JP5165400B2

JP5165400B2 - 光源装置

Info

Publication number: JP5165400B2
Application number: JP2008012488A
Authority: JP
Inventors: 吉徳池田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: US20100277087A1; JP2009176508A; WO2009093385A1; US8110999B2; CN101919314A; EP2247164A1

Description

本発明は、光源装置、特にパルス発光する複数の発光素子から出射された光を照明領域に導く光源装置に関する。

従来、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等の発光素子を用いた光源装置において、出射される光の光量を高めるために、複数の発光素子を順次パルス点灯させる方法がしられている。この方法でパルス状の光を出射させることにより、発光素子を連続点灯させる方法と比較して、出射される光の光量が高くなる。
順次パルス点灯させる方法を採用する場合には、発光素子から出射された光を効率よく照明対象に向けて出力するために、反射部材や光学レンズなどの導光部材を用いる必要があり、様々な導光方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１には、移動可能に配置された複数の発光素子と、発光素子から出射された光を被照明領域に導く導光光学系とが設けられた照明装置や、円環状に配置され、当該円環の中心に向けて光を出射する発光素子と、当該円環の中心軸線を中心として回転し、発光素子から出射された光を被照明領域に導く導光光学系とが設けられた照明装置などが記載されている。
特許文献１に記載の照明装置では、導光光学系と発光素子とが対向配置されるタイミングで、発光素子から光を出射させることにより、効率よく光を被照明領域に向けて出力している。

このような照明装置の場合において、照明領域に向けて出射される光の光量を調節する方法としては、発光素子から出射される光のパルス幅を調節する方法や、発光素子に供給する電流値を調節する方法などが一般的に考えられる。
特開２００４−７１３９３号公報

しかしながら、発光素子に供給する電流値を変化させる方法では、照明領域に向けて出力される光の色温度が変わるという問題があった。つまり、発光素子においては、出射される光の色温度は、供給される電流値によって変化するという特性があるため、電流値を変化させて光量を調節する方法では、出力される光の色温度が変わるという問題があった。

一方、パルス幅を変化させる方法では、照明領域に向けて出力される光の光量の変動が大きくなるという問題があった。つまり、出射される光のパルス幅が短くなると、相対的に発光素子の発光タイミングと導光光学系の回転位相との間のばらつきが大きくなり、導光光学系から漏れる光の割合が高くなる。言い換えると、ジッタの割合が高くなるため、発光の周期によって光量の変動が大きくなり、フリッカ現象として知覚されるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、大きな光量の光を安定して出力するとともに、効率よく出力することができる光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、円環状に配置され、該円環の中心軸線に向けて順次パルス点灯して照明光を出射する複数の光源素子と、前記中心軸線上に回転可能に配置され、前記光源素子から出射された照明光が入射する入射面と、入射した照明光を前記中心軸線に沿う方向に反射する反射面と、を有する導光部と、該導光部の回転位相に応じて前記光源素子が点灯される期間に相当する前記導光部の回転位相範囲であるパルス点灯位相範囲を制御する駆動手段と、備え、該駆動手段は、前記パルス点灯位相範囲を制御して被照明領域に出射する照明光の光量を減少させる際に、前記導光部の入射面の一端が前記複数の光源素子のうちの一つにおける照明光の出射面に至ってから、前記導光部の入射面の他端が前記光源素子のうちの一つにおける照明光の出射面を通り過ぎるまでの期間に相当する前記導光部の回転位相範囲であって、前記光源素子から出射された照明光が前記入射面に入射される最も長い期間に相当する前記導光部の回転位相範囲である最大パルス位相範囲に対して前記パルス点灯位相範囲を短くし、前記最大パルス位相範囲内における前記パルス点灯位相範囲の前後に、前記光源素子が消灯される期間に相当する前記導光部の回転位相範囲である前消灯位相範囲、および、後消灯位相範囲がそれぞれ設けられるように前記パルス点灯位相範囲を制御する光源装置を提供する。

本発明によれば、パルス点灯位相範囲を制御することにより、光源素子から照明光が出射される期間を調節して、導光部から出射される照明光の光量を調節することができる。そのため、光学素子に供給する電流の値を調節する方法と比較して、出射される照明光の色温度の変化が抑制される。

さらに、パルス点灯位相範囲を短くして、光源素子から照明光が出射される期間を短くしても、照明光が出射される期間の前後に光源素子が消灯される期間が確保されるため、光源素子から出射された照明光は導光部の入射面に入射する。つまり、導光部の回転位相と、光源素子における照明光が出射される位相との間にばらつきが生じても、消灯期間により上記ばらつきが吸収されるため、光源素子から出射された照明光は入射面に入射される。

また、光源素子からパルス状の照明光を出射させるため、光源素子から定常的に照明光を出射させる場合と比較して、大きな光量の照明光が得られる。さらに、光源素子を複数備えて、導光部により出射された照明光を被照明領域に導くため、大きな光量の照明光を連続して得ることができる。

