JP2014130761A - Illumination device - Google Patents

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Koichiro Furuta
孝一郎 古田
Kazunari Hanano
和成 花野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate illumination light in which angular irregularity included in light emitted from a light source has been removed.SOLUTION: An illumination device 1 which is provided includes: a light source 2; a light guide member 4 which has an incident surface 4a on which light L emitted from the light source 2 is made incident and an emission surface 4b which emits the light L made incident on the incident surface 4a, and which guides light from the incident surface 4a to the emission surface 4b while making the light L reflect inside; and a Koehler illumination part 5, which is the Koehler illumination part 5 for irradiating an illumination object with the light L emitted from the emission surface 4b of the light guide member 4, which is laid out in such a manner that the illumination object is located at a pupil surface P of the whole optical system from the light source 2 to the Koehler illumination part 5.

Description

本発明は、照明装置に関するものである。   The present invention relates to a lighting device.

近年、ハロゲンランプのようなランプ光源に代えて、ＬＥＤやレーザダイオード（ＬＤ）に代表される半導体光源が普及しつつある（例えば、特許文献１参照。）。半導体光源は、ランプ光源と比べて発光効率、消費電力、寿命の点で優れ、また、環境対応の視点でも、水銀を使用しない点において有利である。また、半導体光源は、発光波長の幅が十分に狭いという特徴を活かして、様々な場面で利用されている。例えば、半導体光源は、内視鏡診断における狭帯域光観察（ＮＢＩ；Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）用のような、特殊光を用いた観察用の光源に好適である。また、複数の半導体光源を組み合わせることによって任意の色の光を生成することができるため、例えば、色の高い再現性が求められるプロジェクタの光源や液晶ディスプレイのバックライトに好適である。   In recent years, semiconductor light sources typified by LEDs and laser diodes (LD) are becoming widespread in place of lamp light sources such as halogen lamps (see, for example, Patent Document 1). The semiconductor light source is superior to the lamp light source in terms of luminous efficiency, power consumption, and life, and is advantageous in that it does not use mercury from an environmental viewpoint. In addition, semiconductor light sources are used in various situations by taking advantage of the feature that the emission wavelength is sufficiently narrow. For example, the semiconductor light source is suitable for a light source for observation using special light such as narrow band imaging (NBI) in endoscopic diagnosis. Further, since light of any color can be generated by combining a plurality of semiconductor light sources, it is suitable for a projector light source and a liquid crystal display backlight that require high color reproducibility, for example.

特許第４５９０６４７号公報Japanese Patent No. 4590647

しかしながら、例えば、ＬＥＤチップに搭載されるレンズの位置や封止材の形状が出射光軸に対して偏ることによって、半導体光源から出射される光の配光特性が出射光軸に対して非対称となる。すなわち、半導体光源から出射された光は、出射光軸を中心として明るさの分布が非対称となる、いわゆる角度ムラを含む。さらに、このような配光特性は、ＬＥＤチップや周辺部品をパッケージに実装するときの製造誤差に起因するため、個々の半導体光源によって異なる。特許文献１の光学構成においては、このような角度ムラを解消することができず、角度ムラを含んだ光がそのまま照明対象に照射されてしまうという問題がある。   However, for example, when the position of the lens mounted on the LED chip and the shape of the sealing material are biased with respect to the outgoing optical axis, the light distribution characteristic of the light emitted from the semiconductor light source is asymmetric with respect to the outgoing optical axis. Become. That is, the light emitted from the semiconductor light source includes so-called angular unevenness in which the brightness distribution is asymmetric with the outgoing optical axis as the center. Further, such a light distribution characteristic is different depending on each semiconductor light source because it is caused by a manufacturing error when an LED chip or a peripheral component is mounted on a package. In the optical configuration of Patent Document 1, such an angle unevenness cannot be eliminated, and there is a problem that light including the angle unevenness is irradiated to the illumination target as it is.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、光源から出射される光に含まれる角度ムラが除去された照明光を生成することができる照明装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an illuminating device that can generate illumination light from which angular unevenness included in light emitted from a light source is removed. .

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光源と、該光源から出射された光が入射される入射面と、該入射面に入射された光を出射する出射面とを有し、前記光を内部において反射させながら前記入射面から前記出射面まで導光する導光部材と、該導光部材の前記出射面から出射された前記光を照明対象に照射するケーラ照明部であって、前記光源から前記ケーラ照明部までの光学系全体の瞳面に前記照明対象が位置するようにレイアウトされたケーラ照明部とを備える照明装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention has a light source, an incident surface on which light emitted from the light source is incident, and an emission surface that emits light incident on the incident surface, and reflects the light inside the incident surface. A light guide member that guides light from a surface to the exit surface, and a Koehler illumination unit that irradiates an illumination target with the light emitted from the exit surface of the light guide member, the light source to the Koehler illumination unit There is provided an illuminating device including a Koehler illumination unit laid out so that the illumination target is positioned on a pupil plane of the entire optical system.

