WO2020039600A1 - 光源システム及び光源装置 - Google Patents

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WO2020039600A1
WO2020039600A1 PCT/JP2018/037947 JP2018037947W WO2020039600A1 WO 2020039600 A1 WO2020039600 A1 WO 2020039600A1 JP 2018037947 W JP2018037947 W JP 2018037947W WO 2020039600 A1 WO2020039600 A1 WO 2020039600A1
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light
irradiation
lens
angle
light source
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PCT/JP2018/037947
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English (en)
French (fr)
Inventor
敏博 大口
Original Assignee
株式会社住田光学ガラス
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Publication date
Application filed by 株式会社住田光学ガラス filed Critical 株式会社住田光学ガラス
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides

Definitions

  • the present invention relates to a light source system and a light source device.
  • a light source system for transmitting irradiation light emitted from a light emitting element to an object to be irradiated via an arbitrary optical system.
  • a light source system in order to improve the brightness of the irradiation light on the irradiation target, it is considered to collect and use the irradiation light emitted by a plurality of light emitting elements.
  • Patent Literature 1 discloses an endoscope that transmits irradiation light emitted by a light emitting element to an irradiation target via a light guide.
  • Patent Literature 2 discloses an illumination device that irradiates irradiation light from a plurality of light sources to an irradiation target object via a focusing lens and a collimator lens.
  • the light guide needs to be configured by an optical transmission path having a large diameter and a high numerical aperture. As a result, the specifications of the light guide are restricted, and as a result, the specifications of the irradiation light on the irradiation target are restricted.
  • An object of the present invention which has been made in view of such a problem, is that even when it is necessary to obtain high luminance, the specification of the irradiation light on the irradiation target can be adjusted with a higher degree of freedom, and the convenience of the user can be improved.
  • An object of the present invention is to provide a light source system and a light source device with improved performance.
  • a light source system includes: A light source device for irradiating light to the outside, A light guide having a plurality of light transmission paths and coupling light emitted from an emission surface of the light source device; With The light source device, A first irradiator having a first light emitting element for irradiating the first irradiation light, A second irradiator having a second light emitting element for irradiating the second irradiation light, A first lens unit that acts on the first irradiation light emitted from the first irradiation unit and condenses the first irradiation light on an emission surface of the light source device; A second lens unit that acts on the second irradiation light emitted from the second irradiation unit and condenses the second irradiation light on an emission surface of the light source device; Has, A first optical axis orthogonal to a first emission surface of the first light emitting element and
  • a collection angle of the first irradiation light collected by the first lens unit and a collection angle of the second irradiation light collected by the second lens unit are each equal to or smaller than a second angle;
  • Each of the values of the first angle and the half of the second angle is smaller than a light receiving angle corresponding to a numerical aperture of the optical transmission path constituting the light guide.
  • a value obtained by adding a value of ⁇ of the second angle to the first angle may be equal to or smaller than the light receiving angle.
  • Each of the first lens unit and the second lens unit includes a first lens, a second lens, and a third lens that are sequentially arranged from a corresponding irradiation unit side toward an emission surface side of the light source device. You may.
  • the first lens is a plano-convex lens
  • the second lens is a concave-convex lens
  • the third lens is a biconvex lens
  • Each lens may be arranged so that the convex surface faces the light emitting surface of the light source device.
  • the first lens is a spherical lens
  • the second lens is an aspheric lens
  • the third lens may be an aspheric lens.
  • the light source device A third irradiator having a third light emitting element for irradiating the third irradiation light, A fourth irradiator having a fourth light emitting element for irradiating the fourth irradiation light, A third lens unit that acts on the third irradiation light emitted from the third irradiation unit and condenses the third irradiation light on an emission surface of the light source device; A fourth lens unit that acts on the fourth irradiation light emitted from the fourth irradiation unit and condenses the fourth irradiation light on an emission surface of the light source device; Further having An angle formed between a third optical axis orthogonal to a third emission surface of the third light emitting element and a fourth optical axis orthogonal to a fourth emission surface of the fourth light emitting element, and the emission optical axis is equal to the first optical axis. Less than the angle, Even if each
  • the first angle may be 20 degrees.
  • the second angle may be 30 degrees.
  • a light source device includes: A light source device for irradiating light to the outside, A first irradiator having a first light emitting element for irradiating the first irradiation light, A second irradiator having a second light emitting element for irradiating the second irradiation light, A first lens unit that acts on the first irradiation light emitted from the first irradiation unit and condenses the first irradiation light on an emission surface of the light source device; A second lens unit that acts on the second irradiation light emitted from the second irradiation unit and condenses the second irradiation light on an emission surface of the light source device; With A first optical axis orthogonal to a first emission surface of the first light emitting element and a second optical axis orthogonal to a second emission surface of the second light emitting element; and an emission optical axis orthogonal to an emission
  • each of the converging angle of the first irradiation light condensed by the first lens unit and the converging angle of the second irradiation light condensed by the second lens unit is 30 ° or less.
  • the light source system and the light source device according to the embodiment of the present invention, even when it is necessary to obtain high luminance, it is possible to adjust the specification of the irradiation light on the irradiation object with a higher degree of freedom, Convenience is improved.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a light source system according to one embodiment as viewed from above.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state where the light source device and the light guide of FIG. 1 are separated.
  • FIG. 3 is an external perspective view illustrating a single light source device of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an inside perspective view of the light source device of FIG. 3 from which a housing is omitted.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV of FIG. 3.
  • FIG. 3 is a schematic diagram specifically showing a lens system included in each lens unit. It is the front view which showed the mode that the irradiation light emitted from each lens part was condensed on the emission surface of a light source device by simulation. It is the perspective view which showed the mode that the irradiation light emitted from each lens part was condensed on the emission surface of a light source device by simulation.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a light source system 1 according to an embodiment as viewed from above.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state where the light source device 10 and the light guide 20 of FIG. 1 are separated.
  • illustration of a first heat radiating portion 13a, a second heat radiating portion 13b, a third heat radiating portion 13c, and a fourth heat radiating portion 13d, which will be described later, is omitted.
  • a light source system 1 includes a light source device 10 that irradiates light to the outside, and a plurality of light transmission paths 22, and a light to which light emitted from an emission surface of the light source device 10 is coupled. And a guide 20.
  • the light guide 20 has a plurality of light transmission paths 22 arranged in the inner space of the outer coating 21 having a substantially cylindrical shape.
  • the light guide 20 is configured such that a plurality of optical transmission paths 22 project from the end of the outer coating 21 to the outside along the extension direction, that is, the front-back direction.
  • the optical transmission path 22 may be arranged in the internal space of the outer coating 21 in an arbitrary number and in an arbitrary mode capable of transmitting light emitted from the light source device 10 with low loss.
  • the optical transmission line 22 may be, for example, an optical fiber.
  • the waveguide mode of each optical fiber constituting the plurality of optical transmission lines 22 may be either a single mode or a multimode.
  • Each optical fiber may be any type of optical fiber, such as a general-purpose single mode fiber, a dispersion shifted single mode fiber, and a step index multimode optical fiber.
  • the light source device 10 includes a housing 11, a first irradiation unit 12a, a second irradiation unit 12b, a third irradiation unit 12c, and a fourth irradiation unit 12d, a first heat radiation unit 13a, a second heat radiation unit 13b, and a third heat radiation unit. It has a portion 13c and a fourth heat radiating portion 13d.
  • the front part 11a of the housing 11 is formed to be substantially cylindrical.
  • the central portion 11b of the housing 11 is formed so as to be continuous with the front portion 11a and to extend from the front to the rear.
  • the rear part 11c of the housing 11 is formed continuously with the central part 11b.
  • the first irradiating unit 12a, the second irradiating unit 12b, the third irradiating unit 12c, and the fourth irradiating unit 12d are attached to the rear portion 11c of the housing 11, respectively.
  • the first irradiating unit 12a, the second irradiating unit 12b, the third irradiating unit 12c, and the fourth irradiating unit 12d are attached, for example, so as to be inclined toward the center of the light guide 20.
  • the first radiating portion 13a, the second radiating portion 13b, the third radiating portion 13c, and the fourth radiating portion 13d include a first radiating portion 12a, a second radiating portion 12b, a third radiating portion 12c, and a fourth radiating portion 12d. Is attached to the back of each.
  • Each of the first heat radiating portion 13a, the second heat radiating portion 13b, the third heat radiating portion 13c, and the fourth heat radiating portion 13d includes, for example, an arbitrary heat sink, and radiates heat generated from the corresponding irradiation portion to the outside.
