JP4875329B2

JP4875329B2 - 集光光学系

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Inventors: 泰志浪井
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Description

本発明は、高発散角を有する光源用の集光光学系であり、特に内視鏡または手術用顕微鏡に用いられる光源装置の集光光学系に関する。

近年、体腔内に細長い挿入部を挿入することにより、内臓等を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置が可能な内視鏡が広く用いられている。従来、このような内視鏡に用いられる光源装置は、光源ランプの後方にのみ反射鏡を配置して、光源ランプからの直接光及び反射鏡による反射光をライトガイドの入射端面に集光するように構成されていた。

しかしながら、ライトガイドの開口数は総じて小さいため、上記のような従来の光源装置では、光源ランプからの直接光の一部が散乱しライトガイドへの入射効率の低下を招き、光源ランプからの光を効率よくライトガイドに取り込むことは困難であった。

そこで、このような不具合を解決するために、図９に示す様々な光源装置が提案されている（特許文献１）。
特開平１０−４８５３９号公報

図９（Ａ）に示す照明装置では、光源から放射した光束のうち一部分のみが被照明体に導光され、それ以外の光束は使用されない。例えば図中角度βで示す立体角に放射される光束は被照明体には入射せず、光源からの光束の利用効率が悪かった。

図９（Ｂ）、（Ｃ）に示す照明装置では、凹面鏡を用いて図９（Ａ）に示す従来例よりも効率的にライトガイドに光を入射可能としている。しかし、凹面鏡を多数貼り合わせたりするため調整が必要であり、余計な組立工数が必要となり、さらに、調整機構等を必要とするため大型化してしまう。無調整で貼り合わせるとすると性能にバラツキが生じてしまう。

本発明は、光源からの光束の有効利用を図り、被照明体を高い照度で照明し、かつコンパクトな集光光学系およびその集光光学系を用いた光源装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の集光光学系は、
（１）光源側から順に、光線の進行方向に沿って、第１透過屈折面、第２反射面、第１反射面、第２透過屈折面を同軸に配置したことを特徴とする。
（２）（１）において、前記第１透過屈折面と前記第１反射面とが同一面上にあり、前記第２透過屈折面と前記第２反射面とが同一面上にあることを特徴とする。
（３）第１反射面と第２反射面を有する一つの光学部材であり、前記第１反射面は部分的に第１透過屈折面を有し、前記第２反射面は部分的に第２透過屈折面を有し、前記第１透過屈折面と前記第２透過屈折面を略同軸上に配置したことを特徴とする。
（４）前記光源の輝点からの低発散角の光は前記第１透過屈折面と前記第２透過屈折面を通り、前記光源の輝点からの高発散角の光は前記第1透過屈折面、前記第２反射面、前記第１反射面、前記第２透過屈折面の順に通り、前記光源の輝点の像を前記第２透過屈折面付近に投影する。

上記（１）〜（４）の構成をとることで、光源から発せられた狭発散角の光は、第１透過屈折面、第２透過屈折面を通り、集光させるのに難しい広発散角の光は、第１透過屈折面、第２反射面、第１反射面、第２透過屈折面の順で通ることにより集光させることが可能になる。
（５）加えて、本発明は、以下の条件式を満足することを特徴とする。

１＜ r2／（ｎ'／（−１／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）・・・（１）
但し、d0＝０の場合、１＜ −r2×ｎ'／ｄ１
ただし、
r1：前記第１反射面の曲率半径
r2：前記第２反射面の曲率半径
ｎ'：前記第１透過屈折面と前記第２透過屈折面との間の媒質のｄ線に対する屈折率
d0：前記第１透過屈折面から前記光源の輝点までの距離
d1：前記第１反射面の曲率半径と前記第２反射面の曲率半径との同軸上の距離
である。

上記の条件式について図１０を用いて説明する。

光源から発せられた高発散角の光は第１透過屈折面T1、第２反射面R2、第１反射面R1、第２透過屈折面T2の順で光が通る。ここで、第２反射面R2によって第１反射面R1へ光線を反射させた場合、光線Lのように第１反射面に向けて光が反射すればよいが、第２反射面の曲率半径によっては光線L'のように第１透過屈折面T1に向かう光が発生してしまう。この光線L'のように第１透過屈折面に向かう光は、結局、光源内に吸収される等、光の損失を招いてしまう。

