JPWO2016103411A1 - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

１次光を射出する１次光源と、１次光を導光する導光部材と、導光部材から射出された第１の配光角を有する１次光を、第１の配光角とは異なる第２の配光角を有する２次光に変換して射出する光変換ユニットと、２次光の配光角を有する２次光を第３の配光角を有する照明光へと調整して前記照明光を射出する配光調整ユニットとを具備する光源装置が提供される。配光調整ユニットと光変換ユニットとの一方が、配光調整ユニットと光変換ユニットとの他方に対してスライド可能に配置されている。配光調整ユニットは、２次光の第２の配光角から照明光の第３の配光角へと調整する量である配光調整量を調整可能である。

Description

本発明は、光源から射出された１次光を光学特性の異なる２次光に変換して射出する光源装置に関する。
小型固体光源から射出された光の光学特性を光変換部材により変換して、照明光として射出する光源装置が開発されている。例えば、特許文献１には、光源装置に着脱可能なアダプタを用いて所望の照射パターンや色の照明光を得ることができる光源装置が開示されている。この光源装置は、光源から導光部材を伝達して射出された励起光を光変換部材により変換して照明光として射出する光変換ユニットを有している。光源装置には、光変換ユニットの射出部の径よりも大きい入射径を有するアダプタが取り付けられる。この光源装置では、光変換ユニットから射出される光をアダプタに導光して、照明光の光学特性を切り替えることが可能である。
特開２０１３−２４４２９７号公報
特許文献１に記載の光源装置では、照明光の光学特性を切り替えるために、光源装置と別体のアダプタを着脱する作業が必要であり、着脱に手間がかかる。また、照明光の光学特性は、アダプタの着脱により調整可能であるが、着脱による２段階の調整以外の調整はできない。
そこで、本発明は、導光部材から射出された１次光の光学特性を変換して照明光として射出する光源装置において、追加部材を組み合わせることなく、照明光の光学特性である配光特性を調整可能な光源装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態は、１次光を射出する１次光源と、前記１次光を導光する導光部材と、前記導光部材から射出された第１の配光角を有する前記１次光を、前記第１の配光角とは異なる第２の配光角を有する２次光に変換して射出する光変換ユニットと、前記第２の配光角を有する２次光を第３の配光角を有する照明光へと調整して前記照明光を射出する配光調整ユニットと、を具備し、前記配光調整ユニットと前記光変換ユニットとの一方が、前記配光調整ユニットと前記光変換ユニットとの他方に対してスライド可能に配置され、前記配光調整ユニットが、前記２次光の前記第２の配光角から前記照明光の前記第３の配光角へと調整する量である配光調整量を調整可能であることを特徴とする光源装置である。
本発明によれば、導光部材から射出された１次光の光学特性を変換して照明光として射出する光源装置において、追加部材を組み合わせることなく、照明光の光学特性である配光特性を調整可能な光源装置を提供することができる。
図１は、第１の実施形態における光源装置を模式的に示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態における光源装置の先端部を模式的に示す図である。 図３は、広配光モードにおいて光源装置から照明光を射出するときの１次光、１次拡散光及び蛍光の一例を示す図である。 図４は、広配光モードにおける照明光の配光特性の一例を示す図である。 図５は、第１の狭配光モードにおいて光源装置から照明光を射出するときの１次光、１次拡散光及び蛍光の一例を示す図である。 図６は、第１の狭配光モードにおける照明光の配光特性の一例を示す図である。 図７は、第２の狭配光モードにおいて光源装置から照明光を射出するときの１次光、１次拡散光及び蛍光の一例を示す図である。 図８は、第２の狭配光モードにおける照明光の配光特性の一例を示す図である。 図９は、光変換ユニットの射出面と配光調整ユニットのカバーガラス入射面との間の距離と照明光の配光半値角との関係の一例を示す図である。 図１０は、照明光の照明スペクトル特性を示す図である。 図１１は、第２の実施形態における光源装置を模式的に示すブロック図である。 図１２は、第２の実施形態における光源装置の先端部を模式的に示す図である。
［第１の実施形態］
（構成）
図１は、第１の実施形態における光源装置１を模式的に示すブロック図である。光源装置１は、入力部１０と、１次光源であるレーザダイオード（ＬＤ）２０と、光源駆動部３０と、光ファイバ４０と、光変換ユニット５０と、配光調整ユニット６０と、配光調整ユニット駆動部７０と、配光角情報記憶部８０と、装置制御部９０とを有している。入力部１０、ＬＤ２０、光源駆動部３０、配光角情報記憶部８０及び装置制御部９０は、光源装置１の本体部２に配置されている。光変換ユニット５０、配光調整ユニット６０及び配光調整ユニット駆動部７０は、本体部２に連結された細長い挿入部３に配置されている。光ファイバ４０は、本体部２のＬＤ２０から挿入部３の光変換ユニット５０まで延びている。
なお、本実施形態では、挿入部３が被挿入体に挿入されて被挿入体に照明光を照射することを想定しているため、参照符号３で表されるものが「挿入部」と称される。しかしながら、挿入部３は被挿入体に挿入される使用態様に限定されるものではなく、挿入されない使用態様であってもよい。
（入力部）
入力部１０は、スイッチ、キーボード等の一般的な入力デバイスを有している。また、入力部１０は、光源装置１の電源の操作（ＯＮ／ＯＦＦ）や、光源装置１から射出される照明光の光量調整、照明光の配光角の調整を設定する機能を有するユーザーインターフェースを備えている。入力部１０には、ユーザが、例えば、後述する広配光モードと、第１の狭配光モードと、第２の狭配光モードとのいずれかを選択して入力する。
