JP6763180B2

JP6763180B2 - 光源装置

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Publication number: JP6763180B2
Application number: JP2016074342A
Authority: JP
Inventors: 仁長野
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: JP2017187543A

Description

本発明は、光を出射する光源と、光源が出射した光が入射され、該光を、断面が円形状である導光体の入射面に向けて出射する光学系を備える光源装置に関する。

従来、光源装置として、光を出射する光源と、光源が出射した光が入射され、該光を、光ファイバの入射面に向けて集束させて出射する集束レンズとを備える光源装置が、知られている（例えば、特許文献１）。なお、光ファイバの断面は、一般的に、円形状に形成されている。

ところで、特許文献１に係る光源装置においては、集束レンズから出射された光の光軸が光ファイバの入射面に入射する位置は、光ファイバの入射面の中心の位置である。これにより、光ファイバに入射された光は、光ファイバの側面で反射を繰り返して、光ファイバの光軸方向に伝搬される際に、光ファイバの光軸の位置に集中して伝搬されることになる。したがって、光ファイバの出射面の光強度は、出射面の中心付近で大きくなり、全体的には不均一となる。

特開２０１２−０８０９４９号公報

そこで、課題は、断面が円形状である導光体の出射面において、光強度が全体的に均一となる光源装置を提供することである。

光源装置は、光を出射する光源と、前記光源から出射された光が入射され、該光を、断面が円形状である導光体の入射面に向けて出射する光学系と、を備え、前記光学系の光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置である。

また、光源装置においては、前記光学系は、入射された光を前記入射面に向けて出射する少なくとも一つのレンズであって、前記レンズの光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置である、という構成でもよい。

また、光源装置においては、前記レンズは、入射された光を前記入射面に向けて集束させて出射する集束レンズであって、前記集束レンズの焦点の位置は、前記導光体の光軸から前記導光体の径方向に離れた位置である、という構成でもよい。

また、光源装置においては、前記光源は、複数備えられ、前記複数の光源の少なくとも一つから出射された光の光軸は、前記導光体の内部で、前記導光体の光軸と交差する、という構成でもよい。

また、光源装置においては、前記光学系は、側面で光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させる少なくとも一つの伝搬光学系であって、前記伝搬光学系の断面は、非円形状に形成され、前記伝搬光学系の光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置である、という構成でもよい。

また、光源装置においては、前記光学系は、側面で光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させる一つの伝搬光学系であって、前記伝搬光学系の光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置である、という構成でもよい。

また、光源装置においては、前記伝搬光学系の断面は、前記伝搬光学系から出射された光が前記入射面に入射する際のビーム形状が、前記入射面の中心から離れるほど大きくなるように、形成される、という構成でもよい。

また、光源装置においては、前記伝搬光学系の断面は、扇形状に形成される、という構成でもよい。

以上の如く、光源装置は、断面が円形状である導光体の出射面において、光強度が全体的に均一となる、という優れた効果を奏する。

一実施形態に係る光源装置の全体概要図である。同実施形態に係るレンズの入射面側の図であって、光の入射位置を示す図である。同実施形態に係る導光体の入射面側の図であって、光の入射位置及び光の進行方向を示す図である。比較例に係る導光体の入射面側の図であって、光が導光体の内部を伝搬される状態を示す図である。図３に係る導光体の入射面側の図であって、光が導光体の内部を伝搬される状態を示す図である。光源装置の作用効果を検証する装置の全体概要図である。比較例に係る導光体の入射面側の図であって、光の入射位置及び光の進行方向を示す図である。同比較例に係る導光体の入射面における位置と光強度との関係を示すグラフである。同比較例に係る導光体の出射面側の図であって、光が導光体の内部を伝搬される状態を示す図である。同比較例に係る導光体の出射面における位置と光強度との関係を示すグラフである。実施例に係る導光体の出射面側の図であって、光が導光体の内部を伝搬される状態を示す図である。同実施例に係る導光体の出射面における位置と光強度との関係を示すグラフである。別の実施例に係る導光体の出射側の図であって、光が導光体の内部を伝搬される状態を示す図である。同実施例に係る導光体の出射面における位置と光強度との関係を示すグラフである。他の実施形態に係る光源装置の要部概要図である。図１５のＸVI−ＸVI線の拡大断面図である。図１６の変形例を示す拡大断面図である。さらに他の実施形態に係る光源装置の要部概要図である。図１８のＸIX−ＸIX線の拡大断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、光源装置における第１の実施形態について、図１〜図１４を参酌して説明する。なお、各図（図１５〜図１９も同様）において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致しておらず、また、各図面の間での寸法比も、必ずしも一致していない。

