(57)【要約】【課題】白色照明光と狭帯域光とを合波する際に、製造コストの増加を抑制しつつ、２種類の光の放射角を均一化し、光を効率良く利用すること。【解決手段】本開示に係る光源装置は、白色照明光を出射する白色照明光源と、狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源と、白色照明光と狭帯域光とを合波する合波光学系と、合波後の白色照明光及び狭帯域光を、画像取得装置に設けられた、当該画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドへと結合させる集光光学系と、狭帯域光源と合波光学系との間の光軸上に設けられ、狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子と、を備え、ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、狭帯域光の光量分布を調整する。【選択図】図６
2018139101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色照明光を出射する白色照明光源と、
前記白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源と、
前記白色照明光と前記狭帯域光とを合波する合波光学系と、
合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、画像取得装置に設けられた、当該画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドへと結合させる集光光学系と、
前記狭帯域光源と前記合波光学系との間の光軸上に設けられ、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子と、
を備え、
前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、
前記光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布を調整する、光源装置。
【請求項２】
前記ライトガイドの中心軸を光軸かつ回転中心としたときに、前記光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有し、かつ、前記ライトガイドの入射端において、回転方向に光量を積分した積分値の前記ライトガイドの径方向の分布が前記白色照明光と前記狭帯域光とで略同一となるように、前記狭帯域光の光量分布を調整する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光は、前記集光光学系に入射する際に、前記集光光学系の光軸中心からずれた位置に入射する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光量分布調整素子は、少なくとも２つのシリンドリカルレンズを含むレンズ群、拡散特性に異方性を有する異方性拡散板、及び、レンズ形状がシリンドリカルレンズ形状となっているマルチレンズアレイの少なくとも何れかである、請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光量分布調整素子と前記合波光学系との間の光軸上、及び、前記白色照明光源と前記合波光学系との間の光軸上には、それぞれ、前記狭帯域光及び前記白色照明光をコリメート光とするためのコリメート光学系が設けられる、請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
前記合波光学系は、光量分布の調整された前記狭帯域光の照射部分に前記狭帯域光を透過させるとともに前記白色照明光を反射させるダイクロイックミラーが設けられており、かつ、当該ダイクロイックミラーが設けられた以外の部分には、前記白色照明光を反射させる全反射ミラーが設けられた複合ミラーを含む、請求項１に記載の光源装置。
【請求項７】
前記白色照明光源は、所定の蛍光体と所定の光源とを組み合わせた蛍光体光源であり、
前記狭帯域光源は、固体光源である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
前記画像取得装置は、内視鏡又は顕微鏡である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項９】
白色照明光源から出射される白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源から出射された狭帯域光を、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子へと入射させることと、
前記光量分布の調整された前記狭帯域光と前記白色照明光とを、合波光学系により合波させることと、
合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、画像取得装置に設けられた、当該画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドへと結合させる集光光学系により、当該ライトガイドへと結合させることと、
を含み、
前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、
前記光量分布調整素子では、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布が調整される、光量分布の調整方法。
【請求項１０】
白色照明光と、当該白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光と、を合波させ、合波後の光を外部へと出射する光源装置と、
前記光源装置から出射された光を用いて観察対象物の画像を取得する画像取得装置と、
を備え、
前記画像取得装置は、
前記画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドを有しており、
前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、
前記光源装置は、
前記白色照明光を出射する白色照明光源と、
前記狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源と、
前記白色照明光と前記狭帯域光とを合波する合波光学系と、
合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、前記画像取得装置に設けられた前記ライトガイドへと結合させる集光光学系と、
前記狭帯域光源と前記合波光学系との間の光軸上に設けられ、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子と、
を有しており、
前記光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布を調整する、画像取得システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光源装置、光量分布の調整方法及び画像取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーザ光源から出射されるレーザ光の放射角と、固体発光素子に蛍光体を用いた白色光源から出射される白色光の放射角と、は大きく異なる。通常の可視光半導体レーザ光源であれば、出射されるレーザ光は、縦横でアスペクト比が異なるガウシアン形状を有しており、蛍光体を用いた白色光源であれば、出射される白色光は、ランバーシアン形状を有している。これらレーザ光及び白色光を同軸上に合波しても（例えば、単純に光束径を合致させた上でダイクロイックミラーで合波しても）、それぞれの光の強度分布が異なるため、照射位置によって色が変わってしまうという色ムラが生じてしまう。【０００３】
かかる現象が生じた場合、特に顕微鏡等のように裸眼で観察物を観察する機器では視野内で色が異なってしまうため、観察者の疲労の原因になりやすく、正確な観察を行うことが困難となる。そこで、上記のような２種類の光の放射角を均一化するために、双方の光に対して、ケーラー照明のような光学系を組み込んだり、フライアイ光学系を組み込んだりすることで、均一な強度分布の光束を作り出し、ダイクロイックミラー等で合波させることが行われている。【０００４】
また、上記のような光学系を用いない場合には、単に、ガウシアンビームのように中心部の強度の強い方の光束を拡散素子により散乱させることで（例えば、以下の特許文献１を参照。）、ランバーシアン形状の放射角分布を実現させて合波している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１２０１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、２種類の光の放射角を均一化するために、双方の光に対して、ケーラー照明のような光学系を組み込んだり、フライアイ光学系を組み込んだりする場合には、光学素子を多数用いることとなり、光源装置を実現する上でのコストが非常に高くなってしまう。【０００７】