  • the end surface 21a of the outer cover 21 of the light guide 20 abuts on the front end surface 11d of the housing 11, and the position of the light guide 20 with respect to the light source device 10 is determined.
  • the light guide 20 may be attached to the light source device 10 by any fastening means such as screwing using a screw hole 11e formed on the upper surface of the front portion 11a of the housing 11. In this state, the end faces of the plurality of optical transmission paths 22 are arranged near the boundary in the front-rear direction between the front part 11a and the center part 11b of the housing 11.
  • FIG. 3 is an external perspective view showing the light source device 10 shown in FIG. 2 alone.
  • a part of the internal configuration of each of the first irradiation unit 12a, the second irradiation unit 12b, the third irradiation unit 12c, and the fourth irradiation unit 12d is shown by a broken line in a see-through state.
  • FIG. 4 is an internal perspective view of the light source device 10 of FIG. 3 from which the housing 11 is omitted.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. In FIG. 5, the illustration of the front part 11a of the housing 11 is omitted.
  • the first irradiation unit 12a includes a first light emitting element 14a that irradiates the first irradiation light.
  • the second irradiation unit 12b includes a second light emitting element 14b that irradiates the second irradiation light.
  • the third irradiation unit 12c includes a third light emitting element 14c that emits third irradiation light.
  • the fourth irradiation unit 12d includes a fourth light emitting element 14d that emits fourth irradiation light.
  • Each of the first light emitting element 14a, the second light emitting element 14b, the third light emitting element 14c, and the fourth light emitting element 14d may include an arbitrary light emitting element.
  • each light emitting element may be an LED (Light Emitting Diode) element or an LD (Laser Diode: laser diode) element.
  • a first optical axis A1 that passes through substantially the center of the first emission surface S1 of the first light emitting element 14a and is orthogonal to the first emission surface S1 and an emission surface S5 of the light source device 10 illustrated in FIG.
  • An emission optical axis A5 that passes through substantially the center and is orthogonal to the emission surface S5 intersects at an angle ⁇ 1.
  • the angle ⁇ 1 is equal to or less than the first angle.
  • the first angle includes, for example, an angle smaller than the light receiving angle corresponding to the numerical aperture of the optical transmission path 22 configuring the light guide 20. For example, in an optical fiber whose receivable angle range is 70 °, the light receiving angle corresponding to the numerical aperture is 35 °, which is half of that. At this time, for example, the first angle is 20 °.
  • the first optical axis A1 orthogonal to the first emission surface S1 of the first light emitting element 14a is inclined in two directions with respect to the emission optical axis A5. More specifically, the first optical axis A1 is inclined with respect to the output optical axis A5 in two directions, that is, a left-right direction and a vertical direction.
  • the center position of the first light emitting element 14a is located on the upper right of the emission optical axis A5.
  • the first emission surface S1 is inclined substantially toward the center of the emission surface S5. Accordingly, the entire first irradiating unit 12a is also inclined toward substantially the center of the emission surface S5.
  • the first optical axis A1 is viewed from the emission surface S5 side to the first light emitting element 14a. At an angle of 10 ° to the right and 18 ° to the upper side with respect to the emission optical axis A5.
  • the first optical axis A1 and the emission optical axis A5 are on a plane including the emission optical axis A5, extending along the vertical and horizontal directions, and including the emission optical axis A5 and extending along the horizontal direction and the longitudinal directions. Instead, they intersect with each other on a plane inclined at a predetermined angle with respect to each plane.
  • the second light emitting element 14b, the third light emitting element 14c, and the fourth light emitting element 14d also have the same configuration.
  • the second optical axis A2 which passes through substantially the center of the second emission surface S2 of the second light emitting element 14b and is orthogonal to the second emission surface S2, and the emission optical axis A5 intersect at an angle ⁇ 2. .
  • the angle ⁇ 2 is equal to or less than the first angle described above.
  • the center position of the second light emitting element 14b is located on the upper left of the emission optical axis A5.
  • the second optical axis A2 looks at the second light emitting element 14b from the emission surface S5 side. At an angle of 10 ° to the left and 18 ° to the upper side with respect to the emission optical axis A5.
  • the angle ⁇ 3 is equal to or smaller than the first angle described above.
  • the center position of the third light emitting element 14c is located at the lower left of the emission optical axis A5.
  • the angle ⁇ 3 is equal to the first angle of 20 ° with respect to the optical fiber whose light-receiving range is 70 °
  • the third optical axis A3 is viewed from the exit surface S5 side to the third light emitting element 14c. When tilted, it tilts 10 ° to the left and 18 ° downward with respect to the emission optical axis A5.
  • ⁇ ⁇ A fourth optical axis A4 which passes through substantially the center of the fourth emission surface S4 of the fourth light emitting element 14d and is orthogonal to the fourth emission surface S4, and the emission optical axis A5 cross each other at an angle ⁇ 4.
  • the angle ⁇ 4 is equal to or less than the first angle described above.
  • the center position of the fourth light emitting element 14d is located lower right than the emission optical axis A5.
  • the fourth optical axis A4 looks at the fourth light emitting element 14d from the exit surface S5 side. At an angle of 10 ° to the right and 18 ° to the lower side with respect to the emission optical axis A5.
  • the light source device 10 further includes a first lens unit 15a, a second lens unit 15b, a third lens unit 15c, and a fourth lens unit 15d.
  • the first lens unit 15a is arranged in front of the first irradiation unit 12a, more specifically, in front of the first light emitting element 14a, and faces the first light emitting element 14a.
  • the first lens unit 15a acts on the first irradiation light emitted from the first irradiation unit 12a, and focuses the first irradiation light on the emission surface S5 of the light source device 10.
  • the second lens unit 15b is disposed in front of the second irradiation unit 12b, more specifically, in front of the second light emitting element 14b, and faces the second light emitting element 14b.
  • the second lens unit 15b acts on the second irradiation light emitted from the second irradiation unit 12b, and condenses the second irradiation light on the emission surface S5 of the light source device 10.
  • the third lens unit 15c is disposed in front of the third irradiation unit 12c, more specifically, in front of the third light emitting element 14c, and faces the third light emitting element 14c.
  • the third lens unit 15c acts on the third irradiation light emitted from the third irradiation unit 12c, and condenses the third irradiation light on the emission surface S5 of the light source device 10.
  • the fourth lens unit 15d is disposed in front of the fourth irradiation unit 12d, more specifically, in front of the fourth light emitting element 14d, and faces the fourth light emitting element 14d.
  • the fourth lens unit 15d acts on the fourth irradiation light emitted from the fourth irradiation unit 12d, and condenses the fourth irradiation light on the emission surface S5 of the light source device 10.
  • FIG. 6 is a schematic diagram specifically showing a lens system included in each lens unit.
  • FIG. 6 shows a lens system included in the fourth lens unit 15d as an example, but the same applies to the lens systems included in the first lens unit 15a, the second lens unit 15b, and the third lens unit 15c. Having a configuration. The following description regarding the fourth lens unit 15d with reference to FIG. 6 is similarly applied to the first lens unit 15a, the second lens unit 15b, and the third lens unit 15c.
  • the dotted line in FIG. 6 indicates the propagation path of the fourth irradiation light emitted from the upper end of the fourth light emitting element 14d.
  • the solid line in FIG. 6 indicates the propagation path of the fourth irradiation light emitted from the center of the fourth light emitting element 14d.
  • the broken line in FIG. 6 indicates the propagation path of the fourth irradiation light emitted from the lower end of the fourth light emitting element 14d.
  • the fourth lens unit 15d includes, for example, a first lens 16a, a second lens 16b, and a second lens 16b that are sequentially arranged from the fourth irradiation unit 12d side toward the emission surface S5 side of the light source device 10. It has three lenses 16c.
  • the fourth lens unit 15d is described as having three lenses as an example, but the configuration is not limited to this.
  • the fourth lens unit 15d may include an arbitrary number of lenses capable of condensing the fourth irradiation light on the emission surface S5.
  • the first lens 16a is a plano-convex lens.
  • the second lens 16b is an uneven lens.
  • the third lens 16c is a biconvex lens. Each lens is arranged so that the convex surface faces the emission surface S5 side of the light source device 10.
  • the first lens 16a is a spherical lens.
  • the second lens 16b is an aspheric lens.
  • the third lens 16c is an aspheric lens.
  • the first lens 16a shifts the position where the fourth irradiation light emitted from the fourth light emitting element 14d greatly spreads forward from the fourth emission surface S4 of the fourth light emitting element 14d. In addition, the first lens 16a captures, without leaking, substantially the entirety of the fourth irradiation light emitted from the fourth light emitting element 14d.