本発明によれば、光源から出射された光は、導光部材を導光する間に反射を繰り返すことによって位置ムラを除去され、角度ムラを含む状態でケーラ照明部に入射する。位置ムラとは、例えば、光源の発光面に設けられた周辺素子によって光束の中に影が形成されることにより、光束内の一部において明るさが無秩序に異なることである。光に残存していた角度ムラは、ケーラ照明部において位置ムラに変換され、ケーラ照明部の瞳面において光は角度ムラを含まない状態となる。したがって、瞳面に投影された光から角度ムラが除去された照明光を生成することができる。   According to the present invention, the light emitted from the light source is subjected to reflection while being guided through the light guide member, thereby removing the position unevenness and entering the Koehler illumination unit in a state including the angle unevenness. The position unevenness is, for example, that the brightness varies randomly in a part of the light beam by forming a shadow in the light beam by a peripheral element provided on the light emitting surface of the light source. The angle unevenness remaining in the light is converted into position unevenness in the Koehler illumination unit, and the light does not include angle unevenness on the pupil plane of the Koehler illumination unit. Accordingly, it is possible to generate illumination light in which the angle unevenness is removed from the light projected on the pupil plane.

上記発明においては、前記光源と前記導光部材との間に、前記光源と前記導光部材の前記入射面とが光学的に共役な位置関係となるように配置され、前記光源から出射された光を前記導光部材の入射面に集光するクリティカル照明部を備えていてもよい。
このようにすることで、導光部材の入射面に集光される光のスポット径を、クリティカル照明部による結像倍率を調整することによって適切に設定することができる。 In the above invention, the light source and the light incident member are disposed between the light source and the light guide member so as to have an optically conjugate positional relationship, and emitted from the light source. You may provide the critical illumination part which condenses light on the entrance plane of the said light guide member.
By doing in this way, the spot diameter of the light condensed on the incident surface of the light guide member can be appropriately set by adjusting the imaging magnification by the critical illumination unit.

また、上記発明においては、前記光源の直後段に配置され、前記光源からの光を略平行光束に変換するコリメート光学系を備えていてもよい。
このようにすることで、光源から出射された光の進行方向を揃えることができる。 Moreover, in the said invention, you may provide the collimating optical system arrange | positioned immediately after the said light source, and converting the light from the said light source into a substantially parallel light beam.
By doing in this way, the advancing direction of the light radiate | emitted from the light source can be arrange | equalized.

また、上記発明においては、互いに異なる色の光を出射する複数の前記光源と、これら複数の光源からの複数の色の光を同一の光軸上に合成する合成部とを備えていてもよい。
このようにすることで、照明領域の全体にわたって色ムラが抑えられた任意の色の光を生成することができる。 In the above-described invention, a plurality of light sources that emit light of different colors and a combining unit that combines light of a plurality of colors from the plurality of light sources on the same optical axis may be provided. .
By doing in this way, the light of the arbitrary colors by which the color nonuniformity was suppressed over the whole illumination area | region can be produced | generated.

また、上記発明においては、前記瞳面に配置された入射面と、該入射面に入射された光を出射する出射面とを有し、前記光を内部において反射させながら前記入射面から前記出射面まで導光するもう１つの導光部材を備えていてもよい。
このようにすることで、ケーラ照明部の瞳面からもう１つの導光部材に入射された光に含まれる位置ムラは、このもう１つの導光部材を導光する間に除去されるので、角度ムラのみならず位置ムラも除去された光を照明光として生成することができる。 In the above invention, the light source has an entrance surface disposed on the pupil plane and an exit surface that emits light incident on the entrance surface, and the exit surface exits the entrance surface while reflecting the light inside. Another light guide member that guides light to the surface may be provided.
By doing in this way, the positional unevenness included in the light incident on the other light guide member from the pupil surface of the Koehler illumination unit is removed while guiding the other light guide member. Light from which not only the angle unevenness but also the position unevenness is removed can be generated as illumination light.

本発明によれば、光源から出射される光に含まれる角度ムラが除去された照明光を生成することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to generate illumination light from which angular unevenness included in light emitted from a light source is removed.

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the illuminating device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 光源から出射された光の配光特性（破線）と、ライトガイドから出射された光の配光特性（実線）とを示すグラフである。It is a graph which shows the light distribution characteristic (broken line) of the light radiate | emitted from the light source, and the light distribution characteristic (solid line) of the light radiate | emitted from the light guide. ケーラ照明部の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of a Koehler illumination part. 本発明の第２の実施形態に係る照明装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the illuminating device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. ３つの光源の発光スペクトル（左縦軸）と、２つのダイクロイックミラーの透過率特性（右縦軸）とを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum (left vertical axis) of three light sources, and the transmittance | permeability characteristic (right vertical axis) of two dichroic mirrors. ３つの光源から出射された３つの光の配光特性を示すグラフである。It is a graph which shows the light distribution characteristic of the three lights radiate | emitted from three light sources. 色ムラを説明する図であり、（ａ）照明対象と、（ｂ）３つの光源から出射された３つの光の強度分布と、（ｃ）３つの光が混合された光の色温度分布とを示している。It is a figure explaining color nonuniformity, (a) Illumination object, (b) Intensity distribution of three light radiate | emitted from three light sources, (c) Color temperature distribution of the light with which three light was mixed, Is shown. ライトガイドから出射された３つの光の配光特性を示すグラフである。It is a graph which shows the light distribution characteristic of the three lights radiate | emitted from the light guide.