そこで、このような損失を招かないための条件式を導出する。

まず、第２反射面R2に入射する光の虚像位置が第２反射面の曲率半径よりも小さければよいことが言える。例えば、第２反射面に入射する光の虚像位置と第２反射面の曲率半径が同じであれば、当然、第２反射面に入射した光は元の第１透過屈折面の方に戻ってしまう。そこで、第２反射面の曲率半径を大きくすれば光線Lのように第１反射面R1に向けて光が反射することになる。

第２反射面R2に入射する光の虚像位置は、図１０の光学部材の屈折率をｎ'、光源Pと第１透過屈折面T1との距離をd0、第１反射面R1の曲率半径をr1、第１透過屈折面T1と第２透過屈折面T2との光軸O上での間隔をd1とすると、下記のようになる。

図１１に示す近軸光線の性質：
θ＝h／r1
u＝h／S
u'＝h／S'
nｉ＝ｎ'ｉ'（スネルの法則）
ｉ＝θ−u
ｉ'＝θ−u'
より、
n（１／r１−１／S）＝n'（１／r１−１／S'）
が成り立つ。ｎ＝１（空気）とし、この式よりS'を求めると、
S'＝ｎ'／（１／S−（１−n'）／r1）
ここで、図１１のSと図１０のd0とは符号が逆なので
S'＝ｎ'／（−１／d0−（１−n'）／r1）
となる。但し、d0＝０の場合、上記式の分母が無限大となり、S'＝0となる。

このｄ1／ｎ'とＳ'との差が、第２反射面R2の曲率半径r2よりも小さければ、上述のとおり、光が第１透過屈折面に戻ることは無い。

よって、光が第１透過屈折面に戻らないための条件は、
ｄ1／n'−Ｓ'＜−r2
ただし、符号は光の進行方向（図１０、図１１における右方向）を正とする。上記式より、
１＜ r2／（ｎ'／（−１／d0−（１−n'）／r1）−ｄ１／n'）・・・（１）
但し、d0＝０の場合、１＜ −r2×n'／ｄ１
この条件式を満足することによって、第２反射面で反射した光が、第１透過屈折面に戻ることなく第１反射面で反射され、効率よく集光することが可能になる。
（６）また、本発明においては（５）において、以下の条件式を満足するのが好ましい。

r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＜３・・・（１'）
但し、d0＝０の場合、 −r2×ｎ'／ｄ１＜３
第２反射面に入射する光の虚像位置に対して反射面R2が大きすぎても、光源からの光を効率的に集光できなくなってしまう。例えば、図１２に示すように、反射面R2に入射した光線が反射面R2によってＬ"のようになってしまうと、反射面R1で集光させようとしても光源からの入射角θに対して大きい角度θ'で出射させないと光が射出できなくなってしまう。これでは、光源からの広発散角の光をレンズ作用により狭発散角にしようとしていることに逆行しており、非効率にライトガイド等に光を入射させることになる。
（７）また、本発明においては、以下の条件式を満足するのが好ましい。

０＜（１／r1＋１／r2）×ｒ２・・・（２）
ただし、
r1：前記第１反射面の曲率半径
r2：前記第２反射面の曲率半径
である。符号は光の進行方向（図８における右方向）を正とする。

内視鏡や顕微鏡では、光源の小さい輝点からの広発散角の光を開口数の小さいライトガイドに効率的に取り込むためには、光源の輝点の発散角をライトガイド等の小さい開口数に合わせるように集光させるのが一番効率的である。そのためには上記の条件式を満足する必要がある。

図８（Ａ）、（Ｂ）を用いてこの条件式について説明する。図８（Ａ）は本条件式を満たさない場合の集光光学系の概略断面図を示す。図８（Ｂ）は本条件式を満たす場合の集光光学系の概略断面図を示す。光源の輝点Pから発散した光は、第２反射面R2で反射し、第１反射面R1に向かい、第１反射面R1で反射し、出射する。このとき、光源から発散した発散角をθ、P'に到達した時の集光角をθ'とすると、図８（Ａ）ではθ＜θ'となり、図８（Ｂ）ではθ＞θ'となるのは図より明らかである。

このように、レンズ作用により狭発散角に投影してライトガイド等の光伝播部材に入射させることによって、明るく効率的に光を伝播させることが可能になる。光源の輝点をライトガイド等に効率的に投影するためには、第１反射面のパワーより第２反射面のパワーが大きい方が望ましい。
（８）また、本発明においては（７）において、以下の条件式を満足するのが好ましい。

