JP2013125609A - 光源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】様々な目的に対して、目的に応じた個別の専用システムを構築することなく対応できる光源システムを提供すること。
【解決手段】光源システム10は、互いに異なる光学特性を有する光源光を出射する光源モジュール20a,20b,20cと、光源モジュール20a,20b,20cが機械的に着脱自在な照射モジュール60とを有している。照射モジュール60は、光源光を導光し、光源光の一方の光学特性に応じた光学特性を有する導光部材73と、光源光を導光し、光源光の他方の光学特性に応じ、導光部材73の光学特性とは異なる光学特性を有する導光部材77と、導光部材73によって導光された光源光の一方の前記光学特性を変換して、光源光を第1の変換光として出射する第1の光変換ユニット103とを有している。導光部材73の中心軸は、導光部材77の中心軸に対して平行に配設されている。第1の光変換ユニット103は、導光部材73と光学的に接続し、導光部材77と光学的に分離している。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複数の導光部材を有する光源システムに関する。
例えば特許文献1には、2種類の光源と、これら光源に対応する2種類の導光部材とが搭載された蛍光内視鏡を有する光源システムが開示されている。
この光源システムは、光源として、レーザ光を出射するレーザ光源と、一般照明光を出射する一般照明光源とを有している。レーザ光と一般照明光とは、生体組織を照射する。一般照明光が生体組織を照射することで得られる画像と、レーザ光が生体組織を照射することで得られる蛍光画像とは、イメージガイドを経由して、テレビカメラによって観察される。
なお蛍光内視鏡は、レーザ光をレーザ光源から内視鏡の先端部へと導光するレーザ光用光ファイバである第1の導光部材と、一般照明光をレーザ光源から内視鏡の先端部へと導光する一般照明光用光ファイバである第2の導光部材と、第1の導光部材と第2の導光部材とよりも内視鏡の先端部側に配設されている拡散板である光変換ユニットとを有している。
一般照明光用光ファイバは、レーザ光用光ファイバを密着するように囲んでいる。光変換ユニットは、第1の導光部材と第2の導光部材とから分離している。
特開平10−337271号公報
上記した特許文献1において、レーザ光用光ファイバから出射されるレーザ光の光学特性と、一般照明光用光ファイバから出射される一般照明光の光学特性とは、異なる。この光学特性とは、例えば配光、色、明るさなどを示す。これら光学特性が異なる場合、例えば観察時においてレーザ光が一般照明光に切り替わると、生態組織を表示装置で観察する観察者は違和感を抱いてしまう。
そして光学特性が異なると、光源システムはそれぞれの光源に対応する専用且つ特殊な導光機構を有する必要があり、結果として一般照明光光学系と蛍光観察用レーザ光学系といった目的に応じた専用の光源システムが構築されてしまう。これにより光源システムは高価となり、光源システムのコストパフォーマンスが低下してしまう。
言い換えると、互いの光学特性が揃うように調整されることによって、光源システムは、様々な目的に対して共有でき、目的に応じた個別の専用システムを構築することなく対応できる。これにより光源システムは安価となり、光源システムのコストパフォーマンスが向上する。
本発明の目的は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、様々な目的に対して、目的に応じた個別の専用システムを構築することなく対応できる光源システムを提供することを目的とする。
本発明は目的を達成するために、互いに異なる光学特性を有する光源光を出射する複数の光源モジュールと、前記光源モジュールが機械的に着脱自在な照射モジュール、を具備し、前記照射モジュールは、前記光源光を導光し、前記光源光の一方の光学特性に応じた光学特性を有する第1の導光部材と、前記光源光を導光し、前記光源光の他方の光学特性に応じ、前記第1の導光部材の光学特性とは異なる光学特性を有する第2の導光部材と、前記第1の導光部材によって導光された前記光源光の一方の前記光学特性を変換して、前記光源光を第1の変換光として出射する第1の光変換ユニットと、を有し、前記第1の導光部材の中心軸は、前記第1の導光部材の前記第1の光変換ユニットが配設された側の近傍において、前記第2の導光部材の中心軸に対して平行に配設され、前記第1の光変換ユニットは、前記第1の導光部材と光学的に接続し、前記第2の導光部材と光学的に分離していることを特徴とする光源システムを提供する。
本発明によれば、様々な目的に対して、目的に応じた個別の専用システムを構築することなく対応できる光源システムを提供することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る光源システムの概略図である。 図2は、導光部材73の正面図である。 図3Aは、入射端部側から見た導光部材77の正面図である。 図3Bは、出射端部側から見た導光部材77の正面図である。 図4は、導光ユニットと第1の光変換ユニットとの概略斜視図である。 図5は、導光ユニットと光変換ユニットとの構成を示す図である。 図6は、図5に示す6−6線における導光ユニットの正面図である。 図7は、変形例1を示し、第2の光源モジュールを示す概略図である。 図8は、変形例2を示し、導光部材77の出射端部側の斜視図である。 図9は、図8に示す導光部材77の出射端部の正面図である。 図10は、変形例2を示し、導光部材77の出射端部側の斜視図である。 図11は、変形例5を示し、導光ユニットの正面図である。 図12は、変形例5を示し、導光ユニットの正面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
[第1実施形態]
[構成]
図1と図2と図3Aと図3Bと図4と図5と図6を参照して第1の実施形態について説明する。なお、図1と図2と図3Aと図3Bと図4と図5と図6では一部の部材の図示を省略している。また光源21aが出射する光を光源光A、光源21bが出射する光を光源光B、光源21cが出射する光を光源光Cと称する。
[光源システム10]
図1に示すように、光源システム10は、互いに異なる光学特性を有する光源光A,B,Cを出射する光源モジュール20a,20b,20cと、光源モジュール20a,20b,20cを駆動する光源駆動ユニット50と、光源光A,B,Cを基とする照明光を観察対象物に照射し、光源モジュール20a,20b,20cが機械的に着脱自在な照射モジュール60とを有している。
光源モジュールは3個配設され、照射モジュール60は1つ配設されている。1つの照射モジュール60は、3つの光源モジュール20a,20b,20cに共有されている。この点は、光源駆動ユニット50についても同様である。3つの光源モジュール20a,20b,20cが照射モジュール60に配設されることで、照射モジュール60は目的に応じた照明光を出射する。光源モジュール20a,20b,20cは、それぞれ別体である。光源モジュール20a,20b,20cは、光源駆動ユニット50とは別体である。
[光源モジュール20a,20b,20c]
以下に、光源モジュール20a,20b,20cそれぞれに配設されている略同一の機能を有する共通の部材について説明する。
図1に示すように、光源モジュール20a,20b,20cは、光源光A,B,Cを出射する光源21a,21b,21cと、照射モジュール60に配設されている入射端部63a,63bに向けて光源光A,B,Cを出射する出射端部23a,23b,23cと、入射端部63a,63bと出射端部23a,23b,23cとを光結合するために入射端部63a,63bに出射端部23a,23b,23cを固定する固定部25a,25b,25cとを有している。
また図1に示すように、光源モジュール20a,20b,20cは、光源21a,21b,21cから出射された光源光A,B,Cを出射端部23a,23b,23cに導光する導光部材27a,27b,27cと、光源モジュール20a,20b,20cから発生した熱を放出する放熱機構29a,29b,29cとをさらに有している。
また図1に示すように、光源モジュール20a,20b,20cは、光源21a,21b,21cを駆動させるために光源駆動ユニット50と電気的に接続し、光源21a,21b,21cを発光させるための電力や制御信号を受け取るための電気端子31a,31b,31cをさらに有している。電気端子31a,31b,31cは、接続ケーブル33a,33bと接続している。光源21a,21b,21cは、接続ケーブル33a,33b,33bによって光源駆動ユニット50と電気的に接続している。
[光源モジュール20a]
図1に示すように、光源モジュール20aは、光源21aと導光部材27aとの間に配設され、光源21aから出射された光源光Aを導光部材27aに集光するレンズ35をさらに有している。
光源21aは、光源光Aとして例えば青色のレーザ光を出射する例えばInGaN系の青色の半導体レーザを有している。レーザ光は、例えば、370nm〜500nmの波長を有している。光源21aの発光点は、光源21b,21cの発光点と比較して小さい。レーザ光の大部分は、レンズ35によって導光部材27aに入射する。
