WO2018127957A1 - 照明光学系 - Google Patents

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WO2018127957A1
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illumination light
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哲大 岡
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Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical system.
  • the illumination optical system of the endoscope of Patent Document 1 includes a cylindrical diffusion layer and a reflection surface disposed on the inner surface thereof, and illumination light incident from one end side in the axial direction of the diffusion layer is in the diffusion layer Diffusion makes it possible to illuminate a wide area uniformly.
  • the illumination optical system of Patent Document 1 uses a diffusion material which is isotropically diffused as the diffusion layer, there is a disadvantage that a large amount of components returning to the light source side due to back scattering exist.
  • the illumination light is isotropically diffused in each particle of the diffusion material dispersed in the diffusion layer, the illumination light incident on the emission surface from the diffusion layer is a component that is totally reflected on the emission surface and is not emitted. There are many. Such illumination light components return to the light source side and become loss, and components that are reflected from the reflection surface and emitted from the exit surface are also attenuated when reflected from the reflection surface, so that they are emitted from the diffusion layer. This is disadvantageous in that the amount of illumination light is reduced.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an illumination optical system capable of improving the utilization efficiency of illumination light while being able to illuminate a wide range uniformly.
  • One aspect of the present invention includes a diffusion element that diffuses and emits illumination light incident from a light source, and the diffusion element disperses one or more types of particles in a uniform medium made of a material different from the particles. It is an illumination optical system that satisfies the following conditional expression. 0.06 ⁇ ⁇ s (1 / mm) ⁇ 20 0.5 ⁇ g ⁇ 1
  • ⁇ s is a scattering coefficient of the diffusion element
  • g is an anisotropy parameter of the fine particles in the uniform medium.
  • the illumination light emitted from the light source enters the diffusion element, it is scattered by the collision with the particles dispersed in the uniform medium while being guided in the uniform medium.
  • the anisotropy parameter of the particle By setting the anisotropy parameter of the particle to 0.5 ⁇ g ⁇ 1, the scattering angle due to collision with the particle at 1 degree is restricted to a small degree, and the direction of the illumination light is largely changed by the scattering at 1 degree. It can be prevented and backscattering can be suppressed.
  • the scattering coefficient of the diffusion element to 0.06 ⁇ ⁇ s ⁇ 20
  • the opportunity for the illumination light to collide with the fine particles is limited, and many components of the illumination light travel in the diffusion element without being strongly scattered. Do. Thereby, the component of the illumination light which returns to the light source side can be reduced, and the utilization efficiency of illumination light can be improved.
  • the uniform medium may be an optically transparent resin and may satisfy the following conditional expression. 0.005 ⁇
  • n1 is the refractive index of the resin
  • n2 is the refractive index of at least one of the fine particles
  • d is the particle size of the fine particles
  • c is the mass concentration of the fine particles relative to the resin.
  • the diffusion element is formed in an annular shape extending over the entire circumference around the central axis or a part in the circumferential direction and is disposed at one end in the central axis direction to receive the illumination light from the light source And an incident surface that is disposed opposite to the incident surface in the central axis direction, and the illumination light incident to the incident surface is deflected radially outward from 0.degree. With respect to the central axis.
  • a deflection surface which is inclined so as to extend radially outward as it goes away from the incident surface along the central axis at an angle of not more than 45 °, and is disposed radially outward from the deflection surface, the deflection surface And the emission surface may be inclined to extend radially inward as the light emission surface is separated from the incident surface along the central axis.
  • the illumination light emitted from the light source and entering the diffusion element from the incident surface is scattered by the particles in the diffusion element, most of the light travels through the diffusion element without being strongly diffused like isotropic scattering,
  • the beam is deflected radially outward by a deflection surface opposed to the incident surface in the central axis direction, and is directed to the emission surface.
  • it is not diffused as strongly between the deflection surface and the exit surface. For this reason, much of the illumination light is directed to the exit surface without being backscattered on the way, and the component totally reflected at the exit surface is also reduced. For this reason, the component of the illumination light returned to the light source side can be reduced to improve the utilization efficiency of the illumination light, and a wide range uniform illumination can be obtained.
  • the deflection surface may have a curvature.
  • the light source and the incident surface are formed in an annular shape extending over the entire circumference around the central axis or a part in the circumferential direction, and the illumination light emitted from the light source is You may provide the waveguide member which light-guides by total reflection and it injects into the said entrance plane. In this way, the illumination light emitted from the light source is uniformly spread throughout the circumferential direction while being guided in the waveguide member, so the light sources are discontinuously arranged at intervals in the circumferential direction. Even in this case, uniform illumination light can be emitted from the entire emission surface of the diffusion element.
  • the waveguide member may be configured as a light diffusing element by dispersing one or more types of fine particles in an optically transparent resin. In this way, the illumination light is guided while being scattered by the fine particles dispersed in the transparent resin that constitutes the waveguide member, so that more uniform illumination can be performed.
  • the deflection surface may deflect the illumination light by total internal reflection. In this way, deflection due to reflection can be eliminated, attenuation of the illumination light can be suppressed, and more efficient illumination can be performed.
  • the diffusion element is formed as an annular waveguide extending over the entire circumference around the central axis or a part in the circumferential direction, and the cross section of the diffusion element is directed from the incident surface to the outgoing surface.
  • the exit surface may be inclined so as to extend radially inward as it goes away from the incident surface along the central axis.
  • the above-mentioned mode has a waveguide which receives the above-mentioned illumination light from the above-mentioned light source in an entrance plane, and guides it to an exit plane by total internal reflection
  • the waveguide is formed in an annular shape extending all around the central axis or a part in the circumferential direction, and the cross section of the waveguide extends outward from the incident surface toward the emission surface from the incident surface It may have a curved shape, and the emission surface of the outer diffusion element may be inclined to extend radially inward toward the front.
  • the illumination light that has been homogenized by the waveguide and emitted from the emission surface can be made incident from the incident surface of the outer diffusion element and can be further scattered and emitted, and scattering in the waveguide in the previous stage It is possible to efficiently perform uniform illumination over a wide range by highly efficiently guiding the uniform illumination light with reduced light intensity and scattering the guided illumination light to the outside diffusion element in the subsequent stage.
  • the waveguide may be configured as a diffusion element. In this way, more uniform illumination can be performed.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in the ability to improve the utilization efficiency of illumination light, illuminating a wide range uniformly.
  • FIG. 1 It is a whole block diagram which shows the endoscope provided with the illumination optical system which concerns on one Embodiment of this invention. It is a perspective view which expands and shows a part of front-end
  • the illumination optical system 30 is provided at the distal end of the insertion portion 2 of the endoscope 1.
  • the endoscope 1 has an elongated insertion portion 2 inserted into a body cavity or the like, an operation portion 3 provided at a proximal end of the insertion portion 2, and a universal cord 4 extending from the operation portion 3. And a connector portion 5 provided at the end of the universal cord 4.
