JP6248573B2 - 導光用光学素子、及び光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、光の導光技術に関する。

医療分野等では体腔内を観察するための内視鏡が広く用いられている。内視鏡は、通常、観察箇所に照明光を導光するライトガイドを備え、このライトガイドに照明光を入射する光源装置が知られている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照）。
近年では、高出力化を容易に行うのにＬＥＤケース内に複数のＬＥＤチップを集積する方式が広く用いられている。

特開２０１２−１０５７１５号公報 特開２０１１−２００３８０号公報

しかしながら、複数のＬＥＤチップを集積したＬＥＤ光源は発光部が比較的大きく、その放射光には光軸からずれた位置にもＬＥＤチップが実装されることから、拡がる分散光成分を多分に含んでいる。このため、光源の放射光を分散光成分も含めてライトガイドの入射面に効率良く導くには、複数の光学素子を組み合わせて構成した複雑な光学系を要し、光源装置の光学系が複雑化し容易ではない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、分散光成分を含む光源の光を効率良く導光できる導光用光学素子、及び光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、入射端部から出射端部に延びる中心導光路を中心に同心円状に積層された複数の外周導光路を有し、前記中心導光路、及び複数の外周導光路のそれぞれは屈折率が異なり、前記中心導光路の側に近づくほど屈折率が高くなるように配置し、順次屈折させながら導光する光を前記中心導光路に集め、前記入射端部から出射端部へ導光させ、前記中心導光路、及び複数の前記外周導光路のそれぞれは、焦点の１つを共通にし、他方の焦点が前記中心導光路の側に近付くほど出射端部に近くなる回転楕円形状を成すことを特徴とする。

また本発明は、上記導光用光学素子において、前記外周導光路のそれぞれの外周面が、前記入射端部から入射した光を全反射する形状を成すことを特徴とする。

また本発明は、上記導光用光学素子において、前記出射端部の端面を出射光が集光する球面形状にしたことを特徴とする。

また本発明は、上記導光用光学素子において、最外周の外周導光路の前記出射端部の端面を除く表面を反射膜で覆ったことを特徴とする。

また本発明は、上記導光用光学素子において、前記入射端部に、光源を収める凹み部を形成したことを特徴とする。

また本発明は、上記導光用光学素子において、前記入射端部に、前記光源との間を繋ぐ楕円反射鏡を設けたことを特徴とする。

また本発明は、上記導光用光学素子において、前記出射端部に、出射光を集光する楕円反射鏡を設けたことを特徴とする。

また本発明は、上記導光用光学素子において、第１焦点から第２焦点まで延びる楕円反射鏡に内設したことを特徴とする。

また本発明は、上記目的を達成するために、上記のいずれかに記載の導光用光学素子を備え、分散する角度成分を有する光を前記導光用光学素子の入射端に入射する光源と、前記導光用光学素子の出射端にライトガイドを配置し、前記光源の光を導光、及び集光し前記ライトガイドに入射する、ことを特徴とする光源装置を提供する。

本発明によれば、中心導光路を中心に同心円状に積層された複数の外周導光路を有し、前記中心導光路、及び複数の外周導光路のそれぞれは屈折率が異なり、前記中心導光路の側に近づくほど屈折率が高くなるよう配置し、順次屈折させながら導光する光を前記中心導光路に集め、前記入射端部から出射端部へ導光させる構成としたため、光源の放射光を中心導光路に集めて効率良く出射できる。

本発明の第１実施形態に係る光源装置の構成を示す斜視図である。 光源装置の分解斜視図である。 ホルダーユニットの分解斜視図である。 集光型導光体の概略構成を示す斜視図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 外周導光路における導光の概略説明図である。 集光型導光体の入射部の拡大図である。 集光型導光体の入射端部における入射光の光路概略説明図である。 集光型導光体の出射部の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る集光型導光体の構成を示す斜視図である。 集光型導光体の内部の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の第１変形例に係る集光型導光体を備えた導光器の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第２変形例に係る集光型導光体を備えた導光器の概略構成を示す斜視図である。 第１、及び第２変形例の他の変形例に係る集光型導光体を備えた導光器の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第３変形例に係る集光型導光体を備えた導光器の概略構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は本実施形態に係る光源装置１の構成を示す斜視図であり、図２は光源装置１の分解斜視図である。なお、図１では、光源装置１の内部構造の理解を容易にするために、カバーケース６を仮想線で示している。
図１に示すように、光源装置１は、内視鏡が備えるライトガイド２に光を入射するものであり、この入射光はライトガイド２を通じて内視鏡の観察箇所に導光されて照明光として照射される。
本実施形態の光源装置１は、図１、及び図２に示すように、基板ボックス３と、フロントカバー４と、バックカバー５と、カバーケース６と、光源ユニット７と、集光型導光体８と、ホルダーユニット９と、放熱ファン１５とを備えている。

