JP5754532B1 - Light guide component and light source device - Google Patents
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Abstract
【課題】光源の発光点が大きい場合でも、集光点での集光性の低下を抑制すること。【解決手段】複数の発光点たるLEDチップ26を有するLEDパッケージ24Aから少なくとも受光点の近傍まで延び、前記LEDパッケージ24Aの光を集光して前記受光点に導く第1反射面50を備え、前記第1反射面50は、前記LEDチップ26を第1焦点f1、及び前記受光点を第2焦点f2として前記LEDチップ26ごとに規定される楕円反射面70の各々を重畳して形成した集光型導光器8を構成した。【選択図】図7Even if a light emitting point of a light source is large, it is possible to suppress a decrease in light condensing performance at a condensing point. A first reflecting surface extends from an LED package having a plurality of LED chips as light emitting points to at least the vicinity of a light receiving point, and condenses light from the LED package and guides the light to the light receiving point. The first reflection surface 50 is formed by overlapping each of the elliptical reflection surfaces 70 defined for each LED chip 26 with the LED chip 26 as the first focal point f1 and the light receiving point as the second focal point f2. An optical light guide 8 was constructed. [Selection] Figure 7
Description
本発明は、光源の光を受光体に導く導光技術に関する。 The present invention relates to a light guide technique for guiding light from a light source to a photoreceptor.
産業用の機器として広く用いられている内視鏡は、通常、観察箇所に照明光を導光するライトガイドを備え、このライトガイドに照明光を入射する光源装置が知られている(例えば、特許文献1、及び特許文献2参照)。
また近年では、発光点が小さいながらも単位面積当たりの光量が大きいLEDが実用化されている。
Endoscopes widely used as industrial equipment usually include a light guide that guides illumination light to an observation location, and a light source device that makes illumination light incident on the light guide is known (for example, (See
In recent years, LEDs having a small light emitting point and a large amount of light per unit area have been put into practical use.
しかしながら、光源装置は、一般に、光源の光をライトガイドの入射面に集光する集光光学系を備えているものの、従来の集光光学系では、ライトガイドにおけるLEDの発光の利用効率が低く、LEDの発光を内視鏡の照明光として効率良く利用することが困難である。特に、発光点が大きくなるほど集光点における集光性が低下することから、この問題は顕著になる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光源の発光点が大きい場合でも、集光点における集光性の低下を抑制できる導光部品、及び光源装置を提供することを目的とする。
However, the light source device generally includes a condensing optical system that condenses the light of the light source on the incident surface of the light guide. However, in the conventional condensing optical system, the light emission efficiency of the LED in the light guide is low. It is difficult to efficiently use the light emission of the LED as illumination light for the endoscope. In particular, this problem becomes conspicuous because the light condensing performance at the condensing point decreases as the light emitting point increases.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a light guide component and a light source device that can suppress a decrease in light condensing performance at a light condensing point even when the light emitting point of the light source is large. And
上記目的を達成するために、本発明は、発光面の大きさが光学設計上、点の発光点とみなせる程に小さな複数の発光素子を隣接配置して、みかけの発光面が形成された光源から少なくとも受光点の近傍まで延び、前記光源の光を集光して前記受光点に導く反射面を備え、前記反射面は、前記光源のみかけの発光面の中心と前記受光点を結ぶ線を中心軸とする筒状であり、かつ、前記発光素子による発光点を第1焦点、及び前記受光点を第2焦点として前記発光素子による発光点ごとに規定される楕円反射面の各々を重畳して成ることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a light source in which an apparent light emitting surface is formed by arranging a plurality of light emitting elements adjacent to each other so that the light emitting surface can be regarded as a point light emitting point in terms of optical design. Extending to at least the vicinity of the light receiving point, and includes a reflecting surface that collects light from the light source and guides it to the light receiving point, and the reflecting surface has a line connecting the center of the apparent light emitting surface and the light receiving point. a tubular and the central axis, and the first focal point of the light emitting point by the light emitting element, and superimposing the respective ellipsoidal reflective surface which is specified for each light emitting point by the light emitting element said light receiving point as a second focal point It is characterized by comprising.
また本発明は、上記導光部品において、前記光源のみかけの発光面の中心を中心とした円上に配置された前記発光素子による各発光点に対応して前記楕円反射面が規定されていることを特徴とする。 According to the present invention, in the light guide component, the elliptical reflecting surface is defined corresponding to each light emitting point by the light emitting element arranged on a circle centered on the center of the apparent light emitting surface of the light source . It is characterized by that.
また本発明は、上記導光部品において、前記反射面を、いずれかの前記発光素子による発光点を第1焦点、及び前記受光点を第2焦点として規定される楕円曲線を、前記発光素子による発光点の配置の中心と前記受光点を結ぶ直線を中心に回転させた回転体の形状としたことを特徴とする。 According to the present invention, in the light guide component, an elliptic curve defined by the light emitting point of the light emitting element as a first focal point and the light receiving point as a second focal point is defined by the light emitting element. It is characterized in that the shape of the rotating body is rotated around a straight line connecting the center of the arrangement of the light emitting points and the light receiving point.
