、光導入端に照明光を導入するに不都合である。
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
【００１９】
従来の同種のパワーＬＥＤ光源装置の第１集光レンズと第２集光レンズと光案内部材の光導出端に設けられた複数のボールレンズなどの光学要素の代わりに、本発明は大開口の第１集光レンズ群だけで、同じ機能をする。そして、照度が高く、照射対象のさい照明領域を照明でき、色むらのない均一な照明を提供できる。
【００２０】
複数の異なる発光波長の単色ＬＥＤからなる各ＬＥＤ光源から照射される各照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群を各ＬＥＤの照射面側に配置し、前記各第１集光レンズ群の射出側に、前記各単色ＬＥＤの各発光波長に対応してそれぞれのダイクロイック反射面を備え、前記各ＬＥＤと各第１集光レンズ群の各光軸を光案内部材の光軸に一致するように前記各ＬＥＤと各第１集光レンズ群と各ダイクロイック反射面を配置し、前記各ダイクロイック反射面から反射されるそれぞれの照明光を前記光案内部材の光導入端に集合させ、前記光案内部材に直接導入する。複数のＬＥＤから発せられる光を一箇所に集合させので、単体ＬＥＤと同じラクランジュ不変量で、照度むらと色むら無く、単体ＬＥＤの数倍出力が有する。ハロゲンランプと比べて、ＬＥＤ光源の出力が少ないという欠点を改善する。
【００２１】
上述した各異なる発光波長のＬＥＤに対応してそれぞれの電気駆動回路を備え、前記各電気駆動回路をそれぞれ独立的に定電流制御し、前記各異なる発光波長ＬＥＤの各照射光を集合した照明光の色調と波長分布と光度とを制御する。ハロゲンランプと比べて、色調と波長成分と出力を調整できる利点が有する。
【００２２】
上述した光案内部材の光導出端が更に分岐するかしないかにもかかわらず、前記光導出端から略平行な照明光が大きく広がらないため、照射対象との距離を調整することにより、照射対象での照明範囲と照度を調整出来る。
【００２３】
上述した第１集光レンズ群から離れたところに、或いは前記ダイクロイック反射面の射出側に少なくとも１枚のレンズを有する正屈折力の第２レンズ群を備え、前記ＬＥＤの接合部の周辺部分から発せられる光を再度略平行な光にし、略垂直的にファイバ束やガラスロッド等の光案内部材の光導入端に集光するように前記第２レンズ群を配置し、前記光導入端の範囲と照度を調整できる。より大きい照射対象を照明するときに便利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施例について図面に基いて説明する。 
【実施例１】
【００２５】
図３は、本発明にかかる光源装置の第１の実施の形態の概要を示す図面である。複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材ＦＢを介して光を供給するものであって、複数の異なる発光波長の単色ＬＥＤからなる各ＬＥＤ光源ＰＬから照射される各照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群２を各ＬＥＤの照射面側に配置し、前記各第１集光レンズ群２の射出側に、前記各単色ＬＥＤの各発光波長に対応してそれぞれのダイクロイック反射面３を備え、前記各ＬＥＤと各第１集光レンズ群２の各光軸を光案内部材ＦＢの光軸に一致するように前記各ＬＥＤチップ本体ＰＬと各第１集光レンズ群２と各ダイクロイック反射面３を配置し、前記各ダイクロイック反射面３１、３２、３ｎから反射されるそれぞれの照明光を前記光案内部材の光導入端ＰＰに集合させ前記光案内部材ＦＢに直接導入する。複数のＬＥＤから発せられる光を一箇所に集合させ、単体ＬＥＤのラクランジュ不変量と同じく、照度むらと色むら無く、単体ＬＥＤの数倍出力が有する照明装置である。
【００２６】
上述した各異なる発光波長のＬＥＤに対応してそれぞれの電気駆動回路を備え、前記各電気駆動回路をそれぞれ独立的に定電流制御し、前記各異なる発光波長ＬＥＤの各照射光を集合した照明光の色調と波長分布と光度とを制御する。ハロゲンランプと比べて、色調と波長成分と出力を調整できる利点が有する。
【００２７】
