光源装置
【課題】 光利用効率が高い拡散機能を有する光源装置を提供すること。
【解決手段】 光源装置１００は、１次光を出射する１次光源１１０と、１次光が入射し、１次光の進行方向を転向する第１の光学機能部材１５０と、第１の光学機能部材１５０によって進行方向が転向した１次光の進行方向を転向する第２の光学機能部材１４３と、第１の光学機能部材１５０と第２の光学機能部材１４３との間の領域を示し、第１の光学機能部材１５０から第２の光学機能部材１４３に向かう１次光の光路上に配設されている第３の光学機能部材１３３と、１次光の一部が第１の光学機能部材１５０に再び入射することなく外部に出射される窓部とを有している。第１の光学機能部材１５０と第２の光学機能部材１４３と第３の光学機能部材１３３との少なくとも１つは、１次光を拡散する拡散機能を有する。
【解決手段】 光源装置１００は、１次光を出射する１次光源１１０と、１次光が入射し、１次光の進行方向を転向する第１の光学機能部材１５０と、第１の光学機能部材１５０によって進行方向が転向した１次光の進行方向を転向する第２の光学機能部材１４３と、第１の光学機能部材１５０と第２の光学機能部材１４３との間の領域を示し、第１の光学機能部材１５０から第２の光学機能部材１４３に向かう１次光の光路上に配設されている第３の光学機能部材１３３と、１次光の一部が第１の光学機能部材１５０に再び入射することなく外部に出射される窓部とを有している。第１の光学機能部材１５０と第２の光学機能部材１４３と第３の光学機能部材１３３との少なくとも１つは、１次光を拡散する拡散機能を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、小型固体光源と光ファイバとを組み合わせたファイバ光源が開発されている。このファイバ光源は、細い構造物の先端から光を照射する光源装置として用いられる。
【０００３】
このような光源装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１において、レーザ光源と拡散板とを組み合わせたファイバ光源装置を搭載した内視鏡装置が提案されている。
【０００４】
図５に示すファイバ光源装置１において、３原色レーザであるＨｅ−Ｃｄレーザ２０から出射されたレーザ光と、赤色レーザであるＨｅ−Ｎｅレーザ２１から出射されたレーザ光とは、ライトガイド１０によって内視鏡２の先端部まで導光され、拡散板１１と照度分布調整フィルタ１２とを介して照明対象物である生体４を照射している。一般に、レーザ光を代表とする固体光源光の光強度は、光軸上で強く、光軸周辺部では弱い。また、固体光源光は可干渉性を有するため、照明対象物上にはスペックルと呼ばれる光の斑点模様が生じる場合がある。これらの特性は、照明を目的とした光源装置としては望ましくない。そこで、特許文献１では、拡散板１１がレーザ光を拡散することで、所望の照明光を実現している。すなわち、内視鏡２等、細い管腔内を照明可能な光源装置において、スペックルなく、所望の照度分布を得る光源装置を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８６２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に提案されているファイバ光源装置１において、ライトガイド１０から出射されたレーザ光は拡散板１１に照射される。拡散板１１は、レーザ光を拡散して前方に出射する機能を有している。このときレーザ光の一部は、拡散に伴い、後方、すなわちライトガイド１０側にも放射される。この後方に放射されたレーザ光は、ロスとなるばかりでなく、内視鏡２の内部に吸収され熱となる。すなわち、照明光が暗くなり、ファイバ光源装置１の先端部の温度が上がってしまい、結果として拡散板１１近傍での光利用効率が低くなるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、光利用効率が高い拡散機能を有する光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は目的を達成するために、１次光を出射する１次光源と、前記１次光が入射し、前記１次光の進行方向を転向する第１の光学機能部材と、前記第１の光学機能部材によって進行方向が転向した前記１次光の進行方向を転向する第２の光学機能部材と、前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材との間の領域を示し、前記第１の光学機能部材から前記第２の光学機能部材に向かう前記１次光の光路上に配設されている第３の光学機能部材と、前記１次光の一部が前記第１の光学機能部材と前記第３の光学機能部材と前記第２の光学機能部材との順で通過する際、前記１次光の一部が前記第１の光学機能部材に再び入射することなく外部に出射される窓部と、を具備し、前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材と前記第３の光学機能部材との少なくとも１つは、前記１次光を拡散する拡散機能を有することを特徴とする光源装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光利用効率が高い拡散機能を有する光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、光拡散ユニット及び導光部材の拡大斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、光拡散ユニット及び導光部材の拡大断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、拡散部材の拡大断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、拡散部材の変形例であり、拡散部材の拡大断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の変形例における光拡散ユニット及び導光部材の拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、光拡散ユニットの拡大断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、光拡散ユニットの変形例であり、光拡散ユニットの断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第３実施形態に係る光源装置の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、光拡散ユニットの拡大断面図である。
【図５】図５は、従来の光源装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］
［構成］
図１Ａと図１Ｂと図１Ｃと図１Ｄと図１Ｅとを参照して第１の実施形態について説明する。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは一部の部材の図示を省略している。また、図１Ｂでは、説明のために導光部材１２０と光拡散ユニット１３０の入射部１４１とを離間させて表示している。
【００１２】
光源装置１００は、主に、１次光源１１０と光拡散ユニット１３０とによって構成されている。光源装置１００は、１次光源１１０から出射された１次光Ｌ１を、光拡散ユニット１３０内に配設されている拡散部材１５０に照射する構成である。各部の詳細な構造を次に説明する。
【００１３】
１次光源１１０は、１次光Ｌ１を出射する半導体レーザ光源１１１と、半導体レーザ光源１１１から出射された１次光Ｌ１を集光する集光レンズ１１２と、集光レンズ１１２によって集光された１次光Ｌ１を拡散部材１５０に導光する導光路である導光部材１２０とを有している。
集光レンズ１１２は、１次光Ｌ１を導光部材１２０の１次光入射端１２１に集光する。