導光部材27aは、レンズ35と出射端部23aとの間に配設され、レンズ35によって集光された光源光Aを出射端部23aに導光する光ファイバである。導光部材27aは、後述する導光部材27b,27cと比較して小さい入射領域を有している。
出射端部23aは、導光部材27aの端部に配設されている。出射端部23aは、入射端部63aと光学的に接続可能となっている。出射端部23aは、後述する出射端部23b,23cと比較して小さい出射領域として形成される。
固定部25aは、出射端部23aを囲うように立設されており、後述する固定ユニット61に配設されている固定部65aと嵌合する。固定部25aが固定部65aと嵌合することで、光源モジュール20aは照射モジュール60に機械的に固定される。このように固定部25aと固定部65aとは、第1の固定機構として機能する。
放熱機構29aは、例えば光源21aから発生する熱を放出する。放熱機構29aは、例えばペルチェ素子と放熱フィンとを有している。
[光源モジュール20b]
図1に示すように、光源モジュール20bは、光源21bと出射端部23bとの間に配設され、光源21bから前方に向かって出射された光源光Bを集光する2つのレンズ37a,37bと、光源21bよりも後方に配設され、光源21bから後方に向かって出射された光源光Bを前方に向かって反射するミラー39と、2つのレンズ37a,37bの間に配設され、光源光Bから不要な成分をカットするフィルタ41とをさらに有している。
後方とは光源光Bの進行方向に対して後側を示し、前方とは光源光Bの進行方向に対して前側を示す。
光源21bは、光源光Bである例えばランプ光を出射する例えばXeランプを有している。ランプ光は、例えば白色光である。Xeランプは、放電ランプの一種であり、白色光源である。光源21bの発光点は光源21aの発光点と比較して大きく、光源光Bの放射角は広く、光源光Bの波長範囲は広い。
光源21b側に配設されているレンズ37aは、光源21bから出射された光源光Bを略平行光に変換する。
ミラー39は、光源光Bをレンズ37aに集光する凹面を有している。
フィルタ41は、光源光Bから不要な紫外成分と赤外成分とをカットする。フィルタ41は、例えばバンドパスフィルタ、またはローパスフィルタとハイパスフィルタとの組み合わせによって形成される。
導光部材27b側に配設されているレンズ37bは、フィルタ41によって不要な成分が除去された光源光Bを導光部材27bに集光する。
光源光Bの一部は、光源21bからレンズ37aに向かってに出射される。光源光Bの他部は、光源21bからミラー39に向かってに出射される。そして光源光Bの他部は、ミラー39によってレンズ37aに向かって反射される。そして光源光Bは、レンズ37aによって平行光に変換され、フィルタ41によって紫外成分と赤外成分とをカットされ、レンズ37bによって集光されて導光部材27bに入射する。
導光部材27bは、レンズ37bと出射端部23bとの間に配設され、レンズ37bによって集光された光源光Bを出射端部23bに導光する導光ロッドである。導光部材27bは、導光部材27aと比較して大きい入射領域を有している。
出射端部23bは、導光部材27bの端部に配設されている。出射端部23bは、入射端部63bと光学的に接続可能となっている。出射端部23bは、出射端部23aと比較して大きい出射領域として形成される。
固定部25bは、出射端部23bを囲うように立設されており、固定ユニット61に配設されている固定部65bと嵌合する。固定部25bが固定部65bと嵌合することで、光源モジュール20bは照射モジュール60に機械的に固定される。このように固定部25bと固定部65bとは、第2の固定機構として機能する。
放熱機構29bは、例えば冷却ファンと放熱フィンとを有している。放熱機構29bは、光源21bから発生する熱と、光源光Bを照射されることで温度が上昇した部材の熱とを放熱する。この部材とは、例えばミラー39などである。
[光源モジュール20c]
図1に示すように、光源モジュール20cは、光源21cと導光部材27cとの間に配設され、光を合成する合成光学系45をさらに有している。
光源21cは、例えば、赤色のLED光を出射する赤色LEDと、緑色のLED光を出射する緑色LEDと、青色のLED光を出射する青色LEDとを有している。赤色LEDと緑色LEDと青色LEDとが出射するLED光において、これらの光量が調整されることで、様々な色を有するLED光が生成される。例えばこれらの光量を適切な割合に、これらLED光が合成光学系45によって合成すると、光源光Cである白色光(LED光)が生成される。赤色LEDと緑色LEDと青色LEDとは、図示しない同一の基板に搭載されている。この基板は、例えば熱伝導率が高い例えばアルミニウム基板と窒化アルミニウム基板との少なくとも一方によって形成されている。光源21cの発光点は光源21aの発光点と比較して大きく、光源光Cの放射角は広く、光源光Cの波長範囲は広い。
合成光学系45は、例えばダイクロイックミラーを有している。合成光学系45は、赤色のLED光と緑色のLED光と青色のLED光とを合成して光源光Cを生成する。合成光学系45は、光源光Cを導光部材27cに集光する。
導光部材27cは、合成光学系45と出射端部23cとの間に配設され、合成光学系45によって集光された光源光を出射端部23cに導光する導光ロッドである。導光部材27cは、導光部材27aと比較して大きい入射領域を有している。
出射端部23cは、導光部材27cの端部に配設されている。出射端部23cは、入射端部63bと光学的に接続可能となっている。出射端部23cは、出射端部23aと比較して大きい出射領域として形成される。
固定部25cは、出射端部23cを囲うように立設されており、固定ユニット61に配設されている固定部65bと嵌合する。固定部25cが固定部65bと嵌合することで、光源モジュール20cは照射モジュール60に機械的に接続される。このように固定部25cと固定部65bとは、第2の固定機構として機能する。
放熱機構29cは、放熱機構29bと略同様の構成を有している。このため、放熱機構29cは、例えば冷却ファンと放熱フィンとを有している。放熱機構29cは、光源21cから発生する熱と、光源光Cを照射されることで温度が上昇した部材の熱とを放熱する。この部材とは、例えば合成光学系45などである。放熱機構29cは、図示しない基板の裏面に配設されている。
なお光源モジュール20cは、レンズ37a,37bやフィルタ41などを有していてもよい。
また、光源モジュール20cの基本的な構成は、光源モジュール20bの基本的な構成と略同一のため、以下においては、光源モジュール20bをもちいて構成と動作とについて説明する。
[光源駆動ユニット50]
図1に示すように、本実施形態における光源システム10は1つの光源駆動ユニット50を有しており、前記したように光源駆動ユニット50は光源モジュール20a,20b,20cによって共有されている。
光源駆動ユニット50は、光源モジュール20aと、光源モジュール20bまたは光源モジュール20cとに電力を供給する。また光源駆動ユニット50は、光源21aの発光状態と、光源21bの発光状態または光源21cの発光状態とを制御する。
光源駆動ユニット50は、光源駆動ユニット50と接続している光源モジュール20a,20b,20cの種類を判別する機能を有している。すなわち、接続ケーブル33a,33bは、光源モジュール20a,20b,20cに電力を供給するための電力配線と、光源モジュール20a,20b,20cの駆動状態を制御するための制御信号配線と、接続ケーブル33a,33bが接続した光源モジュール20a,20b,20cの種類を判別するための判別信号配線とを有している。光源駆動ユニット50は、判別信号配線を介して受信する判別信号を基に、接続ケーブル33a,33bを介して接続している光源モジュール20a,20b,20cの種類を判別する。例えば、光源駆動ユニット50が接続ケーブル33aを介して光源モジュール20aと接続した場合、光源駆動ユニット50は判別信号配線を介して判別信号を検出する。そして光源駆動ユニット50は、光源モジュール20aに配設されている光源21aに応じた電力と制御信号とを、電力配線と制御信号配線とを介して光源モジュール20aに供給する。
光源モジュール20a,20b,20cの判別方法としては、例えば、光源モジュール20a,20b,20cは、光源モジュール20a,20b,20cの種類情報や駆動情報を記録する図示しない記録部を有している。光源駆動ユニット50は、接続ケーブル33a,33bを介してこれら情報を読み出すことによって光源モジュール20a,20b,20cを判別する。
また、他の判別方法としては、電気端子31aは電気端子31b,31cとは異なる特有の形状を有しており、接続ケーブル33aは電気端子31aと接続した際にこの形状を検出する検出部を有している。電気端子31b,31cと接続ケーブル33bについても同様である。光源駆動ユニット50は、この検出結果を基に、光源モジュール20a,20b,20cの種類を判別する。