（１／r1＋１／r2）×ｒ２＜３・・・（２'）
上限値を越えると第１反射面のパワーに対して第２反射面のパワーの差が大きくなりすぎ、結果として収差が発生し、集光光学性能が悪くなる。
（９）また、本発明においては（７）、（８）において、以下の条件式を満足するのが好ましい。

１＜ β2／β1 ・・・（３）
ただし、
β1：前記第１透過屈折面の有効範囲α１の面積
β2：前記第２透過屈折面の有効範囲α２の面積
である。

広発散角の光を狭発散角にすることは、レンズ作用により光源の輝点像を大きくすることを意味する。よって、光源の輝点を１より大きい倍率で投影させることで、輝点の発散角を小さく投影しながら効率的にライトガイドに入射させることが可能となる。上記条件式を満足することによって、第１反射面R1、第２反射面R2による倍率が１倍以上になり得る。

光源の輝点からの光は第１透過屈折面T1を透過し、第２反射面R2、第１反射面R1によって、図８（Ｂ）のP'付近（第２透過屈折面T2付近）に投影される。倍率１倍以上であるため、光源の輝点は大きく投影される。それ故、第１透過屈折面T1の有効範囲α1と第２透過屈折面T2の有効範囲α2とでは、α2の方が大きくなければ光源の輝点像がケラレてしまい、効率的に投影できなくなる。
（１０）また、本発明においては（９）において、以下の条件式を満足するのが好ましい。

β2／β1 ＜ 80 ・・・（３'）
上限値を超えると、第１透過屈折面の有効範囲α1から第２透過屈折面の有効範囲α2に直接通る光束が多くなり非効率になってしまう。
（１１）また、本発明においては（１０）において、以下の条件式を満足するのが好ましい。

１＜ d1²／β1 ＜ 8０・・・（４）
1 ＜ Φ²／β１＜ 15０・・・（５）
ただし、
ｄ1：前記第１反射面と前記第２反射面との同軸上の距離
Φ：第１反射面の外径
である。

条件式（４）の下限値を下回ると肉厚が薄くなり効率的に集光できない。上限値を超えると肉厚が厚くなり、非常に大きな集光光学系となり、大型化を招いてしまう。

条件式（５）の下限値を下回ると第１反射面の有効径が無くなり、第１反射面で反射させることができなくなってしまう。上限値を超えると、集光光学系の外径が大きくなり、大型化を招いてしまう。
（１２）また、本発明においては、前記第１透過屈折面と前記第２透過屈折面の有効範囲は前記光源の輝点の形状の相似形状であるのが好ましい。
（１３）また、本発明においては、前記第１透過屈折面の有効範囲は、前記光源の輝点の大きさよりも大きいのが好ましい。
（１４）また、本発明においては、前記第１反射面と前記第２反射面の少なくとも一方が非球面であるのが好ましい。

また、本発明の集光光学系を用いた光源装置は、
（１５）光源と、前記光源側から順に、上記本発明のいずれかの集光光学系と、前記光源の輝点の後方に配置され前記光源の輝点から後方へ発散する光束を前記光源の輝点に向けて反射する球面反射ミラーとを有することを特徴とする。
（１６）本発明の集光光学系を用いた光源装置においては、（１５）において、前記光源は、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプの何れかであるのが好ましい。
（１７）あるいは、本発明の集光光学系を用いた光源装置は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードである光源と、上記本発明のいずれかの集光光学系とを有することを特徴とする。
（１８）あるいは、本発明の集光光学系を用いた光源装置は、光源側から順に、上記本発明のいずれかの集光光学系と、前記光源の輝点の結像位置近傍に配置されたライトガイドとを有することを特徴とする。

本発明によれば、広拡散の光源でも、ライトガイド等の伝播手段に効率的に集光させる、あるいは直接に観察物体を明るく、照明することが可能となる。

各実施例において使用する記号は下記のとおりである。

r1：第１反射面の曲率半径
r2：第２反射面の曲率半径
n'：第１透過屈折面と第２透過屈折面との間の媒質のｄ線に対する屈折率
d0：第１反射面と光源の輝点との距離
d1：第１反射面と第２反射面の同軸上での距離
α1：第１透過屈折面の有効範囲
β１：第１透過屈折面の有効範囲の面積
α2：第２透過屈折面の有効範囲
β２：第２透過屈折面の有効範囲の面積
Φ：第１反射面又は第２反射面の外径
なお、実施例４〜６の非球面の形状は、面の頂点を原点として光軸方向をＺ軸とした直交座標系において、頂点の曲率半径をr、円錐定数をＫ、非球面係数をC4、C6、C8、C10、C12として以下の式で表す。

