JP2021083698A - 発光装置及び接続方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】輝度ムラ及び色ムラを抑制することができる発光装置等を提供する。【解決手段】発光装置1は、一次光として青色系光を放つ固体発光素子と、一次光を、一次光よりも長波長成分の多い光に変換した波長変換光を含む二次光を出射する波長変換部材36と、波長変換部材36が出射した二次光を伝送する第1導光部材50と、第1導光部材50に伝送された二次光を伝送する樹脂材料を含む第2導光部材60とを備える。そして、第1導光部材50の出射面52と第2導光部材60の入射面61とは、直接的に接続する。そして、第1導光部材50の出射面52及び第2導光部材60の入射面61のそれぞれの残留応力は、第1導光部材50の出射面52と第2導光部材60の入射面61とが接続する互いの接続面の中心から離れるにつれて小さくなる。【選択図】図5
Description
本開示は、発光装置及び接続方法に関する。
従来、口金部を取り付けた入射端部にガラス棒が接続されているプラスチック光ファイバーを用いた照明用光源装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
従来の照明用光源装置では、ガラス棒をプラスチック光ファイバーの入射端部に接続しているが、ガラス棒とプラスチック光ファイバーとの境界面では空気層が介在してしまう。この場合、ガラス棒及びプラスチック光ファイバーを通過した光は、輝度ムラ及び色ムラが発生してしまうという課題がある。
そこで、本開示は、輝度ムラ及び色ムラを抑制することができる発光装置及び接続方法を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る発光装置は、一次光として青色系光を放つ固体発光素子と、前記一次光を、前記一次光よりも長波長成分の多い光に変換した波長変換光を含む二次光を出射する波長変換部材と、前記波長変換部材が出射した前記二次光を伝送する第1導光部材と、前記第1導光部材に伝送された前記二次光を伝送する樹脂材料を含む第2導光部材とを備え、前記第1導光部材の一端面と前記第2導光部材の他端面とは、直接的に接続し、前記第1導光部材の一端面及び前記第2導光部材の他端面のそれぞれの残留応力は、前記第1導光部材の一端面と前記第2導光部材の他端面とが接続する互いの接続面の中心から離れるにつれて小さくなる。
また、本開示の一態様に係る接続方法は、前記第1導光部材と前記第2導光部材とを接続する接続方法であって、前記第1導光部材の一端面は、平面又は凸状の曲面であり、前記第2導光部材の他端面は、平面又は凸状の曲面であり、前記第1導光部材と前記第2導光部材とを光学的に接続する際に、前記第1導光部材の一端面と前記第2導光部材の他端面とが接触して押圧されることで、前記第2導光部材の他端面が変形する。
なお、この包括的又は具体的な態様は、システム、方法又は集積回路等の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本開示の発光装置及び接続方法は、輝度ムラ及び色ムラを抑制することができる。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
また、以下の実施の形態において、略平面等の表現を用いている。例えば、略平面状は、完全に平面状であることを意味するだけでなく、実質的に平面状である、すなわち、例えば数%程度の誤差を含むことも意味する。また、略平面状は、本開示による効果を奏し得る範囲において平面状という意味である。他の「略」を用いた表現についても同様である。
以下、本開示の実施の形態に係る発光装置及び接続方法について説明する。
(実施の形態)
<構成:発光装置1>
図1は、実施の形態に係る発光装置1を有する内視鏡用照明システム100を示す斜視図である。
<構成:発光装置1>
図1は、実施の形態に係る発光装置1を有する内視鏡用照明システム100を示す斜視図である。
図1に示すように、本実施の形態に係る発光装置1は、レーザ光を用いた反射型の照明装置であり、例えば内視鏡等に用いられる内視鏡用照明システム100に搭載される。なお、発光装置1は、例えば、ダウンライト、スポットライト等に用いられてもよい。内視鏡用照明システム100は、発光装置1と、カメラコントロールユニット110とを有する。
発光装置1が出射するレーザ光は、例えば青色系光である。発光装置1は、青色系光であるレーザ光と、レーザ光の一部を吸収して緑色〜黄色の波長変換光とを合わせて、疑似的な白色の二次光を出射する。
図2は、実施の形態に係る発光装置1を示すブロック図である。図3は、実施の形態に係る発光装置1、第1導光部材50、コネクタ70a、70b、第2導光部材60を示す模式図である。
図2及び図3に示すように、発光装置1は、励起光源3と、第1導光部材50と、第2導光部材60と、コネクタ70a、70bとを備える。
[励起光源3]
励起光源3は、レーザ光を出射する装置である。励起光源3は、収容体31と、1以上のレーザ光源32と、プリズム33と、集光レンズ34と、第1ガラスロッド35と、波長変換部材36と、第2ガラスロッド37と、ヒートシンク38と、駆動回路39とを有する。