  • the front observation objective lens 6 for direct view is disposed forward on the distal end surface 9 a of the front end of the insertion unit 2, and In the vicinity, an objective lens 8 for side observation for side vision and a lens 12 for illumination are arranged.
  • the endoscope 1 has a wide view range in which the front view and the side view can be observed simultaneously.
  • the front observation objective lens 6 is configured to form an image of an observation target in front of the insertion portion 2.
  • the objective lens 8 for side observation is formed in a substantially cylindrical shape so as to form an image of an observation object on the side of the insertion portion 2.
  • the side observation objective lens 8 is disposed closer to the proximal end of the insertion portion 2 than the front observation objective lens 6.
  • the insertion portion 2 is connected to the proximal end side of the curved portion 10 and has flexibility, and the rigid distal end portion 9 provided at the most distal end portion, the curved portion 10 connected to the proximal end side of the distal end portion 9 And a flexible tube portion 11 formed of a long tubular member.
  • the treatment instrument channel opening 7, the objective lens 6 for forward observation, the illumination lens 12, the water supply nozzle 13, and the like are disposed on the distal end surface 9 a of the distal end portion 9.
  • a photographing optical system 14 and an illumination optical system 30 are disposed in the distal end portion 9 of the insertion portion 2.
  • the photographing optical system 14 is housed in a front observation objective lens 6 disposed in front of a portion protruding from the tip end surface 9 a, a side observation objective lens 8 exposed on a side surface around the protruding portion, and a tip portion 9
  • an imaging device (not shown) for capturing an image of the observation object formed by the imaging optical system 16.
  • FIG. 4 details other than the photographing optical system 14 and the illumination optical system 30 are omitted.
  • a treatment instrument channel In the insertion portion 2, a treatment instrument channel, a light guide 17, a signal cable (not shown), and the like are arranged.
  • the treatment instrument channel extends longitudinally from the treatment instrument channel opening 7 of the distal end surface 9a into the insertion portion 2 to a treatment instrument insertion port disposed in the vicinity of the connection portion between the insertion portion 2 and the operation portion 3 .
  • the light guide 17 and the signal cable pass through the inside of the insertion portion 2 in the longitudinal direction from the distal end portion 9 of the insertion portion 2, pass through the inside of the operation portion 3 and pass through the inside of the universal cord 4, and finally the universal It is connected to the connector 5 at the end of the cord 4.
  • the light guide 17 is constituted by a fiber bundle 18 formed by bundling a plurality of light guide fibers for guiding the illumination light.
  • the endoscope system 100 is configured by connecting the control processor 19 which is an external device through the connector unit 5, the light source device (light source) 20 and the display device 21 to the universal cord 4.
  • the operation unit 3 is a portion held by the user when the endoscope 1 is used, and a bending operation knob 22 and a plurality of other operation members corresponding to various operations are disposed on the exterior surface of the operation unit 3.
  • the bending operation knob 22 is an operation member that causes the bending portion 10 of the insertion portion 2 to bend in any direction in the upper, lower, left, and right directions when the user rotates using a finger or the like.
  • the light source device 20 is a device that generates illumination light.
  • the control processor 19 is a signal processing device that controls the entire endoscope system 100 as a whole.
  • the display device 21 is a display unit that displays an endoscope image based on an imaging signal acquired by the endoscope 1 and is configured of, for example, an LCD panel or the like.
  • the control processor 19 transmits a control signal, various detection signals, an acquired image signal, and the like via a signal cable inserted through the endoscope 1. Then, the processed image signal is transmitted to the display device 21 to display an endoscope image, various information, and the like.
  • illumination light from the light source device 20 is guided to the illumination optical system 30 disposed in the insertion unit 2 via the universal cord 4 and the operation unit 3 via the connector unit 5 and directed to the peripheral observation object Are irradiated.
  • the illumination optical system 30 includes a diffusion element 31 as the illumination lens 12 as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the diffusion element 31 is disposed radially outward of the photographing optical system 14 so as to surround the photographing optical system 14 over a predetermined circumferential range centered on the optical axis (central axis) O of the photographing optical system 14. It is formed in an annular shape.
  • the diffusion element 31 has an incident surface 32 on which the illumination light guided in the insertion portion 2 by the light guide 17 is incident, and a reflection surface on which the illumination light incident from the incident surface 32 is deflected by reflection (polarization Surface 33, and an emission surface 34 for emitting the illumination light deflected on the reflection surface 33 radially outward and forward.
  • the incident surface 32 is formed of a plane extending perpendicularly to the optical axis O on the proximal end side of the diffusion element 31.
  • the reflective surface 33 has a tapered shape that is inclined radially outward toward the tip.
  • the tip of the reflecting surface 33 extends flatly (cylindrically) forward along the optical axis O.
  • the emission surface 34 is disposed radially outward of the reflection surface 33, and at least a portion of the emission surface 34 is formed by a curved surface inclined in the direction toward the optical axis O toward the tip.
  • the emitting surface 34 extends forward beyond the tip of the reflecting surface 33 and is connected to a flat portion 42 extending forward from the reflecting surface 33.
  • An incident area where illumination light is incident from the light guide 17 to the diffusion element 31 is disposed at a radially inner portion of the incident surface 32, and the reflecting surface 33 is disposed at a position facing the incident surface 32 in the optical axis O direction. . That is, in FIG. 5, the following conditional expression is satisfied.
  • L Mb is the minimum radius dimension of the reflection surface 33
  • L Mt is the maximum radius dimension of the reflection surface 33
  • L Sb is the minimum radius dimension of the incident area
  • L St is the maximum radius dimension of the incident area.
  • the reflecting surface 33 is disposed in a range in which most of the illumination light incident from the incident region into the diffusing element 31 is incident and deflected.
  • the inclination angle ⁇ of the reflective surface 33 with respect to the optical axis O is set to 0 ⁇ ⁇ 45 °, preferably 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 45 °. Thereby, it is possible to direct most of the illumination light, which enters the diffusion element 31 from the incident region and enters the reflection surface 33, to be directed radially outward and obliquely forward.
  • the emission surface 34 is inclined so that most of the illumination light deflected by the reflection surface 33 is incident at an angle close to 90 °. Thereby, the total reflection of the illumination light on the emission surface 34 can be suppressed, and the utilization efficiency of light can be improved.
  • the hatched area may be an absorbing surface that absorbs illumination light by being fixed to the frames 15a and 15b supporting the diffusion element 31 via an adhesive, or by applying a metal coating. You may comprise as a reflective surface.
  • the diffusion element 31 is configured by dispersing at least one type of fine particles in an optically transparent resin material (uniform medium, resin).
  • the fine particles diffuse the illumination light by Mie scattering.
