(57)【要約】【課題】外観や強度を損ねることなく、高い放熱性を備えた照明装置、顕微鏡装置、および工業用内視鏡を提供する。【解決手段】本発明の透過用照明光源ユニット１０７は、光を照射し、発熱する光源１０７ａと、高い熱伝導性を有する材料から形成され、外周が壁状をなす光源１０７ａを固定する固定枠１０７ｃと、固定枠１０７ｃ内の光源１０７ａ周辺に、高さの違う位置に配置された少なくとも２つの通風口１２０ａ、１２０ｂを有し、通風口１２０ｂから通風口１２０ａへ空気の循環が可能な微細構造をなす放熱構造部１２０と、を有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光し、発熱する光源と、
高い熱伝導性を有する材料から形成され、外周が壁状をなす前記光源を固定する固定枠と、
前記固定枠内の前記光源周辺に、高さの違う位置に配置された少なくとも２つの通風口を有し、１つの通風口から他の通風口へ空気の循環が可能な微細構造をなす放熱構造部と、
を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記放熱構造部は、内部が三次元格子構造をなすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記固定枠と前記放熱構造部は、一体に成形されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記通風口は、前記照明装置を載置した際に底面側と上面側にそれぞれ配置され、前記放熱構造部は底面側から上面側まで連続的に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の照明装置。
【請求項５】
上面側に配置される通風口の面積は、底面側に配置される通風口の面積よりも小さく、前記放熱構造部は上面側に向かって水平方向の断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記通風口は、前記照明装置を載置した際に側面側と上面側にそれぞれ配置され、前記放熱構造部は側面側から上面側まで連続的に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の照明装置。
【請求項７】
使用の際に、前記光源の光軸方向が鉛直方向であって、
前記通風口は、前記照明装置を使用する際に底面側と上面側にそれぞれ配置され、前記放熱構造部は、前記光源の全周にわたって底面側から上面側まで連続的に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の照明装置。
【請求項８】
前記固定枠内の前記放熱構造部の外周側に、断熱部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の照明装置を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の照明装置を備えたことを特徴とする工業用内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性に優れる照明装置、顕微鏡装置、および工業用内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に光源を有する照明装置において、光源が発光する際発熱し、発生した熱が照明装置の枠部材にも伝熱する。安全性や、照明装置の性能保持の観点から、照明装置の放熱を考慮する必要があり、高い熱伝導性を有する材料から形成されるヒートシンクを照明装置の外周部に配置して、発生した熱を放熱している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３１１０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒートシンクは、フィン形状により表面積を増加することにより、放熱効果を高めているが、ヒートシンクを外部に配置せざるを得ない場合は、安全性の観点から、ヒートシンクのフィン部分の保持が難しく、デザイン性も低下してしまう。また、外部からの衝撃によりフィン部分が破損するおそれがあるとともに、共振による機械的強度の低下という問題も有している。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外観や強度を損ねることなく、高い放熱性を備えた照明装置、顕微鏡装置、および工業用内視鏡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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、光を発光し、発熱する光源と、高い熱伝導性を有する材料から形成され、外周が壁状をなす前記光源を固定する固定枠と、前記固定枠内の前記光源周辺に、高さの違う位置に配置された少なくとも２つの通風口を有し、１つの通風口から他の通風口へ空気の循環が可能な微細構造をなす放熱構造部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