JP4393986B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学顕微鏡やＣＣＤカメラ等を備えた観測装置等に組み合わせて用いられるリング状の光照射装置に関するものである。

この種の光照射装置は、その中心孔に観測装置や顕微鏡等の観察装置における鏡筒部分を貫通させて配置し、又はその中心孔を臨むように外側に観察装置を配置したうえで、観察対象物に光を照射できるように、リング状本体部に複数のＬＥＤを１又は複数列円周上に配置した構成を備えている。

前述のような光照射装置においては、同一円周列上のＬＥＤは、それらの光軸が、リング状本体部の軸線と１点で交わるように、傾斜姿勢で配置されている（例えば特許文献１）。

ところで、このような光照射装置による光照射面積は、通常、観察装置による最も低い倍率での撮像領域に合わせた面積に設定されており、その光照射面積を変えることができない。
特開平１０−１４９７０５号公報

しかしながら、前述のような光照射装置では、例えば観察装置を高い倍率に設定すると、単位面積あたりの照度が不足する場合がある。かといって、その高い倍率で必要な照度を得ようとすると、光照射面積は変わらないのであるから、ハイパワーのＬＥＤが必要になる。また、観察されない広い領域をまでも高い照度で照らすことになるため、非常に無駄が多くなり、熱の問題やそれに伴う種々の問題も浮上してくる。

さらに言えば、観察装置の倍率可変レンジが大きくなればなるほど、よりパワーのあるＬＥＤが必要になるところ、そのＬＥＤのパワーの限界がネックとなって、観察装置の倍率を制限せざるを得なくなる（高倍率を使えない）場合もでてくる。

本発明は、上述のような問題点を鑑みてなされたものであり、ハイパワーのＬＥＤを用いることなく、観察装置の倍率に合わせて照度を変えることのできる光照射装置を提供することを主たる目的としている。

すなわち、本発明に係る光照射装置は、中心に貫通孔を有したリング状本体部と、そのリング状本体部に同心円状に複数列並べ設けた複数のＬＥＤとを備え、同一列上の各ＬＥＤから発される光の光軸がリング状本体部の軸線と一点で斜めに交差するように設定し、前記軸線上に配置した対象物に光を照射するようにしたものであって、同一列上のＬＥＤには互いに同じの指向性のものを用いるとともに、少なくとも所定の１列のＬＥＤの指向性を、他のいずれか１列のＬＥＤの指向性よりも狭く設定しておき、前記１列のＬＥＤと他の１列のＬＥＤとを切替点灯可能に構成して、対象物における光照射面積を変え得るようにしていることを特徴とする。

このようなものであれば、観測装置の倍率を上げる場合には、指向性の狭いＬＥＤを用いることにより、単位面積あたりの照度を上げることができ、しかもそのときには、光照射面積が、観測装置の撮像領域に合わせて狭くなるので、ＬＥＤに特別ハイパワーのものを用いる必要がない。したがって熱の問題も発生しないし、観測装置の倍率可変レンジが広くとも、それに対応できるものを無理なく提供することが可能となる。

ＬＥＤの光軸の軸線に対する傾斜角度は、列ごとに同じであればよいが、製作の容易化やコスト低減を促進するには、全ての列のＬＥＤの光軸が同じ角度で軸線と交差するように構成することが好ましい。

そしてその場合には、各列のＬＥＤのうちで、光軸が対象物と軸線との交点に最も近づく１列のＬＥＤについて、その指向性を最も狭く設定しておけばよい。

それほど広い指向角を有したＬＥＤを用いずとも、無理なく光照射面積を広げるためには、ＬＥＤを同心円上に３列配置し、その中心列のＬＥＤについて指向性を最も狭く設定するとともに、両端の列のＬＥＤについて中心列のＬＥＤよりも指向性を広く設定し、中心列のＬＥＤと両端の列のＬＥＤとを切替点灯できるように構成しておくことが好ましい。

全ての列のＬＥＤの光軸を、同じ角度で軸線と交差させるための、具体的実施態様としては、リング状本体部が、平面状態において所定幅を有する部分円環状のフレキシブル配線基板を備え、そのフレキシブル配線基板の端同士を近接又は接触させて切頭円錐形状にし、その内側凹面に各ＬＥＤを垂直に保持するものを挙げることができる。

