JP6710275B2 - 照明ユニット - Google Patents
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Description
マルチモードの光ファイバ50は、シングルモードの光ファイバ50に比べて、導光する光の配光角を広げることができる。したがって、拡散構造61が用いられなくても、光ファイバ50固有のNAによって規定される配光角が広い照明光を出射できる。しかしながら、本実施形態では、拡散構造61が用いられるために、配光角がさら広い照明光ILを出射できる。このため、照明光ILの配光角は、光ファイバ50のNAよりも広くなる。
NA=n×sinθ ・・・式(1)
L≦d/tanθ ・・・式(2)
Lは、式(1),(2)からθを消去することで、下記式(3)を満たす。
複数の拡散構造61によって、中心軸C方向において、段階的にて言い換えると拡散構造61それぞれにて1次光を拡散でき、且つ拡散構造61それぞれの拡散度合を調整でき、結果的に所望の広さの配光を実現できる。ここで、同じ広さの配光を実現するために設計された1つの拡散構造61と複数の拡散構造61とを比較したとする。この場合、複数の拡散構造61は、1つの拡散構造61に比べて、設計次第で拡散に伴う局所的な発熱を分散させることができる、後述する後方照明光BILの発生による照明光ILのロスを低減できる、という効果を有する。
図6に示すように、複数の拡散構造61が中心軸C方向において配置されている場合、第2拡散構造61bは、1次光PLの一部を拡散して拡散光である2次光を生成する。2次光の一部は、光学特性を変換されることなく、照明光ILとして光ファイバ50の外部に出射される。したがって、第2拡散構造61bは、2次光を照明光ILとして生成する。2次光の他の一部は、第1拡散構造61aを照射する。第1拡散構造61aは、2次光の一部の光学特性を変換して、詳細には2次光を拡散する。そして、拡散された2次光は、光学特性を変換されることなく、照明光ILとして光ファイバ50の外部に出射される。したがって、第1拡散構造61aは、拡散された2次光を照明光ILとして生成する。このように、複数の拡散構造61が中心軸C方向において配置されている場合、光変換部60は、1次光PLの光学特性を変換した光を照明光ILとして生成する。
垂直な断面において、光ファイバ50における1次光PLの分布は、例えば、光ファイバ50に入射した1次光PLの光量といった入射履歴、曲がっているまたは直線状に延びているといった光ファイバ50全体の形状等に依存する。このために分布は一概にはいえないが、一般的には、1次光PLの強度は、コア51の中心軸C上では強く、垂直な断面においてコア51の中心軸Cから離れるほど弱まる。言い換えると、1次光PLの中心部分における強度は強く、1次光PLの中心部分の周辺部分における強度は弱い。したがって出射端部70(コア51の先端面51c)における強度が均一で配光が対称な照明光ILを得るためには、拡散構造61は、1次光PLの周辺部分よりも1次光PLの中心部分をより多く拡散する必要がある。
図7に示すように、複数の拡散構造61が中心軸Cに垂直な断面において配置されている場合、拡散構造61c,61dは、1次光PLの一部を拡散して2次光を生成する。2次光は、光学特性を変換されることなく、光ファイバ50の外部に出射される。したがって、拡散構造61c,61dは、2次光を照明光ILとして生成する。このように、複数の拡散構造61が中心軸Cに垂直な断面において配置されている場合、光変換部60は、1次光PLの光学特性を変換した2次光を照明光ILとして生成する。
図10に示すミー散乱は、拡散構造61の直径が1次光PLの波長と略同一の場合に、発生する。ミー散乱において、1次光PLが前方に散乱する成分を示す前方散乱成分FSが多く、1次光PLが後方に散乱する成分を示す後方散乱成分BSが少ない。
図示しないレイリー散乱は、拡散構造61の直径が1次光PLの波長の略1/10以下である場合に、発生する。レイリー散乱において、前方散乱成分FSは、後方散乱成分BSと略同一である。
光源21Vは、例えば、紫色のレーザ光を出射するレーザダイオード22Vを有する。レーザ光の中心波長は、例えば、405nmとなっている。
光源21Bは、例えば、青色のレーザ光を出射するレーザダイオード22Bを有する。レーザ光の中心波長は、例えば、445nmとなっている。
光源21Gは、例えば、緑色のレーザ光を出射するレーザダイオード22Gを有する。レーザ光の中心波長は、例えば、510nmとなっている。
光源21Rは、例えば、赤色のレーザ光を出射するレーザダイオード22Rを有する。レーザ光の中心波長は、例えば、630mとなっている。