（１次光源）
１次光源は、本実施形態では、発光波長ピーク４４５ｎｍの青色レーザ光を射出するレーザダイオード（ＬＤ）２０である。したがって、本実施形態における１次光は、波長４４５ｎｍにピークを有する青色レーザ光と定義する。
（光源駆動部）
光源駆動部３０は、１次光源であるＬＤ２０を駆動させるために、装置制御部９０からの制御信号に基づいて、所定の駆動電流や駆動間隔により必要な電力をＬＤ２０に供給する。
（光ファイバ）
光ファイバ４０は、可撓性を有する導光部材であり、その基端（入射端）がＬＤ２０に、その先端（射出端）４１が光変換ユニット５０に、それぞれ、光学的に接続されている。光ファイバ４０は、ＬＤ２０から射出される青色レーザ光を光変換ユニット５０まで導光する。本実施形態における光ファイバ４０は、例えばコア径５０μｍ、開口数ＦＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバである。
（光変換ユニット）
光変換ユニット５０は、挿入部３の先端付近に配置され、挿入部３の内部に接着部材等により固定されている。光変換ユニット５０は、光ファイバ４０によって導光されその射出端４１から射出された１次光を受光して、１次光を１次光とは異なる配光特性を有する２次光に変換して射出する。光変換ユニット５０から射出される２次光の配光特性は、入射する１次光の光量により変動しない性質を有している。
図２は、第１の実施形態における光源装置１の先端部を模式的に示す図である。光変換ユニット５０は、光変換部材５１と、透明部材５２と、第１のホルダ５３と、第１の反射部材５４とを有している。
光変換部材５１は、波長変換部材として機能する蛍光体及び拡散部材を有している。また光変換部材５１は、蛍光体及び拡散部材を封止している封止部材を有している。本実施形態における蛍光体は、ＬＤ２０から射出される１次光（青色レーザ光）を吸収して、１次光よりも長波長の光に波長変換する性質を有している。具体的には、蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅで示す粉末蛍光体であり、青色波長域の光を吸収して、黄色の蛍光に波長変換する。また、本実施形態における拡散部材は、拡散部材に入射した１次光を、その波長を変えずに拡がり角を広げ、可干渉性を低くした拡散光に変換する。具体的には、拡散部材は、シリコーン樹脂などの透明な封止材に、封止材の屈折率よりも高い屈折率を有するアルミナの拡散粒子を分散させて、シリコーン樹脂を硬化させたものである。屈折率が１．７以上のアルミナの粒子と、屈折率が１．４のシリコーン樹脂とを組み合わせた光変換部材５１が用いられる場合、体積濃度２０％、厚み０．１ｍｍ程度のものを用いると、光ファイバ射出端４１から射出される１次光の拡散光を充分大きくして、光変換ユニット５０から射出される１次光の配光角を充分広げることができる。
透明部材５２は、透過率が高いガラスやシリコーン樹脂で構成されている。透明部材５２は、光ファイバ射出端４１から射出される１次光と、光変換部材５１から放射される波長変換光とを透過する性質を有している。
第１のホルダ５３は、光ファイバ４０（光ファイバ射出端４１）、光変換部材５１及び透明部材５２を保持している。第１のホルダ５３は、例えば挿入部３の長手方向に延びた円柱形状の部材である。第１のホルダ５３には、基端側のファイバ保持孔５３ａと、ファイバ保持孔５３ａとつながっている先端側の円錐台形状の中空部５３ｂとが形成されている。ファイバ保持孔５３ａは、光ファイバ４０の外径と略同一の内径を有し、光ファイバ射出端４１がファイバ保持孔５３ａに挿入されて保持される。中空部５３ｂは、光ファイバ射出端４１からの１次光の射出方向に沿って拡径している。すなわち、中空部５３ｂは、第１のホルダ５３の先端に向かって広がるように開口している部分であり、第１のホルダ５３内の第１のテーパ面５３ｃによって規定されている。
第１のホルダ５３の中空部５３ｂには、光ファイバ射出端４１からの１次光の射出方向に、透明部材５２と光変換部材５１とがこの順番で互いに接して配置されている。光変換部材５１の射出面５１ａと、第１のホルダ５３の先端面５３ｄとは、略同一平面上に配置されている。
第１のテーパ面５３ｃのテーパ角度は、無指向性の蛍光成分や、拡散部材により拡散した１次光を光変換ユニット５０から効率良く取り出すために、１０°〜６０°付近にあることが好ましい。本実施形態における第１のテーパ面５３ｃのテーパ角度は、２５°である。
第１の反射部材５４は、第１のホルダ５３の第１のテーパ面５３ｃに形成されている。本実施形態における第１の反射部材５４は、第１のテーパ面５３ｃに銀やアルミニウムなどの金属を薄くめっきした金属反射膜である。第１の反射部材５４は、１次光と光変換部材５１により波長変換された光（蛍光）とがこれに入射したときに、入射した光を正反射又は拡散反射する。
（配光調整ユニット）
配光調整ユニット６０は、光変換ユニット５０から射出される固定の配光特性を有する２次光を受光し、受光した２次光の配光特性を変化させて、照明光として射出する。配光調整ユニット６０は、配光調整ユニット駆動部７０に連結され、光ファイバ射出端４１ａから射出される１次光の光軸方向に移動可能なように構成されている。配光調整ユニット６０は、光変換ユニット５０から射出された２次光の配光特性を、光変換ユニット５０の射出面５１ａと配光調整ユニット６０の後述するカバーガラス入射面６３ａとの光軸方向における相対位置（距離）に応じて変換する。すなわち、配光調整ユニット６０は、射出面５１ａとカバーガラス入射面６３ａとの相対位置によって配光特性調整量が異なる性質を有している。
本実施形態における配光調整ユニット６０は、第２のホルダ６１と、第２の反射部材６２と、カバーガラス６３とを有している。
