JP2022105473A - 画像アプリケーション用の適応照明システムのための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】伝送または蛍光画像システムのための照明光学系に関し、照明ゾーンのサイズ、強度分布の均一性、および照明の角度に対する要求に適合するように構成されたユニバーサルな照明システムの提供。【解決手段】第１の光学素子、第２の光学素子、および第３の光学素子を含む少なくとも３つの光学素子を含む適応照明器を含み、第１の光学素子と第２の光学素子との間の距離は、調節可能であること。【選択図】図３Ａ

Description

本明細書で開示される発明の実施形態は、ハードウェアを変更することなく、異なる照明アプリケーションを通して、その性能を向上させるために調整するように構成された光学サブシステムに関する。

いくつかの例において、伝送または蛍光画像システムのための照明光学系は、所望の画質を達成するために使用される。照明ゾーンのサイズ、強度分布の均一性、および照明の角度に対する要求は、異なるアプリケーションで異なっている。例えば、蛍光画像システムは、より高い放射照度、大きな照明ゾーン、および照明入射角度に依存しない高い均一性の強度分布を要求する。多くの開口数（numerical aperture）の対物レンズを有する透過画像システムは、画像システムの高解像性能を支持するために、高い照射入射角を要求する。状況によっては、最終的な画像のコントラストを高めるために、照射角度が低減される。したがって、異なるアプリケーションからの様々な要求に適合するように構成されたユニバーサルな照明システムが望まれている。

一例では、上記課題の少なくともいくつかは、適応照明システムによって、少なくとも部分的に対処される。その適応照明システムは、適応照明器（adaptive illuminator）を含む。適応照明器は、第１の光学素子と、第２の光学素子と、第３の光学素子とを含む少なくとも３つの光学素子を含む。第１の光学素子と第２の光学素子との間の距離は調節可能である。

適応照明器は、適応照明システムの１つまたは複数の照明特性を調整するために、第１の光学素子と第２の光学素子との間の距離を調整するように設計される。適応照明器はさらに、そこを通過する光のビームウエストを増大させるように構成される。これは、ビームウエストを増大させることができない光学システムに対して、より小さな集光光学系を有する光源を利用する。したがって、光源のパッケージサイズおよびコストが低減される。

上記の簡単な説明は、詳細な説明でさらに説明される概念の選択を簡略化された形で導入するために提供されることを理解されたい。それは、特許請求される発明の重要なまたは本質的な特徴を識別することを意味するものではなく、その範囲は詳細な説明に続く特許請求の範囲によって一意に定義される。さらに、特許請求される発明は、上記または本開示の任意の部分において言及される任意の欠点を解決する実施形態に限定されない。

本開示は、添付の図面を参照して、非限定的な実施形態の以下の説明を読むことにより、より良く理解される。

図１は、従来の例のケーラー（Ｋｏｈｌｅｒ）照明を使用する照明システムを示す。

図２Ａは、より大きな円錐角を含む収束ビームを示す。

図２Ｂは、より小さな円錐角を含む収束ビームを示す。

図３Ａは、適応照明システムの光学系の第１のレイアウトを示す。

図３Ｂは、適応照明システムの第１のレイアウトのフォーカスレンズの背面開口（aperture）の投影画像を示す。

図３Ｃは、ターゲット面における第１のレイアウトのシミュレートされた照明ゾーンを示す。

図３Ｄは、第１のレイアウトの照明ゾーンの放射照度強度の断面を示す。

図４Ａは、適応照明システムの光学系の第２のレイアウトを示す。

図４Ｂは、適応照明システムの第２のレイアウトのフォーカスレンズの背面開口の投影画像を示す。

図４Ｃは、ターゲット面における第２のレイアウトのシミュレートされた照明ゾーンを示す。

図４Ｄは、第２のレイアウトの照明ゾーンの放射照度強度の断面を示す。

図５Ａは、適応照明システムの光学系の第３のレイアウトを示す。

図５Ｂは、適応照明システムの第３のレイアウトのフォーカスレンズの背面開口の投影画像を示す。

図５Ｃは、ターゲット面における第３のレイアウトのシミュレートされた照明ゾーンを示す。

図５Ｄは、第３のレイアウトの照明ゾーンの放射照度強度の断面を示す。

図６は、適応照明システムが組み込まれるマルチチャネルＬＥＤ光源の一例の実施形態を示す。

以下の説明は、可動レンズを含む照明システムのためのシステムおよび方法に関する。可動レンズは、異なる用途のために照明ゾーンサイズおよび照明入射角度を調整するために移動する。適応照明システムは、より大きなビームウエストを含む入力光の類似の性能を提供するために、上流の光源からより小さなビームウエストを受ける。これを行うことにより、上流の光源のサイズを小さくし、これにより、システムのコストおよび物理的なサイズを小さくしている。