フレキシブル配線基板を円周方向に分割された複数の要素基板からなるものとしておけば、要素基板の使用枚数を異ならせるだけで切頭円錐形の角度を変えることができるなど、製品の多様化に柔軟に対応することができる。また、素材から無駄なく要素基板を切り出すことができるなどの効果も奏し得る。

上述のように、本発明に係る光照射装置によれば、観測装置の倍率を上げる場合には、指向性の狭いＬＥＤを用いることにより、単位面積あたりの照度を上げることができ、しかもそのときには、光照射面積が観測装置の観測領域に合わせて狭くなるので、全体の光量自体を大きくする必要はない。つまり、ＬＥＤに特別ハイパワーのものを用いる必要がなく、したがってそれに伴う熱の問題等も発生しない。その結果、観測装置の倍率可変レンジが広くとも、それに対応できるものを無理なく提供することが可能となる。

以下、本願発明の一実施形態について、図１から図６を参照しつつ説明する。

本発明に係る光照射装置１００は、図１〜図３に示すように、観測倍率を段階的又は連続的に変えることのできる観測装置２００（例えば、実体顕微鏡、光学顕微鏡など）に取り付けられて、対象物Ｗを照明しながら観測する観測システムＳを構成するものであり、中心部に貫通孔１ａを有するリング状本体部１と、このリング状本体部１に保持させた複数のＬＥＤ２とを備えてなる。

各部を説明する。

リング状本体部１は、枠体１１と、この枠体１１に保持させた、ＬＥＤ２を搭載するフレキシブル配線基板１２とを備えている。

枠体１１は、厚肉円筒状をなすもので、その中央には前記貫通孔１ａが形成してあり、先端側（対象物側）にはフレキシブル配線基板１２を保持するための円環状の保持溝１ｂが開口させてある。そして、前記貫通孔１ａの内径は、観測装置２００の鏡筒部分２０１の外径とほぼ同一に設定してあり、貫通孔１ａの基端側から、鏡筒部分２０１を挿入し固定したときに、鏡筒部分２０１の軸線がリング状本体部１の軸線Ｃと一致するように構成してある。

フレキシブル配線基板１２は、予め配線がプリントされた厚み方向に湾曲可能なものであり、図４に示すように、平面状態において所定幅を有する部分円環状をなす。そして、ＬＥＤ２を搭載した状態で、ＬＥＤ搭載側の面が凹面になるように、厚み方向に湾曲され、その端１２ａ、１２ｂ同士が近接ないし接触する状態で前記保持溝１ｂに嵌め込まれて保持される。この状態で、フレキシブル配線基板１２は、中空の切頭円錐形状となる。なお、枠体１１には、図示しないコネクタ保持筐体が一体に設けてあり、このコネクタ保持筐体内に配置したコネクタを介して、外部のコントローラ（図示しない）から各ＬＥＤ２への電力供給が行えるように構成している。

ＬＥＤ２は、例えば砲弾型のものであり、フレキシブル配線基板１２の一方の面に、同心円状に複数列（この実施形態では、３列）、等間隔に並べてハンダ付けされる。そして、当該フレキシブル配線基板１２を切頭円錐形状にして保持溝１ｂに保持させた状態では、図１に示すように、全ての列のＬＥＤ２は、その光軸２Ｃが、前記軸線Ｃに対して互いに同じ角度で斜めに交差する姿勢となる。なお、保持溝１ｂ内には、ＬＥＤ２からの熱を枠体１１に伝達して効率的な放熱を図ると共に、フレキシブル配線基板１２の裏面に密着させてガタのない固定を行うために、所定の粘弾性及び熱伝達性を有したシリコーン等の絶縁性充填部材１５を埋め込んでいる。この充填部材１５は、定形性を有するとともに、基板１２の裏面に配置した抵抗等の電子部品やＬＥＤ２のリード突出部分に応じて凹む程度の弾性を有している。