上記目的を達成するために、本発明は、複数のLEDが密集配置されて1つの発光面が形成された光源から少なくとも受光点の近傍まで延び、前記光源の光を集光して前記受光点に導く反射面を備え、前記反射面を、前記光源の発光面の内であって当該発光面の中心を外れた位置を第1焦点、及び前記受光点を第2焦点とする楕円曲線を、前記発光面の中心と前記受光点を結ぶ直線を中心に回転させた回転体の形状としたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention extends from a light source in which a plurality of LEDs are densely arranged to form a single light emitting surface to at least the vicinity of the light receiving point, condenses the light from the light source, and receives the light receiving point. An elliptic curve having a first focal point at a position off the center of the light emitting surface within the light emitting surface of the light source and a second focal point at the light receiving point, It is characterized by having a shape of a rotating body rotated around a straight line connecting the center of the light emitting surface and the light receiving point.
また本発明は、上記いずれかの導光部品において、2つの前記反射面と、それぞれの前記反射面の光路を合成する光路合成光学素子と、を備え、一方の前記反射面に他方の前記反射面が接続され、それぞれの前記反射面の光路が前記光路合成光学素子により合成され、共通の前記受光点に集光することを特徴とする。 According to the present invention, in any one of the above light guide components, the two reflection surfaces and an optical path combining optical element that combines the optical paths of the reflection surfaces are provided. The optical paths of the respective reflecting surfaces are combined by the optical path combining optical element and condensed on the common light receiving point.
上記目的を達成するために、本発明は、上記のいずれかに記載の導光部品と、前記光源と、を備えたことを特徴とする光源装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a light source device comprising any of the light guide components described above and the light source.
また本発明は、上記光源装置において、上記導光部品は、2つの前記反射面と、それぞれの前記反射面の光路を合成する光路合成光学素子と、を備え、一方の前記反射面に他方の前記反射面が接続され、それぞれの前記反射面の光路が前記光路合成光学素子により合成され、共通の前記受光点に集光するものであり、2つの反射面のそれぞれに、波長帯域が互いに異なる光源を備えることを特徴とする。 According to the present invention, in the light source device, the light guide component includes two reflection surfaces and an optical path combining optical element that combines the optical paths of the reflection surfaces, and one reflection surface has the other. The reflecting surfaces are connected, the optical paths of the reflecting surfaces are combined by the optical path combining optical element, and collected at a common light receiving point, and the wavelength bands of the two reflecting surfaces are different from each other. A light source is provided.
本発明によれば、光源が複数の発光点を有し、或いは面発光することで、光源のみかけの発光点が大きい場合でも、集光点での集光性の低下が抑制され、ライトガイドにおける光源の利用効率の低下が抑えられる。 According to the present invention, since the light source has a plurality of light emitting points or emits light, even if the apparent light emitting point of the light source is large, a decrease in the light collecting property at the light collecting point is suppressed, and the light guide The reduction of the light source utilization efficiency in the case is suppressed.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は本実施形態に係る光源装置1の正面側の構成を示す斜視図であり、図2は光源装置1の内部構造を示す図である。なお、図2では、光源装置1の内部構造を示すために、光源装置1の上面の図示を省略している。