基板ボックス３は、厚みが薄い略板状を成し、図２に示すように、下ケース１０と上ケース１１とを有し、その内部には光源基板１２、及び電源端子台１３が収められている。
光源基板１２は、光源ユニット７の点灯電力を生成する電源回路や、点灯を制御するＬＥＤドライブ回路等の各種の回路を備えている。電源端子台１３は、図示せぬ電線取込口から引き込まれた外部電源の電線と光源基板１２から延びる電気配線を結線する端子台である。
この基板ボックス３は光源装置１の底面に配置され、この基板ボックス３の上面１１Ａに光源ユニット７、集光型導光体８、及びホルダーユニット９が組み付けられている。

フロントカバー４、及びバックカバー５は、基板ボックス３の一端、及び他端に設けられ、それぞれ光源装置１の正面、及び背面を構成する矩形板材である。フロントカバー４の面内には装着穴１４が開口し、この装着穴１４にライトガイド２が装着される。カバーケース６は、フロントカバー４とバックカバー５の間を包囲し、これらフロントカバー４、バックカバー５、及びカバーケース６によって、略直方体形状の光源装置１のケース体が構成されている。なお、図２では図示を省略するが、バックカバー５の面内には放熱ファン１５に対応した位置に排気口が形成されている。

光源ユニット７は、発光素子の一例たるＬＥＤ２０と、当該ＬＥＤ２０を実装したＬＥＤ基板２１と、このＬＥＤ基板２１の背面に設けられた放熱ユニット２２と、を備え、ＬＥＤ２０の発光を集光型導光体８に入射する。
ＬＥＤ基板２１は高熱伝導性を有する例えばアルミニウム基板であり、略矩形状に形成され、その実装面の略中央にＬＥＤ２０が実装されている。ＬＥＤ２０は、１．２ｃｍ角のケース体２３にＬＥＤチップを透明樹脂製の封止体２４で封止した、いわゆる表面実装型のＬＥＤパッケージであり、その光軸ＫはＬＥＤ基板２１の実装面に略垂直に設定されている。このＬＥＤ２０は、多数のＬＥＤチップをケース体２３に設けることで発光点２０Ａ（図５）が構成されており、このＬＥＤチップの集積度を高めることで光出力が高められている。
光源ユニット７は、基板ボックス３の上面１１Ａに略垂直に立てて取り付けられることでＬＥＤ２０の光軸Ｋが当該上面１１Ａに略平行に配置されている。
光源ユニット７は、上記光源基板１２が備えるＬＥＤドライブ回路によって点灯制御されている。光源ユニット７のＬＥＤ２０は、内視鏡の使用目的やライトガイド２の材質に応じて適切な発光波長を有する素子が選定される。

放熱ユニット２２は、ＬＥＤ基板２１の裏面に設けられ、ＬＥＤ基板２１を通じて実装面の側のＬＥＤ２０の熱を放熱する部材であり、ＬＥＤ基板２１の裏面から略垂直に延びる多数の放熱フィン２２Ａを備えている。これら放熱フィン２２ＡはＬＥＤ基板２１の略全面に亘って設けられている。
上記基板ボックス３の上面１１Ａには、放熱ユニット２２の放熱フィン２２Ａの直下に通風口２５が設けられており、この通風口２５から吹き付けられる空気によって放熱フィン２２Ａが冷却される。通風口２５から吹き付ける空気は、光源装置１の正面から導入されたものである。すなわち、フロントカバー４の面内には、その下端寄りの箇所、すなわち基板ボックス３の正面に対応する箇所に吸気口２６が形成されている。基板ボックス３は、図２に示すように、その正面が開口し、吸気口２６を通じて外気を内部に導入可能になっている。またバックカバー５と放熱ユニット２２の間には、光源装置１の内部空気をバックカバー５から排気する放熱ファン１５が配置されており、この放熱ファン１５の排気動作によって吸気口２６から基板ボックス３の内部に外気が取り込まれ、上ケース１１の通風口２５から放熱フィン２２Ａに吹き付けられることとなる。外気が基板ボックス３を通過する際には、当該基板ボックス３の中の光源基板１２も空冷される。
集光型導光体８は、光源ユニット７の光をホルダーユニット９に入射するものであり、その構成については後述する。