図１に示すように、本実施形態に係る光源装置１は、光を出射する複数の光源部２と、光源部２から出射された光が入射される光学系３とを備えている。そして、光源装置１は、光学系３から出射された光が入射される導光体４と、導光体４から出射された光が入射される結像部５とを備えている。

光源装置１は、光源部２及び光学系３を収容する第１筐体６と、結像部５を収容する第２筐体７とを備えている。なお、光源装置１は、光源部２から出射された光が光学系３に入射するように、光の進行方向を変更させる第１進路変更部８と、光学系３から出射された光が導光体４に入射するように、光の進行方向を変更させる第２進路変更部９とを備えている。

なお、図１（図２以降も同様）において、第１方向Ｄ１は、所定の方向（図１〜図５においては、光源部２から出射された光が光学系３に入射される際に進行している方向）である。また、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交する方向であり、第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２とそれぞれ直交する方向である。

導光体４の断面は、円形状に形成されている。導光体４は、長尺に形成されている。そして、導光体４は、第１の端面である入射面４１から入射された光を、側面４３で反射を繰り返すことで光軸方向に伝搬させ、第２の端面である出射面４２から出射させる。

入射面４１及び出射面４２のそれぞれは、平面状に形成され、導光体４の光軸方向と直交するように配置されている。本実施形態においては、導光体４は、可撓性を有する光ファイバである。なお、例えば、導光体４は、剛性を有する（即ち、可撓性を有さない）ロッドでもよい。

結像部５は、被写体１００に向けて、光を出射している。具体的には、結像部５は、導光体４の出射面４２の像を、被写体１００に結像している。したがって、導光体４の出射面４２の光強度が均一化されていれば、被写体１００を照射する領域の光強度は、均一になる。

第１筐体６は、導光体４の入射面４１側を接続する第１接続部６１を備えている。導光体４が、第１接続部６１に接続されることにより、導光体４の入射面４１は、光学系３に対して位置決めされる。そして、導光体４は、第１接続部６１に着脱可能に構成されている。なお、導光体４は、第１接続部６１に着脱不能に固定されている、という構成でもよい。

第２筐体７は、導光体４の出射面４２側を接続する第２接続部７１を備えている。導光体４は、第２接続部７１に接続されることにより、導光体４の出射面４２は、結像部５に対して位置決めされる。そして、導光体４は、第２接続部７１に着脱可能に構成されている。なお、導光体４は、第２接続部７１に着脱不能に固定されている、という構成でもよい。

光源部２は、光を出射する光源２１と、光源２１から出射される光を平行光にするコリメートレンズ２２とを備えている。本実施形態においては、光源２１は、発光部を１つ有する半導体レーザとしている。また、本実施形態においては、光源部２は、４つ備えられているが、その数量は、限定されない。

光学系３は、入射された光を導光体４の入射面４１に向けて出射するレンズ３１としている。本実施形態においては、光学系３は、レンズ３１を１つ備えている。なお、光学系３は、レンズ３１を複数備えている、という構成でもよい。そして、光源２１から出射された光は、第１進路変更部８で進行方向を変更された後に、レンズ３１の入射面３１ａに入射されている。

なお、第１進路変更部８は、光源２１から出射された光を反射することで、当該光（及びその光軸Ｘ２１〜Ｘ２４）の進行方向を変更させている。本実施形態においては、第１進路変更部８は、反射部材（例えば、ミラー）である。

レンズ３１の光軸方向（第１方向Ｄ１）の寸法は、レンズ３１の当該光軸方向と直交する方向（例えば、第２方向Ｄ２や第３方向Ｄ３）の寸法よりも、小さくなっている。具体的には、レンズ３１は、複数の光源２１から出射された光が入射される集束レンズ３１としている。そして、集束レンズ３１は、入射された光を、導光体４の入射面４１に向けて集束させて出射している。

集束レンズ３１から出射された光は、第２進路変更部９で進行方向を変更された後に、導光体４の入射面４１に入射されている。なお、第２進路変更部９は、光源２１から出射された光を反射することで、当該光（及びその光軸Ｘ２１〜Ｘ２４）の進行方向を変更させている。これにより、集束レンズ３１の光軸Ｘ３の方向も、第２進路変更部９により、変更されている。本実施形態においては、第２進路変更部９は、反射部材（例えば、ミラー）である。