光源装置1は、人体内部を観察するための内視鏡が備えるライトガイド2(図2)に光を入射するものであり、ライトガイド2に入射した光は、当該ライトガイド2によって内視鏡の観察箇所に導光されて照明光として照射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the front side of the
The
光源装置1は、図1に示すように、略直方体形状を成し、光源装置1の正面1Aには、通気孔4と、装着穴5とが設けられており、この装着穴5に上記ライトガイド2が装着される。光源装置1の底面1Bには、脚6が四隅に設けられている。また図2に示すように、光源装置1の背面1Cには、冷却用の空気を内部に吸い込んで導入する吸気孔11と、電源線や制御線等の配線が接続されるコネクタ38が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
光源装置1は、ケース体3を備え、このケース体3には、図2に示すように、2つの光源ユニット7A、7Bと、集光型導光器8と、ホルダーユニット9と、放熱ファン10とが収められている。
具体的には、ケース体3の中には正面3Aの側に載置ステージ12が設けられており、この載置ステージ12にホルダーユニット9が組み付けられて載置されている。また、ケース体3の中には、載置ステージ12から背面3Cの側に延びるフレーム板13が設けられており、このフレーム板13に、上記光源ユニット7A、7B、集光型導光器8、及び放熱ファン10が組み付けられている。
The
Specifically, a
図3は、光源装置1の組み立て構造を説明するための説明図である。
ケース体3の背面にはユニット挿入口15が設けられ、このユニット挿入口15から内蔵部品ユニット16が挿入されて内部に組み込まれる。内蔵部品ユニット16は、上記フレーム板13に、光源ユニット7A、7B、集光型導光器8、及び放熱ファン10を予め組み付けたユニット体である。この内蔵部品ユニット16にはバックパネル17が組み付けられており、このバックパネル17がケース体3のユニット挿入口15を閉塞して光源装置1の上記背面1Cを構成する。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an assembly structure of the
A
図4は内蔵部品ユニット16の分解斜視図である。
フレーム板13の両縁にはガイド片18、18が設けられ、また図3に示すように、ケース体3の内側にはガイド片18、18を案内するガイド溝19が設けられている。内蔵部品ユニット16の挿入時には、ガイド片18、18がガイド溝19に沿って案内されることで、ケース体3の内部で正確に位置決めされる。
また、ケース体3に内蔵部品ユニット16を組み付けた際に、このケース体3の中に予め固定されているホルダーユニット9と、内蔵部品ユニット16の集光型導光器8との位置ズレを防止するために、フレーム板13の先端部13B、すなわちホルダーユニット9を固定する載置ステージ12との当接面には、2本の位置決めピン20が設けられている。内蔵部品ユニット16をケース体3に挿入したときには、これら位置決めピン20が載置ステージ12の位置決め穴(図示せず)に係合し、ホルダーユニット9に対し集光型導光器8が正確に位置決めされる。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the built-in
Further, when the built-in
次いで、内蔵部品ユニット16の各部について詳述する。
光源ユニット7A、及び光源ユニット7Bのそれぞれは、光源装置1の光源を構成するユニットであり、互いに発光波長を異にする。すなわち図4に示すように、光源ユニット7Aは第1波長帯域Δλ1の光を放射するLEDユニット21Aを備え、光源ユニット7Bは第1波長帯域Δλ1と異なる第2波長帯域Δλ2の光を放射するLEDユニット21Bを備えている。第1波長帯域Δλ1、及び第2波長帯域Δλ2については後述する。
Next, each part of the built-in
Each of the
LEDユニット21Aは第1波長帯域Δλ1の光を放射するLEDパッケージ24Aと、このLEDパッケージ24Aを実装したLED基板23とを備えている。またLEDユニット21Bは、LEDユニット21Aと同様に、第2波長帯域Δλ2の光を放射するLEDパッケージ24BをLED基板23に実装して構成されている。
The
LEDパッケージ24A、24Bは、発光素子の一例たる複数のLEDチップ26(図7)と、これらのLEDチップ26を覆う樹脂製の砲弾型のレンズ体39を備えている。各LEDチップ26は略1mm角の平面視正方形を成し、それぞれの上面が発光面(図7)となって発光する。LEDパッケージ24A、24Bでは、これらLEDチップ26の発光面27が集まってLEDパッケージ24A、24Bのみかけの発光面29(図7)が形成される。
The LED packages 24 </ b> A and 24 </ b> B include a plurality of LED chips 26 (FIG. 7) as an example of a light emitting element, and a resin-made bullet-shaped
また光源ユニット7A、7Bは、図4に示すように、LEDユニット21A、21Bの発熱を放熱する放熱ユニット22を備えている。
放熱ユニット22は、LEDユニット21A、21BのLED基板23が載置される高熱伝導性材から形成されたユニット体であり、多数の放熱フィン25を一体に備えている。
Further, as shown in FIG. 4, the
The
