(57)【要約】【課題】光学顕微鏡、ＣＣＤカメラ等の光学機器照明用で、機器の外部から嵌装自在のコンパクトな光源装置を提供すること。【解決手段】多数のＬＥＤ（１ａ）からなる発光素子群（１）を環状に配置するとともに、該発光素子群（１）を構成する各発光素子（１ａ）に、光ファイバ素線群を構成する各素線（３ａ）の一方の端面（３ｂ）を対向・設置し、なお且つ該素線（３ａ）間は非結束状態にあって多分岐入射部を形成し、他方の端面（３ｃ）には環状に結束された出射部を形成する。【選択図】　図１
2004039285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子群（ＬＥＤ群）からなる光源、および該光源からの光を一方の端面から入射させ、他方の端面から出射するための、光ファイバ素線群からなるライトガイドを含み、そして、以下の要件ａ〜ｄを具備することを特徴とする光源装置。
ａ．該発光素子群は環状に配置されていること；
ｂ．該発光素子群を構成する各発光素子に、光ファイバ素線群を構成する各素線の一方の端面が対向・設置され且つ該素線間は非結束状態にあって多分岐入射部を形成していること；
ｃ．該光ファイバ素線群の他方の端面は環状に結束された出射部を形成していること；
および
ｄ．該環状出射部の内部環状空間は、該環状に配置された発光素子群に向かって延在していること。
【請求項２】
該光ファイバ素線が０．５以上の開口数を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
該光ファイバ素線の入射端面が対向する各発光素子の位置に応じた傾斜面を形成している請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
該発光素子の内部に受光部が設けられ且つ該受光部が該素子の光量を制御する光量制御部に連結されている請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
該光源装置が、光学顕微鏡装置に外部から嵌装する一体取付型である請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子群（ＬＥＤ群）と光ファイバ素線を束ねたライトガイドを含む光源装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、特に光学顕微鏡用、ＣＣＤカメラ等の光学機器照明用、さらには画像照明用の光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学顕微鏡等の光学機器（以下、単に“機器”と称することがある）においては、照射部を撮像するために、照射部の中央部分にＣＣＤカメラ等の撮像機器が取付けられているものが多い。このため、被射体を照射するための光源は、照射部の中央部分に設けられたＣＣＤカメラを避けて配置する必要がある。
この要求に応えるため、発光素子群を機器内にリング状に配置してなる光源を内蔵させることが提案されている。（特開２００１−１５４１０３号公報参照）
しかし、この提案では、元々機器自体がコンパクトな設計のため、機器内には光源を内蔵する十分なスペースが無く、したがって十分な光量を得ることができないという光量不足の問題、さらには光源を内蔵させる分だけ機器の寸法が大きくなり、本来のコンパクトな設計から外れてしまうという問題もある。この問題に対処するには、該発光素子群に接続した光ファイバからなるライトガイドを、機器から離れた位置に別体物として配置することも考えられる。しかし、この場合は被射体に対して直下照射でなく斜め照射になるので、照度ムラが生じる。
以上のことから、内蔵型や別体型でなく、機器に外部から直接取付が可能な一体型で、照度ムラを惹起することなく十分な光量を得ることができるコンパクトな光源装置が待ち望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、上記の問題点を解消し、機器の外部から嵌装自在のコンパクトな光源装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、環状に配置した発光素子群に、光ファイバ素線群の一方の端面を対向させ且つ該素線群の端方の端面をリング状に結束した出射面として、少なくともライトガイトの該素線群で構成されるライトガイドの長手方向に内部空間を設けることにより、機器の外部から嵌装自在のコンパクトな光源装置を提供するに至った。
【０００５】