（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る照明装置１について図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置１は、図１に示されるように、ライトガイド７を備える内視鏡に適用されるものであって、単一の光源２と、該光源２側から順に該光源２の出射光軸（以下、単に光軸という。）Ａ上に配置されたクリティカル照明部３、ロッドインテグレータ（導光部材）４およびケーラ照明部５とを備えている。 (First embodiment)
Below, the illuminating device 1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS. 1-3.
As illustrated in FIG. 1, the illumination device 1 according to the present embodiment is applied to an endoscope including a light guide 7, and includes a single light source 2 and the light source 2 in order from the light source 2 side. 2, a critical illumination unit 3, a rod integrator (light guide member) 4, and a Koehler illumination unit 5 disposed on an outgoing optical axis (hereinafter simply referred to as an optical axis) A.

光源２は、ＬＥＤやＬＤなどの半導体光源である。光源２が出射する光Ｌは、青、緑または赤などの単色光であってもよく、白色光であってもよい。このような光源２から出射された光Ｌは、パッケージの品位により、図２において破線で示されるように、配光特性が光軸Ａ（角度＝０°）に対して非対称となることがあり、いわゆる角度ムラを含むことがある。したがって、光Ｌをそのまま照明対象Ｘに照射した場合、光軸Ａを中心とする明るさの分布が非対称となる。また、半導体光源の光Ｌは、位置によって明るさが無秩序に異なる、いわゆる位置ムラを含むことがある。例えば、ＬＥＤ素子の発光面上には電力供給用のボンディングワイヤが設けられているが、このボンディングワイヤが光Ｌの中に影を形成することによって、光Ｌの光束の横断面において部分的に暗い領域が生じる。   The light source 2 is a semiconductor light source such as an LED or LD. The light L emitted from the light source 2 may be monochromatic light such as blue, green, or red, or may be white light. The light L emitted from such a light source 2 may have an asymmetric light distribution characteristic with respect to the optical axis A (angle = 0 °), as indicated by a broken line in FIG. 2, depending on the quality of the package. , So-called angular unevenness may be included. Accordingly, when the illumination object X is irradiated as it is, the brightness distribution around the optical axis A becomes asymmetric. Further, the light L of the semiconductor light source may include so-called position unevenness in which the brightness varies randomly depending on the position. For example, a bonding wire for supplying power is provided on the light emitting surface of the LED element, and this bonding wire forms a shadow in the light L, so that it is partially in the cross section of the light flux of the light L. Dark areas occur.

クリティカル照明部３は、光源２からの光Ｌを用いてロッドインテグレータ４の入射面４ａをクリティカル照明する光学系であり、光源２（詳細には、例えば、ＬＥＤの発光面）とロッドインテグレータ４の入射面４ａとが光学的に共役な位置に配されるように構成されている。具体的には、クリティカル照明部３は、光軸Ａ上に配置された第１の集光レンズ（コリメート光学系）３１および第２の集光レンズ３２を備え、光源２からの光Ｌを第１の集光レンズ３１によって略平行光束にした後、第２の集光レンズ３２によってロッドインテグレータ４の入射面４ａに集光する。クリティカル照明部３の結像倍率は、入射面４ａ上に形成される光Ｌの像の寸法や各光源の発光面積に応じて、適宜設計される。   The critical illumination unit 3 is an optical system that critically illuminates the incident surface 4 a of the rod integrator 4 using the light L from the light source 2, and the light source 2 (specifically, for example, the light emitting surface of the LED) and the rod integrator 4 The entrance surface 4a is arranged at an optically conjugate position. Specifically, the critical illumination unit 3 includes a first condenser lens (collimating optical system) 31 and a second condenser lens 32 arranged on the optical axis A, and the light L from the light source 2 After being made into a substantially parallel light beam by one condenser lens 31, it is condensed on the incident surface 4 a of the rod integrator 4 by a second condenser lens 32. The imaging magnification of the critical illumination unit 3 is appropriately designed according to the size of the image of the light L formed on the incident surface 4a and the light emission area of each light source.