本発明は、大表面積の放熱板を設けると同時に、パワーＬＥＤチップに熱伝導性を有する金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２を具備し、ＬＥＤチップ本体ＰＬを挟んで、チップ本体と大量な接触面積を設けられる。熱伝達断面積が大幅に拡大し、ＬＥＤのチップ本体と放熱板の温度差を有効的に抑えられ、ＬＥＤ接合部の温度も低くなる。ゆえにＬＥＤの発光効率が向上すると同時にＬＥＤの使用寿命も延長できる。そして、前記金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２が前記ＬＥＤの光軸を前記第１集光レンズ群２の光軸に一致する機能も兼備する。
【００２８】
本実施例は、各第１集光レンズ２が正屈折力を有す、各単レンズ２１と各単レンズ２２から構成される。以下の条件を満たす第１集光レンズ群２で、ＬＥＤチップ本体ＰＬから発せられる光を大量に集め、そして照明むらのない均一かつ略平行的に照明光を光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに入射させ、更にファイバから射出照明光があまり広げないため、照明光が小さい照射領域に集中し、効率良く照射対象４を照明できる。特に小さい照射対象を照明する時に、高い照度を実現できる。照明領域の照度はＳｉｎ（α）の二乗に比例するので、大きいＳｉｎ（α）をとるなら、高照度が得られる。Ｓｉｎ（α）＜０．４なら、集光できる照明光が少なくなり、照明装置の出力も少なくなる。Ｓｉｎ（α）＞０．８５なら、第１集光レンズ群２が複雑となり、球面収差が大きくなると同時に、製造コストも高くなる。Ｔａｉｒ／Ｔｃ＞０．５なら、第１集光レンズ群から射出された照明光が大きく広がり、光導入端に照明光を導入するに不都合である。
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
【００２９】
図４は、従来の同種のパワーＬＥＤ光源装置の実施の形態の概要を示す図面である。従来の実施例では、ＬＥＤ光源用の第１集光レンズ２と第２集光レンズ５を狭い所に密に配置され、一体化された。コンパクト性という利点がある。一方、一体化された集光レンズがクリチカル照明方式でＬＥＤ光源ＰＬの接合部の発光体を光案内部材ＦＢなどの光導入端ＰＰに結像させ、光導入端ＰＰでの照度分布がＬＥＤ光源の発光体の輝度分布と同じとなる。ＬＥＤ光源の発光体に電極が付いてあり、輝度分布が均一ではないので、光導入端ＰＰの照明均一性が当然悪くなり、照度均一化手段を取る必要がある。そして、照明光が光導入端の周辺部分に入射面と垂直ではなく斜めに入射するので、照明光が光案内部材の光導出端から射出した時に、急激に広がる。小さい領域を照射するためにボールレンズＢＬなどの再度集光させる光学要素を設けなければならない。加えて光導出端が複数に分岐される時に、複数の光学要素とその支持体が必要となる。
【００３０】
従来の実施例では、複数のＬＥＤから発せられる光を集合させる場合には、各ＬＥＤ光源にそれぞれファイバＦＢＢ０を取り付けられ、各ファイバの他端部を一体に且つランダムに密に束ねて、光導出端とする。その結果、光源のラクランジュ（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ−Ｌａｇｒａｎｇｅ）の不変量（照明領域の大きさと照明光の広がり角のＳｉｎ値との積）は、単体ＬＥＤのラクランジュ不変量の数倍となり、小さい領域を照射する場合に不都合である。異なる色のＬＥＤの照明光を集合するなら、ファイバ１本当たりの色がそれぞれであるし、ファイバの光導出端の全範囲のスケールでも、完全に色むらのない均一な光になることが困難である。
【００３１】
図４に示している従来の同種のパワーＬＥＤ光源装置の第１集光レンズ２と第２集光レンズ５と光案内部材ＦＢの光導出端に設けられた複数のボールレンズＢＬなどの光学要素の代わりに、本発明は大開口の第１集光レンズ群２だけで、同じ役割を果たす。そして、照度が高く、照射対象のさい領域４を照明でき、色むらのない均一な照明である。
【実施例２】
【００３２】