Z＝h²／r（１＋√（1−（1＋Ｋ）h／r²）＋C4h⁴＋C6h⁶＋C8h⁸+C10h¹⁰＋C12h¹²
ただし、h＝√（X²＋Y²）

（第１実施例）
第１実施例のレンズデータを以下に示す。

（光源） d0＝0.2
r1＝33.3333 d1＝5.71 n'＝1.51633 （S-BSL7）
r2＝-8.55556

α1＝φ３、β１＝2.25π、α2＝φ５、β２＝6.25π、Φ=9.5
（１） r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＝2.1
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝0.74
（３） β2／β1＝2.8
（４） d1²／β1=3.6
（５） Φ²／β1＝3.2

図１は第1実施例の集光光学系の断面図を示す。

第１透過屈折面T1と第1反射面R1とは同一面上にあり、有効範囲α1の内側は第１透過屈折面T1、外側は第１反射面R1である。第２透過屈折面T2と第２反射面R2とは同一面上にあり、有効範囲α2の内側は第２透過屈折面T2、外側は第２反射面R2である。第１透過屈折面T1（第１反射面R1）と第２透過屈折面T2（第２反射面R2）とに挟まれる領域はガラスで充填されている。

LはLED光源、MはLED光源の発光面、LGはライトガイドである。

LED光源Lの発光面Mから発散した光のうち、低発散角の光は、第１透過屈折面T1、第２透過屈折面T2を通り、光線NのようにライトガイドLGに入射する。一方、高発散角の光は、光線N'のように第１透過屈折面T1を通り、第２反射面R2、第１反射面R1にて反射され、第２透過屈折面T2を通り、ライトガイドLGに入射する。このとき、第２透過屈折面T2の近傍にLED光源の発光面Mの輝点像が結像されている。ライトガイドLGに入射した光は、図示しない内視鏡の先端部にライトガイドを通して伝播され、内視鏡の照明光として出射される。

上記の構成によって、LED光源の高発散角の光も損失することなく、効率的にライトガイドに取り込むことが可能となる。

また、第１透過屈折面T1と第1反射面R1とは同一面上にあり、第２透過屈折面T2と第２反射面R2とは同一面上にあり、かつ第１透過屈折面T1と第1反射面R1と第２透過屈折面T2と第２反射面R2とは同一光学部材で構成されている。

これによって、光学部材一つでLED光源の高発散角の光を集光させることができるため組立時の反射面の調整が不要であり、組立工数が削減でき、かつ組立調整用機構も不要になる。

本実施例の集光光学系は、当然、内視鏡ばかりでなく、手術用顕微鏡または、ライトガイドによって光を伝播する物すべてに応用できることは言うまでもない。

（第２実施例）
第２実施例のレンズデータを以下に示す。

（光源） d0＝0.2
r1＝-70 d1＝20.545 ｎ'＝1.51633 （S-BSL7）
r2＝-26.1

α1＝φ3、β１＝2.25π、α2＝φ6、β２＝９π、Φ=34
（１） r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＝1.88
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝1.37
（３） β2／β1＝4
（４） d1²／β1=46.9
（５） Φ²／β１＝40.9

図２は、本実施例の集光レンズの断面図を示す。

本実施例は、第1実施例に対して第１反射面R1、第２反射面R2等を変更し、第２透過屈折面T2付近に結像されるLED光源の輝点像を大きく投影し、より狭い配光角で出射してライトガイド（不図示）に入射させるものである。開口数が小さいライトガイドほど、一般的に透過率が高く、光が損失せずに伝播される。よって、第１実施例のライトガイドより開口数が小さいものを使用する場合は、本実施例のような集光光学系を用いると光量を損失せずに光を伝播することが可能となる。