かくして、本発明によれば、発光素子群からなる光源、および該光源からの光を一方の端面から入射させ、他方の端面から出射するための、光ファイバ素線群からなるライトガイドを含み、そして、以下の要件ａ〜ｄを具備することを特徴とする光源装置が提供される。
ａ．該発光素子群は環状に配置されていること；
ｂ．該発光素子群を構成する各発光素子に、光ファイバ素線群を構成する各素線の一方の端面が対向・設置され且つ該素線間は非結束状態にあって多分岐入射部を形成していること；
ｃ．該光ファイバ素線群の他方の端面は環状に結束された出射部を形成していること；
および
ｄ．該環状出射部の内部環状空間は、該環状に配置された発光素子群に向かって延在していること。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光源装置を、光学顕微鏡に取付けた例について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の光源装置の一例を示す側面図である。
図２は、図１における発光素子群の配列状態を示す平面図である。
図３は、図１における光ファイバ素線群の配列状態を示す平面図である。
図４は、図１の部分拡大図である。
図５は、本発明の光源装置の好ましい態様を示す側面図である。
図６は、本発明の光源装置を光学顕微鏡の鏡筒部に取付けた例を示す正面図である。
図１〜図６において、（１）は発光素子群（以下、“ＬＥＤ群”と称する）、（１ａ）は該発光素子群（１）を構成する個々の発光素子（以下、“ＬＥＤ“と称する）、（２）は該ＬＥＤ群（１）をリング状に配置するための取付基板、（３）は光ファイバ素線群（以下、”素線群“と称する）からなるライトガイド、（３ａ）は該素線群を構成する個々の光ファイバ素線（以下、”素線“と称する）あるいはその複数本からなる束、（３ｂ）は各素子（１ａ）に対向する素線（３ａ）の端面、（３ｃ）はライトガイド（３）の終端に形成されたリング状出射端、（４）は素線（３ａ）をＬＥＤ（１ａ）に対向させるための取付板、（５）は該リング状出射端（３ｂ）の手前で素線群をリング状に再配置させるための固定具である。
ここで、該ＬＥＤ群（１）は、図２に示すように、ＬＥＤ取付基板（２）にリング状に配置されている。そして、各ＬＥＤ（１ａ）には、取付板（４）を介して配置された素線群（１）の各素線（３ａ）の端面（３ｂ）が対向・設置されている。この取付板（４）には、個々の素線（３ａ）の挿通孔が環状に穿設されており、したがって、各素線（３ａ）は互いに分離し非結束状態で各発光素子（１ａ）に対向していることから、ここでは、一種の多分岐入射部が形成されている。他方、前記のライトガイド（３）の終端は、個々の素線（３ａ）が融着および／または接着剤などで互いに結束され、単一のリング状出射端（３ｃ）を形成している。この状態は、図２のそれと同じであり、内部にリング状空間を有する。このようなリング状出射部（３ｃ）を形成するには、該出射端（３ｃ）の手前（上流）に、前記の素線取付板（４）と同様に挿通孔が環状に穿設された固定具（５）を利用すればよい。そして、前記の結束状態は、少なくとも固定具（５）の近傍まで延びる。このとき、リング状出射端（３ｃ）の内部リング状空間は、すくなくともライトガイド（３）の長手方向に沿って延び、好ましくは、リング状に配置されたＬＥＤ群（１）で形成される内部リング状空間まで延在する。このような延在した内部空間を形成するためには、ＬＥＤ用の取付基板（２）、素線用の取付板（４）および固定具（５）の各中心部分をくり貫いて貫通孔を設けておけばよい。
【０００７】
本発明で特徴的なことは、まず、光源であるＬＥＤ群（１）を環状に配置するとともに各ＬＥＤ（１ａ）に、素線（３ａ）の端面（３ｂ）を対向させて多分岐入射部を形成し、他方出射端は環状に形成した点に在る。
こうすることにより、各ＬＥＤ（１ａ）からの光は、それに対向する素線（３ａ）に確実に入光しつつ素線群（１）に集光された後、リング状出射端（３ｃ）から出射されるので、光源としてランプを用いた場合の光量斑の問題がなく、均一な出射光が得られる。さらに、本発明の第二の特徴として、少なくともライトガイド（３）の内部を“中抜け“状態に構成したので、この“中抜け“部を利用して、光学顕微鏡の鏡筒部等に簡単に嵌装することができ、これにより機器の外部からの直接取付が実現される。この態様は、後述するように、図６に示されている。