図１は、限定された調整能力を有する照明システムの従来の例を示す。図２Ａは、大きな円錐角を有する収束ビームの傾きを示す。小さな円錐角を有する収束ビームレンズは、図２Ｂに示されている。図３Ａは、適応照明システムの第１のレイアウトを示す。図３Ｂは、適応照明システムの第１のレイアウトのフォーカスレンズの背面開口の投影画像を示す。図３Ｃは、ターゲット面における第１のレイアウトのシミュレートされた照明ゾーンを示す。図３Ｄは、第１のレイアウトの照明ゾーンの放射照度強度の断面を示す。図４Ａは、適応照明システムの光学系の第２のレイアウトを示す。図４Ｂは、適応照明システムの第２のレイアウトのフォーカスレンズの背面開口の投影画像を示す。図４Ｃは、ターゲット面における第２のレイアウトのシミュレートされた照明ゾーンを示す。図４Ｄは、第２のレイアウトの照明ゾーンの放射照度強度の断面を示す。図５Ａは、適応照明システムの光学系の第３のレイアウトを示す。図５Ｂは、適応照明システムの第３のレイアウトのフォーカスレンズの背面開口の投影画像を示す。図５Ｃは、ターゲット面における第３のレイアウトのシミュレートされた照明ゾーンを示す。図５Ｄは、第３のレイアウトの照明ゾーンの放射照度強度の断面を示す。図６は、適応照明システムが組み込まれるマルチチャネルＬＥＤ光源の一例の実施形態を示す。

一実施形態では、適応照明システムは、より小さなビームウエストを有するセミコリメート入力ビームを受け、可変的な大きなビームウエスト、焦点距離、および円錐角を有する収束円錐光を出力する。第１の負の光学素子および第２の正の光学素子（例えば、入力から出力へ）は、所望の出力ビームを達成するために、入力セミコリメートビームを所望のより大きなビームウエストまで拡大するように共に動作する。これは、所望のビーム収束角度および有効焦点距離を達成することを含む。出力ビームウエストは、負の光学素子および正の光学素子の空隙（air gap）によって制御される。

適応照明システムにおける最後の光学素子は、適応照明システムの最終有効焦点距離の中間（neutral）焦点距離を提供する。一例では、これは、有効焦点距離の調整可能な範囲の中点に近接する。適応照明システムの有効焦点距離は、第１の２つの素子の間に配置された空隙を介して減少または増大される。

２つの光学素子間の空隙を低減させると、より小さい初期ビームウエストを有するより遅い収束光円錐が生成される。対応する円錐光は、照明フォーカスレンズ（例えば、ケーラー照明スキームによる対物レンズまたは集光レンズ）を通過し、より大きな最大照明角度を有するより小さな照明ゾーンを生成する。大きな照射角度は、高解像度画像を提供するために、高開口数画像レンズを支持する。

２つの光学素子の間の空隙を増大させると、より大きな初期ビームウエストを有するより速い収束光円錐が生成される。ケーラー照明スキームによる対物レンズまたは集光レンズを通過する対応する円錐光は、より小さな最大照明角度を有するより大きな照明ゾーンを生成する。より小さい照明角度は、蛍光画像アプリケーションのためにより望ましい構成をサポートする。

ここで図１を参照すると、ケーラー照明を使用する照明システムの従来の例が示される。ケーラー照明スキームは、顕微鏡光学システムのような画像光学系において使用される。このスキームでは、ターゲット照明面１０２は、光源面の共役位置から離れて配置する。したがって、光源内に生成される空間変動または望ましくない強度構造を低減する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）である光源１０４は、いくつかの強度分布パターン（例えば、ランバート分布）を有する有限および／または固定寸法を含む。光源１０４からの光が通過する集光レンズ１０６は、光源１０４からの放射を集め、光を照明レンズ１０８に向けて投影する。集光レンズ１０６は、光源１０４の放射面の近傍で閾値を有する小さなレンズである。放射面は、カプセル化されたＬＥＤ内の半球レンズ、単一の個別レンズ、または複数のレンズの組み合わせである。このようにして、集光レンズは、画像アプリケーションの所望の特性を満たすために、色収差および／またはセミコリメート出力ビームを低減する。

照明レンズ１０８は、集光レンズ１０６からフォーカスレンズ１１０の背面開口面の領域に光を集光するために使用される。これは、透過モード画像光学系における集光レンズ（condenser lens）であっても、落射照明スキームを使用する画像光学系の蛍光モードにおける対物レンズであってもよい。

図１の従来の例に示すように、照明光学系のターゲット面１０２は、ケーラー照明の条件が満たされるように、光源面と共役されていない。実線によって示される集束ビーム１１２は、照明レンズ１０８を介して生成される円錐角αを含み、ターゲット面１０２の照明ゾーンのサイズを決定する効果を有する。いくつかの例では、照明ゾーンを均等に照明することが望まれる。照明の条件は、強度の均一性が閾値強度変動（例えば、１０％）以下を含む場合を含む。いくつかの例では、追加的または代替的に、閾値強度変動は、５％、２％、またはそれ未満である。円錐角αは、集束ビーム１１２から、点線によって図示されている周辺光線１１４までに測定されたビームウエスト１１６と、照明レンズの後方焦点距離とによって決定される。