第２のホルダ６１には、その基端側に形成されたガイド孔６１ａと、ガイド孔６１ａとつながっている先端側の円錐台形状の中空部６１ｂとからなる貫通孔が形成されている。ガイド孔６１ａは、第１のホルダ５３の外径よりも大きな内径を有しており、ガイド孔６１ａ内に第１のホルダ５３が配置されている。中空部６１ｂは、光変換ユニット５０の射出面５１ａからの２次光の射出方向に沿って拡径している。すなわち、中空部６１ｂは、第２のホルダ６１の先端に向かって広がるように開口している部分であり、第２のホルダ６１内の第２のテーパ面６１ｃによって規定されている。また、第２のホルダ６１の基端には、配光調整ユニット駆動部７０の後述するボールねじ７１がねじ止めされるためのねじ穴（図示されない）が形成されている。
第２の反射部材６２は、第２のホルダ６１の第２のテーパ面６１ｃに形成されている。このように、第２の反射部材６２は、光ファイバ射出端４１から射出される１次光の光軸上の領域を除いた位置に配置されている。本実施形態における第２の反射部材６２は、第２のテーパ面６１ｃに銀やアルミニウムなどの金属を薄くめっきした金属反射膜である。第２の反射部材６２は、２次光（１次拡散光及び蛍光）が入射したときに、入射した光を正反射又は拡散反射する。すなわち、第２の反射部材６２は、２次光を受光して２次光の進行方向を変更させる。
カバーガラス６３は、配光特性が変換された２次光を照明光として射出するための光透過部材である。カバーガラス６３は、例えば、透過率が高いガラスで構成されている。カバーガラス６３は、例えば円盤状であり、第２のホルダ６１の射出端側に接着されて固定されている。本実施形態では、カバーガラス入射面６３ａと光変換ユニット５０の光変換部材５１の射出面５１ａとは、光ファイバ射出端４１から射出される１次光の光軸と略直交し、かつ略平行に配置されている。
（配光調整ユニット駆動部）
配光調整ユニット駆動部７０は、配光調整ユニット６０を光ファイバ射出端４１から射出される１次光の光軸上で前後に移動（進退）させる。配光調整ユニット駆動部７０は、装置制御部９０からの駆動信号を受けて、配光調整ユニット６０を１次光の光軸上においてスライドさせるように駆動される。配光調整ユニット駆動部７０は、例えば保持部材であるボールねじ７１と、ボールねじ７１に連結されたマイクロモータ７２とを有している。
ボールねじ７１は、配光調整ユニット６０の第２のホルダ６１に形成された不図示のねじ穴にねじ止めされる。ボールねじ７１がマイクロモータ７２により一方向に回転駆動されると、配光調整ユニット６０が光変換ユニット５０に対して光軸上の進行方向に移動して、他方向に回転駆動されると光軸上の進行方向とは逆向きの方向に移動する。
このように、本実施形態では、配光調整ユニット６０が配光調整ユニット駆動部７０により光変換ユニット５０に対してスライド可能に配置されている。
（配光角情報記憶部）
配光角情報記憶部８０には、光変換ユニット５０の光変換部材５１の射出面５１ａと配光調整ユニット６０のカバーガラス入射面６３ａとの相対位置（距離）と照明光の配光特性（配光角）とが関連付けられた配光特性制御情報が格納されている。配光特性制御情報は、光変換ユニット５０と配光調整ユニット６０との相対位置（距離）が段階的に又は連続的に変化したときの配光角情報を含んでいる（図９参照）。また、配光角情報記憶部８０には、光変換ユニット５０から射出される２次光の配光角情報（固定値）も格納されている。これらは、例えば、光源装置１の製造時や出荷時に予め測定して取得された情報である。配光角情報記憶部８０に格納されている情報は、装置制御部９０により読み出される。
なお、配光角情報記憶部８０は、本体部２に内蔵されている主記憶装置に限らず、本体部２とは別体の、上述の配光特性制御情報等を記憶している光ディスク、フラッシュメモリなどの外部記憶装置であってもよい。また、配光特性制御情報は、図９に示されるような連続的な情報に限らず、段階的な（離散的な）テーブルの形式の情報であってもよい。
（装置制御部）
装置制御部９０は、光源駆動部３０及び配光調整ユニット駆動部７０に通信可能に接続されている。装置制御部９０は、光源駆動部３０に制御信号を送信し、ＬＤ２０を駆動させる。また、装置制御部９０は、入力部１０から入力された光源装置１の動作条件（例えば、後述する広配光モード、第１の狭配光モード及び第２の狭配光モード）を実現するために、配光調整ユニット駆動部７０に制御信号を送信し、配光調整ユニット駆動部７０が配光調整ユニット６０による配光を調整する。特に、装置制御部９０は、配光角情報記憶部８０に格納されている配光調整ユニット６０と光変換ユニット５０との位置関係と照明光の配光角との関係を示す配光特性制御情報を配光角情報記憶部８０から読み出し、所望の配光特性の照明光を得るために必要とされる配光調整ユニット６０の移動量を算出して、この移動量に基づいて配光調整ユニット駆動部７０のマイクロモータ７２を制御する機能を有している。また、装置制御部９０は、配光調整ユニット駆動部７０のマイクロモータによる制御量（回転駆動量）と、配光調整ユニット６０と光変換ユニット５０との位置関係を抽出する機能もさらに有している。
また、装置制御部９０は、光源駆動部３０によりＬＤ２０を駆動する駆動タイミングに合わせて、配光調整ユニット駆動部７０を制御する機能も有している。また、装置制御部９０は、照明光の配光特性の切り替えについて、入力部１０からの手動入力だけでなく、例えば予め設定された所定の配光角の照射パターン等に基づいて自動で配光調整ユニット駆動部７０を切り替える機能も有している。
（動作）
ユーザは、光源装置１の３つの動作モード、すなわち、広配光モードと、第１の狭配光モードと、第２の狭配光モードとのいずれかを選択して入力部１０に入力する。そして、入力されたモードの情報が入力部１０から装置制御部９０に伝達される。装置制御部９０は、選択されたモードに対応する配光特性制御情報を配光角情報記憶部８０から読み出し、配光調整ユニット駆動部７０を制御して光変換ユニット５０に対する配光調整ユニット６０の相対位置を変化させる。例えば、装置制御部９０は、配光調整ユニット駆動部７０により光変換ユニット５０に対する配光調整ユニット６０の位置を段階的に動作制御する。