また、上記特許文献１に開示されているように拡散素子を利用する場合には、光束を広げた結果、光軸から離れた位置での光量のロスが大きくなってしまい、光を効率良く利用することができない。【０００８】
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、白色照明光と狭帯域光とを合波する際に、製造コストの増加を抑制しつつ、２種類の光の放射角を均一化し、光を効率良く利用することが可能な光源装置、光量分布の調整方法及び画像取得システムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示によれば、白色照明光を出射する白色照明光源と、前記白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源と、前記白色照明光と前記狭帯域光とを合波する合波光学系と、合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、画像取得装置に設けられた、当該画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドへと結合させる集光光学系と、前記狭帯域光源と前記合波光学系との間の光軸上に設けられ、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子と、を備え、前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、前記光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布を調整する、光源装置が提供される。【００１０】
また、本開示によれば、白色照明光源から出射される白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源から出射された狭帯域光を、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子へと入射させることと、前記光量分布の調整された前記狭帯域光と前記白色照明光とを、合波光学系により合波させることと、合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、画像取得装置に設けられた、当該画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドへと結合させる集光光学系により、当該ライトガイドへと結合させることと、を含み、前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、前記光量分布調整素子では、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布が調整される、光量分布の調整方法が提供される。【００１１】
また、本開示によれば、白色照明光と、当該白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光と、を合波させ、合波後の光を外部へと出射する光源装置と、前記光源装置から出射された光を用いて、観察対象物の画像を取得する画像取得装置と、を備え、前記画像取得装置は、前記画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドを有しており、前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、前記光源装置は、前記白色照明光を出射する白色照明光源と、前記狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源と、前記白色照明光と前記狭帯域光とを合波する合波光学系と、合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、前記画像取得装置に設けられた前記ライトガイドへと結合させる集光光学系と、前記狭帯域光源と前記合波光学系との間の光軸上に設けられ、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子と、を有しており、前記光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布を調整する、画像取得システムが提供される。【００１２】
本開示によれば、狭帯域光源から出射した狭帯域光は、光量分布調整素子により、放射角分布が異方性を有するように光量分布が調整された後、合波光学系により、白色照明光源から出射した白色照明光と合波される。光量分布が調整された後の狭帯域光と白色照明光とは、集光光学系により、画像取得装置に設けられた所定のライトガイドへと結合される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本開示によれば、白色照明光と狭帯域光とを合波する際に、製造コストの増加を抑制しつつ、２種類の光の放射角を均一化し、光を効率良く利用することが可能となる。【００１４】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ライトガイド長とライトガイド出射端から放射した光の強度分布との関係を示した説明図である。
【図２Ａ】白色照明光及び狭帯域光の放射角パターンの一例を示したグラフ図である。
【図２Ｂ】白色照明光及び狭帯域光の放射角パターンの一例について説明するための説明図である。
【図３】ガウシアン状の光のランバーシアン状の光への調整方法の一例を示したグラフ図である。
【図４】白色照明光、狭帯域光及び拡大した狭帯域光の放射角パターンの一例を示したグラフ図である。
【図５】狭帯域光の拡大率と放射角パターンとの関係の一例を示したグラフ図である。
【図６】本開示の実施形態に係る画像取得システムの全体構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図７】同実施形態に係る狭帯域光源の一例を模式的に示した説明図である。
【図８Ａ】同実施形態に係る光量分布調整素子の一例を模式的に示した説明図である。
【図８Ｂ】同実施形態に係る光量分布調整素子の一例を模式的に示した説明図である。
【図８Ｃ】同実施形態に係る光源装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図９Ａ】同実施形態に係る光量分布調整素子の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図９Ｂ】同実施形態に係る光源装置の構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図１０】同実施形態に係る光源装置の構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図１１】狭帯域光の放射パターンを説明するための説明図である。
【図１２】同実施形態に係る狭帯域光の光量分布調整について説明するための説明図である。
【図１３】集光光学系への狭帯域光の入射方法を説明するための説明図である。
【図１４】等方性を有する狭帯域光のライトガイド出射端での強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図１５】同実施形態に係る集光光学系への狭帯域光の入射方法を説明するための説明図である。