  • the scattering coefficient ⁇ s and the anisotropy parameter g in Mie scattering theory satisfy the following conditional expression. 0.06 ⁇ ⁇ s (1 / mm) ⁇ 20 (1) 0.5 ⁇ g ⁇ 1 (2)
  • the diffusivity of the diffusion element 31 is sufficiently low, the illumination light can be gradually spread by scattering, the back scattering is small, and the component of the illumination light returning to the light guide 17 side is sufficiently Can be reduced to
  • the diffusion element 31 satisfies the following conditional expression. 0.005 ⁇
  • n1 is the refractive index of the resin material
  • n2 is the refractive index of at least one type of fine particle
  • d is the particle size of the fine particle
  • c is the mass concentration of the fine particle relative to the resin material.
  • the diffusion element 31 By forming the diffusion element 31 with such a material, it is possible to realize the diffusion coefficient of the conditional expression (1) and the anisotropy parameter of the conditional expression (2).
  • the above conditional expression is 0.01 ⁇
  • inorganic fine particles such as silica, alumina, talc, zirconia, zinc oxide or titanium dioxide
  • organic fine particles such as polymethyl methacrylate resin, polystyrene resin, polyurethane resin, benzoguanamine resin or silicone resin
  • air bubbles may be employed as fine particles.
  • polyester resins acrylic resins, acrylic urethane resins, polyester acrylate resins, polyurethane acrylate resins, epoxy acrylate resins, urethane resins, epoxy resins, polycarbonate resins, cellulose resins Acetal resins, vinyl resins, polyethylene resins, polystyrene resins, polypropylene resins, polyamide resins, melamine resins, phenol resins, silicone resins, fluorine resins and the like can be used.
  • a cycloolefin resin or a sulfonic acid resin is desirable from the viewpoint of biocompatibility and chemical resistance.
  • the ride guide 17 is preferably formed in an annular shape extending in the circumferential direction of the incident surface 32 of the diffusion element 31. This can be configured, for example, by annularly shaping the exit end of the fiber bundle 18 that guides the illumination light from the light source device 20, as shown in FIG. Instead of this, as shown in FIGS. 7 and 16, the fiber bundle 18 may be divided into a plurality of pieces in the circumferential direction, and illumination light may be made incident on a plurality of regions.
  • the ride guide 17 is composed of three fiber bundles 18 each of which is molded into a shape that forms a part of a circular arc, and each fiber bundle divides the diffusion element 31 into three equal parts. It is arranged.
  • the ride guide 17 is composed of four fiber bundles 18 each having a substantially circular emission surface, and the fiber bundles 18 are arranged at intervals in each region obtained by equally dividing the diffusion element 31. ing.
  • the illumination optical system 30 according to the present embodiment configured as described above will be described below.
  • the illumination optical system 30 according to the present embodiment when the illumination light guided by the light guide 17 is incident on the incident surface 32 of the diffusion element 31, while it travels in the diffusion element 31, A part collides with particles and is scattered.
  • the illumination optical system 30 since the illumination optical system 30 according to the present embodiment satisfies the conditional expressions (1) and (2), the diffusion property of the diffusion element 31 is sufficiently low, and the traveling direction of the illumination light is scattered. While being gradually expanded, the back scattering in the fine particles is small, and the component of the illumination light returning to the light source device 20 side can be sufficiently reduced. As a result, the illumination light emitted from the emission surface 34 can perform uniform illumination over a wide range, and reduce the loss of the illumination light inside the diffusion element 31 to improve the utilization efficiency of the illumination light. Has the advantage of being able to
  • FIG. 13 is a view showing another example of the diffusion element 31.
  • the diffusion element 31 includes a flat surface 50 that rises substantially in parallel to the incident surface 32 from the tip of the reflective surface 33, and the flat surface 50 and the end of the reflective surface 33 are connected. This flat surface 50 can be used to bond and fix the diffusing element 31.
  • FIG. 14 is a view showing still another example of the diffusion element 31.
  • the diffusion element 31 has a projecting portion 51 projecting rearward from the incident surface 32 on the outside of the flat incident surface 32 where the rear surface faces the ride guide 17 and receives light, and the rear surface 52 of the projecting portion 51 And the exit surface 34 are connected.
  • the effective area of the emission surface 34 extends backward, and the illumination area is further extended to the rear It becomes possible to spread.
  • the reflection surface 33 is formed flat in the cross section, but may be a shape having a curvature such as a concave surface or a convex surface. By doing so, the reflecting surface 33 exhibits a converging and diverging action, and the converging and diverging action can be used to control the distribution of illumination light.
  • FIG. 15 shows an example in which the reflecting surface 33 is a convex surface in the example of FIG.
  • the illumination light emitted from the light guide 17 is guided between the light guide 17 and the diffusion element 31 by total internal reflection.
  • a waveguide member 35 may be provided to be incident on the incident surface 32 of the diffusion element 31.
  • L Mb is the minimum radius dimension of the waveguide member 35
  • L Gt is the maximum radius dimension of the waveguide member 35.
  • the waveguide member 35 is formed in a cylindrical shape coaxially with the diffusion element 31 and extending over a circumferential range equivalent to the diffusion element 31, and the emission end of the light guide 17 disposed opposite to the end face on the proximal end side It is possible to make uniform illumination light enter the diffusion element 31 over the entire circumference by advancing the light in the circumferential direction while advancing the light in the circumferential direction.
  • the illumination light is expanded in the circumferential direction by the waveguide member 35. It is possible to make uniform illumination light enter the diffusion element 31 over the entire circumference.
  • the waveguide member 35 may be made to have a diffusion property by forming the waveguide member 35 with an optically transparent resin material and fine particles dispersed in the resin material. In this way, the illumination light is scattered also in the waveguide member 35, and more uniform illumination light can be made incident on the diffusion element 31.
  • the waveguide member 35 may be formed in a tapered shape or a tapered shape extending along the longitudinal axis.
  • the NA of the illumination light can be reduced and the light can be made incident on the diffusion element 31.
  • the NA of the illumination light can be increased to be incident on the diffusion element 31.
  • the diffusion element 31 and the waveguide member 35 may be disposed with a gap, or may be adhered by a transparent adhesive. By bonding with a transparent adhesive, it is possible to reduce Fresnel loss at the interface and to further improve the utilization efficiency of the illumination light.
  • the diffusion element 31 and the waveguide member 35 may be integrally formed by two-color molding.
  • the inner surface and the outer surface of the waveguide member 35 are coated with a low refractive index cladding material 36 such as a fluorine resin, in order to achieve the total reflection condition on the inner surface of the waveguide member 35. It is also good. As a result, the waveguide member 35 can be bonded and fixed to the frame 15 b or the like, and the manufacture can be facilitated.
  • the clad material 36 may be made of an adhesive and fixed to the frame 15 b by the clad material 36.