ロッドインテグレータ４は、例えば、ロッドレンズ、テーパロッド、角柱ロッド、内面ミラーのロッドパイプ等である。ロッドインテグレータ４の入射面４ａに入射した光Ｌは、ロッドインテグレータ４の側面において全反射を繰り返しながらロッドインテグレータ４の内部を出射面４ｂまで進む。   The rod integrator 4 is, for example, a rod lens, a tapered rod, a prismatic rod, a rod pipe of an inner surface mirror, or the like. The light L incident on the incident surface 4a of the rod integrator 4 travels inside the rod integrator 4 to the exit surface 4b while repeating total reflection on the side surface of the rod integrator 4.

このときに、光Ｌに含まれる位置ムラは、ロッドインテグレータ４の内部を導光する間に均一化される。一方、光Ｌに含まれる角度ムラは、ロッドインテグレータ４の内部を導光する間も保存される。したがって、ロッドインテグレータ４の出射面４ｂからは、位置ムラが除去され角度ムラが残った光Ｌが出射される。ロッドインテグレータ４の光軸方向の寸法が大きいほど、位置ムラを均一化する効果がより高くなるので、ロッドインテグレータ４の光軸方向の寸法は十分に大きいことが好ましい。   At this time, the position unevenness included in the light L is uniformized while guiding the inside of the rod integrator 4. On the other hand, the angular unevenness included in the light L is preserved even when the inside of the rod integrator 4 is guided. Therefore, the light L from which the position unevenness is removed and the angle unevenness remains is emitted from the emission surface 4 b of the rod integrator 4. The larger the dimension of the rod integrator 4 in the optical axis direction, the higher the effect of making the position unevenness uniform. Therefore, it is preferable that the dimension of the rod integrator 4 in the optical axis direction is sufficiently large.

ケーラ照明部５は、ロッドインテグレータ４の出射面４ｂからの光を用いて、後述するようにその後段に接続されるライトガイド７の入射面７ａをケーラ照明する光学系である。具体的には、ケーラ照明部５は、レンズ部の後側合成焦点面、すなわち瞳面Ｐに照明対象が位置するように配置されて、出射面４ｂ上の光を瞳面Ｐに投影する。なお、図１には、２枚のレンズからなるケーラ照明部５が示されているが、ケーラ照明部５のレンズ構成は適宜変更可能である。   The Koehler illumination unit 5 is an optical system that uses the light from the exit surface 4b of the rod integrator 4 to Koehler illuminate the incident surface 7a of the light guide 7 connected to the subsequent stage as will be described later. Specifically, the Koehler illumination unit 5 is arranged so that the illumination target is positioned on the rear combined focal plane of the lens unit, that is, the pupil plane P, and projects the light on the exit surface 4b onto the pupil plane P. In addition, although the Koehler illumination part 5 which consists of two lenses is shown in FIG. 1, the lens structure of the Koehler illumination part 5 can be changed suitably.

図３は、ケーラ照明部５の作用を説明する図である。図３に示されるように、ロッドインテグレータ４の出射面４ｂの各位置から出射された光線のうち同一の出射角度を有する光線同士は、ケーラ照明部５によって瞳面Ｐの同一位置に集光される。これにより、光Ｌに含まれる角度情報が位置情報に変換され、すなわち角度ムラが位置ムラに変換され、光Ｌは瞳面Ｐにおいて角度ムラを含まない状態となる。したがって、ケーラ照明部５の瞳面Ｐにライトガイド７の入射面７ａを配置することにより、ライトガイド７には位置ムラを含み角度ムラが除去された光Ｌが入射されることになる。なお、同図において、ケーラ照明部５は、単一のレンズによって簡略化して示されている。   FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the Koehler illumination unit 5. As shown in FIG. 3, light rays having the same emission angle among the light rays emitted from the respective positions of the emission surface 4 b of the rod integrator 4 are condensed at the same position on the pupil plane P by the Koehler illumination unit 5. The Thereby, the angle information included in the light L is converted into position information, that is, the angle unevenness is converted into the position unevenness, and the light L does not include the angle unevenness in the pupil plane P. Therefore, by arranging the incident surface 7a of the light guide 7 on the pupil plane P of the Koehler illumination section 5, the light L including the position unevenness and the angle unevenness is incident on the light guide 7. In the figure, the Koehler illumination section 5 is shown simplified by a single lens.

次に、このように構成された照明装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る照明装置１を内視鏡に適用するには、ライトガイド７の入射面７ａがケーラ照明部５の瞳面Ｐに配置されるように、照明装置１を内視鏡に接続する。ライトガイド７は、内視鏡が備える細長い挿入部の内部に該挿入部の略全長にわたって設けられており、照明装置１から入射面７ａに入射された光Ｌを挿入部の先端まで導き、該先端から生体組織などの照明対象Ｘに向かって照射するようになっている。 Next, the operation of the lighting device 1 configured as described above will be described.
In order to apply the illumination device 1 according to the present embodiment to an endoscope, the illumination device 1 is connected to the endoscope so that the incident surface 7a of the light guide 7 is arranged on the pupil plane P of the Koehler illumination unit 5. To do. The light guide 7 is provided in the elongated insertion portion provided in the endoscope over substantially the entire length of the insertion portion, guides the light L incident on the incident surface 7a from the illumination device 1 to the distal end of the insertion portion, It irradiates from the front-end | tip toward illumination object X, such as a biological tissue.