以下、各モードにおける光源装置１の動作及び各モードにおいて光源装置１から射出される照明光について説明する。
（広配光モードにおける動作）
図３は、広配光モードにおいて光源装置１から照明光を射出するときの１次光、１次拡散光及び蛍光の一例を示す図である。図４は、広配光モードにおける照明光の配光特性の一例を示す図である。
広配光モードは、光源装置１が広い配光（例えば配光半値角１２０°）の照明光を射出するモードである。ユーザが広配光モードを選択すると、装置制御部９０は、配光角情報記憶部８０に格納されている配光特性制御情報から、この配光角に対応する光変換ユニット５０の射出面５１ａと配光調整ユニット６０のカバーガラス入射面６３ａとの間の距離Ａ３（図３、図９）を読み出す。そして、装置制御部９０は、射出面５１ａとカバーガラス入射面６３ａとの間の距離がＡ３となるように、配光調整ユニット駆動部７０を駆動させて、配光調整ユニット６０を光軸方向に移動させる。
例えば、装置制御部９０は、入力されたモードの情報を取得する前又は取得した直後、あるいは、配光角情報記憶部８０から距離Ａ３を読み出した直後、光変換ユニット５０の射出面５１ａに対するカバーガラス入射面６３ａの現在の位置情報を取得する。そして、装置制御部９０は、配光角情報記憶部８０から距離Ａ３を読み出した後で配光調整ユニット駆動部７０を駆動させる前に、取得した現在の位置情報と距離Ａ３とから、配光調整ユニット６０の移動量を算出する。そして、算出した移動量に基づいて、装置制御部９０が配光調整ユニット駆動部７０に駆動信号を送信して配光調整ユニット駆動部７０が駆動され、配光調整ユニット６０を光軸方向において所望の位置に移動させる。
移動完了後、装置制御部９０が光源駆動部３０に制御信号を送信する。光源駆動部３０は、ＬＤ２０に駆動信号を送信し、ＬＤ２０が駆動される。
あるいは、光源駆動部３０によりＬＤ２０が駆動されている駆動制御期間において、装置制御部９０が配光調整ユニット駆動部７０に駆動信号を送信して配光調整ユニット駆動部７０が駆動され、配光調整ユニット６０を光軸方向において所望の位置に移動させる。
ＬＤ２０は１次光（青色レーザ光）を射出し、射出された１次光は、光ファイバ４０により導光される。そして、光ファイバ射出端４１から射出された１次光（図３に実線の矢印で示される）が、光変換ユニット５０の光変換部材５１に照射される。光ファイバ射出端４１から射出される１次光の配光角は狭配光であり、本実施形態では、１次光は、第１の配光角（配光半値角が約１５°）である配光特性を有する光である。
光変換部材５１に照射された後の１次光のうち、粉末蛍光体で吸収されなかったものと拡散粒子により拡散されたものとは、光ファイバ射出端４１から射出される１次光とは異なる拡散角を有する。本実施形態では、これらを１次拡散光（図３に破線の矢印で示される）と定義する。
また、光変換部材５１に照射された１次光の一部は、粉末蛍光体に吸収されて波長変換される。波長変換された光（蛍光）（図３に一点鎖線の矢印で示される）は、光変換部材５１の内部で指向性無く発光する。
また、１次拡散光及び蛍光の一部は、光変換部材５１内において、光ファイバ射出端４１から射出される１次光の進行方向とは逆向きの方向に射出される。逆向きの方向に射出された光は、第１の反射部材５４で反射して、射出面５１ａに向かって射出される。さらに、１次拡散光や蛍光は、光変換部材５１による拡散や第１の反射部材５４による反射を繰り返しながら、射出面５１ａから広い配光を有する２次光として射出される。本実施形態では、射出面５１ａから射出される１次拡散光と蛍光との混合光を２次光と定義する。光変換ユニット５０は、第１の配光角を有する１次光を第１の配光角とは異なる第２の配光角（配光半値角が約１２５°）を有する２次光へと、すなわち、その配光特性を変換する。２次光は、光軸に対して左右対称に揃った配光特性を示す。
光変換ユニット５０から射出された２次光のうち、光軸（図４における９０°方向）付近の成分は、射出面５１ａから距離Ａ３だけ離れたカバーガラス入射面６３ａに直接照射される。照射された光は、カバーガラス６３を透過して、照明光として射出される。
広配光モードでは、射出面５１ａとカバーガラス入射面６３ａとの間の距離Ａ３が小さいため、２次光成分のうち、光軸と直交する軸（図４の０°方向及び１８０°方向）付近の成分のみが、配光調整ユニット６０の第２の反射部材６２により光路を変更され、照明光として射出される。本実施形態では、配光調整ユニット６０により２次光の第２の配光角からその配光角を調整された光を、第３の配光角を有する照明光と定義する。広配光モードでは、配光調整ユニット６０は、第２の配光角の２次光を、広配光を維持したまま、第３の配光角（配光半値角が１２０°）の照明光に調整する。
また、本実施形態では、配光調整ユニット６０により第２の配光角の２次光を第３の配光角の照明光に調整するときの調整量を配光調整量と定義する。広配光モードでは、配光調整ユニット６０により２次光の第２の配光角が照明光の第３の配光角へと調整されるときの配光調整量は５°と小さく、照明光の第３の配光角は２次光の第２の配光角の特性に近い配光特性を示す。
（第１の狭配光モードにおける動作）
図５は、第１の狭配光モードにおいて光源装置１から照明光を射出するときの１次光、１次拡散光及び蛍光の一例を示す図である。図６は、第１の狭配光モードにおける照明光の配光特性の一例を示す図である。