  • the diffusion element 31 and the waveguide member 35 may be integrally formed of the same diffusion material.
  • a diffusing element 37 having a shape in which the distal end side of the cylindrical portion extending along the optical axis O curves and spreads radially outward may be adopted.
  • the deflecting surface 38 for deflecting the illumination light by total internal reflection can be configured, and attenuation of the illumination light due to reflection is reduced to perform highly efficient illumination. It has the advantage of being able to In addition, by adopting the longitudinal cross-sectional shape that spreads toward the emission surface 34, there is also an advantage that the spread of the illumination light spread too much by the fine particles can be suppressed, and the light guiding efficiency can be improved.
  • FIG. 12 shows an example in which the diffusion element 31 is constituted by two parts of an outer diffusion portion 39 having only a diffusion function and a waveguide portion 37 having a deflection function.
  • reference numeral 40 denotes the incident surface of the outer diffusion portion 39.
  • the light guide 17 of the light source device 20 may be formed into a shape curved in the outward direction as the waveguide 37 and may be used directly.
  • a plastic fiber as the light guide 17, it is possible to reduce the light amount loss due to the bending and to improve the utilization efficiency.
  • conditional expression (1), (2) it is preferable that both satisfy conditional expression (1), (2). Furthermore, it is more preferable to satisfy conditional expressions (3), (4) and (5).
  • the illumination light from the LED, the laser light source, etc. may be made to be directly incident on the member 35.
  • Scattering coefficient of diffusion element 31 .mu.s can be represented by a scattering cross section of particles sigma s, when the number density of the dispersed particles in the diffusion element 31 and [rho s following equation (6).
  • ⁇ s ⁇ s ⁇ s (6)
  • the ⁇ s in the equation (6) can be expressed by the following equation (7), where A is a geometrical cross section of the fine particle, and Q s is a scattering efficiency of the fine particle.
  • ⁇ s Q s A (7)
  • Q s in Formula (7) is represented by the following Formula (8).
  • J k + 0.5 (z) in equation (12) and Y k + 0.5 (z) in equation (13) are the first Bessel function and the second Bessel function, respectively.
  • i is an imaginary unit.
  • n represents the ratio of the refractive index of the fine particles to the transparent resin, and is represented by the following formula (14).
  • x represents the ratio of the radius a of the fine particle to the wavelength ⁇ of the illumination light, and is expressed by the following equation (15).
  • the anisotropy parameter g of the fine particle means the average of the cosine of the scattering angle when light is scattered by a single particle, and can take a value of ⁇ 1 ⁇ g ⁇ 1.
  • g is calculated by the following equation (16).
  • * in Formula (16) shows complex conjugation and Re represents the real part in ⁇ .

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Abstract

広範囲を均一に照明可能でありながら、照明光の利用効率を向上することを目的として、本発明に係る照明光学系（３０）は、光源から射出された照明光を拡散させて射出する拡散素子（３１）を備え、拡散素子（３１）が１種類以上の微粒子を微粒子とは異なる材質からなる均一媒質中に分散させてなるとともに、以下の条件式を満足する。　０．０６≦μｓ（１／ｍｍ）≦２０　０．５≦ｇ＜１　ここで、μｓは拡散素子の散乱係数、ｇは均一媒質中の微粒子の異方性パラメータである。

