(57)【要約】【課題】有効照射範囲の中心の照度と周辺の照度を均一にする。【解決手段】ライトガイド１の光軸２との交点○を中心として、半径Ｒの第１の同心円Ｃ１の上に２つのＬＥＤ５ａ，５ｂがある。半径３Ｒの第２の同心円Ｃ２上に６つのＬＥＤ６ａ〜６ｆがある。さらに、半径５Ｒの第３の同心円Ｃ３上に１０個のＬＥＤ７ａ〜７ｊがある。ＬＥＤ５，６，７の数の比率は２：６：１０＝１：３：５であり、それぞれの同心円ＣＩ〜Ｃ３の半径の比率Ｒ：３Ｒ：５Ｒ＝１：３：５と等しい。それぞれのＬＥＤ５，６，７には図示しない発光制御回路から等しい直流電流が印加されて、同じ光強度で発光する。【選択図】  図２
2004248834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を導光可能な複数の光ファイバーを束ねて構成されたライトガイドを介して前記照明光を出射する光源装置において、
前記ライトガイドの入射端に集光可能に配置された集光レンズと、
前記ライトガイドの中心軸を中心とする第１の円周上に配置され、前記集光レンズを介して前記ライトガイドの入射端に第１の光量の照明光を照射する第１の照明光照射手段と、
前記第１の円周と同心で半径が異なる第２の円周上に配置され、前記第１の光量に対して前記第１の円周と前記第２の円周との半径比率に応じた比率となる第２の光量の照明光を前記集光レンズを介して前記ライトガイドの入射端に照射する第２の照明光照射手段と
を具備したこと特徴とする光源装置。
【請求項２】
照明光を導光可能な複数の光ファイバーを束ねて構成されたライトガイドを介して前記照明光を出射する光源装置の照明光照射方法において、
前記ライトガイドの中心軸を中心とする第１の円周上から、前記ライトガイドの入射端に集光可能な集光レンズを介して前記ライトガイドの入射端に第１の光量の照明光を照射する第１の照明光照射工程と、
前記第１の円周と同心で半径が異なる第２の円周上から、前記第１の光量に対して前記第１の円周と前記第２の円周との半径比率に応じた比率となる第２の光量の照明光を前記集光レンズを介して前記ライトガイドの入射端に照射する第２の照明光照射工程と
を具備したこと特徴とする光源装置の照明光照射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用内視鏡や、工業用内視鏡、画像検査装置、観察装置に照明光を供給する光源装置及び光源装置の照明光照射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数の光ファイバーを束ねて構成されたライトガイドを接続したライトガイド光源装置は、被照財物や観察対象物に均等にムラなく照明光が照射されるように、ライトガイド先端から出射される照明光の明るさが中央も周辺部も同じであること、つまり照度分布が均一であることが求められる。
【０００３】
例えば、特開平７−２７２５１６号公報には、光ファイバーの暗部横断面の中心を中心点とする半円軌道に、ミラーに装着してなる光源を複数配置して構成しており、光ファイバーの光軸に直進して入る入射光は、光ファイバーを直進して進み、光ファイバーに角度を有して入る入射光は、光ファイバーの内部を屈折しながら進み、照射部より両者の光が混光され、被照射物おいて明暗の少ない光で照明することができる光源装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２７２５１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の特開平０７−２７２５１６号公報では、その明細書本文内に記述されているように、被照射面の中心照度と有効照射範囲内の周辺照度との比は２：１であり、被照射物を均一に照明することが十分にできていなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、有効照射範囲の中心の照度と周辺