励起光源3は、レーザ光を出射する装置である。励起光源3は、収容体31と、1以上のレーザ光源32と、プリズム33と、集光レンズ34と、第1ガラスロッド35と、波長変換部材36と、第2ガラスロッド37と、ヒートシンク38と、駆動回路39とを有する。
収容体31は、励起光源3の筐体部分である。収容体31は、レーザ光源32、プリズム33、集光レンズ34、第1ガラスロッド35、ヒートシンク38及び駆動回路39を収容する。また、収容体31は、第1ガラスロッド35及び第2ガラスロッド37のそれぞれと光学的に接続可能に波長変換部材36を保持する。
レーザ光源32は、一次光としてレーザ光を放つ固体発光素子であり、略コリメートされたレーザ光を出射する。レーザ光源32は、基板に実装されており、基板を介してヒートシンク38に熱的に接続される。本実施の形態では、励起光源3は、複数のレーザ光源32を用い、複数のレーザ光源32を一組としている。一組のレーザ光源32は、それぞれが出射したレーザ光をプリズム33及び第1ガラスロッド35を介して、波長変換部材36にレーザ光を入射させる。
なお、本実施の形態では、複数のレーザ光源32(例えば、4つ又は8つのレーザ光源32)を用いているが、1つのレーザ光源32を用いるだけでもよい。本実施の形態では、レーザ光源32が出射するレーザ光は、紫色から青色までの青色系の波長帯域のうちの所定の波長の光である。
本実施の形態では、レーザ光源32が出射するレーザ光は、断面形状が約1×4mmの楕円である。また、レーザ光のエネルギー分布は、ガウス分布に従う。
また、本実施の形態では、一組のレーザ光源32を用いているが、複数組のレーザ光源32を用いてもよい。この場合、プリズム33及び集光レンズ34は、一組のレーザ光源32と一対一で対応するように設けられてもよい。
レーザ光源32は、半導体レーザによって構成されており、例えばInGaN系レーザダイオードで構成されているが、出射する光が波長変換部材36を励起できるのであれば、他の波長(青色系の波長帯域以外)の半導体レーザ又はLED(Light Emitting Diode)であってもよい。
また、レーザ光源32が出射するレーザ光の出力は、駆動回路39によって制御される。つまり、レーザ光源32は、駆動回路39によって制御されることで、所望のレーザ光を出射する。
プリズム33は、一組のレーザ光源32が出射するレーザ光を集光レンズ34に導くことで集光レンズ34に集光させることができるように収容体31に配置される。つまり、プリズム33は、レーザ光源32から出射されたレーザ光を、集光レンズ34に入射させるように集光する。プリズム33は、例えば、ロンボイドプリズム、偏光ミラー等である。
集光レンズ34は、プリズム33と対向するように収容体31に配置される。集光レンズ34は、プリズム33から出射された複数のレーザ光をさらに集光して、第1ガラスロッド35に入射させる。なお、集光レンズ34は、球面レンズ又は非球面レンズであるが、レーザ光を集光して、第1ガラスロッド35に入射させる事ができる光学デバイスであればよく、これらに限定されない。
第1ガラスロッド35は、集光レンズ34と対向するように収容体31に配置される。第1ガラスロッド35は、集光レンズ34で集光されて出射されたレーザ光を高効率で反射するよう誘電体多層膜が内面にコートされた、ガラスを基材とするライトパイプである。なお、第1ガラスロッド35は、レーザ光を高効率で反射するような金属コートされた面が内側にある、ライトパイプでもよい。
第1ガラスロッド35は、集光レンズ34で集光されて出射されたレーザ光を伝送する伝送路を構成する。第1ガラスロッド35は、レーザ光を内部で幾度も反射を繰り返しながら導光させることで、レーザ光をミキシングさせてガウス分布を均一化する。つまり、第1ガラスロッド35は、ピーク部分が平滑化(略均一化)された、トップハット型のレーザ光を出射させる。第1ガラスロッド35は、ミキシングしたレーザ光を出射し、波長変換部材36に入射させる。
第1ガラスロッド35は、レーザ光が伝送する方向と直交する平面で伝送路を切断した場合、伝送路の断面が多角形状であり、本実施の形態では伝送路の断面が方形状である。
波長変換部材36は、第1ガラスロッド35にミキシングされたレーザ光を波長変換光(蛍光)に変換する蛍光体(波長変換素子)を有する。つまり、波長変換部材36は、第1ガラスロッド35側の面に入射されたレーザ光を波長変換し、反対側(第2ガラスロッド37側)の面から、波長変換した波長変換光を含む二次光を出射する。具体的には、波長変換部材36は、一次光としてのレーザ光と、一次光としてのレーザ光を、一次光よりも長波長成分の多い光に変換した波長変換光とを含む二次光を出射し、第2ガラスロッド37に入射させる。
また、波長変換部材36には、トップハット型のレーザ光が入射する。このため、波長変換部材36は、波長変換部材36の一部だけが強く光る輝度ムラを抑制した二次光を出射する。