図３はホルダーユニット９の分解斜視図である。
ホルダーユニット９は、ライトガイドホルダ２７と、ホルダー固定金具２８とを備えている。
ライトガイドホルダ２７は、ライトガイド２を保持し、かつ集光型導光体８の出射端部８２（後述する焦点Ｆ１、図５）に対し位置決めするものであり、係合フランジ２９と保持筒３０とを備えている。係合フランジ２９は、上記フロントカバー４の装着穴１４に面して配置され、ライトガイド２の先端部に設けられた係止片に係合する。保持筒３０は、ライトガイド２の係止片から先の部分が挿入されて保持する。ライトガイドホルダ２７がライトガイド２を係止したときに、ライトガイド２の先端の入射端面３２（図４）が集光型導光体８の焦点Ｆ１に位置決めされる。
ホルダー固定金具２８は、基板ボックス３に固定されてホルダーユニット９の保持筒３０を支持する。

図４は、集光型導光体８の概略構成を示す斜視図である。図５は図４のＡ−Ａ線断面図であり、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図４では図面が煩雑になるのを避けるために断面のハッチングを省略している。
図４、及び図５に示すように、集光型導光体８は、ＬＥＤ２０の光を導光しライトガイド２の入射端面３２に集光する透過型の光学素子である。ＬＥＤ２０は、上述の通り、多数のＬＥＤチップを集積することによって発光点２０Ａが構成されており、このＬＥＤ素子の集積度を高めることで光出力が高められている。

しかしながら、ＬＥＤチップの数が多くなる分、発光点２０Ａの大きさＤ１も大きくなり、具体的には、発光点２０Ａのサイズは３ｍｍ角サイズとなっており、一般的なものよりもサイズが大きくなっている。
一般に、ＬＥＤ２０の発光点２０Ａの光をライトガイド２の入射端面３２に集光する光学素子としては、発光点２０Ａと入射端面３２のそれぞれを焦点とする楕円反射鏡が挙げられる。しかしながら、楕円反射鏡では、光源たる発光点２０Ａが大きくなるほどによる集光度が低下し、ライトガイド２の入射端面３２に集光する光量にロスが生じることから、光の利用効率が悪いという問題がある。
そこで、本実施形態では、導波路構造を利用した透過型の光学素子である集光型導光体８を用いてＬＥＤ２０の放射光をライトガイド２の入射端面３２に導光し集光することとしている。

集光型導光体８は、図４、及び５、に示すように、長く直線状に延びた略球形状、より具体的には、図６に示すように、中心線Ｏａを回転軸にした回転体形状を成し、この中心線Ｏａの方向に導光する。すなわち、集光型導光体８は、図５に示すように、ＬＥＤ２０の放射光を入射する入射端部８１を一端に有し、この入射端部８１からの入射光を他端側に導光し、この他端には、導光された光を出射する出射端部８２を有している。

集光型導光体８は、図５、及び図６に示すように、導光方向たる中心線Ｏａに沿って延びる断面円形の中心導光路８５を中心に備え、この中心の中心導光路８５に同心円状に複数（本実施形態では３つ）の外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃを積層し、最外周の外周導光路８６Ｃの表面を、アルミ蒸着等で形成した反射膜８７で覆って構成されている。また中心導光路８５、及び外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃは透明な導光材で形成されており、それぞれの屈折率ｎ１〜ｎ４は値が同じではなく、中心導光路８５の側に近づくほど屈折率が高くなり、屈折率ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎ４となっている。
これにより、中心側の導光路ほど高い光閉じ込め効果が得られるから、外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれを導光する光は、屈折を繰り返しながら次第に中心導光路８５に集められる。

さらに詳述すると、入射端部８１から中心導光路８５、及び外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれに光が入射されると、中心導光路８５は最も大きな屈折率ｎ１を有することから、中心導光路８５に入射した光の大部分が、そのまま中心導光路８５の中を進行する。一方、外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｂでは、中心側の導光路ほど屈折率が高いため、それぞれに入射した入射光Ｅａは、図５に示すように、外周面８８で内周側に反射された際に内側の導光路に入射し、導光に伴って次第に中心導光路８５に集められる。
この結果、出射端部８２では大部分を中心導光路８５に集めた光束の光が出射されることとなる。