の照度を均一にすることのできる光源装置及び光源装置の照明光照射方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光源装置は、照明光を導光可能な複数の光ファイバーを束ねて構成されたライトガイドを介して前記照明光を出射する光源装置において、前記ライトガイドの入射端に集光可能に配置された集光レンズと、前記ライトガイドの中心軸を中心とする第１の円周上に配置され前記集光レンズを介して前記ライトガイドの入射端に第１の光量の照明光を照射する第１の照明光照射手段と、前記第１の円周と同心で半径が異なる第２の円周上に配置され前記第１の光量に対して前記第１の円周と前記第２の円周との半径比率に応じた比率となる第２の光量の照明光を前記集光レンズを介して前記ライトガイドの入射端に照射する第２の照明光照射手段とを具備して構成される。
【０００８】
本発明の光源装置の照明光照射方法は、照明光を導光可能な複数の光ファイバーを束ねて構成されたライトガイドを介して前記照明光を出射する光源装置の照明光照射方法において、前記ライトガイドの中心軸を中心とする第１の円周上から前記ライトガイドの入射端に集光可能な集光レンズを介して前記ライトガイドの入射端に第１の光量の照明光を照射する第１の照明光照射工程と、前記第１の円周と同心で半径が異なる第２の円周上から前記第１の光量に対して前記第１の円周と前記第２の円周との半径比率に応じた比率となる第２の光量の照明光を前記集光レンズを介して前記ライトガイドの入射端に照射する第２の照明光照射工程とを具備してなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１０】
図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は光源装置をライトガイドの光軸に直交する方向から見た図、図２は図１の光源装置をライトガイドの光軸と平行な方向から見た図、図３は図１の光源装置の作用を説明する第１の図、図４は図１の光源装置の作用を説明する第２の図である。
【００１１】
本実施の形態の光源装置では、図１及び図２に示すように、集光レンズ３はその光軸がライトガイド１の光軸２と一致しており、ライトガイド１の入射端面近傍に焦点を有するように配置されている。図示しない電気配線がエッチングで作成された基板４に複数のＬＥＤ（発光ダイオード）５，６，７が固定され、それぞれに対応した電気配線と接続されている。
【００１２】
図示しない発光制御回路からの電流を基板４を介してＬＥＤ５，６，７に印加して、ＬＥＤ５，６，７を発光させる。ＬＥＤ５，６，７の光投射方向の近傍に複数の小さな凸レンズを一体に成型したレンズアレイ８を配置している。
【００１３】
レンズアレイ８はスペーサ９によって基板４に固定されている。レンズアレイ８の個々の凸レンズの光軸は対応するＬＥＤ５，６，７の光軸と一致しており、ＬＥＤ５，６，７の出射光を緩やかな発散光に変換する。
【００１４】
基板４およびレンズアレイ８の平面はライトガイド１の光軸２と直交する。集光レンズ３の位置において、それぞれの発散光はその光強度が半分となる部分より中心側で隣り合う光と重なっている。
【００１５】
基板４に固定されたＬＥＤ５，６，７の配置について説明する。
ライトガイド１の光軸２との交点○を中心として、半径Ｒの第１の同心円Ｃ１の上に２つのＬＥＤ５ａ，５ｂがある。半径３Ｒの第２の同心円Ｃ２上に６つのＬＥＤ６ａ〜６ｆがある。さらに、半径５Ｒの第３の同心円Ｃ３上に１０個のＬＥＤ７ａ〜７ｊがある。
【００１６】
ＬＥＤ５，６，７の数の比率は２：６：１０＝１：３：５であり、それぞれの同心円ＣＩ〜Ｃ３の半径の比率Ｒ：３Ｒ：５Ｒ＝１：３：５と等しい。
【００１７】
それぞれのＬＥＤ５，６，７には図示しない発光制御回路から等しい直流電流が印加されて、同じ光強度で発光する。
【００１８】