上記発明においては、前記駆動手段は、前記前消灯位相範囲と前記後消灯位相範囲とが略等しい広さとなるように、前記パルス点灯位相範囲を制御することが望ましい。

本発明によれば、照明光が出射される期間の前後に略等しい長さの消灯期間が確保される。そのため、導光部の回転位相と、光源素子における照明光が出射される位相との間のばらつきが、照明光の出射位相が進む側のばらつきであっても、遅れる側のばらつきであっても、光源素子から出射された照明光は入射面に入射される。

上記発明においては、前記駆動手段は、一の光源素子を常時発光させた状態で前記導光部を回転させた際における前記導光部から出射される照明光の光量の変化に関する光量重心の位相が、前記最大パルス位相範囲の略中心となるように、前記パルス点灯位相範囲を制御することが望ましい。

本発明によれば、照明光が出射される期間の前後に略等しい長さの消灯期間が確保される。
つまり、常時発光している光源素子の前を導光部の入射面が横切るため、導光部から出射される照明光の光量は、導光部の回転位相に応じて変化する。このときの光量の最大値に対応する位相を最大パルス位相範囲の中心位相とすることで、または、光量の面積の重心に対応する位相を最大パルス位相範囲の中心位相とすることで、前消灯位相範囲と、後消灯位相範囲とを略等しい広さに設定することができる。

上記発明においては、前記駆動手段は、前記入射面中心と前記光源素子における照明光の出射面の中心とが一致する位相が前記パルス点灯位相範囲の中心位相となるように、前記パルス点灯位相範囲を制御することが望ましい。

本発明によれば、入射面の中心と上述の出射面の中心とが一致する時点が、光源素子から照明光が出射される期間の中央となるため、照明光が出射される期間の前後に略等しい長さの消灯期間が確保される。

上記発明においては、前記駆動手段は、前記後消灯位相範囲が前記前消灯位相範囲よりも長くなるように、前記パルス点灯位相範囲を制御することが望ましい。

本発明によれば、照明光が出射されるパルス点灯位相期間よりも後の後消灯期間は、パルス点灯位相期間よりも前の前消灯期間よりも長くなる。そのため、光源素子に対する電流の供給が遮断された後も、光源素子から照明光が出射される残光期間がある場合でも、残光期間に係る照明光を入射面に入射させやすくなる。

上記発明においては、前記導光部から出射された照明光の光量を検出する光センサが設けられ、前記駆動手段は、前記光センサにより検出される光量が最大になるように、前記パルス点灯位相範囲を制御することが望ましい。

本発明によれば、光センサにより検出される光量に基づいて、パルス点灯位相範囲を制御するため、光源素子による照明光の出射特性に関わらず、導光部から出射される照明光の光量を最大にできる。
言い換えると、光センサにより検出される光量に基づくことにより、パルス出射位相範囲の前後に前消灯位相範囲および後消灯位相範囲を設定することができる。そのため、光源素子から出射される照明光を、導光部の入射面に確実に入射させることができる。

本発明の光源装置によれば、パルス点灯位相範囲を制御することにより、出射される照明光の光量を調節するとともに、大きな光量の照明光を安定して出力でき、かつ、パルス点灯位相範囲の前後に消灯位相範囲を確保することにより、導光部の回転位相と、照明光の出射位相との間にばらつきを吸収し、効率よく照明光を出力することができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態の光源装置の概略を説明する模式図である。図２は、図１の光源装置の構成を説明する断面図である。

光源装置１は、被照明領域に向かって照明光を出射するものであって、例えば、ビデオスコープなどの医療用内視鏡等の光源として用いられるものである。
光源装置１には、図１および図２に示すように、照明光を出射する複数のＬＥＤ（光源素子）２と、出射された照明光を被照明領域に導く導光ロッド（導光部）３、反射プリズム（導光部）４およびライトガイド５と、導光ロッド３および反射プリズム４を回転駆動するモータ６と、導光ロッド３および反射プリズム４の回転位相を検出する反射シール７および回転検出センサ８と、出射された光の光量を測定する光センサ９と、が設けられている。

図３は、図１の光源装置の制御を説明するブロック図である。
更に、光源装置１には、図３に示すように、ユーザからの明るさ指示が入力されるユーザＩ／Ｆ部１１と、被照明領域から反射された反射光の光量を測定する撮像装置１２と、光源装置１から出射される照明光の光量を決定する明るさ制御部１３と、ＬＥＤ２に供給される電流の波形を制御するＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御部１４と、ＬＥＤ２の点灯位相を制御する位相調整部（駆動手段）１５と、ＬＥＤ２の点灯および消灯を制御するＬＥＤ制御部１６と、出射された光量の最大値を検出する最大値検出部１７と、補償位相信号を記憶する記憶部１８と、が設けられている。

ＬＥＤ２は照明光を出射するものであって、供給された電流に応じて出射される照明光の光量が変化するものである。ＬＥＤ２は、図１および図２に示すように、円筒状の支持部２１の内周面に周方向に並んで配置されるとともに、支持部２１の中心軸線Ｌに向かって照明光を出射するように配置されている。
一方、ＬＥＤ２には、図３に示すように、ＬＥＤ制御部１６からＬＥＤ２における照明光の出射を制御する点灯パルスが入力されている。