の照明装置は、上記発明において、前記放熱構造部は、内部が三次元格子構造をなすことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の照明装置は、上記発明において、前記固定枠と前記放熱構造部は、一体に成形されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の照明装置は、上記発明において、前記通風口は、前記照明装置を載置した際に底面側と上面側にそれぞれ配置され、前記放熱構造部は底面側から上面側まで連続的に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の照明装置は、上記発明において、上面側に配置される通風口の面積は、底面側に配置される通風口の面積よりも小さく、前記放熱構造部は上面側に向かって水平方向の断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の照明装置は、上記発明において、前記通風口は、前記照明装置を載置した際に側面側と上面側にそれぞれ配置され、前記放熱構造部は側面側から上面側まで連続的に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の照明装置は、上記発明において、使用の際に、前記光源の光軸方向が鉛直方向であって、前記通風口は、前記照明装置を使用する際に底面側と上面側にそれぞれ配置され、前記放熱構造部は、前記光源の全周にわたって底面側から上面側まで連続的に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の照明装置は、上記発明において、前記固定枠内の前記放熱構造部の外周側に、断熱部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の顕微鏡装置は、上記に記載の照明装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の工業用内視鏡は、上記に記載の照明装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、外観や強度に優れ、放熱性の高い照明装置、顕微鏡装置、および工業用内視鏡を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１の顕微鏡装置で使用する透過照明用光源ユニットの（ａ）上面図、（ｂ）光軸を含む水平面での断面図、（ｃ）光軸を含む鉛直面での断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１の変形例に係る透過照明用光源ユニットの（ａ）光軸を含む断面図、（ｂ）上面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る透過照明用光源ユニットの（ａ）上面図、（ｂ）光軸を含む水平面での断面図、（ｃ）光軸を含む鉛直面での断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３に係る透過照明用光源ユニットの（ａ）上面図、（ｂ）光軸を含む水平面での断面図、（ｃ）光軸を含む鉛直面での断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４に係る透過照明用光源ユニットの（ａ）上面図、（ｂ）光軸を含む水平面での断面図、（ｃ）光軸を含む鉛直面での断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態５に係る透過照明用光源ユニットの斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態６に係る工業用内視鏡の（ａ）上面図、（ｂ）光軸を含む断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を図面とともに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は、各図で例示された形状、大きさおよび位置関係のみに限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る顕微鏡装置１の概略構成を示す模式図である。