光源２から出射された光Ｌは、まず、クリティカル照明部３に入射され、適切な倍率でロッドインテグレータ４の入射面４ａに集光される。この段階における光Ｌには、角度ムラおよび位置ムラの両方が含まれるが、これらのうちの位置ムラがロッドインテグレータ４を導光する間に除去される。次に、角度ムラの残った光Ｌがロッドインテグレータ４からケーラ照明部５に入射され、該ケーラ照明部５において角度ムラが位置ムラに変換される。そして、位置ムラを含み角度ムラを除去された光Ｌが内視鏡のライトガイド７に入射される。   The light L emitted from the light source 2 is first incident on the critical illumination unit 3 and condensed on the incident surface 4a of the rod integrator 4 at an appropriate magnification. The light L at this stage includes both angle unevenness and position unevenness, and the position unevenness among these is removed while the light is guided through the rod integrator 4. Next, the light L in which the angle unevenness remains is incident on the Koehler illumination unit 5 from the rod integrator 4, and the angle unevenness is converted into the position unevenness in the Koehler illumination unit 5. Then, the light L including the position unevenness and the angle unevenness is removed is incident on the light guide 7 of the endoscope.

ライトガイド７に位置ムラを含む光Ｌが入射すると、光Ｌがライトガイド７の内部を全反射を繰り返しながら導光することによって、位置ムラが均一化される。したがって、ライトガイド７の出射面７ｂからは、角度ムラおよび位置ムラの両方が除去された光が照明光Ｌ’として照明対象Ｘに照射される。図２の実線は、ライトガイド７の出射面７ｂにおける光Ｌ（照明光Ｌ’）の配光特性を示している。図２から、照明光Ｌ’の配光特性は改善されて、光軸Ａに対して対称になっていることが分かる。   When light L including position unevenness enters the light guide 7, the light L is guided through the inside of the light guide 7 while repeating total reflection, thereby making the position unevenness uniform. Therefore, from the exit surface 7 b of the light guide 7, the illumination target X is irradiated with the light from which both the angle unevenness and the position unevenness are removed as the illumination light L ′. The solid line in FIG. 2 indicates the light distribution characteristic of the light L (illumination light L ′) on the exit surface 7 b of the light guide 7. 2 that the light distribution characteristic of the illumination light L ′ is improved and is symmetric with respect to the optical axis A. FIG.

このように、本実施形態によれば、光Ｌに含まれる角度ムラおよび位置ムラのうち位置ムラがロッドインテグレータ４によって最初に除去され、次にケーラ照明部５によって角度ムラが位置ムラに変換され、次にライトガイド７によって位置ムラが除去される。これにより、角度ムラおよび位置ムラのない照明光Ｌ’を照明対象Ｘに照射することができる。   As described above, according to the present embodiment, the position unevenness among the angle unevenness and the position unevenness included in the light L is first removed by the rod integrator 4, and then the angle unevenness is converted into the position unevenness by the Kohler illumination unit 5. Then, the position unevenness is removed by the light guide 7. As a result, it is possible to irradiate the illumination target X with the illumination light L ′ having no angle unevenness and position unevenness.

なお、本実施形態においては、内視鏡に適用する場合について説明したが、内視鏡以外の装置にも適用することもできる。例えば、照明装置１をプロジェクタに適用する場合には、ライトガイド７に代えて、プロジェクタが備える光変調素子（ＬＣＤまたはＬＣＯＳ）が用いられる。   In addition, in this embodiment, although the case where it applied to an endoscope was demonstrated, it is also applicable to apparatuses other than an endoscope. For example, when the illumination device 1 is applied to a projector, a light modulation element (LCD or LCOS) provided in the projector is used instead of the light guide 7.

また、本実施形態においては、ケーラ照明部５によって生成された位置ムラを除去するための構成として内視鏡が備えるライトガイド７を利用することとしたが、これに代えて、ケーラ照明部５の後段に、ロッドインテグレータやライトガイドのようなもう１つの導光部材を備えていてもよい。
このようにすることで、角度ムラおよび位置ムラの両方が除去された状態の光を照明光として他の装置に供給することができ、導光部材を備えていない任意の装置に適用することができる。 In the present embodiment, the light guide 7 provided in the endoscope is used as a configuration for removing the positional unevenness generated by the Koehler illumination section 5, but instead, the Koehler illumination section 5 is used. In the subsequent stage, another light guide member such as a rod integrator or a light guide may be provided.
By doing in this way, the light in a state where both the angle unevenness and the position unevenness are removed can be supplied as illumination light to another device, and can be applied to any device that does not include a light guide member. it can.