この集光型導光体８では、中心導光路８５、及び外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれの外周面８８、及び屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４が入射光Ｅａを全反射して導光するように構成されている。すなわち、図７の概略説明図に示すように、例えば最外周の外周導光路８６Ｃに入射した入射光Ｅａは、その外周面８８で所定の入射角θ１Ｃで全反射され、内側の外周導光路８６Ｂ、８６Ａに順次に入射して、中心導光路８５に到達する。外周導光路８６Ｃから外周導光路８６Ｂ、８６Ａに順次に入射する際には、スネルの法則に従い、それぞれの外周面８８で屈折率ｎ３、ｎ２、及び入射角θ１Ｃ、θ１Ｂに応じた角度θ２Ｃ、θ２Ｂで屈折し、中心導光路８５には外周導光路８６Ａから入射角θ１Ａで入射する。そして中心導光路８５の外周面８８には屈折角θ２Ａで入射し反射角θで反射する。この反射角θは臨界角よりも大きくなるように設計されており、これにより、外周導光路８６Ｃから中心導光路８５に外周導光路８６Ｂ、８６Ａを順に透過して入射した光が中心導光路８５を導光することとなる。

図８は集光型導光体８の入射端部８１の拡大図である。
この集光型導光体８の入射端部８１は、図８に示すように、光の導光方向に沿って凹んだ球面形状の凹み部８９が形成されている。さらに詳述すると、集光型導光体８は入射端部８１の側で縮径し、縮径した端面の全面を導光方向に凹ませて上記凹み部８９が形成されている。
一方、ＬＥＤ２０は、発光点２０Ａを封止する略半球状の透明樹脂製の封止体２４を有し、この封止体２４を通じて発光点２０Ａから光が放射される。

この実施形態では、入射端部８１の凹み部８９は、封止体２４がほぼ隙間無く嵌合し、発光点２０Ａを含む封止体２４を内部に収める形状となっている。これにより、ＬＥＤ２０の発光点２０Ａから光軸Ｋに沿って放射された光成分Ｅｂは中心導光路８５に入射しつつ、光軸Ｋから離れる方向に進み中心導光路８５から逸れてしまう分散光成分Ｅｃも、その外側の外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃに入射させることができる。これにより、ＬＥＤ２０の放射光の略全てを分散光成分Ｅｃを含めて集光型導光体８に入射することから光の利用効率が高められる。

図９は集光型導光体８の入射端部８１における入射光の光路概略説明図である。
ＬＥＤ２０の分散光成分Ｅｃは、図９に示すように、発光点２０Ａの光軸Ｋから放射状に放射される分散光成分Ｅｃ１の他に、発光点２０Ａの光軸Ｋから外れた箇所の表面全体から放射される分散光成分Ｅｃ２を含む。これらの分散光成分Ｅｃ１、Ｅｃ２は全て、外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのいずれかに入射する。これら外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれは、分散光成分Ｅｃを全反射して光軸Ｋの方向に向けて導光するために外周面８８が略回転楕円面形状を成している。

上述したように、外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれを導光する光の大部分は、外周面８８での全反射によって次第に中心導光路８５に集められ、また拡散角度γ（光軸Ｋに対する光成分の拡散方向の角度、図８）によっては、そのまま外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃの中を導光する。
このように、ＬＥＤ２０の放射光の略全てが分散光成分Ｅｃを含めて集光型導光体８に入射し、その大部分が中心導光路８５に集められて出射されるようになる。この集光型導光体８では、図８、及び図９に示すように、中心導光路８５の断面径が発光点２０Ａの大きさＤ１よりも小さく成されており、これにより発光点２０Ａよりも小さな範囲に光が効率良く集められることとなる。

図１０は集光型導光体８の出射端部８２の拡大図である。
出射端部８２は、図１０に示すように、端面を反射膜８７から露出させて形成した出射面８２Ａを備え、この出射面８２Ａから、中心導光路８５、及び外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれを導光した光が出射される。この出射面８２Ａは、少なくとも中心導光路８５の出射端面８５Ａがライトガイド２の先端の入射端面３２のＮＡに応じた焦点Ｆ１を有する凸球面形状に形成されており、ライトガイド２に出射光が効率良く入射するように成されている。