図１に示す顕微鏡装置１は、机上に載置されたフレーム部１０１と、標本ＳＰが載置されるステージ１０２と、ステージ１０２を垂直方向（上下方向）へ移動可能に保持する保持台１０３と、フレーム部１０１の内部に設けられた図示しないラックやピニオン等の機構を介して保持台１０３と接続され、保持台１０３を介してステージ１０２を垂直方向へ移動させる回転焦準部１０４と、フレーム部１０１に設けられ、標本ＳＰ上に配置する互いに倍率が異なる複数の対物レンズ１０５を選択的に光軸Ｌ上に配置するレボルバ１０６と、フレーム部１０１に対して着脱可能に取り付けられ、標本ＳＰを照射する照明光を投射する光源１０７ａと、照明光を標本ＳＰに導光するコレクタレンズ１０７ｂと、を有する透過照明用光源ユニット１０７と、光源部１０７ａから照射された照明光をコレクタレンズ１０７ｂによって平行光に変換し、この平行光に変換された照明光を標本ＳＰに向けて反射するミラー１０８と、ミラー１０８から反射された照明光を標本ＳＰに照射するコンデンサレンズ１０９と、標本ＳＰを照射する照明光を投射する光源１１５ａと、照明光を標本ＳＰに導光するコレクタレンズ１１５ｂと、を有する落射照明用光源ユニット１１５と、落射照明の光量を調整するＮＤフィルタ１１７と、ミラーユニット１１８と、フレーム部１０１のアーム部１１０の上面に固定され、対物レンズ１０５を介して入射された標本ＳＰの観察像をミラー１１１ａに反射し、内部に設けられた図示しない結像レンズ等によって結像する鏡筒１１１と、鏡筒１１１に取り付けられ、接眼レンズ１１２、またはカメラ１１４によって標本ＳＰの観察像を拡大して観察する双眼部１１３と、を備える。本実施の形態１では、落射照明の光量の調整にＮＤフィルタ１１７が使用されているが、シャッタ等を使用することもできる。本実施の形態１において、透過照明用光源ユニット１０７、または落射照明用光源ユニット１１５が照明装置として機能する。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１の顕微鏡装置１で使用する透過照明用光源ユニット１０７の（ａ）上面図、（ｂ）光軸を含む水平面での断面図、（ｃ）光軸を含む鉛直面での断面図である。
【００２１】
透過照明用光源ユニット１０７は、光を発光し、発熱する光源１０７ａと、高い熱伝導性を有する材料から形成され、外周が壁状をなす光源１０７ａを固定する固定枠１０７ｃと、固定枠１０７ｃ内の光源１０７ａ周辺に、高さの違う位置に配置された通風口１２０ａ、１２０ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂをそれぞれ有し（１２１ｂ、１２２ｂは図示されない）、通風口１２０ａと通風口１２０ｂ、通風口１２１ａと通風口１２１ｂ、通風口１２２ａと通風口１２２ｂとの間で空気の循環が可能な微細構造をなす放熱構造部１２０、１２１、１２２と、を有している。
【００２２】
光源１０７ａは、ＬＥＤ素子やハロゲンランプを使用することができる。
【００２３】
固定枠１０７ｃは、アルミニウム等の高熱伝導率の材料から形成され、放熱構造部１２０、１２１、１２２と一体に成形されている。固定枠１０７ｃは、外形が矩形柱状をなし、顕微鏡装置１に取り付けられた際に、載置面となる底面側に通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂ、底面と対向する上面側に通風口１２０ａ、１２１ａ、１２２ａがそれぞれ配置されている。放熱構造部１２０は、通風口１２０ａと１２０ｂとをつないで底面側から上面側まで連続的に形成されている。放熱構造部１２１は、通風口１２１ａと１２１ｂとをつないで底面側から上面側まで連続的に形成されている。放熱構造部１２２は、通風口１２２ａと１２２ｂとをつないで底面側から上面側まで連続的に形成されている。
【００２４】
放熱構造部１２０、１２１、１２２は、内部を通過する空気との接触面積が大きければよく、オープンセル構造等の三次元格子構造が好ましい。放熱構造部１２０、１２１、１２２は、３Ｄプリンタを使用し、固定枠１０７ｃとともに、積層造形加工により作製することができる。放熱構造部１２０、１２１、１２２は、固定枠１０７ｃと同様に、アルミニウム等の高熱伝導率の材料から形成されることが好ましい。
【００２５】
光源１０７ａの電源を入力し、照明光を照射すると、発熱し、固定枠１０７ｃに伝熱し、放熱構造部１２０、１２１、１２２の内部の空気が温められる。温められた空気は、密度が低くなるため上面側の通風口１２０ａ、１２１ａ、１２２ａから流出し、底面側の通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂから周囲の冷たい空気が放熱構造部１２０、１２１、１２２内に引き込まれる空気の対流が発生する。このような煙突効果により放熱構造部１２０、１２１、１２２内に冷たい空気が引き込まれ、微細構造を有する放熱構造部１２０、１２１、１２２と熱交換することにより、透過照明用光源ユニット１０７の固定枠１０７ｃの温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００２６】
実施の形態１の透過照明用光源ユニット１０７は、固定枠１０７ｃの外周は壁状をなし、フィン形状が外観に現れないため、デザイン性を損なうことなく、安全性やハンドリング性に優れる。また、放熱構造部１２０、１２１、１２２は三次元格子構造等の微細構造をなすため、放熱効果に優れるとともに、放熱構造部１２０、１２１、１２２の周囲が固定枠１０７ｃの壁部であるため、強度に優れ、振動し難い構造体となる。
【００２７】
また、実施の形態１の透過照明用光源ユニット１０７では、放熱構造部１２０、１２１、１２２を光源１０７ａの周囲に独立して形成しているが、放熱構造部１２０、１２１、１２２を繋げて一体化してもよい。
【００２８】
