JP2004248834A - 光源装置及び光源装置の照明光照射方法 - Google Patents
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Abstract
【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
【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
Description
【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
【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
Claims (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。 - 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。
Priority Applications (1)
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JP2003041610A JP2004248834A (ja) | 2003-02-19 | 2003-02-19 | 光源装置及び光源装置の照明光照射方法 |
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