（第３実施例）
第３実施例のレンズデータを以下に示す。

（光源） d0＝0.2
r1＝-50 d1＝20.545 n'＝1.51633 （S-BSL7）
r2＝-25.5

α1＝φ3、β１＝2.25π、α2＝φ7、β２＝９π、Φ=34
（１） r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＝1.84
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝1.51
（３） β2／β1＝5.4
（４） d1²／β１=46.9
（５） Φ²／β1＝40.9

図３は第３実施例の集光レンズの断面図を示す。

本実施例は、第２実施例に対して、より開口数を小さく（出射角を小さく）した実施例である。

（第４実施例）
第4実施例のレンズデータを以下に示す。

（光源） d0＝0.2
r1＝∞ d1＝10.5 n'＝1.51633 （S-BSL７）
r2＝−14.4（非球面）
C6＝-2.0×10^-7、C12＝-2.0×10^-13

α1＝3、β１＝2.25π、α2＝5、β２＝6.25π、Φ=１７
（１） r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＝1.99
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝１
（３） β2／β1＝2.8
（４） d1²／β１=12.3
（５） Φ²／β1＝10.2

図４は第４実施例の集光レンズの断面図を示す。

本実施例は、第２反射面R2（第２透過屈折面T2）を非球面としている。非球面を採用したことにより、第１実施例よりもライトガイドに効率的に集光させることが可能となる。第１反射面R1（第１透過屈折面T1）は平面である。

（第５実施例）
第5実施例のレンズデータを以下に示す。

（光源） d0＝0.1
r1=50 d1=10.27 n' =1.51633 (S-BSL7 )
r2=-15.4（非球面）
C6= 2.24×10^-7、C20=1.049×10^-20

α1＝φ3、β１＝2.25π、α2＝φ6、β２＝９π、Φ=16
（１） r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＝2.22
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝0.69
（３） β2／β1＝4
（４） d1²／β１=11.7
（５） Φ²／β1＝9.1

図５は第５実施例の集光レンズの断面図を示す。

本実施例は、第４実施例同様、第２反射面R2（第２透過屈折面T2）を非球面にしたものである。

（第６実施例）
第６実施例のレンズデータを以下に示す。

（光源） d0 =0.１
r1=∞ d1=14.583 n'=1.51633 (S-BSL７)
r2=-20 d2＝12.117
r3＝35 d3＝11.9 ｎ"＝1.51633 （S-BSL7）
r4＝-13（非球面）
C4＝-5.4664723×10^-5、C6＝3.7186886×10^-7、C8＝-4.6483608×10^-9、
C10=1.8×10^-11、C12＝-1.5×10^-13

α1＝3、β１＝2.25π、α2＝5、β２＝6.25π、Φ=25
（１） r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＝2.05
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝1
（３） β2／β1＝2.8
（４） d1²／β1=23.6
（５） Φ²／β1＝22.1

本実施例は、第１〜５実施例が本発明の集光光学系によってライトガイドに光を入射させるのとは異なり、他のレンズと組み合わせて手術用顕微鏡の照明光学系を構成した例である。

図６は本実施例の照明光学系の断面図を示す。照明光学系Sは、集光光学系Tの射出側にレンズKを配置して構成されている。上記のレンズデータ中、r3はレンズKの入射側面R3の曲率半径、r4はレンズKの射出側面R4の曲率半径、d2は集光光学系の第２反射面R2（第２透過屈折面T2）とレンズKの入射側面R3との間隔、d3はレンズKの肉厚、n"はレンズKの媒質のｄ線に対する屈折率である。

レンズKの射出側面R4は非球面である。

LED光源Lから発した光は集光光学系Tに入射し、第１〜５実施例と同様の経路を通り第２透過屈折面T2付近に結像されてLED光源の輝点像を形成した後、レンズKに入射しレンズKの作用によって配光角を変えて射出する。

図１３は本実施例の照明光学系を適用した手術用顕微鏡の光学系を示す。図１３（A）は正面図、図１３（B）は側面図である。

観察物体O'を照明光学系Sと反射鏡とによって照明し、対物レンズOB、ズームレンズZB、結像レンズBI、接眼レンズOCを介して観察者が観察する。本実施例では反射鏡がレンズKの出射側に配置されているが、レンズTとレンズKとの間に配置してもよい。

本実施例は他の実施例に示したライトガイドのような伝達手段を用いないので、光量の損失なく観察物体O'を照明することが可能となる。

なお、本実施例ではLED光源を使用しているため、キセノン等の高輝度光源に比べ非常に暗い。したがって本実施例を適用する手術用顕微鏡としては、目視で観察する光学顕微鏡よりも物体像を撮像して電子画像を表示する電子画像顕微鏡が適している。