透過画像システムでは、軸に沿って光源１０４からの光の進行方向に対してターゲット面１０２の背後に付加的なフォーカスレンズ（例えば、対物レンズ）がある。対物レンズは、ターゲット面のサンプルを通る透過光を受ける。このような例では、照明の最大入射角βは、高解像度の画像性能を提供するために、高開口数の対物レンズを満たすのに十分な大きさである必要がある。最大照射角βは、周辺光線１１４に基づいている。これは、光源１０４のエッジから、フォーカスレンズの後方焦点面におけるその投影像のエッジに由来する。その結果、フォーカスレンズ１１０の背面開口面におけるより大きな投影光源像は、より大きな照明角度を生成する。これは、照明レンズ１０８の焦点距離によって決まり、ターゲット面１０２において十分に大きな照明ゾーンを提供しない。したがって、図１の従来の例は、様々な照明スキームに適していない。

次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、それらは、２つの異なる構成を有する集束レンズの後方焦点面に集束された集束ビームの第１の光線トレース２００および第２の光線トレース２５０をそれぞれ示す。第１の光線トレース２００では、大きな円錐角αを有する収束ビーム２０２は、ターゲット面１０２に第１の照明ゾーン２０４を生成する。第２の光線トレース２５０では、小さな円錐角αを有する収束ビーム２５２は、第１の照明ゾーン２０４よりも小さな第２の照明ゾーン２５４を生成する。これに対応して、第１の光線トレース２００において集束ビーム２０２から周辺光線２１４まで測定されたＬＥＤ画像長さ２１２は、第２の光線トレース２５０において集束ビーム２５２から周辺光線２６４まで測定されたＬＥＤ画像長さ２６２よりも小さい。したがって、第１の光線トレース２００の照明光学系は、フォーカスレンズ１１０の後方焦点面において、より小さなＬＥＤ画像を投影する。その結果、第２の光線トレース２５０に示される照明角度に対して、より小さな最大照明角度βをもたらしている。

図２Ａおよび図２Ｂの例に示すように、照明ゾーンのサイズ（例えば、図２Ａの照明ゾーン２０４および図２Ｂの照明ゾーン２５４）および照明角度は、収束円錐角と、フォーカスレンズレンズ２１０の背面開口のＬＥＤ画像のサイズとを調整することによって調整される。図３Ａないし図５Ｄの例では、光学系システムは、異なる照明スキームに合致させるために、様々な照明ゾーンサイズおよび照明角度を提供する適応照明レンズを含む。これは、図１の従来の例では達成することができない。

図３Ａを参照すると、適応照明システム３１０の第１のレイアウト３００を示す。適応照明システム３１０は、様々な照明スキームを提供するように構成された少なくとも３つの光学要素を含む適応照明器３２０を含む。適応照明器３２０の第１の光学素子３２２は、入射（incoming）電力ビームウエスト３３２を拡張するように構成されたネガティブパワード（negatively powered）光学素子である。第２の光学素子３２４は、所望のビームウエストの変化の効果を生成するために、第１の光学素子３２２と協働して動作するように構成されたポジティブパワード（positively powered）光学素子である。一例では、第１の光学素子３２２は凹状であり、第２の光学素子３２４は凸状である。第１および第２の光学素子は、わずかに発散、セミコリメート、または収束される出射ビームのコリメーション仕様を決定するようにさらに構成される。第１のレイアウト３００では、第１の距離３３６は、第１の光学素子３２２と第２の光学素子３２４との間に配置され、空隙に対応する。第１の距離３３６は、特定の出射（exit）ビームウエスト（例えば、出射（outgoing）ビームウエスト３３４）と、適応照明器３２０の実効後方焦点距離とを設定する。

一例において、図３Ａにおける第１の距離３３６は、図４Ａおよび図５Ａに示される距離に対する中間の値である。図３Ａの第１の距離３３６は、光源１０４の軸上部分から発生する光線の出射ビームの収束の「中間（middle）」値を提供する。このような構成では、適応照明器３２０アセンブリの焦点長さは、アセンブリ内の最後の素子であるレンズ３２６の焦点距離にほぼ等しい。第２の光学素子３２４と第３の光学素子３２６との間の距離は、出射ビームウエストおよびビームコリメーションに対する効果が少ない。したがって、距離は、パッケージングの理由から、最小限に抑えられ、および／またはゼロに低減される。

第１のレイアウトを例として用いると、適応照明器３２０によって形成される出射ビームウエスト３３４は、以下に示す式１に基づいて計算される。

式１において、Ｗ_１およびＷ_２は、それぞれ、適応照明器３２０の外部の入射ビームウエスト３３２および出射ビームウエスト３３４に対応する。ＮＡ_ｎｅｇは、第１の光学素子３２２の開口数に対応する。

図３Ａの例では、適応照明器３２０の光学素子の直径は、５０ｍｍ以下である。しかしながら、光学素子は、５０ｍｍを超える直径を含んでもよい。第１の距離３３６は、２５ｍｍに等しい。第１の光学素子の開口数は、０．１７に等しい。従って、式１に基づいて、ビームウエストは、８．６ｍｍだけ増大する。適応照明器の焦点距離は、約１５０ｍｍである。これは、最後の素子とほぼ同じである。第１のレイアウト３００は、収束ビーム円錐角３４２が約８度である構成をさらに含む。光源１０４は、ランベルトのコサイン則に従う角度強度分布を有する１ｍｍ円形のＬＥＤである。集束レンズの後方焦点面の投影像は、直径約８．５ｍｍである。これは、図３Ｂに示されている。照射入射角３４４は、約２５度である。これは、約０．４２の照射開口数に等しい。ターゲット面１０２におけるシミュレートされた照明ゾーンは、図３Ｃに示されている。照明ゾーンの断面放射照度強度は、図３Ｄにプロットされている。図３Ｄのプロットでは、断面は、約１．８ｍｍの直径を含む均一な平坦領域を示す。