Description

照明光学系
　本発明は、照明光学系に関するものである。
　１８０°以上の広い画角を有し、前方および側方、さらには後方の視野を同時に観察可能な内視鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　特許文献１の内視鏡の照明光学系は、円筒状の拡散層とその内面に配置された反射面とを備え、拡散層の軸方向の一端側から入射させた照明光を拡散層内において拡散させることで、広範囲を均一に照明することができる。
特開２０１５－１６０２０号公報
　特許文献１の照明光学系は、拡散層として、等方拡散となるような拡散材を使用しているため、後方散乱によって光源側に戻る成分が多く存在するという不都合がある。また、拡散層内に分散されている拡散材の各粒子において照明光が等方拡散されるため、拡散層からの射出面に入射する照明光には射出面において全反射して射出されない成分が多く存在する。このような照明光成分は光源側に戻って損失となる他、反射面において反射された後に射出面から射出される成分においても、反射面における反射の際に減衰するので、拡散層から射出される照明光の光量が低下してしまうという不都合がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、広範囲を均一に照明可能でありながら、照明光の利用効率を向上することができる照明光学系を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、光源から入射された照明光を拡散させて射出する拡散素子を備え、該拡散素子が、１種類以上の微粒子を該微粒子とは異なる材質からなる均一媒質中に分散させてなるとともに、以下の条件式を満足する照明光学系である。
　０．０６≦μｓ（１／ｍｍ）≦２０
　０．５≦ｇ＜１
　ここで、μｓは前記拡散素子の散乱係数、ｇは前記均一媒質中の前記微粒子の異方性パラメータである。
　本態様によれば、光源から射出された照明光が拡散素子内に入射されると、均一な媒質中を導光されながら、該均一媒質中に分散されている微粒子との衝突により散乱される。微粒子の異方性パラメータを０．５≦ｇ＜１とすることにより、1度の粒子との衝突による散乱角度を小さく制限し、1度の散乱により照明光の向きが大きく変更されることを防ぐことができ、後方散乱を抑制することができる。また、拡散素子の散乱係数を０．０６≦μｓ≦２０とすることにより、照明光が微粒子と衝突する機会が制限され、照明光の多くの成分が強く散乱されることなく拡散素子内を進行する。これにより、光源側に戻る照明光の成分を低減して照明光の利用効率を向上することができる。
　上記態様においては、前記均一媒質が、光学的に透明な樹脂であり、以下の条件式を満足してもよい。
　０．００５≦｜ｎ１－ｎ２｜≦０．５
　０．５≦ｄ（μｍ）≦５０
　０．１≦ｃ（重量％）≦５０
　ここで、ｎ１は前記樹脂の屈折率、ｎ２は少なくとも１種類の前記微粒子の屈折率、ｄは前記微粒子の粒子径、ｃは前記樹脂に対する前記微粒子の質量濃度である。
　また、上記態様においては、前記拡散素子が、中心軸回りの全周または周方向の一部にわたって延びる円環状に形成され、前記中心軸方向の一端に配置され前記光源からの前記照明光を入射させる入射面と、該入射面に前記中心軸方向に対向して配置され、前記入射面に入射された前記照明光を径方向外方に偏向するように、前記中心軸に対して０°より大きく４５°以下の角度をなして前記入射面から前記中心軸に沿って離れるに従って径方向外方に延びるように傾斜する偏向面と、該偏向面より径方向外方に配置され、前記偏向面において偏向された前記照明光を射出させる射出面とを備え、該射出面が、前記入射面から前記中心軸に沿って離れるに従って径方向内方に延びるように傾斜していてもよい。
　光源から射出され入射面から拡散素子内に入射された照明光は拡散素子内の微粒子によって散乱されるが、大部分は等方散乱のように強く拡散されることなく拡散素子内を進行し、入射面に対して中心軸方向に対向する偏向面によって径方向外方に偏向され、射出面に指向される。そして、偏向面から射出面に至る間にも、同様に然程強く拡散されない。このため、照明光の多くの部分が途中で後方散乱されることなく射出面に向かい、且つ、射出面において全反射される成分も少なくなる。このため、光源側に戻る照明光の成分を低減して照明光の利用効率を向上することができ、広範囲で均一な照明を得ることができる。
　また、上記態様においては、前記偏向面が曲率を有していてもよい。
　また、上記態様においては、前記光源と前記入射面との間に、前記中心軸回りの全周または周方向の一部にわたって延びる円環状に形成され、前記光源から射出された前記照明光を内部全反射により導光して前記入射面に入射させる導波部材を備えていてもよい。
　このようにすることで、光源から射出された照明光が導波部材内で導光されながら、周方向の全体にわたって均一に広がるので、光源が周方向に間隔をあけて不連続に配置されている場合であっても拡散素子の射出面全体から均一な照明光を射出させることができる。
　また、上記態様においては、前記導波部材が、１種類以上の微粒子を光学的に透明な樹脂中に分散させることにより光拡散素子として構成されていてもよい。
　このようにすることで、導波部材を構成する透明な樹脂中に分散されている微粒子によって、照明光が散乱されながら導光されるので、より均一な照明を行うことができる。
　また、上記態様においては、前記偏向面が、前記照明光を内部全反射により偏向してもよい。
　このようにすることで、反射による偏向をなくして、照明光の減衰を抑え、より効率的な照明を行うことができる。
　また、上記態様においては、前記拡散素子は、中心軸回りの全周または周方向の一部にわたって延びる円環状の導波路として形成され、前記拡散素子の横断面が、入射面から射出面に向かって前記中心軸に対して外側に湾曲した形状を有し、前記射出面は、前記入射面から前記中心軸に沿って離れるに従って径方向内方に延びるように傾斜していてもよい。
　また、上記態様においては、前記光源からの前記照明光を入射面で受けて内部全反射により射出面まで導光する導波路と、前記射出面に対向して配置された外側拡散素子とを備え、前記導波路は、中心軸回りの全周または周方向の一部にわたって延びる円環状に形成され、前記導波路の横断面が前記入射面から前記射出面に向かって前記中心軸に対し外側に湾曲した形状を有し、前記外側拡散素子の射出面が、前方に向かって径方向内側に延びるように傾斜していてもよい。
　このようにすることで、導波路によって均一化され射出面から射出された照明光を外側拡散素子の入射面から入射させてさらに散乱させて射出することができ、前段の導波路には、散乱を抑えた均一な照明光を高効率に導光させ、後段の外側拡散素子には、導光されてきた照明光を散乱させることにより、広範囲に均一な照明を高効率に行うことができる。
　また、上記態様においては、導波路が拡散素子として構成されていてもよい。
　このようにすることで、更に均一な照明を行うことができる。
　本発明によれば、広範囲を均一に照明しながら、照明光の利用効率を向上することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る照明光学系を備える内視鏡を示す全体構成図である。 図１の内視鏡の先端部の一部を拡大して示す斜視図である。 図２の内視鏡の先端部を示す正面図である。 図２の内視鏡の先端部を示す部分的な縦断面図である。 図１の内視鏡に備えられる本実施形態に係る照明光学系を示す縦断面図である。 図５の照明光学系の拡散素子とライトガイドとの位置関係の一例を示す横断面図である。 図５の照明光学系の拡散素子とライトガイドとの位置関係の他の例を示す横断面図である。 図５の照明光学系の第１の変形例を示す縦断面図である。 図６の照明光学系に備えられる導波部材とライトガイドとの配置の一例を示す斜視図である。 図５の照明光学系の第２の変形例を示す縦断面図である。 図５の照明光学系の第３の変形例を示す縦断面図である。 図５の照明光学系の第４の変形例を示す縦断面図である。 図５の照明光学系の第５の変形例を示す縦断面図である。 図５の照明光学系の第６の変形例を示す縦断面図である。 図５の照明光学系の第７の変形例を示す縦断面図である。 図５の照明光学系の第８の変形例における拡散素子とライトガイドとの位置関係の一例を示す横断面図である。