第１の狭配光モードは、光源装置１が広配光モードにおける配光よりも狭い配光（例えば配光半値角６５°）の照明光を射出するモードである。ユーザが第１の狭配光モードを選択すると、装置制御部９０は、配光角情報記憶部８０に格納されている配光特性制御情報から、光変換ユニット５０の射出面５１ａと配光調整ユニット６０のカバーガラス入射面６３ａとの間の距離Ａ２（図５、図９）を読み出す。そして、装置制御部９０は、射出面５１ａとカバーガラス入射面６３ａとの間の距離がＡ２（Ａ２＞Ａ３）となるように、配光調整ユニット駆動部７０を駆動させて、配光調整ユニット６０を光軸方向に移動させる。装置制御部９０による配光調整ユニット６０の移動に関する動作は広配光モードと同様であるから、その説明は省略する。光変換ユニット５０における１次光の動作もまた、広配光モードと同様であるため、その説明は省略する。
光変換ユニット５０から射出された２次光のうち、光軸（図６における９０°方向）付近の成分は、広配光モードの場合と同様に、射出面５１ａから距離Ａ２だけ離れたカバーガラス入射面６３ａに直接照射されて、カバーガラス６３を透過し、照明光として射出される。
光軸付近の成分以外の２次光の一部は、光変換ユニット５０よりも前方（先端側）に位置された第２の反射部材６２で反射して、その光路が変更され、照明光として射出される。距離Ａ３よりも距離Ａ２のほうが射出面５１ａとカバーガラス入射面６３ａとの距離が離れているため、第２の反射部材６２に照射される２次光の量が多くなる。第１の狭配光モードでは、第２の配光角の２次光を第３の配光角（配光半値角が６５°）の照明光に調整する。このように、２次光の第２の配光角から照明光の第３の配光角へと調整される配光調整量は６０°と大きく、照明光の第３の配光角は２次光の第２の配光角よりも狭角化された配光特性を示す。
また、配光調整ユニット６０により２次光の第２の配光角から照明光の第３の配光角へ調整する量を、配光調整量として定義する。配光調整ユニット６０は、光変換ユニット５０の射出面５１ａから射出される２次光の配光半値角を約１２５°から約６５°へと配光変換しており、その配光変換量を配光調整ユニット６０による配光調整量と定義する。配光調整量は、この場合には約６０°である。このため、光変換ユニット５０による配光変換量（１５°から１２５°）のほうが、配光調整ユニット６０による配光調整量（１２５°から６５°）よりも大きくなる。
（第２の狭配光モードにおける動作）
図７は、第２の狭配光モードにおいて光源装置１から照明光を射出するときの１次光、１次拡散光及び蛍光の一例を示す図である。図８は、第２の狭配光モードにおける照明光の配光特性の一例を示す図である。
第２の狭配光モードは、光源装置１が第１の狭配光モードにおける配光よりも狭い配光（例えば配光半値角５０°）の照明光を射出するモードである。ユーザが第２の狭配光モードを選択すると、装置制御部９０は、配光角情報記憶部８０に格納されている配光特性制御情報から、光変換ユニット５０の射出面５１ａと配光調整ユニット６０のカバーガラス入射面６３ａとの間の距離Ａ１（図７）を読み出す。そして、装置制御部９０は、射出面５１ａとカバーガラス入射面６３ａとの間の距離がＡ１（Ａ１＞Ａ２＞Ａ３）となるように、配光調整ユニット駆動部７０を駆動させて、配光調整ユニット６０を光軸方向に移動させる。装置制御部９０による配光調整ユニット６０の移動に関する動作は他のモードと同様である。光変換ユニット５０における１次光及び２次光の動作もまた、他のモードと同様である。
第２の狭配光モードでは、第１の狭配光モードと同様に、２次光の一部が、光変換ユニット５０よりも前方（先端側）に位置された第２の反射部材６２で反射して、その光路が変更され、照明光として射出される。距離Ａ２よりも距離Ａ１のほうが射出面５１ａとカバーガラス入射面６３ａとの距離が離れているため、第２の反射部材６２に照射される２次光の量がより多くなる。第２の狭配光モードでは、配光調整ユニット６０は、光変換ユニット５０の射出面５１ａから射出される２次光の配光半値角を約１２５°から約５０°へと配光変換しており、配光調整量は約７５°である。
本実施形態では、距離Ａ１、Ａ２、Ａ３における３つの配光特性（配光角）の例を説明してきたが、これらに限らず、配光調整ユニット６０の光軸上の位置により、図９に示されるように、配光半値角が３５°〜１２０°付近までの範囲で照明光の配光特性を調整することができる。上述したように、距離が離れるにつれて配光調整量は大きくなる。
光変換ユニット５０の射出面５１ａは、光軸方向において、配光調整ユニット６０の第２のホルダ６１に形成された第２のテーパ面６１ｃが存在する領域に配置することが好ましい。つまり、射出面５１ａから射出された２次光が第２のテーパ面６１ｃで反射した後にカバーガラス６３を透過するようにすることで、配光調整ユニット６０の位置によらずカバーガラス６３の透過率がほぼ変化しない（高い透過率を維持する）ようにすることができる。
また、図７に示される位置よりも、さらに前方に配光調整ユニット６０を出して光変換ユニット５０の射出面５１ａが第２のホルダ６１のガイド孔６１ａ内に位置されると、２次光がガイド孔６１ａ内で反射を繰り返し、光取り出し効率が低下する。したがって、配光調整ユニット６０が図７に示される位置よりも前方に位置されることは好ましくない。
図９は、光変換ユニット５０の射出面５１ａと配光調整ユニット６０のカバーガラス入射面６３ａとの間の距離と照明光の配光半値角との関係、すなわち配光特性制御情報の一例を示す図である。配光半値角は、図示されるように、距離に応じてリニアには変化しない特性を示すことが実験等からわかっている。具体的には、距離が小さい（０．１ｍｍ未満）と、配光半値角は、射出面５１ａに対するカバーガラス入射面６３ａの相対位置の変化に対応して広配光角から狭配光角へ緩やかに変化する。距離がやや大きくなる（０．１〜０．２ｍｍ程度）と、少しの相対位置の変化で配光半値角が狭配光角へと急に変化する。距離が大きくなる（０．２ｍｍ以上）と、配光半値角は、相対位置の変化に対応して緩やかに変化し、狭配光角のまま維持される。したがって、配光調整ユニット６０により２次光の配光角を調整するためには、第２の反射部材６２が所定の長さ以上あることが必要とされる。本実施形態では、第２のテーパ面６１ｃにおける第２の反射部材６２のスロープ方向の長さは、第１のテーパ面５３ｃにおける第１の反射部材５４のスロープ方向の長さよりも長い。