  • the second lens 16b suppresses the spread of the fourth irradiation light emitted from the first lens 16a with a large spread angle.
  • the second lens 16b narrows the light distribution of the fourth irradiation light.
  • the concave surface of the second lens 16b captures substantially the entire fourth irradiation light emitted from the first lens 16a with a large divergence angle without leaking.
  • the third lens 16c condenses the fourth irradiation light, the light distribution of which is narrowed by the second lens 16b, on the emission surface S5 of the light source device 10.
  • the emission surface S5 of the light source device 10 may be formed, for example, in a substantially circular shape.
  • the collection angle ⁇ 5 of the fourth irradiation light collected by the fourth lens unit 15d is equal to or smaller than the second angle.
  • the value of ⁇ of the second angle includes, for example, an angle smaller than the light receiving angle corresponding to the numerical aperture of the optical transmission path 22 constituting the light guide 20.
  • the value of ⁇ of the second angle may be 15 °.
  • the second angle may be 30 degrees.
  • the value obtained by adding the value of ⁇ of the second angle to the first angle may be equal to or smaller than the light receiving angle corresponding to the numerical aperture of the optical transmission path 22 constituting the light guide 20.
  • the first angle may be 20 ° or the second angle may be 30 ° with respect to an optical fiber whose receivable range is 70 °, and in this case, 1/2 of the second angle.
  • the value obtained by adding the value of 2 to the first angle is 35 °, which is equal to the light receiving angle 35 ° corresponding to the numerical aperture of the optical fiber.
  • FIG. 7 is a front view showing, by simulation, a state in which irradiation light emitted from each lens unit is converged on the emission surface S5 of the light source device 10.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating, by simulation, a state in which irradiation light emitted from each lens unit is collected on the emission surface S5 of the light source device 10.
  • a broken line indicates a propagation path of the first irradiation light L1 emitted from the first lens unit 15a.
  • the two-dot chain line indicates the propagation path of the second irradiation light L2 emitted from the second lens unit 15b.
  • the dashed line indicates the propagation path of the third irradiation light L3 emitted from the third lens unit 15c.
  • the solid line indicates the propagation path of the fourth irradiation light L4 emitted from the fourth lens unit 15d.
  • each of the first irradiation light L1, the second irradiation light L2, the third irradiation light L3, and the fourth irradiation light L4 is emitted from a corresponding light emitting element, and then passes through a corresponding lens unit. After passing through, the light is finally collected on the emission surface S5 of the light source device 10.
  • the end faces S6 of the plurality of light transmission paths 22 arranged near the front-rear boundaries of the front portion 11a and the center portion 11b of the housing 11 are flush with the emission surface S5.
  • the emission surface S5 and the end surface S6 may be arranged at the same position in the front-rear direction. However, the present invention is not limited to this, and the emission surface S5 and the end surface S6 may be arranged so as to face each other in the front-rear direction and to be close to each other.
  • the output optical axis A5 of FIG. 5 that passes through the approximate center of the output surface S5 and is orthogonal to the output surface S5 may coincide with the central axis of the light guide 20.
  • the entire exit surface S5 is included inside the substantially circular end surface S6 of the plurality of optical transmission paths 22, when viewed from the front as viewed from the front to the rear. Good.
  • substantially all of the first irradiation light L1, the second irradiation light L2, the third irradiation light L3, and the fourth irradiation light L4 condensed on the emission surface S5 are combined with the plurality of light transmission paths 22 without leakage.
  • the light emitted from the emission surface S5 of the light source device 10 is transmitted by the light guide 20.
  • the emission surface S5 of the light source device 10 is formed in a substantially rectangular shape, unlike the substantially circular shape in FIG.
  • the emission surface S5 of the light source device 10 may be formed in any shape including these substantially circular shapes and substantially rectangular shapes.
  • the substantially circular end surface S6 and the emission surface S5 of FIG. may be arranged to overlap in the direction.
  • the diameter of the emission surface S5 may be equal to or smaller than the diameter of the end surface S6.
  • the specification of the irradiation light on the irradiation object can be adjusted with a higher degree of freedom, In addition, user convenience is improved.
  • the light source system 1 and the light source device 10 have a plurality of light-emitting elements, and each of the illuminating lights is condensed on the emission surface S5 by a corresponding lens unit, so that a high-brightness LED chip is formed.
  • the specifications of the light guide 20 are not unnecessarily limited. Any light guide 20 having general specifications can be used. More specifically, even if the chip area is increased by the high-brightness LED chip, the diameter of the light guide 20 is adjusted according to the chip area of the LED chip by adjusting the area of the emission surface S5 for condensing the irradiation light. Can be maintained without unnecessarily increasing the coupling efficiency.
  • the effect on the diameter of the light guide 20 becomes more remarkable when a plurality of light emitting elements are arranged.
  • the plurality of optical transmission paths 22 included in the light guide 20 are branched into a plurality of sets on the end face S6 side in accordance with the number of light emitting elements, and each end face of the branched sets is described in Patent Document 1.
  • Patent Document 1 A case where each irradiation light is coupled by pressing against each light emitting element as in the invention will be considered.
  • the chip area increases due to the high-brightness LED chip, the diameter of each of the plurality of branched sets increases, and the diameter of the entire light guide 20 that bundles them further increases.
  • each irradiation light is condensed on the emission surface S5, so that the area of the emission surface S5 is adjusted. By doing so, unnecessary increase in the diameter of the light guide 20 can be suppressed.
  • each optical axis orthogonal to each emission surface of each light-emitting element intersects the emission optical axis A5 at a first angle or less, and the converging angle ⁇ 5 of each irradiation light collected by each lens unit is equal to or less than a second angle. Therefore, the numerical aperture of the optical transmission path 22 constituting the light guide 20 does not become unnecessarily large. Even when the spread angle of the light emitted from the light emitting element is large, the coupling efficiency can be maintained without unnecessarily increasing the numerical aperture of the optical transmission line 22 in accordance with the spread angle.
  • the specifications of the light guide 20 including, for example, the diameter and the numerical aperture are not unnecessarily limited, the specifications of the irradiation light on the irradiation object can be adjusted with a high degree of freedom.
  • each irradiation light is focused on the emission surface S5 by each lens unit disposed on each light emitting element side.
  • an optional optical element including a lens and a mirror on the end surface S6 side of the light guide 20. Only by attaching the light guide 20 to the light source device 10, each irradiation light can be coupled to the light guide 20 with high efficiency. Therefore, precise position adjustment of the light guide 20 with respect to the optical system included in the light source device 10 is not required, and user convenience is improved even when the light guide 20 is frequently replaced.
  • each irradiation light to the light guide 20 Since the value obtained by adding the value of [1/2] of the second angle to the first angle is equal to or smaller than the light receiving angle corresponding to the numerical aperture of the optical transmission path 22, the coupling efficiency of each irradiation light to the light guide 20 is improved. I do. By inclining each light emitting element and determining the converging angle ⁇ 5 of each irradiation light based on the light reception angle of the light transmission path 22, it is possible to couple substantially all of each irradiation light to the light guide 20 without omission. Become.
  • the light source system 1 and the light source device 10 have four light emitting elements, and as described above, the coupling efficiency of each irradiation light to the light guide 20 is improved, so that the luminance of the irradiation light on the irradiation target is improved.
  • the light source system 1 and the light source device 10 can achieve a luminance of 10,000 lumens.
  • each lens unit has the first lens 16a, the second lens 16b, and the third lens 16c, the degree of freedom of optical adjustment for condensing each irradiation light on the emission surface S5 is improved.
  • a decrease in luminance of irradiation light caused by light being absorbed by the lenses is suppressed.
  • the first lens 16a is a plano-convex lens
  • the second lens 16b is a concave-convex lens
  • the third lens 16c is a biconvex lens
  • the irradiating light emitted from each light emitting element with a large divergence angle is obtained. Almost the whole can be efficiently condensed.
  • each light emitting element is an LED element
  • each irradiation light is diffused at a spread angle of 120 ° or more.
  • the first lens 16a shifts the position where each irradiation light spreads significantly forward.
  • the concave surface of the second lens 16b takes in each irradiation light to be diffused without leakage.
  • the third lens 16c condenses each irradiation light on the emission surface S5. In this way, by condensing the light in a stepwise manner, it is possible to efficiently condense substantially the entire irradiation light.
  • the light source device 10 can reduce the area of the emission surface S5 and condense each irradiation light within a narrower range.
  • each component described above are not limited to the contents described above and illustrated in the drawings.
  • the shape, arrangement, orientation, angle, number, and the like of each component may be arbitrarily configured as long as the function can be realized.