それぞれの同心円Ｃ１〜Ｃ３では、それぞれのＬＥＤ５，６，７の発光した光強度の和の光強度が得られる。つまり、同心円の半径の比率に等しい光強度になり、ライトガイド１の他端から照射される照射光の照度分布は均一で平坦な分布になる。
【００１９】
なお、この実施の形態では、集光レンズ３は凸レンズとしたが、フレネルレンズでもよい。また、同心円の数は３つとしたが、２つ以上であればいくつでもよい。ＬＥＤの数は、内側の同心円から２個、６個，１０個としたが、同心円の半径の比率に等しければ、いくつでもよい。ＬＥＤは同心円上にあるとしたが、少しずれた配置でもよい。
【００２０】
次に図３及び図４を用いて、多数の光ファイバーが束ねられたライトガイドに斜めに入射した光の照射範囲について説明する。
【００２１】
ライトガイド１に、角度αで収束した入射光Ｂが中心軸から角度θ傾いて入射したときに、ライトガイドの他端面から出射されてライトガイド光軸と直交する平面に照射される光の形状を図３に示す。
【００２２】
図３の光を示す線は光強度が半分になる部分を示している。光は集光レンズ３で収束されライトガイド１に入射する。図示しないライトガイドの他端から照射光が出射され、被照明物を照らす。
【００２３】
図３において、入射光Ｂの出射光は頂角２θの円錐状になり、平面上をライトガイド光軸を中心とする円環状に照射する。
【００２４】
発散角はほぼαに等しい。円環の最も照度の高い部分の半径をｒとし、照度が半分になる円環の幅を２ｂとすると、円環の面積ＳＢは
ＳＢ＝π（ｒ＋ｂ）２−π（ｒ−ｂ）２＝４πｂｒ
である。円環の照射光の平均照度ＬＢ、入射光Ｂの光強度ＰＢとすると、
ＰＢ＝ＬＢ×Ｓ＝ＬＢ×（４πｂｒ）＝４πｂＬＢｒ
である。
【００２５】
複数の入射光に対応する円環の平均照度を一定にするためには、光強度ＰＢを半径ｒに比例させればよいことがわかる。つまり、光軸に同心となるそれぞれの円環の光強度の比率を同心円の半径の比率に等しくすればよい。
【００２６】
図４に示すように、第１の同心円の半径をｂ、第２の同心円の半径を３ｂとし、隣り合う同心円の間隔を２ｂに設定すると、断面におけるそれぞれの光分布は最大値がほぼ同じで、光分布の裾野が隣の光分布に重なり、照射光の照度は足し合わされて、照射範囲内においてほぼ均一な照度が得られる。隣り合う同心円の間隔が２ｂ以下であれば、同じ作用が得られる。
【００２７】
このように本実施の形態では、ライトガイド１の中心軸を中心とする少なくとも２つの同心円上に少なくとも１つの発光源が配置され、ライトガイド１と発光源の間に集光レンズがあり、その焦点はライトガイドの入射端面近傍に位置している。
【００２８】
それぞれの発光源から出射された光は緩やかな発散光で、集光レンズ位置にて、隣合う同心円の発光源からの光と周辺が重なる。それぞれの同心円上の発光源の光の強さの和の比率は、同心円の半径の比率にほぼ等しい。
【００２９】
したがって、有効照射範囲の中心の照度と周辺の照度を均一にすることができる。
【００３０】
図５ないし図９は本発明の第２の実施の形態に係わり、図５は光源装置の基板に固定されたＬＥＤの配置を示す図、図６は図５のＬＥＤの発光制御を行う発光制御回路を示す図、図７は図６の発光制御回路の第１の駆動電流の波形を示す図、図８は図６の発光制御回路の第２の駆動電流の波形を示す図、図９は図６の発光制御回路の第３の駆動電流の波形を示す図である。
【００３１】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００３２】
ライトガイド１，集光レンズ２，レンズアレイ８の構成は第１の実施の形態と同一であるため説明を省略する。
【００３３】
図５は基板２４に固定されたＬＥＤ２５，２６，２７の配置を示す。
基板２４には、ライトガイド１の光軸との交点○を中心とした、半径Ｒの第１の同心円Ｃ２１，半径３Ｒの第２の同心円Ｃ２２、半径５Ｒの第３の同心円Ｃ２３上にそれぞれ２つのＬＥＤ２５，２６，２７が配置されている。
【００３４】