導光部材１２０には、例えば、コア径５０μｍ、開口数ＦＮＡ＝０．２を有するマルチモード光ファイバが用いられる。導光部材１２０は、集光レンズ１１２によって集光した１次光Ｌ１が入射する１次光入射端１２１と、１次光Ｌ１を光源光として拡散部材１５０に出射する１次光出射端１２２とを有している。
【００１４】
光拡散ユニット１３０は、１次光出射端１２２から出射された１次光Ｌ１が入射する入射部１４１と、所望の照明光を外部の照射対象物１６０に出射する機能を有する出射部１４２を有している。また、光拡散ユニット１３０は、第１の光学機能部材としての反射型の拡散部材１５０と、第３の光学機能部材としての光透過部材１３３とを有し、導光部材１２０によって導光された１次光Ｌ１を所望の拡散光Ｌ２として拡散して出射する。第２の光学機能部材については、後述する。
【００１５】
拡散部材１５０は、拡散部材１５０に入射した入射光を、その波長を変えず、広がり角を広げ、過干渉性を低めた拡散光Ｌ２に変換する機能を有している。拡散部材１５０は、入射部１４１側から照射された１次光Ｌ１を拡散光Ｌ２として拡散し、拡散する拡散光Ｌ２の一部を入射部１４１側に出射する機能を有している。拡散部材１５０は、例えば円柱形状を有している。このような拡散部材１５０は、導光部材１２０の１次光出射端１２２に対面した第１の領域１５１と、第１の領域１５１と対向する第３の領域１５２と、第１の領域１５１及び第３の領域１５２に挟まれた側面である第２の領域１５３とを有している。第１の領域１５１は、１次光出射端１２２から離間している。第１の領域１５１は、１次光出射端１２２と入射部１４１とを通る、導光部材１２０の中心軸１２０ａ上に配設されている。
【００１６】
光透過部材１３３は、拡散部材１５０の第１の領域１５１と第２の領域１５３とを取り囲むように形成されており、拡散部材１５０の第１の領域１５１と第２の領域１５３とに接している。別言すれば、光透過部材１３３は、入射部１４１を円錐台の小径の第１面である上面、出射部１４２を大径の第２面である底面、側面をテーパ面とする、円錐台形状の立体である。光透過部材１３３は、例えば、拡散部材１５０の第１の領域１５１の中心が円錐台形状の中心軸上に配設され、拡散部材１５０の第３の領域１５２が出射部１４２に配設されるように、拡散部材１５０を内部に有している。なお光透過部材１３３は、立体の内部の空間の少なくとも一部に配設されている。また、光透過部材１３３は、１次光Ｌ１と、拡散部材１５０から出射される拡散光Ｌ２との両方を透過する性質を有している。光透過部材１３３の側面、すなわち、円錐台形状の傾斜面には、第２の光学機能部材としての正反射部１４３が直接形成されている。正反射部１４３は、立体の側面の少なくとも一部に配設されていればよい。
【００１７】
正反射部１４３は、正反射部１４３に入射した入射光を正反射して反射光に変換する機能を有している。本実施形態においては、正反射部１４３に入射する入射光は、拡散部材１５０によって拡散されることでその進行方向が転向された拡散光Ｌ２である。また、正反射部１４３から出射する反射光は、正反射部１４３により正反射されることでその進行方向が転向された拡散光Ｌ２である。なお、正反射部１４３と拡散部材１５０とにおいて、理想的な反射面では、純粋な正反射や拡散反射を実現可能であるが、多くの場合、実際の反射面では、正反射する成分と拡散反射する成分とが混在する。本発明では、拡散部材１５０は、純粋な正反射を含む、主に拡散反射が支配的な反射機能を有する部材を意味する。また正反射部１４３は、純粋な正反射を含む、主に正反射が支配的な反射機能を有する部材を意味する。純粋な正反射に近い正反射部１４３は金属等の薄膜を成膜することで実現できる。これにより、テーパ形状の側面を活かし、より多くの反射光を出射部１４２側に導き易い正反射部１４３を実現できる。また、純粋な拡散反射に近い正反射部１４３は、酸化物や樹脂の粉末を塗布することで実現できる。これにより、正反射部１４３の形状の影響を受けにくい正反射部１４３を実現できる。
【００１８】
本発明の正反射部１４３は、光透過部材１３３の側面全面に形成されている。なお正反射部１４３は、光透過部材１３３のテーパ面の一部のみに形成されてもよい。
【００１９】
円柱形状の拡散部材１５０の第３の領域１５２は、出射部１４２よりも面積が小さく、且つ、出射部１４２とほぼ同心で配置されている。このように配置することで、拡散部材１５０は、その全周にわたって正反射部１４３と離間して配置されている。また第３の領域１５２は出射部１４２の開口面の一部を形成している。すなわち、出射部１４２は、第３の領域１５２とそれ以外の領域（窓部と呼ぶ）とで構成されている。第３の領域１５２は拡散部材１５０の表面である。本実施形態では、拡散部材１５０は、１次光Ｌ１を透過せず、拡散部材１５０から出射される１次光Ｌ１は全て光透過部材１３３に向けて拡散反射する。窓部は、光透過部材１３３の出射部１４２に面した部分である。窓部は、出射部１４２の一部である。窓部は、１次光Ｌ１の一部が第１の光学機能部材（拡散部材１５０）と第３の光学機能部材（光透過部材１３３）と第２の光学機能部材（正反射部１４３）との順で通過する際、正反射部１４３で正反射された拡散光Ｌ２の一部が拡散部材１５０に再び入射することなく外部に出射されるために配設されている。窓部は、拡散部材１５０から光透過部材１３３の内部に出射された拡散光Ｌ２は、正反射部１４３によって反射光に変換され、窓部から反射光の状態で外部に出射される。
【００２０】
本実施形態では、光透過部材１３３は、拡散部材１５０と正反射部１４３との間に充填されるため、拡散部材１５０の側方全周に渡って入射部１４１から出射部１４２まで連続して形成されていることになる。本実施形態では、光透過部材１３３は、入射部１４１から出射部１４２まで連続した領域にて拡散部材１５０を取り囲んでいる例を示している。本発明の趣旨としては、光透過部材１３３は拡散部材１５０の側方の少なくとも一部に配設され、光透過部材１３３の一部が入射部１４１から出射部１４２まで連続して形成されていれば良い。言い換えると、光透過部材１３３は、入射部１４１から出射部１４２の少なくとも一部まで、連続して形成されていれば本発明の効果を得ることができる。
【００２１】
また、別の表現としては、正反射部１４３は、集光レンズ１１２と導光部材１２０と光透過部材１３３とを介して半導体レーザ光源１１１と光学的に接続されている。また、正反射部１４３は、１次光Ｌ１を透過する機能を有する光透過部材１３３を介して１次光出射端１２２と出射部１４２と拡散部材１５０とに光学的に接続されている。
【００２２】
１次光出射端１２２は、入射部１４１に１次光Ｌ１が入射するように入射部１４１と接続している。より具体的には、１次光出射端１２２は、光透過部材１３３の円錐台の小径の第１面である入射部１４１の中央付近に接続されている。
【００２３】
１次光出射端１２２と拡散部材１５０との相対位置は、１次光出射端１２２から出射される１次光Ｌ１が略全て拡散部材１５０の第１の領域１５１上に照射されるように、光透過部材１３３のサイズおよび拡散部材１５０のサイズを設定する。このとき、導光部材１２０から出射された１次光Ｌ１は、拡散部材１５０の第１の領域１５１を含む平面上に、拡散部材１５０の第１の領域１５１よりも小さいビームスポットを形成する。ビームスポットとは、１次光の最大強度に対し、１／ｅ２より大きな光強度を有する領域と定義し、ｅは自然体数の底としてのネイピア数である。
【００２４】
ここで、各部材の形状及び材質の好ましい例について説明する。
光透過部材１３３のテーパ角は、導光部材１２０の中心軸１２０ａに対し２０ｄｅｇが好ましい。拡散部材１５０は０．１７ｍｍの半径を有する円柱形状がよい。このような構造とすることにより、入射部１４１から拡散部材１５０の第１の領域１５１までの距離が約０．６ｍｍとなる。なお、導光部材１２０には、先のマルチモード光ファイバを用いている。
【００２５】