詳述すると、ライトガイド２に入射した光が当該ライトガイド２を導波するには、ライトガイド２の開口数をＮＡとした場合に、入射光の入射角θが最大入射角θｍａｘ＝Ａｒｃｓｉｎ（ＮＡ）以下である必要がある。
また一般に、内視鏡ではライトガイド２の開口数ＮＡが小さいほど、照明光の指向性が高められて狭い範囲を照明できる。そこで、この光源装置１では、開口数ＮＡが０．２〜０．３５（最大入射角θｍａｘ＝１１．５°〜２０°）、開口径Ｄ２が約４ｍｍのライトガイド２が用いられており、一般的なライトガイドよりも開口数ＮＡ、及び開口径Ｄ２が共に小さくなっている。さらに、この光源装置１では、ＬＥＤ２０の高出力化のために発光点２０Ａが３ｍｍ角の大きさＤ１を有している。このように発光点２０Ａが理想的な点光源に比して大きいため、例えばＬＥＤ２０の発光点２０Ａの放射光をライトガイド２の入射端面３２に集光する集光光学系を設けたとしても入射端面３２での収差が大きく、ライトガイド２の開口数ＮＡの範囲に光を収められないばかりか、開口径Ｄ２を外れる光成分も多分に生じる。

これに対して、この集光型導光体８では、図１０に示すように、出射端部８２における中心導光路８５の径Ｄ３がライトガイド２の開口径Ｄ２よりも小さく成されている。したがって、ＬＥＤ２０の放射光が集光型導光体８に入射することで、その大部分が中心導光路８５に集められ、ライトガイド２の開口径Ｄ２よりも小さな径Ｄ３から出射される。そして中心導光路８５の出射端面８５Ａは、上述の通り、ライトガイド２の先端の入射端面３２のＮＡに応じた焦点Ｆ１を有する凸球面形状に形成されているから、中心導光路８５の出射光が、ライトガイド２の開口数ＮＡの範囲で開口径Ｄ２の入射端面３２に効率良く入射することとなる。
また、集光型導光体８の外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれを導光し出射面８２Ａから出射した光は、これら外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃの外周面８８が楕円面を構成する。このため、これらの外周面８８を発光点２０Ａ、及び入射端面３２のそれぞれを焦点とする、いわゆる楕円反射面の形状に近付けておくことで、外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃを導光した光を、ライトガイド２の入射端面３２に効率良く集光して入射させることができ、効率をより高めることができる。

このように、本実施形態によれば、集光型導光体８は、中心導光路８５を中心に同心円状に積層された複数の外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃを有し、中心導光路８５、及び複数の外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれは屈折率が異なり、中心導光路８５の側に近づくほど屈折率が高くなるよう配置し、順次屈折させながら導光する光を中心導光路８５に集め、入射端部８１から出射端部８２へ導光させる構成とした。これにより、分散光成分Ｅｃを含むＬＥＤ２０の放射光を、中心導光路８５に集めて効率良く出射できる。

また本実施形態によれば、外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれの外周面８８が、入射端部８１から入射した光を全反射する形状を成す構成とした。これにより、放射光の分散光成分Ｅｃが中心導光路８５を逸れて外側の外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃに入射したとしても、これらを出射端部８２に導光し、また内側に向けて反射した際に中心導光路８５に集めることができる。

また本実施形態によれば、入射端部８１に、ＬＥＤ２０の発光点２０Ａを封止体２４とともに収める凹み部８９を形成した。
これにより、ＬＥＤ２０の発光点２０Ａから光軸Ｋに沿って放射された光成分Ｅｂは中心導光路８５に入射しつつ、光軸Ｋから離れる方向に進み中心導光路８５から逸れてしまう分散光成分Ｅｃも、その外側の外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃに入射させることができる。したがって、ＬＥＤ２０の放射光の略全てを分散光成分Ｅｃを含めて集光型導光体８に入射することから光の利用効率が高められる。

また本実施形態によれば、出射端部８２の出射面８２Ａを出射光が集光する球面形状にしたため、ＬＥＤ２０が分散光成分Ｅｃを多く含んでいても、それらを中心導光路８５に集めて効率良く所定の焦点Ｆ１に集光することが可能となり、ライトガイド２へ効率良く入射できる。

また本実施形態によれば、最外周の外周導光路８６Ａの表面を反射膜８７で覆ったため、漏れ光を抑えて光の利用効率を高めることができる。

［第２実施形態］
図１１は本実施形態に係る集光型導光体１０８の構成を示す斜視図であり、図１２は集光型導光体１０８の内部の概略構成を示す縦断面図である。
この集光型導光体１０８は、入射端部１８１から出射端部１８２に延びる中心導光路１８５を中心に同心円状に積層された複数の外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃを有し、中心導光路１８５、及び複数の外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃのそれぞれは屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４が異なり、中心導光路１８５の側に近づくほど屈折率が高くなるよう配置し（すなわち、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎ４）、順次屈折させながら導光する光を中心導光路１８５に集め、入射端部１８１から出射端部１８２へ導光させる構成を備える点で第１実施形態の集光型導光体８と構成を同じくする。