本発明で使用するＬＥＤ（１ａ）としては、標準的な光量が得られる標準タイプや高輝度タイプ等、市販されている各種のものが挙げられる。リング状のＬＥＤ群（１）を形成するに際しては、要求される照射照度にもよるが、通常、ＬＥＤ（１ａ）を５０個から１００個準備し、外径が４０ｍｍから８０ｍｍ、内径が１０ｍｍ〜６０ｍｍ、リング幅が１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で、取付基板（２）に配置すればよい。このＬＥＤ取付基板（２）の材質は、各ＬＥＤ（１ａ）間で、流れる電流を同一にするためにも、熱伝導性に優れた材料、例えば、金属、樹脂、あるいはセラミック等であるのが望ましい。
本発明で使用する光ファイバ素線（３ａ）は、斯界で常用されているガラスファイバあるいはプラスチックファイバ（ＰＯＦ）のいずれであってもよい。このときの素線外径は、出射光の均一化の精度、素線自体の強度および加工性の面から、２０μｍ〜６０μｍ、好ましくは、３０μｍ〜５０μｍの範囲にあればよい。また、ＬＥＤ（１ａ）に対向する素線（３ａ）は単独のみならず、ＬＥＤ（１ａ）からの光が有効に入射できる限り、任意の本数が選択可能で、特に５本〜１０本の束が好ましく用いられる。
この素線（３ａ）を位置固定する取付板（４）の材質には、ＬＥＤ用の取付基板（２）とは異なって熱伝導性などの特性は要求されないので、任意の材料、一般にはプラスチックが使用される。また、取付板（４）の外形として、方形状のものが図示されているが、これは一例に過ぎず任意の外形が採択される。
本発明において、ＬＥＤ（１ａ）の発光面と素線（３ａ）の端面（３ｂ）との間隔は１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあるのが好ましい。この間隔が狭すぎると、ＬＥＤ（１ａ）からの発光光が各素線（３ａ）の端面（３ｂ）の中央部に集中し、端面全体に亘って均一に入射しなく、逆に間隔が広すぎると、ＬＥＤ（１ａ）からの発光光の一部が素線（３ａ）の端面（３ｂ）に入射しにくくなリ、結果的には入射効率が低下して、リング状出射部（３ｃ）での照度が低下する。
上記の入射効率に関して、本発明では、開口数が０．５以上、つまり開口数の比較的大きい素線（３ａ）を採用するのが好ましい。こうすることにより、ＬＥＤ（１ａ）からの出射光の広がりが大きい場合にも素線（３ａ）に確実に入光させることができる。すなわち、ＬＥＤ（１ａ）と素線（３ａ）とは非接触状態で結合されていることから、一般には入射効率に関して結合ロスは避けられないが、本発明ではこのような結合ロスが格段に低減される。
さらに、この入射効率の確保に万全を期するには、各素線（３ａ）の入射端面（３ｂ）をＬＥＤ（１ａ）の位置に応じた傾斜面とするのが好ましい。
具体的には、図４に示すように、リング状に配置されたＬＥＤ群（１）の外周部に対向して配置される素線（３ａ）の端面（３ｂ）の傾斜角を、該ＬＥＤ群（１）内周部に対向して配置される素線（３ａ）の端面（３ｂ）の傾斜角に比べて、Ｑ度からＰ度へと大きくなるようにする。
このようにする理由は、以下のとおりである。
一般に、素線の光軸とＬＥＤの光軸が一致する場合には、素線の端面すなわち入射端面を傾斜面とする必要はない。この点、本発明においては、リング状に配置されたＬＥＤ群（１）に対向する素線群（３）は、それらの終端では結束されて外径が縮小されたリング状出射端（３ｃ）とされるので、分岐している各素線を屈曲させる必要があり且つこの屈曲の度合いは外周部の素線ほど大きくなる。したがって、素線の光軸とＬＥＤの光軸を一致させるために、上述のように、特殊な入射端面とするものである。
また、ＬＥＤ（１ａ）には光量バラツキや経年変化による光量の低下も起こり得る。より精度の高い光量を得るためには、図５に示すように、個々のＬＥＤ（１ａ）の内部あるいは外部に受光部（６）を設けるとともに、該受光部（６）に連接する光量制御部（７）により個々のＬＥＤ（１ａ）の光量を制御することが望ましい。受光部（６）を設ける際には、これをＬＥＤ（１ａ）の内部に設けたタイプの方が、検知感度が良くしかもスペースも削減できるので、より好ましい。受光部（６）としては、フォトトランジスタ、フォトダイオード等の受光センサ等各種光センサが利用できる。また、光量制御部（７）については、フィードバック制御方式等の周知の制御方式が利用できる。
以上の態様は、ライトガイド（３）の出射端（３ｃ）がリング状の例であるが、本発明で言う“環状”は必ずしもリング状（円環状）のみを指すものではなく、多角形状の環状をも包含することは、本発明の趣旨に照らして容易に理解されよう。
【０００８】
以下に、本発明の光源装置を光学顕微鏡に取付けた場合の具体例について、図６を参照しながら説明する。