図１（図３以降も同様）においては、１点鎖線は、光源２１から出射された光の光軸Ｘ２１〜Ｘ２４と、導光体４の光軸Ｘ４とを示しており、太線は、光学系３（本実施形態では、集束レンズ３１）の光軸Ｘ３を示している。なお、図１においては、光軸Ｘ２３，Ｘ２４は、集束レンズ３１の光軸Ｘ３と重なるため、一部のみ図示している。

ところで、図２に示すように、光源２１から出射された光は、第１進路変更部８を経由して、集束レンズ３１の入射面３１ａに入射されている。なお、図２（図３以降も同様）において、光軸Ｘ２１〜Ｘ２４を囲う丸は、入射面３１ａにおける光のビーム形状を示している。

なお、第１及び第２の光源２１から出射された第１及び第２の光における、光軸Ｘ２１，Ｘ２２は、集束レンズ３１の光軸Ｘ３から第３方向Ｄ３に離れた位置で、集束レンズ３１の入射面３１ａに入射している。また、第３及び第４の光源２１から出射された第３及び第４の光における、光軸Ｘ２３，Ｘ２４は、集束レンズ３１の光軸Ｘ３から第２方向Ｄ２に離れた位置で、集束レンズ３１の入射面３１ａに入射している

そして、図３に示すように、光学系３（即ち、集束レンズ３１）の光軸Ｘ３が導光体４の入射面４１と交差する位置（以下、単に「交差位置」という）Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。具体的には、交差位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から第１方向Ｄ１に離れた位置である。

また、集束レンズ３１の焦点の位置は、導光体４の光軸Ｘ４から導光体４の径方向（具体的には、第１方向Ｄ１）に離れた位置である。しかも、集束レンズ３１の焦点の位置は、導光体４の入射面４１上の位置である。即ち、集束レンズ３１の焦点の位置は、交差位置Ｐ３と一致している。これにより、光源２１から出射された光の光軸Ｘ２１〜Ｘ２４は、交差位置Ｐ３で、導光体４の入射面４１に入射される。

したがって、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の入射面４１に入射した後、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の側面４３で反射されるまで、第１方向Ｄ１の反矢印方向に進行する。同様に、導光体４の入射面４１に入射した後、導光体４の側面４３で反射されるまで、第２の光の光軸Ｘ２２は、第１方向Ｄ１の矢印方向に進行し、第３の光の光軸Ｘ２３は、第２方向Ｄ２の反矢印方向に進行し、そして、第４の光の光軸Ｘ２４は、第２方向Ｄ２の矢印方向に進行する。

本実施形態に係る光源装置１の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る光源装置１の作用について、説明する。

まず、比較例の光源装置１として、交差位置Ｐ３が、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１である構成について、図４を参酌して説明する。

第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の入射面４１に入射した後、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の側面４３で反射されるまで、第１方向Ｄ１の反矢印方向に進行する。そして、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の側面４３で、第１方向Ｄ１の矢印方向、即ち、導光体４の光軸Ｘ４に向けて反射される。なお、第２の光の光軸Ｘ２２は、第１の光の光軸Ｘ２１と対称となるため、図示していない。

第３の光の光軸Ｘ２３は、導光体４の入射面４１に入射した後、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の側面４３で反射されるまで、第２方向Ｄ２の反矢印方向に進行する。そして、第３の光の光軸Ｘ２３は、導光体４の側面４３で、第２方向Ｄ２の矢印方向、即ち、導光体４の光軸Ｘ４に向けて反射される。なお、第４の光の光軸Ｘ２４は、第３の光の光軸Ｘ２３と対称となるため、図示していない。

このように、光は、導光体４の入射面４１にどの方向から入射されても、導光体４の光軸Ｘ４の位置に集中して伝搬されることになる。したがって、交差位置Ｐ３が、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１である構成では、導光体４の出射面４２の光強度は、出射面４２の中心付近で大きくなり、全体的には不均一となる。

次に、本実施形態の光源装置１について説明する。具体的には、交差位置Ｐ３が、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である構成について、図５を参酌して説明する。

第３の光の光軸Ｘ２３は、導光体４の入射面４１に入射した後、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の側面４３で反射されるまで、第２方向Ｄ２の反矢印方向に進行する。そして、第３の光の光軸Ｘ２３は、導光体４の側面４３で、第１方向Ｄ１の反矢印方向及び第２方向Ｄ２の矢印方向の間の方向に向けて反射される。

その後、第３の光の光軸Ｘ２３は、導光体４の側面４３で反射を繰り返すことで、導光体４の光軸Ｘ４回りを進行する。なお、第４の光の光軸Ｘ２４は、第３の光の光軸Ｘ２３と対称となるため、図示していない。