これに対し、第１実施形態の集光型導光体８では、外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃの全てが入射端部８１から出射端部８２まで延在する構成であるのに対し、本実施形態の集光型導光体１０８は、外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃのそれぞれが出射端部１８２の途中で切れている点で構成を大きく異にする。

詳述すると、図１２に示すように、中心導光路１８５、及び外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃのそれぞれは、光軸Ｋを中心とした回転楕円形状を成している。これら中心導光路１８５、及び外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃは、ＬＥＤ２０の発光点２０Ａを共通の焦点Ｆａとしつつ、他の焦点Ｆｂが互いに異なっている。
具体的には、中心導光路１８５、及び外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃのそれぞれの焦点Ｆｂは、外側の導光路ほど焦点Ｆａの近くに位置し、それぞれの焦点Ｆｂを焦点Ｆｂ１、焦点Ｆｂ２、焦点Ｆｂ３、焦点Ｆｂ４とすると、焦点Ｆｂ１が焦点Ｆａから最も遠く、次いで焦点Ｆｂ２、焦点Ｆｂ３、焦点Ｆｂ４の順で次第に焦点Ｆａに近付くように設定されている。換言すれば、外側に近い導光路ほど焦点Ｆａの近くで焦点を結ぶように構成されている。

この構成においては、中心導光路１８５、及び外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃのそれぞれの外周面１８８は、入射端部１８１から順次に最外周側の外周面１８８から内側の外周面１８８に交点９０で交差して途切れた形状となる。
また、最長の中心導光路１８５にあっては、焦点Ｆｂ１の位置でカットされることで、集光型導光体１０８の出射端面１８２Ａが形成されている。

そして、集光型導光体１０８の入射端部１８１にＬＥＤ２０の放射光が入射すると、中心導光路１８５、及び外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃのそれぞれに光が入射し導光することとなる。このとき、外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃのそれぞれでは、外側に近い導光路ほど焦点Ｆａの近くで焦点Ｆｂ２、Ｆｂ３、Ｆｂ４を結ぶことから、外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃの外周面１８８で全反射した光Ｅｄは、これらの焦点Ｆｂ２、Ｆｂ３、Ｆｂ４を内側に含む中心導光路１８５に入射して当該中心導光路１８５に、ＬＥＤ２０の全ての放射光が集められることとなる。
また中心導光路１８５の焦点Ｆｂ１に出射端面１８２Ａが形成されているため、この出射端面１８２Ａにライトガイド２の入射端面３２を配置することで、焦点Ｆｂ１で集光する光の集光率が高められ、またライトガイド２の開口数ＮＡの範囲で導光器２９８から入射する光束の比率が高められる。

このように、本実施形態によれば、外周導光路１８６Ａ、１８６Ｂ、１８６Ｃのそれぞれを、外周側の外周導光路ほど入射端部１８１の近くで焦点を結ぶ楕円面形状としたため、入射端部１８１から入射した光の全てを出射端部１８２に至る前に中心導光路１８５に集めて出射させることができる。

なお、本実施形態において、最外周の外周導光路１８６Ｃの表面を、第１実施形態と同様にアルミ蒸着等で形成した反射膜で覆っても良い。
また、本実施形態において、出射端部１８２の出射端面１８２Ａを必要に応じて凸球面形状の集光レンズ状にしても良い。

上述した第１、及び第２実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しないで任意に変形、及び応用が可能である。

例えば、上述した各実施形態では、光源たるＬＥＤ２０に入射端部８１、１８１を配置しつつ、ライトガイド２の入射端面３２の近傍に対面配置した出射端部８２、１８２から集光光を入射する集光型導光体８、１０８について例示した。しかしながら、これに限らず、入射端部８１、１８１とＬＥＤ２０の間、及び／又は、出射端部８２、１８２の間に他の光学素子を介在させても良い。以下、係る変形例について説明する。

図１３は第１変形例に係る集光型導光体２０８を備えた導光器２９８の概略構成を示す斜視図である。なお、同図において、第１実施形態と同一の部材や部位については同一の符号を付して、その説明を省略する。
この集光型導光体２０８は、入射端部２８１にＬＥＤ２０が配置されているとともに、出射端部２８２には、ライトガイド２の入射端面３２との間を繋ぐ楕円反射鏡２９５が接続され、これにより導光器２９８が構成されている。集光型導光体２０８は、第１実施形態の集光型導光体８を長手方向中央よりも入射端部８１の側で切断した形状を成し、入射端部２８１から入射した光が概ね中心導光路２８５に集められて出射端部２８２から楕円反射鏡２９５に入射される。楕円反射鏡２９５はＬＥＤ２０、及びライトガイド２の入射端面３２のそれぞれに第１焦点Ｆｄ、及び第２焦点Ｆｅを有する集光光学素子である。