（第７実施例）
第７実施例のレンズデータを以下に示す。

rm＝20 dm＝20
（光源） d0＝0.2
r1＝50 d1＝20.545 n'＝1.51633 （S-BSL7）
r2＝-38

α1＝φ3、β１＝2.25π、α2＝φ6、β２＝9π、Φ=34
（１） r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＝2.74
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝0.24
（３） β2／β1＝4
（４） d1²／β1=46.9
（５） Φ²／β1＝40.9

ただし、rmは球面反射ミラーの曲率半径、dmは球面反射ミラーと光源の輝点との距離を表す。

図７は、本実施例の集光レンズの断面図を示す。

光源はキセノン光源であり、キセノン光源の輝点を点Pに配置する。

本実施例では光源の後方（集光レンズとは逆側）に、球面反射ミラーRMを配置している。球面反射ミラーRMと光源の輝点との距離は、球面反射ミラーRMの曲率半径に等しい。

光源から後方に発散した光は、球面反射ミラーRMによって点Pに向けて折り返すように反射され、レンズTに入射する。また、光源から前方（集光レンズ側）に発散した光は、レンズTに直接入射する。レンズTに入射した光束は、第１〜６実施例と同様の経路を通りライトガイドLGに入射する。

球面反射ミラーRMを配置したことで、キセノン光源のように360°拡散している光源でも光の損失を少なくし効率的にライトガイドLGに光を入射させることが可能になる。

本実施例では、キセノン光源を示したが、このような球面ミラーを構成する場合は、ハロゲン、水銀ランプでも構わない。

なお、上記の各実施例では第１透過屈折面の範囲α1、第２透過屈折面の範囲α2は共に円形形状としたが、光源の輝点の形状の相似形状である方が効率的に光が取り込まれることは言うまでもない。例えば、LED光源では発光面が円形ではなく長方形の場合が有り得るので、その場合は、α1、α2も長方形にするのが望ましい。当然、光源の輝点の大きさに対して第１透過屈折面の範囲α1の方が大きい方がより効率的に光源の光を取り込めることも言うまでもない。

（第８実施例）
第８実施例のレンズデータを以下に示す。

（光源） d0＝0.01
r1＝∞ d1＝0.8 n'＝1.51633 （S-BSL7）
r2＝-1.08（非球面）
K＝-0.1

α1＝φ0.1、β１＝0.0025π、α2＝φ0.8、β２＝0.16π、Φ=2
（１） r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＝1.99
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝1
（３） β2／β1＝64
（４） d1²／β1=64
（５） Φ²／β1＝127.3

図１４は、本実施例の集光レンズの断面図を示す。

本実施例は、第４実施例同様、第２反射面R2（第２透過屈折面T2）を非球面にしたものである。

（第９実施例）
第９実施例のレンズデータを以下に示す。

（光源） d0＝0
r1＝-0.7 d1＝0.8 n'＝1.51633 （S-BSL7）
r2＝-0.915（非球面）
K＝0.035

α1＝φ0.1、β１＝0.0025π、α2＝φ0.8、β２＝0.16π、Φ=1.76
（１） −r2×ｎ’／d1＝1.73
（２）（１／r1＋１／r2）×ｒ２＝2.31
（３） β2／β1＝64
（４） d1²／β1=64
（５） Φ²／β1＝98.6

図１５は、本実施例の集光レンズの断面図を示す。

本実施例は、第４実施例同様、第２反射面R2（第２透過屈折面T2）を非球面にしたものである。

第１実施例の集光光学系のレンズ断面図である。第２実施例の集光光学系のレンズ断面図である。第３実施例の集光光学系のレンズ断面図である。第４実施例の集光光学系のレンズ断面図である。第５実施例の集光光学系のレンズ断面図である。第６実施例の集光光学系のレンズ断面図である。第７実施例の集光光学系のレンズ断面図である。本発明の条件式（２）の説明図である。従来の集光光学系の構成を示す図である。本発明の条件式（１）の説明図である。本発明の条件式（１）の別の説明図である。本発明の条件式（１'）の説明図である。第６実施例の手術用顕微鏡の光学系を示す図である。第８実施例の集光光学系のレンズ断面図である。第９実施例の集光光学系のレンズ断面図である。