  • the present invention is not limited to this. As long as the coupling efficiency of each irradiation light to the light guide 20 is maintained, the value obtained by adding the value of ⁇ of the second angle to the first angle may not be smaller than the light receiving angle.
  • Each lens unit may have four or more lenses as long as the reduction in the luminance of the irradiation light caused by the absorption of light by the lens is not extremely large.
  • the surface shapes of the first lens 16a, the second lens 16b, and the third lens 16c are not limited to the above combinations.
  • Each of the first lens 16a, the second lens 16b, and the third lens 16c may have an arbitrary surface shape capable of condensing each irradiation light on the emission surface S5.
  • the first lens 16a may be a concave-convex lens instead of a plano-convex lens, or may be an aspheric lens instead of a spherical lens.
  • the first lens 16a is a concave-convex lens
  • the first lens 16a can efficiently take in each irradiation light diffused from each light emitting element at a large spread angle without leaking on the concave surface side.
  • the second lens 16b may be a plano-convex lens instead of a concave-convex lens.
  • the second lens 16b and the third lens 16c may be spherical lenses instead of aspheric lenses.
  • the number of irradiation units is not limited to four.
  • the number of irradiation units may be arbitrary.
  • the number of irradiation units may be two or three, or may be five or more.
  • the fifth irradiation unit may be arranged at the center so as to be coaxial with the fifth irradiation unit.
  • the fifth irradiation light emitted from the fifth irradiation unit may be parallel light corresponding to the diameter of the light guide 20.
  • the luminance of the irradiation light on the irradiation object is further improved due to the addition of the light source and the high coupling efficiency due to the parallel light.
  • the light source system 1 may include the light guide 20 in which the angle range in which the light can be received by the light transmission path 22 has an arbitrary value.
  • the receivable angle range of the optical transmission path 22 may be any value from 60 ° to 80 °, which is highly versatile, or may be 120 °.
  • the first angle may be 15 °
  • the value of ⁇ of the second angle may be 5 °.
  • the second angle may be 10 degrees.
  • the first angle when the angle range in which the light can be received by the optical transmission line 22 is 80 °, the first angle may be 23 °, and the value of ⁇ of the second angle may be 12 °.
  • the second angle may be 24 degrees.
  • the first angle when the angle range in which the light can be received by the optical transmission path 22 is 120 °, the first angle may be 27 °, and the value of ⁇ of the second angle may be 15 °.
  • the second angle may be 30 degrees.
  • Each light emitting element may be, for example, an LED element having the same wavelength spectrum or an LED element having a different wavelength spectrum.
  • the light source system 1 and the light source device 10 can emit irradiation light having excellent color rendering properties.
  • the light source system 1 and the light source device 10 may be used for any purpose such as industrial use and medical use.
  • the light source system 1 and the light source device 10 may be used as an inspection light source for illuminating an inspection part of an arbitrary inspection target.
  • Reference Signs List 1 light source system 10 light source device 11 housing 11a front part 11b central part 11c rear part 11d front end face 11e screw hole 12a first irradiation part 12b second irradiation part 12c third irradiation part 12d fourth irradiation part 13a first heat radiation part 13b second Heat dissipating part 13c Third heat dissipating part 13d Fourth heat dissipating part 14a First light emitting element 14b Second light emitting element 14c Third light emitting element 14d Fourth light emitting element 15a First lens part 15b Second lens part 15c Third lens part 15d Fourth Lens part 16a First lens 16b Second lens 16c Third lens 20 Light guide 21 Outer coating 21a End face 22 Optical transmission path A1 First optical axis A2 Second optical axis A3 Third optical axis A4 Fourth optical axis A5 Outgoing optical axis L1 First irradiation light L2 Second irradiation light L3 Third irradiation light L4 Fourth irradi