光透過部材１３３は、透明な光学用樹脂、一般的なガラスや石英ガラスなど、透明な材料で構成することが好ましい。そのような材料を選択することで、１次光Ｌ１および拡散光Ｌ２が効率よく透過し、光利用効率を高めることが可能であり、出射部１４２より多くの照明光を出射することができる。
【００２６】
また、光透過部材１３３の側面に正反射部１４３を形成するためには、まず光透過部材１３３の上下面をマスキングし、反射材料を蒸着もしくはメッキすることが望ましい。反射材料としては、光透過部材の側面に形成しやすく、また、可視光に対し高い反射率を有する金属膜が望ましい。より望ましくは、アルミニウムか銀を選択されたい。なお、アルミニウムや銀などの反射材料は、空気中に放置すると、曇りや変色を生じるため、反射率が低下する場合がある。ひどい場合にはこの曇りや変色が光透過部材１３３との界面まで到達し、反射面としての機能が低下する恐れがある。このため、蒸着もしくはメッキにより形成した反射材料の上面に、保護膜を設けることが望ましい。保護膜はＳｉＯ２、銅などが望ましい。
【００２７】
拡散部材１５０は、図１Ｄに示すように、例えば光透過部材９８が拡散粒子９９を光透過部材９８の内部で分散した状態で有することで、構成されている。このような拡散部材１５０は、反射面９７上に取り付けられたものである。光透過部材９８は、例えば光を透過するシリコーン樹脂等である。拡散粒子９９は、例えばアルミナやシリカなどであり、１次光Ｌ１を拡散反射する。拡散粒子９９の平均粒径は、例えば、８μｍである。なお平均粒径は、１次光Ｌ１の波長と同程度から、１０００倍程度のものまでを利用することができる。このとき、第１の領域１５１と第２の領域１５３とにおいて光透過部材９８が露出しており、第３の領域１５２は反射面９７と当接している。
【００２８】
また図１Ｅに示すように、拡散部材１５０において、反射面９７には、光透過部材１３３とは屈折率が異なる透光性部材９５が配設されていても良い。透光性部材９５は、透光性部材９５の表面に微小な凸凹９６を有している。微小な凸凹９６は、１次光Ｌ１の波長と同程度から、１０００倍程度のものまでを利用することができる。
【００２９】
［動作］
半導体レーザ光源１１１から出射する本実施形態の１次光Ｌ１の挙動について説明する。
半導体レーザ光源１１１から出射された１次光Ｌ１は、集光レンズ１１２によって１次光入射端１２１に集光されて、１次光入射端１２１から導光部材１２０に高効率に入射する。
【００３０】
導光部材１２０に入射した１次光Ｌ１は、導光部材１２０の内部を導光し、導光部材１２０の１次光出射端１２２から光透過部材１３３に向かって出射される。このとき１次光Ｌ１は、導光部材１２０が有する開口数（ＮＡ）と光透過部材１３３の屈折率などに応じた広がり角で出射される。
【００３１】
１次光Ｌ１は、光透過部材１３３を透過して拡散部材１５０の第１の領域１５１を照射する。このとき、拡散部材１５０の第１の領域１５１の大きさは、１次光Ｌ１が拡散部材１５０の第１の領域１５１を含む平面上に形成するビームスポットより大きくなるように構成されている。このため、１次光Ｌ１の大部分は、拡散部材１５０を照射する。この結果、拡散部材１５０を経由せず直接外部に出射される１次光Ｌ１は、ほとんどない。
【００３２】
１次光Ｌ１は、拡散部材１５０を照射し、拡散部材１５０の内部を進行しながら拡散し、１次光Ｌ１と波長は等しいが放射角が広く過干渉性が低い拡散光Ｌ２に変換される。このとき拡散光Ｌ２は、反射面９７によって反射し、１次光Ｌ１の入射側、すなわち光透過部材１３３に向かって出射される。この結果、拡散光Ｌ２の一部は、光透過部材１３３に向かうように拡散部材１５０の第２の領域１５３又は第１の領域１５１から出射する。
【００３３】
光透過部材１３３に向かう拡散光Ｌ２の一部は、光透過部材１３３を透過した後、光透過部材１３３の側面に形成された第２の光学機能部材としての正反射部１４３によって反射される（一部反射光に変換される）。正反射部１４３は、照明光出射側すなわち照射対象物１６０側に開いたテーパ面となっている。よって、正反射部１４３で反射された拡散光Ｌ２は、もとの進行方向と比べ、照明光出射側に向かって進行する成分が増加する。
【００３４】
詳細には、正反射部１４３で反射された拡散光Ｌ２において、拡散光Ｌ２の一部は再び正反射部１４３に向かい、また拡散光Ｌ２の別の一部は拡散部材１５０に向かい、拡散光Ｌ２の残りの一部は光透過部材１３３を経由して反射光の状態で出射部１４２の窓部から出射し、外部の照射対象物１６０を照射する。
【００３５】
正反射部１４３で一度反射され、再び正反射部１４３に向かう拡散光Ｌ２において、拡散光Ｌ２の一部は再び上述の工程を繰り返してさらに正反射部１４３に向かい、拡散光Ｌ２の別の一部は拡散部材１５０に向かい、拡散光Ｌ２の残りの一部は出射部１４２の窓部から外部に出射する。
【００３６】
正反射部１４３や拡散部材１５０に向かった拡散光Ｌ２は、以降、上述の過程を繰り返す。
【００３７】
以上をまとめると、１次光Ｌ１は、第１の光学機能部材である拡散部材１５０によって進行方向を転向され、且つ拡散されて１次光Ｌ２に変換される。１次光Ｌ２は、第１の光学機能部材（拡散部材１５０）と第２の光学機能部材（正反射部１４３）との間に配設された第３の光学機能部材である光透過部材１３３の内部を進行する。光透過部材１３３は、第１の光学機能部材（拡散部材１５０）と第２の光学機能部材（正反射部１４３）との間の領域を示し、第１の光学機能部材（拡散部材１５０）から第２の光学機能部材（正反射部１４３）に向かう１次光Ｌ１の光路上に配設されている。１次光Ｌ１の一部は、第２の光学機能部材（正反射部１４３）を照射する。第２の光学機能部材（正反射部１４３）を照射した１次光Ｌ１は、第２の光学機能部材（正反射部１４３）により進行方向を転向される。第２の光学機能部材（正反射部１４３）により進行方向を転向された１次光Ｌ１は再び第３の光学機能部材（光透過部材１３３）の内部を進行し、この１次光Ｌ１の一部は窓部から外部に出射される。
【００３８】
［作用・効果］
上述のように、拡散部材１５０の第１の領域１５１から出射した拡散光Ｌ２の一部は、拡散部材１５０に直接再入射することなく、光透過部材１３３を通って出射部１４２から外部に出射される。よって本実施形態では、図５に示す透過型拡散部材である拡散板１１に比べて、拡散部材１５０の自己吸収による光量低下が少ないため、１次光Ｌ１の利用効率が高く、拡散光Ｌ２の取出し効率の高い光源装置１００を実現することが可能となる。特に、拡散の度合いを高めたい場合、１次光Ｌ１が直接照射される第１の領域１５１から高い割合で拡散光Ｌ２が出射される。第１の領域１５１から出射された拡散光Ｌ２の一部は、拡散部材１５０より１次光源１１０側に配設されている光透過部材１３３に出射される。そして、この拡散光Ｌ２の一部は、正反射部１４３と光透過部材１３３とを経由して拡散部材１５０に入射することなく出射部１４２まで進行し、光の利用効率が高い状態で外部の照射対象物１６０を照射できる。
【００３９】
また、正反射部１４３と拡散部材１５０とは、拡散部材１５０側方全周に渡って離間しているため、拡散光Ｌ２が拡散部材１５０に再び入射せず出射部１４２より出射する割合を高めており、より光の利用効率が高くなる。
【００４０】
また、光透過部材１３３を、１次光Ｌ１及び拡散光Ｌ２に対する透過率の高いガラスまたは樹脂で作製しているため、１次光Ｌ１及び拡散光Ｌ２の光透過部材１３３によるロスが少なく、より光の利用効率が高い。
【００４１】
また、光透過部材１３３は、入射部１４１から出射部１４２にかけて広がる円錐台形状を有しているため、拡散光Ｌ２が側面全面に形成された正反射部１４３により反射を行う毎に、出射方向が出射部１４２に向かうため、より光の利用効率が高くなる。
【００４２】
また、拡散部材１５０は円柱形状であり、第１の領域１５１は１次光Ｌ１のビームスポットより大きいため、１次光Ｌ１が効率よく拡散部材１５０を照射し拡散部材１５０によって拡散光Ｌ２に変換されるため、より光の利用効率が高くなる。