これら光源ユニット7A、7Bは、それぞれのLEDパッケージ24A、24Bの光軸Kがフレーム板13の上面13Aに対して略平行、かつ互いの光軸Kが90度で交差するように、当該上面13Aに略垂直に立てて取り付けられている。
この光源装置1では、光源ユニット7Aがバックパネル17に対面して配置され、このバックパネル17には吸い込み式の上記放熱ファン10が設けられている。放熱ファン10は吸気孔11から外気を吸い込み、当該外気は光源ユニット7A、7Bの放熱ユニット22に吹き付けられて空冷し、光源装置1の正面1Aの通気孔4から外部に放出される。
These
In the
これら光源ユニット7A、7Bは、例えばフレーム板13の裏側等に配置されたLEDドライブ回路(図示せず)によって点灯制御されており、この光源装置1では、2つの光源ユニット7A、7Bを同時に点灯し、或いは一方のみを点灯することが可能になっている。
The
集光型導光器8は、光源ユニット7A、7Bの光を合成し、かつ集光しながらホルダーユニット9に導光して入射する導光部品であり、図3に示すように、略直方体形状を成し、フレーム板13に四隅をネジ止めして固定されている。
この集光型導光器8は、図4に示すように、上下に接合される一対の板材30、31を有し、各々の板材30、31の接合面には、表面に反射金属膜が蒸着された凹部が形成されている。これら板材30、31は例えば樹脂材を材料として金型等を用いて成形され、凹部の形状が正確に形成されている。これら凹部は、両者の合わせによって、導光機能、及び集光機能を有した反射面40を構成する。この反射面40の詳細は後述する。
The condensing
As shown in FIG. 4, the concentrating
集光型導光器8には、光源ユニット7A、7Bのそれぞれの配置位置に対応して、光を反射面40に取り込む光源側開口32、33が設けられ、また前面には出射開口たる受光側開口34が設けられ、この受光側開口34にホルダーユニット9が接続されている。
光源側開口32、33には、LEDパッケージ24A、24Bのレンズ体39が挿入され、光源側開口32、33からの光漏れが抑制されている。
The concentrating
The
ホルダーユニット9は、ライトガイド2の入射端を、集光型導光器8の出射端(後述する第2焦点f2)に対し位置決めして保持するものであり、前掲図2に示すように、ケース体3の載置ステージ12に予め固定して組み付けられている。
The
図5は、集光型導光器8が備える反射面40の構成を模式的に示す図である。
反射面40は、光源ユニット7A、7BのLEDパッケージ24A、24Bが放射する光をライトガイド2の入射端面35に集光する集光光学系であり、LEDパッケージ24A、24Bからライトガイド2の入射端面35の近傍(手前)までの間の全てを包囲する形状を成している。
具体的には、反射面40は、入射端面35の近傍まで延びる長細い筒状の第1反射面50と、この第1反射面50の側面に垂直に接続された筒状の第2反射面51とを備え、第1反射面50の端部にはLEDパッケージ24Aが配置され、第2反射面51の端部にはLEDパッケージ24Bが配置されている。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the configuration of the reflecting
The reflecting
Specifically, the reflecting
第1反射面50は、中心軸L1を有した筒状の集光反射面であり、この例では、中心軸L1に沿った長さが略150mm、中心軸L1に垂直な方向における最大幅が略33.8mmの葉巻型や楕円体に似た形状を成している。
この第1反射面50は、中心軸L1上の両端が開口し、それぞれが上記光源側開口32、及び受光側開口34として形成されている。光源側開口32には、中心軸L1に光軸Kを合わせてLEDパッケージ24Aが配置され、LEDパッケージ24Aの光が光源側開口32から第1反射面50に入射される。受光側開口34には、距離Wで離間した位置にライトガイド2の入射端面35が配置され、この入射端面35には、第1反射面50によって集光されながら導光したLEDパッケージ24Aの光が入射される。
The first reflecting
The first reflecting
第2反射面51は、中心軸L2を有した集光反射面であり、第1反射面50に接続されていない側の端部が開口し、光源側開口33として形成されている。光源側開口33には、中心軸L2に光軸Kを合わせてLEDパッケージ24Bが配置され第2反射面51に光が入射される。この第2反射面51は、その中心軸L2が上記第1反射面50の中心軸L1に垂直に交差するように、当該第2反射面51は第1反射面50の側面に連結されている。
The second reflecting
第1反射面50の中心軸L1上には中心軸L2との交点Mにダイクロイックミラー55が配置されている。ダイクロイックミラー55は、中心軸L1、L2の各々に対して45度の入射角度で設けられ、第2反射面51の光路を第1反射面50の光路に合成する光路合成光学素子である。第1反射面50には、前掲図4に示すように、ミラー挿入溝43が設けられ、このミラー挿入溝43にダイクロイックミラー55の縁部を挿入して設けられる。
なお、ダイクロイックミラー55に代えて、例えばプリズムやハーフミラー等の他の光路合成光学素子を用いることもできる。
On the central axis L1 of the first reflecting
Instead of the
反射面40にあっては、ダイクロイックミラー55が交点Mに配置されることで、第2反射面51が交点Mからみて第1反射面50と幾何光学的に等価(すなわち、同一構造)とみなせるように構成される。したがって、第2反射面51の光源側開口33から入射した光は、第1反射面50と同様に、第2反射面51の受光側開口34に向けて集光されながら導光され、ライトガイド2の入射端面35に入射されることとなる。
In the
反射面40には、上述の通り、第1波長帯域Δλ1を放射するLEDパッケージ24Aの光、及び第2波長帯域Δλ2を放射するLEDパッケージ24Bの光が入射されることから、両者を点滅状態に応じて、第1波長帯域Δλ1の光、第2波長帯域Δλ2の光、及び第1、及び第2波長帯域Δλ1、Δλ2を合成した波長帯域の光のいずれかが受光側開口34に入射される。