　本発明の一実施形態に係る照明光学系３０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る照明光学系３０は、内視鏡１の挿入部２の先端に備えられている。
　内視鏡１は、図１に示されるように、体腔内等に挿入される細長い挿入部２と、該挿入部２の基端に設けられる操作部３と、操作部３から延びるユニバーサルコード４と、該ユニバーサルコード４の末端に設けられたコネクタ部５とを備えている。
　挿入部２の先端には、図２から図４に示されるように、先端面９ａに直視用の前方観察用対物レンズ６が前方に向けて配置されているとともに、前方観察用対物レンズ６の近傍に、側視用の側方観察用対物レンズ８および照明用レンズ１２が配置されている。これにより、内視鏡１は、前方視野と側方視野とを同時に観察し得る広い視野範囲を有している。
　前方観察用対物レンズ６は、挿入部２の前方の観察対象物を結像させるようになっている。また、側方観察用対物レンズ８は、挿入部２の側方の観察対象物を結像させるように略円柱状に形成されている。側方観察用対物レンズ８は、前方観察用対物レンズ６よりも挿入部２の基端側に配置されている。
　挿入部２は、最先端部に設けられる硬性の先端部９と、該先端部９の基端側に接続する湾曲部１０と、該湾曲部１０の基端側に接続し可撓性を有する長尺の管状部材からなる可撓管部１１とを備えている。
　先端部９の先端面９ａには、図２および図３に示されるように、処置具チャンネル開口７や前方観察用対物レンズ６、照明用レンズ１２および送水ノズル１３等が配置されている。
　挿入部２の先端部９内には、図４に示されるように、撮影光学系１４および照明光学系３０が配置されている。撮影光学系１４は、先端面９ａから突出した部分の前方に配置された前方観察用対物レンズ６、突出した部分の周囲の側面に露出する側方観察用対物レンズ８、先端部９内に収容されている結像光学系１６および結像光学系１６により結像された観察対象物の像を撮影する図示しない撮像素子とを備えている。なお、図４においては、撮影光学系１４、照明光学系３０以外の細部は省略している。
　挿入部２内には、処置具チャンネル、ライトガイド１７および信号ケーブル（不図示）等が配置されている。処置具チャンネルは、先端面９ａの処置具チャンネル開口７から挿入部２内を長手方向に貫通して挿入部２と操作部３との接続部近傍に配置された処置具挿入口まで延びている。また、ライトガイド１７および信号ケーブルは、挿入部２の先端部９から、挿入部２内を長手方向に貫通し、操作部３内を経てユニバーサルコード４の内部を通過して、最終的にユニバーサルコード４の末端のコネクタ部５に接続している。
　ライトガイド１７は、照明光を導光するための複数のライトガイドファイバを束ねて形成されたファイババンドル１８により構成されている。
　ユニバーサルコード４がコネクタ部５を介して外部装置である制御プロセッサ１９、光源装置（光源）２０および表示装置２１が接続されることによって、内視鏡システム１００が構成されている。
　操作部３は、使用者が内視鏡１を使用する際に把持する部位であり、その外装表面上には、湾曲操作ノブ２２やその他各種の動作に対応する複数の操作部材が配置されている。ここで、例えば、湾曲操作ノブ２２は、使用者が手指等を用いて回転操作することによって、挿入部２の湾曲部１０を上下左右の任意の方向に湾曲させる操作部材である。
　光源装置２０は照明光を発生させる装置である。制御プロセッサ１９は、内視鏡システム１００全体を統括的に制御する信号処理装置である。表示装置２１は、内視鏡１によって取得された撮像信号に基づいて内視鏡画像を表示させる表示部であって、例えば、ＬＣＤパネル等により構成されている。
　制御プロセッサ１９は、内視鏡１内を挿通する信号ケーブルを介して制御信号や各種の検出信号、取得した画像信号等の伝送を行う。そして、処理済みの画像信号を表示装置２１へと伝達して、内視鏡画像や各種の情報等を表示させる。また、光源装置２０からの照明光はコネクタ部５を介してユニバーサルコード４および操作部３を介して挿入部２に配置されている照明光学系３０へと導かれ、周辺の観察対象物に向けて照射されるようになっている。
　本実施形態に係る照明光学系３０は、図４および図５に示されるように、照明用レンズ１２として拡散素子３１を備えている。
　拡散素子３１は、撮影光学系１４の径方向外方に、撮影光学系１４の光軸（中心軸）Ｏを中心とした所定の周方向範囲にわたって、撮影光学系１４を取り囲むように配置された円環状に形成されている。
　また、拡散素子３１は、ライトガイド１７によって挿入部２内を導光されてきた照明光を入射させる入射面３２と、該入射面３２から入射された照明光を反射により偏向させる反射面（偏向面）３３と、該反射面３３において偏向された照明光を径方向外方および前方に射出させる射出面３４とを備えている。
　入射面３２は、拡散素子３１の基端側に光軸Ｏに直交して延びる平面からなっている。
　反射面３３は、先端に向かって径方向外方に傾斜するテーパ形状を有している。反射面３３の先はほぼ光軸Ｏに沿って平坦に（円筒形に）前方に延びている。
　また、射出面３４は、反射面３３の径方向外方に配置され、少なくとも一部が、先端に向かって光軸Ｏに近接する方向に傾斜する曲面により構成されている。射出面３４は反射面３３の先端を越えて前方に延びており、反射面３３から前方に延びた平坦部４２と接続される。
　ライトガイド１７から拡散素子３１に照明光を入射させる入射領域は、入射面３２の径方向内側部分に配置され、反射面３３は入射面３２に光軸Ｏ方向に対向する位置に配置されている。すなわち、図５において、以下の条件式を満足している。
　ＬＭｂ≦ＬＳｂ＜ＬＭｔ
　ＬＭｂ≦ＬＳｔ＜ＬＭｔ
　ここで、ＬＭｂは反射面３３の最小半径寸法、ＬＭｔは反射面３３の最大半径寸法、ＬＳｂは入射領域の最小半径寸法、ＬＳｔは入射領域の最大半径寸法である。
　これにより、反射面３３は、入射領域から拡散素子３１内に入射された照明光の大部分を入射させて偏向する範囲に配置されている。
　反射面３３の光軸Ｏに対する傾斜角度θは、０＜θ≦４５°、望ましくは２０°≦θ≦４５°に設定されている。これにより、入射領域から拡散素子３１内に入射され、反射面３３に入射する大部分の照明光を径方向外方かつ斜め前方に指向させることができるようになっている。射出面３４は、反射面３３によって偏向されてきた大部分の照明光を９０°に近い角度で入射させるように傾斜している。これにより、射出面３４における照明光の全反射を抑制することができ、光の利用効率を向上させることができる。
　図５中、斜線で示した領域は、拡散素子３１を支持する枠体１５ａ，１５ｂに接着剤を介して固定することにより照明光を吸収する吸収面としてもよいし、金属コーティングを施すことにより反射面として構成してもよい。
　拡散素子３１は、光学的に透明な樹脂材料（均一媒質、樹脂）に少なくとも１種類の微粒子を分散させて構成されている。微粒子はＭｉｅ散乱により照明光を拡散させるものである。
　拡散素子３１は、Ｍｉｅ散乱理論における散乱係数μｓおよび異方性パラメータｇが、以下の条件式を満たすものである。
　０．０６≦μｓ（１／ｍｍ）≦２０　　　　（１）
　０．５≦ｇ＜１　　　　　　　　　　　　　（２）