【００４３】
また、正反射部１４３は、光透過部材１３３の側面全面に形成しているため、出射部１４２以外から拡散光Ｌ２が外部に出射されたり他部材に吸収されたりしてしまうことがないため、出射部１４２からの効率よく拡散光Ｌ２を出射できる。
【００４４】
また、正反射部１４３は、可視光に対する反射率の高い金属を用いているため、正反射部１４３による反射の際の吸収が少なく、光のロスが小さく利用効率が高い。
【００４５】
また、正反射部１４３は光透過部材１３３の側面に直接形成しているため、拡散光Ｌ２は、光透過部材１３３の外部に漏れだすことが無く、反射の際に反射膜の外側の構造の影響を受けることが無い。この結果、正反射部１４３を透明部材と別体で作製し、接着するような構成と比較して、拡散光Ｌ２を接着剤などを透過させず正反射部１４３によって高効率に反射できるため、光のロスが少なく利用効率が高い。
【００４６】
また、本実施形態では、光透過部材１３３と拡散部材１５０とを第１の領域１５１と第２の領域１５３との２つと接する構造としたため、拡散部材１５０が脱落することが無く、信頼性が高い光源装置１００を提供することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、拡散部材１５０を反射面９７上に配設し、拡散粒子９９を光透過部材９８の内部に分散させているため、拡散部材１５０を照射する１次光Ｌ１は拡散する前に反射されることなく、また１次光Ｌ１は拡散する前に外部に出射されることがない。よって、１次光Ｌ１が直接外部に出射されることに起因する不具合が発生しにくく、照射面上のスペックルの発生を抑えることができる。
【００４８】
以上のように構成することで、１次光Ｌ１の利用効率が高く、かつ、拡散光Ｌ２の取出し効率の高い光源装置１００を提供することが可能となる。
【００４９】
また、以上のように構成することで、レーザ光を照明光に適した照度分布となるように放射角を広げ、かつ、過干渉性を低めることでスペックルの発生しづらい拡散光Ｌ２を実現する、光利用効率の高い光拡散ユニットを実現することができる。これにより、１次光源から放射される１次光Ｌ１の光強度が同じ場合と比べ、より明るく、また、先端部での発熱の小さな光源装置を実現することが可能となる。
なお、本実施形態では、図１Ｄに示すように、反射面９７が配設されることで、１次光Ｌ１が光透過部材１３３を経由せずに外部に出射しないように構成した例を示したが、これに限定される必要は無い。例えば拡散部材１５０が反射面９７を有さず、これにより１次光Ｌ１の一部は直接照明対象物１６０に向けて出射し、１次光Ｌ１の別の一部が光透過部材１３３に向けて出射するように構成してもかまわない。これにより、拡散部材１５０の構成をシンプルにすることができる。
［変形例］
図２に示すように、本変形例では、拡散部材１５０は円錐台形状の光透過部材１３３の出射部１４２側の面に接して設置されている。この場合、出射部１４２は、円錐台形状の光透過部材１３３の出射部１４２側の面のうち拡散部材１５０に接していないエリア、及び拡散部材１５０の１次光出射端に面している面以外の外表面すべてである。この屈曲面全てから拡散光Ｌ２が外部に出射される。第１の領域１５１は光透過部材１３３と接しており、第２の領域１５３と第３の領域１５２とは出射部１４２上に位置しており、出射部１４２は第２の領域１５３と第３の領域１５２と窓部とにより構成されている。
【００５０】
このような構造とすることで、光透過部材の形状がより単純になり作製しやすい。
【００５１】
また、本実施形態の変形例では、光透過部材１３３と拡散部材１５０とを第１の領域１５１とのみで接している構造としたため、作製が簡便な光源装置１００を提供することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
［構成］
図３Ａに本発明の第２実施形態による光拡散ユニット１３０を示す。
第１実施形態では、１次光Ｌ１が直接照射される第１の光学機能部材が反射型の拡散部材１５０であり、第２の光学機能部材は光透過部材１３３のテーパ面に形成された正反射部１４３であり、第３の光学部材は拡散部材１５０と正反射部１４３との間に配設される光透過部材１３３である。
しかし、本実施形態では、第１の光学機能部材は正反射部２５０であり、第２の光学機能部材は反射型の拡散部材２４３であり、この点が第１の実施形態とは異なっている。
【００５３】
本実施形態の正反射部２５０は、基材の上面に金属製の反射面がコートされることで、構成されている。正反射部２５０は、例えば、円柱状のガラス基板の上面に反射膜であるアルミ膜が成膜されることで、構成されている。なお、アルミ膜の代わりに銀やその他の金属膜等を用いることができる。
【００５４】
すなわち、円柱状のガラス板の各面を、第１実施形態に倣い、第１の領域２５１と、第２の領域２５３と、第３の領域２５２としたときに、第３の領域２５２上に反射膜であるアルミ膜が形成されており、第１の領域２５１と第２の領域２５３とにはガラス面が露出している。ガラスの屈折率は、光透過部材１３３の屈折率と同じであっても良く、または異なっていても良い。屈折率が異なっている場合、第３の領域２５２だけでなく第１の領域２５１も１次光Ｌ１を反射する。また、ガラス基板と光透過部材１３３との界面において、１次光Ｌ１や反射光や拡散光Ｌ２は屈折するため、より光路が複雑に絡み合うこととなり、スペックル等を軽減しやすくなる。
【００５５】
また図３Ｂに示すように、光透過部材１３３のテーパ面２９９上には、拡散部材２４３が形成されている。拡散部材２４３は、光透過部材１３３のテーパ面２９９の少なくとも一部と光学的に接続している。拡散部材２４３は、シリカやアルミナ等の拡散粒子９９が光透過部材９８等に混合することで構成されている拡散面である。拡散部材２４３は、光透過部材１３３のテーパ面２９９上に面状に塗布されている。拡散部材２４３は、テーパ面２９９の少なくとも一部に塗布されてもよい。シリカやアルミナ等の拡散粒子９９は照射された光を効率よく拡散反射するため、反射膜等がテーパ面２９９に配設されていなくても、光は良好に拡散反射する。また、拡散粒子９９の光透光性が高い場合と、拡散粒子９９の厚みが薄い場合と、光透過部材９８に対する拡散粒子９９の濃度が低い場合とのいずれかにおいて、図示しない反射面が拡散部材２４３の外側に配設されることで、拡散部材２４３の反射率が向上し、１次光Ｌ１が外部に漏出することによる光ロスが軽減する。
【００５６】
この様に構成することで、比較的容易に、光透過部材１３３のテーパ面２９９を拡散部材２４３として形成することができる。
【００５７】
なお図３Ｃに示すように、拡散部材２４３は、光透過部材１３３の表面が粗らされたすりガラス状に形成された微小な凸凹９６であってもよい。このとき、拡散部材２４３は、光透過部材１３３の微小な凸凹９６が形成された面に、１次光Ｌ１を反射する反射面９７を有している。反射面９７が拡散部材２４３の外側に配設されることで、拡散部材２４３の反射率が向上し、１次光Ｌ１が外部に漏出することによる光ロスが軽減する。
【００５８】
なお光透過部材１３３を保持する図示しない保持部材は、テーパ面２９９と対向する面上に、上述した拡散部材２４３を有してもよい。
【００５９】
［動作］
半導体レーザ光源１１１から出射する本実施形態の１次光Ｌ１の挙動について説明する。
半導体レーザ光源１１１から出射された１次光Ｌ１は、第１実施形態と同様の動作により光透過部材１３３の内部に向かって出射される。
【００６０】
１次光Ｌ１は、光透過部材１３３を透過して正反射部２５０の第１の領域２５１を経由して第３の領域２５２を照射する。このとき、第３の領域２５２の大きさは、１次光Ｌ１が第３の領域２５２を含む平面上に形成するビームスポットより大きくなるように構成されている。このため、１次光Ｌ１の大部分は、反射面である正反射部２５０の第３の領域２５２上を照射する。この結果、正反射部２５０を経由せず直接外部に出射される１次光Ｌ１は、ほとんどない。