レーザダイオード22V,22B,22G,22Rは、各光源21V,21B,21G,21Rの筐体部25V,25B,25G,25Rの内部に配置される。そして筐体部25V,25B,25G,25Rそれぞれには、例えばレンズなどの集光部23が配置される。
なお図13Bに示す有線タイプの内視鏡120であっても、光源21V,21B,21G,21Rは操作部123の内部に配置されてもよい。
Claims (17)
- コアと、前記コアの外周に配置されるクラッドとを有し、レーザ光源部から出射された1次光を導光する単線の光ファイバと、
前記光ファイバの前記コアの内部で少なくとも一部は、前記コアの中心軸上に形成される、または前記コアの内部と前記クラッドの内部とに形成され、前記光ファイバによって導光された前記1次光を照射され、照射された前記1次光の少なくとも一部の光学特性を変換して前記光ファイバのNA以上の配光角で出射される2次光を生成する光変換部と、
前記レーザ光源部とは逆側の前記光ファイバの端部に配置され、前記2次光を照明光として外部に出射する出射端部と、を備え、
前記コアの半径をdと称し、前記光ファイバが前記2次光を受け入れ可能な角度をNAと称し、前記光ファイバの外部空間の屈折率をnと称し、前記出射端部と前記光変換部との間の距離をLと称したとき、前記Lは下記式を満たす、
- 前記光変換部は、前記2次光の生成のために前記1次光の少なくとも一部を拡散する少なくとも1つの拡散構造を有し、
前記拡散構造は、前記拡散構造が密接する密接部材の屈折率とは異なる屈折率を有する請求項1に記載の照明ユニット。 - 前記拡散構造は、孔部と、前記密接部材の屈折率よりも高い屈折率を有する屈折率改質部と、略球形状と、略柱形状と、クラック部と、の何れかを有する請求項2に記載の照明ユニット。
- 前記光変換部は、前記1次光の少なくとも一部の光学特性を変換する光変換部材を有する請求項1に記載の照明ユニット。
- 前記光変換部材は、前記1次光の少なくとも一部を拡散する拡散部材と、前記1次光の少なくとも一部の波長を変換する波長変換部材との少なくとも1つを有する請求項4に記載の照明ユニット。
- 前記光変換部は、前記2次光の生成のために前記1次光の少なくとも一部を拡散する複数の前記拡散構造を有し、
前記複数の拡散構造の密度は、互いに異なる請求項2に記載の照明ユニット。 - 前記出射端部の近くに配置される第1拡散構造の密度は、前記出射端部から離れて配置される第2拡散構造の密度よりも高い、または
前記第1拡散構造の密度は、前記第2拡散構造の密度よりも低い請求項6に記載の照明ユニット。 - 前記光ファイバの中心軸に垂直な断面において、第3拡散構造と前記第3拡散構造よりも密度が低い第4拡散構造とが配置される請求項6に記載の照明ユニット。
- 前記光ファイバの前記垂直な断面において、前記第3拡散構造は前記コアの中心軸上に配置され、第4拡散構造は前記中心軸の周囲に配置される請求項8に記載の照明ユニット。
- 前記第3拡散構造と前記第4拡散構造とは、前記コアの中心軸を含む縦断面を中心に互いに対して対称に配置される請求項8に記載の照明ユニット。
- 前記拡散構造は、前記コアの中心軸を含む前記コアの縦断面の表面側に配置される請求項2に記載の照明ユニット。
- 前記出射端部は、前記端部における前記光ファイバの先端面として機能する、または前記先端面及び前記先端面と前記光変換部との間における前記光ファイバの外周面として機能する請求項1に記載の照明ユニット。
- 前記出射端部は、前記光ファイバの前記先端面における前記コアの先端面に配置され且つ前記照明光を出射する端面出射構造を有する請求項12に記載の照明ユニット。
- 前記端面出射構造は、平面形状と、前記レーザ光源部に向かって窪む凹状のレンズ形状と、クサビ形状と、先細のペンシル形状と、凹凸部と、反射防止コートとのいずれか1つを有する請求項13に記載の照明ユニット。
- 前記出射端部は、前記光ファイバの前記先端面と前記光変換部との間における前記光ファイバの前記外周面に配置され、前記光ファイバの前記外周面から前記照明光を出射する周面出射構造を有し、
前記周面出射構造は、前記クラッドに配置され、前記コアの外周面を露出させる切欠き部を有する請求項12に記載の照明ユニット。 - 前記切欠き部は、前記クラッドの外周面全周に渡ってリング状に配置される、または前記クラッドの前記外周面においてドット状に配置される請求項15に記載の照明ユニット。
- 前記周面出射構造は、前記クラッドが除去されて外部に露出する前記コアの外周面として機能する請求項15に記載の照明ユニット。
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