波長変換部材36は、ガラス等のセラミック、シリコーン樹脂等からなる透明材料であるバインダに、蛍光体が分散される。蛍光体は、例えばZnO等の多色蛍光、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)系蛍光体、CASN系蛍光体、SCASN系蛍光体、又は、BAM(Barium、Magnesium、Aluminum)系蛍光体等であり、レーザ光の種類に応じて適宜選択される。なお、バインダは、セラミック、シリコーン樹脂等に限定されず、透明ガラス等のその他の透明材料を用いてもよい。
また、蛍光体は、例えば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体等であってもよく、レーザ光により、赤色光、緑色光、青色光等の波長変換光を発してもよい。この場合、これらの赤色光、緑色光、青色光の波長変換光を混ぜて白色光としてもよい。本実施の形態では、蛍光体は、例えば、疑似的な白色の二次光を出射する。
また、波長変換部材36は、例えば、サファイア基板上に蛍光体層等が形成された平板状の構造体である。波長変換部材36は、収容体31に接触した状態で、収容体31に固定される。つまり、波長変換部材36は、収容体31をヒートシンク38として機能させることで、蛍光体に生じる熱を放熱させる。
第2ガラスロッド37は、収容体31に固定され、波長変換部材36と第1導光部材50とを光学的に接続する。第2ガラスロッド37は、波長変換部材36と対向するように配置される。第2ガラスロッド37は、波長変換部材36から出射された二次光を高効率で反射するよう誘電体多層膜が内面にコートされた、ガラスを基材とするライトパイプである。なお、第2ガラスロッド37は、二次光を高効率で反射するような金属コートされた面が内側にある、ライトパイプでもよい。
なお、第2ガラスロッド37は、第1ガラスロッド35と同様の構成であってもよいが、白色光の伝送効率を高める反射膜が内側に用いられていてもよい。
第2ガラスロッド37は、波長変換部材36で波長変換されて出射された波長変換光を含む二次光を伝送する伝送路を構成する。第2ガラスロッド37は、内部でレーザ光を幾度も反射させながら導光させる。第2ガラスロッド37は、導光する二次光をミキシングすることで、ガウス分布を均一化した二次光を出射する。つまり、第2ガラスロッド37は、ピーク部分が平滑化した、トップハット型の二次光を出射する。第2ガラスロッド37は、ミキシングした二次光を出射し、第1導光部材50に入射させる。
第2ガラスロッド37は、二次光が伝送する方向と直交する平面で伝送路を切断した場合、伝送路の断面が多角形状である。本実施の形態では、第2ガラスロッド37は、伝送路の断面が方形状である。
ヒートシンク38は、レーザ光源32に生じた熱を放熱するための放熱部材であり、複数のフィンを有する。また、ヒートシンク38は、レーザ光源32を実装した基板を固定する。
駆動回路39は、電力線等によって電力系統と電気的に接続され、電力を各々のレーザ光源32に供給する。また、駆動回路39は、レーザ光源32が所定のレーザ光を発するように、レーザ光源32の出力を駆動制御する。
駆動回路39は、レーザ光源32が発するレーザ光を調光する機能を有してもよい。また、駆動回路39は、パルス信号に基づいて、レーザ光源32を駆動する発振器等で構成されていてもよい。
[第1導光部材50]
第1導光部材50は、波長変換部材36が出射した二次光を伝送させる光ファイバーケーブルである。第1導光部材50は、例えば高屈折率のコアを、コアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造であり、クラッド層を覆う被覆で構成される。なお、発光装置1が複数組のレーザ光源32を有する場合、第1導光部材50も複数設けられてもよい。
第1導光部材50は、波長変換部材36が出射した二次光を伝送させる光ファイバーケーブルである。第1導光部材50は、例えば高屈折率のコアを、コアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造であり、クラッド層を覆う被覆で構成される。なお、発光装置1が複数組のレーザ光源32を有する場合、第1導光部材50も複数設けられてもよい。
第1導光部材50は、例えば、耐熱性の高い材料である、ガラス、耐熱性に優れた樹脂等の材料で構成される。このため、第1導光部材50には、第2ガラスロッド37から出射されたレーザ光が入射することが可能である。
本実施の形態では、第1導光部材50は、約25〜50μmの多成分ガラスの繊維が束ねられて、接着剤で固められることで構成されるバンドルファイバーである。また、本実施の形態では、第1導光部材50の径は約0.1〜0.4mmであり、第1導光部材50の開口数は0.8〜0.9である。
第1導光部材50は、第2ガラスロッド37側とは反対側の他端側がコネクタ70aに着脱自在に固定される。また、第1導光部材50は、第2ガラスロッド37側の一端側が第2ガラスロッド37と光学的に接続されて固定され、波長変換部材36が出射した二次光が入射する。
なお、第1導光部材50は、コネクタ70a、70bを介さずに第2導光部材60に対して直接的に連結されてもよく、この場合、第2導光部材60と着脱自在に固定されてもよい。