【００６１】
１次光Ｌ１は、正反射部２５０によって反射され、１次光Ｌ１の入射側、すなわち、光透過部材１３３に向かって出射される。
【００６２】
光透過部材１３３に向かって出射された反射光の一部は、光透過部材１３３を透過した後、光透過部材１３３の側面に形成された拡散部材２４３によって拡散反射される。拡散部材２４３は、照明光出射側、すなわち照射対象物１６０側に開いたテーパ面となっている。このため拡散部材２４３で拡散反射された拡散光Ｌ２は、もとの進行方向と比べ、照明光出射側に向かって進行する成分が増加する。
【００６３】
以上をまとめると、１次光Ｌ１は、第１の光学機能部材である正反射部２５０によって進行方向を転向される。１次光Ｌ１は、第１の光学機能部材（正反射部２５０）と第２の光学機能部材（拡散部材２４３）との間に配置された第３の光学機能部材である光透過部材１３３の内部を進行する。１次光Ｌ１の一部は、第２の光学機能部材（拡散部材２４３）を照射する。第２の光学機能部材（拡散部材２４３）を照射した１次光Ｌ１は、第２の光学機能部材（拡散部材２４３）により進行方向を転向され、且つ拡散されて拡散光Ｌ２に変換される。拡散光Ｌ２は再び第３の光学機能部材（光透過部材１３３）の内部を進行し、拡散光Ｌ２の一部は窓部から外部に出射される。
【００６４】
［作用]
以上のように構成することで、１次光Ｌ１は、正反射部２５０により効率よく反射され、光透過部材１３３を通ってテーパ面２９９上に形成された拡散部材２４３を広く照射する。拡散部材２４３を広く照射する反射光である１次光Ｌ１は、拡散部材２４３の広い領域で反射拡散され、拡散光Ｌ２として出射部２４２の窓部から外部に出射される。
【００６５】
［効果］
本実施形態のように構成することで、第１実施形態と比較して、反射拡散する領域の面積を大きくすることができる。一般に、拡散反射は正反射と比較して光を吸収し、吸収した光は熱に変換される。本実施形態のように拡散反射する領域の面積を大きくすることで、局所的な発熱を軽減できる。また、拡散部材２４３は図示しない保持部材と近接しているため、保持部材から放熱し易い構成となる。
【００６６】
［第３実施形態］
［構成］
図４Ａに本発明の第３実施形態による光拡散ユニット１３０を示す。
第１実施形態では、１次光Ｌ１が直接照射される第１の光学機能部材が反射型の拡散部材１５０であり、第２の光学機能部材は光透過部材１３３のテーパ面に形成された正反射部１４３であり、第３の光学部材は拡散部材１５０と正反射部１４３との間に配設される光透過部材１３３である。
また、第２実施形態では、１次光Ｌ１が直接照射される第１の光学機能部材が正反射部２５０であり、第２の光学機能部材が反射型の拡散部材２４３であり、第３の光学機能部材は正反射部２５０と拡散部材２４３との間に配設される光透過部材１３３である。
しかし本実施形態では、第１の光学機能部材が正反射部２５０であり、第２の光学機能部材が正反射部１４３であり、第３の光学機能部材は正反射部２５０と正反射部１４３との間に配設されている透過型の拡散部材２３３であり、この点が第１，２実施形態とは異なっている。
【００６７】
本実施形態の正反射部１４３は第１実施形態と同様に構成されており、また正反射部２５０は第２実施形態と同様に構成されている。
【００６８】
拡散部材２３３は、図４Ｂに示すように、光透過部材９８が拡散粒子９９を光透過部材９８の内部で分散した状態で有することで、構成されている。光透過部材９８は、光を透過するシリコーン樹脂等である。拡散粒子９９は、例えばシリカ、アルミナなどの、光を拡散する粒子であればどのようなものでも利用することができる。拡散粒子９９の粒径は、１次光Ｌ１の波長程度のものからその１０００倍程度のものまで利用することができる。
【００６９】
拡散粒子９９は、アルミナ等、１次光Ｌ１を拡散反射するものでもよい。このような粒子が用いられと、拡散性能が向上する。また、拡散粒子９９は、１次光Ｌ１に対し透過性を有し、シリコーン樹脂等分散させる側（光透過部材９８）とは異なる屈折率を有していてもよい。このような拡散粒子９９は、例えばシリカ等である。このような粒子が用いられると、拡散粒子９９が吸収する光量が軽減され、透過性、すなわち、１次光Ｌ１の利用効率が向上する。なお拡散粒子９９が１次光Ｌ１に対し透過性を有する場合、拡散粒子９９は、粒径および／または屈折率が異なる２種類以上の粒子が混合している粒子であってもよい。この場合、拡散粒子９９の拡散性能が調整される。
【００７０】
透過型の拡散部材２３３は、正反射部２５０の有効な反射領域上の一点と、正反射部１４３の有効な反射領域上の一点とを結んだ直線が通る領域の全ての領域に配設されている。つまり透過型の拡散部材２３３は、１次光Ｌ１が第１の光学機能部材（正反射部２５０）から第２の光学機能部材（正反射部１４３）に向かう光路上にのみ配設されていれば、本発明の趣旨を実現できる。本実施形態では、円錐台形状の全領域が拡散部材２３３である。すなわち、拡散部材２３３は円錐台形状を有している。
【００７１】
［動作］
半導体レーザ光源１１１から出射する本実施形態の１次光Ｌ１の挙動について説明する。
半導体レーザ光源１１１から出射された１次光Ｌ１は、第１実施形態と同様の動作により拡散部材２３３の内部に向かって出射される。
【００７２】
１次光Ｌ１は、透過型の拡散部材２３３を照射し、拡散粒子９９によって光路を曲げながら拡散部材２３３の内部を進行する。すなわち１次光Ｌ１は、拡散部材２３３によって徐々に拡散しながら進行する。以下では、拡散部材２３３を経由した１次光Ｌ１を便宜上、拡散光Ｌ２と呼ぶこととする。
【００７３】
この拡散光Ｌ２の一部は、拡散部材２３３の内部から正反射部２５０に向かって進行し、正反射部２５０によって正反射され、再び拡散部材２３３の内部を進行する。また拡散光Ｌ２の別の一部は、拡散部材２３３の内部から正反射部１４３に向かって進行し、正反射部１４３によって正反射され、再び拡散部材２３３の内部を進行する。また、拡散光Ｌ２の別の一部は、拡散部材２３３の内部から出射部２４２の窓部を介して外部に向かって放射される。正反射部２５０または正反射部１４３で正反射され、拡散部材２３３の内部を進行する拡散光Ｌ２は、上記のような動作を繰り返し、それらの一部は出射部２４２の窓部から外部に向けて出射される。
【００７４】
以上をまとめると、１次光Ｌ１は、第３の光学機能部材である透過型の拡散部材２３３の内部を進行し、第３の光学機能部材（拡散部材２３３）により進行方向を転向され、かつ、拡散されて拡散光Ｌ２となる。拡散光Ｌ２の一部は第１の光学機能部材である正反射部２５０を照射し、拡散光Ｌ２の一部は第２の光学機能部材である正反射部１４３を照射する。拡散光Ｌ２は、第１の光学機能部材（正反射部２５０）と第２の光学機能部材（正反射部１４３）とにより進行方向を転向される。拡散光Ｌ２は再び第３の光学機能部材（拡散部材２３３）の内部を進行し、拡散光Ｌ２の一部は窓部から外部に出射される。
【００７５】
[作用・効果]
以上のように構成することで、１次光Ｌ１は、拡散部材２３３により効率よく拡散され、また、２つの正反射部１４３，２５０により反射されることで、十分に拡散されて外部に出射される。このため、第１，２実施形態の構成と比較して、スペックル等が発生しにくい拡散光Ｌ２となる。
【００７６】
なお上述した各実施形態では、第１の光学機能部材と第２の光学機能部材と第３の光学機能部材とのいずれか１つのみが拡散機能を有する部材である例を示したが、これに限らない。第１の光学機能部材と第２の光学機能部材と第３の光学機能部材との少なくとも１つが拡散機能を有していてもよい。これにより、拡散機能を最大化することが可能となる。または、１つ１つの部材の拡散機能のレベルが低下しても、全体が十分な拡散機能を有することができる。特に、第１の光学機能部材と第２の光学機能部材とが拡散機能を有し、第３の光学機能部材が拡散機能を有さず光透過部材とすることで、拡散性能を向上でき、かつ、光の利用効率を向上できる。