このように、光は、導光体４の光軸Ｘ４の位置に集中して伝搬されることなく、分散して伝搬されることになる。したがって、交差位置Ｐ３が、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である構成では、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的に均一となる。

しかも、複数の光の光軸Ｘ２１〜Ｘ２４のうち、一部の光軸Ｘ２１，Ｘ２２は、導光体４の内部で、導光体４の光軸Ｘ４と交差している。これにより、導光体４の出射面４２において、出射面４２の中心の光強度が小さくなり過ぎることを抑制できる。したがって、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的により均一となる。

光源装置１の効果を具体的に示すため、光源装置１の実施例とその比較例とを、図６〜図１４を参酌して、以下に説明する。

図６に示すように、検証するための光源装置１は、光を出射する二つ光源部２と、光源部２が出射した光が入射される集束レンズ３１と、集束レンズ３１から出射された光が入射される断面が円形状の導光体（光ファイバ）４とを備えている。そして、導光体４の出射面４２の光強度分布を演算することで、導光体４の出射面４２における、光強度の均一度を検証した。

光源装置１の各構成については、以下の通りである。
・各光源２１から出射された光の光軸Ｘ２１，Ｘ２２が導光体４の入射面４１に入射する入射角θ１，θ２は、それぞれ１０°である。
・集束レンズ３１の焦点は、交差位置Ｐ３と一致している。
・導光体４の入射面４１に入射される光のビーム径は、直径０．２ｍｍである。なお、導光体４の入射面４１に入射される光は、比較例及び実施例間で、導光体４の入射面４１の入射位置のみ異なる（例えば、光強度分布は、同じである）。
・導光体４の直径は、０．８ｍｍである。
・導光体４の長さは、１．５ｍである。

まず、比較例について、図７〜図１０を参酌して、説明する。

図７に示すように、比較例においては、交差位置Ｐ３（即ち、集束レンズ３１の焦点）は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１である。そして、導光体４の入射面４１に入射した後、導光体４の側面４３で反射されるまで、第１の光の光軸Ｘ２１は、第１方向Ｄ１の反矢印方向に進行し、また、第２の光の光軸Ｘ２２は、第１方向Ｄ１の矢印方向に進行する。

このとき、図８に示すように、導光体４の入射面４１の光強度は、交差位置Ｐ３（即ち、集束レンズ３１の焦点）で極端に大きくなっている。なお、図８は、導光体４の入射面４１に対して、第１方向Ｄ１の端点４１ａ，４１ｂ同士を結ぶ直線の位置と、第２方向Ｄ２の端点４１ｃ，４１ｄ同士を結ぶ直線の位置とにおける、光強度を示している。

図９に示すように、比較例においては、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の入射面４１に入射した後、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の側面４３で反射されるまで、第１方向Ｄ１の反矢印方向に進行する。そして、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の側面４３で、第１方向Ｄ１の矢印方向、即ち、導光体４の光軸Ｘ４に向けて反射される。

なお、第１の光は、ある程度の面積（直径０．２ｍｍのビーム径）を有しているため、図９（図１１及び図１３も同様）において、実線矢印で示すように、光軸Ｘ２１の方向以外の方向に進行する光（光軸Ｘ２１の方向よりも小さい強度の光）も有する。そして、これらの光も、導光体４の側面４３で反射された後、導光体４の光軸Ｘ４に向けて反射される。なお、第２の光の光軸Ｘ２２は、第１の光の光軸Ｘ２１と対称となるため、図示していない。

このように、光は、導光体４の光軸Ｘ４の位置に集中して伝搬されることになる。これにより、図１０に示すように、導光体４の出射面４２の光強度は、出射面４２の中心Ｐ４２付近で大きくなる。したがって、比較例においては、導光体４の出射面４２の光強度は、不均一である。なお、図１０（図１２及び図１４も同様）は、導光体４の出射面４２に対して、第１方向Ｄ１の端点４２ａ，４２ｂ同士を結ぶ直線の位置と、第２方向Ｄ２の端点４２ｃ，４２ｄ同士を結ぶ直線の位置とにおける、光強度を示している。

次に、実施例１について、図１１及び図１２を参酌して、説明する。

実施例１においては、交差位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。具体的には、交差位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から、第２方向Ｄ２に離れた位置である。

実施例１においては、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の入射面４１に入射した後、図１１に示すように、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の側面４３で反射されるまで、第１方向Ｄ１の反矢印方向に進行する。そして、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の側面４３で、第１方向Ｄ１の矢印方向及び第２方向Ｄ２の反矢印方向の間の方向に向けて反射される。