As described above, the light of the
ここで、第2反射面51は、第1反射面50と幾何光学的に等価であるから、集光型導光器8の反射面40の導光機能、集光機能、及び光路については、図5における第1反射面50によって説明される。
第1反射面50は、光源側開口32の発光を受光側開口34に集光する集光反射面であるが、一般には、発光点の光を受光点に集光する反射型光学系として楕円反射面が知られており、第1反射面50を説明する前に、この楕円反射面について概説する。
Here, since the
The first reflecting
図6は楕円反射面70の説明図である。
楕円反射面70は、第1焦点f1、及び第2焦点f2の2つの焦点を有し、第1焦点f1の発光を第2焦点f2に集光する反射面である。したがって、楕円反射面70の第1焦点f1にLEDパッケージ24Aを配置し、第2焦点f2にライトガイド2の入射端面35を配置すれば、理想的には、LEDパッケージ24Aの全ての光が入射端面35に集光することとなる。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the elliptical reflecting
The elliptical reflecting
しかしながら、LEDパッケージ24Aの発光面29は、図5に示すように、第1反射面50の光学設計上、点とみなせる程に小さくはなく、ある大きさD1を有する。このため、図6に示すように、第1焦点f1の発光面29から第2焦点f2に向かう反射光には、発光面29の大きさD1に応じた角度γで拡がり、第2焦点f2から外れる成分が生じる。この結果、ライトガイド2の入射端面35の開口径D2(図5)の範囲に入射しない成分が生じてロスとなることから、光の利用効率が低下することになる。
However, as shown in FIG. 5, the
光の利用効率の低下は、ライトガイド2の開口数NAが小さくなるほど、ライトガイド2の入射端面35の開口径D2が小さくなるほど、及び、LEDパッケージ24Aの発光面29の大きさD1が大きくなるほど顕著となる。
The light use efficiency decreases as the numerical aperture NA of the
一般に、内視鏡では、ライトガイド2の開口数NAが小さいほど、照明光の指向性が高められるから、狭い範囲に光量を集めて照射できる。この光源装置1では、開口数NAが0.2〜0.35(最大入射角θmax=Arcsin(NA)=11.5°〜20°)、開口径D2が約4mmのライトガイド2が用いられており、一般的なライトガイドよりも開口数NA、及び開口径D2が共に小さくなっている。さらに、この光源装置1では、LEDパッケージ24Aの発光面29の大きさD1が略2〜3mmであり、何ら対策を施さなければ、光の利用効率の低下が顕著となる。
Generally, in an endoscope, as the numerical aperture NA of the
そこで、この集光型導光器8では、第1、及び第2反射面50、51を楕円反射面70とするのではなく、次のようにして、発光面29が大きさD1を有する場合でも、集光性の低下が抑えられるようにしている。
Therefore, in this concentrating
図7はLEDパッケージ24Aの発光面29の構成を示す模式図である。
LEDパッケージ24Aは、上述の通り、複数(図示例では4つ)の発光素子の一例たるLEDチップ26を備えている。それぞれのLEDチップ26は、1mm四方の平面視略矩形の発光面27を有し、これらの発光面27を格子状に隣接配置することで、2〜3mm四方に亘るLEDパッケージ24Aのみかけの発光面29が形成されている。なお、LEDパッケージ24Bの構成も、LEDチップ26の発光波長帯域が異なる点を除きLEDパッケージ24Aと同じである。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the
As described above, the
ここで、LEDチップ26の発光面27は、その大きさD3が光学設計上、点とみなせる程度、或いは、光の利用効率が妥当な範囲に収まる程度に小さいものが用いられており、当該LEDチップ26の発光面27は発光点Pとみなせるようになっている。
したがって、LEDパッケージ24Aが1個のLEDチップ26のみを備えると仮定した場合には、第1反射面50に図6に示した楕円反射面70を用いるだけで、当該LEDパッケージ24Aの光をライトガイド2の入射端面35に効率良く入射させることができる。
しかしながら、LEDパッケージ24Aは、複数のLEDチップ26を備えることから、1つのLEDチップ26に対して楕円反射面70を設定すると、他のLEDチップ26に対して十分な集光作用が得られない。
Here, the
Therefore, when it is assumed that the
However, since the
そこで、図8に示すように、それぞれのLEDチップ26ごとに規定される楕円反射面70の全てを重畳した重畳楕円面80を形成する。この重畳楕円面80によれば、第2焦点f2への集光作用が全てのLEDチップ26に対して得られることから、LEDパッケージ24Aが複数のLEDチップ26を備える場合であっても、第2焦点f2に光を集め、光の利用効率の低下が抑制されるのである。
特に、図7に示すように、LEDパッケージ24Aにおいて、中心Oを中心とした円上に各LEDチップ26の発光面27を配置することで、全てのLEDチップ26に対して均等に第2焦点f2への集光作用が得られる。
Therefore, as shown in FIG. 8, a superimposed
In particular, as shown in FIG. 7, in the
ここで、重畳楕円面80は、図8に示すように、各楕円反射面70を合成した図形の輪郭を結んで形成されることから、各楕円反射面70を繋ぐ境界線81を面内に有し、形状が複雑化する。これに加え、この重畳楕円面80は、各楕円反射面70によって中心軸L1の周りに異方性を有することになる。このため、LEDパッケージ24Aの各LEDチップ26を、重畳楕円面80の各楕円反射面70の第1焦点f1に合わせて配置されていなければ、かえって集光性が低下してしまうこととなり、重畳楕円面80とLEDパッケージ24Aの位置合わせが煩雑となる。