しかして本実施形態では、同一列上のＬＥＤ２には、互いに同じの指向性のものを用いるとともに、図５に示すように、中心列のＬＥＤ２については指向性を最も狭くして、角度θ１に設定し、その両端の列のＬＥＤ２については、図６に示すように、中心列のＬＥＤ２よりも指向性を広くして角度θ２に設定している。また中心列のＬＥＤ２は、その光軸２Ｃが、対象物Ｗと軸線Ｃとの交点を通過するようにしている。

そして、ＬＥＤ２への電力供給ラインを各列ごとに異ならせ、前記コントローラによって、中心列のＬＥＤ２のみ点灯する第１の状態（図５参照）と、両端の列のＬＥＤ２のみ点灯する第２の状態（図６参照）とを少なくとも含む複数の点灯状態を選択できるように構成している。

このように構成した本実施形態に係る光照射装置１００によれば、観測装置２００の倍率を上げて対象物Ｗの狭い領域をみる場合には、前記コントローラを操作して第１の状態、すなわち指向性の狭い中心列のＬＥＤ２のみを点灯させることにより、倍率が上がった分、狭くなった観測領域に集中的に光を照射し、観測に必要な単位面積あたりの照度を確保することができる。また観測倍率を下げて広い領域をみる場合には、コントローラを操作して第２の状態、すなわち指向性の広い両端列のＬＥＤ２のみを点灯することにより、倍率が下がった分、広くなった観測領域に単位面積あたりの照度を無用に上げることなく、全体的に光を照射することができる。

つまり、全体の光量が大きく変わることなく、光照射面積のみが、観測装置２００の観測領域に合わせて拡縮し、観測に必要な照度を確保するので、ＬＥＤ２に特別ハイパワーのものを用いる必要がなく、それに伴う熱の問題等も発生しない。したがって、観測装置２００の倍率可変レンジが広くとも、それに対応できるものを無理なく提供することが可能となる。

また、この実施形態では、前記第２の状態において、両端の２列（内外２列）のＬＥＤ２を同時点灯させ、光照射面積を広く確保するようにしているので、各ＬＥＤ２に極端に広い指向性をもった特殊なタイプのものを使う必要がない。

さらに、平面状態において所定幅を有する部分円環状のフレキシブル配線基板１２にＬＥＤ２を搭載したうえで、そのフレキシブル配線基板１２の端同士を近接又は接触させて切頭円錐形状にし、枠体１１に組み込むようにしているので、１つ１つＬＥＤ２を円錐凹面に組み込むようなものと比べ、組み立てがはるかに簡単になり、各ＬＥＤ２の姿勢の精度もあがり、配線ミスも減らせる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、ＬＥＤを列ごとに任意の組み合わせで点灯できるようにしても構わない。具体的には、内側の列のみ点灯するであるとか、内側と中央の列を点灯するとかいった態様である。

また、ＬＥＤの列は２列でもよいし、４列以上でも構わない。前記実施形態では円錐凹面をＬＥＤ保持面としてＬＥＤをこれに垂直に配置し、全てのＬＥＤの光軸の、軸線に対する傾斜角度を同一に設定したが、例えばＬＥＤ保持面を凹球面にするなどして、ＬＥＤの光軸の傾斜角度が、列ごとに、あるいは１部の列のみ異なるようにしてもよい。

さらに、必ずしも中央の列のＬＥＤを最も指向性を狭く設定する必要はなく、他の列のＬＥＤの指向性を最も狭くしてもよいし、また、各列ごとに、それぞれＬＥＤの指向性を互いに異ならせてもよい。

観測装置の倍率設定と、ＬＥＤの点灯列設定とを自動連動させるようにしてもよい。具体的には前記コントローラが観測装置の倍率設定値をデータとして取得し、そのデータに基づいて、ＬＥＤの点灯列を設定するようにすればよい。もちろんコントローラを光照射装置に内蔵させ、例えば手動のスイッチ操作で点灯列を切り替えるようにしても構わない。