符号の説明

R1 第１反射面
R2 第２反射面
T1 第１透過屈折面
T2 第２透過屈折面
O 光軸
Ｌ LED光源
M 発光面
LG ライトガイド
T、K レンズ
S 照明光学系
P 輝点位置
RM 球面反射ミラー
OB 対物レンズ
ZB ズームレンズ
BI 結像レンズ
OC 接眼レンズ
O' 観察物体

Claims

光源側から順に、光線の進行方向に沿って、第１透過屈折面、第２反射面、第１反射面、第２透過屈折面を同軸に配置し、
前記第１透過屈折面と前記第１反射面とが同一面上にあり、前記第２透過屈折面と前記第２反射面とが同一面上にあり、
第１反射面と第２反射面を有する一つの光学部材であり、前記第１反射面は部分的に第１透過屈折面を有し、前記第２反射面は部分的に第２透過屈折面を有し、前記第１透過屈折面と前記第２透過屈折面を略同軸上に配置し
以下の条件式を満足することを特徴とする集光光学系。
１＜ r2／（ｎ'／（−１／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）・・・（１）
但し、d0＝０の場合１＜ −r2×ｎ'／ｄ１
ただし、
r1：前記第１反射面の曲率半径
r2：前記第２反射面の曲率半径
ｎ'：前記第１透過屈折面と前記第２透過屈折面との間の媒質のｄ線に対する屈折率
d0：前記第１透過屈折面と前記光源の輝点との距離
d1：前記第１反射面と前記第２反射面との同軸上の距離
である。
前記第１透過屈折面は光源の輝点の近傍に配置され、前記光源の輝点からの低発散角の光は前記第１透過屈折面と前記第２透過屈折面を通り、前記光源の輝点からの高発散角の光は前記第１透過屈折面、前記第２反射面、前記第１反射面、前記第２透過屈折面の順に通り、前記光源の輝点の像を前記第２透過屈折面付近に投影することを特徴とする請求項１に記載の集光光学系。
以下の条件式を満足する請求項１又は２に記載の集光光学系。
r2／（ｎ'／（−1／d0−（１−n'）／r1）−d1／n'）＜３・・・（１'）
但し、d0＝０の場合、 −r2×ｎ'／ｄ１＜３
以下の条件式を満足する請求項１又は２に記載の集光光学系。
０＜（１／r1＋１／r2 ）× r2 ・・・（２）
ただし、
r1：前記第１反射面の曲率半径
r2：前記第２反射面の曲率半径
である。
以下の条件式を満足する請求項４に記載の集光光学系。
（１／r1＋１／r2）× r2 ＜３・・・（２'）
以下の条件式を満足する請求項４又は５に記載の集光光学系。
１＜ β2／β1 ・・・（３）
ただし、
β1：前記第１透過屈折面の有効範囲の面積
β2：前記第２透過屈折面の有効範囲の面積
である。
以下の条件式を満足する請求項６に記載の集光光学系。
β2／β1 ＜ 80 ・・・（３'）
以下の条件式を満足する請求項７に記載の集光光学系。
１＜ d1²／β1 ＜ 80 ・・・（４）
1 ＜ Φ²／β1 ＜ 150 ・・・（５）
ただし、
d1：前記第１反射面と前記第２反射面との同軸上の距離
Φ：前記第１反射面の外径
である。
前記第１透過屈折面と前記第２透過屈折面の有効範囲は前記光源の輝点の形状の相似形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の集光光学系。
前記第１透過屈折面の有効範囲は、前記光源の輝点の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の集光光学系。
前記第１反射面と前記第２反射面の少なくとも一方が非球面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の集光光学系。
光源と、前記光源側から順に、請求項１〜１１のいずれかに記載の集光光学系と、前記光源の輝点の後方に配置され前記光源の輝点から後方へ発散する光束を前記光源の輝点に向けて反射する球面反射ミラーとを有することを特徴とする光源装置。
前記光源は、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプの何れかであることを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。
発光ダイオードまたはレーザーダイオードである光源と、請求項１〜１１のいずれかに記載の集光光学系とを有することを特徴とする光源装置。
光源側から順に、請求項１〜１１のいずれかに記載の集光光学系と、前記光源の輝点の結像位置近傍に配置されたライトガイドとを有することを特徴とする光源装置。