　これらの条件式を満たすことにより、拡散素子３１の拡散性が十分に低く、照明光を散乱によって徐々に広げることができるとともに、後方散乱が少なく、ライトガイド１７側に戻る照明光の成分を十分に低減することができるようになっている。
　さらに具体的には、拡散素子３１は、以下の条件式を満足している。
　０．００５≦｜ｎ１－ｎ２｜≦０．５　　　（３）
　０．５≦ｄ（μｍ）≦５０　　　　　　　　（４）
　０．１≦ｃ（重量％）≦５０　　　　　　　（５）
　ここで、ｎ１は樹脂材料の屈折率、ｎ２は少なくとも１種類の微粒子の屈折率、ｄは微粒子の粒子径、ｃは樹脂材料に対する微粒子の質量濃度である。
　このような材料により拡散素子３１を構成することにより、上記条件式（１）の拡散係数および条件式（２）の異方性パラメータを実現することができる。
　なお、上記条件式は、
　０．０１≦｜ｎ１－ｎ２｜≦０．５　　　　（３´）
　０．５≦ｄ（μｍ）≦３０　　　　　　　　（４´）
　０．１≦ｃ（重量％）≦２０　　　　　　　（５´）
であることが好ましい。
　微粒子としては、シリカ、アルミナ、タルク、ジルコニア、酸化亜鉛あるいは二酸化チタン等の無機系微粒子や、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂あるいはシリコーン樹脂等の有機系微粒子を採用することができる。また、気泡を微粒子として採用してもよい。
　また、樹脂材料としては、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルウレタン系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、セルロース系樹脂、アセタール系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂あるいはフッ素系樹脂等が使用可能である。人体内に挿入する内視鏡１の最外層として使用する場合には生体適合性や耐薬品性等の観点からシクロオレフィン系樹脂またはスルホン酸系樹脂が望ましい。
　ライドガイド１７は、拡散素子３１の入射面３２の周方向にわたって延びる円環状に形成されていることが好ましい。これは例えば、図６に示されるように、光源装置２０からの照明光を導光してくるファイババンドル１８の射出端を円環状に成形することにより構成することができる。これに代えて、図７および図１６に示されるように、ファイババンドル１８を周方向に複数に分割し、複数の領域に照明光を入射させることにしてもよい。図７においては、ライドガイド１７は各々が円弧の一部をなす形状に成型された３つのファイババンドル１８で構成されており、各ファイババンドルが拡散素子３１を３等分した各領域に間隔をおいて配置されている。図１６においては、ライドガイド１７は、略円形の射出面を持つ４つのファイババンドル１８で構成されており、各ファイババンドル１８が拡散素子３１を４等分した各領域に間隔をおいて配置されている。
　このように構成された本実施形態に係る照明光学系３０の作用について、以下に説明する。
　本実施形態に係る照明光学系３０によれば、ライトガイド１７により導光されてきた照明光が、拡散素子３１の入射面３２に入射されると、拡散素子３１内を進行する間に、その一部が微粒子に衝突して散乱される。
　この場合において、本実施形態に係る照明光学系３０は、条件式（１），（２）を満足しているので、拡散素子３１の拡散性が十分に低く、照明光の進行方向が散乱によって徐々に広げられるとともに、微粒子における後方散乱が少なく、光源装置２０側に戻る照明光の成分を十分に低減することができる。その結果、射出面３４から射出される照明光により、広範囲にわたる均一な照明を実施することができるとともに、拡散素子３１内部における照明光の損失を低減して、照明光の利用効率を向上することができるという利点がある。
　図１３は拡散素子３１の他の例を示す図である。この拡散素子３１は、反射面３３の先端から入射面３２に略平行に立ち上がる平坦面５０を備えており、平坦面５０と反射面３３の終端が接続されている。この平坦面５０は、拡散素子３１を接着および固定するために利用することができる。
　図１４は拡散素子３１の更に他の例を示す図である。この拡散素子３１は、後面がライドガイド１７に対向して光を受ける平坦な入射面３２の外側に、入射面３２より後方に突出した突出部５１を有しており、突出部５１の後面５２と射出面３４とが接続されている。
　この構成では、射出面３４の光源装置２０側の終端が光源装置２０の発光面よりも後方に位置しているため、射出面３４の有効領域が後方へ広がっており、照明領域をより後方まで広げることが可能となる。
　なお、各拡散素子３１において、反射面３３はその断面において平坦に形成されているが、凹面または凸面など曲率を有する形状としてもよい。このようにすることにより、反射面３３が収斂および発散作用を示し、その収斂および発散作用を照明光の配光の制御に利用することができる。図１５は、図１４の例において、反射面３３を凸面とした例である。
　図５の例に戻って、本実施形態においては、図８に示されるように、ライトガイド１７と拡散素子３１との間に、ライトガイド１７から射出された照明光を内部全反射により導光して拡散素子３１の入射面３２に入射させる導波部材３５を備えていてもよい。また、図８においては以下の条件式を満足することが好ましい。
　ＬＭｂ≦ＬＧｂ＜ＬＭｔ
　ＬＭｂ≦ＬＧｔ＜ＬＭｔ
　ここで、ＬＧｂは導波部材３５の最小半径寸法、ＬＧｔは導波部材３５の最大半径寸法である。
　導波部材３５は、拡散素子３１と同軸に、かつ、拡散素子３１と同等の周方向範囲にわたって延びる円筒状に形成されており、基端側の端面に対向配置されたライトガイド１７の射出端から入射された照明光を周方向に広げながら長手方向に進行させることで、全周にわたって均一な照明光を拡散素子３１に入射させることができるようになっている。
　特に、図９に示されるように、ライトガイド１７を構成するファイババンドル１８が周方向に間隔をあけて不連続に配置されている場合においても、導波部材３５によって照明光を周方向に広げることができ、拡散素子３１に、全周にわたって均一な照明光を入射させることができる。
　また、導波部材３５を光学的に透明な樹脂材料と該樹脂材料内に分散された微粒子とにより構成することにより、導波部材３５にも拡散特性を持たせることにしてもよい。このようにすることで、導波部材３５内においても照明光が散乱されて、より均一な照明光を拡散素子３１に入射させることができる。
　また、導波部材３５を長手軸に沿って広がるテーパ状あるいは狭まるテーパ状に形成してもよい。照明光の進行方向に向かって広がるテーパ状に形成することで照明光のＮＡを小さくして拡散素子３１に入射させることができる。また、照明光の進行方向に向かって広がるテーパ状に形成することで、照明光のＮＡを大きくして拡散素子３１に入射させることができる。
　また、拡散素子３１と導波部材３５とは隙間を空けて配置されていてもよいし、透明な接着剤によって接着することにしてもよい。透明な接着剤により接着することで、境界面におけるフレネルロスを低減し、照明光の利用効率をさらに向上することができるという利点がある。また、拡散素子３１と導波部材３５を二色成形により一体として構成してもよい。
　また、導波部材３５の内面における全反射条件を達成するために、図１０に示されるように、導波部材３５の内面および外面にフッ素樹脂等の低屈折率のクラッド材３６をコーティングしてもよい。これにより、導波部材３５を枠体１５ｂ等に接着固定することができ、製造を容易にすることができる。クラッド材３６を接着剤により構成し、枠体１５ｂへの固定をクラッド材３６によって行うことにしてもよい。
　また、拡散素子３１と導波部材３５とを同一の拡散材料により一体的に構成してもよい。
　この場合には、図１１に示されるように、光軸Ｏに沿って延びる円筒状部分の先端側が径方向外方に向かって湾曲して広がる形状の拡散素子３７を採用してもよい。