【図１６】狭帯域光のライトガイド出射端での強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図１７Ａ】等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図１７Ｂ】等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図１８Ａ】等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図１８Ｂ】等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図１９Ａ】等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図１９Ｂ】等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図２０Ａ】等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図２０Ｂ】等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図２１Ａ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図２１Ｂ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図２２Ａ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図２２Ｂ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図２３Ａ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図２３Ｂ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図２４Ａ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図２４Ｂ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図２５Ａ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図である。
【図２５Ｂ】異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【図２６Ａ】同実施形態に係る光源装置における合波光学系の一例を模式的に示した説明図である。
【図２６Ｂ】同実施形態に係る光源装置における合波光学系の他の一例を模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本発明者による検討内容とその結果について
２．本開示における強度分布の調整方法について
３．実施形態
３−１．画像取得システムの全体構成について
３−２．光源装置の構成について
４．まとめ
【００１８】
（本発明者による検討内容とその結果について）
本開示の実施形態に係る光源装置、光量分布の調整方法及び画像取得システムについて説明するに先立ち、上記課題に関する本発明者の検討内容とその結果について、詳細に説明する。
【００１９】
以下で詳述する、本開示の実施形態に係る光源装置は、医療現場における各種手術等で用いられる各種の内視鏡や顕微鏡等の光源として適用可能なものである。ここで、工業用途を含む通常の内視鏡や顕微鏡では、太陽光に類似した白色光源（例えば、ハロゲンランプやキセノンランプ等）や、蛍光体光源（例えば、青色光励起黄色蛍光体や紫外光励起白色蛍光体を用いた光源）が、光源として用いられる。
【００２０】
しかしながら、医療用の内視鏡や顕微鏡では、ある特定の観察を行うために、上記のような白色光とは別に、更に特殊光光源を備えることがある。このような特殊光光源を用いる観察方法としては、例えば、狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ  Ｂａｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ：ＮＢＩ）と呼ばれる、一部の波長帯域を強調して照射することで見えにくい疾患や生体組織の変化を見えやすくする観察方法や、可視光や赤外光に感度がある蛍光物質を結合させたり投与させることで、血管内の血流等を観測したり、腫瘍部に特異的に集まる蛍光体によって病変を発光させることで位置を同定したり、発光強度の強弱によって状態の段階的変化を判別したりする観察方法等がある。かかる特殊光を用いた観察の際、特殊光の照明範囲は、白色光の照明範囲と可能な限り同じであることが好ましく、また、特殊光の強度分布についても、白色光の強度分布と同様であることが好ましい。
【００２１】
また、蛍光体の発光が赤外波長帯域等の不可視領域である場合、蛍光発光した光に感度のある撮像素子を用いて画像観察を行うため、特殊光の強度分布は、撮像画像から補正することができる。しかしながら、裸眼で観察する場合や、さまざまな撮像素子に対応することを考えると、自然な観察を行うために、白色光及び特殊光の双方について、これら光の照射強度の分布は、通常のランプ照明で得られる強度分布のように、照射領域の中央付近の照射強度が強く、照射領域の広い範囲でなるべく変化が少なく、かつ、照射領域の周辺に行くにしたがって連続的に照射強度が落ちることが好ましい。
【００２２】
このように、手術等の医療行為で用いられる内視鏡や顕微鏡では、一般的な白色光からなる照明光源に加えて、特殊光を備えることがあり、かかる場合には、特殊光の照射強度及び照射領域の大きさを、白色光とそろえることが重要となる。
【００２３】
通常の蛍光体等を用いた光源からの白色照明光の発光は、ランバーシアンで近似される放射分布を有するため、前方に放射されない光量が多く、光の利用効率を良くした光学系を構成することが困難である。一方、レーザダイオードに代表される各種のレーザは、上記のような特殊光光源として用いられることの多い、狭い波長帯域を有する光（狭帯域光）であって、照射領域の中心部分の強度が非常に強い状態となる、スポットライト状の放射分布で発光する。ランバーシアン状の光は、そのままの状態で広い照射領域を有する照明光として用いることが可能であるため、可能な限りかかる放射角分布を維持したまま、光を伝搬させることが好ましい。そのため、白色光の照射強度及び照射領域の大きさと、特殊光の照射強度及び照射領域の大きさと、をそろえる際には、特殊光の照射強度及び照射領域の大きさを、白色光の照射強度及び照射領域の大きさに近づけることが好ましい。
【００２４】
スポットライト状のレーザ光を、ランバーシアン状の光に近づけるためには、いくつかの方法を採用しうる。このような方法として、例えば、（１）すりガラスやサンドブラストしたガラスのような、光を拡散させる光学素子（いわゆる、拡散板）に対してレーザ光を入射させ、かかる光学素子（拡散板）から出射する拡散光を光源として利用する、（２）レーザ光の中心部分のみを拡大する光学系を用いてレーザ光を拡大し、強度の強い中心部分における均一な光量を有している部分のみを、光源として利用する、という２つの簡便な方法が考えられる。しかしながら、いずれの方法も、基本的には、強すぎる光を捨てるように光学系を設計することが重要であり、光エネルギーの利用効率が悪い方法である。すなわち、白色光と同じ光量を得るためには、レーザ光を駆動させるための電力が多く必要となってしまう。
【００２５】
ところで、１本のライトガイドの一方の端部に対して狭帯域光を入射させると、入射した狭帯域光は、ライトガイド内で側面反射を繰り返してライトガイドのもう一方の端部まで導光される。この際、ライトガイドに入射した狭帯域光は、ライトガイド内で平均化されて、同心円状の射出光となることが知られている。すなわち、ライトガイド内において、入射した狭帯域光は、ライトガイドへと入射した光の角度（入射角度）を維持したまま同心円状に変換されて、ライトガイドのもう一方の端部から放射される。
【００２６】
図１は、直径４．５ｍｍのコアを有する光ファイバからなるライトガイド（かかるコア径は、一般的なライトガイドのコア径である。）について、ライトガイドの長さ（ライトガイド長）がどの程度であれば、入射したレーザ光が同心円状の光に変換されるかをシミュレートした結果を示したものである。図１から明らかなように、ライトガイド長が５ｍｍ、３０ｍｍ、６０ｍｍである場合には、ライトガイド出射端から放射した光の強度分布は十分に平均化されていないことがわかる。また、図１から、ライトガイド長が３００ｍｍとなると、ライトガイド出射端から放射した光の強度分布は同心円に近い形状となるが、渦を巻くような強度分布が若干残存していることがわかる。一方、ライトガイド長が５００ｍｍとなると、入射したレーザ光は、ほぼ完全に同心円状の光に変換されることがわかる。ここで、一般的な内視鏡や顕微鏡に装着されたライトガイドは、５００ｍｍ以上の長さを有していることが多いため、一般的なライトガイドにレーザ光を入射させることで、レーザ光を同心円状の光に変換可能であると考えられる。
【００２７】
さて、特開２０１６−１３７３０９号公報では、ほぼ同一の波長を有する複数の狭帯域光を異なる入射角でライトガイドに入射させて、同心円状でありながら、包絡線としての強度分布が狙う強度分布と同じとなるように、ライトガイドに入射するほぼ同一波長の各狭帯域光の強度を調整し、更に、ライトガイドの出力段の後段に拡散板を配置することで、輪帯状の強度分布を持つ光をランバーシアン状の光に変換して、輝度の均一化を図っている。また、上記特開２０１６−１３７３０９号公報では、レーザのコリメータレンズの焦点距離を長くすることで輪帯状の光の太さを太くした上で、かかる輪帯状の光をライトガイドに接続して輝度分布をそろえるとの記載がある。
【００２８】