【００７７】
また上述した各実施形態では、第１の光学機能部材と第２の光学機能部材と第３の光学機能部材とに用いられる、反射面と反射部と拡散粒子と樹脂等の部材との光学的特性は、４５０ｎｍから６５０ｎｍの可視光領域の光に対し、フラットな反射、拡散、透過特性を有することが望ましい。各特性のボトムとなる値は、ピークとなる値の２分の１より大きいことが望ましい。例えば可視光領域の光に対する反射率において、最小の反射率の値は、最大の反射率の値の２分の１倍より大きい。
【００７８】
なお、本発明において１次光源１１０は、半導体レーザ光源１１１と集光レンズ１１２と導光路としての導光部材１２０とを組み合わせた例を示したが、これに限らない。１次光源１１０は、発光ダイオードやスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などの固体光源や、固体レーザ、ガスレーザ等に置き換えることが可能である。また、導光部材１２０は複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバや、樹脂基板や半導体基板上に屈折率分布を持たせて導光路を形成した一般的なフィルム型やスラブ型の導波路に置き換えることが可能である。さらに、集光レンズ１１２を用いず、半導体レーザ光源１１１や発光ダイオード、ＳＬＤ等の発光面に導光路の入射端を直接接合することも可能である。また、これらを適宜組み合わせて用いることが可能である。
【００７９】
また本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００８０】
１００…光源装置、１１０…１次光源、１３０…光拡散ユニット、１３３…光透過部材、１４３…正反射部、１５０…拡散部材、１５１…第１の領域、１５２…第３の領域、１５３…第２の領域、２３３…拡散部材、２４３…拡散部材、２５０…正反射部、２５１…第１の領域、２５２…第３の領域、２５３…第２の領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、小型固体光源と光ファイバとを組み合わせたファイバ光源が開発されている。このファイバ光源は、細い構造物の先端から光を照射する光源装置として用いられる。
【０００３】
このような光源装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１において、レーザ光源と拡散板とを組み合わせたファイバ光源装置を搭載した内視鏡装置が提案されている。
【０００４】
図５に示すファイバ光源装置１において、３原色レーザであるＨｅ−Ｃｄレーザ２０から出射されたレーザ光と、赤色レーザであるＨｅ−Ｎｅレーザ２１から出射されたレーザ光とは、ライトガイド１０によって内視鏡２の先端部まで導光され、拡散板１１と照度分布調整フィルタ１２とを介して照明対象物である生体４を照射している。一般に、レーザ光を代表とする固体光源光の光強度は、光軸上で強く、光軸周辺部では弱い。また、固体光源光は可干渉性を有するため、照明対象物上にはスペックルと呼ばれる光の斑点模様が生じる場合がある。これらの特性は、照明を目的とした光源装置としては望ましくない。そこで、特許文献１では、拡散板１１がレーザ光を拡散することで、所望の照明光を実現している。すなわち、内視鏡２等、細い管腔内を照明可能な光源装置において、スペックルなく、所望の照度分布を得る光源装置を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８６２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に提案されているファイバ光源装置１において、ライトガイド１０から出射されたレーザ光は拡散板１１に照射される。拡散板１１は、レーザ光を拡散して前方に出射する機能を有している。このときレーザ光の一部は、拡散に伴い、後方、すなわちライトガイド１０側にも放射される。この後方に放射されたレーザ光は、ロスとなるばかりでなく、内視鏡２の内部に吸収され熱となる。すなわち、照明光が暗くなり、ファイバ光源装置１の先端部の温度が上がってしまい、結果として拡散板１１近傍での光利用効率が低くなるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、光利用効率が高い拡散機能を有する光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は目的を達成するために、１次光を出射する１次光源と、前記１次光が入射し、前記１次光の進行方向を転向する第１の光学機能部材と、前記第１の光学機能部材によって進行方向が転向した前記１次光の進行方向を転向する第２の光学機能部材と、前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材との間の領域を示し、前記第１の光学機能部材から前記第２の光学機能部材に向かう前記１次光の光路上に配設されている第３の光学機能部材と、前記１次光の一部が前記第１の光学機能部材と前記第３の光学機能部材と前記第２の光学機能部材との順で通過する際、前記１次光の一部が前記第１の光学機能部材に再び入射することなく外部に出射される窓部と、を具備し、前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材と前記第３の光学機能部材との少なくとも１つは、前記１次光を拡散する拡散機能を有することを特徴とする光源装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光利用効率が高い拡散機能を有する光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、光拡散ユニット及び導光部材の拡大斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、光拡散ユニット及び導光部材の拡大断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、拡散部材の拡大断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、拡散部材の変形例であり、拡散部材の拡大断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の変形例における光拡散ユニット及び導光部材の拡大断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、光拡散ユニットの拡大断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、光拡散ユニットの変形例であり、光拡散ユニットの断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第３実施形態に係る光源装置の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、光拡散ユニットの拡大断面図である。
【図５】図５は、従来の光源装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］
［構成］
図１Ａと図１Ｂと図１Ｃと図１Ｄと図１Ｅとを参照して第１の実施形態について説明する。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは一部の部材の図示を省略している。また、図１Ｂでは、説明のために導光部材１２０と光拡散ユニット１３０の入射部１４１とを離間させて表示している。
【００１２】
光源装置１００は、主に、１次光源１１０と光拡散ユニット１３０とによって構成されている。光源装置１００は、１次光源１１０から出射された１次光Ｌ１を、光拡散ユニット１３０内に配設されている拡散部材１５０に照射する構成である。各部の詳細な構造を次に説明する。