また、さらに他の判別方法としては、光源モジュール20a,20b,20cが接続ケーブル33a,33bを介して光源駆動ユニット50と接続した際、光源モジュール20a,20b,20cは、光源モジュール20a,20b,20cを示す電気信号パターンを、判別信号配線を介して光源駆動ユニット50に出力する。光源駆動ユニット50は、この電気信号パターンを基に、光源モジュール20a,20b,20cを判別する。
このとき光源駆動ユニット50は、光源モジュール20a,20b,20cの種類のみではなく、光源モジュール20a,20b,20cが接続する照射モジュール60の種類に応じて、光源モジュール20a,20b,20cの設定を所望に調整することが好適である。このためには、照射モジュール60は、照射モジュール60の種類の情報を光源駆動ユニット50に送信する必要がある。よって照射モジュール60は、照射モジュール60の情報を、光源モジュール20a,20b,20cと接続ケーブル33a,33bとを介して光源駆動ユニット50に送信してもかまわないし、光源駆動ユニット50が固定ユニット61と直接接続することで光源駆動ユニット50に送信してもよい。
[照射モジュール60]
図1に示すように、照射モジュール60は、光源モジュール20aと、光源モジュール20bまたは光源モジュール20cと光学的及び機械的に固定する固定ユニット61と、固定ユニット61と接続し、光源光A,B,Cを導光する導光ユニット71と、導光ユニット71の端部に配設され、導光ユニット71によって導光された光源光A,B,Cを照明光に変換して出射する、または光源光B,Cを照明光として直接外部に出射する光変換ユニット101とを有している。
[固定ユニット61]
図1に示すように、固定ユニット61は、略直方体形状を有している。固定ユニット61は、第1の平面に配設されている入射端部63aと固定部65aと、第1の平面に対して直交している第2の平面に配設されている入射端部63bと固定部65bと、第1の平面に対向し、第2の平面に対して直交し、導光ユニット71が接続する第3の面とを有している。
入射端部63aには、出射端部23aから出射された光源光A(青色のレーザ光)が入射する。入射端部63aは、後述する入射端部63bと比較して小さい入射領域として形成されている。入射端部63aは、出射端部23aと同軸上に配設されている。
固定部65aは、入射端部63aを囲うように立設されており、固定部25aと嵌合する。固定部65aは、固定部25b,25cとは嵌合不能である。
入射端部63bには、出射端部23bから出射された光源光B(ランプ光)、または出射端部23cから出射された光源光C(LED光)が入射する。入射端部63bは、入射端部63aと比較して大きい入射領域として形成されている。入射端部63bは、出射端部23bまたは出射端部23cと同軸上に配設されている。
固定部65bは、入射端部63bを囲うように立設されており、固定部25bまたは固定部25cと嵌合する。固定部65bは、固定部25aとは嵌合不能である。
固定ユニット61は、導光ユニット71に配設されている後述する導光部材73が嵌合または接着する孔67aと、導光ユニット71に配設されている導光部材77が嵌合または接着する孔67bとを有している。孔67a,67bは、固定ユニット61の内部に配設されている。
孔67bは、第2の平面から第3の平面に向かって屈曲して配設されている。孔67bは、第2の平面と第3の平面とにおいて外部と連通している。孔67bは、孔67aよりも太い。孔67aは、第1の平面から第3の平面に向かって直線状に配設されている。孔67aは、第1の平面において外部と連通しており、第3の平面側において孔67bと連通している。
[導光ユニット71]
図1に示すように導光ユニット71は、入射端部63aから入射した光源光A(レーザ光)を導光する導光部材73(第1の導光部材)と、入射端部63bから入射した光源光B,C(ランプ光またはLED光)を導光する導光部材77(第2の導光部材)と、導光部材77を覆う樹脂製の外皮91とを有している。導光部材73は、入射端部63aから入射した光源光Aの光学特性に応じた光学特性を有している。導光部材77は、入射端部63bから入射した光源光B,Cの光学特性に応じた光学特性を有している。導光部材77の光学特性は、導光部材73の光学特性とは異なる。
[導光部材73]
図1と図2とに示すように、導光部材73は、光源光Aを導光することに好適な単線の光ファイバによって形成されている。導光部材73は、導光部材73の近傍において、図示しないフェルールによって保持されている。導光部材73は、円形状を有するコア73aと、コア73aの屈折率よりも低い屈折率を有し、コア73aを覆うクラッド73bとによって形成されている。コア73aの直径は、例えば数μm〜200μmとなっている。照明用として、導光部材73は、マルチモード光ファイバが好適である。導光部材73は、円柱形状を有している。
図1と図4と図5とに示すように、導光部材73の一端部を示すコア73aの一端部は、光源光Aが入射する入射端部63aとして機能する。また図1と図4と図5とに示すように、導光部材73の他端部を示すコア73aの他端部は、光源光Aを出射する出射端部75として機能する。このように導光部材73は、光源光Aを出射する第1の出射端部である出射端部75(他端部)を有することとなる。出射端部75は、後述する出射端部79と比較して小さい出射領域として形成されている。
図1と図4と図5とに示すように、導光部材73(入射端部63a)は、導光部材27a(出射端部23a)と同軸である。導光部材73は、固定ユニット61において直線状に配設されている。導光部材73の一端部は、固定部65aによって保持されている。導光部材73は、固定ユニット61において孔67aに嵌合または接着している。
また図1と図4と図5とに示すように、導光部材73は、固定ユニット61から延出され、固定ユニット61から光変換ユニット101まで直線状に配設されている。固定ユニット61から光変換ユニット101までに配設されている導光部材73は、詳細については後述するが導光部材77によって覆われて保護されている。導光部材73の他端部(出射端部75)は、光変換ユニット101に配設される第1の光変換ユニット103と光学的に接続している。
[導光部材77]
図3Aに示すように、導光部材77は、複数の光ファイバの素線が束ねられることによって形成されているバンドルファイバを有している。このような導光部材77は、例えばライトガイドである。この光ファイバの本数は、例えば、数百本〜数千本となっている。図1と図4と図5とに示すように、導光部材77は、導光部材73よりも太い。
図1と図4と図5とに示すように、導光部材77の一端部は、光源光Bまたは光源光Cが入射する入射端部63bとして機能する。また導光部材77の他端部は、光源光Bまたは光源光Cを出射する出射端部79として機能する。このように導光部材77は、光源光Bまたは光源光Cを出射する第2の出射端部である出射端部79(他端部)を有することとなる。出射端部79は、出射端部75と比較して大きい出射領域として形成されている。
図4と図5とに示すように、導光部材77の一端部において、光ファイバは束ねられた状態で円筒形状のケース81の内部に配設されている。この点は、他端部も同様である。また一端部において、光ファイバは、例えば接着剤によって互いに固定された状態で、ケース81の内周面に固定されている。この点は、他端部も同様である。つまり、導光部材77の両端は固定端として形成され、一端部と他端部との間は接着されておらず、互いに自由に移動できるように形成されている。ケース81は、例えば金属によって形成されている。
なお図1に示すように、入射端部63bが第1の平面と第3の平面とに対して直交している第2の平面に配設されるために、導光部材77の一端部は固定ユニット61の内部において屈曲している。屈曲している導光部材77の一端部は、ケース81と共に固定部65bによって保持されている。導光部材77は、この状態で、固定ユニット61において孔67bに嵌合または接着している。導光部材77の一端部(入射端部63b)は、導光部材27b(出射端部23b)または導光部材27c(出射端部23c)と同軸である。
また図1に示すように、導光部材77は、固定ユニット61から延出され、固定ユニット61から光変換ユニット101まで直線状に配設されている。固定ユニット61から光変換ユニット101までに配設されている導光部材77は、外皮91によって覆われ保護されている。図4と図5とに示すように、導光部材77の他端部(出射端部79)は、第1の光変換ユニット103とは光学的に分離し、光変換ユニット101に配設されている第2の光変換ユニット111と光学的に接続している。
図3Aに示すように、導光部材77の一端部(入射端部63b)は、光ファイバが全体に渡って配設されており、円形状を有している。この一端部は、コア73aよりも大きい。この一端部の直径は、光源光B,Cを効率よく受光し、孔67bへの一端部の挿入性と、照明ユニットの他の部材への挿入性及び配設性とを考慮して、数百μm〜3mmとなっている。