しかしながら、本発明者が検証を行った結果、実際には、焦点距離を長くして有効口径内の輝度分布がほとんど存在しないようにしない限り、光軸の強度が強くなり、強度分布は波状になってしまう。すなわち、上記特開２０１６−１３７３０９号公報に開示されている光学系では、複数のほぼ同一な波長の狭帯域光を発光する光源が必要であり、ほぼ同一な波長の狭帯域光を発光する発光素子を複数用いるのは、発光素子の追加や駆動回路の追加など非常にコストがかかるため、発光素子単数では輝度が足りないなどの不具合が生ずる時に限られる。また、求める発光輝度が発光素子単数で実現可能な状況下において、複数の光源を前提とした光学設計は、信頼性も下がるために採用することは難しい。
【００２９】
上記のような検討結果に基づき、本発明者は、以下のような知見を得るに至った。
すなわち、実際に病院等で使われている、様々な製造会社により製造された各種のライトガイドに対応して均一な強度分布を得るための光源を準備する上では、ライトガイドに入射するまでの入射側において、略均一な輝度分布を有する複数波長の光源装置を準備するか、又は、ライトガイドに入射するまでの入射側において、各波長の光のライトガイド直径方向の強度分布を最適化させる必要がある。
【００３０】
（本開示における強度分布の調整方法について）
上記知見に基づき、本発明者は、強度分布の調整方法について、更なる検討を行った。以下、その検討内容について、詳細に説明する。
【００３１】
さて、各種レーザに代表される狭帯域光源の放射角と、白色照明光源として用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）に代表される光源の放射角と、は大きく異なるため、狭帯域光及び白色光のそれぞれを、一般的な外部のライトガイドに結合させて、ライトガイドの出射端における強度分布（光量分布）を測定すると、例えば図２Ａに示したような放射パターンとなる。図２Ａにおいて、縦軸は、ライトガイドの出射端における強度であり、横軸は、光軸位置を基準（０度）とした放射角である。図２Ａから明らかなように、白色照明光源の放射角は、±６０度程度であるのに対し、狭帯域光源の放射角は、±４０度程度であることがわかる。
【００３２】
なお、上記の測定結果は、ＮＡ０．６程度の対物レンズを用い、レンズの入射口径と狭帯域光の光束径、及び、白色照明光源の光束径がほぼ合致した平行光となるように設計し、シミュレーションを行った結果である。また、図２Ｂに模式的に示したように、狭帯域光は、コリメートレンズで平行光としたのち、対物レンズで集光する設計としたため、コリメータレンズの焦点距離と対物レンズの焦点距離とで、横倍率が定義できる。簡単の為に、横倍率は、初期を１倍として記載する。
【００３３】
狭帯域光の一種であるレーザ光は、指向性が高いためにコントロールが容易であり、例えば、所定の公知の光学系によりレーザ光の倍率を変化させると、レーザの放射角が変化することが知られている。図３は、所定の公知の光学系によりレーザ光の横倍率を１／２倍にした場合の放射角の変化の様子を示している。図３から明らかなように、レーザ光の横倍率を１／２倍として、拡大後のレーザ光の中心部分のみを利用することで、放射角を倍にすることが可能となるが、レーザー光のうち周辺部分の光量は利用することができないため、総光量は低下する。
【００３４】
このようなレーザ光を一般的な外部のライトガイドに結合させて、ライトガイドの出射端における強度分布を測定すると、図４に示したような結果が得られる。図４では、放射角を拡大させた狭帯域光の放射パターンに加えて、白色照明光の放射パターンと、倍率変化前の狭帯域光の放射パターンと、をあわせて図示している。図４から明らかなように、放射角０度付近の中心部では、ＬＥＤによる白色照明光の放射パターンと、拡大した狭帯域光の放射パターンとは概ね類似したものとなるが、周辺部（すなわち、放射角の値が大きい部分）では、放射パターンの形状は大きく相違していることがわかる。その結果、白色照明光と狭帯域光とを合波した上で照射した場合、照射領域の中心部と周辺部とで輝度に違いが生じてしまう。
【００３５】
このような状況を改善するために、本発明者が更なる検討を行った結果、狭帯域光の放射パターンを白色照明光の放射パターンに揃えるためには、より自由度の高い光学素子を用いて狭帯域光の光軸を変形させてやればよいとの知見を得るに至った。
【００３６】
具体的には、以下で詳述する本開示の実施形態では、狭帯域光の光量分布を調整することが可能な光量分布調整素子を利用し、かかる光量分布調整素子を透過した狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、狭帯域光の光量分布を調整すればよいとの知見を得るに至った。
【００３７】
以下で詳述する本開示の実施形態では、上記光量分布調整素子として、例えば、（ａ）少なくとも２つのシリンドリカルレンズを含むレンズ群、（ｂ）拡散特性に異方性を有する異方性拡散板、及び、（ｃ）レンズ形状がシリンドリカルレンズ形状となっているマルチレンズアレイの少なくとも何れかを利用する。
【００３８】
ここで、便宜的に、狭帯域光の進行方向（光軸方向）をｚ軸方向とし、光軸方向に対して互いに直交する平面内の２つの方向を、それぞれｘ軸方向及びｙ軸方向とする。この際に、焦点距離の異なるシリンドリカルレンズを２枚用いて、狭帯域光の拡大率をｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれで互いに独立に調整することで、ｘ軸方向の光束及びｙ軸方向の光束を、互いに独立に所望の放射角とすることができる。その上で、かかる異方性の放射パターンを有する光線を、各種の公知のライトガイド（より詳細には、５００ｍｍ以上の長さを有するライトガイド）に入射させる。ライトガイド内では、回転方向（ライトガイドの長軸方向に対して直交する方向）の強度分布はミキシングされてほぼ均一になってしまうが、ｘ軸方向及びｙ軸方向でそれぞれ変化させた放射角の成分は、ライドガイド内でも維持される。かかるライドガイドの特性を活用することで、ライトガイドを透過した狭帯域光の放射角分布を、所望の分布に調整することができる。
【００３９】
例えば図５に示したように、拡大率と放射角とは逆数の関係にあり、拡大率を１／ａ倍としたとき、放射角は、ａ’倍となる。そこで、狭帯域光のｘ軸方向の拡大率とｙ軸方向の拡大率を適切に選択することで（例えば、ｘ軸方向の狭帯域光の拡大率を０．２５倍とすることでｘ軸方向の放射角をおおよそ４倍近くにして）、照射領域の中心部の輝度ムラを白色照明光（ＬＥＤ光）に揃えた上で、周辺部の輝度はｙ軸方向のガウシアンビームの裾の強度分布を利用して対応する、というような光量分布調整を行うことが可能となる。
【００４０】
また、上記のような光量分布の調整は、拡散特性に異方性を有する異方性拡散板を用いても実現することが可能である。異方性拡散板では、ｘ軸方向及びｙ軸方向の光の照射方向を独立に制御することが可能であるため、２枚のシリンドリカルレンズを用いる場合と比べて、更なる省スペース化及び低コスト化が可能となる。
【００４１】
更に、上記のような光量分布の調整は、レンズ形状がシリンドリカルレンズ形状となっているマルチレンズアレイを用いても実施することが可能である。
【００４２】
以下では、上記のような知見に基づきなされた、本開示の実施形態に係る光源装置について、詳細に説明する。
【００４３】
（実施形態）
＜画像取得システムの全体構成について＞
以下では、まず、図６を参照しながら、本開示の実施形態に係る光源装置を含む画像取得システムの全体構成について、簡単に説明する。図６は、本実施形態に係る画像取得システムの全体構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【００４４】
本実施形態に係る画像取得システム１は、図６に示したように、光源装置１０と、画像取得装置２０と、を主に備える。
【００４５】
光源装置１０は、白色照明光と、かかる白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光と、を合波させ、合波後の光を外部へと出射する装置である。かかる光源装置１０の構成については、以下で改めて詳細に説明する。
【００４６】
画像取得装置２０は、光源装置１０から出射された光を用いて観察対象物の画像を取得する装置である。この画像取得装置２０は、図６に示したように、画像取得装置２０内に照明光を導光するライトガイド２０１と、観察対象物の画像を取得する画像取得ユニット２０３と、を主に備える。
【００４７】
本実施形態に係る画像取得装置２０において、ライトガイド２０１は、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドである。このライトガイド２０１は、５００ｍｍ以上の長さを有していることが好ましい。ライトガイド２０１に入射した光線は、後段の画像取得ユニット２０３へと導光されて、観察対象物の画像を取得する際の照明光として用いられる。
【００４８】