その後、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の側面４３で反射を繰り返すことで、導光体４の光軸Ｘ４回りを進行する。なお、第２の光の光軸Ｘ２２は、第１の光の光軸Ｘ２１と対称となるため、図示していない。

このように、光は、導光体４の光軸Ｘ４の位置に集中して伝搬されることなく、分散して伝搬されることになる。これにより、実施例１においては、図１２に示すように、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的に均一となっている。

次に、実施例２について、図１３及び図１４を参酌して、説明する。

実施例２においては、交差位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。具体的には、交差位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から、第１方向Ｄ１に離れた位置である。なお、第１方向Ｄ１は、光源２１が並列されている方向である。

実施例２においては、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の入射面４１に入射した後、図１３に示すように、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の側面４３で反射されるまで、第１方向Ｄ１の反矢印方向に進行する。そして、第１の光の光軸Ｘ２１は、導光体４の側面４３で、第１方向Ｄ１の矢印方向、即ち、導光体４の光軸Ｘ４に向けて反射される。

また、第１の光のうち、光軸Ｘ２１の方向以外の方向に進行する光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返すことで、導光体４の光軸Ｘ４回りを進行する。したがって、第１の光のうち、光軸Ｘ２１方向に進行する光は、導光体４の光軸Ｘ４の位置にも伝搬される一方、光軸Ｘ２１の方向以外の方向に進行する光は、分散して伝搬されている。なお、第２の光の光軸Ｘ２２は、第１の光の光軸Ｘ２１と対称となるため、図示していない。

このように、光は、導光体４の光軸Ｘ４の位置に集中して伝搬されることなく、分散して伝搬されることになる。これにより、実施例２においては、図１４に示すように、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的に均一となっている。

しかも、実施例２においては、光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返して、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、光軸Ｘ２１以外の方向に進行する光で、さまざまな位置に分散されつつ、光軸Ｘ２１の方向に進行する光で、導光体４の光軸Ｘ４にも充分に通過するように伝搬されている。したがって、実施例２は、出射面４２の中心Ｐ４２の光強度が相対的に小さくなることを抑制できているため、実施例１よりも、導光体４の出射面４２の光強度をさらに全体的に均一化できている。

以上より、本実施形態に係る光源装置１は、光を出射する光源２１と、前記光源２１から出射された光が入射され、該光を、断面が円形状である導光体４の入射面４１に向けて出射する光学系３と、を備え、前記光学系３の光軸Ｘ３が前記入射面４１と交差する位置Ｐ３は、前記入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。

斯かる構成によれば、光学系３は、光源２１から出射された光が入射され、該光を、断面が円形状である導光体４の入射面４１に向けて出射している。そして、光学系３の光軸Ｘ３が導光体４の入射面４１と交差する位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。

これにより、光学系３から出射された光の少なくとも一部が、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置に入射される。したがって、導光体４に入射された光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返して、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、さまざまな位置に分散されて伝搬される。その結果、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的に均一となる。

また、本実施形態に係る光源装置１においては、前記光学系３は、入射された光を前記入射面４１に向けて出射する少なくとも一つのレンズ３１であって、前記レンズ３１の光軸Ｘ３が前記入射面４１と交差する位置Ｐ３は、前記入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である、という構成である。

斯かる構成によれば、レンズ３１の光軸Ｘ３が導光体４の入射面４１と交差する位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。これにより、レンズ３１から出射された光の少なくとも一部は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置に入射される。

したがって、導光体４に入射された光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返して、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、さまざまな位置に分散されて伝搬されることになる。その結果、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的に均一となる。

また、本実施形態に係る光源装置１においては、前記レンズ３１は、入射された光を前記入射面４１に向けて集束させて出射する集束レンズ３１であって、前記集束レンズ３１の焦点の位置は、前記導光体４の光軸Ｘ４から前記導光体４の径方向に離れた位置である、という構成である。

斯かる構成によれば、集束レンズ３１の焦点の位置は、導光体４の光軸Ｘ４から導光体４の径方向に離れた位置である。これにより、集束レンズ３１から出射された光の少なくとも一部は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置に入射される。したがって、導光体４に入射された光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返して、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、さまざまな位置に分散されて伝搬されることになる。その結果、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的に均一となる。

また、本実施形態に係る光源装置１においては、前記光源２１は、複数備えられ、前記複数の光源２１の少なくとも一つから出射された光の光軸Ｘ２１，Ｘ２２は、前記導光体４の内部で、前記導光体４の光軸Ｘ４と交差する、という構成である。