具体的には、第1導光部材50は、二次光が入射する入射面51と、入射面51から入射して導光した二次光が出射する出射面52とを有する。
入射面51は、略平面状であり、第1導光部材50の一端面である。入射面51は、第2ガラスロッド37と対向するように配置される。入射面51の中心軸が第2ガラスロッド37の伝送路の中心軸と略一致するように、第1導光部材50が配置される。また、出射面52は、略平面状であり、第1導光部材50の他端面である。出射面52は、コネクタ70a、70bを介して第2導光部材60と対向するように配置される。
具体的には、第1導光部材50の出射面52は、第2導光部材60の入射面61と直接的に接続されて、密着している。第1導光部材50の出射面52及び第2導光部材60の入射面61のそれぞれの残留応力は、第1導光部材50の出射面52と第2導光部材60の入射面61とが接続する互いの接続面の中心から離れるにつれて小さくなる。また、第1導光部材50の出射面52は、第2導光部材60の入射面61と連結されて光学的に接続される。第1導光部材50の出射面52は、第1導光部材の一端面の一例である。また、第2導光部材60の入射面61は、第2導光部材60の他端面の一例である。
ここで、接続面は、出射面52と入射面61とが密着する面であり、出射面52と入射面61とが光学的に接続される面である。本実施の形態では、出射面52の面積よりも入射面61の面積の方が大きいため、入射面61の接続面は、出射面52と重なる部分を意味する。
図4は、実施の形態に係る第1導光部材50、コネクタ70a、70b及び第2導光部材60を示す部分拡大断面図である。
図4に示すように、第1導光部材50は、その他端側にコネクタ70aと機械的に接続される接続端子150を有する。接続端子150は、コネクタ70a、70bを介して第2導光部材60の接続端子160と接続する。接続端子150は、フェルール151と、ハウジング154と、フランジ部152と、スプリング153とを有する。
フェルール151は、例えば、ジルコニア、ニッケル等により形成され、第1導光部材50を所定の姿勢で保持する位置合わせ部品である。フェルール151は、第2ガラスロッド37(励起光源3)側とは反対側の第1導光部材50の端部が挿入される挿通孔を有する。挿通孔に挿入される第1導光部材50の端部は、コネクタ70a側の端部である。また、接続端子150がコネクタ70aに接続される際に、フェルール151は、コネクタ70aに差し込まれ、第2導光部材60と対向かつ第2導光部材60のフェルール161と密着して保持される。フェルール151は、第1導光部材50の出射面52と第2導光部材60の入射面61とが対向かつ密着するように、第1導光部材50の端部を保持する。
ハウジング154は、フェルール151を保持し、接続端子150の外郭を形成する円筒状である。ハウジング154は、フランジ部152、スプリング153等を収容する。ハウジング154は、コネクタ70aに係合されて固定される。本実施の形態では、ハウジング154には雌ネジ部が形成され、コネクタ70aの被接続部71aに雄ネジ部が形成されることで、ハウジング154がコネクタ70aの被接続部71aに螺合されて連結される。
フランジ部152は、フェルール151の一端部に接続された状態で、ハウジング154に保持される。また、フランジ部152は、スプリング153に接続されることで、スプリング153からの応力を受けてフェルール151を当該応力方向に付勢する。
スプリング153は、フランジ部152とハウジング154との間に配置される。スプリング153は、接続端子150がコネクタ70aの被接続部71aに接続された場合、フランジ部152を介してフェルール151を第2導光部材60の接続端子160側に付勢する。スプリング153は、ハウジング154を被接続部71aに連結する際に、ハウジング154に押されることで、フランジ部152に応力を付与して、フェルール151をフェルール161側に押し付ける。
なお、第1導光部材50とコネクタ70aとの連結は、上記内容に限定されない。第1導光部材50の他端側は、ネジ等の固定部材によって単に固定されていてもよい。
[第2導光部材60]
第2導光部材60は、波長変換部材36が出射した二次光を伝送させる光ファイバーケーブルである。第2導光部材60は、例えば高屈折率のコアを、コアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造であり、クラッド層を覆う被覆で構成される。なお、発光装置1が複数組のレーザ光源32を有する場合、第2導光部材60も複数設けられてもよい。
第2導光部材60は、波長変換部材36が出射した二次光を伝送させる光ファイバーケーブルである。第2導光部材60は、例えば高屈折率のコアを、コアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造であり、クラッド層を覆う被覆で構成される。なお、発光装置1が複数組のレーザ光源32を有する場合、第2導光部材60も複数設けられてもよい。