導光ロッド３は、図１および図２に示すように、反射プリズム４とともにＬＥＤ２から出射された照明光を中心軸線Ｌに沿う方向に導くロッドレンズである。
導光ロッド３は、中心軸線Ｌを中心とする径方向に沿って延び、断面が略矩形状のロッドレンズである。導光ロッド３における径方向内側の端部である出射面は反射プリズム４と対向して配置され、径方向外側の端部である入射面３１はＬＥＤ２と対向して配置されている。入射面３１は、ＬＥＤ２から出射された照明光が導光ロッド３に入射し、導光ロッド３内に取り込まれる面である。
導光ロッド３の周囲には、導光ロッド３および反射プリズム４を支持するロッドカバー４１が配置されている。

ロッドカバー４１は、図１および図２に示すように、内部に導光ロッド３および反射プリズム４が配置されている円柱状の部材である。ロッドカバー４１は、ロッドカバー４１の中心線が中心軸線Ｌと一致するように配置され、中心軸線Ｌまわりに回転可能に配置されている。
さらに、ロッドカバー４１の円周面には、導光ロッド３の入射面３１が露出する開口部が形成され、ロッドカバー４１の上面には、反射プリズム４の出射面５２が露出する開口部が形成されている。

反射プリズム４は、導光ロッド３とともにＬＥＤ２から出射された照明光を中心軸線Ｌに沿う方向に導くプリズムである。
反射プリズム４は、図１および図２に示すように、導光ロッド３と対向配置された入射面と、入射した照明光を反射する反射面５１と、ライトガイド５と対向配置された出射面５２とを有する三角柱状に形成されたプリズムである。
反射プリズム４の反射面５１は、中心軸線Ｌ上に配置されるとともに、中心軸線Ｌに対して約４５°の傾きを有するように配置されている。

ライトガイド５は、図１および図２に示すように、導光ロッド３および反射プリズム４により、中心軸線Ｌに沿う方向に導かれた照明光を、被照明領域に向けて導くものである。
ライトガイド５の反射プリズム４側の端面は、反射プリズム４の出射面５２と対向配置され、当該端面から反射プリズム４の出射面５２から出射された照明光が、ライトガイド５内に取り込まれる。一方、ライトガイド５の被照明領域側の端部は、被照明領域に向かって延び、ライトガイド５に取り込まれた照明光が被照明領域に向けて出射される。

モータ６は、ロッドカバー４１とともに、導光ロッド３および反射プリズム４を中心軸線Ｌまわりに回転駆動するものである。モータ６は、回転軸が中心軸線Ｌと一致するように、ロッドカバー４１の下面に配置されている。
さらに、モータ６は、ＬＥＤ制御部１６にモータ６の回転情報または位置情報を出力している。ここで、回転情報または位置情報とは、例えば、導光ロッド３の回転位相または位置に関する情報である。

反射シール７は、回転検出センサ８とともに導光ロッド３および反射プリズム４の回転を検出するものであって、回転検出センサ８から出射された検出用光を回転検出センサ８に向けて反射するものである。
反射シール７はロッドカバー４１の下面における径方向外側領域であって、回転検出センサ８と対向する位置に取付けられている。

回転検出センサ８は、反射シール７とともに導光ロッド３および反射プリズム４の回転を検出するものであって、反射シール７に向けて検出用光を出射するとともに、反射された検出用光を検出するものである。言い換えると、入射する光の量を電気信号に変換する反射型の光センサである。
回転検出センサ８はロッドカバー４１の下側であって、ロッドカバー４１における反射シール７が取付けられた領域と対向する位置に配置されている。
一方、図３に示すように、回転検出センサ８からＬＥＤ制御部１６に導光ロッド３および反射プリズム４の回転信号が入力されている。

なお、上述のように、ロッドカバー４１の下面よりも光の反射率が高い反射シール７をロッドカバー４１の下面に配置して、反射シール７により反射された検出用光を回転検出センサ８により検出してもよいし、逆に、ロッドカバー４１の下面よりも光の反射率が低い遮蔽シールをロッドカバー４１の下面に配置して、ロッドカバー４１の下面により反射された検出用光を回転検出センサ８により検出してもよく、特に限定するものではない。言い換えると、ロッドカバー４１の下面による検出用光の反射が、遮蔽シールにより妨げられるのを回転検出センサ８により検出してもよく、特に限定するものではない。

なお、回転検出センサ８は、上述のような反射型のセンサに限られるわけではなく、例えばフォトインタラプタのような透過型のセンサでもよい。

光センサ９は、反射プリズム４から出射された照明光のうち、ライトガイド５に入射されずに漏れた照明光の光量を測定するものである。
光センサ９は反射プリズム４における出射面５２の近傍に配置され、図３に示すように、光センサ９は、位相調整部１５に測定した光量信号を出力している。