画像取得ユニット２０３は、ライトガイド２０１により導光された照明光を利用して、観察対象物の画像を取得するユニットである。この画像取得ユニット２０３は、照明光及び観察対象物の像を導光する各種の光学系と、かかる光学系により導光された観察対象物の像を撮像する各種の撮像素子と、を有している。このような画像取得ユニット２０３としては、各種の工業用又は医療用内視鏡装置の内視鏡ユニットや、各種の工業用又は医療用顕微鏡装置の顕微鏡ユニット等を挙げることができる。
【００４９】
かかる光源装置１０及び画像取得装置２０が互いに連携しながら機能することで、本実施形態に係る画像取得システム１は、観察対象物の画像を取得することが可能となる。
【００５０】
以上、図６を参照しながら、本実施形態に係る画像取得システム１について、簡単に説明した。
【００５１】
＜光源装置の構成について＞
［全体構成について］
続いて、図６〜図２６Ｂを参照しながら、本実施形態に係る光源装置１０について、詳細に説明する。
光源装置１０は、先だって言及したように、白色照明光と、かかる白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光と、を合波させ、合波後の光を外部へと出射する装置である。この光源装置１０は、図６に示したように、例えば、白色照明光源１０１と、狭帯域光源１０３と、光量分布調整素子１０５と、合波光学系１０７と、集光光学系１０９と、を主に備える。
【００５２】
白色照明光源１０１は、白色照明光を出射する光源である。かかる白色照明光源１０１は、特に限定されるものではなく、公知の光源を利用することが可能である。かかる白色照明光源１０１としては、例えば、青色光励起黄色蛍光体や紫外光励起白色蛍光体等の公知の蛍光体を各種のレーザ光やＬＥＤからの光で励起する蛍光体光源や、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の白色光源を挙げることができる。かかる白色照明光源１０１から出射される白色照明光は、ランバーシアン状の光となっている。
【００５３】
狭帯域光源１０３は、白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光を出射する光源である。本実施形態に係る光源装置１０において、狭帯域光源１０３の個数は特に限定されるものではなく、１個であってもよいし、複数個であってもよい。かかる狭帯域光源１０３から出射される狭帯域光は、赤色光、緑色光、青色光、紫色光等といった可視光波長帯域に属する各種の可視光であってもよいし、赤外波長帯域に属する赤外光であってもよいし、これらの光が互いに合波されたものであってもよい。
【００５４】
本実施形態に係る狭帯域光源１０３は、上記のような狭帯域光の少なくとも何れかを出射可能なものであれば、任意のものを利用することが可能であり、複数の光源を組み合わせて利用することも可能である。
【００５５】
図７に、本実施形態に係る狭帯域光源１０３として利用可能な光源の一つを、模式的に示した。本実施形態に係る狭帯域光源１０３は、例えば図７に示したように、複数の固体光源を有していることが好ましい。各固体光源からは、所定波長を有するガウシアン状の光が出射される。ここで、各固体光源が出射する光の波長の組み合わせは、特に限定されるものではないが、例えば図７に示したように、赤外光ＩＲ、赤色光Ｒｅｄ、緑色光Ｇｒｅｅｎ、青色光Ｂｌｕｅ、紫色光Ｖｉｏｌｅｔを出射可能な固体光源を組み合わせたものとしてもよい。これらの固体光源を適宜組み合わせて動作させることで、所望の波長帯域の狭帯域光を任意のタイミングで出射させることが可能となる。
【００５６】
各固体光源から射出された光は、各固体光源の後段に設けられたレンズＬ、ミラーＭ、光学フィルタＦによって伝搬方向が制御され、ミラーＭ及び光学フィルタＦの後段に設けられたレンズＬによって最終的に混色される。ここで、ミラーＭは、固体光源から射出された光を反射させるような光学特性を有するものであり、各光学フィルタＦは、各光学フィルタＦの上流に設けられた固体光源からの光は反射し、それ以外の波長帯域の光は透過させるような光学特性を有するものである。混色された後の光は、光ファイバＯＦによって導光され、光ファイバＯＦの端部から出射した光が、狭帯域光として利用される。
【００５７】
光量分布調整素子１０５は、狭帯域光源１０３と、後述する合波光学系１０７との間の光軸上に設けられており、狭帯域光源１０３から出射した狭帯域光の光量分布を調整する。具体的には、先だって言及したように、光量分布調整素子１０５は、光量分布調整素子１０５を透過した狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、狭帯域光の光量分布を調整する。
【００５８】
本実施形態に係る光源装置１０において、かかる光量分布調整素子１０５は、先だって言及したように、（ａ）少なくとも２つのシリンドリカルレンズを含むレンズ群、（ｂ）拡散特性に異方性を有する異方性拡散板、及び、（ｃ）レンズ形状がシリンドリカルレンズ形状となっているマルチレンズアレイの少なくとも何れかを利用することが好ましい。上記（ａ）〜（ｃ）の少なくとも何れかの光学素子を用い、上記（ａ）又は（ｃ）の場合には、シリンドリカルレンズの焦点距離を適切に選択し、上記（ｂ）の場合には、異方性拡散板の拡散角を適切に選択することで、より確実に、光量分布調整素子１０５を透過した狭帯域光の放射角分布に、異方性を持たせることが可能となる。
【００５９】
合波光学系１０７は、白色照明光源１０１から出射した白色照明光と、光量分布調整素子１０５を透過した狭帯域光（すなわち、放射角分布に異方性を有する狭帯域光）と、を合波する光学系である。かかる合波光学系１０７は、公知の１又は複数の公知の光学素子を用いて構成することが可能であり、例えば、ダイクロイックミラー等の公知の光学素子を含むことが好ましい。
【００６０】
合波光学系１０７の後段には、合波後の白色照明光及び狭帯域光を、画像取得装置２０に設けられたライトガイド２０１へと結合させる集光光学系１０９が設けられる。合波後の白色照明光及び狭帯域光が、集光光学系１０９によってライトガイド２０１へと結合されることで、合波後の白色照明光及び狭帯域光は、ライトガイド２０１内で適切に均一化され、ライトガイド２０１の出射端において、白色照明光の放射角分布と、狭帯域光の放射角分布と、が揃うようになる。かかる集光光学系１０９は、各種レンズ等といった公知の光学素子を１又は複数用いて構成することが可能である。
【００６１】
以上、図６を参照しながら、本実施形態に係る光源装置１０の全体構成を説明した。
【００６２】
なお、以上説明したような本実施形態に係る光源装置１０において、合波光学系１０７としてダイクロイックミラーを用いる場合には、ダイクロイックミラーに入射する光の角度に注意を払うことが好ましい。すなわち、ダイクロイックミラー等の光学素子には、所望の透過特性及び反射特性を実現するために、所定の設定入射角度が設けられている。かかる光学素子への光の入射角度が、設定入射角度から±５度程度の範囲（より好ましくは、設定入射角度から±３度程度の範囲）に抑えられていない場合には、ダイクロイックミラー等の光学素子の透過特性及び反射特性が著しく劣化する可能性がある。
【００６３】
そのため、本実施形態に係る光源装置１０において、光量分布調整素子１０５と合波光学系１０７との間の光軸上、及び、白色照明光源１０１と合波光学系１０７との間の光軸上には、それぞれ、狭帯域光及び白色照明光をコリメート光とするためのコリメート光学系が設けられることが好ましい。コリメート光学系により合波光学系１０７に入射する狭帯域光及び白色照明光をそれぞれ概ねコリメート光とすることで、狭帯域光及び白色照明光のそれぞれは、合波光学系１０７内をより効率良く通過するようになる。
【００６４】
次に、図８Ａ〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る光源装置１０の構成を、より具体的に説明する。
図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態に係る光量分布調整素子の一例を模式的に示した説明図であり、図８Ｃは、本実施形態に係る光源装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。図９Ａは、実施形態に係る光量分布調整素子の他の一例を模式的に示した説明図であり、図９Ｂは、本実施形態に係る光源装置の構成の他の一例を模式的に示した説明図である。図１０は、本実施形態に係る光源装置の構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
【００６５】
［具体例−その１］
本実施形態に係る光源装置１０では、光量分布調整素子１０５として、図８Ａに示したようなシリンドリカルレンズ１１１を用いることが可能である。この際、図８Ｂに模式的に示したように、本実施形態に係る光源装置１０では、焦点距離の異なる２枚のシリンドリカルレンズ１１１ａ，１１１ｂを用い、これらシリンドリカルレンズ１１１ａ，１１１ｂを十字形状に組み合わせることで、図８Ｂにおけるｘ軸方向の狭帯域光の拡大率と、ｙ軸方向の狭帯域光の拡大率と、を互いに独立に調整することができる。