第2導光部材60は、第1導光部材50と異なる材料で構成される。本実施の形態では、第2導光部材60は、第1導光部材50よりも柔らかい材料で構成される。第2導光部材60は、例えば、透光性の樹脂材料を含む。本実施の形態では、第2導光部材60の径は、0.4〜3mmであり、第2導光部材60の開口数は、0.5〜0.7である。
図5は、実施の形態に係る第1導光部材50及び第2導光部材60の関係を示す模式図である。
図5に示すように、第2導光部材60における二次光の伝送路の径A2は、第1導光部材50における二次光の伝送路の径A1よりも大きい。つまり、第2導光部材60の平均径は、第1導光部材50の平均径よりも大きい。このため、後述する第2導光部材60の入射面61は、第1導光部材50の出射面52よりも大きい。
第1導光部材50の出射面52の面積が、第2導光部材60の入射面61の面積より小さくても、第1導光部材50の開口数は、第2導光部材60の開口数よりも大きい。このため、第1導光部材50と第2導光部材60とを光学的に接続する際に、第2導光部材60の入射面61の径A2の方が第1導光部材50の出射面52の径A1よりも大きくすることで、第1導光部材50と第2導光部材60とを光学的に接続する際の光伝送効率の低下を抑制する。なお、図示は省略するが、第1導光部材50と第2導光部材60との径が略同一であってもよい。つまり、第1導光部材50の出射面52の面積が、第2導光部材60の入射面61の面積と略同一であってもよい。
図4に示すように、第2導光部材60は、第1導光部材50側の一端側がコネクタ70bに着脱自在に固定される。第2導光部材60は、コネクタ70b、70aを介して第1導光部材50と光学的に接続され、波長変換部材36が出射した二次光であり、第1導光部材50等を導光した二次光が入射する。
具体的には、第2導光部材60は、二次光が入射する入射面61と、入射面61から入射して導光した二次光が出射する出射面62とを有する。
入射面61は、略平面状であり、第2導光部材60の一端面である。入射面61は、第2ガラスロッド37と対向するように配置される。入射面61の中心が第2ガラスロッド37の伝送路の中心軸に含まれるように、第2導光部材60が配置されることが好ましい。また、出射面62は、略平面状であり、第2導光部材60の他端面である。出射面62は、コネクタ70b、70aを介して第1導光部材50と対向するように配置される。
また、図5に示すように、第2導光部材60は、伝送した二次光を配光制御して出射するための、配光制御構造60aを有する。
配光制御構造60aは、第2導光部材60の他端面に設けられる。本実施の形態では、配光制御構造60aは、第2導光部材60の他端面に一体的に設けられ、第2導光部材60の出射面62を構成する。本実施の形態では、配光制御構造60aは、半球状の凸部である。
配光制御構造60aから出射される二次光の放射角は、カメラ116の画角に応じて規定される。つまり、配光制御構造60aの開口数は、カメラ116の画角に応じて規定される。配光制御構造60aから出射される二次光の放射角は、カメラ116の画角と同等であることが好ましい。
配光制御構造60aは、例えば、第2導光部材60の他端面を溶融させることで所望の曲率を有する曲面を形成したり、第2導光部材60の他端面を研磨することで所望の曲率を有する曲面を形成したりすることで得られる。本実施の形態の曲率は、例えば、約20mmである。
なお、配光制御構造60aは、第2導光部材60と一体的に構成されるが、第2導光部材60と別部材であってもよい。つまり、配光制御構造60aは、凸レンズ、凹レンズ等であってもよい。この場合、配光制御構造60aは、第2導光部材60の他端面と対向し、第2導光部材60の他端面から出射した二次光を配光制御する姿勢で図1の先端部115に保持される。
また、第2導光部材60は、その他端側にコネクタ70bの被接続部71bと機械的に接続される接続端子160を有する。接続端子160は、フェルール161と、ハウジング164と、フランジ部162と、スプリング163とを有する。第2導光部材60の接続端子160は、第1導光部材50の接続端子150が有するフェルール151、ハウジング154、フランジ部152及びスプリング153と同様の構成であるため、フェルール161、ハウジング164、フランジ部162及びスプリング163の説明を省略する。
[コネクタ70a、70b]
コネクタ70a、70bは、互いに径及び材料が異なる第1導光部材50及び第2導光部材60の開口数の差を変換するために、第1導光部材50の伝送路と第2導光部材60の伝送路とを光学的に接続する光学接続体である。具体的には、コネクタ70aは、第1導光部材50の接続端子150と機械的に接続され、コネクタ70bは、第2導光部材60の接続端子160と機械的に接続される。また、コネクタ70a、70bは、互いにネジ等によって重なり合わさるように固定されるため、第1導光部材50の接続端子150(第1導光部材50の出射面52側である他端部)と第2導光部材60の接続端子160(第2導光部材60の出射面62側である一端部)とを光学的に接続する。