次に図４Ａを参照すると、適応照明システム３１０の第２のレイアウト４００を示す。第２のレイアウト４００は、第１の光学素子３２２と第２の光学素子３２４との間の第２の距離４３６を含む。上述のように、第２の光学素子３２４と第３の光学素子３２６との間の距離は、照明条件にほとんど影響を及ぼさない。例えば、第２のレイアウト４００における第２の光学素子と第３の光学素子との間の距離は、図３Ａにおける距離に等しい。一例では、第２の距離４３６は、図３Ａの第１の距離３３６よりも大きい。一例では、第１の光学素子３２２は、第１のレイアウト３００の第１の位置から離れた第２の位置に移動する。第２の位置は、第１の光学素子３２２と第２の光学素子３２４との間の最大距離に対応する、第１の光学素子３２２の位置の範囲における位置を表す。一例では、第２の距離４３６は、６５ｍｍに等しい。

適応照明器３２０は、２９度に等しいより大きい円錐角４４２の収束ビームを生成する。これは、図３Ａの第１のレイアウト３００の円錐角３４２よりも大きい。より大きい円錐角４４２は、増大した出射ビームウエスト４３４と、減少した焦点距離との両方に起因する。出射ビームウエスト４３４は、図３Ａの第１のレイアウト３００に対して、入射ビームウエスト４３２よりも大きい４０ｍｍに等しく、焦点距離は６５ｍｍに減少する。照明ゾーンは、図４Ｃおよび４Ｄに示されるように、図３Ａの第１のレイアウト３００における１．８ｍｍから５．８ｍｍに増大する。フォーカスレンズ１１０の後方焦点面に投影されるＬＥＤ画像は、図４Ｂに示すように、直径が８．５ｍｍから１ｍｍに縮小される。したがって、照射入射角は、２５度から１３度に減少する。これは、開口数０．２２に相当する。

次に図５Ａを参照すると、適応照明システム５１０の第３のレイアウト５００を示す。第３のレイアウト５００は、第１の光学素子３２２と第２の光学素子３２４との間の第３の距離５３６を含む。第１光学素子３２２は、第１の光学素子３２２の位置の範囲における第２の極端な（extreme）位置に対応する第３の位置に移動する。入射ビームウエスト５３２と出射ビームウエスト５３４との間の差は、第１の光学素子３２２の他の全ての位置に対する最小の差である。すなわち、図４Ａに示される第２の位置は、第１の光学素子と第２の光学素子との間の最大距離（例えば、第２の距離４３６）を有する第１の極端な位置である。したがって、第２の極端な位置は、第１の光学素子と第２の光学素子との間の、第３の距離５３６によって表される最小距離に対応する。一例では、第３の距離は１５ｍｍである。このようにして、図３Ａの第１のレイアウト３００の第１の位置は、第２のレイアウト４００条件と第３のレイアウト５００条件との間の照明条件を提供する第１の位置にもかかわらず、第２の位置よりも第３の位置に近い。

第３のレイアウト５００は、適応照明器３２０が４．２度の収束ビーム円錐角５４２を生成する構成を含む。ターゲット面１０２における照明ゾーンは、図５Ｃおよび図５Ｄに示すように直径０．８ｍｍである。投影されたＬＥＤ画像サイズは、図５Ｂに示されるように直径１６ｍｍに増大する。これは、開口数０．７７で５０度の最大照射角を生成する。

このようにして、図３Ａ、４Ａ、および５Ａの例は、適応照明システム３１０の適応照明器３２０の異なる例示的な位置を示す。適応照明システムは、エテンデューの保存に基づいて、最大入射角で照明ゾーンサイズをバランスするように構成される。照明特性は、適応照明器３２０の２つ以上の光学素子間の距離および／または空隙を調整することによって調整される。より具体的には、適応照明システム３１０の異なる動作モードが光学素子を交換することなく達成されるように、第１の光学素子（例えば、ネガティブパワード素子）と第２の光学素子（例えば、ポジティブパワード素子）との間の空隙は調整される。第１の光学素子は、照明ゾーンサイズまたは照明ゾーン角度を調整する要求に応じて、第１の極端な位置（図４Ａに示す）、第２の極端な位置（図５Ａに示す）、またはそれらの間の複数の位置に調整される。第１の極端な位置に向かって第１の光学素子を動作させると、照明ゾーンのサイズが増大し、照明入射角度が減少する。これに対して、第２の極端な位置に向かって第１の光学素子を調整すると、照明ゾーンのサイズが減少し、照明入射角度が増大する。