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Abstract

本発明に係る光源システム（１）は、光源装置（１０）と、複数の光伝送路（２２）を有し、光源装置（１０）の出射面（Ｓ５）から出射した光が結合するライトガイド（２０）と、を備え、光源装置（１０）は、出射面（Ｓ５）に第１照射光を集光する第１レンズ部（１５ａ）と、出射面（Ｓ５）に第２照射光を集光する第２レンズ部（１５ｂ）と、を有し、第１発光素子（１４ａ）の第１出射面（Ｓ１）に直交する第１光軸（Ａ１）及び第２発光素子（１４ｂ）の第２出射面（Ｓ２）に直交する第２光軸（Ａ２）それぞれと、出射面（Ｓ５）に直交する出射光軸（Ａ５）とがなす角度が第１角度以下であり、第１照射光の集光角度及び第２照射光の集光角度それぞれが第２角度以下であり、第１角度、及び第２角度の１／２の値それぞれは、光伝送路（２２）の開口数に対応する受光角度よりも小さい。

Description

光源システム及び光源装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年８月２１日に日本国に特許出願された特願２０１８－１５４８２３の優先権を主張するものであり、この出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本発明は、光源システム及び光源装置に関する。
　従来、発光素子が照射する照射光を、任意の光学系を介して、被照射体へと伝送する光源システムが知られている。このような光源システムにおいて、被照射体における照射光の輝度を向上させるために、複数個の発光素子が照射する照射光を集めて利用することが考えられている。
　例えば、特許文献１には、発光素子が照射する照射光を、ライトガイドを介して、被照射体へと伝送する内視鏡が開示されている。例えば、特許文献２には、複数の光源からの照射光それぞれを、集束レンズ及びコリメータレンズを介して、被照射体に照射する照明装置が開示されている。
特許第４６７９１９８号公報 特開２０１３－１６１７３４号公報
　しかしながら、例えば高輝度のＬＥＤチップを発光素子として用いる場合、そのチップ面積が増大する。したがって、ライトガイドの径が小さいと、全ての照射光がライトガイドに結合することは困難となる。加えて、ＬＥＤから出射する光の広がり角は一般的に大きい。したがって、ライトガイドを構成する光伝送路の開口数が小さいと、同様に、全ての照射光がライトガイドに結合することは困難となる。したがって、特許文献１に記載のような光源システムでは、ライトガイドは、径が大きく、かつ高い開口数を有する光伝送路によって構成される必要がある。これにより、ライトガイドの仕様が制限され、結果として被照射体における照射光の仕様が制限されることになる。
　特許文献２に記載のような照明装置においてライトガイドを結合させようとすると、コリメータレンズに対するライトガイドの位置調整が必要となる。ライトガイドを頻繁に交換する場合、このような位置調整を毎回行う必要があり、ユーザの利便性が低下する。
　このような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、高輝度を得る必要がある場合であっても、より高い自由度で被照射体における照射光の仕様を調整でき、かつユーザの利便性が向上する光源システム及び光源装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、第１の観点に係る光源システムは、
　光を外部へと照射する光源装置と、
　複数の光伝送路を有し、前記光源装置の出射面から出射した光が結合するライトガイドと、
　を備え、
　前記光源装置は、
　　第１照射光を照射する第１発光素子を有する第１照射部と、
　　第２照射光を照射する第２発光素子を有する第２照射部と、
　　前記第１照射部から出射した前記第１照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第１照射光を集光する第１レンズ部と、
　　前記第２照射部から出射した前記第２照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第２照射光を集光する第２レンズ部と、
　を有し、
　前記第１発光素子の第１出射面に直交する第１光軸及び前記第２発光素子の第２出射面に直交する第２光軸それぞれと、前記光源装置の出射面に直交する出射光軸とがなす角度が第１角度以下であり、
　前記第１レンズ部によって集光された前記第１照射光の集光角度及び前記第２レンズ部によって集光された前記第２照射光の集光角度それぞれが第２角度以下であり、
　前記第１角度、及び前記第２角度の１／２の値それぞれは、前記ライトガイドを構成する前記光伝送路の開口数に対応する受光角度よりも小さい。
　第２の観点に係る光源システムでは、
　前記第２角度の１／２の値を前記第１角度に足し合わせた値は、前記受光角度以下であってもよい。
　第３の観点に係る光源システムでは、
　前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部それぞれは、対応する照射部側から前記光源装置の出射面側に向けて順に配置されている第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有してもよい。
　第４の観点に係る光源システムでは、
　前記第１レンズは、平凸レンズであり、
　前記第２レンズは、凹凸レンズであり、
　前記第３レンズは、両凸レンズであり、
　各レンズは、凸面が前記光源装置の出射面側を向くように配置されていてもよい。
　第５の観点に係る光源システムでは、
　前記第１レンズは、球面レンズであり、
　前記第２レンズは、非球面レンズであり、
　前記第３レンズは、非球面レンズであってもよい。
　第６の観点に係る光源システムでは、
　前記光源装置は、
　第３照射光を照射する第３発光素子を有する第３照射部と、
　第４照射光を照射する第４発光素子を有する第４照射部と、
　前記第３照射部から出射した前記第３照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第３照射光を集光する第３レンズ部と、
　前記第４照射部から出射した前記第４照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第４照射光を集光する第４レンズ部と、
　をさらに有し、
　前記第３発光素子の第３出射面に直交する第３光軸及び前記第４発光素子の第４出射面に直交する第４光軸それぞれと、前記出射光軸とがなす角度が前記第１角度以下であり、
　前記第３レンズ部によって集光された前記第３照射光の集光角度及び前記第４レンズ部によって集光された前記第４照射光の集光角度それぞれが前記第２角度以下であってもよい。
　第７の観点に係る光源システムでは、
　前記第１角度は、２０°であってもよい。
　第８の観点に係る光源システムでは、
　前記第２角度は、３０°であってもよい。
　上記課題を解決するために、第９の観点に係る光源装置は、
　光を外部へと照射する光源装置であって、
　第１照射光を照射する第１発光素子を有する第１照射部と、
　第２照射光を照射する第２発光素子を有する第２照射部と、
　前記第１照射部から出射した前記第１照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第１照射光を集光する第１レンズ部と、
　前記第２照射部から出射した前記第２照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第２照射光を集光する第２レンズ部と、
　を備え、
　前記第１発光素子の第１出射面に直交する第１光軸及び前記第２発光素子の第２出射面に直交する第２光軸それぞれと、前記光源装置の出射面に直交する出射光軸とがなす角度が２０°以下であり、
　前記第１レンズ部によって集光された前記第１照射光の集光角度及び前記第２レンズ部によって集光された前記第２照射光の集光角度それぞれが３０°以下である。
　本発明の一実施形態に係る光源システム及び光源装置によれば、高輝度を得る必要がある場合であっても、より高い自由度で被照射体における照射光の仕様を調整でき、かつユーザの利便性が向上する。
一実施形態に係る光源システムの上面視による外観斜視図である。 図１の光源装置及びライトガイドが分離した様子を示す分解斜視図である。 図２の光源装置単体を示す外観斜視図である。 図３の光源装置においてハウジングを省略した内観斜視図である。 図３のV－V矢線に沿った断面図である。 各レンズ部に含まれるレンズ系を具体的に示した模式図である。 各レンズ部から出射する照射光が光源装置の出射面に集光される様子をシミュレーションにより示した正面図である。 各レンズ部から出射する照射光が光源装置の出射面に集光される様子をシミュレーションにより示した斜視図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。以下の説明中の前後、左右、及び上下の方向は、図中の矢印の方向を基準とする。各矢印の方向は、図１乃至図８において、異なる図面同士で互いに整合している。図面によっては、簡便な図示を目的として、光源システム１における一部の構成の図示を省略する。
　図１乃至図８を参照しながら、一実施形態に係る光源システム１の構成及び機能について主に説明する。図１は、一実施形態に係る光源システム１の上面視による外観斜視図である。図２は、図１の光源装置１０及びライトガイド２０が分離した様子を示す分解斜視図である。図２において、後述する第１放熱部１３ａ、第２放熱部１３ｂ、第３放熱部１３ｃ、及び第４放熱部１３ｄの図示は省略している。