Here, as shown in FIG. 8, the overlapping
そこで、第1反射面50では、次のようにして、集光性の低下を抑制しつつ、中心軸L1の周りの異方性を無くすようにしている。
すなわち、図9に示すように、いずれかのLEDチップ26の発光面27(発光点P)を第1焦点f1とし、ライトガイド2の入射端面35を第2焦点とする楕円曲線83を規定し、LEDパッケージ24Aの発光面29の中心Oと第2焦点f2を結ぶ直線(第1反射面50の中心軸L1)を中心に回転させた回転体85を第1反射面50としている。
Therefore, in the first reflecting
That is, as shown in FIG. 9, an
LEDパッケージ24Aにあっては、上述の通り、各LEDチップ26の発光面27(中心P)が中心Oを中心とした円上に配置されているから、楕円曲線83を回転させた回転体85にあっては、回転に伴う第1焦点f1の軌跡Q(図7)が全てのLEDチップ26の発光面27の発光点Pを通過することになる。すなわち、この回転体85は、重畳楕円面80と同様に、LEDチップ26の発光面27(発光点P)ごとに規定される全ての楕円反射面70の成分を含むように重畳されたものと言える。
In the
したがって、この回転体85の形状を第1反射面50の形状とすることで、LEDパッケージ24Aが複数のLEDチップ26を有する場合であっても集光性の低下が抑制される。これに加え、回転体85は、中心軸L1周りの回転体形状であるから中心軸L1の周りに異方性が無く、LEDパッケージ24Aの各LEDチップ26と第1反射面50の中心軸L1周りの位置合わせが不要となる。
Therefore, by reducing the shape of the
なお、この集光型導光器8の反射面40は、上述の通り、第1反射面50の他に、第2反射面51を有し、この第2反射面51も第1反射面50と同様に、上記回転体85によって構成されている。
In addition, the
図10は集光型導光器8の第2焦点f2における照度分布を示す図である。
第1反射面50、及び第2反射面51を単純な楕円反射面70とした場合には、上述の通り、LEDパッケージ24Aの発光面29の大きさD1に起因して第2焦点f2における集光性が劣化し、図10に破線で示すような分布となる。
これに対して、この集光型導光器8によれば、第1反射面50、及び第2反射面51が上記回転体85によって構成されていることから、図10に示すように、第2焦点f2においては、中心軸L1に尖ったピークを有する照度分布となり、良好な集光性が得られる。
FIG. 10 is a diagram showing the illuminance distribution at the second focal point f2 of the concentrating
When the first reflecting
On the other hand, according to this condensing type
また、発明者は、実験やシミュレーションを通じて、第2焦点f2における集光型導光器8の配光特性の半値角(2θ)は約26度であるのに対し、例えば第1反射面50、及び第2反射面51を単純な楕円反射面70とした場合、半値角(2θ)は約46°以上の値となる、との知見も得ている。
Further, the inventor has shown through experiments and simulations that the half-value angle (2θ) of the light distribution characteristic of the concentrating
このように、集光型導光器8にあっては、複数のLEDチップ26を備えたLEDパッケージ24A、24Bを光源に用いた場合であっても、第2焦点f2における集光性が良好に維持されるので、この第2焦点f2に配置されたライトガイド2に効率良く光が入射されることとなる。
Thus, in the condensing
この光源装置1では、上述の通り、LEDパッケージ24A、24Bのそれぞれは、放射する光の波長帯域が異なり、LEDパッケージ24Aは第1波長帯域Δλ1の光を放射し、LEDパッケージ24Bは第2波長帯域Δλ2の光を放射する。
これら第1波長帯域Δλ1、及び第2波長帯域Δλ2は、光源装置1の使用目的等に応じて決定されており、この光源装置1では、内視鏡という用途、及びライトガイド2の材質に基づき、第1波長帯域Δλ1には波長700nm以下(近赤外波長以下の可視光)の波長帯域が設定され、第2波長帯域Δλ2には波長700nm以上(近赤外波長以上)の波長帯域が設定されている。なお、第1波長帯域Δλ1と第2波長帯域Δλ2は、一部が重複した帯域、すなわち完全に離れた帯域でなくても良い。
In the
The first wavelength band Δλ1 and the second wavelength band Δλ2 are determined in accordance with the purpose of use of the
第1波長帯域Δλ1の光を発するLEDパッケージ24Aは、赤色光(R)を発するLEDチップ26、緑色光(G)を発するLEDチップ26、青色光(B)を発するLEDチップ26、及び白色光を発するLEDチップ26の合計4つのLEDチップ26を、図7に示すように、格子状に配列して構成される。このように、発光色が異なるLEDチップ26を組み合わせることで、所望の波長帯域の光を容易に得ることができる。
一方、第2波長帯域Δλ2の光を発するLEDパッケージ24Bは、同一の近赤外光(IR)を発する4つのLEDチップ26を、図7に示すように、格子状に配列して構成される。このように、同一発光色のLEDチップ26を組み合わせることで、光出力を容易に高めることができる。
The
On the other hand, the
そして、LEDパッケージ24A、24Bのそれぞれが複数のLEDチップ26を備えることにより、それぞれが大きな発光面29を有した場合でも、上記集光型導光器8を用いることで、それぞれの発光面29からの光の第2焦点f2への集光性を良好に維持し、ライトガイド2へ効率良く入射させることができるのである。