図3Bと図4と図5とに示すように、導光部材77の他端部(出射端部79)は、光ファイバが縁側に配設されており、リング形状を有している。よって他端部において、円形状の開口端部83を有している。開口端部83は、導光部材77の中心軸上に配設されている。開口端部83は、導光部材77において、出射端部79から屈曲している導光部材77の根元まで、直線状に連続して配設されている。よって図1と図5とに示すように導光部材77は、円柱形状の空洞部85を内部に有し、結果的に円筒形状を有することとなる。空洞部85は、開口端部83によって他端部において外部と連通している。また空洞部85が固定ユニット61において孔67aと連通するために、側面開口部87が導光部材77の屈曲部分の根元に形成されている。側面開口部87は、孔67bの内部に位置する。このような空洞部85には、導光部材73が空洞部85の中心軸上に配設される。空洞部85の直径は、導光部材73の直径よりも大きい。このように、導光部材73が導光部材77の内部に配設されるための空洞部85が導光部材77の内部に形成されるように、光ファイバの素線は束ねられている。そして導光部材73は導光部材77の内部に配設されて導光部材77に囲まれ、導光部材77は導光部材73を覆い、導光部材73を保持及び保護する。導光部材73と導光部材77とは、導光ユニット71において同軸上に配設される。
なお出射端部79は、他端部から開口端部83を除いた領域を示し、リング形状を有している。
[導光部材73,77の組立手順1]
導光部材73の他端部(出射端部75)は、第1の光変換ユニット103のスペクトル変換部材105と予め接続する。導光部材77は、空洞部85が形成されるように、複数の光ファイバ(素線)が束ねられることによって予め形成されている。これにより、導光部材77は、円筒形状を有する。
次に、導光部材73は、開口端部83から空洞部85に挿入される。
次に、導光部材77の一端部が屈曲して側面開口部87が形成され、導光部材73の一端部が側面開口部87から突出し、導光部材73の一端部が孔67aと嵌合または接着し固定部65aによって保持され、導光部材77の一端部が孔67bと嵌合または接着し固定部65bによって保持されるように、導光部材73,77は固定ユニット61と接続する。
[導光部材73の光学特性と導光部材77の光学特性との関係]
導光部材73は、光源光A(青色レーザ光)を導光するため、青色のレーザ光の波長域370nm〜500nmの光透過率を有している。導光部材73の開口数NAは、導光部材77の開口数NAと比較して、大きくなくても良い。
導光部材77が光源光B,C(ランプ光,LED光)を導光するため、導光部材77の開口数NAは、導光部材73の開口数NAと比較して大きいものを選択している。また導光部材77は、光源光B,Cを導光するため、可視光から近赤外域の光に対して、比較的平坦な波長透過特性を有していることが好適である。また導光部材77は、視感度の比較的低い光源光C(青色領域の光)に対して、他の波長域の光を越えるような、高い透過率を有する必要は小さい。
導光部材73の光学特性と導光部材77の光学特性とを比較すると、
A:導光部材77の有効な入射領域(入射端部63b)は、導光部材73の有効な入射領域(入射端部63a)よりも大きいことが好適である。
B:導光部材77の開口数は、導光部材73の開口数よりも大きいことが好適である。
C:青色領域の光に対して、導光部材73の透過率は、導光部材77の透過率よりも大きいことが好適である。
なお本実施形態では、光源21aが青色のレーザ光を出射するために、Cでは「青色領域の光」と規定されている。よって光源21aが所望の色のレーザ光を出射する場合、「所望する色の領域」、言い換えると、「導光部材73が導光する光源光Aのピーク波長」と規定される。
つまり、導光部材73が導光する光源光Aのピーク波長に対して、導光部材73の透過率は、導光部材77の透過率よりも大きいことが好適である。
[光変換ユニット101]
光変換ユニット101は、光源光A,B,Cを基に照明光を出射する。この光変換ユニット101は、第1の光変換ユニット103と、第2の光変換ユニット111とを有している。
[第1の光変換ユニット103]
図1と図5とに示すように、第1の光変換ユニット103は、導光部材73によって導光された光源光Aが第1の光変換ユニット103に入射するように、導光部材73の他端部(出射端部75)と光学的に接続している。また第1の光変換ユニット103は、導光部材77によって導光された光源光B,C(ランプ光,LED光)が第1の光変換ユニット103に入射しないように、導光部材77とは光学的に分離している。
光源21bから出射される光源光B(ランプ光)は、光源光A(青色のレーザ光)と同様の波長成分を有している。つまり光源光Bは、第1の光変換ユニット103の後述するスペクトル変換部材105によって吸収され、スペクトル変換部材105によって黄色蛍光に変換される青色成分を有している。このため、第1の光変換ユニット103が導光部材77と光学的に接続していると、光源光Bのみが第1の光変換ユニット103を照射した場合であっても、黄色蛍光が含まれた照明光が照射されてしまう。これを避けるために、第1の光変換ユニット103は、導光部材77に対して光学的に独立している。
図4と図5とに示すように、このような第1の光変換ユニット103は、円柱形状を有し、光源光Aを第1の変換光に変換する第1の光変換部材であるスペクトル変換部材105と、スペクトル変換部材105を保持する保持部材107と、スペクトル変換部材105に配設され、第1の変換光を出射する第3の出射端部である出射端部109とを有している。
第1の光変換ユニット103は、導光部材73によって導光された光源光Aの光学特性を変換して、光源光Aを第1の変換光として出射する。具体的には、スペクトル変換部材105は、光源21aである青色半導体レーザから出射され、導光部材73によって導光された青色のレーザ光の一部を吸収して、黄色蛍光に変換して出射する。またスペクトル変換部材105は、青色のレーザ光の他部を散乱光に変換して出射する。このときスペクトル変換部材105は、青色レーザ光の光学特性に含まれるピーク波長とスペクトル形状と放射角と配光と光量との少なくとも1つを所望に変換する。
スペクトル変換部材105がピーク波長とスペクトル形状と放射角と配光と光量とを変換する波長変換部材である場合、スペクトル変換部材105は、例えば、YAG:Ce蛍光体の粉末が樹脂やガラスに分散されることで形成される。
またスペクトル変換部材105は、放射角を変換する放射角変換部材や配光を変換する配光変換部材であってもよい。
黄色蛍光と散乱光とが混合することで生成される光を混合光とする。スペクトル変換部材105の厚みと形状と、蛍光体粉末の粒径、濃度により、黄色蛍光の光量と散乱光の光量との比を調整することができる。そして、黄色蛍光の光量と散乱光の光量との比により、混合光の色を調整することができる。本実施形態では、混合光が白色光となるように、黄色蛍光の光量と散乱光の光量との比は、スペクトル変換部材105の厚みと形状と、蛍光体粉末の粒径、濃度によって、調整されている。
保持部材107は、円柱形状を有している。保持部材107の断面は凹形状を有しており、スペクトル変換部材105は保持部材107の凹部に配設される。保持部材107は、保持部材107の底面に凹部と連通する開口部107aを有している。
保持部材107は、光源光Aが開口部107aを通過しスペクトル変換部材105に入射し、導光部材73の他端部(出射端部75)がスペクトル変換部材105と光学的に接続するように、図示しない取付部材によって、導光部材73の他端部に取り付けられている。なお保持部材107は、接着と機械的なはめ込み機構との少なくとも一方によって、導光部材73の他端部に取り付けられている。保持部材107の外周面は、導光部材77の内周面と接着している。
出射端部109は、円形状を有している。
[第2の光変換ユニット111]
図1と図5とに示すように、第2の光変換ユニット111は、導光部材77の出射端部79から出射された光源光B,C(ランプ光,LED光)が第2の光変換ユニット111に入射するように、導光部材77の他端部(出射端部79)と光学的に接続している。この第2の光変換ユニット111は、第2の光変換ユニット111に入射する光源光B,Cの放射(照射)角を所望に変換する放射角変換部材を有している。放射角変換部材は、放射角を拡げる配光変換部材の一種である。放射角変換部材は、放射角や配光を所望に変換する例えば、1枚の凹レンズ、または複数のレンズが組み合わさることで形成されるレンズ群を有している。第2の光変換ユニット111は、放射角変換部材によって、光源光B,Cのピーク波長とスペクトル形状とをほとんど変化させずに、光源光B,Cの放射角のみを変換する。このとき放射角変換部材は、光源光Bの光学特性である放射角を変換して、光源光B,Cを第2の変換光である照明光に変換する。
また第2の光変換ユニット111は、第1の光変換ユニット103の出射端部109から出射された第1の変換光が第2の光変換ユニット111に入射するように、第1の光変換ユニット103の出射端部109と光学的に接続している。第2の光変換ユニット111は、前記第1の変換光の前記光学特性に含まれるピーク波長とスペクトル形状と放射角と配光と光量との少なくとも1つとを変換し、前記第1の変換光を第2の変換光に変換する。