　このようにすることで、反射面３３に代えて、内部の全反射により照明光を偏向する偏向面３８を構成することができ、反射による照明光の減衰を低減して高効率な照明を行うことができるという利点がある。
　また、射出面３４に向かって広がる縦断面形状を採用することにより、微粒子によって広がりすぎた照明光の広がりを抑えて、導光効率を向上することができるという利点もある。
　図１２は、拡散素子３１を、拡散機能のみ有する外側拡散部３９と、偏向機能を有する導波部３７の２部品から構成した例である。図中、符号４０は外側拡散部３９の入射面を示している。２つの部品における拡散性を異ならせることにより、図１６に示されるように、ライトガイド１７のファイババンドル１８の大きさが小さい場合に、照明光の円周方向への均一化および照明光の利用効率の向上を両立させる設計を容易にすることができるという利点がある。また、導波部３７には微粒子を分散させず、透明な導光部材として構成してもよい。この場合、導波部３７として光源装置２０のライトガイド１７を外側方向に湾曲させた形状に成型して直接使用してもよい。ライトガイド１７としてプラスチックファイバを用いることで、湾曲による光量損失を低減することができ利用効率を向上させることができる。
　また、外側拡散部３９と導波部３７の双方が拡散機能を持つ場合は、双方が条件式（１），（２）を満足することが好ましい。また、条件式（３），（４），（５）を満足することがさらに好ましい。
　また、光源装置２０からの照明光をライトガイド１７を使用して導光する場合を例示して説明したが、これに代えて、ＬＥＤやレーザ光源等からの照明光を拡散素子３１あるいは導波部材３５に直接入射させることにしてもよい。
　なお、本発明で用いた散乱係数および異方性パラメータは一般的なものであるが、念のため、以下に簡単に説明しておく。（参考文献：“Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔ　ｂｙ　Ｓｍａｌｌ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ“，　Ｃｒａｉｇ　Ｆ．　Ｂｏｈｒｅｎ，　Ｄｏｎａｌｄ　Ｒ．　Ｈｕｆｆｍａｎ著，Ｗｉｌｅｙ－ＶＣＨ　Ｖｅｒｌａｇ　ＧｍｂＨ　＆　Ｃｏ．　ＫＧａＡ社）
　拡散素子３１の散乱係数μｓは、微粒子の散乱断面積をσｓ、拡散素子３１中に分散された微粒子の数密度をρｓとすると下記の式（６）により表すことができる。
　μｓ＝ρｓσｓ　　　　　　　　　　　（６）
　式（６）中のσｓは、微粒子の幾何的断面積をＡ、微粒子の散乱効率をＱｓとすると、下記の式（７）により表すことができる。
　σｓ＝ＱｓＡ　　　　　　　　　　　（７）
　式（７）中のＱｓは、下記の式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　である。
　式（１２）のＪｋ＋０．５（ｚ）、式（１３）のＹｋ＋０．５（ｚ）はそれぞれ第１種ベッセル関数および第２種ベッセル関数である。なお、ｉは虚数単位である。
　また、ｎは微粒子と透明樹脂の屈折率の比を表し、下記の式（１４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　ｘは、微粒子の半径ａと照明光の波長λの比を表し、下記の式（１５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　微粒子の異方性パラメータｇは、単一粒子によって光が散乱する際の、散乱角の余弦の平均を意味し、－１≦ｇ≦１の値をとりうる。特にｇ＝－１のときは、入射角と間逆の方向にのみ散乱し、ｇ＝１のときは入射角と同一の方向にのみ散乱する（すなわち、散乱しない）。また、ｇ＝０で完全な等方散乱となる。ｇは下記の式（１６）より算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　なお、式（１６）中の＊は複素共役を示し、Ｒｅは｛　｝内の実部を表す。
　２０　光源装置（光源）
　３０　照明光学系
　３１，３７　拡散素子
　３２　入射面
　３３　反射面（偏向面）
　３４　射出面
　３５　導波部材
　３８　偏向面
　３９　外側拡散素子
　４０　入射面
　Ｏ　光軸（中心軸）
 

Claims (10)

  1. 　光源から入射された照明光を拡散させて射出する拡散素子を備え、
    　該拡散素子が、１種類以上の微粒子を該微粒子とは異なる材質からなる均一媒質中に分散させてなるとともに、以下の条件式を満足する照明光学系。
    　０．０６≦μｓ（１／ｍｍ）≦２０
    　０．５≦ｇ＜１
    　ここで、μｓは前記拡散素子の散乱係数、ｇは前記均一媒質中の前記微粒子の異方性パラメータである。
  2. 　前記均一媒質が、光学的に透明な樹脂であり、
    　以下の条件式を満足する請求項１に記載の照明光学系。
    　０．００５≦｜ｎ１－ｎ２｜≦０．５
    　０．５≦ｄ（μｍ）≦５０
    　０．１≦ｃ（重量％）≦５０
    　ここで、ｎ１は前記樹脂の屈折率、ｎ２は少なくとも１種類の前記微粒子の屈折率、ｄは前記微粒子の粒子径、ｃは前記樹脂に対する前記微粒子の質量濃度である。
  3. 　前記拡散素子が、中心軸回りの全周または周方向の一部にわたって延びる円環状に形成され、前記中心軸方向の一端に配置され前記光源からの前記照明光を入射させる入射面と、該入射面に前記中心軸方向に対向して配置され、前記入射面に入射された前記照明光を径方向外方に偏向するように、前記中心軸に対して０°より大きく４５°以下の角度をなして前記入射面から前記中心軸に沿って離れるに従って径方向外方に延びるように傾斜する偏向面と、該偏向面より径方向外方に配置され、前記偏向面において偏向された前記照明光を射出させる射出面とを備え、
    　該射出面が、前記入射面から前記中心軸に沿って離れるに従って径方向内方に延びるように傾斜している請求項１または請求項２に記載の照明光学系。
  4. 　前記偏向面が曲率を有している請求項３に記載の照明光学系。
  5. 　前記光源と前記入射面との間に、前記中心軸回りの全周または周方向の一部にわたって延びる円環状に形成され、前記光源から射出された前記照明光を内部全反射により導光して前記入射面に入射させる導波部材を備える請求項３または請求項４に記載の照明光学系。
  6. 　前記導波部材が、１種類以上の微粒子を光学的に透明な樹脂中に分散させることにより光拡散素子として構成される請求項５に記載の照明光学系。
  7. 　前記偏向面が、前記照明光を内部全反射により偏向する請求項３から請求項６のいずれかに記載の照明光学系。
  8. 　前記拡散素子は、中心軸回りの全周または周方向の一部にわたって延びる円環状の導波路として形成され、前記拡散素子の横断面が、入射面から射出面に向かって前記中心軸に対して外側に湾曲した形状を有し、
    　前記射出面は、前記入射面から前記中心軸に沿って離れるに従って径方向内方に延びるように傾斜している請求項１または請求項２に記載の照明光学系。
  9. 　前記光源からの前記照明光を入射面で受けて内部全反射により射出面まで導光する導波路と、前記射出面に対向して配置された外側拡散素子とを備え、
    　前記導波路は、中心軸回りの全周または周方向の一部にわたって延びる円環状に形成され、前記導波路の横断面が前記入射面から前記射出面に向かって前記中心軸に対し外側に湾曲した形状を有し、
    　前記外側拡散素子の射出面が、前方に向かって径方向内側に延びるように傾斜している請求項１または請求項２に記載の照明光学系。
  10. 　前記導波路が光拡散素子として構成される請求項９に記載の照明光学系。
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