斯かる構成によれば、複数の光源２１の少なくとも一つから出射された光の光軸Ｘ２１，Ｘ２２は、導光体４の内部で、導光体４の光軸Ｘ４と交差する。これにより、導光体４に入射された光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返して、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、さまざまな位置に分散されつつ、導光体４の光軸Ｘ４にも充分に通過するように伝搬される。したがって、出射面４２の中心Ｐ４２の光強度が相対的に小さくなることを抑制できるため、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的により均一となる。

なお、光源装置１は、上記した第１実施形態に係る光源装置１の構成及び作用に限定されるものではない。例えば、上記した第１実施形態に係る光源装置１に対して、以下のような変更が行われてもよい。

上記第１実施形態に係る光源装置１においては、レンズ３１は、入射された光を導光体４の入射面４１に向けて集束させて出射する集束レンズ３１である、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、レンズ３１は、コリメートレンズである、という構成でもよい。また、例えば、レンズ３１は、フライアイレンズである、という構成でもよい。

また、上記第１実施形態に係る光源装置１においては、集束レンズ３１の焦点の位置は、導光体４１の入射面４１上に位置している、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、集束レンズ３１の焦点の位置は、導光体４１の内部に位置している、という構成でもよい。また、例えば、集束レンズ３１の焦点の位置は、導光体４１の外部に位置している、という構成でもよい。

また、上記第１実施形態に係る光源装置１においては、一部の光源２１から出射された光の光軸Ｘ２１，Ｘ２２は、導光体４の内部で、導光体４の光軸Ｘ４と交差する、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、全ての光源２１から出射された光の光軸Ｘ２１〜Ｘ２４は、導光体４の内部で、導光体４の光軸Ｘ４と交差する、という構成でもよい。また、例えば、全ての光源２１から出射された光の光軸Ｘ２１〜Ｘ２４は、導光体４の内部で、導光体４の光軸Ｘ４と交差しない、という構成でもよい。

また、上記第１実施形態に係る光源装置１は、第２進路変更部９を備えている、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、光源装置は、第２進路変更部９を備えておらず、集束レンズ３１の光軸Ｘ３の方向は、導光体４の入射面４１まで変更されずに、導光体４の入射面４１と交差位置Ｐ３で交差する、という構成でもよい。

＜第２実施形態＞
次に、光源装置１における第２の実施形態について、図１５及び図１６を参酌して説明する。なお、図１５及び図１６において、図１〜図１４の符号と同一の符号を付した部分は、第１実施形態と略同様の構成又は略同様の機能（作用）を有する要素を表し、その説明は、繰り返さない。

図１５及び図１６に示すように、第２実施形態に係る光源装置１は、第１実施形態に係る光源装置１に対して、光学系３及び第１進路変更部８の構成で相違しており、また、第２進路変更部９を備えていない点でも相違している。したがって、以下、光学系３及び第１進路変更部８について、説明する。

光学系３は、側面３２ａで光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させる伝搬光学系３２である。本実施形態においては、光学系３は、伝搬光学系３２を１つ備えている。なお、光学系３は、伝搬光学系３２を複数備えていてもよい。

伝搬光学系３２は、長尺に形成されている。そして、伝搬光学系３２は、第１の端面である入射面３２ｂから入射された光を、側面３２ａで反射を繰り返すことで光軸方向に伝搬させ、第２の端面である出射面３２ｃから出射させる。なお、伝搬光学系３２の断面は、非円形状に形成されている。

入射面３２ｂ及び出射面３２ｃのそれぞれは、平面状に形成され、伝搬光学系３２の光軸方向と直交するように配置されている。本実施形態においては、伝搬光学系３２は、剛性を有する（即ち、可撓性を有さない）ロッドである。なお、例えば、伝搬光学系３２は、可撓性を有する光ファイバでもよい。本明細書において、ロッドのうち、断面が非円形であるロッドは、ロッドインテグレータという。

そして、伝搬光学系３２の光軸Ｘ３が導光体４の入射面４１と交差する位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。なお、非円形状の断面である伝搬光学系３２の光軸Ｘ３は、伝搬光学系３２の側面３２ａに内接する内接面の中心を通る。

本実施形態においては、伝搬光学系３２の断面は、矩形状（特に、正方形状）に形成されている。そして、伝搬光学系３２の断面の角は、伝搬光学系３２の光軸方向（第３方向Ｄ３）で、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１と重なっている。これにより、伝搬光学系３２の断面は、伝搬光学系３２から出射された光が導光体４の入射面４１に入射する際のビーム形状が、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から導光体４の径方向に離れるほど大きくなるように、形成されている。