なお第2の光変換ユニット111は、第1の変換光の光学特性と光源光B,Cの光学特性とに含まれるピーク波長とスペクトル形状と放射角と光量との少なくとも1つとを変換し、光源光B,Cと第1の変換光との少なくとも一方を第2の変換光に変換すればよい。そして、第2の光変換ユニット111は、第2の変換光を照明光として出射する。
[導光部材73と導光部材77と第1の光変換ユニット103との配置の関係1]
図5と図6とに示すように、導光部材73の他端部(出射端部75)の直径は、スペクトル変換部材105の直径よりも小さい。導光部材73の他端部は、前記したように空洞部85(開口端部83)に配設され、導光部材77の他端部(出射端部79)に囲まれている。よって、第1の光変換ユニット103も、空洞部85(開口端部83)に配設され、導光部材77の他端部に囲まれる。
導光部材73の他端部(出射端部75)と導光部材77の他端部(出射端部79)と第1の光変換ユニット103とは、共通の保持部材であるケース81と保持部材107とによって直接的または間接的にまとめて保持されており、ケース81と保持部材107とに固定されている。ケース81と保持部材107とは、導光部材73の他端部(出射端部75)と導光部材77の他端部(出射端部79)と第1の光変換ユニット103とがばらけることを、防止する。
また導光部材73と導光部材77とは、導光部材73の他端部と導光部材77の他端部とにおいて互いに固定されている。固定された部分よりも入射端部63a,63b側において、導光部材73の一端部側と導光部材77の一端部側との少なくとも一部は、自由端であり、互いに空間的(3次元的)に移動可能となっている。
導光部材77の他端部は、第1の光変換ユニット103が導光部材77から出射された光源光B,Cを遮光することを防止し、導光部材77が第1の光変換ユニット103から出射された第1の変換光を遮光することを防止し、光源光B,Cと1次変換光との利用効率を高めるために、スペクトル変換部材105の出射端部109と同一平面上、または出射端部109よりも光源モジュール20aから離れて配設されている。
本実施形態では、以下の内容が成立するように構成されている。
導光部材73の中心軸は、コア73aの中心軸を示し、第1の中心軸とする。
導光部材77の中心軸は、ケース81の中心軸を示し、第2の中心軸とする。
図5に示すように、第1の中心軸は、少なくとも導光部材73の第1の光変換ユニット103が配設された側の近傍において、第2の中心軸に対して平行に配設されている。より詳細には、第1の中心軸と第2の中心軸とは、開口端部83から側面開口部87まで同軸上に配設されている。
図5と図6とに示すように、出射端部75と出射端部109とは円形状を有し、出射端部79はリング形状を有し、出射端部75,79,109は、同心円状に配置されている。また出射端部79の外縁は、円形状を有している。スペクトル変換部材105は、円柱形状を有している。
出射端部75,79,109が導光部材73の中心軸に対して直交する平面に投影された際、この平面に形成される出射端部75の投影図の外縁は、この平面に形成される出射端部109の投影図の外縁により囲まれている。また出射端部109の投影図の外縁は、この平面に形成される出射端部79の投影図の外縁により囲まれている。つまり、中心から外側に向かって、出射端部75、出射端部109、出射端部79の順に配設されている。
[動作方法]
以下に、本実施形態の動作方法について説明する。
[光源モジュール20aと照射モジュール60とが組み合わされた際の動作方法]
光源モジュール20aは、第1の平面において固定ユニット61と接続し、接続ケーブル33aを介して光源駆動ユニット50と接続する。光源駆動ユニット50は制御信号を接続ケーブル33aを介して光源モジュール20aに送信し、光源21aは制御信号を基に青色のレーザ光を出射する。
レーザ光は、レンズ35によって導光部材27aに集光され、導光部材27aに入射し、導光部材27aによって出射端部23aにまで導光され、出射端部23aから入射端部63aに向けて出射される。レーザ光は、入射端部63aから導光部材73に入射し、導光部材73によって出射端部75にまで導光され、出射端部75から第1の光変換ユニット103に向けて出射される。
レーザ光は、第1の光変換ユニット103においてスペクトル変換部材105を照射する。レーザ光の一部は、スペクトル変換部材105に吸収され、スペクトル変換部材105によって黄色蛍光に変換される。またレーザ光の他部は、スペクトル変換部材105によって青色の散乱光に変換される。黄色蛍光と散乱光とは、スペクトル変換部材105から第2の光変換ユニット111に向けて出射される。このとき、黄色蛍光と散乱光とは、混合して、白色光として出射される。
白色光は、白色光の放射角が第2の光変換ユニット111における放射角変換部材によりその放射角が拡げられ、照明光として照明対象物を照射する。
半導体レーザを有する光源21aは、Xeランプを有する光源21bとLEDを有する光源21cとに比べて、小型化、省電力化が可能である。よって、光源モジュール20aと照射モジュール60とが組み合わされると、光源システム10は小型となり且つ照明光を省電力で照射することが可能となる。またレーザ光は、ランプ光やLED光よりも導光部材73に効率的に入射することができる。従って、小さな電力でも、明るい光を導光部材73の出射端部75まで導光でき、第2の光変換ユニット111により明るい照明光を効率的に発生させることができる。これにより、光源モジュール20aと照射モジュール60との組み合わせは、光源システム10を小型化したい場合や、光源システム10の電力が制限されている場合や、効率よい明るい白色光が必要な場合に、有効である。
[光源モジュール20bと照射モジュール60とが組み合わされる際の動作方法]
光源モジュール20bは、第2の平面において固定ユニット61と接続し、接続ケーブル33bを介して光源駆動ユニット50と接続する。光源駆動ユニット50は接続ケーブル33bを介して制御信号を光源モジュール20bに送信し、光源21bは制御信号を基にランプ光を出射する。
ランプ光は、導光部材27bに入射し、導光部材27bによって出射端部23bにまで導光され、出射端部23bから入射端部63bに向けて出射される。ランプ光は、入射端部63bから導光部材77に入射し、導光部材77によって出射端部79にまで導光され、出射端部79から第2の光変換ユニット111に向けて出射される。
ランプ光は、第2の光変換ユニット111において放射角変換部材を照射する。ランプ光は、ランプ光の放射角が第2の光変換ユニット111における放射角変換部材によって拡がった状態で、照明光として照明対象物を照射する。
Xeランプから出射されるランプ光は、太陽光に比較的近いスペクトルを有する白色光である。これにより、光源モジュール20bと照射モジュール60との組み合わせは、照明対象物に太陽光に近似した光を照射する場合に、有効である。
[光源モジュール20cと照射モジュール60とが組み合わされる際の動作方法]
光源モジュール20cは、光源モジュール20bの代わりに、第2の平面において固定ユニット61と接続し、接続ケーブル33bを介して光源駆動ユニット50と接続する。光源駆動ユニット50は接続ケーブル33bを介して制御信号を光源モジュール20cに送信し、光源21cは制御信号を基にLED光を出射する。
この後のLED光の動作は、ランプ光の動作と略同一である。
光源モジュール20cは、様々な色を有するLED光を出射することとなる。また光源モジュール20cは、合成光学系45によって様々な色のLED光を合成して出射することとなる。これにより光源モジュール20cと照射モジュール60との組み合わせは、照明光の色に対する要求を満たす場合に、有効である。
LEDを有する光源21cは、Xeランプを有する光源21bに比べて、小型化、省電力化が可能である。よって、光源モジュール20cと照射モジュール60とが組み合わされると、光源システム10は小型となり且つ照明光を省電力で照射することとなる。これにより、光源モジュール20cと照射モジュール60との組み合わせは、光源システム10を小型化したい場合や、光源システム10の電力が制限されている場合に、有効である。
また、LEDを有する光源21cは、Xeランプを有する光源21bに比べて、瞬時に点灯,消灯でき、明るさを高速変調することもできる。これにより、光源モジュールc20cと照射モジュール60との組み合わせは、光源システム10を、ウォームアップを行わず、直ぐに使用を開始したり停止する用途に適している。さらにこの組み合わせは、明るさを高速で変調させて使用したり、点滅させて使用する用途に適している。
さらに、LEDはXeランプとくらべて長寿命であり、突然切れることがないため、長期にわたり安定且つメンテナンスフリーで使用することができる。
[効果]
このように本実施形態では、導光部材73,77を有する照射モジュール60は、光変換ユニット101を有し、光源モジュール20a,20b,20cと組み合わさる。本実施形態では、光変換ユニット101において、光源光Aの光学特性を、第1の光変換ユニット103によって、光源光B,Cの光学特性と揃うように変換(調整)できる。