この導光器２９８にあっては、集光型導光体２０８の出射端部２８２に楕円反射鏡２９５を接続することで、ＬＥＤ２０の放射光の略全ての成分を集光型導光体２０８によって導光して楕円反射鏡２９５に入射でき、当該楕円反射鏡２９５で制御してライトガイド２の入射端面３２に入射させることができる。
また、この導光器２９８では、集光型導光体２０８の中心導光路２８５、及び外周導光路２８６Ａ、２８６Ｂ、２８６Ｃのそれぞれは、楕円反射鏡２９５と同じ第１焦点Ｆｄ、及び第２焦点Ｆｅを有する回転楕円体とされており、第２焦点ＦｅにＬＥＤ２０の放射光が効率良く集光されることで集光率が高められ、さらには、ライトガイド２の開口数ＮＡの範囲で導光器２９８から入射する光束の比率が高められる。

図１４は第２変形例に係る集光型導光体３０８を備えた導光器３９８の概略構成を示す斜視図である。なお、同図において、第１実施形態、及び第１変形例と同一の部材や部位については同一の符号を付して、その説明を省略する。
この集光型導光体３０８は、ライトガイド２の入射端面３２の近傍に出射端部３８２が対面配置されて、当該出射端部３８２からの出射光が直接的にライトガイド２に入射するとともに、入射端部３８１には、光源たるＬＥＤ２０との間を繋ぐ楕円反射鏡３９５が接続されて、導光器３９８が構成されている。この楕円反射鏡３９５は、第１変形例の楕円反射鏡２９５と同様に、ＬＥＤ２０、及びライトガイド２の入射端面３２のそれぞれに第１焦点Ｆｄ、及び第２焦点Ｆｅを有する。

このように、集光型導光体３０８の入射端部３８１に楕円反射鏡３９５を接続した導光器３９８を構成することで、次のような効果を奏する。
すなわち、楕円反射鏡３９５を単体で用いる構成においては、ＬＥＤ２０の発光点２０Ａの大きさＤ１（すなわち、分散する角度成分γを有する分散光成分Ｅｃ）に起因して、第２焦点Ｆｅでの集光特性が劣化し、ライトガイド２の入射端面３２への入射効率が悪くなる。これに対して、この導光器３９８にあっては、楕円反射鏡３９５の先端に集光型導光体３０８が接続されることで、分散光成分Ｅｃを含む楕円反射鏡３９５の出射光は、集光型導光体３０８を導光し中心導光路３８５に集められて出射されることとなり、効率良くライトガイド２の入射端面３２に入射することができる。
また、この導光器３９８では、集光型導光体３０８の中心導光路３８５、及び外周導光路３８６Ａ、３８６Ｂ、３８６Ｃのそれぞれは、楕円反射鏡３９５と同じ第１焦点Ｆｄ、及び第２焦点Ｆｅを有する回転楕円体とされており、これにより第２焦点ＦｅにＬＥＤ２０の放射光が更に効率良く集光されることで集光率が高められ、さらに、ライトガイド２の開口数ＮＡの範囲で導光器３９８から入射する光束の比率が高められる。

なお、図１５に示すように、第１変形例に係る集光型導光体２０８と、第２変形例に係る集光型導光体３０８とを備え、両者の間を、ＬＥＤ２０、及びライトガイド２の入射端面３２のそれぞれに第１焦点Ｆｄ、及び第２焦点Ｆｅを有する楕円反射鏡４９５で接続した導光器４９８を構成しても良い。
この導光器４９８によれば、集光型導光体２０８によってＬＥＤ２０の放射光の略全てを楕円反射鏡４９５に入射させることができ、また楕円反射鏡４９５から出射する光を集光型導光体３０８によって、効率良くライトガイド２の入射端面３２に入射することができる。