図６はそれぞれのＬＥＤ２５，２６，２７に接続された発光制御回路を示す図である。同心円Ｃ２１上のＬＥＤ２５は発光駆動回路Ｄ１に接続され、同心円Ｃ２２上のＬＥＤ２６は発光駆動回路Ｄ２に、同心円Ｃ２３上のＬＥＤ２７は発光駆動回路Ｄ３に接続されている。
【００３５】
図７ないし図９に示すように、各発光駆動回路Ｄ１〜Ｄ３は、第１の電流値Ｉ１と第２の電流値Ｉ２の電流を交互に印加する。
【００３６】
図７は発光駆動回路ＤがＬＥＤ２５に印加する電流である。同様に、図８は発光駆動回路Ｄ２の電流、図９は発光駆動回路Ｄ３の電流である。
【００３７】
その周波数は人間の目にチラツキと感じられない５０Ｈｚ程度以上である。第１の電流値Ｉ１はＬＥＤ２５，２６，２７が光を発光し始める閾値の電流であり、第２の電流値Ｉ２はＬＥＤ２５，２６，２７の定格電流である。
【００３８】
第１の同心円Ｃ２１のＬＥＤ２５には第２の電流値Ｉ２を時間Ｔ１だけ流す。第２の同心円Ｃ２２上のＬＥＤ２６には第２の電流値Ｉ２を時間Ｔ２だけ、第３の同心円Ｃ２３上のＬＥＤ２７には第ニの電流値Ｉ２を時間Ｔ３だけ流す。
【００３９】
それぞれの時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の比率は同心円半径Ｒ、３Ｒ、５Ｒの比率Ｒ：３Ｒ：５Ｒ＝１：３：５に等しい。ＬＥＤの発光量は電流印加時間に比例するので、それぞれの同心円上での光強度の比率はＴ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：３：５になり、同心円の半径の比率と同じになる。ライトガイド１の他端から照射される照射光の照度分布は均一で平坦な分布になる。
【００４０】
本実施の形態では、被照射物までの距離に応じて、ＬＥＤに印加する電流の時間を制御することにより、ライトガイド出射光の強さを変えることができるという効果がある。
【００４１】
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る光源装置をライトガイドの光軸に直交する方向から見た図である。
【００４２】
第３の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００４３】
ライトガイド１と集光レンズ３は第１の実施の形態と同一なので説明を省略する。
【００４４】
反射鏡３１ａを有するランプ３１から出射した光は凸レンズ３２で緩やかな収束光に変換される。ランプ３１はハロゲンランプ，キセノンランプなどが使用される。
【００４５】
ハーフミラー３３で収束光の一部が反射され、全反射ミラー３４で残りの収束光が反射される。反射された光は緩やかな発散光となり、集光レンズ３で集光され、ライトガイド１に入射することは、第１の実施の形態と同じである。
【００４６】
ハーフミラー３３はライトガイド１の光軸２から半径Ｒ離れている。全反射ミラー３４はライトガイド１の光軸２から半径３Ｒ離れている。ハーフミラー３３の反射率は約２５％で、ハーフミラー３３で反射される光と全反射ミラー３４で反射される光の比率は２５：７５＝１：３である。ミラー位置の半径の比率Ｒ：３Ｒ＝１：３に等しい。
【００４７】
つまり、それぞれの同心円上での光強度の比率は１：３になり、同心円の半径の比率と同じになる。ライトガイド１の他端から照射される照射光の照度分布は均一で平坦な分布になる。
【００４８】
本実施の形態では、ライトガイドの中心軸を中心とする少なくとも２つの同心円上に、光源からの緩やかな収束光をライトガイド方向に折り曲げるミラーが配置されている。ライトガイドとミラーの間に集光レンズがあり、集光レンズの焦点はライトガイドの入射端面近傍に位置している。ミラーで反射された光は縦やかな発散光になり、集光レンズ位置にて、隣合う同心円の反射光の周辺が重なる。それぞれの同心円上のミラーの反射率の比率は、同心円の半径の比率にほぼ等しい。
【００４９】
また、本実施の形態では、強力な光を発光するランプを使用できるので、ライトガイド出射光量が大きいという効果がある。