【００６６】
２枚のシリンドリカルレンズ１１１ａ，１１１ｂを光量分布調整素子１０５として用いた場合の光路図を、図８Ｃに模式的に示した。
図８Ｃに示した例の場合、白色照明光源１０１から出射した白色照明光は、コリメート光学系１１３を透過することでコリメート光となり、合波光学系１０７まで導光される。一方、狭帯域光源１０３から出射した狭帯域光は、光量分布調整素子１０５として機能するシリンドリカルレンズ１１１ａ，１１１ｂを透過することで、放射角分布が異方性を有するようになる。その後、シリンドリカルレンズ１１１ａ，１１１ｂを透過した狭帯域光は、コリメート光学系１１３を透過することでコリメート光となり、合波光学系１０７まで導光される。
【００６７】
合波光学系１０７に含まれるダイクロイックミラーは、白色照明光を反射させるとともに、狭帯域光を透過させるような光学特性を有している。かかる合波光学系１０７を経ることで、白色照明光と狭帯域光とが互いに合波されて、集光光学系１０９へと導光される。合波された白色照明光及び狭帯域光は、集光光学系１０９により、画像取得装置２０のライトガイド２０１の一方の端部に結合される。
【００６８】
なお、図８Ｃに示したような光学系において、シリンドリカルレンズ群の前段及び後段の光軸上に、等方性拡散板を配置することも可能である。
【００６９】
［具体例−その２］
本実施形態に係る光源装置１０では、光量分布調整素子１０５として、図９Ａに示したような異方性拡散板１１５を用いることが可能である。かかる異方性拡散板１１５は、図９Ａに示したｘ軸方向の拡散特性と、ｙ軸方向の拡散特性と、が異なっており、狭帯域光の放射角を、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれで互いに独立に調整することが可能である。
【００７０】
異方性拡散板１１５を光量分布調整素子１０５として用いた場合の光路図を、図９Ｂに模式的に示した。
図９Ｂに示した例の場合、白色照明光源１０１から出射した白色照明光は、コリメート光学系１１３を透過することでコリメート光となり、合波光学系１０７まで導光される。一方、狭帯域光源１０３から出射した狭帯域光は、光量分布調整素子１０５として機能する異方性拡散板１１５を透過することで、放射角分布が異方性を有するようになる。その後、異方性拡散板１１５を透過した狭帯域光は、コリメート光学系１１３を透過することでコリメート光となり、合波光学系１０７まで導光される。
【００７１】
合波光学系１０７に含まれるダイクロイックミラーは、白色照明光を反射させるとともに、狭帯域光を透過させるような光学特性を有している。かかる合波光学系１０７を経ることで、白色照明光と狭帯域光とが互いに合波されて、集光光学系１０９へと導光される。合波された白色照明光及び狭帯域光は、集光光学系１０９により、画像取得装置２０のライトガイド２０１の一方の端部に結合される。
【００７２】
［具体例−その３］
本実施形態に係る光源装置１０では、光量分布調整素子１０５として、レンズ形状がシリンドリカルレンズ形状となっているマルチレンズアレイを用いることが可能である。マルチレンズアレイを構成するそれぞれの単レンズのレンズ形状を、シリンドリカルレンズ形状とすることで、上記のシリンドリカルレンズ１１１ａ，１１１ｂや、異方性拡散板１１５と同様の効果を実現することが可能となる。
【００７３】
図１０に、マルチレンズアレイ１１７を光量分布調整素子１０５として用いた場合の模式的な光路図を示した。
図１０に示した例の場合、白色照明光源１０１から出射した白色照明光は、コリメート光学系１１３を透過することでコリメート光となり、合波光学系１０７まで導光される。一方、狭帯域光源１０３から出射した狭帯域光は、光量分布調整素子１０５として機能するマルチレンズアレイ１１７を透過することで、放射角分布が異方性を有するようになる。その後、マルチレンズアレイ１１７を透過した狭帯域光は、コリメート光学系１１３を透過することでコリメート光となり、合波光学系１０７まで導光される。
【００７４】
合波光学系１０７に含まれるダイクロイックミラーは、白色照明光を反射させるとともに、狭帯域光を透過させるような光学特性を有している。かかる合波光学系１０７を経ることで、白色照明光と狭帯域光とが互いに合波されて、集光光学系１０９へと導光される。合波された白色照明光及び狭帯域光は、集光光学系１０９により、画像取得装置２０のライトガイド２０１の一方の端部に結合される。
【００７５】
以上、図８Ａ〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る光源装置１０の構成を、より具体的に説明した。
【００７６】
［光量分布の調整度合い］
図１１は、狭帯域光の放射パターンを説明するための説明図であり、図１２は、本実施形態に係る狭帯域光の光量分布調整について説明するための説明図である。
上記のような各光学素子を経ることで、狭帯域光の放射パターンは、図１１下段に示したような、従来の等方的な放射パターンではなく、図１１上段に示したような異方的な放射パターンとなる。
【００７７】
ここで、本実施形態に係る光源装置１０では、ライトガイド２０１の中心軸を光軸かつ回転中心としたとき（ひいては、集光光学系１０９の中心軸を光軸としたとき）に、ライトガイド２０１の入射端において、回転方向に光量を積分した積分値のライトガイド２０１の径方向の分布が、図１２に模式的に示したように、白色照明光と狭帯域光とで略同一となるように、前記狭帯域光の光量分布が調整されることが好ましい。回転方向に光量を積分した積分値のライトガイド２０１の径方向の分布形状が、白色照明光と狭帯域光とで類似すればするほど、狭帯域光の光エネルギーのロスをより低減することが可能となる。
【００７８】
ここで、光量の積分値の分布形状がどの程度類似していればよいかについては、特に限定されるものではなく、光源装置１０から出射される光の用途等に応じて、類似度合いを適宜設定すればよい。また、光量の積分値の分布形状の類似度合いは、例えば、各径方向位置での白色照明光の光量の積分値と狭帯域光の光量の積分値との残差二乗和等で定量化する等といった、公知の任意の方法で定量化することが可能であり、かかる方法で求められた値を所定の閾値と大小比較することで、光量の積分値の分布形状の類似度合い（換言すれば、略同一とみなすことが可能か否か）を客観的に判断することも可能である。
【００７９】
［集光光学系への光束の入射位置］
以下では、図１３〜図２５Ｂを参照しながら、集光光学系への光束の入射位置について、説明する。
図１３は、集光光学系への狭帯域光の入射方法を説明するための説明図であり、図１４は、等方性を有する狭帯域光のライトガイド出射端での強度分布の一例を示したグラフ図である。図１５は、本実施形態に係る集光光学系への狭帯域光の入射方法を説明するための説明図であり、図１６は、狭帯域光のライトガイド出射端での強度分布の一例を示したグラフ図である。図１７Ａ、図１８Ａ、図１９Ａ、図２０Ａは、等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図であり、図１７Ｂ、図１８Ｂ、図１９Ｂ、図２０Ｂは、等方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。図２１Ａ、図２１Ａ、図２２Ａ、図２３Ａ、図２４Ａ、図２５Ａは、異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示した説明図であり、図２１Ｂ、図２２Ｂ、図２３Ｂ、図２４Ｂ、図２５Ｂは、異方性拡散板を用いた場合の狭帯域光の強度分布の一例を示したグラフ図である。
【００８０】
本発明者は、別途、レーザ光の照射位置を集光光学系の光軸中心から偏心させることで、集光光学系を透過したレーザ光の放射角を変化させることが可能であることを見出している。ここで、レーザ光は、等方的なガウシアン形状の光であるため、レーザ光の強度は、光軸中心が最も強くなる。従って、図１３に模式的に示したように、等方的なレーザ光（狭帯域光）の集光光学系への入射位置を、ある方向（例えば、図１３におけるＸ軸正方向側）にずらした場合には、光強度の最大点がライトガイドの中心軸からずれてしまう。その結果、図１４に示したように、光強度の最大点が光軸中心から周辺部に所定量だけずれて、中心部が暗くなってしまう。
【００８１】
一方、本実施形態で着目しているような異方性を有する光束の集光光学系への入射位置を、図１５に模式的に示したように、ある方向（例えば、図１５におけるＸ軸正方向側）にずらした場合について考える。この場合、入射した光束のＹ軸方向の強度分布を測定すると、Ｙ＝０（すなわち、光軸上）の位置での強度が最も強い、図１６に示したような強度分布が得られる。一方、Ｘ軸方向の強度分布は、Ｘ＝０の位置に最大強度が存在しないために、ライトガイドの出射端においてＸ軸方向の強度分布を測定すると、図１４に示したような、中心部の強度が落ちた放射分布となる。最終的には、ライトガイド内において、径方向の強度が保存された状態で、円周方向（回転方向）の強度が合成されるため、より自由度が高く、かつ、光のロスがより少ない放射角の分布を実現することが可能となる。上記のような理由から、本実施形態に係る光源装置１０において、合波後の白色照明光及び狭帯域光は、集光光学系１０９に入射する際に、集光光学系１０９の光軸中心からずれた位置に入射することが好ましい。