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置１について図４〜図８を参照して説明する。
本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る照明装置１は、図４に示されるように、３つの光源２１，２２，２３と、これら光源２１，２２，２３からの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を同一の光軸Ａ上に合成する合成部６とを備えている点において、第１の実施形態と主に異なっている。 (Second Embodiment)
Next, the illuminating device 1 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS.
In the present embodiment, the configuration different from the first embodiment will be mainly described, and the configuration common to the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 4, the illuminating device 1 according to this embodiment includes three light sources 21, 22, and 23 and lights L 1, L 2, and L 3 from the light sources 21, 22, and 23 on the same optical axis A. The second embodiment is mainly different from the first embodiment in that it includes a synthesizing unit 6 for synthesizing.

光源２１，２２，２３は、互いに異なる色の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を出射する。本実施形態においては、光源２１，２２，２３として、青、緑、赤の単色の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ出射するＬＥＤなどの半導体光源を想定している。このように異なる光源２１，２２，２３から出射される光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、一般に、互いに異なる配光特性を有する。   The light sources 21, 22, and 23 emit light L1, L2, and L3 having different colors. In the present embodiment, it is assumed that the light sources 21, 22, and 23 are semiconductor light sources such as LEDs that emit blue, green, and red monochromatic lights L1, L2, and L3, respectively. As described above, the light L1, L2, and L3 emitted from the different light sources 21, 22, and 23 generally have different light distribution characteristics.

図５は、３つの光源２１，２２，２３が出射する光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のスペクトルを示し、図６は、これら３つの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配光特性を示している。図６に示されるように、光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３によって配光特性が異なっている。また、個々の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、特に緑および赤の光Ｌ２，Ｌ３において、光軸（角度＝０°）Ａに対して配光特性が非対称となっている。なお、図６において、縦軸は、個々の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の最大強度を１として規格化した強度を示している。   FIG. 5 shows the spectra of the lights L1, L2, and L3 emitted from the three light sources 21, 22, and 23, and FIG. 6 shows the light distribution characteristics of these three lights L1, L2, and L3. As shown in FIG. 6, the light distribution characteristics differ depending on the lights L1, L2, and L3. Further, in each of the light beams L1, L2, and L3, particularly green and red light beams L2 and L3, the light distribution characteristics are asymmetric with respect to the optical axis (angle = 0 °) A. In FIG. 6, the vertical axis indicates the intensity normalized with the maximum intensity of each light L1, L2, L3 as 1.

図７（ａ）に示されるように、異なる配光特性を有する３つの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を合成して白色光を生成して照明対象Ｘの領域Ｒに照射した場合、図７（ｂ）に示されるように、領域Ｒ内の位置によって３つの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の割合が異なることによって、領域Ｒ内の位置によって色が異なるいわゆる色ムラが発生する。例えば、領域Ｒの中心Ｒ１においては、青の光Ｌ３の割合が高く、赤の光Ｌ１の割合が少ないことによって、図７（ｃ）に示されるように、色温度が高くなる。一方、領域Ｒの周縁Ｒ２においては、３つの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の割合が略同一であることによって、色温度が適切な値になる。   As shown in FIG. 7A, when three lights L1, L2, and L3 having different light distribution characteristics are combined to generate white light and irradiate the region R of the illumination target X, FIG. ), The ratio of the three lights L1, L2, and L3 varies depending on the position in the region R, and so-called color unevenness in which the color varies depending on the position in the region R occurs. For example, at the center R1 of the region R, the ratio of the blue light L3 is high and the ratio of the red light L1 is small, so that the color temperature becomes high as shown in FIG. On the other hand, at the periphery R2 of the region R, the ratio of the three lights L1, L2, and L3 is substantially the same, so that the color temperature becomes an appropriate value.

本実施形態において、クリティカル照明部３は、３つの光源２１，２２，２３（詳細には、例えば、各ＬＥＤの発光面）と、ロッドインテグレータ４の入射面４ａとが光学的に共役な位置に配されるように構成されている。クリティカル照明部３は、各光源２１，２２，２３の直後段に配置された３つの第１の集光レンズ３１と、後述するように合成部６によって光軸Ａ上に合成された３つの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をロッドインテグレータ４の入射面４ａに集光する単一の第２の集光レンズ３２とを備えている。   In the present embodiment, the critical illumination unit 3 has three light sources 21, 22, 23 (specifically, for example, the light emitting surface of each LED) and the incident surface 4 a of the rod integrator 4 at an optically conjugate position. It is configured to be arranged. The critical illumination unit 3 includes three first condenser lenses 31 arranged immediately after the respective light sources 21, 22, and 23, and three lights synthesized on the optical axis A by the synthesis unit 6 as described later. A single second condenser lens 32 that condenses L1, L2, and L3 on the incident surface 4a of the rod integrator 4 is provided.