コネクタ70a、70bは、互いに径及び材料が異なる第1導光部材50及び第2導光部材60の開口数の差を変換するために、第1導光部材50の伝送路と第2導光部材60の伝送路とを光学的に接続する光学接続体である。具体的には、コネクタ70aは、第1導光部材50の接続端子150と機械的に接続され、コネクタ70bは、第2導光部材60の接続端子160と機械的に接続される。また、コネクタ70a、70bは、互いにネジ等によって重なり合わさるように固定されるため、第1導光部材50の接続端子150(第1導光部材50の出射面52側である他端部)と第2導光部材60の接続端子160(第2導光部材60の出射面62側である一端部)とを光学的に接続する。
コネクタ70a、70bは、被接続部71a、71bと、スリーブ73とを有する。コネクタ70a、70bの構成は同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
コネクタ70aの被接続部71aは、第1導光部材50の接続端子150と機械的に接続され、コネクタ70bの被接続部71bは、第2導光部材60の接続端子160と機械的に接続される。それぞれの被接続部71a、71bは、第1導光部材50の出射面52及び第2導光部材60の入射面61と対向する姿勢で保持する。
スリーブ73は、無底の円筒状をなしている。スリーブ73は、内部にフェルール151、161が挿通され、フェルール151を差し込むためのコネクタ70aの挿通孔からフェルール161を差し込むためのコネクタ70bの挿通孔に跨って配置され、フェルール151、161の外周面に配置される。つまり、スリーブ73は、フェルール151、161を案内している。具体的には、スリーブ73は、中心方向に圧縮力を発生させて、フェルール151、161同士の軸合わせを行う。
本実施の形態のスリーブ73は、割れスリーブであり、長手方向に切り欠かれる。本実施の形態のスリーブ73は、リン青銅、ジルコニア等で構成される。
本実施の形態では、第1導光部材50がガラスであり、第2導光部材60が樹脂材料であるため、第1導光部材50の開口数(第1導光部材50から出射する光の放射角)は、第2導光部材60の開口数(第2導光部材60から出射する光の放射角)よりも大きいという特性がある。
[カメラコントロールユニット110]
カメラコントロールユニット110は、先端部115に設けられるカメラ116で撮像した画像を処理するユニットである。カメラコントロールユニット110は、例えば画像処理部111、制御部112、記憶部113等を有する。
カメラコントロールユニット110は、先端部115に設けられるカメラ116で撮像した画像を処理するユニットである。カメラコントロールユニット110は、例えば画像処理部111、制御部112、記憶部113等を有する。
先端部115には、図示を省略するが、第2導光部材60の他端側及び映像伝送ケーブル117の他端側が接続されている。先端部115には、対象物を撮像するカメラ116が内蔵される。
カメラ116は、例えば、CCDカメラ等である。カメラ116は、対象物を撮像した画像信号を、映像伝送ケーブル117を介して、カメラコントロールユニット110の画像処理部111に伝達する。画像処理部111では、入力された画像信号を画像データに変換して適切な画像処理を行い、所望の出力用の画像情報を生成する。そして、得られた画像情報は、制御部112を通じて内視鏡の観察用画像として図示しない表示部に表示される。また、必要に応じて、制御部112が画像情報をメモリ等からなる記憶部113に記憶する。
<接続方法>
ここでは、第1導光部材50と第2導光部材60とを接続する接続方法について、図5を用いて説明する。図5は、第2導光部材60を第1導光部材50に接続する様子も示す模式図である。
ここでは、第1導光部材50と第2導光部材60とを接続する接続方法について、図5を用いて説明する。図5は、第2導光部材60を第1導光部材50に接続する様子も示す模式図である。
まず、図5に示す接続前の状態として、第1導光部材50の出射面52が平面又は凸状の曲面である第1導光部材50を用意し、第2導光部材60の入射面61が平面又は凸状の曲面である第2導光部材60を用意する。本実施の形態では、出射面52が平面であり、入射面61が凸状の曲面である場合について説明する。本実施の形態では、凸状の曲面は、所定の曲率を有する半球面である。本実施の形態の所定の曲率は、例えば、約20mmである。
また、出射面52及び入射面61のそれぞれの表面を研磨しておく。つまり、本実施の形態では、出射面52を平面研磨し、入射面61を曲率研磨しておく。これにより、出射面52と入射面61との間の空気界面の発生を抑制する。
第1導光部材50の接続端子150をコネクタ70aの被接続部71aに接続する。その後、第2導光部材60の接続端子160を、実線の矢印の接続方向にコネクタ70bの被接続部71bに挿入して接続する。このとき、ハウジング164の雌ネジ部が被接続部71bの雄ネジ部と螺合することで、ハウジング164がスプリング163を挿入方向に押し付ける。スプリング163は、フランジ部152を介してフェルール161を、接続端子150のフェルール151に押し付ける。