第１の光学素子３２２または第２の光学素子３２４は、所望の特性が達成されるまで、ユーザによって手動で調整される。加えてまたは代替的に、いくつかの例では、適応照明システム３１０のアクチュエータは、上述の第２の位置および第３の位置をカバーする範囲内で他方へまたは他方から離れて、第１の光学素子３２２または第２の光学素子３２４のいずれかを動作させるように構成される。アクチュエータは、電気的または手動で操作されてもよい。

一実施形態では、適応照明システム３１０は、インターフェースを含む。インターフェースは、様々な照明モードに対応する複数のオプションを含む。ユーザは、適応照明システム３１０のコントローラに入力される１つまたは複数の所望の照明特性を選択する。コントローラは、その非一時的メモリに記憶された命令を備える。コントローラが実行されると、コントローラは、ユーザが選択した入力に基づいて、第１の光学素子と第２の光学素子との間の距離を調整することができる。このようにして、適応照明システムは、光学素子を置換することなく、異なる照明モードを提供するように照明特性を迅速に調整する。

上述したように、適応照明システム３１０は、出力ビームウエストを増大する。これを行うことにより、上流の光学系は、より小さなビームウエストのために、より小さな光学系で設計される。したがって、光源ユニットのサイズを小さくすることができる。これにより、光源内に異なる波長のより多数の光源を配置することができる。マルチチャネルＬＥＤ光源６００が図６に示される。そこにおいて、波長選択コンポーネント（例えば、ダイクロイックミラーまたはフィルター）は、チャネル結合のために使用される。より小さなビームを使用することによって、ダイクロイックミラーのコストを低減することができる。それによって、適応照明システム３１０のコストをさらに低減する。さらに、光源アセンブリの物理的サイズを小さくする。これにより、他のコンポーネントと一体化して、多様な完全に機能するシステムを形成することができる。

より具体的には、マルチ光配置のマルチチャネルＬＥＤ光源６００は、第１の光源６１０と、第２の光源６２０と、第３の光源６３０と、第４の光源６４０、第５の光源６５０とを含む。一例では、マルチチャネルＬＥＤ光源６００は、適応照明システム３１０を備えた図３Ａ、４Ａ、および５Ａの光源１０４の代わりに使用される。

第１の光源６１０は、第１のＬＥＤ６１２と、第１のＬＥＤレンズ６１４と、第１のフィルター６１６とを含む。ＬＥＤレンズ６１４は、単レンズ、複レンズ、またはマルチ要素レンズである。フィルター６１６は、ＬＥＤ発光スペクトルのさらなる精密化を提供し、任意選択である。以下のＬＥＤレンズおよびフィルターのうちの１つまたは複数は、任意である。第１の光源６１０は、第１の波長の光を複数のダイクロイックミラー６６０に向けて放射する。光は、第１のダイクロイックミラー６６２で反射され、第２のダイクロイックミラー６６４で反射され、第３のダイクロイックミラー６６６で反射され、次いで、第４のダイクロイックミラー６６８で反射されてから、出力６７０に到達する。

第２の光源６２０は、第２のＬＥＤ６２２と、第２のＬＥＤレンズ６２４と、第２のフィルター６２６とを含む。第２の光源６２０は、第２の波長の光を複数のダイクロイックミラー６６０に向けて放射する。光は、第１のダイクロイックミラー６６２を横断し、第２のダイクロイックミラー６６４で反射し、第３のダイクロイックミラー６６６で反射し、第４のダイクロイックミラー６６８で反射してから、出力６７０に到達する。

第３の光源６３０は、第３のＬＥＤ６３２と、第３のＬＥＤレンズ６３４と、第３のフィルター６３６とを含む。第３の光源６３０は、第３の波長の光を複数のダイクロイックミラー６６０に向けて放射する。光は、第３のダイクロイックミラー６６６を横断し、第４のダイクロイックミラー６６８で反射してから、出力６７０に到達する。

第４の光源６４０は、第４のＬＥＤ６４２と、第４のＬＥＤレンズ６４４と、第４のフィルター６４６とを含む。第４の光源６４０は、第４の波長の光を複数のダイクロイックミラー６６０に向けて放射する。光は、第２のダイクロイックミラー６６４を横断し、第３のダイクロイックミラー６６６で反射し、第４のダイクロイックミラー６６８で反射してから、出力６７０に到達する。

第５の光源６５０は、第５のＬＥＤ６５２と、第５のＬＥＤレンズ６５４と、第５のフィルター６５６とを含む。第５の光源６５０は、複数のダイクロイックミラー６６０に向けて第５の波長の光を放射する。赤色光は、第４のダイクロイックミラー６６８を横断し、出力６７０に到達する。

一例では、第１～第５の波長は、３５０～７５０ｎｍの間である。第１から第５の波長のそれぞれは、第１から第５の波長のそれぞれが異なるように、異なる色の光を放射するように構成される。一例では、第１の波長は３８５ｎｍであり、第２の波長は４７５ｎｍであり、第３の波長は６３５ｎｍであり、第４の波長は５５０ｎｍであり、第５の波長は７３０ｎｍである。本開示の範囲から逸脱することなく、他の波長（したがって色）が放射されてもよい。図示のように、出力６７０は、光線を軸６９９に直線上に整列させる。光線は、ターゲット面（例えば、図３Ａ、４Ａ、および５Ａのターゲット面１０２）に到達する前に、軸６９９から逸脱してもよい。