ユーザＩ／Ｆ部１１は、ユーザから被照明領域の明るさ、言い換えると、被照明領域に向かって出射される照明光の光量に関する指示が入力される部分である。
ユーザＩ／Ｆ部１１は、明るさ制御部１３に明るさ指示信号を出力している。

撮像装置１２は、被照明領域から反射された反射光の光量を測定することにより、被照明領域に向けて出射された照明光の光量を測定するものである。
撮像装置１２は、明るさ制御部１３に測定された光量信号を出力している。

明るさ制御部１３は、被照明領域の明るさ、つまり、ＬＥＤ２から出射される光量を決定するものである。具体的には、明るさ指示信号および光量信号に基づいて、ＬＥＤ２から出射される光量を今より増やすか、減らすかを制御するものである。
明るさ制御部１３には、ユーザＩ／Ｆ部１１および撮像装置１２から明るさ指示信号および光量信号が入力されている。その一方、明るさ制御部１３は、ＰＷＭ制御部１４に決定された明るさ制御信号を出力している。

ＰＷＭ制御部１４は、入力された明るさ制御信号に基づいて、ＬＥＤ２から出射される光量を制御するパルス幅信号を生成するものである。
ＰＷＭ制御部１４には、明るさ制御部１３から明るさ制御信号が入力されている。その一方、ＰＷＭ制御部１４は、位相調整部１５およびＬＥＤ制御部１６にパルス幅信号を出力している。

位相調整部１５は、最大値検出部１７から出力された補償位相信号に基づいて、ＬＥＤ２からの照明光の出射タイミングを制御するものである。言い換えると、ＬＥＤ２からの照明光の出射される際の当該ＬＥＤ２と導光ロッド３のとの相対的な位相関係を制御するものである。
位相調整部１５には、ＰＷＭ制御部１４からパルス幅信号が入力され、記憶部１８を介して最大値検出部１７から補償位相信号が入力されている。その一方、位相調整部１５は、ＬＥＤ制御部１６に位相信号を出力している。

ＬＥＤ制御部１６は、複数のＬＥＤ２からの照明光の出射を制御するものである。具体的には、パルス幅信号および位相信号に基づいて、ＬＥＤ２に点灯用のパルス状の電流を供給するものである。
ＬＥＤ制御部１６には、ＰＷＭ制御部１４からパルス幅信号が入力され、位相調整部１５から位相信号が入力され、回転検出センサ８から回転信号が入力されている。その一方、ＬＥＤ制御部１６はＬＥＤ２に点灯用の電流を供給している。

なお、ＬＥＤ２に供給するパルス状電流のパルス幅に応じて位相を制御する方法については、後述する。

最大値検出部１７は、光センサ９の出力に基づいて、出射された光量の最大値を検出し、そのときの位相を補償位相として出力するものである。
最大値検出部１７には光センサ９から光量信号が入力されている。その一方、最大値検出部１７は、記憶部１８に補償位相信号を出力している。

記憶部１８は、最大値検出部１７から出力された補償位相信号を記憶し、記憶した補償位相信号を位相調整部１５に出力するものである。

次に、上記の構成からなる光源装置１における照明光の出射経路について説明した後に、照明光の出射制御について説明する。
光源装置１から照明光を出射する際には、図１および図２に示すように、モータ６によりロッドカバー４１が回転駆動され、導光ロッド３および反射プリズム４も回転駆動される。

支持部２１の内周面に配置された複数のＬＥＤ２には、導光ロッド３の回転に合わせてパルス状の電流が供給される。ＬＥＤ２はパルス状に電流が供給されると、電流の供給に合わせてパルス状に照明光を出射する。具体的には、導光ロッド３の入射面３１が各ＬＥＤ２の前を通過する際に、つまり、ＬＥＤ２における光出射面と、導光ロッド３の入射面３１とが対向した時のみ照明光を出射する。
そのため、導光ロッド３には、複数のＬＥＤ２から連続的、または、断続的に照明光が入射される。

このとき、ＬＥＤ２に供給される電流は、ＬＥＤ２に定常的に電流を供給する際の電流、つまり最大定格電流と比較して、大きな電流が供給される。そのため、定常的に電流が供給された場合と比較して、大きな光量の照明光がＬＥＤ２から出射される。
なお、ＬＥＤ２に供給する電流値は、パルス状に供給する電流の時間平均値が、最大定格電流の時間平均値を超えないことが望ましい。このようにすることで、ＬＥＤ２の破損や劣化が防止される。

ＬＥＤ２から出射された照明光は、入射面３１から導光ロッド３に取り込まれ、導光ロッド３の内部を中心軸線Ｌに向かって伝播する。導光ロッド３内を伝播した照明光は、導光ロッド３から反射プリズム４に入射し、反射面５１により中心軸線Ｌに沿う方向に向かって反射される。反射面５１により反射された照明光は、反射プリズム４の出射面５２から出射され、対向配置されたライトガイド５に入射する。ライトガイド５に入射した照明光は、ライトガイド５により被照明領域に導かれ、被照明領域に向けて出射される。