【００１３】
１次光源１１０は、１次光Ｌ１を出射する半導体レーザ光源１１１と、半導体レーザ光源１１１から出射された１次光Ｌ１を集光する集光レンズ１１２と、集光レンズ１１２によって集光された１次光Ｌ１を拡散部材１５０に導光する導光路である導光部材１２０とを有している。
集光レンズ１１２は、１次光Ｌ１を導光部材１２０の１次光入射端１２１に集光する。
導光部材１２０には、例えば、コア径５０μｍ、開口数ＦＮＡ＝０．２を有するマルチモード光ファイバが用いられる。導光部材１２０は、集光レンズ１１２によって集光した１次光Ｌ１が入射する１次光入射端１２１と、１次光Ｌ１を光源光として拡散部材１５０に出射する１次光出射端１２２とを有している。
【００１４】
光拡散ユニット１３０は、１次光出射端１２２から出射された１次光Ｌ１が入射する入射部１４１と、所望の照明光を外部の照射対象物１６０に出射する機能を有する出射部１４２を有している。また、光拡散ユニット１３０は、第１の光学機能部材としての反射型の拡散部材１５０と、第３の光学機能部材としての光透過部材１３３とを有し、導光部材１２０によって導光された１次光Ｌ１を所望の拡散光Ｌ２として拡散して出射する。第２の光学機能部材については、後述する。
【００１５】
拡散部材１５０は、拡散部材１５０に入射した入射光を、その波長を変えず、広がり角を広げ、過干渉性を低めた拡散光Ｌ２に変換する機能を有している。拡散部材１５０は、入射部１４１側から照射された１次光Ｌ１を拡散光Ｌ２として拡散し、拡散する拡散光Ｌ２の一部を入射部１４１側に出射する機能を有している。拡散部材１５０は、例えば円柱形状を有している。このような拡散部材１５０は、導光部材１２０の１次光出射端１２２に対面した第１の領域１５１と、第１の領域１５１と対向する第３の領域１５２と、第１の領域１５１及び第３の領域１５２に挟まれた側面である第２の領域１５３とを有している。第１の領域１５１は、１次光出射端１２２から離間している。第１の領域１５１は、１次光出射端１２２と入射部１４１とを通る、導光部材１２０の中心軸１２０ａ上に配設されている。
【００１６】
光透過部材１３３は、拡散部材１５０の第１の領域１５１と第２の領域１５３とを取り囲むように形成されており、拡散部材１５０の第１の領域１５１と第２の領域１５３とに接している。別言すれば、光透過部材１３３は、入射部１４１を円錐台の小径の第１面である上面、出射部１４２を大径の第２面である底面、側面をテーパ面とする、円錐台形状の立体である。光透過部材１３３は、例えば、拡散部材１５０の第１の領域１５１の中心が円錐台形状の中心軸上に配設され、拡散部材１５０の第３の領域１５２が出射部１４２に配設されるように、拡散部材１５０を内部に有している。なお光透過部材１３３は、立体の内部の空間の少なくとも一部に配設されている。また、光透過部材１３３は、１次光Ｌ１と、拡散部材１５０から出射される拡散光Ｌ２との両方を透過する性質を有している。光透過部材１３３の側面、すなわち、円錐台形状の傾斜面には、第２の光学機能部材としての正反射部１４３が直接形成されている。正反射部１４３は、立体の側面の少なくとも一部に配設されていればよい。
【００１７】
正反射部１４３は、正反射部１４３に入射した入射光を正反射して反射光に変換する機能を有している。本実施形態においては、正反射部１４３に入射する入射光は、拡散部材１５０によって拡散されることでその進行方向が転向された拡散光Ｌ２である。また、正反射部１４３から出射する反射光は、正反射部１４３により正反射されることでその進行方向が転向された拡散光Ｌ２である。なお、正反射部１４３と拡散部材１５０とにおいて、理想的な反射面では、純粋な正反射や拡散反射を実現可能であるが、多くの場合、実際の反射面では、正反射する成分と拡散反射する成分とが混在する。本発明では、拡散部材１５０は、純粋な正反射を含む、主に拡散反射が支配的な反射機能を有する部材を意味する。また正反射部１４３は、純粋な正反射を含む、主に正反射が支配的な反射機能を有する部材を意味する。純粋な正反射に近い正反射部１４３は金属等の薄膜を成膜することで実現できる。これにより、テーパ形状の側面を活かし、より多くの反射光を出射部１４２側に導き易い正反射部１４３を実現できる。また、純粋な拡散反射に近い正反射部１４３は、酸化物や樹脂の粉末を塗布することで実現できる。これにより、正反射部１４３の形状の影響を受けにくい正反射部１４３を実現できる。
【００１８】
本発明の正反射部１４３は、光透過部材１３３の側面全面に形成されている。なお正反射部１４３は、光透過部材１３３のテーパ面の一部のみに形成されてもよい。
【００１９】
円柱形状の拡散部材１５０の第３の領域１５２は、出射部１４２よりも面積が小さく、且つ、出射部１４２とほぼ同心で配置されている。このように配置することで、拡散部材１５０は、その全周にわたって正反射部１４３と離間して配置されている。また第３の領域１５２は出射部１４２の開口面の一部を形成している。すなわち、出射部１４２は、第３の領域１５２とそれ以外の領域（窓部と呼ぶ）とで構成されている。第３の領域１５２は拡散部材１５０の表面である。本実施形態では、拡散部材１５０は、１次光Ｌ１を透過せず、拡散部材１５０から出射される１次光Ｌ１は全て光透過部材１３３に向けて拡散反射する。窓部は、光透過部材１３３の出射部１４２に面した部分である。窓部は、出射部１４２の一部である。窓部は、１次光Ｌ１の一部が第１の光学機能部材（拡散部材１５０）と第３の光学機能部材（光透過部材１３３）と第２の光学機能部材（正反射部１４３）との順で通過する際、正反射部１４３で正反射された拡散光Ｌ２の一部が拡散部材１５０に再び入射することなく外部に出射されるために配設されている。窓部は、拡散部材１５０から光透過部材１３３の内部に出射された拡散光Ｌ２は、正反射部１４３によって反射光に変換され、窓部から反射光の状態で外部に出射される。
【００２０】
本実施形態では、光透過部材１３３は、拡散部材１５０と正反射部１４３との間に充填されるため、拡散部材１５０の側方全周に渡って入射部１４１から出射部１４２まで連続して形成されていることになる。本実施形態では、光透過部材１３３は、入射部１４１から出射部１４２まで連続した領域にて拡散部材１５０を取り囲んでいる例を示している。本発明の趣旨としては、光透過部材１３３は拡散部材１５０の側方の少なくとも一部に配設され、光透過部材１３３の一部が入射部１４１から出射部１４２まで連続して形成されていれば良い。言い換えると、光透過部材１３３は、入射部１４１から出射部１４２の少なくとも一部まで、連続して形成されていれば本発明の効果を得ることができる。
【００２１】
また、別の表現としては、正反射部１４３は、集光レンズ１１２と導光部材１２０と光透過部材１３３とを介して半導体レーザ光源１１１と光学的に接続されている。また、正反射部１４３は、１次光Ｌ１を透過する機能を有する光透過部材１３３を介して１次光出射端１２２と出射部１４２と拡散部材１５０とに光学的に接続されている。
【００２２】
１次光出射端１２２は、入射部１４１に１次光Ｌ１が入射するように入射部１４１と接続している。より具体的には、１次光出射端１２２は、光透過部材１３３の円錐台の小径の第１面である入射部１４１の中央付近に接続されている。
【００２３】
１次光出射端１２２と拡散部材１５０との相対位置は、１次光出射端１２２から出射される１次光Ｌ１が略全て拡散部材１５０の第１の領域１５１上に照射されるように、光透過部材１３３のサイズおよび拡散部材１５０のサイズを設定する。このとき、導光部材１２０から出射された１次光Ｌ１は、拡散部材１５０の第１の領域１５１を含む平面上に、拡散部材１５０の第１の領域１５１よりも小さいビームスポットを形成する。ビームスポットとは、１次光の最大強度に対し、１／ｅ２より大きな光強度を有する領域と定義し、ｅは自然体数の底としてのネイピア数である。