　図１及び図２を参照すると、光源システム１は、光を外部へと照射する光源装置１０と、複数の光伝送路２２を有し、光源装置１０の出射面から出射した光が結合するライトガイド２０とを有する。
　ライトガイド２０は、略円筒状の外部被覆２１の内部空間に配置されている複数の光伝送路２２を有する。ライトガイド２０は、その延長方向、すなわち前後方向に沿って複数の光伝送路２２が外部被覆２１の端部から外部に突出するように構成されている。
　光伝送路２２は、光源装置１０から出射した光を低損失で伝送可能な任意の態様で、任意の数により、外部被覆２１の内部空間に配置されていてもよい。光伝送路２２は、例えば、光ファイバであってもよい。複数の光伝送路２２を構成する各光ファイバの導波モードは、シングルモード及びマルチモードのいずれであってもよい。各光ファイバは、汎用のシングルモードファイバ、分散シフトシングルモードファイバ、及びステップインデックスマルチモード光ファイバ等、任意の種類の光ファイバであってよい。
　光源装置１０は、ハウジング１１と、第１照射部１２ａ、第２照射部１２ｂ、第３照射部１２ｃ、及び第４照射部１２ｄと、第１放熱部１３ａ、第２放熱部１３ｂ、第３放熱部１３ｃ、及び第４放熱部１３ｄとを有する。
　ハウジング１１の前部１１ａは、略円筒状となるように形成されている。ハウジング１１の中央部１１ｂは、前部１１ａと連続し、かつ前方から後方に向けて広がるように形成されている。ハウジング１１の後部１１ｃは、中央部１１ｂと連続して形成されている。
　第１照射部１２ａ、第２照射部１２ｂ、第３照射部１２ｃ、及び第４照射部１２ｄは、ハウジング１１の後部１１ｃにそれぞれ取り付けられている。第１照射部１２ａ、第２照射部１２ｂ、第３照射部１２ｃ、及び第４照射部１２ｄは、例えばライトガイド２０の中心に向けて傾くように取り付けられている。
　第１放熱部１３ａ、第２放熱部１３ｂ、第３放熱部１３ｃ、及び第４放熱部１３ｄは、第１照射部１２ａ、第２照射部１２ｂ、第３照射部１２ｃ、及び第４照射部１２ｄの後方にそれぞれ取り付けられている。第１放熱部１３ａ、第２放熱部１３ｂ、第３放熱部１３ｃ、及び第４放熱部１３ｄそれぞれは、例えば任意のヒートシンクを含み、対応する照射部から発生する熱を外部へと逃がす。
　前方から後方に向けてライトガイド２０が光源装置１０に取り付けられると、ライトガイド２０の外部被覆２１の端面２１ａがハウジング１１の前端面１１ｄに突き当たり、光源装置１０に対するライトガイド２０の位置が決定される。ライトガイド２０は、ハウジング１１の前部１１ａの上面に形成されているねじ孔１１ｅを用いたねじ止め等の任意の締結手段によって光源装置１０に取り付けられていてもよい。この状態で、複数の光伝送路２２の端面は、ハウジング１１の前部１１ａ及び中央部１１ｂの前後方向における境界近傍に配置されている。
　図３は、図２の光源装置１０単体を示す外観斜視図である。図３では、第１照射部１２ａ、第２照射部１２ｂ、第３照射部１２ｃ、及び第４照射部１２ｄそれぞれの内部構成の一部を透視した状態で破線により示している。図４は、図３の光源装置１０においてハウジング１１を省略した内観斜視図である。図５は、図３のV－V矢線に沿った断面図である。図５では、ハウジング１１の前部１１ａの図示は省略されている。
　図３及び図４を参照すると、第１照射部１２ａは、第１照射光を照射する第１発光素子１４ａを有する。第２照射部１２ｂは、第２照射光を照射する第２発光素子１４ｂを有する。第３照射部１２ｃは、第３照射光を照射する第３発光素子１４ｃを有する。第４照射部１２ｄは、第４照射光を照射する第４発光素子１４ｄを有する。第１発光素子１４ａ、第２発光素子１４ｂ、第３発光素子１４ｃ、及び第４発光素子１４ｄそれぞれは、任意の発光素子を含んでもよい。例えば、各発光素子は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）素子であってもよいし、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）素子であってもよい。
　図４を参照すると、第１発光素子１４ａの第１出射面Ｓ１の略中心を通り、第１出射面Ｓ１に直交する第１光軸Ａ１と、図５に示す光源装置１０の出射面Ｓ５の略中心を通り、出射面Ｓ５に直交する出射光軸Ａ５とは、角度θ１で互いに交わる。角度θ１は、第１角度以下である。第１角度は、例えば、ライトガイド２０を構成する光伝送路２２の開口数に対応する受光角度よりも小さい角度を含む。例えば、受光可能な角度範囲が７０°である光ファイバにおいて、開口数に対応する受光角度はその半分の３５°となる。このとき、例えば、第１角度は、２０°である。
　図３乃至図５に示すとおり、第１発光素子１４ａの第１出射面Ｓ１に直交する第１光軸Ａ１は、出射光軸Ａ５に対して２つの方向に傾いている。より具体的には、第１光軸Ａ１は、出射光軸Ａ５に対して左右方向、及び上下方向の２つの方向に傾いている。例えば、図４に示すとおり、第１発光素子１４ａの中心位置は、出射光軸Ａ５よりも右上に位置する。このとき図５にも示すとおり、第１出射面Ｓ１は、出射面Ｓ５の略中心に向けて傾いている。これに伴い、第１照射部１２ａ全体も出射面Ｓ５の略中心に向けて傾いている。
　例えば、受光可能な範囲が７０°である光ファイバに対して、角度θ１が第１角度である２０°に等しい場合、第１光軸Ａ１は、出射面Ｓ５側から第１発光素子１４ａを見たときに、出射光軸Ａ５に対して右側に１０°傾き、上側に１８°傾く。このように、第１光軸Ａ１と出射光軸Ａ５とは、出射光軸Ａ５を含み、上下前後方向に沿って広がる平面及び出射光軸Ａ５を含み、左右前後方向に沿って広がる平面上で交わらずに、それぞれの平面に対して所定の角度で傾いた平面上で互いに交わる。
　第２発光素子１４ｂ、第３発光素子１４ｃ、及び第４発光素子１４ｄも同様の構成を有する。
　より具体的には、第２発光素子１４ｂの第２出射面Ｓ２の略中心を通り、第２出射面Ｓ２に直交する第２光軸Ａ２と、出射光軸Ａ５とは、角度θ２で互いに交わる。角度θ２は、上述した第１角度以下である。例えば、図４に示すとおり、第２発光素子１４ｂの中心位置は、出射光軸Ａ５よりも左上に位置する。例えば、受光可能な範囲が７０°である光ファイバに対して、角度θ２が第１角度である２０°に等しい場合、第２光軸Ａ２は、出射面Ｓ５側から第２発光素子１４ｂを見たときに、出射光軸Ａ５に対して左側に１０°傾き、上側に１８°傾く。
　第３発光素子１４ｃの第３出射面Ｓ３の略中心を通り、第３出射面Ｓ３に直交する第３光軸Ａ３と、出射光軸Ａ５とは、角度θ３で互いに交わる。角度θ３は、上述した第１角度以下である。例えば、図４に示すとおり、第３発光素子１４ｃの中心位置は、出射光軸Ａ５よりも左下に位置する。例えば、受光可能な範囲が７０°である光ファイバに対して、角度θ３が第１角度である２０°に等しい場合、第３光軸Ａ３は、出射面Ｓ５側から第３発光素子１４ｃを見たときに、出射光軸Ａ５に対して左側に１０°傾き、下側に１８°傾く。
　第４発光素子１４ｄの第４出射面Ｓ４の略中心を通り、第４出射面Ｓ４に直交する第４光軸Ａ４と、出射光軸Ａ５とは、角度θ４で互いに交わる。角度θ４は、上述した第１角度以下である。例えば、図４に示すとおり、第４発光素子１４ｄの中心位置は、出射光軸Ａ５よりも右下に位置する。例えば、受光可能な範囲が７０°である光ファイバに対して、角度θ４が第１角度である２０°に等しい場合、第４光軸Ａ４は、出射面Ｓ５側から第４発光素子１４ｄを見たときに、出射光軸Ａ５に対して右側に１０°傾き、下側に１８°傾く。
　図４及び図５を参照すると、光源装置１０は、第１レンズ部１５ａ、第２レンズ部１５ｂ、第３レンズ部１５ｃ、及び第４レンズ部１５ｄをさらに有する。
　第１レンズ部１５ａは、第１照射部１２ａ、より具体的には第１発光素子１４ａの前方に配置され、第１発光素子１４ａと対向する。第１レンズ部１５ａは、第１照射部１２ａから出射した第１照射光に作用し、光源装置１０の出射面Ｓ５に第１照射光を集光する。
　第２レンズ部１５ｂは、第２照射部１２ｂ、より具体的には第２発光素子１４ｂの前方に配置され、第２発光素子１４ｂと対向する。第２レンズ部１５ｂは、第２照射部１２ｂから出射した第２照射光に作用し、光源装置１０の出射面Ｓ５に第２照射光を集光する。
　第３レンズ部１５ｃは、第３照射部１２ｃ、より具体的には第３発光素子１４ｃの前方に配置され、第３発光素子１４ｃと対向する。第３レンズ部１５ｃは、第３照射部１２ｃから出射した第３照射光に作用し、光源装置１０の出射面Ｓ５に第３照射光を集光する。
　第４レンズ部１５ｄは、第４照射部１２ｄ、より具体的には第４発光素子１４ｄの前方に配置され、第４発光素子１４ｄと対向する。第４レンズ部１５ｄは、第４照射部１２ｄから出射した第４照射光に作用し、光源装置１０の出射面Ｓ５に第４照射光を集光する。
　図６は、各レンズ部に含まれるレンズ系を具体的に示した模式図である。図６において、一例として第４レンズ部１５ｄに含まれるレンズ系が示されているが、第１レンズ部１５ａ、第２レンズ部１５ｂ、及び第３レンズ部１５ｃそれぞれに含まれるレンズ系も同様の構成を有する。図６を用いた第４レンズ部１５ｄに関する以下の説明は、第１レンズ部１５ａ、第２レンズ部１５ｂ、及び第３レンズ部１５ｃに対しても同様に適用される。
　図６における点線は、第４発光素子１４ｄの上端から出射する第４照射光の伝搬経路を示す。図６における実線は、第４発光素子１４ｄの中心から出射する第４照射光の伝搬経路を示す。図６における破線は、第４発光素子１４ｄの下端から出射する第４照射光の伝搬経路を示す。
　図６を参照すると、第４レンズ部１５ｄは、例えば、第４照射部１２ｄ側から光源装置１０の出射面Ｓ５側に向けて順に配置されている第１レンズ１６ａ、第２レンズ１６ｂ、及び第３レンズ１６ｃを有する。
　第４レンズ部１５ｄは、一例として３つのレンズを有するとして説明するが、その構成はこれに限定されない。第４レンズ部１５ｄは、第４照射光を出射面Ｓ５に集光可能な任意の数のレンズを有してもよい。
　例えば、第１レンズ１６ａは、平凸レンズである。例えば、第２レンズ１６ｂは、凹凸レンズである。例えば、第３レンズ１６ｃは、両凸レンズである。各レンズは、凸面が光源装置１０の出射面Ｓ５側を向くように配置されている。