合成部６は、光源２１の出射光軸Ａ上に直列に配置され、光源２２，２３からの光Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ光軸Ａに沿う方向に反射する第１のダイクロイックミラー６１および第２のダイクロイックミラー６２を備えている。２つのダイクロイックミラー６１，６２は、図５に示されるように、所定の波長よりも短い波長の光を選択的に透過させるショートパスフィルタの性質を有している。具体的には、第１のダイクロイックミラー６１は、光源２１からの青の光Ｌ１を透過し、光源２２からの緑の光Ｌ２を反射する。ロッドインテグレータ４側の第２のダイクロイックミラー６２は、ダイクロイックミラー６１からの青の光Ｌ１および緑の光Ｌ２を透過し、光源２３からの赤の光Ｌ３を反射する。   The combining unit 6 is arranged in series on the outgoing optical axis A of the light source 21, and reflects the light L2 and L3 from the light sources 22 and 23 in the direction along the optical axis A and the second dichroic mirror 61 and the second dichroic mirror 61. A dichroic mirror 62 is provided. As shown in FIG. 5, the two dichroic mirrors 61 and 62 have the property of a short-pass filter that selectively transmits light having a wavelength shorter than a predetermined wavelength. Specifically, the first dichroic mirror 61 transmits the blue light L1 from the light source 21 and reflects the green light L2 from the light source 22. The second dichroic mirror 62 on the rod integrator 4 side transmits the blue light L1 and the green light L2 from the dichroic mirror 61, and reflects the red light L3 from the light source 23.

次に、このように構成された照明装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る照明装置１を内視鏡に適用するには、第１の実施形態と同様に、ライトガイド７の入射面７ａがケーラ照明部５の瞳面Ｐに配置されるように、照明装置１を内視鏡に接続する。 Next, the operation of the lighting device 1 configured as described above will be described.
In order to apply the illumination device 1 according to the present embodiment to an endoscope, as in the first embodiment, the incident surface 7a of the light guide 7 is arranged on the pupil plane P of the Koehler illumination unit 5. The illumination device 1 is connected to the endoscope.

３つの光源２から出射された３つの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、まず、クリティカル照明部３に入射される。該クリティカル照明部３において、３つの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は合成部６によって単一の光軸Ａ上に合成され、適切な倍率でロッドインテグレータ４の入射面４ａに集光される。ロッドインテグレータ４、ケーラ照明部５およびライトガイド７における作用は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。   The three lights L1, L2, and L3 emitted from the three light sources 2 are first incident on the critical illumination unit 3. In the critical illumination unit 3, the three lights L 1, L 2, and L 3 are combined on the single optical axis A by the combining unit 6 and condensed on the incident surface 4 a of the rod integrator 4 at an appropriate magnification. Since the actions in the rod integrator 4, the Köhler illumination unit 5, and the light guide 7 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

このように、本実施形態によれば、光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に含まれる角度ムラおよび位置ムラのうち位置ムラがロッドインテグレータ４によって最初に除去され、次にケーラ照明部５によって角度ムラが位置ムラに変換され、次にライトガイド７によって位置ムラが除去される。これにより、角度ムラおよび位置ムラのない照明光Ｌ’を照明対象Ｘに照射することができる。   As described above, according to the present embodiment, the position unevenness among the angle unevenness and the position unevenness included in the lights L1, L2, and L3 is first removed by the rod integrator 4, and then the angular unevenness is detected by the Koehler illumination unit 5. After being converted into unevenness, the unevenness of position is removed by the light guide 7. As a result, it is possible to irradiate the illumination target X with the illumination light L ′ having no angle unevenness and position unevenness.

さらに、全ての光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配光特性が、図８に示されるように、互いに略同一になるように改善されることにより、色ムラのない照明光Ｌ’を照明対象Ｘに照射することができる。図８は、ライトガイド７の出射面７ｂにおける３つの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配光特性を示している。図８から、照明光Ｌ’は、いずれの角度においても３色の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を一定の割合で含んでおり、均一な色を有することが分かる。   Furthermore, the light distribution characteristics of all the lights L1, L2, and L3 are improved so that they are substantially the same as shown in FIG. Can be irradiated. FIG. 8 shows the light distribution characteristics of the three lights L1, L2, and L3 on the exit surface 7b of the light guide 7. From FIG. 8, it can be seen that the illumination light L ′ includes the three colors of light L1, L2, and L3 at a certain ratio at any angle and has a uniform color.

また、本実施形態によれば、色ムラに関して以下のような効果を奏する。すなわち、光源２１，２２，２３や集光レンズ３１，３２、ダイクロイックミラー６１，６２等の光学部品を組み立てるときに、光学部品の位置および角度にズレが発生し得る。この組立誤差に起因して各光源２１，２２，２３の光軸や配光特性が変化したり光量が低下したりし、照明光Ｌ’の色ムラが生じる。組立誤差が照明光Ｌ’の色ムラに与える影響は、色合成する光源２１，２２，２３の数が多いほど、大きくなる。   Moreover, according to this embodiment, there exist the following effects regarding a color nonuniformity. That is, when assembling optical components such as the light sources 21, 22, 23, the condenser lenses 31, 32, and the dichroic mirrors 61, 62, deviations may occur in the positions and angles of the optical components. Due to this assembly error, the optical axes and light distribution characteristics of the light sources 21, 22, and 23 change or the amount of light decreases, resulting in uneven color of the illumination light L '. The influence of the assembly error on the color unevenness of the illumination light L ′ increases as the number of light sources 21, 22, and 23 for color synthesis increases.