次に、本実施形態の特徴である照明光の出射制御について説明する。
まず、光源装置１から被照明領域に向かって照明光を出射する前に、以下に説明するように補償位相値が取得される。

光源装置１が起動されてからモータ６の回転数が所定回転数に到達し、回転数が安定するまでは、図２および図３に示すように、ＬＥＤ２の点灯はＬＥＤ制御部１６により禁止される。言い換えると、ＬＥＤ制御部１６は、回転検出センサ８から入力される回転情報または位置情報を監視し、モータ６の回転数が所定回転数であって、安定した回転数になってからＬＥＤ２の点灯を許可する。

具体的には、モータ６によりロッドカバー４１が回転されると、回転検出センサ８によりロッドカバー４１の回転が検出される。つまり、回転検出センサ８の前を反射シール７が横切ると、回転検出センサ８の出力レベルが変化する。
当該回転検出センサ８の出力が、回転検出センサ８により電気信号に交換された回転情報および導光ロッドの位置情報としてＬＥＤ制御部１６に入力される。

モータ６の回転数が安定すると、ＬＥＤ制御部１６は一のＬＥＤ２に対して連続して電流を供給し、照明光を連続して出射させる。
ＬＥＤ２から出射された照明光は、導光ロッド３の入射面３１が一のＬＥＤ２と対向する位置に来たときにだけ導光ロッド３に取り込まれる。

言い換えると、導光ロッド３が、照明光を出射している一のＬＥＤ２の前を通過したときのみ、導光ロッド３および反射プリズム４を介して出射面５２から照明光が出射され、その他の間は出射面５２から照明光は出射されない。
出射面５２から出射される照明光の光量は、一のＬＥＤ２と入射面３１とが正対したときが最大となり、正対位置からずれるにつれて光量は減少する。

出射面５２から出射された照明光の一部、つまり、導光ロッド３に取り込まれずに漏れた光は、その光量が光センサ９に検出される。光センサ９は検出した照明光の光量に関する光量信号を出力し、光量信号は最大値検出部１７に入力される。
最大値検出部１７は、光量信号が最大となる導光ロッド３の位相、つまり、一のＬＥＤ２と入射面３１とが正対する導光ロッド３の位相を検出し、当該位相を補償位相値として記憶部１８に出力する。

以上により、補償位相値の取得が完了する。
このようにするとこで、導光ロッド３を一回転するだけで補償位相値の取得が完了し、補償位相値の取得を速やかに行うことができる。

この補償位相値の取得は、光源装置１の出荷時にのみ行い、以後は記憶部１８に記憶された補償位相値を用いてもよいし、光源装置１の使用時ごとに補償位相値の取得が行われてもよく、特に限定するものではない。
出荷時にのみ補償位相値の取得を行う場合には、光センサ９および最大値検出部１７を光源装置１に対して着脱可能に配置してもよい。このようにすることで、補償位相値を取得した後に、光センサ９および最大値検出部１７を光源装置１から取り外すことができる。補償位相値は記憶部１８に記憶されたものが用いられる。
使用時ごとに補償位相値の取得を行う場合には、光源装置１に記憶部１８が設けられていなくてもよい。

また、光センサ９のような専用のセンサを用いずに、光源装置１が用いられるビデオスコープの撮像部を利用して、出射面５２から出射される照明光の光量を検出して位相補償を行ってもよい。

なお、上述のように、光センサ９により検出された光量が最大となる位相を検出してもよいし、縦軸を光量、横軸を位相とした位相に対する光量の変化を表したグラフにおける光量面積の重心に対応する位相を検出してもよく、特に限定するものではない。

なお、上述のように、一つのＬＥＤ２から照明光を連続出射することにより補償位相値を取得してもよいし、ＬＥＤ２からパルス状の照明光を出射し、照明光を出射するタイミングを変化させることにより補償位相値を取得してもよく、特に限定するものではない。

具体的には、モータ６の回転数が安定すると、ＬＥＤ制御部１６は、ＬＥＤ２にパルス状の電流を供給し、ＬＥＤ２から照明光を最大のパルス幅で出射させる。
ここで、最大のパルス幅とは、回転する導光ロッド３の入射面３１に対して、照明光を入射させることができる最大のパルス幅のことである。言い換えると、入射面３１の一端がＬＥＤ２における照明光の出射面に至ってから、入射面３１の他端がＬＥＤ２における照明光の出射面を通り過ぎるまでのことであって、導光ロッド３の入射面３１において照明光を取り込むことができる最大範囲のことである。

その後、位相調整部１５は、ＬＥＤ２から照明光が出射されるタイミングを変化させ、光センサ９により出射面５２から出射される照明光の一部の光量が検出される。
つまり、位相調整部１５は、導光ロッド３が１回転する毎に、ＬＥＤ２から照明光がパルス状に出射される際の導光ロッド３の回転位相を０から２πまで変化させ、出射面５２から出射される照明光の変化が検出される。