第１進路変更部８は、光を反射することで、光の進行方向を変更させる反射部材８１と、光を透過することで、集束し且つ焦点位置に向けて光の進行方向を変更させる集光部材８２とを備えている。そして、光源２１から出射された光は、第１進路変更部８で進行方向を変更された後に、集束するようにして、伝搬光学系３２の入射面３２ｂに入射されている。

また、本実施形態に係る光源装置１においては、前記光学系３は、側面３２ａで光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させる少なくとも一つの伝搬光学系３２であって、前記伝搬光学系３２の断面は、非円形状に形成され、前記伝搬光学系３２の光軸Ｘ３が前記入射面４１と交差する位置Ｐ３は、前記入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である、という構成である。

斯かる構成によれば、伝搬光学系３２は、側面３２ａで光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させている。また、伝搬光学系３２の断面は、非円形状に形成されている。そして、伝搬光学系３２の光軸Ｘ３が導光体４の入射面４１と交差する位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。

これにより、伝搬光学系３２から出射された光の少なくとも一部は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置に入射される。したがって、導光体４に入射された光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返して、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、さまざまな位置に分散されて伝搬される。その結果、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的に均一となる。

また、本実施形態に係る光源装置１においては、前記光学系３は、側面３２ａで光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させる一つの伝搬光学系３２であって、前記伝搬光学系３２の光軸Ｘ３が前記入射面４１と交差する位置Ｐ３は、前記入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である、という構成である。

斯かる構成によれば、伝搬光学系３２は、側面３２ａで光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させている。そして、伝搬光学系３２の光軸Ｘ３が導光体４の入射面４１と交差する位置Ｐ３は、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れた位置である。

また、本実施形態に係る光源装置１においては、前記伝搬光学系３２の断面は、前記伝搬光学系３２から出射された光が前記入射面４１に入射する際のビーム形状が、前記入射面４１の中心Ｐ４１から離れるほど大きくなるように、形成される、という構成である。

斯かる構成によれば、伝搬光学系３２から出射された光が導光体４の入射面４１に入射する際のビーム形状が、導光体４の入射面４１の中心Ｐ４１から離れるほど大きくなる。これにより、導光体４の入射面４１に入射される光量は、入射面４１の中心Ｐ４１から離れるほど、大きくなる。

したがって、導光体４に入射された光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返して、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の径方向外側にも充分に通過するように搬送される。その結果、出射面４２の径方向外側の光強度も大きくなるため、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的により均一となる。

なお、光源装置１は、上記した第２実施形態に係る光源装置１の構成及び作用に限定されるものではない。例えば、上記した第２実施形態に係る光源装置１に対して、以下のような変更が行われてもよい。

上記第２実施形態に係る光源装置１においては、伝搬光学系３２の断面は、矩形状に形成されている、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、伝搬光学系３２の断面は、多角形状に形成されている、という構成でもよい。また、例えば、図１７に示すように、伝搬光学系３２の断面は、扇形状に形成されている、という構成でもよい。

図１７に係る構成によれば、伝搬光学系３２の断面は、扇形状に形成されているため、伝搬光学系３２から出射された光が導光体４の入射面４１に入射する際のビーム形状が、導光体４の径方向に亘って、入射面４１の中心Ｐ４１から離れるほど大きくなる。これにより、導光体４の入射面４１に入射される光量は、導光体４の径方向に亘って、中心Ｐ４１から離れるほど大きくなる。

したがって、導光体４に入射された光は、導光体４の側面４３で反射を繰り返して、導光体４の光軸方向に伝搬される際に、導光体４の径方向外側にも充分に通過するように伝搬される。その結果、出射面４２の径方向外側の光強度も大きくなるため、導光体４の出射面４２の光強度は、全体的により均一となる。

また、例えば、図１８及び図１９に示すように、伝搬光学系３２の断面は、円形状に形成されている、という構成でもよい。図１８及び図１９に係る伝搬光学系３２は、可撓性を有する光ファイバである。なお、例えば、伝搬光学系３２は、剛性を有する（即ち、可撓性を有さない）ロッドでもよい。

図１８及び図１９に係る伝搬光学系３２の直径は、導光体４の半径よりも大きくなっている。なお、伝搬光学系３２の直径は、導光体４の半径よりも小さい、という構成でもよい。また、光学系３は、断面が円形状に形成される伝搬光学系３２を複数備えることはない。但し、光学系３は、断面が円形状に形成される伝搬光学系３２とは別に、断面が非円形状に形成される伝搬光学系３２を備えている、という構成でもよい。