図５は、本発明にかかる光源装置の第２の実施の形態の概要を示す図面である。複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、３個の異なる発光波長の単色ＬＥＤからなる３個ＬＥＤ光源ＰＬから照射される３個照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群２を３個ＬＥＤの照射面側に配置し、前記３個第１集光レンズ群２の射出側に、前記３個単色ＬＥＤの３個発光波長に対応してＸ型のダイクロイックプリズム３Ｘを備え、前記３個ＬＥＤと３個第１集光レンズ群２の３個光軸を光案内部材ＦＢの光軸に一致するように前記３個ＬＥＤチップ本体ＰＬと３個第１集光レンズ群２と２個ダイクロイック反射面３を配置し、前記２個ダイクロイック反射面３１、３２から反射されるそれぞれの照明光を前記光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに集合させ前記光案内部材ＦＢに直接導入する。３個のＬＥＤから発せられる光を一箇所に集合させ、単体ＬＥＤのラクランジュ不変量と同じく、照度むらと色むら無く、単体ＬＥＤの３倍出力が有する。
【００３３】
上述した３個異なる発光波長のＬＥＤに対応してそれぞれの電気駆動回路を備え、前記３個電気駆動回路をそれぞれ独立的に定電流制御し、前記３個ＬＥＤの異なる波長の３個照明光を集合した照明光の色調と波長分布と光度とを制御する。ハロゲンランプと比べて、色調と波長成分と出力を調整できる利点が有する。
【００３４】
本発明は、大表面積の放熱板を設けると同時に、パワーＬＥＤチップに熱伝導性を有する金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２を具備し、ＬＥＤチップ本体ＰＬを挟んで、チップ本体と大量な接触面積を設けられる。熱伝達断面積が大幅に拡大し、ＬＥＤのチップ本体と放熱板の温度差を有効的に抑えられ、ＬＥＤ接合部の温度も低くなる。ゆえにＬＥＤの発光効率が向上すると同時にＬＥＤの使用寿命も延長できる。そして、前記金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２が前記ＬＥＤの光軸を前記第１集光レンズ群２の光軸に一致する機能も兼備する。
【００３５】
本実施例は、３個第１集光レンズ２が正屈折力を有す、３個単レンズ２１と３個単レンズ２２から構成される。以下の条件を満たす第１集光レンズ群２で、ＬＥＤチップ本体ＰＬから発せられる光を大量に集め、そして照明むらのない均一かつ略平行的に照明光を光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに入射させ、更にファイバから射出照明光があまり広げないため、照明光が小さい照射領域に集中し、効率良く照射対象４を照明できる。特に小さい照射対象を照明する時に、高い照度を実現できる。照明領域の照度はＳｉｎ（α）の二乗に比例するので、大きいＳｉｎ（α）をとるなら、高照度が得られる。Ｓｉｎ（α）＜０．４なら、集光できる照明光が少なくなり、照明装置の出力も少なくなる。Ｓｉｎ（α）＞０．８５なら、第１集光レンズ群２が複雑となり、球面収差が大きくなると同時に、製造コストも高くなる。Ｔａｉｒ／Ｔｃ＞０．５なら、第１集光レンズ群から射出された照明光が大きく広がり、光導入端に照明光を導入するに不都合である。
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
【実施例３】
【００３６】
図６は、本発明にかかる光源装置の第３の実施の形態の概要を示す図面である。複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、３個の異なる発光波長の単色ＬＥＤからなる３個ＬＥＤ光源ＰＬから照射される３個照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群２を３個ＬＥＤの照射面側に配置し、前記３個第１集光レンズ群２の射出側に、前記３個単色ＬＥＤの３個発光波長に対応してＸ型配列したダイクロイックミラー３１、３２を備える。前記３個ＬＥＤと３個第１集光レンズ群２の３個光軸を光案内部材ＦＢの光軸に一致するように前記３個ＬＥＤチップ本体ＰＬと３個第１集光レンズ群２と２個ダイクロイック反射面３を配置し、前記２個ダイクロイック反射面３１、３２から反射されるそれぞれの照明光を前記光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに集合させ前記光案内部材ＦＢに導入する。３個のＬＥＤから発せられる光を一箇所に集合させ、単体ＬＥＤのラクランジュ不変量と同じく、照度むらと色むら無く、単体ＬＥＤの３倍出力が有する照明装置である。
【００３７】