【００５０】
［付記］
（付記項１）  多数の光ファイバーを束ねて構成されたライトガイドで光を導き照明をおこなうライトガイド光源装置において、
前記ライトガイドの中心軸を中心とする少なくとも２つの同心円上に少なくとも１つ配置された発散光を出射する発光源と、
前記ライトガイドと前記発光源の間に配置された集光レンズと
を有し、
前記集光レンズの焦点は前記ライトガイドの入射端面近傍に位置し、前記集光レンズ位置にて、隣合う前記同心円の前記発光源からの前記発散光の周辺が重なり、それぞれの前記同心円上の前記発光源の光の強さの和の比率が前記同心円の半径の比率にほぼ等しい
ことを特徴とするライトガイド光源装置。
【００５１】
（付記項２）  それぞれの前記同心円上の前記発光源の個数の比率が前記同心円の半径の比率にほぼ等しい
ことを特徴とする付記項１に記載のライトガイド光源装置。
【００５２】
（付記項３）  それぞれの前記同心円上の前記発光源を発光させる電流を印加する時間の比率が前記同心円の半径の比率にほぼ等しい
ことを特徴とする付記項１に記載のライトガイド光源装置。
【００５３】
（付記項４）  多数の光ファイバーを束ねて構成されたライトガイドで光を導き照明をおこなうライトガイド光源装置において、
照明光を出射する光源と、
前記ライトガイドの中心軸を中心とする少なくとも２つの同心円上に配置された前記光源からの光を前記ライトガイド方向に折り曲げるミラーと、
前記ライトガイドと前記ミラーの間に配置された集光レンズと
を有し、
前記集光レンズの焦点は前記ライトガイドの入射端面近傍に位置し、前記集光レンズ位置にて隣合う前記同心円の前記ミラーで反射された前記反射光の周辺が重なり、それぞれの前記同心円上の前記ミラーの反射率の比率が前記同心円の半径の比率にほぼ等しい
ことを特徴とするライトガイド光源装置。
【００５４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、有効照射範囲の中心の照度と周辺の照度を均一にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光源装置をライトガイドの光軸に直交する方向から見た図
【図２】図１の光源装置をライトガイドの光軸と平行な方向から見た図
【図３】図１の光源装置の作用を説明する第１の図
【図４】図１の光源装置の作用を説明する第２の図
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の基板に固定されたＬＥＤの配置を示す図
【図６】図５のＬＥＤの発光制御を行う発光制御回路を示す図
【図７】図６の発光制御回路の第１の駆動電流の波形を示す図
【図８】図６の発光制御回路の第２の駆動電流の波形を示す図
【図９】図６の発光制御回路の第３の駆動電流の波形を示す図
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る光源装置をライトガイドの光軸に直交する方向から見た図
【符号の説明】
１…ライトガイド
２…光軸
３…集光レンズ
４…基板
５（５ａ〜５ｂ），６（６ａ〜６ｆ），７（７ａ〜７ｊ）…ＬＥＤ
８…レンズアレイ
９…スペーサ
Ｃ１…第１の同心円
Ｃ２…第２の同心円
Ｃ３…第３の同心円
【図１】
2004248834.tif 000003
【図２】
2004248834.tif 000004
【図３】
2004248834.tif 000005
【図４】
2004248834.tif 000006
【図５】
2004248834.tif 000007
【図６】
2004248834.tif 000008
【図７】
2004248834.tif 000009
【図８】
2004248834.tif 000010
【図９】
2004248834.tif 000011
【図１０】
2004248834.tif 000012