図１６は第３変形例に係る集光型導光体５０８を備えた導光器５９８の概略構成を示す斜視図である。なお、同図において、第２実施形態と同一の部材や部位については同一の符号を付して、その説明を省略する。
この導光器５９８は、集光型導光体５０８と、楕円反射鏡５９５とを備え、集光型導光体５０８は、第２実施形態で説明した集光型導光体１０８と入射端部１８１の形状を除き、概ね構成を同じくする。すなわち、この集光型導光体５０８の入射端部５８１の入射端面は、光源たるＬＥＤ２０の側に膨出した凸面５８１Ａを成し、この入射端部５８１には、ＬＥＤ２０との間を繋ぐ楕円反射鏡５９５が接続されている。楕円反射鏡５９５は、はＬＥＤ２０、及びライトガイド２の入射端面３２のそれぞれに第１焦点Ｆｄ、及び第２焦点Ｆｅを有する。

この導光器５９８によれば、第２変形例と同様に、楕円反射鏡５９５の先端に集光型導光体５０８が接続されることで、分散光成分Ｅｃを含む楕円反射鏡５９５の出射光が集光型導光体３０８を導光し中心導光路１８５に集められて出射されることとなり、効率良くライトガイド２の入射端面３２に入射することができる。

なお、図１３〜図１５で示した変形例では、集光型導光体８の入射端部８１、又は／及び出射端部８２に楕円反射鏡を接続する構成を例示した。しかしながら、これに限らず、光源たるＬＥＤ２０を第１焦点とし、ライトガイド２の入射端面３２を第２焦点とし、これら第１焦点から第２焦点まで延びる楕円反射鏡の内の全体、入射端側、或いは出射端側に集光型導光体８を内設しても良い。具体的には、図１３〜図１５で示した変形例において、集光型導光体２０８、３０８の外側を楕円反射鏡２９５、３９５、４９５が覆うことで、これら楕円反射鏡２９５、３９５、４９５の中に集光型導光体２０８、３０８が内蔵される構成としても良い。

また、上述した実施形態、及び変形例において、光源にはＬＥＤ２０の他にも、任意の光源を用いることができる。
また例えば、上述した実施形態、及び変形例において、集光型導光体が直線状に延びた構成を例示したが、入射端部と出射端部の間が屈曲した構成でも良い。
また例えば、上述した実施形態、及び変形例において、入射端部８１の凹み部８９の形状は、ＬＥＤ２０の発光点２０Ａの放射光の略全部を受光し、中心導光路８５、及び外周導光路８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃのそれぞれに入射可能であれば任意である。

１ 光源装置
２ ライトガイド
２０ ＬＥＤ
２０Ａ 発光点
２１ 封止体
８、１０８、２０８、３０８、５０８ 集光型導光体（導光用光学素子）
８１ 入射端部
８２ 出射端部
８２Ａ 出射面
８５ 中心導光路
８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ 外周導光路
８７ 反射膜
８８ 外周面
８９ 凹み部
３９５、４９５、５９５ 楕円反射鏡
３９８、４９８、５９８ 導光器
Ｅｃ、Ｅｃ１、Ｅｃ２ 分散光成分
Ｆ１ 焦点
Ｋ 光軸
Ｏａ 中心線

Claims (9)

1. 入射端部から出射端部に延びる中心導光路を中心に同心円状に積層された複数の外周導光路を有し、
   前記中心導光路、及び複数の外周導光路のそれぞれは屈折率が異なり、前記中心導光路の側に近づくほど屈折率が高くなるように配置し、順次屈折させながら導光する光を前記中心導光路に集め、前記入射端部から出射端部へ導光させ、
   前記中心導光路、及び複数の前記外周導光路のそれぞれは、焦点の１つを共通にし、他方の焦点が前記中心導光路の側に近付くほど出射端部に近くなる回転楕円形状を成す
   ことを特徴とする導光用光学素子。
2. 前記外周導光路のそれぞれの外周面が、前記入射端部から入射した光を全反射する形状を成すことを特徴とする請求項１に記載の導光用光学素子。
3. 前記出射端部の端面を出射光が集光する球面形状にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の導光用光学素子。
4. 最外周の外周導光路の前記出射端部の端面を除く表面を反射膜で覆ったことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導光用光学素子。
5. 前記入射端部に、光源を収める凹み部を形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導光用光学素子。
6. 前記入射端部に、前記光源との間を繋ぐ楕円反射鏡を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導光用光学素子。
7. 前記出射端部に、出射光を集光する楕円反射鏡を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の導光用光学素子。
8. 第１焦点から第２焦点まで延びる楕円反射鏡に内設したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導光用光学素子。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の導光用光学素子を備え、
   分散する角度成分を有する光を前記導光用光学素子の入射端に入射する光源と、
   前記導光用光学素子の出射端にライトガイドを配置し、前記光源の光を導光、及び集光し前記ライトガイドに入射する、ことを特徴とする光源装置。

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