光センサ９により検出された光量に関する光量信号は、最大値検出部１７に入力される。最大値検出部１７は、光量信号が最大となる位相を検出し、当該位相を補償位相値として記憶部１８に出力する。
以上により、補償位相値の取得が完了する。

このようにすることで、実際に被照明領域に照明光を出射する場合と同じ条件で補償位相値の取得を行うため、より正確な補償位相値を取得することができる。つまり、モータ６における回転位相のばらつき等を含めた条件の下で、補償位相値を取得することができる。

次に、取得された補償位相値に基づいた照明光の出射制御について説明する。
まず、補償位相値の取得時と同様に、光源装置１が起動されてからモータ６の回転数が所定回転数に到達し、回転数が安定するまで、ＬＥＤ２の点灯はＬＥＤ制御部１６により禁止される。

モータ６の回転が安定すると、ＬＥＤ制御部１６は記憶部１８に記憶された補償位相値および回転検出センサ８の出力に基づき、導光ロッド３の入射面３１と対向するＬＥＤ２に電流を供給し、照明光を出射させる。
具体的には、ＬＥＤ制御部１６に入力されている回転検出センサ８の出力レベルが変化すると、つまり、回転検出センサ８の前を反射シール７が横切ると、ＬＥＤ制御部１６は導光ロッド３の入射面３１と対向するＬＥＤ２に対して電流を供給し、パルス状に照明光を出射させる。

一定の回転速度で回転している際のモータ６の回転周期をλとし、周方向に配置されたＬＥＤ２の数をＮとすると、ＬＥＤ制御部１６は、λ／Ｎ時間ごとに、モータ６の回転方向に向かって順に、ＬＥＤ２にパルス状の電流を供給する。
このようにすることで、導光ロッド３の入射面３１に、複数のＬＥＤ２からパルス状に出射された照明光が順に入射される。

次に、光源装置１から出射される照明光の光量の制御方法について説明する。
照明光の光量が制御される場合には、図３に示すように、ユーザがユーザＩ／Ｆ部１１に明るさを指定する指示を入力し、ユーザＩ／Ｆ部１１から、明るさを指定する明るさ指定信号が明るさ制御部１３に入力される。
一方、撮像装置１２は、光源装置１により照明されている被照明領域から反射された反射光の光量を検出し、被照明領域の輝度信号が明るさ制御部１３に入力される。

明るさ制御部１３は、入力された明るさ指定信号および輝度信号の差異から、光源装置１から出射される照明光の光量を、今より増やすか、減らすかを判断する。そして、明るさ制御部１３は、当該判断に基づいて、光源装置１から出射される照明光の光量を制御する明るさ制御信号を、ＰＷＭ制御部１４に向けて出力する。

具体的には、ユーザが指定した明るさよりも、光源装置１により照明されている被照明領域の明るさが暗い場合、つまり、明るさ指定信号に係る明るさに対して、輝度信号に係る明るさが暗い場合には、明るさ制御部１３は、現在より出射する照明光の光量を増やす明るさ制御信号を出力する。
明るさ制御信号はＰＷＭ制御部１４に入力され、ＰＷＭ制御部１４は、明るさ制御信号に対応したパルス幅信号を、ＬＥＤ制御部１６と位相調整部１５とに出力する。

位相調整部１５は、記憶部１８から入力された補償位相値に基づいて、ＬＥＤ２から照明光を出射する位相を制御する位相信号を出力する。
例えば、光源装置１から出射される照明光の光量を減らす場合には、ＬＥＤ２から照明光を出射させるパルス点灯位相期間が、最大パルス点灯位相期間よりも短くなる。言い換えると、ＬＥＤ２から照明光を出射させるパルス点灯位相範囲Ｗが、最大パルス位相範囲Ｍよりも短くなる。

さらに、パルス点灯位相範囲の低減量に応じて、照明光の出射タイミング、つまり照明光を出射する位相を遅らせて、パルス点灯位相範囲Ｗの中央位相と、最大パルス位相範囲Ｍの中央位相とを一致させる。このとき、言い換えると、パルス点灯位相範囲が変動しても、パルス点灯位相範囲Ｗの中央位相は、最大パルス位相範囲Ｍの中央位相に固定されている。

図４は、図１の光源装置が照明光の光量の制御を行った際における照明光の出射制御を説明するグラフである。図４においては、横軸が導光ロッドの回転位相を示し、縦軸が出射される照明光の光量を示している。
具体的には、パルス点灯位相範囲Ｗでは、図４に示すように、最大パルス位相範囲Ｍにおける照明光を出射する位相に対して、（Ｍ−Ｗ）／２だけ遅れた位相において照明光を出射する。
このとき、パルス点灯位相範囲Ｗの前後に、それぞれ（Ｍ−Ｗ）／２の位相範囲を有する前消灯位相範囲Ｆおよび後消灯位相範囲Ｒが形成される。これら、前消灯位相範囲Ｆおよび後消灯位相範囲Ｒでは、照明光は出射されていない。
このようにすることで、パルス点灯位相範囲が変動しても、パルス点灯位相範囲Ｗの中央位相は、最大パルス位相範囲Ｍの中央位相に固定される。