Each of the
以上説明したように、本実施形態によれば、集光型導光器8の反射面40(第1反射面50)を、LEDパッケージ24Aが備えるLEDチップ26の発光面27を第1焦点f1、及び受光点たるライトガイド2の入射端面35を第2焦点f2として、LEDチップ26ごとに規定される楕円反射面70の各々を重畳して形成した。
これにより、第2焦点f2への集光作用が全てのLEDチップ26に対して得られ、LEDパッケージ24Aが複数のLEDチップ26を備える場合であっても集光性が良好に維持され、光の利用効率の低下が抑制される。
As described above, according to the present embodiment, the reflective surface 40 (first reflective surface 50) of the condensing
Thereby, the condensing action to the second focal point f2 is obtained for all the LED chips 26, and even when the
特に、本実施形態によれば、LEDパッケージ24Aにおいて、中心Oを中心とした円上に各LEDチップ26を配置し、この円上に配置された各LEDチップ26に対応して楕円反射面70を規定するようにしたから、全てのLEDチップ26に対して均等に第2焦点f2への集光作用を得ることができる。
In particular, according to the present embodiment, in the
また本実施形態によれば、反射面40(第1反射面50)の形状を、いずれかのLEDチップ26を第1焦点f1、及び受光点たるライトガイド2の入射端面35を第2焦点f2として規定される楕円曲線83を、各LEDチップ26の配置の中心Oと第2焦点f2を結ぶ直線(すなわち、中心軸L1)を中心に回転させた回転体85の形状とした。
この回転体85は、LEDチップ26の発光面27ごとに規定される楕円反射面70の全ての成分を含むものであるから、この回転体85の形状を第1反射面50の形状とすることで、LEDパッケージ24Aが複数のLEDチップ26を有する場合であっても集光性の低下が抑制される。これに加え、回転体85は、中心軸L1周りの回転体形状であるから中心軸L1の周りに異方性が無く、LEDパッケージ24Aの各LEDチップ26と第1反射面50の中心軸L1周りの位置合わせを不要にできる。
Further, according to the present embodiment, the shape of the reflecting surface 40 (first reflecting surface 50) is set such that one of the LED chips 26 has the first focal point f1, and the
Since the rotating
また本実施形態によれば、反射面40は、第1反射面50と、第2反射面51とを備え、第1反射面50、及び第2反射面51のそれぞれの光路を合成するダイクロイックミラー55を備え、第1反射面50に第2反射面51が接続され、第1反射面50、及び第2反射面51のそれぞれの光路がダイクロイックミラー55により合成され、共通の受光点たるライトガイド2の入射端面35に集光する構成とした。
これにより、第1反射面50、及び第2反射面51のそれぞれに配置した光源を、簡単に合成して効率良くライトガイド2に入射させることができる。
Further, according to the present embodiment, the reflecting
Accordingly, the light sources arranged on the first reflecting
特に、本実施形態の光源装置1では、第1反射面50、及び第2反射面51のそれぞれに配置する光源の発光波長を異ならせたので、ライトガイド2に入射する光の波長を使用目的に応じて選択することができる。
In particular, in the
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。 The above-described embodiments are merely examples of one aspect of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上述した実施形態において、円上に配置した複数のLEDチップ26を備えるLEDパッケージ24A、24Bにおいて、これらLEDチップ26の内側に、他のLEDチップ26が配置されていても良い。
For example, in the above-described embodiment, in
また例えば、複数のLEDチップ26を備えたLEDパッケージ24A、24Bに代えて、図11に示すように、多数のLEDを密集配置して、1つの大きな発光面129を形成した面発光光源たるCOB型LED124(COB:Chip on Board)を用いることもできる。
この場合、第1反射面150の形状は、発光面129の内であって、当該発光面129の中心Oを外れた位置を第1焦点f1、及び受光点たるライトガイド2の入射端面35を第2焦点f2とする楕円曲線を、発光面129の中心Oと第2焦点f2を結ぶ直線を中心に回転させた回転体185の形状とされる。このとき、発光面129における第1焦点f1の位置は、発光面129の中心Oから外縁129Aの中間地点とすることが望ましい。
Further, for example, instead of the
In this case, the shape of the first reflecting
また上述した実施形態において、発光素子はLEDに限らず、他の素子であっても良い。 Moreover, in embodiment mentioned above, a light emitting element is not restricted to LED, Other elements may be sufficient.