具体的には、第2導光部材60の入射面61は、第1導光部材50の出射面52に当接した後に、第1導光部材50の出射面52に押し付けられる。第2導光部材60は、樹脂材料で構成され、第1導光部材50はガラスであるため、第1導光部材50よりも柔らかい。このため、第2導光部材60の凸状の入射面61は、第1導光部材50の出射面52に押し潰されて、第1導光部材50の出射面52に沿った形状となる。つまり、第2導光部材60の入射面61は、第1導光部材50の出射面52の形状に応じて変形する。第2導光部材60の入射面61は、第1導光部材50の出射面52との間の空気界面を消失させるように、第1導光部材50の出射面52と密着する。
具体的には、第2導光部材60の入射面61の中心から潰れながら、空気を第2導光部材60の径方向に押し出すため、入射面61と出射面52との間に空気界面が存在し難い。
このとき、出射面52の中心軸と入射面61の中心軸とが略一致するように、出射面52と入射面61とが密着する。また、第2導光部材60の入射面61の一部が潰れるため、第1導光部材50の出射面52の中心に係る残留応力が最も高くなる。また、第2導光部材60の入射面61の中心軸から離れるにつれて、入射面61の潰れ量が小さくなるため、出射面52の中心に係る残留応力が次第に小さくなる。
なお、出射面52が平面又は凸状の曲面であり、入射面61が平面又は凸状の曲面である場合では、同様に入射面61と出射面52との間の空気界面が消失する。
<動作>
このような発光装置1では、励起光源3から出射した二次光は、第1導光部材50に入射して内部を導光して第1導光部材50の出射面52から出射し、第2導光部材60の入射面61に入射する。そして、二次光は、第2導光部材60に入射して内部を導光して先端部115に配置される第2導光部材60の出射面62へと導かれ、第2導光部材60の出射面62から出射する。こうして、対象物に二次光が照射されることで、対象物を照明することができる。このため、二次光が照射された対象物をカメラ116が撮像することで、対象物の状態を認識することができるようになる。
このような発光装置1では、励起光源3から出射した二次光は、第1導光部材50に入射して内部を導光して第1導光部材50の出射面52から出射し、第2導光部材60の入射面61に入射する。そして、二次光は、第2導光部材60に入射して内部を導光して先端部115に配置される第2導光部材60の出射面62へと導かれ、第2導光部材60の出射面62から出射する。こうして、対象物に二次光が照射されることで、対象物を照明することができる。このため、二次光が照射された対象物をカメラ116が撮像することで、対象物の状態を認識することができるようになる。
<作用効果>
次に、本実施の形態における発光装置1及び接続方法の作用効果について説明する。
次に、本実施の形態における発光装置1及び接続方法の作用効果について説明する。
上述したように、本実施の形態に係る発光装置1は、一次光として青色系光を放つ固体発光素子と、一次光を、一次光よりも長波長成分の多い光に変換した波長変換光を含む二次光を出射する波長変換部材36と、波長変換部材36が出射した二次光を伝送する第1導光部材50と、第1導光部材50に伝送された二次光を伝送する樹脂材料を含む第2導光部材60とを備える。そして、第1導光部材50の出射面52と第2導光部材60の入射面61とは、直接的に接続する。そして、第1導光部材50の出射面52及び第2導光部材60の入射面61のそれぞれの残留応力は、第1導光部材50の出射面52と第2導光部材60の入射面61とが接続する互いの接続面の中心から離れるにつれて小さくなる。
これによれば、第1導光部材50の出射面52と第2導光部材60の入射面61との間における残留応力は、互いの接続面の中心で最も大きくなる。つまり、出射面52と入射面61とが接続される場合、出射面52と入射面61との互いの接続面の中心で空気を径方向に押し出すため、入射面61と出射面52との間に空気界面が存在し難くなる。このため、第1導光部材50の出射面52を導光した二次光を、そのままの状態で第2導光部材60の入射面61に入射させることができる。
したがって、この発光装置1では、輝度ムラ及び色ムラを抑制することができる。
特に、発光装置1を内視鏡に用いる場合、第2導光部材60は、人体等に挿入されるため、感染症を予防するために使い捨てが望まれる。このため、人体等に挿入される部分の第1導光部材50だけを第2導光部材60から取り外して破棄することができる。このため、第2導光部材60の製造コストの高騰化を抑制することができる。
また、本実施の形態に係る接続方法は、第1導光部材50と第2導光部材60とを接続する接続方法であって、第1導光部材50の出射面52は、平面又は凸状の曲面であり、第2導光部材60の入射面61は、平面又は凸状の曲面であり、第1導光部材50と第2導光部材60とを光学的に接続する際に、第1導光部材50の出射面52と第2導光部材60の入射面61とが接触して押圧されることで、第2導光部材60の入射面61が変形する。