また、第２の反射部材６２のテーパ角度は、第１の反射部材５４のテーパ角度と同じでもよいし、あるいは、２次光を照明光へと配光調整する配光調整範囲や搭載スペースを考慮して適宜設定することができる。例えば、第２の反射部材６２のテーパ角度として本実施形態の２５°よりも小さい１７°を採用した場合、相対位置の変化に対する配光特性は、２５°の場合よりも緩やかに変化する傾向を示す。また、本実施形態の２５°よりも大きいテーパ角度３５°を採用した場合、相対位置の変化に対する配光特性は、２５°の場合よりも急に（大きく）変化する傾向を示す。
本実施形態における光源装置１は、例えば、医療用や工業用の内視鏡に搭載することができる。
図１０は、照明光の照明スペクトルを示す図である。照明光は、図示されるように、ピークＰ１を有する１次拡散光（青色レーザ光）とピークＰ２を有する黄色蛍光とが混合された相関色温度約６０００Ｋの白色光である。照明スペクトルは、光変換ユニット５０に搭載されている粉末蛍光体と拡散粒子との所定の濃度や厚さ条件により決定される。光変換ユニット５０から射出される２次光の照明スペクトルも、図１０に示される照明スペクトルと同様である。
配光調整ユニット６０の第２のホルダ６１に形成されている第２の反射部材６２は、１次拡散光の青色領域と蛍光の黄色領域とで同等の反射率特性を有する。また、光変換ユニット５０から射出される１次拡散光と蛍光の配光特性とは揃った配光で射出される。これらにより、配光調整ユニット６０により照明光の配光特性を変更しても、同じ発光色が維持されることができる。
なお、配光調整ユニット６０の第２のホルダ６１において第２の反射部材６２が形成される面は、テーパ形状に限らず、放物面形状などの凹面であってもよい。また、第２の反射部材６２が形成される面は、円錐台形状のテーパ面でなく、異径の円錐台形状のテーパ面としてもよい。また、光変換ユニット５０の第１のホルダ５３において第１の反射部材５４が形成される面もまた、テーパ形状に限らず、円柱形状でもよい。
また、配光調整ユニット駆動部７０は、マイクロモータ７２（電磁アクチュエータ）に代わって、静電アクチュエータ、油空圧アクチュエータ、圧電アクチュエータ、ラバーアクチュエータ等であってもよい。なお、後述する第２の実施形態では光変換ユニット駆動部１７０においても同様である。あるいは、配光調整ユニット駆動部７０を用いずに、又は設けずに、例えば手動によるスライドを用いてユーザが配光調整ユニット６０を移動させてもよい。
（効果）
本実施形態によれば、配光調整ユニット６０が光変換ユニット５０に対してスライド可能に配置されていることにより配光調整量を調整可能な光源装置１を提供することができる。また、光変換ユニット５０から射出される２次光を受光可能で、第２の反射部材６２が設けられた配光調整ユニット６０が光軸方向に移動することにより、配光調整量を２段階を超えて段階的に、あるいは連続的に調整可能で、配光調整量に応じて異なる配光角を有する照明光を射出することができる光源装置１を提供することができる。
また、本実施形態によれば、光源装置１は、光変換ユニット５０の光変換部材５１の射出面５１ａと配光調整ユニット６０のカバーガラス入射面６３ａとの相対距離と、照明光の配光特性（配光角）とを示す配光特性制御情報を予め記憶しており、これに基づいて配光調整ユニット６０を進退させることにより、所定の配光特性を有する照明光を射出することができる。
また、配光調整ユニット６０の第２のホルダ６１の射出端側にカバーガラス６３が接着されており、これらを一体として移動させることにより、射出面５１ａとカバーガラス入射面６３ａとの間の距離が離れても周辺光量の低下、いわゆるケラレが発生しにくい。したがって、カバーガラス６３の高い光透過率が維持されることができる。
また、光変換ユニット５０の光変換部材５１を構成する蛍光体及び拡散部材と、第１の反射部材５４とにより、１次拡散光と蛍光成分が揃った配光の２次光が光変換ユニット５０から射出されることができる。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の光源装置１０１について、図１１並びに図１２を参照して説明する。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成部材には同じ参照符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
（構成）
本実施形態においては、光変換ユニット１５０は、光変換ユニット駆動部１７０に連結され、光ファイバ射出端４１ａから射出される１次光の光軸方向に移動可能なように構成されている。光変換ユニット１５０は、光変換部材１５１と、透明部材１５２と、第１のホルダ１５３と、第１の反射部材１５４とを有している。これらは、明示されない限り、第１の実施形態の対応する構成要素と同様の構成である。
配光調整ユニット１６０は、挿入部３の先端付近に配置され、挿入部３の内部に接着部材等により固定されている。配光調整ユニット１６０は、第２のホルダ１６１と、第２の反射部材１６２と、カバーガラス１６３とを有している。これらは、明示されない限り、第１の実施形態の対応する構成要素と同様の構成である。なお、本実施形態では、カバーガラス１６３が第２のホルダ１６１に接着されて固定されて一体となっているが、これらは別体であってもよい。