上記の構成によれば、パルス点灯位相範囲Ｗを制御することにより、ＬＥＤ２から照明光が出射される期間を調節して、導光ロッド３および反射プリズム４を介して出射される照明光の光量を調節することができる。そのため、ＬＥＤ２に供給する電流の値を調節する方法と比較して、出射される照明光の色温度の変化を抑制することができる。

さらに、パルス点灯位相範囲Ｗを短くして、ＬＥＤ２から照明光が出射される期間を短くしても、パルス点灯位相範囲Ｗの前後にＬＥＤ２が消灯される前消灯位相範囲Ｆおよび後消灯位相範囲Ｒが確保されるため、ＬＥＤ２から出射された照明光は導光ロッド３の入射面３１に入射される。

つまり、導光ロッド３の回転位相と、ＬＥＤ２における照明光が出射される位相との間にばらつきが生じても、前消灯位相範囲Ｆおよび後消灯位相範囲Ｒにより上記ばらつきが吸収されるため、ＬＥＤ２から出射された照明光は入射面３１に入射され、被照明領域に向けて出射される。
そのため、モータ６の回転周期等の変動に起因する出射される照明光の光量変動を抑制でき、フリッカ現象として知覚されることを防止することができる。

取得した補償位相値に基づいて制御することにより、照明光が出射されるパルス点灯位相範囲Ｗの前後に略等しい長さの前消灯位相範囲Ｆおよび後消灯位相範囲Ｒを確保することができる。
つまり、常時発光しているＬＥＤ２の前を導光ロッド３の入射面３１が横切るため、導光ロッド３および反射プリズム４を介して出射される照明光の光量は、導光ロッド３および反射プリズム４の回転位相に応じて変化する。このときの光量の最大値に対応する位相を最大パルス位相範囲Ｍの中心位相とすることで、または、光量の面積の重心に対応する位相を最大パルス位相範囲Ｍの中心位相とすることで前消灯位相範囲Ｆと、後消灯位相範囲Ｒとを略等しい広さに設定することができる。

そのため、導光ロッド３および反射プリズム４の回転位相と、ＬＥＤ２における照明光が出射される位相との間のばらつきが、照明光の出射位相が進む側のばらつきであっても、遅れる側のばらつきであっても、ＬＥＤ２から出射された照明光を入射面３１に入射させることができる。

パルス状にＬＥＤ２から照明光を出射させるため、ＬＥＤ２から定常的に照明光を出射させる場合と比較して、大きな光量の照明光を得ることができる。さらに、ＬＥＤ２を複数備えて、導光ロッド３および反射プリズム４により中心軸線Ｌ方向に向けて出射された照明光を被照明領域に導くため、大きな光量の照明光を連続して得ることができる。

光センサ９により検出される光量に基づいて、パルス点灯位相範囲Ｗを制御するため、ＬＥＤ２による照明光の出射特性に関わらず、導光ロッド３から出射される照明光の光量を最大にできる。
言い換えると、光センサ９により検出される光量に基づくことにより、パルス点灯位相範囲Ｗの前後に前消灯位相範囲Ｆおよび後消灯位相範囲Ｒを設定することができる。そのため、ＬＥＤ２から出射される照明光を、導光ロッド３の入射面に確実に入射させることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。
本実施形態の光源装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、照明光の出射制御方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いて照明光の出射制御方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図５は、本実施形態における光源装置が照明光の光量の制御を行った際における照明光の出射制御を説明するグラフである。図５においては、横軸が導光ロッドの回転位相を示し、縦軸が出射される照明光の光量を示している。

なお、本実施形態における光源装置１の構成および照明光の出射経路は、第１の実施形態における構成照明光の出射経路と同様であるので、その説明を省略する。

次に、本実施形態の特徴である照明光の光量の出射制御について図３および図５を参照しながら説明する。
ユーザがユーザＩ／Ｆ部１１に明るさを指定する指示を入力してから、明るさ制御信号に対応したパルス幅信号が、ＰＷＭ制御部１４からＬＥＤ制御部１６と位相調整部１５とに出力されるまでは、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

位相調整部１５は、図３に示すように、記憶部１８から入力された補償位相値、および、光センサ９により検出された光量に基づいて、ＬＥＤ２から照明光を出射する位相を制御する位相信号を出力する。
例えば、光源装置１から出射される照明光の光量を減らす場合には、ＬＥＤ２から照明光を出射させるパルス点灯位相期間Ｗが、最大パルス位相期間Ｍよりも短くなる。言い換えると、ＬＥＤ２から照明光を出射させるパルス点灯位相範囲Ｗが、最大パルス位相範囲Ｍよりも短くなる。

さらに、位相調整部１５は、図５に示すように、パルス点灯位相範囲の低減量、および、光センサ９に検出された光量に応じて、照明光の出射タイミング、つまり照明光を出射する位相を遅らせる。具体的には、光センサ９に検出される光量が最大となるように照明光を出射する位相を遅らせる。