さらに、実施の形態１の透過照明用光源ユニット１０７は、光源１０７ａから照射される光の光軸Ｌは水平方向になるように載置されて使用するが、照射する光の光軸Ｌが鉛直方向である照明装置であってもよい。図３は、本発明の実施の形態１の変形例に係る透過照明用光源ユニット１０７Ａの（ａ）光軸を含む断面図、（ｂ）上面図である。
【００２９】
透過照明用光源ユニット１０７Ａは、円柱形状をなし、外周が壁状をなす固定枠１０７ｃと、固定枠１０７ｃ内の光源１０７ａの周囲を囲むように円筒状に微細構造が形成される放熱構造部１２０Ａを有している。
【００３０】
透過照明用光源ユニット１０７Ａでは、底面側に通風口１２０ｂ、上面側に通風口１２０ａが配置され、放熱構造部１２０Ａは、通風口１２０ａと１２０ｂとをつないで底面側から上面側まで連続的に形成されている。
【００３１】
実施の形態１と同様に、光源１０７ａから固定枠１０７ｃに伝熱されると、放熱構造部１２０Ａ内部の空気が温められ、温められた空気は上面側の通風口１２０ａから流出し、冷たい空気が底面側の通風口１２０ｂから放熱構造部１２０Ａ内に引き込まれて、空気の対流が発生する。この空気の対流により、微細構造を有する放熱構造部１２０Ａから放熱されて、透過照明用光源ユニット１０７Ａの固定枠１０７ｃの温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００３２】
（実施の形態２）
実施の形態１では、放熱構造部１２０等は、角柱状に形成されているが、実施の形態２では、放熱構造部１２０Ｂ、１２１Ｂ、１２２Ｂは、上面側の水平方向の断面積が徐々に小さくなるテーパ形状をなしている。図４は、本発明の実施の形態２に係る透過照明用光源ユニット１０７Ｂの（ａ）上面図、（ｂ）光軸Ｌを含む水平面での断面図、（ｃ）光軸Ｌを含む鉛直面での断面図である。
【００３３】
図４に示すように、透過照明用光源ユニット１０７Ｂの放熱構造部１２０Ｂ、１２１Ｂ、１２２Ｂは、上面側の通風口１２０ａ、１２１ａ、１２２ａの面積は、底面側の通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂの面積より（１２１ｂ、１２２ｂは図示されない）小さく、上面側の水平方向の断面積が徐々に小さくなるテーパ形状をなしている。
【００３４】
一般に、管を流れる流体の流量Ｑと、流速Ｖと管の断面積Ａとの関係は下記式（１）の関係となる。
Ｑ＝Ａ×Ｖ  ・・・（１）
【００３５】
一般式（１）より、流量Ｑが一定であれば、管の断面積Ａが小さくなるほど流速Ｖが大きくなるため、底面側の通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂから放熱構造部１２０Ｂ、１２１Ｂ、１２２Ｂに流入した空気は、上面側の通風口１２０ａ、１２１ａ、１２２ａから流出するまでに流速Ｖが大きくなり、放熱効果が向上する。
【００３６】
実施の形態２では、放熱構造部１２０Ｂ、１２１Ｂ、１２２Ｂの構造を、上面側が小さい直線的なテーパ形状としているが、これに限定するものではない。放熱効果の向上のためには、底面側から上面側にわたり縮径するような形状であればよく、テーパ形状の途中に縮径しない部分があってもよい。
【００３７】
（実施の形態３）
実施の形態１では、通風口１２０ａ、１２０ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂは固定枠１０７ｃの上面側と底面側に配置されているが、実施の形態３では、放熱構造部１２０Ｄ、１２１Ｄ、１２２Ｄの通風口１２０ａ、１２０ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ（１２１ｂ、１２２ｂは図示されない）は、固定枠１０７ｃの上面側と側面側に配置されている。図５は、本発明の実施の形態３に係る透過照明用光源ユニット１０７Ｄの（ａ）上面図、（ｂ）光軸Ｌを含む水平面での断面図、（ｃ）光軸Ｌを含む鉛直面での断面図である。
【００３８】
図５に示すように、放熱構造部１２０Ｄ、１２１Ｄ、１２２Ｄの通風口１２０ａ、１２１ａ、１２２ａは、固定枠１０７ｃの上面側に配置され、通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂ（１２１ｂ、１２２ｂは図示されない）は、固定枠１０７ｃの側面側に形成されている。
【００３９】
実施の形態３では、上面側の通風口１２０ａ、１２１ａ、１２２ａと、側面側の通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂは、高さの違う位置に配置されているため、光源１０７ａから伝熱された熱により温められた空気は、上面側の通風口１２０ａ、１２１ａ、１２２ａから流出し、冷たい空気が側面側の通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂから放熱構造部１２０Ｄ、１２１Ｄ、１２２Ｄ内に引き込まれて、空気の対流が発生し、透過照明用光源ユニット１０７Ｄの固定枠１０７ｃの温度上昇を効果的に抑制することができる。また、通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂが側面側に配置されるため、透過照明用光源ユニット１０７Ｄが床に載置される場合でも、通風口１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂに空気が流入しやすくなる。