マルチチャネルＬＥＤ光源６００では、ダイクロイックミラーは、直線導波路を形成し、各光源から出力光ガイドに光ビームを跳ね返す。最低波長チャネルを除くすべてのチャネルの光線は、導波路内で４５°の入射角で１つのダイクロイックミラーを通過し、次いで、下流のダイクロイックミラーの残りの部分によって反射される。例えば、７３０ｎｍの光は、７００ｎｍのロングパス（ＬＰ）のダイクロイックミラーを通過し、導光路に入る。５５０ｎｍの光は、５００ｎｍのＬＰダイクロイックミラーを通過し、その後６００ｎｍと７００ｎｍのダイクロイックミラーで反射される。３８５ｎｍの光は、導波路への伝送のない入射と、導光路に入射する前の４回の反射とを進む。これは、１つの伝送損失よりも依然として少ない損失を経験する。

改善された光学効率に加えて、ダイクロイックミラーのこの直線導波路配置により、既存の構成および性能に最小の外乱を伴って、新たなチャネルを追加することができる。

上記の図は、種々のコンポーネントの相対的な位置決めを伴う構成の例を示している。互いに直接接触している、または直接結合されていることが示されている場合、そのような要素は、少なくとも一例では、それぞれ直接接触している、または直接結合されていると呼ばれる。同様に、互いに隣接してまたは近接して示される要素は、少なくとも一例では、互いに隣接してまたは近接している。一例として、互いに面共有接触するコンポーネントは、面共有接触と呼ばれる。別の例として、少なくとも１つの例では、間に空間のみを有し、他のコンポーネントを有さないで、互いから離れて配置された要素は、そのようなものとして参照される。さらに別の例として、互いに上／下に、互いに反対側に、または互いに左／右に示される要素は、互いに対してそのようなものとして参照される。さらに、図に示されるように、少なくとも１つの例では、要素の最上部の要素または点は、コンポーネントの「上部」と呼ばれる。要素の最下部の要素または点は、コンポーネントの「底部」と呼ばれる。本明細書で使用されるように、トップ／ボトム、上部／下部、上／下は、図面の垂直軸に対して相対的であり、図面の要素の互いに対する位置を説明するために使用される。したがって、一例では、他の要素の上に示される要素は、他の要素の上に垂直に配置される。さらに別の例として、図面内に示される要素の形状は、それらの形状（例えば、円形、直線、平面、湾曲、丸みを帯びた、面取りされた、角度をつけられたなど）を有するものとして言及される。さらに、互いに交差するように示された要素は、少なくとも１つの例では、交差する要素または互いに交差すると呼ばれる。さらに、別の要素内に示されるか、または別の要素の外側に示される要素は、一例では、そのようなものとして参照される。

適応照明システムの技術的効果は、適応照明器の光学素子間の距離および／または空隙を調整することによって、様々な照明モードを提供することである。光学素子は、少なくとも１つのネガティブパワード光学素子と、少なくとも１つのポジティブパワード光学素子とを含む。適応照明システムは更に、光源としてより小さなビームウエストが使用されるように、ビームウエストを増大させるように構成される。これにより、光源は様々な波長の光を提供することができる。これは、光源のコストを下げ、パッケージングサイズを小さくする。このようにして、適応照明システムは、その中で要素を置き換え、交換することなく、その中で光学要素を調整することによって、複数の照明モードを実行するように構成された照明システムを提供する。これを行うことによって、運転コストを低減することができ、効率を高めることができる。

適応照明システムの一例は、第１の光学素子と、第２の光学素子と、第３の光学素子とを含む少なくとも３つの光学素子を含む適応照明器を含む。第１の光学素子と第２の光学素子との間の距離は、調節可能である。適応照明システムの第１の例は、第１の光学素子が負の光パワーを有し、第２の光学素子が正の光パワーを有する構成をさらに含む。適応照明システムの第２の例は、任意に、第１の例を含む。第２の例は、第３の光学素子が正の光パワーを有する構成をさらに含む。適応照明システムの第３の例は、任意に、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第３の例は、さらに、第１の光学素子が所定の範囲を移動可能である構成を含む。その範囲は、第１の極端な位置と、第２の極端な位置とを含む。適応照明システムの第４の例は、任意選択で、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第４の例は、さらに、第１の極端な位置が、距離が最大距離である場合を含む構成を含む。適応照明システムの第５の例は、任意選択で、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第５の例は、第２の極端な位置が、距離が最小距離である場合を含む構成をさらに含む。適応照明システムの第６の例は、任意に、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第６の例は、さらに、第１の極端な位置と第２の極端な位置との間の中間位置を含む。中間位置は、第１の極端な位置と第２の極端な位置との間にある。適応照明システムの第７の例は、任意選択で、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第７の例は、光源をさらに含む。その光源は、複数の光源（例えば、白熱光、ガス放電ランプ、発光ダイオード、レーザ光源、ハロゲン光、および水銀ランプなど）を含む。それらは、複数の集光のうちの１つまたは複数に向けて異なる波長の光のビームおよび光学コンポーネントをガイドする反射光のビームを放出するように構成される。