光変換ユニット駆動部１７０は、光変換ユニット１５０を光ファイバ射出端１４１から射出される１次光の光軸上で前後に移動（進退）させる機能を有している。光変換ユニット駆動部１７０は、装置制御部９０からの駆動信号を受けて、光変換ユニット１５０を１次光の光軸上においてスライドさせるように駆動される。光変換ユニット駆動部１７０は、例えば保持部材であるボールねじ１７１と、ボールねじ１７１に連結されたマイクロモータ１７２とを有している。ボールねじ１７１は、光変換ユニット１５０の第１のホルダ１５３に形成された不図示のねじ穴にねじ止めされる。ボールねじ１７１がマイクロモータ１７２により一方向に回転駆動されると、光変換ユニット１５０が配光調整ユニット１６０に対して光軸上の進行方向に移動して、他方向に回転駆動されると光軸上の進行方向とは逆向きの方向に移動する。
このように、本実施形態では、光変換ユニット１５０が光変換ユニット駆動部１７０により配光調整ユニット１６０に対してスライド可能に配置されている。
本実施形態における光ファイバ１４０は、伸縮性及び可撓性を有している。したがって、光ファイバ１４０は、光変換ユニット１５０が光軸上で進退することに応じて伸縮可能である。光ファイバ１４０はまた、ＬＤ２０と光変換ユニット１５０との間に、光変換ユニット１５０の可動距離以上の光ファイバ余剰部１４２を有している。光ファイバ余剰部１４２は、例えば、光ファイバ１４０の一部が螺旋状に巻かれた部分であり、挿入部３内に配置されている。
（動作）
ユーザは、光源装置１の３つの動作モード（広配光モード、第１の狭配光モード及び第２の狭配光モード）のいずれかを選択して入力部１０に入力する。そして、入力されたモードの情報が入力部１０から装置制御部９０に伝達される。装置制御部９０は、選択されたモードに対応する配光特性制御情報を配光角情報記憶部８０から読み出し、光変換ユニット駆動部１７０を制御して配光調整ユニット１６０に対する光変換ユニット１５０の相対位置を変化させる。例えば、装置制御部９０は、光変換ユニット駆動部１７０により配光調整ユニット１６０に対する光変換ユニット１５０の位置を段階的に動作制御する。各モードにおいて光源装置１から射出される照明光は、第１の実施形態と同様である。
例えば、ユーザが広配光モードを選択すると、装置制御部９０は、配光角情報記憶部８０に格納されている配光特性制御情報から、この配光角に対応する光変換ユニット１５０の射出面１５１ａと配光調整ユニット１６０のカバーガラス入射端１６３ａとの間の距離Ａ３を読み出す。そして、装置制御部９０は、射出面１５１ａとカバーガラス入射端１６３ａと間の距離がＡ３となるように、光変換ユニット駆動部１７０を駆動させて、光変換ユニット１５０を光軸方向に移動させる。ユーザが第１の狭配光モード及び第２の狭配光モードを選択した場合も、同様に、装置制御部９０が、それぞれ、距離Ａ２、Ａ１となるように、光変換ユニット駆動部１７０を駆動させて、光変換ユニット１５０を光軸方向に移動させる。
光変換ユニット１５０を光軸上で移動させる範囲は、２次光を照明光として効率良く射出させるために、光変換ユニット１５０の射出面１５１ａが配光調整ユニット１６０の射出端から配光調整ユニット１６０の第２のテーパ面１６１ｃが存在する位置まで（カバーガラス１６３の厚み分）あることが好ましい。
（効果）
本実施形態によれば、光軸方向に移動可能な光変換ユニット１５０と、光変換ユニット１５０の移動に応じて移動可能な光ファイバ余剰部１４２を備えた光ファイバ４０とを組み合わせることにより、挿入部３の端部の形状を変更することなく、照明光の配光特性を調整することが可能な光源装置１を提供することができる。
［第２の実施形態の変形例］
本変形例では、光変換ユニット１５０の光変換部材１５１は、蛍光体を含まず、１次光を拡散する拡散部材のみがシリコーン樹脂に封止されることにより構成されている。この光変換部材１５１では、波長変換による変換損失による発熱が発生しない。
このような構成の場合、光変換ユニット１５０から射出される２次光として１次拡散光のみが射出され、配光調整ユニット１６０の位置により、１次拡散光の配光角が変化する。
本変形例によれば、第２の実施形態よりも光変換ユニット１５０の光変換時の損失による発熱が少なく、光源装置１の挿入部３の端部の形状を変更することなく、照明光として２次光の配光特性を調整することが可能となる。
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな改良及び変更が可能である。例えば、１次光は青色レーザ光に限定されるものではなく、また、設定される配光モードも、広配光モード、第１の狭配光モード、第２の狭配光モード等に限定されない。
１…光源装置、２…本体部、３…挿入部、１０…入力部、２０…１次光源、３０…光源駆動部、４０…光ファイバ、４１…光ファイバ射出端、５０…光変換ユニット、５１…光変換部材、５１…入射面、５２…透明部材、５３…第１のホルダ、５４…第１の反射部材、６０…配光調整ユニット、６１…第２のホルダ、６２…ガイド孔、６３…カバーガラス、６３ａ…カバーガラス入射面、７０…配光調整ユニット駆動部、８０…配光角情報記憶部、９０…装置制御部。

Claims (17)

  1. １次光を射出する１次光源と、
    前記１次光を導光する導光部材と、
    前記導光部材から射出された第１の配光角を有する前記１次光を、前記第１の配光角とは異なる第２の配光角を有する２次光に変換して射出する光変換ユニットと、
    前記第２の配光角を有する２次光を第３の配光角を有する照明光へと調整して前記照明光を射出する配光調整ユニットと、を具備し、
    前記配光調整ユニットと前記光変換ユニットとの一方が、前記配光調整ユニットと前記光変換ユニットとの他方に対してスライド可能に配置され、前記配光調整ユニットが、前記２次光の前記第２の配光角から前記照明光の前記第３の配光角へと調整する量である配光調整量を調整可能であることを特徴とする光源装置。
  2. 前記配光調整ユニットは、前記２次光を受光して前記２次光の進行方向を変更させる第２の反射部材を有し、
    前記第２の反射部材は、前記導光部材から射出される前記１次光の光軸上の領域を除いた位置に配置されていることを特徴とする請求項１の光源装置。