　例えば、第１レンズ１６ａは、球面レンズである。例えば、第２レンズ１６ｂは、非球面レンズである。例えば、第３レンズ１６ｃは、非球面レンズである。
　第１レンズ１６ａは、第４発光素子１４ｄから出射する第４照射光が大きく広がる位置を、第４発光素子１４ｄの第４出射面Ｓ４から前側にずらす。加えて、第１レンズ１６ａは、第４発光素子１４ｄから出射する第４照射光の略全体を漏らさずに取り込む。
　第２レンズ１６ｂは、第１レンズ１６ａから大きな広がり角を持った状態で出射した第４照射光の広がりを抑制する。第２レンズ１６ｂは、第４照射光の配光を狭める。第２レンズ１６ｂの凹面は、第１レンズ１６ａから大きな広がり角を持った状態で出射した第４照射光の略全体を漏らさずに取り込む。
　第３レンズ１６ｃは、第２レンズ１６ｂによって配光が狭められた第４照射光を光源装置１０の出射面Ｓ５に集光する。光源装置１０の出射面Ｓ５は、例えば略円形状に形成されていてもよい。
　第４レンズ部１５ｄによって集光された第４照射光の集光角度θ５は、第２角度以下である。第２角度の１／２の値は、例えば、ライトガイド２０を構成する光伝送路２２の開口数に対応する受光角度よりも小さい角度を含む。例えば、受光可能な範囲が７０°である光ファイバであって、開口数に対応する受光角度が３５°となる場合、第２角度の１／２の値は、１５°であってもよい。第２角度は、３０°であってもよい。
　第２角度の１／２の値を第１角度に足し合わせた値は、ライトガイド２０を構成する光伝送路２２の開口数に対応する受光角度以下であってもよい。例えば、受光可能な範囲が７０°である光ファイバに対して、第１角度が２０°であってもよく、第２角度が３０°であってもよく、この場合、第２角度の１／２の値を第１角度に足し合わせた値は、３５°となり、光ファイバの開口数に対応する受光角度３５°と等しい。
　図７は、各レンズ部から出射する照射光が光源装置１０の出射面Ｓ５に集光される様子をシミュレーションにより示した正面図である。図８は、各レンズ部から出射する照射光が光源装置１０の出射面Ｓ５に集光される様子をシミュレーションにより示した斜視図である。図７及び図８において、破線は、第１レンズ部１５ａから出射する第１照射光Ｌ１の伝搬経路を示す。同様に、二点鎖線は、第２レンズ部１５ｂから出射する第２照射光Ｌ２の伝搬経路を示す。一点鎖線は、第３レンズ部１５ｃから出射する第３照射光Ｌ３の伝搬経路を示す。実線は、第４レンズ部１５ｄから出射する第４照射光Ｌ４の伝搬経路を示す。
　図７及び図８を参照すると、第１照射光Ｌ１、第２照射光Ｌ２、第３照射光Ｌ３、及び第４照射光Ｌ４それぞれは、対応する発光素子から出射した後、対応するレンズ部を通過して、最終的に光源装置１０の出射面Ｓ５に集光される。ライトガイド２０が光源装置１０に取り付けられると、ハウジング１１の前部１１ａ及び中央部１１ｂの前後方向における境界近傍に配置されている複数の光伝送路２２の端面Ｓ６は、出射面Ｓ５と同一平面内に位置する。出射面Ｓ５と端面Ｓ６とは、前後方向に互いに同一の位置に配置されていてもよい。これに限定されず、出射面Ｓ５と端面Ｓ６とは、前後方向に互いに対向し、近接した状態で配置されていてもよい。
　例えば、出射面Ｓ５の略中心を通り、出射面Ｓ５に直交する図５の出射光軸Ａ５と、ライトガイド２０の中心軸とが互いに一致してもよい。例えば、図７に示すとおり、前方から後方に向けて見たときの正面視において、出射面Ｓ５の全体が、複数の光伝送路２２の略円形状の端面Ｓ６の内側に含まれていてもよい。これにより、出射面Ｓ５に集光された第１照射光Ｌ１、第２照射光Ｌ２、第３照射光Ｌ３、及び第４照射光Ｌ４の略全体が漏れなく複数の光伝送路２２と結合し、光源装置１０の出射面Ｓ５から出射した光がライトガイド２０によって伝送される。
　図７及び図８では、光源装置１０の出射面Ｓ５は、図６の略円形状と異なり、略矩形状に形成されている。しかしながら、光源装置１０の出射面Ｓ５は、これら略円形状及び略矩形状を含む任意の形状で形成されていてもよい。例えば、光源装置１０の出射面Ｓ５が図６のように略円形状に形成されている場合、図７の略円形状の端面Ｓ６と出射面Ｓ５とは、互いの中心軸を同軸として互いに前後方向に重畳するように配置されていてもよい。このとき、出射面Ｓ５の直径は、端面Ｓ６の直径以下であってもよい。
　以上のような一実施形態に係る光源システム１及び光源装置１０によれば、高輝度を得る必要がある場合であっても、より高い自由度で被照射体における照射光の仕様を調整でき、かつユーザの利便性が向上する。
　より具体的には、光源システム１及び光源装置１０が複数個の発光素子を有し、対応するレンズ部によって各照射光を出射面Ｓ５に集光することで、高輝度のＬＥＤチップを発光素子として用いるような場合であっても、ライトガイド２０の仕様が不必要に制限されない。一般的な仕様を有する任意のライトガイド２０が使用可能である。より具体的には、高輝度のＬＥＤチップによってチップ面積が増大したとしても、照射光を集光する出射面Ｓ５の面積を調整することで、ＬＥＤチップのチップ面積に応じてライトガイド２０の径を不必要に大きくすることなく結合効率が維持可能である。
　このようなライトガイド２０の径に関する効果は、発光素子が複数個配置されるような場合にさらに顕著になる。例えば、ライトガイド２０に含まれる複数の光伝送路２２を端面Ｓ６側で発光素子の数に合わせて複数の組に分岐し、分岐された複数の組の各端面を、特許文献１に記載の発明のように各発光素子に押し付けて各照射光を結合させる場合を考える。このとき、高輝度のＬＥＤチップによってチップ面積が増大すると、分岐した複数の組それぞれにおける径が増大し、それらを束ねたライトガイド２０全体の径はさらに増大することとなる。一実施形態に係る光源システム１及び光源装置１０は、発光素子が複数個配置されるような場合であっても、各照射光を出射面Ｓ５に集光させるので、出射面Ｓ５の面積を調整することで、ライトガイド２０の径に関する不必要な大型化を抑制できる。
　加えて、各発光素子の各出射面に直交する各光軸が第１角度以下で出射光軸Ａ５と交わり、各レンズ部によって集光された各照射光の集光角度θ５が第２角度以下であることで、ライトガイド２０を構成する光伝送路２２の開口数が不必要に大きくならない。発光素子から出射する光の広がり角が大きいような場合であっても、当該広がり角に合わせて光伝送路２２の開口数を不必要に大きくすることなく結合効率が維持可能である。
　以上により、例えば径及び開口数を含むライトガイド２０の仕様が不必要に制限されないので、高い自由度で被照射体における照射光の仕様が調整可能である。
　光源システム１及び光源装置１０では、各発光素子側に配置されている各レンズ部によって、各照射光が出射面Ｓ５に集光される。各照射光をライトガイド２０へ効率良く結合させるために、ライトガイド２０の端面Ｓ６側にレンズ及びミラー等を含む任意の光学素子をさらに配置する必要性が少ない。ライトガイド２０が光源装置１０に取り付けられるだけで、各照射光が高効率でライトガイド２０と結合可能である。したがって、光源装置１０に含まれる光学系に対するライトガイド２０の精密な位置調整が不要であり、ライトガイド２０を頻繁に交換する場合であっても、ユーザの利便性が向上する。
　第２角度の１／２の値を第１角度に足し合わせた値が光伝送路２２の開口数に対応する受光角度以下であることで、各照射光のライトガイド２０への結合効率が向上する。光伝送路２２の受光角度に基づいて、各発光素子を傾けかつ各照射光の集光角度θ５を決定することで、各照射光の略全体を漏れなくライトガイド２０に結合させることが可能となる。
　光源システム１及び光源装置１０が４つの発光素子を有し、上述したとおり各照射光のライトガイド２０への結合効率が向上することで、被照射体における照射光の輝度が向上する。例えば、光源システム１及び光源装置１０は、１０，０００ルーメンの輝度を達成可能である。
　各レンズ部と出射面Ｓ５との間にミラー等の付加的な光学素子が配置されていないことで、光路長が短くなり、集光効率が向上する。例えば、複数の発光素子の全てを出射光軸Ａ５と同軸上に配置し、ミラー等で各照射光を出射面Ｓ５まで導くような場合、光路長が長くなり、集光効率が低下する。光源システム１及び光源装置１０では、各発光素子が出射光軸Ａ５に対して傾くことで、ミラー等の付加的な光学素子が省略され、集光効率が向上する。
　各レンズ部が第１レンズ１６ａ、第２レンズ１６ｂ、及び第３レンズ１６ｃを有することで、各照射光を出射面Ｓ５へ集光させるための光学調整の自由度が向上する。加えて、３つのレンズという最小限の構成を有し、レンズの数を不必要に大きくしないことで、光がレンズによって吸収されることで生じる照射光の輝度の低下が抑制される。
　第１レンズ１６ａが平凸レンズであり、第２レンズ１６ｂが凹凸レンズであり、第３レンズ１６ｃが両凸レンズであることで、各発光素子から大きな広がり角を持った状態で出射した各照射光の略全体を効率良く集光することができる。例えば、各発光素子がＬＥＤ素子である場合、１２０°以上の広がり角で各照射光が拡散する。第１レンズ１６ａは、各照射光が大きく広がる位置を前方に移す。第２レンズ１６ｂの凹面は、拡散しようとする各照射光を漏れなく取り込む。第３レンズ１６ｃは、各照射光を出射面Ｓ５に集光する。このように、段階的に光を集光することで、各照射光の略全体を効率良く集光することができる。
　第２レンズ１６ｂ及び第３レンズ１６ｃが非球面レンズであることで、出射面Ｓ５近傍における各照射光の球面収差が抑制される。したがって、光源装置１０は、出射面Ｓ５の面積を低減して、より狭い範囲内に各照射光を集光可能である。
　本発明は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。したがって、先の記述は例示的であり、これに限定されない。発明の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるとする。