適応照明システムの適応照明器の一例は、光源と、集光レンズと、フォーカスレンズと、ターゲット面とを備える。適応照明器は、ネガティブパワード光学系を含む第１の光学素子と、ポジティブパワード光学系を含む第２の光学素子と、ポジティブパワード光学系を含む第３の光学素子とを備える。第１の光学素子は、光が光源から放射される軸に沿って移動可能である。適応照明器の第１の例はさらに、第１の光学素子が照明ゾーンのサイズを大きくし、最大照明入射角度を小さくするようなリクエストに応じて、第１の極端な位置に移動するように構成される構成を含む。適応照明器の第２の例は、任意に、第１の例を含む。第２の例は、第１の光学素子が、照明ゾーンのサイズを小さくし、最大照明入射角度を増大するようなリクエストに応じて、第２の極端な位置に移動するように構成される構成を含む。適応照明器の第３の例は、任意に、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第３の例は、さらに、第１の光学素子が電気または手動アクチュエータによって移動される構成を含む。適応照明器の第４の例は、任意選択で、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第４の例は、第１の光学素子が第２の光学素子と集光レンズとの間の軸に沿って移動可能である構成を含む。第１の光学素子は、第１の光学素子と第２の光学素子との間の距離を調整するために移動される。適応照明器の第５の例は、任意選択で、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第５の例は、さらに、距離を増大させると照明ゾーンサイズが増大し、最大照明入射角が減少し、距離を減少させると照明ゾーンサイズが減少し、最大照明入射角が増大する構成を含む。適応照明器の第６の例は、任意選択で、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第６の例は、第２の光学素子および第３の光学素子が不動である構成をさらに含む。

適応照明システムは、ターゲット面に向かって、適応照明器の第１のレンズおよび第２のレンズを通して、軸に沿って光を放射するように構成された光源と、第１のレンズと第２のレンズとの間に配置された適応照明器とを含む。適応照明器は、空隙を調整するために軸に沿って移動可能な第１の光学素子と、空隙を調整するために離れた第２の光学素子とを含む。適応照明器は、さらに、適応照明器内の第２の光学素子の後ろに配置された第３の光学素子を含む。適応照明システムの第１の例は、第１の光学素子が第１の極端な位置と、第２の極端な位置と、それらの間の複数の位置とに移動可能である構成を含む。第１の光学素子が第１の極端な位置にあるとき、空隙が最大である。そして、第１の光学素子が第２の極端な位置にあるとき、空隙が最小である。適応照明システムの第２の例は、任意に、第１の例を含む。第２の例は、第１の光学素子が負の光パワーを有し、第２の光学素子が正の光パワーを有し、第３の光学素子が正の光パワーを有する構成を含む。光源は、第１のビームウエストを有するビームを提供する。第１の光学素子、第２の光学素子、および第３の光学素子は、第２のビームウエストを有するビームを出力する。第２のビームウエストは、第１のビームウエストよりも大きい。適応照明システムの第３の例は、任意選択で、前述の例のうちの１つまたは複数を含む。第３の例は、光源が複数の光源を含む構成をさらに含む。複数の光源のそれぞれは、互いに同一に配向された複数のスペクトル選択光学コンポーネントのうちの１つまたは複数に向けて光ビームを放射するように構成された光源（例えば、白熱光、ガス放電ランプ、発光ダイオード、またはレーザ源など）を含む。複数のスペクトル選択光学コンポーネントは、軸に沿って光ビームを誘導するように構成される。適応照明システムの第３の例は、任意選択で、前記例のうちの１つまたは複数を含む。第３の例は、複数のスペクトル選択光学コンポーネントがダイクロイックミラーである構成をさらに含む。

本明細書で使用されるように、単数形で記載され、「ａ」または「ａｎ」という語で続けられる要素または工程は、そのような排除が明示的に述べられない限り、要素または工程の複数を排除しないものとして理解される。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載された特徴を組み込む追加の実施形態の存在を排除するとして解釈されることを意図していない。さらに、明示的に述べられない限り、実施形態「備える」、「含む」、または「有する」、要素または特定の特性を有する複数の要素は、そのような特性を有さない追加の要素を含んでもよい。用語「含む（including）」および「in which」は、それぞれ、用語「備える（comprising）」および「wherein」の平易言語の均等物として使用される。さらに、用語「第１の」、「第２の」、「第３の」などは、ラベルとして単に使用され、それらのオブジェクトの数値的な要件や特別な位置の順序を課すことを意図していない。

本明細書は、ベストモードを含む発明を開示するための例を使用し、技術分野における通常の知識を有する者が当該発明を実施することができる例を使用する。これは、任意のデバイスまたはシステムを作製し、使用し、任意の組み込み方法を実行することを含む。発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当該発明の通常の知識で生じる他の例を含む。特許請求の範囲に記載のものと相違ない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲に記載のものとごくわずかな相違の均等な構造的要素を含む場合、このような他の例は、特許請求の範囲内に含まれると意図される。