なお、光源装置は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、光源装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記した複数の実施形態の各構成や各方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る各構成や各方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に一つ又は複数選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

上記第１及び第２実施形態に係る光源装置１においては、光源２１は、発光部を１つ有する半導体レーザである、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、光源装置においては、光源２１は、ＬＥＤである、という構成でもよく、また、ランプである、という構成でもよい。また、光源部２は、所定方向に沿って並列される複数の光源（発光部）２１を有する半導体レーザ（所謂、アレイタイプの半導体レーザ）を備える、という構成でもよい。

また、上記第１及び第２実施形態に係る光源装置１は、第１進路変更部８を備えている、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、光源装置は、第１進路変更部８を備えておらず、光源２１から出射された光の進行方向は、光学系３まで変更されずに、光学系３に入射される、という構成でもよい。

また、上記第１及び第２実施形態に係る光源装置１は、結像部５を備えている、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、光源装置は、結像部５を備えていない、という構成でもよい。例えば、被写体１００が導光体４の出射面４２の近くに位置している場合には、光源装置は、結像部５を備えていなくてもよい。

光源装置１は、被写体１００に照射する領域の光強度が均一であるため、例えば、被写体１００を照らす照明装置（例えば、内視鏡用照明装置）や、被写体１００を加工する加工装置（例えば、溶融加工装置）に採用できる。そして、照明装置として採用された光源装置１は、照度ムラを抑制することができ、また、加工装置として採用された光源装置１は、加工ムラや変質ムラを抑制することができる。

１…光源装置、２…光源部、３…光学系、４…導光体、５…結像部、６…第１筐体、７…第２筐体、８…第１進路変更部、９…第２進路変更部、２１…光源、２２…コリメートレンズ、３１…集束レンズ（レンズ）、３１ａ…入射面、３２…伝搬光学系、３２ａ…側面、３２ｂ…入射面、３２ｃ…出射面、４１…入射面、４２…出射面、４３…側面、６１…第１接続部、７１…第２接続部、８１…反射部材、８２…集光部材、１００…被写体

Claims

光を出射する複数の光源と、
前記光源から出射された光が入射され、該光を、断面が円形状である導光体の入射面に向けて出射する光学系と、を備え、
前記光学系の光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置であり、
前記複数の光源の少なくとも一つから出射された光の光軸は、前記導光体の内部で、前記導光体の光軸と交差する、光源装置であって
前記光学系は、入射された光を前記入射面に向けて出射する少なくとも一つのレンズであって、
前記レンズの光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置である、光源装置。
前記レンズは、入射された光を前記入射面に向けて集束させて出射する集束レンズであって、
前記集束レンズの焦点の位置は、前記導光体の光軸から前記導光体の径方向に離れた位置である、請求項１に記載の光源装置。
光を出射する複数の光源と、
前記光源から出射された光が入射され、該光を、断面が円形状である導光体の入射面に向けて出射する光学系と、を備え、
前記光学系の光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置であり、
前記複数の光源の少なくとも一つから出射された光の光軸は、前記導光体の内部で、前記導光体の光軸と交差する、光源装置であって
前記光学系は、側面で光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させる少なくとも一つの伝搬光学系であって、
前記伝搬光学系の断面は、非円形状に形成され、
前記伝搬光学系の光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置である、光源装置。
光を出射する複数の光源と、
前記光源から出射された光が入射され、該光を、断面が円形状である導光体の入射面に向けて出射する光学系と、を備え、
前記光学系の光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置であり、
前記複数の光源の少なくとも一つから出射された光の光軸は、前記導光体の内部で、前記導光体の光軸と交差する、光源装置であって
前記光学系は、側面で光の反射を繰り返して光を光軸方向に伝搬させる一つの伝搬光学系であって、
前記伝搬光学系の光軸が前記入射面と交差する位置は、前記入射面の中心から離れた位置であり、
前記伝搬光学系の断面は、前記伝搬光学系から出射された光が前記入射面に入射する際のビーム形状が、前記入射面の中心から離れるほど大きくなるように、形成される、光源装置。
前記伝搬光学系の断面は、前記伝搬光学系から出射された光が前記入射面に入射する際のビーム形状が、前記入射面の中心から離れるほど大きくなるように、形成される、請求項３に記載の光源装置。
前記伝搬光学系の断面は、扇形状に形成される、請求項４又は５に記載の光源装置。