また、ＬＥＤを列ごとに点灯切り替える機能に加え、ＬＥＤ２を円周方向に複数に分割し（例えば図７に示すように４つに均等分割したグループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分け）、そのグループごとに点灯切り替えできるようにしてもよい。このようにすれば、光照射態様のバリエーションが一挙に増え、様々な対象物Ｗに対してより適切な照明を施すことが可能になる。

加えて、フレキシブル配線基板１２を、図８に示すように、円周方向に分割された互いに同一または角度の異なる複数の要素基板１２１からなるものとしてもよい。分割線Ｄは、同図のように径線に沿ったものであってもよいし、凹凸させても構わない。このようにすれば、要素基板１２１の使用枚数を異ならせるだけで切頭円錐形の角度を変えることができ、製品の多様化に柔軟に対応することができるうえ、素材から無駄なく要素基板を切り出すことができるなどの効果も奏し得る。また、このようにフレキシブル配線基板１２を複数の要素基板１２１に分割した場合には、前記実施形態のように、保持溝内に粘弾性を有した充填部材を埋め込むことで、各要素基板１２１のより確実かつガタのない保持が可能となる。さらに、フレキシブル配線基板１２を複数の要素基板１２１に分割した場合には、要素基板１２１毎に、敷設されたＬＥＤ２を駆動、点灯させても良い。

その他、特許請求の範囲に記載の発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更が可能である。

本発明の一実施形態における光照射装置の内部構造を示す縦断面図。 同実施形態における光照射装置の平面図。 同実施形態における光照射装置の底面図。 同実施形態におけるＬＥＤを搭載したフレキシブル配線基板の組み込み前の平面状態を示す平面図。 同実施形態における第１の状態を示す光照射装置の光照射説明図。 同実施形態における第１の状態を示す光照射装置の光照射説明図。 本発明の他の実施形態におけるＬＥＤの分割点灯態様を示す光照射装置の底面図。 本発明のさらに他の実施形態における要素基板を示す組み立て参考図。

符号の説明

１００・・・光照射装置
１ａ・・・貫通孔
１・・・リング状本体部
２・・・ＬＥＤ
２Ｃ・・・光軸
Ｃ・・・軸線
Ｗ・・・対象物
１２・・・フレキシブル配線基板
１２１・・・要素基板

Claims (6)

1. 中心に貫通孔を有したリング状本体部と、そのリング状本体部に同心円状に複数列並べ設けた複数のＬＥＤとを備え、同一列上の各ＬＥＤから発される光の光軸がリング状本体部の軸線と一点で斜めに交差するように設定し、前記軸線上に配置した対象物に光を照射するようにしたものであって、
   同一列上のＬＥＤには互いに同じの指向性のものを用いるとともに、少なくとも所定の１列のＬＥＤの指向性を、他のいずれか１列のＬＥＤの指向性よりも狭く設定しておき、
   前記１列のＬＥＤと他の１列のＬＥＤとを切替点灯可能に構成して、対象物における光照射面積を変え得るようにしていることを特徴とする光照射装置。
2. 全ての列のＬＥＤの光軸が同じ角度で前記軸線と交差するように構成するとともに、各列のＬＥＤのうちで、光軸が対象物と軸線との交点に最も近づく１列のＬＥＤについて、その指向性を最も狭く設定している請求項１記載の光照射装置。
3. ＬＥＤを同心円上に３列配置し、その中心列のＬＥＤについて指向性を最も狭く設定するとともに、両端の列のＬＥＤについて中心列のＬＥＤよりも指向性を広く設定し、中心列のＬＥＤと両端の列のＬＥＤとを切替点灯できるように構成している請求項１又は２記載の光照射装置。
4. リング状本体部が、平面状態において所定幅を有する部分円環状のフレキシブル配線基板を備えたものであり、そのフレキシブル配線基板の端同士を近接又は接触させて切頭円錐形状にし、その内側凹面に各ＬＥＤを垂直に保持させている請求項１乃至３いずれか記載の光照射装置。
5. 前記フレキシブル配線基板が、円周方向に分割された複数の要素基板からなるものである請求項４記載の光照射装置。
   
6. 異なる列のＬＥＤを、同時に点灯できるように構成している請求項１乃至５いずれか記載の光照射装置。