該図において、（８）は光学顕微鏡、（８ａ）は対物レンズ、（８ｂ）は鏡筒部（便宜上、縦断面で示した）、（８ｃ）は該鏡筒部（８ｂ）に内蔵してある撮像装置であるＣＣＤカメラ、（８ｄ）は試料台、そして（９）は観察対象である。このような顕微鏡の鏡筒部（８ｂ）の外周に沿って、図１に示した光源装置が嵌装されている。
この光源装置は、以下のようにして作成されたものである。
光源となるＬＥＤ（１ａ）として波長６９５μｍ　、発光面が２ｍｍ×２ｍｍの高輝度タイプのものを８０個　、リング状に外径８０ｍｍの取付基板（２）に配置した。このときのリング状配置の仕様は、外径５０ｍｍ、内径２０ｍｍ、リング幅３０ｍｍである。
次に、素線径が３０μｍの多成分ガラスからなる素線１０本の集束体（外径０．５ｍｍ）を素線（１ａ）として８０本用意しそれぞれを、８０個の挿通孔を環状に穿設した素線用の取付板（４）を介して上記のＬＥＤ（１ａ）に対向配置した。
一方、ライトガイド（３）の出射端（３ｃ）から２ｍｍの位置に、内径が３０ｍｍ、外形が円形、厚さ０．５ｍｍで、直径が５１ｍｍの素線挿通孔をリング状に８０個設けたアルミニウム製の固定具（５）を配して、各素線（１ａ）を挿通した状態で、出射端（３ｃ）に至る部分を接着剤（「ＴＳＥ−３２２」（東芝シリコーン株式会社製））で固定し、外径５５ｍｍ、内径３１ｍｍのリング状の出射端（３ｃ）を形成した。
以上のような光源装置を嵌装した光学顕微鏡で、対象物を照射して光量等を測定した所、光量については従来のランプ（５０Ｗ〜１００Ｗ）並みの十分な光量が得られた。また、光量（照度）バラツキについても３％以下と、従来のランプでは、実現不可能であった高精度照明状態が得られた。このバラツキは、以下のようにして算出される。バラツキとはＲｍａｘ／Ｘａ＊１００％で示され、その際、Ｒｍａｘは有効照射部の照度分布における最大照度差、Ｘａはその平均とする。
なお、この図６では、本発明の光源装置全体、すなわち出射端（３ｃ）からＬＥＤ群（１）に至る全体を鏡筒部（８ｂ）に嵌装した例を挙げたが、より高い照度を要求される場合、したがって、用いるＬＥＤの個数の増加に伴いリング状配列部が大型化する時は、この部分を機器の外部に設ける可能性も残されている。
【０００９】
さらに、本発明の光源装置を、光学機器照明装置や画像照明装置に取付ける態様について触れる。前者については、ＣＣＤカメラが代表的な例であり、この場合は、光軸に並行にカメラ本体に外部から嵌装する。後者については、部品実装検査装置が代表的な例であり、この場合は、出射部近傍に外部から取付・固定すればよい。
【００１０】
【発明の効果】
本発明では、光源であるＬＥＤ群（１）を環状に配置させ、これに併用されるライトガイドの入射部については、各ＬＥＤ（１ａ）に対向して、素線群を構成する各素線を環状に分岐配置させて確実に集光するので、環状出射部では、十分な照度でしかも、照度斑がない均一光を得ることができる。しかも、このような光源装置は光量等の仕様変更に対しても対応が容易であるばかりでなく、その“中抜け”部を利用して光学顕微鏡の外部から、嵌装できるので、その取付作業性も格段に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の光源装置の一例を示す側面図である。
【図２】図２は、図１におけるＬＥＤ群の配列状態を示す平面図である。
【図３】図３は、図１における光ファイバ素線群の配列状態を示す平面図である。
【図４】図４は、図１の部分拡大図である。
【図５】図５は、本発明の光源装置の好ましい態様を示す側面図である。
【図６】図６は、本発明の光源装置を光学顕微鏡の鏡筒部に取付けた例を示す正面図である。
【符号の説明】
１　　　　　発光素子群（ＬＥＤ群）
１ａ　　発光素子（ＬＥＤ）
２　　　　発光素子の取付基板
３　　　　　　ライトガイド
３ａ　　　　光ファイバ素線
３ｂ　　　　光ファイバ素線の入射端面
３ｃ　　　　ライトガイドの出射端面
４　　　　　　光ファイバ素線群の取付板
５　　　　　　光ファイバ素線群の固定具
６　　　　　　受光部
７　　　　　　光量制御部
８　　　　　　光学顕微鏡
８ａ　　　　対物レンズ
８ｂ　　　　鏡筒部
８ｃ　　　ＣＣＤカメラ
８ｄ　　　試料台
９　　　　　観察対象
【図１】
2004039285.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004039285.tif 000006
【図５】
2004039285.tif 000007
【図６】
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