図５に示すように、パルス点灯位相期間Ｗ後のＬＥＤ２への電流供給が停止された後消灯位相期間Ｒであっても、ＬＥＤ２から照明光が出射される残光期間ＡＧが存在する。第１の実施形態と同様に、パルス点灯位相範囲Ｗの中央位相と、最大パルス位相範囲Ｍの中央位相とを一致させると、残光期間ＡＧは最大パルス位相範囲Ｍからはみ出る。
そこで、光センサ９に検出された光量に基づいて、前消灯位相範囲Ｆを短く、後消灯位相範囲Ｒを長くして、パルス点灯位相期間Ｗの位相を進めることにより、最大パルス位相範囲Ｍからはみ出た残光期間ＡＧが、最大パルス位相範囲Ｍに含まれる。つまり、残光期間ＡＧに出射された照明光も導光ロッド３の入射面３１に入射される。

この光センサ９により検出される光量が最大となる場合には、最大パルス位相範囲Ｍにおける中央位相と、縦軸を光量、横軸を位相とした位相に対する光量の変化を表したグラフにおける光量面積の重心に対応する位相とが一致する。

上記の構成によれば、後消灯位相範囲Ｒは、前消灯位相範囲Ｆよりも長くなる。そのため、ＬＥＤ２に対する電流の供給が遮断された後もＬＥＤ２から照明光が出射される残光期間ＡＧがある場合でも、残光期間ＡＧに係る照明光を入射面３１に入射させやすくなり、被照明領域に向けて出射される照明光の光量が大きくなる。

本発明の第１の実施形態の光源装置の概略を説明する模式図である。図１の光源装置の構成を説明する断面図である。図１の光源装置の制御を説明するブロック図である。図１の光源装置が照明光の光量の制御を行った際における照明光の出射制御を説明するグラフである。本発明の第２の実施形態における光源装置が照明光の光量の制御を行った際における照明光の出射制御を説明するグラフである。

符号の説明

１光源装置
２ＬＥＤ（光源素子）
３導光ロッド（導光部）
４反射プリズム（導光部）
９光センサ
１５位相調整部（駆動手段）
３１入射面
５１反射面
Ｗパルス点灯位相範囲
Ｍ最大パルス位相範囲
Ｆ前消灯位相範囲
Ｒ後消灯位相範囲

Claims

円環状に配置され、該円環の中心軸線に向けて順次パルス点灯して照明光を出射する複数の光源素子と、
前記中心軸線上に回転可能に配置され、前記光源素子から出射された照明光が入射する入射面と、入射した照明光を前記中心軸線に沿う方向に反射する反射面と、を有する導光部と、
該導光部の回転位相に応じて前記光源素子が点灯される期間に相当する前記導光部の回転位相範囲であるパルス点灯位相範囲を制御する駆動手段と、
を備え、
該駆動手段は、前記パルス点灯位相範囲を制御して被照明領域に出射する照明光の光量を減少させる際に、前記導光部の入射面の一端が前記複数の光源素子のうちの一つにおける照明光の出射面に至ってから、前記導光部の入射面の他端が前記光源素子のうちの一つにおける照明光の出射面を通り過ぎるまでの期間に相当する前記導光部の回転位相範囲であって、前記光源素子から出射された照明光が前記入射面に入射される最も長い期間に相当する前記導光部の回転位相範囲である最大パルス位相範囲に対して前記パルス点灯位相範囲を短くし、前記最大パルス位相範囲内における前記パルス点灯位相範囲の前後に、前記光源素子が消灯される期間に相当する前記導光部の回転位相範囲である前消灯位相範囲、および、後消灯位相範囲がそれぞれ設けられるように前記パルス点灯位相範囲を制御する光源装置。
前記駆動手段は、前記前消灯位相範囲と前記後消灯位相範囲とが略等しい広さとなるように、前記パルス点灯位相範囲を制御する請求項１記載の光源装置。
前記駆動手段は、一の光源素子を常時発光させた状態で前記導光部を回転させた際における前記導光部から出射される照明光の光量の変化に関する光量重心の位相が、前記最大パルス位相範囲の略中心となるように、前記パルス点灯位相範囲を制御する請求項１または２に記載の光源装置。
前記駆動手段は、前記入射面中心と前記光源素子における照明光の出射面の中心とが一致する位相が前記パルス点灯位相範囲の中心位相となるように、前記パルス点灯位相範囲を制御する請求項１または２に記載の光源装置。
前記駆動手段は、前記後消灯位相範囲が前記前消灯位相範囲よりも長くなるように、前記パルス点灯位相範囲を制御する請求項１記載の光源装置。
前記導光部から出射された照明光の光量を検出する光センサが設けられ、
前記駆動手段は、前記光センサにより検出される光量が最大になるように、前記パルス点灯位相範囲を制御する請求項１から５のいずれかに記載の光源装置。