また上述した実施形態において、ダイクロイックミラー55により2つのLEDパッケージ24A、24Bの光を合成する構成したが、これに限らない。すなわち、例えばダイクロイックミラー55に代えてダイクロイックプリズムを用いる等して3つ以上の光を合成しても良い。また反射面40に第2反射面51を設けずに、第1反射面50のみで反射面40を構成しても良い。
In the above-described embodiment, the light of the two
1 光源装置
7A、7B 光源ユニット
8 集光型導光器(導光部品)
24A、24B LEDパッケージ
26 LEDチップ
27 発光面(発光点)
29 みかけの発光面
129 面発光光源の発光面
32、33 光源側開口
34 受光側開口
35 入射端面
40 反射面
50、150 第1反射面(反射面)
51 第2反射面
55 ダイクロイックミラー
70 楕円反射面
80 重畳楕円面
81 境界線
83 楕円曲線
85、185 回転体
f1 第1焦点
f2 第2焦点
K 光軸
L1、L2 中心軸
M 交点
O 配置の中心
P 発光点
DESCRIPTION OF
24A,
29 Apparent
51 Second
Claims (7)
前記反射面は、
前記光源のみかけの発光面の中心と前記受光点を結ぶ線を中心軸とする筒状であり、かつ、前記発光素子による発光点を第1焦点、及び前記受光点を第2焦点として前記発光素子による発光点ごとに規定される楕円反射面の各々を重畳して成ることを特徴とする導光部品。 A plurality of light emitting elements are arranged adjacent to each other so that the size of the light emitting surface can be regarded as a point light emitting point in terms of optical design, and extends from the light source on which the apparent light emitting surface is formed to at least the vicinity of the light receiving point. A reflective surface for condensing light and guiding it to the light receiving point;
The reflective surface is
A tubular centering axis line connecting the centers and the light receiving point of the light-emitting surface of the apparent light source, and the light-emitting first focal point of the light emitting point by the light emitting element, and the light receiving point as a second focal point A light guide component comprising overlapping ellipsoidal reflecting surfaces defined for each light emitting point by an element .
いずれかの前記発光素子による発光点を第1焦点、及び前記受光点を第2焦点として規定される楕円曲線を、前記発光素子による発光点の配置の中心と前記受光点を結ぶ直線を中心に回転させた回転体の形状としたことを特徴とする請求項2に記載の導光部品。 The reflective surface,
An elliptic curve that defines a light emitting point by any one of the light emitting elements as a first focal point and a light receiving point as a second focal point is centered on a straight line connecting the center of the arrangement of the light emitting points by the light emitting element and the light receiving point. The light guide component according to claim 2, wherein the light guide component has a shape of a rotated rotating body.
前記反射面を、
前記光源の発光面の内であって当該発光面の中心を外れた位置を第1焦点、及び前記受光点を第2焦点とする楕円曲線を、前記発光面の中心と前記受光点を結ぶ直線を中心に回転させた回転体の形状としたことを特徴とする導光部品。 A light source in which a plurality of LEDs are densely arranged to form one light-emitting surface extends to at least the vicinity of the light-receiving point, and includes a reflective surface that collects light from the light source and guides it to the light-receiving point.
The reflective surface,
A straight line connecting the center of the light emitting surface and the light receiving point with an elliptic curve having a first focal point within the light emitting surface of the light source and deviating from the center of the light emitting surface and a second focal point of the light receiving point. A light guide component characterized by having a shape of a rotating body that is rotated around the center.
それぞれの前記反射面の光路を合成する光路合成光学素子と、を備え、
一方の前記反射面に他方の前記反射面が接続され、それぞれの前記反射面の光路が前記光路合成光学素子により合成され、共通の前記受光点に集光する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の導光部品。 Two said reflective surfaces;
An optical path combining optical element for combining the optical paths of the respective reflecting surfaces,
The other reflection surface is connected to one of the reflection surfaces, and the optical paths of the respective reflection surfaces are combined by the optical path combining optical element and condensed on the common light receiving point. 5. The light guide component according to any one of 4 above.
前記光源と、
を備えたことを特徴とする光源装置。 The light guide component according to any one of claims 1 to 5,
The light source;
A light source device comprising:
前記導光部品の2つの反射面のそれぞれに、波長帯域が互いに異なる光源を備える
ことを特徴とする光源装置。 The light guide component according to claim 5,
A light source device comprising light sources having different wavelength bands on each of the two reflecting surfaces of the light guide component.
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