この接続方法においても上述と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態に係る発光装置1において、第1導光部材50は、出射面52側に接続端子150を有する。そして、第2導光部材60は、入射面61側に設けられ、第1導光部材50の接続端子150と着脱可能に連結されることで、第1導光部材50と光学的に接続される接続端子160を有する。
これによれば、第1導光部材50と第2導光部材60とを容易に接続することができ、使用した第2導光部材60を第1導光部材50から取り外すこともできる。このため、発光装置1は、使い勝手がよい。
また、本実施の形態に係る発光装置1において、第2導光部材60における二次光の伝送路の径は、第1導光部材50における二次光の伝送路の径よりも大きい。
これによれば、第1導光部材50を導光した二次光を、効率的に第2導光部材60に入射させることができる。このため、第1導光部材50と第2導光部材60との光学的な接続部分であるコネクタ70における光伝送効率の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態に係る発光装置1において、第2導光部材60は、伝送した二次光を配光制御して出射するための、配光制御構造60aを有する。
これによれば、例えば、配光制御構造60aの近傍にカメラ116を配置する場合、カメラ116の画角に合うように配光制御構造60aを用意すれば、第2導光部材60から出射する二次光をカメラ116の画角に合わせることができる。このため、カメラ116の視野が悪化してしまうことを抑制することができる。
また、本実施の形態に係る発光装置1において、配光制御構造60aは、半球状である。
これによれば、配光制御構造60aの曲率を変更するだけで、第2導光部材60は、カメラ116の画角に応じて配光制御した光を出射することができる。
(その他変形例等)
以上、本開示について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
以上、本開示について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態に係る発光装置において、励起光源は、プリズム、集光レンズ、第1ガラスロッド、波長変換部材及び第2ガラスロッドを有していなくてもよく、プリズム、集光レンズ、第1ガラスロッド、波長変換部材及び第2ガラスロッドを筐体に収容していなくてもよい。プリズム、集光レンズ、第1ガラスロッド、波長変換部材及び第2ガラスロッドは、励起光源の必須の構成要件ではない。
その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
1 発光装置
32 レーザ光源(固体発光素子)
36 波長変換部材
50 第1導光部材
51、61 入射面
52、62 出射面
60 第2導光部材
60a 配光制御構造
150、160 接続端子
32 レーザ光源(固体発光素子)
36 波長変換部材
50 第1導光部材
51、61 入射面
52、62 出射面
60 第2導光部材
60a 配光制御構造
150、160 接続端子
Claims (6)
- 一次光として青色系光を放つ固体発光素子と、
前記一次光を、前記一次光よりも長波長成分の多い光に変換した波長変換光を含む二次光を出射する波長変換部材と、
前記波長変換部材が出射した前記二次光を伝送する第1導光部材と、
前記第1導光部材に伝送された前記二次光を伝送する樹脂材料を含む第2導光部材とを備え、
前記第1導光部材の一端面と前記第2導光部材の他端面とは、直接的に接続し、
前記第1導光部材の一端面及び前記第2導光部材の他端面のそれぞれの残留応力は、前記第1導光部材の一端面と前記第2導光部材の他端面とが接続する互いの接続面の中心から離れるにつれて小さくなる
発光装置。 - 前記第1導光部材は、一端面側に接続端子を有し、
前記第2導光部材は、
他端面側に設けられ、
前記第1導光部材の前記接続端子と着脱可能に連結されることで、前記第1導光部材と光学的に接続される接続端子を有する
請求項1に記載の発光装置。 - 前記第2導光部材における前記二次光の伝送路の径は、前記第1導光部材における前記二次光の伝送路の径よりも大きい
請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記第2導光部材は、伝送した前記二次光を配光制御して出射するための、配光制御構造を有する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記配光制御構造は、半球状である
請求項4に記載の発光装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の前記第1導光部材と前記第2導光部材とを接続する接続方法であって、
前記第1導光部材の一端面は、平面又は凸状の曲面であり、
前記第2導光部材の他端面は、平面又は凸状の曲面であり、
前記第1導光部材と前記第2導光部材とを光学的に接続する際に、前記第1導光部材の一端面と前記第2導光部材の他端面とが接触して押圧されることで、前記第2導光部材の他端面が変形する
接続方法。
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