Claims (20)

1. 第１の光学素子と、第２の光学素子と、第３の光学素子とを含む少なくとも３つの光学素子を含む適応照明器を含み、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の距離は、調節可能であることを特徴とする適応照明システム。
2. 前記第１の光学素子は、負の光パワーを有し、
   前記第２の光学素子は、正の光パワーを有する請求項１に記載の適応照明システム。
3. 前記第３の光学素子は、正の光パワーを有する請求項２に記載の適応照明システム。
4. 前記第１の光学素子は、所定の範囲を通って移動可能であり、
   前記範囲は、第１の極端な位置と、第２の極端な位置とを含む請求項１に記載の適応照明システム。
5. 前記第１の極端な位置は、前記距離が最大距離である構成を含む請求項４に記載の適応照明システム。
6. 前記第２の極端な位置は、前記距離が最小距離である構成を含む請求項４に記載の適応照明システム。
7. 前記第１の極端な位置と前記第２の極端な位置との間の中間位置を更に含み、
   前記中間位置は、前記第１の極端な位置と、前記第２の極端な位置との間にある請求項４に記載の適応照明システム。
8. 光源をさらに含み、
   前記光源は、白熱光、ガス放電ランプ、発光ダイオード、レーザ光源、ハロゲン光、および水銀ランプを含む複数の光源を含み、
   前記複数の光源は、それぞれ、複数の集光のうちの１つまたは複数に向けて異なる波長の光のビームおよび光学コンポーネントをガイドする反射光のビームを放射するように構成される請求項１に記載の適応照明システム。
9. 光源と、集光レンズと、フォーカスレンズと、ターゲット面とを含む適応照明システムの適応照明器であって、前記適応照明器は、
   ネガティブパワード光学系を含む第１の光学素子と、
   ポジティブパワード光学系を含む第２の光学素子と、
   ポジティブパワード光学系を含む第３の光学素子と、を含み、
   前記第１の光学素子は、光が前記光源から放射される軸に沿って移動可能であることを特徴とする適応照明器。
10. 前記第１の光学素子は、照明ゾーンサイズを増大させ、最大照明入射角を減少させるリクエストに応答して、第１の極端な位置に移動するように構成される請求項９に記載の適応照明器。
11. 前記第１の光学素子は、前記照明ゾーンサイズを減少させ、前記最大照明角を増大させるリクエストに応答して、第２の極端な位置に移動するように構成される請求項１０に記載の適応照明器。
12. 前記第１の光学素子は、電気アクチュエータまたは手動アクチュエータによって移動される請求項９に記載の適応照明器。
13. 前記第１の光学素子は、前記第２の光学素子と前記集光レンズとの間の軸に沿って移動可能であり、
    前記第１の光学素子は、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の距離を調整するように移動する請求項９に記載の適応照明器。
14. 前記距離を増大させることは、照明ゾーンサイズを増大させ、最大照明入射角を減少させ、
    前記距離を減少させることは、前記照明ゾーンサイズを減少させ、前記最大照明入射角を増大させる請求項１３に記載の適応照明器。
15. 前記第２の光学素子および前記第３の光学素子は、移動不能である請求項９に記載の適応照明器。
16. 適応照明器の第１のレンズおよび第２のレンズを通過して、ターゲット面に向かって、軸に沿って光を放射するように構成された光源と、
    前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に配置された適応照明器と、を含み、
    前記適応照明器は、空隙を調整するために前記軸に沿って移動可能な第１の光学素子と、前記空隙を調整するために前記第１の光学素子と離間した前記第２の光学素子と、前記適応照明器において前記第２の光学素子の後方に配置された第３の光学素子と、を含むことを特徴とする適応照明システム。
17. 前記第１光学素子は、第１の極端な位置と、第２の極端な位置と、それらの間の複数の位置とに移動可能であり、
    前記空隙は、前記第１の光学素子が前記第１の極端な位置にあるとき、最大であり、
    前記空隙は、前記第１の光学素子が前記第２の極端な位置にあるとき、最小である請求項１６に記載の適応照明システム。
18. 前記第１の光学素子は負の光パワーを有し、前記第２の光学素子は正の光パワーを有し、前記第３の光学素子は正の光パワーを有し、
    前記光源は、第１のビームウエストを有するビームを提供し、
    前記第１の光学素子、前記第２の光学素子および前記第３の光学素子は、第２のビームウエストを有するビームを出力し、
    前記第２のビームウエストは、前記第１のビームウエストよりも大きい請求項１６に記載の適応照明システム。
19. 前記光源は、複数の光源を含み、
    前記複数の光源は、それぞれ、白熱光、ガス放電ランプ、発光ダイオード、またはレーザ光源のような光源を含み、互いに同一に配向された複数のスペクトル選択光学コンポーネントのうちの１つまたは複数に向けて光線を放射するように構成され、
    前記複数のスペクトル選択光学コンポーネントは、前記軸に沿って前記光線を導くように構成される請求項１６に記載の適応照明システム。
20. 前記複数のスペクトル選択的光学コンポーネントは、ダイクロイックミラーである請求項１９に記載の適応照明システム。

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