【００８２】
以下では、光量分布調整素子１０５として異方性拡散板を用いた場合を例に挙げ、異方性を有する光束の集光光学系への入射位置を偏心させた場合に、ライトガイド２０１の入射端において光束の強度分布がどのように変化するかを、公知の光線追跡シミュレーションを用いて演算した。なお、演算条件を、以下のように設定した。すなわち、レーザ光を、異方性拡散板に照射し、異方性拡散板からの拡散光を、焦点距離３０ｍｍの球面レンズでコリメート光とした後、開口数ＮＡ＝０．７のレンズで直径４．５ｍｍ×長さ２００ｍｍの円柱状のガラスロッドに入射させた。その後、ガラスロッドの出射端からの放射光について、ガラスロッドの出射端から３０ｍｍ離れた位置にスクリーンがあるとして、かかるスクリーン上での照射強度を算出した。なお、異方性拡散板の拡散角は、図１５におけるＸ軸方向の拡散角を３０度とし、図１５におけるＹ軸方向の拡散角を１度とした。また、光軸中心からのシフト量は、以下の検証では、全て６ｍｍとした。
【００８３】
また、比較のために、異方性拡散板ではなく、拡散角１度の等方性拡散板、及び、拡散角３０度の等方性拡散板を用いた場合についても、同様に検証を行った。
【００８４】
まず、図１７Ａ〜図２０Ｂを参照しながら、等方性拡散板を用いた場合の検証結果について説明する。
図１７Ａ及び図１７Ｂは、拡散角３０度の等方性拡散板を用いた場合に、レーザ光が集光光学系の光軸中心に入射した場合のシミュレーション結果であり、図１８Ａ及び図１８Ｂは、拡散角３０度の等方性拡散板を用いた場合に、レーザ光が集光光学系の光軸中心からＸ軸正方向に６ｍｍの位置に入射した場合のシミュレーション結果である。また、図１７Ａ及び図１８Ａは、スクリーン上での強度分布を示しており、図１７Ｂ及び図１８Ｂは、光軸中心を通る面でのＸ軸方向の強度分布を示している。図１７Ａ及び図１７Ｂと、図１８Ａ及び図１８Ｂと、を比較すると明らかなように、入射位置を横にずらすことによって、放射角が広がっていることが確認できる。
【００８５】
また、図１９Ａ及び図１９Ｂは、拡散角１度の等方性拡散板を用いた場合に、レーザ光が集光光学系の光軸中心に入射した場合のシミュレーション結果であり、図２０Ａ及び図２０Ｂは、拡散角１度の等方性拡散板を用いた場合に、レーザ光が集光光学系の光軸中心からＸ軸正方向に６ｍｍの位置に入射した場合のシミュレーション結果である。図１９Ａ及び図１９Ｂと、図２０Ａ及び図２０Ｂと、を比較すると明らかなように、入射位置を横にずらすことによって、強度のピーク位置が、光軸中心（放射角０度）の位置から、±１０度の位置に変化していることがわかる。
【００８６】
図１７Ａ〜図２０Ｂの例では、等方性拡散板を用いているため、各図に示したような放射角の変化も等方的であり、例えばＹ軸方向についても、同様の放射角変化を示すようになる。従って、このような光束がライトガイドに入射した場合には、先だって説明したように、光強度の最大点が光軸中心から周辺部に所定量だけずれて、中心部が暗くなってしまう。
【００８７】
図２１Ａ〜図２５Ｂは、異方性拡散板を用いた場合のシミュレーション結果である。なお、本シミュレーションでは、異方性拡散板によって楕円形状の光束となったレーザ光を、円柱状のガラスロッドに入射させているため、スクリーン上での強度分布は、ガラスロッドの形状を反映して円形状になっている点に注意されたい。
【００８８】
図２１Ａ及び図２１Ｂは、Ｘ軸方向の拡散角３０度×Ｙ軸方向の拡散角１度の異方性拡散板を用いた場合に、レーザ光が集光光学系の光軸中心に入射した場合のシミュレーション結果であり、図２２Ａ及び図２２Ｂは、レーザ光が集光光学系の光軸中心からＸ軸方向に６ｍｍの位置に入射した場合のシミュレーション結果である。図２１Ａ及び図２１Ｂと、図２２Ａ及び図２２Ｂとを比較すると明らかなように、入射位置を横にずらすことによって、入射位置を横にずらすことによって、放射角が広がっていることが確認できる。
【００８９】
また、図２３Ａ及び図２３Ｂは、集光光学系において、Ｘ軸が４５度回転した方向に光学中心から６ｍｍずれた位置に、レーザ光が入射した場合のシミュレーション結果であり、図２４Ａ及び図２４Ｂは、Ｘ軸が３０度回転した方向に光学中心から６ｍｍずれた位置に、レーザ光が入射した場合のシミュレーション結果であり、図２５Ａ及び図２５Ｂは、Ｘ軸が１５度回転した方向に光学中心から６ｍｍずれた位置に、レーザ光が入射した場合のシミュレーション結果である。これらのシミュレーション結果から明らかなように、集光光学系におけるレーザ光の入射位置を変化させることで、レーザ光の放射パターンを所望の形状に調整できることがわかる。
【００９０】
また、実際の光源装置１０では、光量分布調整素子１０５を透過した狭帯域光は、Ｘ軸方向の放射パターンとＹ軸方向の放射パターンが異なっており、このような異方性を有したまま、狭帯域光は、画像取得装置２０のライトガイド２０１に結合される。先だって言及しているように、ライトガイド２０１内では、ライトガイドの半径方向の強度は保存されたまま、円周方向の強度が合成されることとなる。その結果、自由度が高く、かつ、光エネルギーのロスのない放射角分布を実現することが可能となる。
【００９１】
［合波光学系１０７について］
続いて、図２６Ａ及び図２６Ｂを参照しながら、本実施形態に係る光源装置１０で用いうる合波光学系１０７（より詳細には、ダイクロイックミラー）について、簡単に説明する。図２６Ａは、本実施形態に係る光源装置における合波光学系の一例を模式的に示した説明図であり、図２６Ｂは、本実施形態に係る光源装置における合波光学系の他の一例を模式的に示した説明図である。
【００９２】
合波光学系１０７として設けられるダイクロイックミラーが、図８Ｃ、図９Ｂ、図１０に示したように、光軸に対して４５度の角度で配置される場合を考える。かかる場合、一般的には、図２６Ａに模式的に示したように、光の入射面全体がダイクロイックミラーＤＭとして機能する光学素子を用いることが多い。かかる光学素子の入射面に略円形状の光束が入射する場合、ダイクロイックミラーＤＭを光軸に対して４５度の角度で配置すると、入射する光束の形状は、図２６Ａに示したように、楕円形状になると考えられる。
【００９３】
一方、本実施形態に係る光源装置１０では、狭帯域光の放射プロファイル（強度分布）は、先だって説明しているように異方性を有しているため、合波光学系１０７として設けられるダイクロイックミラーＤＭにおいて、狭帯域光の照射領域は、白色照明光の照射領域によりも小さくなる。
【００９４】
本実施形態に係る光源装置１０では、以上説明したように、狭帯域光の強度分布が異方性を有することから、合波光学系１０７として設けられるダイクロイックミラーにおいて、狭帯域光の照射領域は、白色照明光の照射領域よりも小さくなる。
【００９５】
ダイクロイックミラーＤＭを光軸に対して４５度の角度で配置した場合、ダイクロイックミラーＤＭの面上の円形の照射領域は長辺方向が２０．５だけ実際には長くなるが、簡単のために、狭帯域光又は白色照明光の光軸への投影として考えることとする。この際、例えば図１１上段に示したような光束が、ダイクロイックミラーＤＭに入射する場合を考える。この際、狭帯域光を透過させ、かつ、白色照明光を反射させるために要するダイクロイックミラーＤＭの大きさは、図２６Ｂに示したように、狭帯域光の照射領域程度の大きさであり、それ以外の領域は、狭帯域光が入射しないことからダイクロイックミラーＤＭとしなくともよい。従って、本実施形態に係る光源装置１０では、狭帯域光の照射領域のみをダイクロイックミラーＤＭとし、かつ、それ以外の部分については白色照明光を全反射させる全反射ミラーＭとした、図２６Ｂに示したような複合ミラーを利用しても良い。
【００９６】
合波光学系１０７として、図２６Ｂに示したような複合ミラーを含む光学系を用いることで、集光光学系１０９へと導光される白色照明光の光量の更なる増加を図ることが可能となるとともに、ダイクロイックミラーＤＭの小型化によるコストダウンを図ることが可能となる。
【００９７】
以上、本実施形態に係る光源装置１０で用いうる合波光学系１０７について、簡単に説明した。
【００９８】
（まとめ）
以上説明したように、本開示の実施形態に係る光源装置１０では、少なくとも２つのシリンドリカルレンズを含むレンズ群、異方性拡散板、又は、レンズ形状がシリンドリカルレンズ形状となっているマルチレンズアレイのような、狭帯域光の放射角分布に異方性を付与する光量分布調整素子を用いることで、製造コストの増加を抑制しつつ、白色照明光と狭帯域光との間で均一な照射プロファイルを実現し、光を効率良く利用することが可能となる。