また、第1の光変換ユニット103は、導光部材73と光学的に接続し、導光部材77と光学的に分離しており、導光部材77に対して光学的に独立している。これにより本実施形態では、光源光B,Cの光学特性が第1の光変換ユニット103によって変換することを防止できる。
よって本実施形態では、光学特性が揃うように調整でき、光源システム10は、様々な目的に対して共有でき、目的に応じた個別の専用システムを構築することなく対応できる。これにより光源システム10は安価となり、光源システム10のコストパフォーマンスが向上する。
つまり、本実施形態では、照射モジュール60を光源モジュール20a,20b,20cで共有でき、1つの照射モジュール60から目的に応じた様々な照明光を出射できる。よって本実施形態では、様々な目的に対して共有できる光源システム10を提供できる。また本実施形態では、様々な目的に対して、目的に応じた個別の専用システムを構築することなく対応できる光源システム10を提供できる。
なお、ここで示す光源光の光学特性とは、例えば、光源光の配光、色、明るさなどを示す。また、ここで示す、光源光Aの光学特性を、光源光B,Cの光学特性と揃うように変換(調整)できるとは、例えば、観察者が違和感を抱きにくいように、光源光Aの光学特性の一部または全部を変換(調整)することが可能であることを示す。
また本実施形態では、出射端部75出射端部79と第1の光変換ユニット103とは、共通の保持部材であるケース81と保持部材107とによって直接的または間接的にまとめて保持されている。つまり出射端部75出射端部79と第1の光変換ユニット103とは、導光ユニット71の先端部という同じ部分に固定されている。これにより本実施形態では、光源光A,B,Cを同じ位置から確実に出射でき、光源光A,B,Cが用いられてもユーザは違和感無く観察できる。また本実施形態では、光源光A,B,Cが交互に点灯する場合、影のでき方などの違いを抑えることができる。
本実施形態では、例えば光源モジュール20aと照射モジュール60とが組み合わさると、光源システム10を小型化でき、光源システム10の電力の制限に対して有効にでき、効率よい明るい白色光を実現できる。
本実施形態では、例えば光源モジュール20aと照射モジュール60との組み合わせにおいて、第1の光変換ユニット103の動作は、レーザ光の波長に応じて異なる。
例えば第1の光変換ユニット103において、前記したYAG:Ce蛍光体粉末を有するスペクトル変換部材105は、青色のレーザ光を吸収し黄色蛍光に変換する。このときスペクトル変換部材105は、青紫色のレーザ光や、緑色より長波長のレーザ光を吸収せず、変換しない。
ただし、本実施形態のスペクトル変換部材105は、レーザ光の波長に関わらず、レーザ光の放射角を拡大するように変換する放射角変換部材として機能する。よって、スペクトル変換部材105は、青色のレーザ光を波長変換し、照明光の放射角を変換した状態で白色の照明光を出射する。またスペクトル変換部材105は、青紫色のレーザ光や、緑色より長波長のレーザ光を、放射角を変換した状態で出射する。
このように本実施形態では、導光部材73が単線の光ファイバによって形成されていても、レーザ光の波長と第1の光変換ユニット103とが組み合わさることで、複数の照明光を出射できる。
また本実施形態では、例えば光源モジュール20bと照射モジュール60とが組み合わさると、照明対象物に太陽光に近似した光を照射できる。
また本実施形態では、ランプ光やLED光を出射する光源21b,21cに対し、導光部材77が共有されている。これにより本実施形態では、光源21b,21cの数と導光部材77の数とを同一にする必要が無く、導光部材77を増やさずにすむ。
また本実施形態では、ランプ光の発光領域とLED光の発光領域とはレーザ光の発光領域と比較して大きく、またランプ光の光学特性とLED光の光学特性とは近似している。このため、本実施形態では、導光部材77を共有でき、導光部材77にバンドルファイバを用いることができる。
また本実施形態では、第2の光変換ユニット111は、光源光B,C(ランプ光とLED光と)のピーク波長とスペクトル形状とをほとんど変化させずに、光源光B,Cの放射角のみを変換する。そして、ランプ光とLED光とは、この状態で、照明対象物を照射する。よって本実施形態では、光源21b,21cに対し、第2の光変換ユニット111も共有できる。
また本実施形態では、導光部材73の中心軸と導光部材77の中心軸とは同軸上に配設されている。これにより本実施形態では、1次変換光が第2の光変換ユニット111によって変換されて出射される際の照射領域の中心と、ランプ光またはLED光が第2の光変換ユニット111によって変換されて出射される際の照射領域の中心と、を一致できる。また本実施形態では、レーザ光の照射領域の大きさと影のでき方と、ランプ光またはLED光の照射領域の大きさと影のでき方とを略同一にできる。よって本実施形態では、光源光A,B,Cが切り替わり照明対象物を照射する際に、切り替わりによって生じる観察者の違和感を軽減できる。
特に本実施形態では、出射端部75と出射端部79と出射端部109とが同心円状に配置されているため、照明光の照射領域や影のでき方などをより等しくできる。
また本実施形態では、導光部材77の他端部は第1の光変換ユニット103に固定されているために、導光ユニット71が屈曲しても、照明光の照明領域や影のでき方がずれにくい。
また本実施形態では、導光部材73の一端部側と導光部材77の一端部側とは、自由端であり、導光部材73の中心軸方向に沿って相対的に移動可能となっている。これにより本実施形態では、導光ユニット71を容易に屈曲でき、また、屈曲しても導光部材73,77の破断の可能性を低下できる。
また本実施形態では、第2の光変換ユニット111によって、例えばレーザ光とランプ光とは同じ光学特性(例えば放射角)を有することができる。また本実施形態では、第2の光変換ユニット111が放射角を変換するため、第1の光変換ユニット103は放射角を変換する機能を有する必要が無く、第1の光変換ユニット103を小型にできる。
また本実施形態では、導光部材73は、単線の光ファイバによって形成されることで、レーザ光を出射する光源モジュール20aに対応できる。また本実施形態では、導光部材77は、複数の光ファイバの素線が束ねられることによって形成されているバンドルファイバを有することで、ランプ光を出射する光源モジュール20b、またはLED光を出射できる光源モジュール20cに対応できる。
また本実施形態では、導光部材73は空洞部85によって導光部材77の内部に配設されるため、照射モジュール60を細径にできる。
[変形例]
以下に本実施形態の変形例について説明する。
[変形例1、光源駆動ユニット50について、図7]
本実施形態では、光源駆動ユニット50は、接続ケーブル33aを介して光源モジュール20aを制御しているが、図示はしないが接続ケーブル33bと光源モジュール20bと固定ユニット61を介して光源モジュール20aを制御してもよい。この場合、固定ユニット61は、光源モジュール20aと接続する。このため、固定ユニット61と光源モジュール20aとは、制御信号を送受信する送受信端子や電力を供給する供給端子等を含む電気接続端子を互いに搭載している。光源モジュール20aの種類の判別信号は、この接続部を利用することが望ましい。
また図7に示すように、光源駆動ユニット50は、光源モジュール20aよりも大型で電力を多く使用する光源モジュール20bに直接搭載されていても良い。この場合、光源駆動ユニット50は、固定ユニット61と接続し、固定ユニット61を介して光源モジュール20aを制御することが望ましい。
また光源駆動ユニット50は、光源モジュール20aに直接搭載されていても良い。これにより、光源モジュール20aのサイズと光源モジュール20bのサイズとの差は小さくなり、保管等の管理が容易に実施される。
[変形例2、導光部材73,77の組立手順について、図8、図9、図10]
[導光部材73,77の組立手順2]
導光部材73の出射端部75は、スペクトル変換部材105と予め接続する。導光部材77は、空洞部85が形成されるように、複数の光ファイバ(素線)が束ねられることによって予め形成されている。これにより、導光部材77は、円筒形状を有する。またこのとき図8と図9とに示すように、導光部材77の出射端部79において、光ファイバの素線は、複数のグループ79a,79b,79c,79dに分割され、グループ79a,79b,79c,79dごとに束ねられて固定されている。各グループ79a,79b,79c,79dは互いに離れており、出射端部79は開いた状態となっている。
なお、複数のグループ79a,79b,79c,79dごとに束ねて固定する方法は、既存の様々な技術を利用することができる。例えば、光ファイバの素線を、接着剤等を用いて固めることができる。また、図示しない個別のケースによりグループ79a,79b,79c,79dを束ねて固定しても良い。
次に、導光部材73は、開口端部83から空洞部85に挿入される。