上述した３個異なる発光波長のＬＥＤに対応してそれぞれの電気駆動回路を備え、前記３個電気駆動回路をそれぞれ独立的に定電流制御し、前記３個ＬＥＤの異なる波長の３個照明光を集合した照明光の色調と波長分布と光度とを制御する。ハロゲンランプと比べて、色調と波長成分と出力を調整できる利点が有する。
【００３８】
本発明は、大表面積の放熱板を設けると同時に、パワーＬＥＤチップに熱伝導性を有する金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２を具備し、ＬＥＤチップ本体ＰＬを挟んで、チップ本体と大量な接触面積を設けられる。熱伝達断面積が大幅に拡大し、ＬＥＤのチップ本体と放熱板の温度差を有効的に抑えられ、ＬＥＤ接合部の温度も低くなる。ゆえにＬＥＤの発光効率が向上すると同時にＬＥＤの使用寿命も延長できる。そして、前記金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２が前記ＬＥＤの光軸を前記第１集光レンズ群２の光軸に一致する機能も兼備する。
【００３９】
本実施例は、３個第１集光レンズ２が正屈折力を有す、３個単レンズ２１と３個単レンズ２２から構成される。以下の条件を満たす第１集光レンズ群２で、ＬＥＤチップ本体ＰＬから発せられる光を大量に集め、そして照明むらのない均一かつ略平行的に照明光を光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに入射させ、更にファイバから射出照明光があまり広げないため、照明光が小さい照射領域に集中し、効率良く照射対象４を照明できる。特に小さい照射対象を照明する時に、高い照度を実現できる。照明領域の照度はＳｉｎ（α）の二乗に比例するので、大きいＳｉｎ（α）をとるなら、高照度が得られる。Ｓｉｎ（α）＜０．４なら、集光できる照明光が少なくなり、照明装置の出力も少なくなる。Ｓｉｎ（α）＞０．８５なら、第１集光レンズ群２が複雑となり、球面収差が大きくなると同時に、製造コストも高くなる。Ｔａｉｒ／Ｔｃ＞０．５なら、第１集光レンズ群から射出された照明光が大きく広がり、光導入端に照明光を導入するに不都合である。
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
【実施例４】
【００４０】
図７は、本発明にかかる光源装置の第４の実施の形態の概要を示す図面である。複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、３個の異なる発光波長の単色ＬＥＤからなる３個ＬＥＤ光源ＰＬから照射される３個照射光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群２を３個ＬＥＤの照射面側に配置し、前記３個第１集光レンズ群２の射出側に、前記３個単色ＬＥＤの３個発光波長に対応して斜め配列したダイクロイックミラー３１、３２を備え、前記３個ＬＥＤと３個第１集光レンズ群２の３個光軸を光案内部材ＦＢの光軸に一致するように前記３個ＬＥＤチップ本体ＰＬと３個第１集光レンズ群２と各ダイクロイック反射面３を配置し、前記２個ダイクロイック反射面３１、３２から反射されるそれぞれの照明光を前記光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに集合させ前記光案内部材ＦＢに直接導入する。３個のＬＥＤから発せられる光を一箇所に集合させ、単体ＬＥＤのラクランジュ不変量と同じく、照度むらと色むら無く、単体ＬＥＤの３倍出力が有する照明装置である。
【００４１】
上述した３個異なる発光波長のＬＥＤに対応してそれぞれの電気駆動回路を備え、前記３個電気駆動回路をそれぞれ独立的に定電流制御し、前記３個ＬＥＤの異なる波長の３個照明光を集合した照明光の色調と波長分布と光度とを制御する。ハロゲンランプと比べて、色調と波長成分と出力を調整できる利点が有する。
【００４２】
本発明は、大表面積の放熱板を設けると同時に、パワーＬＥＤチップに熱伝導性を有する金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２を具備し、ＬＥＤチップ本体ＰＬを挟んで、チップ本体と大量な接触面積を設けられる。熱伝達断面積が大幅に拡大し、ＬＥＤのチップ本体と放熱板の温度差を有効的に抑えられ、ＬＥＤ接合部の温度も低くなる。ゆえにＬＥＤの発光効率が向上すると同時にＬＥＤの使用寿命も延長できる。そして、前記金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２が前記ＬＥＤの光軸を前記第１集光レンズ群２の光軸に一致する機能も兼備する。