【００９９】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１００】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１０１】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
白色照明光を出射する白色照明光源と、
前記白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源と、
前記白色照明光と前記狭帯域光とを合波する合波光学系と、
合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、画像取得装置に設けられた、当該画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドへと結合させる集光光学系と、
前記狭帯域光源と前記合波光学系との間の光軸上に設けられ、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子と、
を備え、
前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、
前記光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布を調整する、光源装置。
（２）
前記ライトガイドの中心軸を光軸かつ回転中心としたときに、前記光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有し、かつ、前記ライトガイドの入射端において、回転方向に光量を積分した積分値の前記ライトガイドの径方向の分布が前記白色照明光と前記狭帯域光とで略同一となるように、前記狭帯域光の光量分布を調整する、（１）に記載の光源装置。
（３）
合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光は、前記集光光学系に入射する際に、前記集光光学系の光軸中心からずれた位置に入射する、（１）又は（２）に記載の光源装置。
（４）
前記光量分布調整素子は、少なくとも２つのシリンドリカルレンズを含むレンズ群、拡散特性に異方性を有する異方性拡散板、及び、レンズ形状がシリンドリカルレンズ形状となっているマルチレンズアレイの少なくとも何れかである、（１）〜（３）の何れか１つに記載の光源装置。
（５）
前記光量分布調整素子と前記合波光学系との間の光軸上、及び、前記白色照明光源と前記合波光学系との間の光軸上には、それぞれ、前記狭帯域光及び前記白色照明光をコリメート光とするためのコリメート光学系が設けられる、（１）〜（４）の何れか１つに記載の光源装置。
（６）
前記合波光学系は、光量分布の調整された前記狭帯域光の照射部分に前記狭帯域光を透過させるとともに前記白色照明光を反射させるダイクロイックミラーが設けられており、かつ、当該ダイクロイックミラーが設けられた以外の部分には、前記白色照明光を反射させる全反射ミラーが設けられた複合ミラーを含む、（１）〜（５）の何れか１つに記載の光源装置。
（７）
前記白色照明光源は、所定の蛍光体と所定の光源とを組み合わせた蛍光体光源であり、
前記狭帯域光源は、固体光源である、（１）〜（６）の何れか１つに記載の光源装置。
（８）
前記画像取得装置は、内視鏡又は顕微鏡である、（１）〜（７）の何れか１つに記載の光源装置。
（９）
白色照明光源から出射される白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源から出射された狭帯域光を、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子へと入射させることと、
前記光量分布の調整された前記狭帯域光と前記白色照明光とを、合波光学系により合波させることと、
合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、画像取得装置に設けられた、当該画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドへと結合させる集光光学系により、当該ライトガイドへと結合させることと、
を含み、
前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、
前記光量分布調整素子では、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布が調整される、光量分布の調整方法。
（１０）
白色照明光と、当該白色照明光よりも狭い波長帯域の狭帯域光と、を合波させ、合波後の光を外部へと出射する光源装置と、
前記光源装置から出射された光を用いて観察対象物の画像を取得する画像取得装置と、
を備え、
前記画像取得装置は、
前記画像取得装置内に照明光を導光するライトガイドを有しており、
前記ライトガイドは、マルチモード光ファイバが束ねられたバンドル式ライトガイド、又は、内部に液体が充填された液体ライトガイドであり、
前記光源装置は、
前記白色照明光を出射する白色照明光源と、
前記狭帯域光を出射する１又は複数の狭帯域光源と、
前記白色照明光と前記狭帯域光とを合波する合波光学系と、
合波後の前記白色照明光及び前記狭帯域光を、前記画像取得装置に設けられた前記ライトガイドへと結合させる集光光学系と、
前記狭帯域光源と前記合波光学系との間の光軸上に設けられ、前記狭帯域光の光量分布を調整する光量分布調整素子と、
を有しており、
前記光量分布調整素子は、当該光量分布調整素子を透過した前記狭帯域光の放射角分布が異方性を有するように、前記狭帯域光の光量分布を調整する、画像取得システム。
【符号の説明】
【０１０２】
１    画像取得システム
１０    光源装置
２０    画像取得装置
１０１    白色照明光源
１０３    狭帯域光源
１０５    光量分布調整素子
１０７    合波光学系
１０９    集光光学系
１１１    シリンドリカルレンズ
１１３    コリメート光学系
１１５    異方性拡散板
１１７    マルチレンズアレイ
２０１    ライトガイド
２０３    画像取得ユニット
【図１】
2018139101.tif 000003
【図２Ａ】
2018139101.tif 000004
【図２Ｂ】
2018139101.tif 000005
【図３】
2018139101.tif 000006
【図４】
2018139101.tif 000007
【図５】
2018139101.tif 000008
【図６】
2018139101.tif 000009
【図７】
2018139101.tif 000010
【図８Ａ】
2018139101.tif 000011
【図８Ｂ】
2018139101.tif 000012
【図８Ｃ】
2018139101.tif 000013
【図９Ａ】
2018139101.tif 000014
【図９Ｂ】
2018139101.tif 000015
【図１０】
2018139101.tif 000016
【図１１】
2018139101.tif 000017
【図１２】
2018139101.tif 000018
【図１３】
2018139101.tif 000019
【図１４】
2018139101.tif 000020
【図１５】
2018139101.tif 000021
【図１６】
2018139101.tif 000022
【図１７Ａ】
2018139101.tif 000023
【図１７Ｂ】
2018139101.tif 000024
【図１８Ａ】
2018139101.tif 000025
【図１８Ｂ】
2018139101.tif 000026
【図１９Ａ】
2018139101.tif 000027
【図１９Ｂ】
2018139101.tif 000028
【図２０Ａ】
2018139101.tif 000029
【図２０Ｂ】
2018139101.tif 000030
【図２１Ａ】
2018139101.tif 000031
【図２１Ｂ】
2018139101.tif 000032
【図２２Ａ】
2018139101.tif 000033
【図２２Ｂ】
2018139101.tif 000034
【図２３Ａ】
2018139101.tif 000035
【図２３Ｂ】
2018139101.tif 000036
【図２４Ａ】
2018139101.tif 000037
【図２４Ｂ】
2018139101.tif 000038
【図２５Ａ】
2018139101.tif 000039
【図２５Ｂ】
2018139101.tif 000040
【図２６Ａ】
2018139101.tif 000041
【図２６Ｂ】
2018139101.tif 000042
【国際調査報告】
2018139101.tif 000043
2018139101.tif 000044