　例えば、上述した各構成部の形状、配置、向き、角度、及び個数等は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、配置、向き、角度、及び個数等は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。
　第２角度の１／２の値を第１角度に足し合わせた値が光伝送路２２の開口数に対応する受光角度以下であるとして説明したが、これに限定されない。各照射光のライトガイド２０への結合効率が維持されるのであれば、第２角度の１／２の値を第１角度に足し合わせた値が受光角度以下でなくてもよい。
　各レンズ部は、光がレンズによって吸収されることで生じる照射光の輝度の低下が極度に大きくならない範囲で、４つ以上の数のレンズを有してもよい。
　第１レンズ１６ａ、第２レンズ１６ｂ、及び第３レンズ１６ｃそれぞれの面形状は、上記の組み合わせに限定されない。第１レンズ１６ａ、第２レンズ１６ｂ、及び第３レンズ１６ｃそれぞれは、各照射光を出射面Ｓ５に集光可能な任意の面形状を有してもよい。例えば、第１レンズ１６ａは、平凸レンズではなく凹凸レンズであってもよいし、球面レンズではなく非球面レンズであってもよい。第１レンズ１６ａが凹凸レンズである場合、第１レンズ１６ａは、各発光素子から大きな広がり角で拡散する各照射光を凹面側で漏らさずにより効率良く取り込むことができる。例えば、第２レンズ１６ｂは、凹凸レンズではなく平凸レンズであってもよい。例えば、第２レンズ１６ｂ及び第３レンズ１６ｃは、非球面レンズではなく球面レンズであってもよい。
　照射部の数は４つに限定されない。照射部の数は任意であってもよい。例えば、照射部の数は２つ又は３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。例えば、照射部の数が５つである場合、図４に示す第１照射部１２ａ、第２照射部１２ｂ、第３照射部１２ｃ、及び第４照射部１２ｄの間、すなわち、出射光軸Ａ５と同軸をなすように第５照射部が中央に配置されていてもよい。この場合、第５照射部から出射する第５照射光はライトガイド２０の径に合わせた平行光であってもよい。このように、光源の追加及び平行光による高結合効率に起因して、被照射体における照射光の輝度がさらに向上する。
　上記では一例として、ライトガイド２０を構成する光伝送路２２の受光可能な角度範囲が７０°である場合を説明したが、これに限定されない。光源システム１は、光伝送路２２の受光可能な角度範囲が任意の値を有するライトガイド２０を有してもよい。例えば、光伝送路２２の受光可能な角度範囲は、汎用性の高い６０°から８０°までのいずれかの値であってもよいし、１２０°であってもよい。例えば、光伝送路２２の受光可能な角度範囲が６０°である場合、第１角度は１５°であってもよいし、第２角度の１／２の値は５°であってもよい。第２角度は、１０°であってもよい。例えば、光伝送路２２の受光可能な角度範囲が８０°である場合、第１角度は２３°であってもよいし、第２角度の１／２の値は１２°であってもよい。第２角度は、２４°であってもよい。例えば、光伝送路２２の受光可能な角度範囲が１２０°である場合、第１角度は２７°であってもよいし、第２角度の１／２の値は１５°であってもよい。第２角度は、３０°であってもよい。
　各発光素子は、例えば、互いに同一の波長スペクトルを有するＬＥＤ素子であってもよいし、互いに異なる波長スペクトルを有するＬＥＤ素子であってもよい。例えば、互いに波長スペクトルの異なるＬＥＤ素子を意図的に組み合わせることで、光源システム１及び光源装置１０は、演色性の優れた照射光を照射可能である。
　光源システム１及び光源装置１０は、工業用途及び医療用途等の任意の用途で使用されてもよい。例えば、光源システム１及び光源装置１０は、任意の検査対象物の検査部位を照らすための検査用光源として用いられてもよい。
１　　　光源システム
１０　　光源装置
１１　　ハウジング
１１ａ　前部
１１ｂ　中央部
１１ｃ　後部
１１ｄ　前端面
１１ｅ　ねじ孔
１２ａ　第１照射部
１２ｂ　第２照射部
１２ｃ　第３照射部
１２ｄ　第４照射部
１３ａ　第１放熱部
１３ｂ　第２放熱部
１３ｃ　第３放熱部
１３ｄ　第４放熱部
１４ａ　第１発光素子
１４ｂ　第２発光素子
１４ｃ　第３発光素子
１４ｄ　第４発光素子
１５ａ　第１レンズ部
１５ｂ　第２レンズ部
１５ｃ　第３レンズ部
１５ｄ　第４レンズ部
１６ａ　第１レンズ
１６ｂ　第２レンズ
１６ｃ　第３レンズ
２０　　ライトガイド
２１　　外部被覆
２１ａ　端面
２２　　光伝送路
Ａ１　　第１光軸
Ａ２　　第２光軸
Ａ３　　第３光軸
Ａ４　　第４光軸
Ａ５　　出射光軸
Ｌ１　　第１照射光
Ｌ２　　第２照射光
Ｌ３　　第３照射光
Ｌ４　　第４照射光
Ｓ１　　第１出射面
Ｓ２　　第２出射面
Ｓ３　　第３出射面
Ｓ４　　第４出射面
Ｓ５　　出射面
Ｓ６　　端面
θ１、θ２、θ３、θ４　角度
θ５　　集光角度

Claims (9)

  1. 　光を外部へと照射する光源装置と、
    　複数の光伝送路を有し、前記光源装置の出射面から出射した光が結合するライトガイドと、
    　を備え、
    　前記光源装置は、
    　　第１照射光を照射する第１発光素子を有する第１照射部と、
    　　第２照射光を照射する第２発光素子を有する第２照射部と、
    　　前記光源装置の出射面に前記第１照射光を集光する第１レンズ部と、
    　　前記光源装置の出射面に前記第２照射光を集光する第２レンズ部と、
    　を有し、
    　前記第１発光素子の第１出射面に直交する第１光軸及び前記第２発光素子の第２出射面に直交する第２光軸それぞれと、前記光源装置の出射面に直交する出射光軸とがなす角度が第１角度以下であり、
    　前記第１レンズ部によって集光された前記第１照射光の集光角度及び前記第２レンズ部によって集光された前記第２照射光の集光角度それぞれが第２角度以下であり、
    　前記第１角度、及び前記第２角度の１／２の値それぞれは、前記ライトガイドを構成する前記光伝送路の開口数に対応する受光角度よりも小さい、
    　光源システム。
  2. 　前記第２角度の１／２の値を前記第１角度に足し合わせた値は、前記受光角度以下である、
    　請求項１に記載の光源システム。
  3. 　前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部それぞれは、対応する照射部側から前記光源装置の出射面側に向けて順に配置されている第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズを有する、
    　請求項１又は２に記載の光源システム。
  4. 　前記第１レンズは、平凸レンズであり、
    　前記第２レンズは、凹凸レンズであり、
    　前記第３レンズは、両凸レンズであり、
    　各レンズは、凸面が前記光源装置の出射面側を向くように配置されている、
    　請求項３に記載の光源システム。
  5. 　前記第１レンズは、球面レンズであり、
    　前記第２レンズは、非球面レンズであり、
    　前記第３レンズは、非球面レンズである、
    　請求項３又は４に記載の光源システム。
  6. 　前記光源装置は、
    　第３照射光を照射する第３発光素子を有する第３照射部と、
    　第４照射光を照射する第４発光素子を有する第４照射部と、
    　前記第３照射部から出射した前記第３照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第３照射光を集光する第３レンズ部と、
    　前記第４照射部から出射した前記第４照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第４照射光を集光する第４レンズ部と、
    　をさらに有し、
    　前記第３発光素子の第３出射面に直交する第３光軸及び前記第４発光素子の第４出射面に直交する第４光軸それぞれと、前記出射光軸とがなす角度が前記第１角度以下であり、
    　前記第３レンズ部によって集光された前記第３照射光の集光角度及び前記第４レンズ部によって集光された前記第４照射光の集光角度それぞれが前記第２角度以下である、
    　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源システム。
  7. 　前記第１角度は、２０°である、
    　請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源システム。
  8. 　前記第２角度は、３０°である、
    　請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光源システム。
  9. 　光を外部へと照射する光源装置であって、
    　第１照射光を照射する第１発光素子を有する第１照射部と、
    　第２照射光を照射する第２発光素子を有する第２照射部と、
    　前記第１照射部から出射した前記第１照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第１照射光を集光する第１レンズ部と、
    　前記第２照射部から出射した前記第２照射光に作用し、前記光源装置の出射面に前記第２照射光を集光する第２レンズ部と、
    　を備え、
    　前記第１発光素子の第１出射面に直交する第１光軸及び前記第２発光素子の第２出射面に直交する第２光軸それぞれと、前記光源装置の出射面に直交する出射光軸とがなす角度が２０°以下であり、
    　前記第１レンズ部によって集光された前記第１照射光の集光角度及び前記第２レンズ部によって集光された前記第２照射光の集光角度それぞれが３０°以下である、
    　光源装置。
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