【００４３】
本実施例は、３個第１集光レンズ２が正屈折力を有す、３個単レンズ２１と３個単レンズ２２から構成される。以下の条件を満たす第１集光レンズ群２で、ＬＥＤチップ本体ＰＬから発せられる光を大量に集め、そして照明むらのない均一かつ略平行的に照明光を光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに入射させ、更にファイバから射出照明光があまり広げないため、照明光が小さい照射領域に集中し、効率良く照射対象４を照明できる。特に小さい照射対象を照明する時に、高い照度を実現できる。照明領域の照度はＳｉｎ（α）の二乗に比例するので、大きいＳｉｎ（α）をとるなら、高照度が得られる。Ｓｉｎ（α）＜０．４なら、集光できる照明光が少なくなり、照明装置の出力も少なくなる。Ｓｉｎ（α）＞０．８５なら、第１集光レンズ群２が複雑となり、球面収差が大きくなると同時に、製造コストも高くなる。Ｔａｉｒ／Ｔｃ＞０．５なら、第１集光レンズ群から射出された照明光が大きく広がり、光導入端に照明光を導入するに不都合である。
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
【実施例５】
【００４４】
図８は、本発明にかかる光源装置の第５の実施の形態の概要を示す図面である。複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、単体ＬＥＤからなるＬＥＤ光源ＰＬから照射される光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群２を単体ＬＥＤの照射面側に配置し、前記略平行な光を前記光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに集合させ前記光案内部材ＦＢに直接導入する。
本発明は、大表面積の放熱板を設けると同時に、パワーＬＥＤチップに熱伝導性を有する金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２を具備し、ＬＥＤチップ本体ＰＬを挟んで、チップ本体と大量な接触面積を設けられる。熱伝達断面積が大幅に拡大し、ＬＥＤのチップ本体と放熱板の温度差を有効的に抑えられ、ＬＥＤ接合部の温度も低くなる。ゆえにＬＥＤの発光効率が向上すると同時にＬＥＤの使用寿命も延長できる。そして、前記金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２が前記ＬＥＤの光軸を前記第１集光レンズ群２の光軸に一致する機能も兼備する。
【００４５】
本実施例は、第１集光レンズ２が正屈折力を有す、単レンズ２１と単レンズ２２から構成される。以下の条件を満たす第１集光レンズ群２で、ＬＥＤチップ本体ＰＬから発せられる光を大量に集め、そして照明むらのない均一かつ略平行的に照明光を光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに入射させ、更にファイバから射出照明光があまり広げないため、照明光が小さい照射領域に集中し、効率良く照射対象４を照明できる。特に小さい照射対象を照明する時に、高い照度を実現できる。照明領域の照度はＳｉｎ（α）の二乗に比例するので、大きいＳｉｎ（α）をとるなら、高照度が得られる。Ｓｉｎ（α）＜０．４なら、集光できる照明光が少なくなり、照明装置の出力も少なくなる。Ｓｉｎ（α）＞０．８５なら、第１集光レンズ群２が複雑となり、球面収差が大きくなると同時に、製造コストも高くなる。Ｔａｉｒ／Ｔｃ＞０．５なら、第１集光レンズ群から射出された照明光が大きく広がり、光導入端に照明光を導入するに不都合である。
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
【実施例６】
【００４６】