さらに、各光源２１，２２，２３から出射される光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の半値角は、ＬＥＤの仕様、特に発光波長によっても異なる。したがって、本実施形態のように複数の色の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から１つの照明光Ｌ’を生成する場合、色ムラがさらに顕著に現れる傾向がある。
この問題に対し、本発明によれば、組立誤差に起因する照明光Ｌ’の色ムラにも好適に対応できるので、光学部品を組み立てる際に要求される機械公差を緩和し、組み立て性を向上することができる。 Furthermore, the half-value angles of the lights L1, L2, and L3 emitted from the light sources 21, 22, and 23 vary depending on the LED specifications, particularly the emission wavelength. Therefore, when one illumination light L ′ is generated from light L1, L2, L3 of a plurality of colors as in the present embodiment, color unevenness tends to appear more prominently.
In response to this problem, according to the present invention, it is possible to suitably cope with the uneven color of the illumination light L ′ caused by the assembly error, so that the mechanical tolerance required when assembling the optical component is alleviated and the assemblability is improved. can do.

１ 照明装置
２，２１，２２，２３ 光源
３ クリティカル照明部
３１ 第１の集光レンズ（コリメート光学系）
３２ 第２の集光レンズ
４ ロッドインテグレータ（導光部材）
４ａ 入射面
４ｂ 出射面
５ ケーラ照明部
６ 合成部
６１，６２ ダイクロイックミラー
７ ライトガイド（導光部材）
７ａ 入射面
７ｂ 出射面
Ａ 光軸
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 光
Ｌ’ 照明光
Ｐ 瞳面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illuminating device 2, 21, 22, 23 Light source 3 Critical illumination part 31 1st condensing lens (collimating optical system)
32 Second condenser lens 4 Rod integrator (light guide member)
4a Incident surface 4b Outgoing surface 5 Köhler illumination unit 6 Composition unit 61, 62 Dichroic mirror 7 Light guide (light guide member)
7a entrance surface 7b exit surface A optical axis L, L1, L2, L3 light L 'illumination light P pupil surface

Claims (5)

光源と、
該光源から出射された光が入射される入射面と、該入射面に入射された光を出射する出射面とを有し、前記光を内部において反射させながら前記入射面から前記出射面まで導光する導光部材と、
該導光部材の前記出射面から出射された前記光を照明対象に照射するケーラ照明部であって、前記光源から前記ケーラ照明部までの光学系全体の瞳面に前記照明対象が位置するようにレイアウトされたケーラ照明部とを備える照明装置。 A light source;
An incident surface on which light emitted from the light source is incident; and an emission surface from which the light incident on the incident surface is emitted, and is guided from the incident surface to the emission surface while reflecting the light inside. A light guide member that emits light;
A Koehler illumination unit that irradiates an illumination target with the light emitted from the exit surface of the light guide member, such that the illumination target is positioned on a pupil plane of the entire optical system from the light source to the Koehler illumination unit. And a Koehler illumination unit laid out in the lighting device. 前記光源と前記導光部材との間に、前記光源と前記導光部材の前記入射面とが光学的に共役な位置関係となるように配置され、前記光源から出射された光を前記導光部材の入射面に集光するクリティカル照明部を備える請求項１に記載の照明装置。   Between the light source and the light guide member, the light source and the light incident surface of the light guide member are disposed so as to have an optically conjugate positional relationship, and light emitted from the light source is guided to the light guide. The illuminating device of Claim 1 provided with the critical illumination part which condenses on the entrance plane of a member. 前記光源の直後段に配置され、前記光源からの光を略平行光束に変換するコリメート光学系を備える請求項１または請求項２に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, further comprising a collimating optical system that is disposed immediately after the light source and converts light from the light source into a substantially parallel light beam. 互いに異なる色の光を出射する複数の前記光源と、
これら複数の光源からの複数の色の光を同一の光軸上に合成する合成部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置。 A plurality of light sources that emit light of different colors;
The illuminating device according to claim 1, further comprising: a combining unit that combines light of a plurality of colors from the plurality of light sources on the same optical axis. 前記瞳面に配置された入射面と、該入射面に入射された光を出射する出射面とを有し、前記光を内部において反射させながら前記入射面から前記出射面まで導光するもう１つの導光部材を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置。   Another incident surface disposed on the pupil plane and an exit surface that emits light incident on the entrance surface, and guides the light from the entrance surface to the exit surface while reflecting the light inside. The illuminating device in any one of Claims 1-4 provided with one light guide member.
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