次に、各グループ79a,79b,79c,79dがスペクトル変換部材105を囲みスペクトル変換部材105に固定するように、出射端部79は閉じる。
これにより、導光部材77と、第1の光変換ユニット103とは、正確に位置決めされ、確実に固定される。
なおこの場合、図8に示すように、ケース81は、側面開口部87よりも他端部(出射端部79)側、詳細には分割された素線の根元に配設されることが好適である。これにより、各グループをスペクトル変換部材105に固定する作業が、容易となる。
なおグループの数は、例えば4つであるが、第1の光変換ユニット103の大きさや導光部材77の肉厚などにより、数は限定されない。
[導光部材73,77の組立手順3、図10]
導光部材73の出射端部75は、スペクトル変換部材105と予め接続する。図10に示すように、導光部材77は、空洞部85が形成され、導光部材77がC字の筒形状を有するように、複数の光ファイバ(素線)が束ねられることによって予め形成されている。このため、導光部材77は、空洞部85と連通している切り欠き部77aを有することとなる。
次に、導光部材73は、切り欠き部77aから空洞部85に挿入される。
これにより、導光部材77と、第1の光変換ユニット103とは、簡単且つ正確に位置決めされ、確実に固定される。また本組立は、導光部材73,77が短い場合に、有効である。
本実施形態と本変形例では、導光部材73,77の組立手順は、前記に限定されない。ここに示した組立手順は一例であり、ここに示さない様々な手法によっても本構造を実現することが可能である。
[変形例3、導光部材73,77について]
本実施形態では、導光部材73は単線の光ファイバであり、導光部材77は複数の光ファイバ(素線)が束ねられることによって形成されてバンドルファイバである。しかし、これに限定する必要は無い。
導光部材77は、例えば、屈折率の異なる部材が基板またはフィルムにパターニングされることで形成されてもよい。または、導光部材77は、積層した光導波路がロールして円筒形状を有した状態で基板またはフィルムに配設されることで形成されてもよい。
導光部材73は、導光部材77と同様の光導波路を用いることができる。
光導波路は、複数の導光部材を分離または結合し、様々な複雑な光路をパターニングすることが可能である。
導光部材73,77は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、光源21a,21b,21cの発光領域の大きさや、光源システム10の使用目的に応じて様々な光学特性を有するように構成することができる。
[変形例4、光変換ユニット101について]
本実施形態では、第1の光変換ユニット103はスペクトル変換部材105を搭載し、第2の光変換ユニット111は放射角変換部材(配光変換部材の一種)を搭載しているが、これに限定する必要は無い。一例を以下に記載する。もちろん、以下に記載した事項が組み合わせわれて使用されても良いし、単独で使用されても良い。
A:例えば、第1,2の光変換ユニット103,111は、凹レンズと凸レンズとホログラムレンズと回折格子との少なくとも1つを有していてもよい。凹レンズ、凸レンズ、凹レンズと凸レンズとの組み合わせは、照明光の放射角を変換する放射角変換部材として機能する。ホログラムレンズ、回折格子は、照明光の放射角を変換する放射角変換部材、または照明光の放射方向や配光部の分布を変換する配光変換部材として機能する。
B:例えば、第1,2の光変換ユニット103,111において、放射変換部材は、粒子が内部に分散されている樹脂やガラスによって形成されていてもよい。または例えば、放射角変換部材は、屈折率が互いに異なる複数の透明な粒子等の部材の混合によって形成されていてもよい。この粒子等の部材は、高屈折率と高反射率とを有する例えばアルミナなどが好適である。または例えば、放射変換部材は、スリガラス等の散乱板や、表面に微小な凹凸が配設されている拡散板によって形成されていてもよい。
C:第1,2の光変換ユニット103,111において、スペクトル変換部材105は、光半導体材料とSHG(2次高調波)材料とエレクトロルミネッセンス材料との少なくも1つを有していてもよい。
D,E:第1,2の光変換ユニット103,111は、光源光の一部が透過し、光源光の他部が遮光される部材によって形成されていても良い。
D:この部材は、例えば波長選択性を有する光学フィルタである。この光学フィルタは、例えば、波長カットフィルタと色素フィルタと光共振器(エタロン)との少なくも1つを有していてもよい。
E:この部材は、例えば空間選択性を有する光透過変調部材である。光透過変調部材は、例えば、光スイッチとエレクトロクロミックと液晶デバイスとの少なくとも1つを有していてもよい。
例えば、光源21aの安全向上とスペックル除去とに対しては、Bが好適である。また、ランプ光とLED光との放射角が調整される場合には、AとBとの少なくとも一方を用いることが好適である。
[変形例5、導光部材73と導光部材77と第1の光変換ユニット103との配置の関係について]
[導光部材73と導光部材77と第1の光変換ユニット103との配置の関係2について、図11]
本実施形態では、第1の光変換ユニット103を囲む導光部材77の他端部(出射端部79)はリング形状を有しているが、これに限定する必要は無い。導光部材77の他端部(出射端部79)は、図11に示すように楕円形状の外形を有していても良い。本変形例では出射端部79の外縁は、出射端部109の外縁を囲んでいる。
なお、導光部材77の他端部(出射端部79)は、楕円形状の他に、多角形や三日月形等、様々な形状が可能である。導光部材77の他端部(出射端部79)は、それを搭載する部材の形状や利用目的などに応じて自由な形とすることができる。
これにより、本変形例では、導光ユニット71の先端部における設計自由度とレイアウト自由度とを向上できる。
[導光部材73と導光部材77と第1の光変換ユニット103との配置の関係3について、図12]
本実施形態では、導光部材77は、第1の光変換ユニット103全体を囲んでいるが、これに限定する必要は無い。例えば導光部材77の他端部(出射端部79)が第1の光変換ユニット103の出射端部109の近傍に配設されていれば、導光部材77は、第1の光変換ユニット103の少なくとも一部を囲んでいてもよい。
出射端部75,79,109が導光部材73の中心軸に対して直交する平面に投影された際、この平面に形成される出射端部75の投影図の外縁は、この平面に形成される出射端部109の投影図の外縁により囲まれている。また出射端部109の投影図の外縁の少なくとも一部は、この平面に形成される出射端部79の投影図の外縁の少なくとも一部に略隣接している。
すなわち、導光部材77の他端部(出射端部79)は、第1の光変換ユニット103の少なくとも一部を囲むように、第1の光変換ユニット103の少なくとも一部に取り付けられている。導光部材77の他端部(出射端部79)は、スペクトル変換部材105の出射端部109を囲んでいる。また導光部材77の他端部の厚みは、導光部材77の中心軸方向における位置によって異なっている。
これにより本変形例では、より小型かつ組立が容易で、導光ユニット71の先端部における設計自由度とレイアウト自由度とが向上した光源システム10を提供できる。
[変形例6、第1の光変換ユニット103について]
本実施形態では、スペクトル変換部材105は例えば、YAG:Ce蛍光体粉末が樹脂やガラスに分散されることで形成される。しかし、白色光が青色のレーザ光から生成できればこれに限定される必要は無い。スペクトル変換部材105は、例えば青色のレーザ光を受光することで、青色のレーザ光を白色光に変換する少なくとも1つの蛍光体を有していても良い。これにより、本変形例では、よりスペクトルのブロードな白色光を実現できる。
またスペクトル変換部材105は、青色のレーザ光を所望の色にスペクトル変換する蛍光体を有していてもよい。これにより本変形例では、白色光だけでなく、様々な色を有する照明光を出射できる。なお、様々な色を有する照明光において、レーザ光の拡散光を外部に出射するか出射しない様にするかは必要に応じて適宜選択できる。
[変形例7、光源21a,21b,21cについて]
本実施形態では、光源21aは青色の半導体レーザを有しているが、これに限定されない。光源21aは、発光領域と有効な入射領域とが小さい導光部材73と光結合できればよい。このような光源21aは、例えば、スーパールミネッセント光を出射するスーパールミネッセントダイオード(SLD)や、様々なレーザ光源などを有している。
また光源21aは、青色以外の色を有するレーザ光を出射するレーザ光源を有していてもよい。このレーザ光源は、例えば半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザ等を有している。このとき、レーザ光がそのままの色で出射される場合、拡散板等の放射変換ユニットが配設されることも可能である。
また本実施形態では、光源21bはXeランプを有し、光源21cはLEDを有しているが、これに限定される必要は無い。光源21b,21cは、発光領域と有効な入射領域とが大きい導光部材77と光結合できればよい。このような光源21b,21cは、例えば蛍光管やEL発光材料などを有している。