図９は、本発明にかかる光源装置の第６の実施の形態の概要を示す図面である。複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材を介して光を供給するものであって、単体ＬＥＤからなるＬＥＤ光源ＰＬから照射される光を略平行な光にする光源用第１集光レンズ群２を単体ＬＥＤの照射面側に配置する。前記第１集光レンズ群から離れたところに、或いは前記ダイクロイック反射面の射出面側に少なくとも１枚のレンズを有する正屈折力の第２レンズ群５を備え、前記ＬＥＤの接合部の中心のみならず周辺部分から発せられる光も、再度略平行な光をし、前記光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに集光するように前記第２レンズ群５を配置し、前記光導入端ＰＰの範囲と照度を調整できる光源装置。
【００４７】
本発明は、大表面積の放熱板を設けると同時に、パワーＬＥＤチップに熱伝導性を有する金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２を具備し、ＬＥＤチップ本体ＰＬを挟んで、チップ本体と大量な接触面積を設けられる。熱伝達断面積が大幅に拡大し、ＬＥＤのチップ本体と放熱板の温度差を有効的に抑えられ、ＬＥＤ接合部の温度も低くなる。ゆえにＬＥＤの発光効率が向上すると同時にＬＥＤの使用寿命も延長できる。そして、前記金属製の熱伝導要素１１と熱伝導要素１２が前記ＬＥＤの光軸を前記第１集光レンズ群２の光軸に一致する機能も兼備する。
【００４８】
本実施例は、第１集光レンズ２が正屈折力を有す、単レンズ２１と単レンズ２２から構成される。以下の条件を満たす第１集光レンズ群２で、ＬＥＤチップ本体ＰＬから発せられる光を大量に集め、そして照明むらのない均一かつ略平行的に照明光を光案内部材ＦＢの光導入端ＰＰに入射させ、更にファイバから射出照明光があまり広げないため、照明光が小さい照射領域に集中し、効率良く照射対象４を照明できる。特に小さい照射対象を照明する時に、高い照度を実現できる。照明領域の照度はＳｉｎ（α）の二乗に比例するので、大きいＳｉｎ（α）をとるなら、高照度が得られる。Ｓｉｎ（α）＜０．４なら、集光できる照明光が少なくなり、照明装置の出力も少なくなる。Ｓｉｎ（α）＞０．８５なら、第１集光レンズ群２が複雑となり、球面収差が大きくなると同時に、製造コストも高くなる。Ｔａｉｒ／Ｔｃ＞０．５なら、第１集光レンズ群から射出された照明光が大きく広がり、光導入端に照明光を導入するに不都合である。
０．４＜Ｓｉｎ（α）＜０．８５ （１）
Ｔａｉｒ／Ｔｃ＜０．５ （２）
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、観察、検査、測定に用いられる光を供給する光源装置に関するものであり、照明光の色調と波長分布と光度とを制御する必要がある場合に、幅広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】パワーＬＥＤ相対発光出力と接合部温度との関係１
【図２】パワーＬＥＤ相対発光出力と接合部温度との関係２
【図３】実施例１の平行に配列したダイクロイックミラータイプの光源装置の構成
【図４】従来の同種の光源装置の構成
【図５】実施例２のＸ型ダイクロイックプリズムタイプの光源装置の構成
【図６】実施例３のＸ型ダイクロイックミラータイプの光源装置の構成
【図７】実施例４の斜め配列のダイクロイックミラータイプの光源装置の構成
【図８】実施例５の単体パワーＬＥＤタイプの光源装置の構成
【図９】実施例６の光案内部材料の光導入端の範囲を調整できるタイプの光源装置の構成
【符号の説明】
【００５１】
ＰＬ：全部のパワーＬＥＤ
ＰＬ０、ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬｎ：各パワーＬＥＤ
１１：第１熱伝達要素
１２：第２熱伝達要素
２：第１集光レンズ群
２１、２２：第１集光レンズ群の単レンズ
３：全部のダイクロイック反射面
３Ｘ：Ｘ型のダイクロイックプリズム
３１、３２、３ｎ：各異なる発光波長のＬＥＤに対応するダイクロイック反射面
４：照射対象の照明領域
５：第２集光レンズ群
ＰＰ：光案内部材の光導入端
ＦＢ：複数の光ファイバを束ねてなる光ファイバ束やガラスロッド等の光案内部材
ＦＦＢ、ＦＢＢ０：分岐ファイバ
ＢＬ：ボールレンズ
【図１】
2006139044.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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