【００４０】
（実施の形態４）
実施の形態４では、固定枠１０７ｃ内に断熱部を有している。図６は、本発明の実施の形態４に係る透過照明用光源ユニット１０７Ｅの（ａ）上面図、（ｂ）光軸Ｌを含む水平面での断面図、（ｃ）光軸Ｌを含む鉛直面での断面図である。
【００４１】
図６に示すように、透過照明用光源ユニット１０７Ｅは、固定枠１０７ｃ内であって放熱構造部１２０Ｅ、１２１Ｅ、１２２Ｅの外周側に、断熱部１２３を有する。断熱部１２３は、空気層を有する空洞である。あるいは、断熱部１２３に密閉可能な蓋部を形成し、内部に発泡材系の断熱材を充填してもよい。
【００４２】
実施の形態４では、放熱構造部１２０Ｅ、１２１Ｅ、１２２Ｅの外周側に断熱部１２３を有するため、固定枠１０７ｃの壁部の温度上昇をさらに抑制することができる。
【００４３】
（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５に係る透過照明用光源ユニット１０７Ｆの斜視図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す放熱構造部１２０Ｆの一部拡大図である。
【００４４】
透過照明用光源ユニット１０７Ｆは、光源１０７ａと、コレクタレンズ１０７ｂと、を内部に収容するランプハウス１０と、放熱構造体２０と、を備えている。
【００４５】
放熱構造体２０は、複数の微細な空洞部３０からなる放熱構造部１２０Ｆを有する。空洞部３０は、上面側の通風口１２０ａと図示しない下面側の通風口１２０ｂとが連通しているとともに、隣接する空洞部３０の壁部が格子構造をなすことにより連通している。
【００４６】
実施の形態５では、ランプハウス１０の背面に複数の微細な空洞部３０からなる放熱構造部１２０Ｆを有する放熱構造体２０を接続することにより、放熱効果に優れるとともに、安全性、およびハンドリング性が高く、強度的にも優れる。
【００４７】
（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６に係る工業用内視鏡１０の（ａ）上面図、（ｂ）光軸を含む断面図である。
【００４８】
工業用内視鏡１０は、発光素子２０１と、ライトガイド２０２と、発光素子固定枠２０３と、挿入部２０４と、挿入部２０４の基端側の湾曲部の曲げ方向等を操作する操作部２０５と、グリップ部２０６と、を備える。
【００４９】
発光素子２０１は、発光素子固定枠２０３の基端側に固定され、発光素子固定枠２０３の内部の空洞部２０８から挿入部２０４の先端部まで配置されたライトガイド２０２によって、挿入部２０４の先端部に光が導光される。
【００５０】
発光素子固定枠２０３の空洞部２０８の周囲には、三次元格子構造等の微細構造をなす放熱構造部２０７が形成されている。放熱構造部２０７は、先端側の通風口２０７ａと基端側の通風口２０７ｂとをつないで先端側から基端側まで連続的に形成されている。発光素子固定枠２０３は先端側が小さく基端側が大きい円錐台形状をなし、放熱構造部２０７の外周形状および内周形状も発光素子固定枠２０３と同様に円錐台形状をなしている。放熱構造部２０７の外形を円錐台形状とすることにより、通風口２０７ａと２０７ｂの位置が異なることとなり、放熱構造部２０７内で空気の対流が発生し、発光素子２０１が固定されている発光素子固定枠２０３の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００５１】
実施の形態５では、工業用内視鏡１０の使用時の姿勢にかかわらず、高い放熱性を有するとともに、外観や強度に優れる工業用内視鏡１０を提供することができる。なお、同様の構造を有する医療用内視鏡にも本実施の形態を適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  顕微鏡装置
１０１  フレーム部
１０２  ステージ
１０３  保持台
１０４  回転焦準部
１０５  対物レンズ
１０６  レボルバ
１０７  透過照明用光源ユニット
１０７ａ、１１５ａ  光源
１０７ｂ、１１５ｂ  コレクタレンズ
１０７ｃ  固定枠
１０８  ミラー
１０９  コンデンサレンズ
１１０  アーム部
１１１  鏡筒
１１２  接眼レンズ
１１３  双眼部
１１５  落射照明用光源ユニット
１１７  ＮＤフィルタ
１１８  ミラーユニット
１２０、１２１、１２２  放熱構造部
１２０ａ、１２０ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ  通風口
Ｌ  光路
ＳＰ  標本
【図１】
2019003117.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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