また光源21b,21cは、白色レーザやスーパーコンティニューム光源などを有していてもよい。また光源21bは、例えば、放電タイプのランプやフィラメントタイプのランプなど、様々なランプを用いることができる。放電タイプのランプは、例えばメタルハライドランプを利用できる。フィラメントタイプのランプは、例えばハロゲンランプを利用できる。
また本実施形態では、光源モジュール20a,20b,20cは別体であるが、これに限定する必要は無く、例えば光源モジュール20aと光源モジュール20bとは一体であっても良い。この場合、光源モジュール20a,20bと照射モジュール60との接続において、1つの機械的な固定部65aに2つの入射端部63a,63bが配設されていてもよいし、固定部65a,65bがそれぞれ独立に設けてもかまわない。
前記した実施形態と各変形例とは一例に過ぎず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な修整が可能である。
また本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
10…光源システム、20a,20b,20c…光源モジュール、50…光源駆動ユニット、60…照射モジュール、61…固定ユニット、71…導光ユニット、73,75…導光部材、75,79…出射端部、101…光変換ユニット、103…第1の光変換ユニット、105…スペクトル変換部材、107…保持部材、109…出射端部、111…第2の光変換ユニット。

Claims (23)

  1. 互いに異なる光学特性を有する光源光を出射する複数の光源モジュールと、
    前記光源モジュールが機械的に着脱自在な照射モジュール、
    を具備し、
    前記照射モジュールは、
    前記光源光を導光し、前記光源光の一方の光学特性に応じた光学特性を有する第1の導光部材と、
    前記光源光を導光し、前記光源光の他方の光学特性に応じ、前記第1の導光部材の光学特性とは異なる光学特性を有する第2の導光部材と、
    前記第1の導光部材によって導光された前記光源光の一方の前記光学特性を変換して、前記光源光を第1の変換光として出射する第1の光変換ユニットと、
    を有し、
    前記第1の導光部材の中心軸は、前記第1の導光部材の前記第1の光変換ユニットが配設された側の近傍において、前記第2の導光部材の中心軸に対して平行に配設され、
    前記第1の光変換ユニットは、前記第1の導光部材と光学的に接続し、前記第2の導光部材と光学的に分離していることを特徴とする光源システム。
  2. 前記第1の導光部材は、前記光源光を出射する第1の出射端部を有し、
    前記第2の導光部材は、前記光源光を出射する第2の出射端部を有し、
    前記第1の出射端部と、前記第2の出射端部と、前記第1の光変換ユニットとは、保持部材によって直接的または間接的にまとめて保持されていることを特徴とする請求項1に記載の光源システム。
  3. 前記第1の光変換ユニットは、前記第1の変換光を出射する第3の出射端部を有し、
    前記第1の出射端部と前記第2の出射端部と前記第3の出射端部とが前記第1の導光部材の前記中心軸に対して直交する平面に投影された際、前記平面に形成される前記第1の出射端部の投影図の外縁は前記平面に形成される前記第3の出射端部の投影図の外縁により囲まれ、前記第3の出射端部の前記投影図の前記外縁は前記平面に形成される前記第2の出射端部の投影図の外縁により囲まれていることを特徴とする請求項2に記載の光源システム。
  4. 前記第1の出射端部は円形状を有し、前記第2の出射端部はリング形状を有し、前記第3の出射端部は円形状を有し、前記第1の出射端部と前記第2の出射端部と前記第3の出射端部とにおける前記外縁は同心円状に配設されることを特徴とする請求項2に記載の光源システム。
  5. 前記第2の出射端部は、前記第3の出射端部を囲み、
    前記第2の出射端部の厚みは、位置によって異なることを特徴とする請求項4に記載の光源システム。
  6. 前記第2の出射端部の前記投影図の前記外縁は、楕円形状または多角形状または楕円形状と多角形状の複合形状を有することを特徴とする請求項5に記載の光源システム。
  7. 前記第1の導光部材は、単線の光ファイバによって形成され、
    前記第2の導光部材は、複数の光ファイバの素線が束ねられることで形成されるバンドルファイバを有することを特徴とする請求項3に記載の光源システム。
  8. 前記第1の導光部材と前記第2の導光部材とは、前記第1の出射端部と前記第2の出射端部とにおいて、互いに固定されており、
    固定された部分よりも入射端部側において、前記第1の導光部材と前記第2の導光部材との少なくとも一部は、互いに空間的に移動可能であることを特徴とする請求項7に記載の光源システム。
  9. 前記第2の導光部材における前記素線は、前記第2の出射端部において、複数のグループに分割され、前記グループごとに束ねられて固定されていることを特徴とする請求項8に記載の光源システム。
  10. 前記第2の導光部材は、前記第2の導光部材がC字の筒形状を有するように、複数の前記光ファイバの素線が束ねられることによって、形成されていることを特徴とする請求項8に記載の光源システム。
  11. 前記第1の導光部材の前記第1の出射端部は、前記第1の導光部材の中心軸に対して直交する第1の平面に配設され、
    前記第2の導光部材の前記第2の出射端部は、前記第1の導光部材の中心軸に対して直交する第2の平面に配設され、
    前記第2の平面は、前記第1の平面と同一平面上に配設される、または前記第1の平面よりも前記光源モジュールから離れて配設されていることを特徴とする請求項2に記載の光源システム。
  12. 前記第2の導光部材は、複数の光ファイバの素線が束ねられることで形成されるバンドルファイバを有し、
    前記第2の出射端部は、前記第1の光変換ユニットの少なくとも一部を囲むように、前記第1の光変換ユニットの少なくとも一部に取り付けられていることを特徴とする請求項11に記載の光源システム。
  13. 前記第2の出射端部を含む前記第2の導光部材において、前記第1の導光部材が前記第2の導光部材の内部に配設されるための空洞部が前記第2の導光部材の内部に形成されるように、前記素線は束ねられていることを特徴とする請求項12に記載の光源システム。
  14. 前記第1の光変換ユニットは、一方の前記光学特性に含まれるピーク波長とスペクトル形状と配光と光量との少なくとも1つを変換することを特徴とする請求項2に記載の光源システム。
  15. 前記第1の光変換ユニットは、前記ピーク波長と前記スペクトル形状と前記配光と前記光量とを変換する波長変換部材を有することを特徴とする請求項14に記載の光源システム。
  16. 前記第1の光変換ユニットは、前記配光を変換する配光部材を有することを特徴とする請求項14に記載の光源システム。
  17. 前記第2の導光部材と前記第1の光変換ユニットとに光学的に接続する第2の光変換ユニットをさらに具備し、
    前記第2の光変換ユニットは、前記第2の出射端部から出射される前記光源光の他方の前記光学特性と、前記第1の光変換ユニットから出射される前記第1の変換光の一方の前記光学特性とに含まれるピーク波長とスペクトル形状と配光と光量との少なくとも1つとを変換し、前記光源光と前記第1の変換光との少なくとも一方を第2の変換光に変換することを特徴とする請求項2に記載の光源システム。
  18. 前記第2の光変換ユニットは、前記配光を所望に変換する少なくとも1枚のレンズを有することを特徴とする請求項17に記載の光源システム。
  19. 前記第1の導光部材によって導光される前記光源光は、レーザ光またはスーパルミネッセント光を有することを特徴とする請求項2に記載の光源システム。
  20. 前記レーザ光は、370nm〜500nmの波長を有する青色領域のレーザ光を有し、
    前記第1の光変換ユニットは、前記青色領域のレーザ光の一部を吸収し、白色光に変換して出射することを特徴とする請求項17に記載の光源システム。
  21. 前記第2の導光部材によって導光される前記光源光は、ランプ光またはLED光を有することを特徴とする請求項19に記載の光源システム。
  22. 前記第2の導光部材によって導光される前記光源光は、白色光を有することを特徴とする請求項21に記載の光源システム。
  23. 前記第1の光変換ユニットは、前記第1の変換光を出射する第3の出射端部を有し、
    前記第1の出射端部と前記第2の出射端部と前記第3の出射端部とが前記第1の導光部材の前記中心軸に対して直交する平面に投影された際、前記平面に形成される前記第1の出射端部の投影図の外縁は前記平面に形成される前記第3の出射端部の投影図の外縁により囲まれ、前記第3の出射端部の前記投影図の前記外縁は前記平面に形成される前記第2の出射端部の投影図の外縁と略隣接していることを特徴とする請求項2に記載の光源システム。
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