  3. 前記導光部材から射出される前記１次光の光軸に沿って前記光変換ユニットを移動させるための光変換ユニット駆動部をさらに具備し、
    前記１次光の光軸上において、前記光変換ユニット駆動部により移動される前記光変換ユニットの２次光射出端と前記配光調整ユニットの２次光入射端との間の距離が離れるにつれて、前記配光調整量が大きくなることを特徴とする請求項２の光源装置。
  4. 前記光変換ユニットの２次光射出端と前記配光調整ユニットの２次光入射端との間の距離と、前記照明光の配光特性との関係を表す配光角制御情報を格納している配光角情報記憶部と、
    前記光変換ユニット駆動部を制御する制御部と、をさらに具備し、
    前記制御部は、前記配光角情報記憶部から読み出された前記配光角制御情報に基づいて、前記光変換ユニット駆動部を駆動させて前記光変換ユニットを移動させることを特徴とする請求項３の光源装置。
  5. 前記光変換ユニットは、
    前記１次光を受光して前記１次光の前記第１の配光角よりも広い配光角を有する１次拡散光に変換し、前記１次拡散光の少なくとも一部を前記１次光の光軸の進行方向に対して後方へ射出する光変換部材と、
    前記１次拡散光を受光して反射させる第１の反射部材と、
    前記光変換部材を保持する第１のホルダと、を有し、
    前記配光調整ユニットは、前記第１のホルダの外径よりも大きい貫通孔を有する第２のホルダを有し、前記第２の反射部材は、前記貫通孔の少なくとも一部に配置されており、
    前記光変換ユニット駆動部は、前記第１のホルダが前記貫通孔内を移動するように前記光変換ユニットを駆動させることを特徴とする請求項３又は４の光源装置。
  6. 前記１次光源を駆動する光源駆動部をさらに具備し、
    前記光源駆動部により前記１次光源が駆動されている駆動制御期間において、前記光変換ユニット駆動部は、前記光変換ユニットが前記光軸方向に移動するように駆動されることを特徴とする請求項３又は４の光源装置。
  7. 前記導光部材から射出される前記１次光の光軸に沿って前記配光調整ユニットを移動させるための配光調整ユニット駆動部をさらに具備し、
    前記１次光の光軸上において、前記光変換ユニットの２次光射出端と前記配光調整ユニット駆動部により移動される前記配光調整ユニットの２次光入射端との間の距離が離れるにつれて、前記配光調整量が大きくなることを特徴とする請求項２の光源装置。
  8. 前記光変換ユニットの２次光射出端と前記配光調整ユニットの２次光入射端との間の距離と、前記照明光の配光特性との関係を表す配光角制御情報を格納している配光角情報記憶部と、
    前記配光調整ユニット駆動部を制御する制御部と、をさらに具備し、
    前記制御部は、前記配光角情報記憶部から読み出された前記配光角制御情報に基づいて、前記配光調整ユニット駆動部を駆動させて前記配光調整ユニットを移動させることを特徴とする請求項７の光源装置。
  9. 前記光変換ユニットは、
    前記１次光を受光して前記１次光の前記第１の配光角よりも広い配光角を有する１次拡散光に変換し、前記１次拡散光の少なくとも一部を前記１次光の光軸の進行方向に対して後方へ射出する光変換部材と、
    前記１次拡散光を受光して反射させる第１の反射部材と、
    前記光変換部材を保持する第１のホルダとを有し、
    前記配光調整ユニットは、前記第１のホルダの外径よりも大きい貫通孔を有する第２のホルダを有し、前記第２の反射部材は、前記貫通孔の少なくとも一部に配置されており、
    前記配光調整ユニット駆動部は、前記配光調整ユニットが前記第１のホルダの外周に沿って移動するように前記配光調整ユニットを駆動させることを特徴とする請求項７又は８の光源装置。
  10. 前記１次光源を駆動する光源駆動部をさらに具備し、
    前記光源駆動部により前記１次光源が駆動されている駆動制御期間において、前記配光調整ユニット駆動部は、前記配光調整ユニットが前記光軸方向に移動するように駆動されることを特徴とする請求項７又は８の光源装置。
  11. 前記第２のホルダの前記貫通孔の少なくとも一部には、前記光軸の進行方向に向かって広がるように開口している凹面が形成され、
    前記光変換ユニットの射出端は、前記凹面が存在する領域に配置されていることを特徴とする請求項３又は７の光源装置。
  12. 前記２次光を透過する光透過部材をさらに具備し、
    前記光透過部材は、前記１次光の光軸上の領域に配置されており、前記配光調整ユニットの射出端側に固定されていることを特徴とする請求項３又は７の光源装置。
  13. 前記第３の配光角は、前記第２の配光角よりも小さいことを特徴とする請求項３又は７の光源装置。
  14. 前記光変換部材は、前記１次光の一部を吸収して１次光と異なる波長領域の波長変換光に変換する波長変換部材、又は前記波長変換部材と前記１次光の配光角を拡散する拡散部材との複合体であり、
    前記２次光は、前記１次拡散光と前記波長変換光とが混合された混合光であり、前記光変換ユニットから射出される前記１次拡散光と前記波長変換光との配光角は略等しいことを特徴とする請求項５又は９の光源装置。
  15. 前記配光調整ユニットによる前記１次拡散光の配光調整量と前記波長変換光の配光調整量とは、略等しいことを特徴とする請求項１４の光源装置。
  16. 前記光変換ユニットが前記１次光の配光角を前記２次光の配光角へと変換する量を表す前記１次光の配光調整量は、前記２次光の配光調整量よりも大きいことを特徴とする請求項３又は７の光源装置。
  17. 前記１次光の光軸上における前記第２の反射部材の長さは、前記第１の反射部材よりも長いことを特徴とする請求項５又は９の光源装置。
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