【００２４】
ここで、各部材の形状及び材質の好ましい例について説明する。
光透過部材１３３のテーパ角は、導光部材１２０の中心軸１２０ａに対し２０ｄｅｇが好ましい。拡散部材１５０は０．１７ｍｍの半径を有する円柱形状がよい。このような構造とすることにより、入射部１４１から拡散部材１５０の第１の領域１５１までの距離が約０．６ｍｍとなる。なお、導光部材１２０には、先のマルチモード光ファイバを用いている。
【００２５】
光透過部材１３３は、透明な光学用樹脂、一般的なガラスや石英ガラスなど、透明な材料で構成することが好ましい。そのような材料を選択することで、１次光Ｌ１および拡散光Ｌ２が効率よく透過し、光利用効率を高めることが可能であり、出射部１４２より多くの照明光を出射することができる。
【００２６】
また、光透過部材１３３の側面に正反射部１４３を形成するためには、まず光透過部材１３３の上下面をマスキングし、反射材料を蒸着もしくはメッキすることが望ましい。反射材料としては、光透過部材の側面に形成しやすく、また、可視光に対し高い反射率を有する金属膜が望ましい。より望ましくは、アルミニウムか銀を選択されたい。なお、アルミニウムや銀などの反射材料は、空気中に放置すると、曇りや変色を生じるため、反射率が低下する場合がある。ひどい場合にはこの曇りや変色が光透過部材１３３との界面まで到達し、反射面としての機能が低下する恐れがある。このため、蒸着もしくはメッキにより形成した反射材料の上面に、保護膜を設けることが望ましい。保護膜はＳｉＯ２、銅などが望ましい。
【００２７】
拡散部材１５０は、図１Ｄに示すように、例えば光透過部材９８が拡散粒子９９を光透過部材９８の内部で分散した状態で有することで、構成されている。このような拡散部材１５０は、反射面９７上に取り付けられたものである。光透過部材９８は、例えば光を透過するシリコーン樹脂等である。拡散粒子９９は、例えばアルミナやシリカなどであり、１次光Ｌ１を拡散反射する。拡散粒子９９の平均粒径は、例えば、８μｍである。なお平均粒径は、１次光Ｌ１の波長と同程度から、１０００倍程度のものまでを利用することができる。このとき、第１の領域１５１と第２の領域１５３とにおいて光透過部材９８が露出しており、第３の領域１５２は反射面９７と当接している。
【００２８】
また図１Ｅに示すように、拡散部材１５０において、反射面９７には、光透過部材１３３とは屈折率が異なる透光性部材９５が配設されていても良い。透光性部材９５は、透光性部材９５の表面に微小な凸凹９６を有している。微小な凸凹９６は、１次光Ｌ１の波長と同程度から、１０００倍程度のものまでを利用することができる。
【００２９】
［動作］
半導体レーザ光源１１１から出射する本実施形態の１次光Ｌ１の挙動について説明する。
半導体レーザ光源１１１から出射された１次光Ｌ１は、集光レンズ１１２によって１次光入射端１２１に集光されて、１次光入射端１２１から導光部材１２０に高効率に入射する。
【００３０】
導光部材１２０に入射した１次光Ｌ１は、導光部材１２０の内部を導光し、導光部材１２０の１次光出射端１２２から光透過部材１３３に向かって出射される。このとき１次光Ｌ１は、導光部材１２０が有する開口数（ＮＡ）と光透過部材１３３の屈折率などに応じた広がり角で出射される。
【００３１】
１次光Ｌ１は、光透過部材１３３を透過して拡散部材１５０の第１の領域１５１を照射する。このとき、拡散部材１５０の第１の領域１５１の大きさは、１次光Ｌ１が拡散部材１５０の第１の領域１５１を含む平面上に形成するビームスポットより大きくなるように構成されている。このため、１次光Ｌ１の大部分は、拡散部材１５０を照射する。この結果、拡散部材１５０を経由せず直接外部に出射される１次光Ｌ１は、ほとんどない。
【００３２】
１次光Ｌ１は、拡散部材１５０を照射し、拡散部材１５０の内部を進行しながら拡散し、１次光Ｌ１と波長は等しいが放射角が広く過干渉性が低い拡散光Ｌ２に変換される。このとき拡散光Ｌ２は、反射面９７によって反射し、１次光Ｌ１の入射側、すなわち光透過部材１３３に向かって出射される。この結果、拡散光Ｌ２の一部は、光透過部材１３３に向かうように拡散部材１５０の第２の領域１５３又は第１の領域１５１から出射する。
【００３３】
光透過部材１３３に向かう拡散光Ｌ２の一部は、光透過部材１３３を透過した後、光透過部材１３３の側面に形成された第２の光学機能部材としての正反射部１４３によって反射される（一部反射光に変換される）。正反射部１４３は、照明光出射側すなわち照射対象物１６０側に開いたテーパ面となっている。よって、正反射部１４３で反射された拡散光Ｌ２は、もとの進行方向と比べ、照明光出射側に向かって進行する成分が増加する。
【００３４】
詳細には、正反射部１４３で反射された拡散光Ｌ２において、拡散光Ｌ２の一部は再び正反射部１４３に向かい、また拡散光Ｌ２の別の一部は拡散部材１５０に向かい、拡散光Ｌ２の残りの一部は光透過部材１３３を経由して反射光の状態で出射部１４２の窓部から出射し、外部の照射対象物１６０を照射する。
【００３５】
正反射部１４３で一度反射され、再び正反射部１４３に向かう拡散光Ｌ２において、拡散光Ｌ２の一部は再び上述の工程を繰り返してさらに正反射部１４３に向かい、拡散光Ｌ２の別の一部は拡散部材１５０に向かい、拡散光Ｌ２の残りの一部は出射部１４２の窓部から外部に出射する。
【００３６】
正反射部１４３や拡散部材１５０に向かった拡散光Ｌ２は、以降、上述の過程を繰り返す。
【００３７】
以上をまとめると、１次光Ｌ１は、第１の光学機能部材である拡散部材１５０によって進行方向を転向され、且つ拡散されて１次光Ｌ２に変換される。１次光Ｌ２は、第１の光学機能部材（拡散部材１５０）と第２の光学機能部材（正反射部１４３）との間に配設された第３の光学機能部材である光透過部材１３３の内部を進行する。光透過部材１３３は、第１の光学機能部材（拡散部材１５０）と第２の光学機能部材（正反射部１４３）との間の領域を示し、第１の光学機能部材（拡散部材１５０）から第２の光学機能部材（正反射部１４３）に向かう１次光Ｌ１の光路上に配設されている。１次光Ｌ１の一部は、第２の光学機能部材（正反射部１４３）を照射する。第２の光学機能部材（正反射部１４３）を照射した１次光Ｌ１は、第２の光学機能部材（正反射部１４３）により進行方向を転向される。第２の光学機能部材（正反射部１４３）により進行方向を転向された１次光Ｌ１は再び第３の光学機能部材（光透過部材１３３）の内部を進行し、この１次光Ｌ１の一部は窓部から外部に出射される。
【００３８】
［作用・効果］
上述のように、拡散部材１５０の第１の領域１５１から出射した拡散光Ｌ２の一部は、拡散部材１５０に直接再入射することなく、光透過部材１３３を通って出射部１４２から外部に出射される。よって本実施形態では、図５に示す透過型拡散部材である拡散板１１に比べて、拡散部材１５０の自己吸収による光量低下が少ないため、１次光Ｌ１の利用効率が高く、拡散光Ｌ２の取出し効率の高い光源装置１００を実現することが可能となる。特に、拡散の度合いを高めたい場合、１次光Ｌ１が直接照射される第１の領域１５１から高い割合で拡散光Ｌ２が出射される。第１の領域１５１から出射された拡散光Ｌ２の一部は、拡散部材１５０より１次光源１１０側に配設されている光透過部材１３３に出射される。そして、この拡散光Ｌ２の一部は、正反射部１４３と光透過部材１３３とを経由して拡散部材１５０に入射することなく出射部１４２まで進行し、光の利用効率が高い状態で外部の照射対象物１６０を照射できる。
【００３９】
また、正反射部１４３と拡散部材１５０とは、拡散部材１５０側方全周に渡って離間しているため、拡散光Ｌ２が拡散部材１５０に再び入射せず出射部１４２より出射する割合を高めており、より光の利用効率が高くなる。
【００４０】
また、光透過部材１３３を、１次光Ｌ１及び拡散光Ｌ２に対する透過率の高いガラスまたは樹脂で作製しているため、１次光Ｌ１及び拡散光Ｌ２の光透過部材１３３によるロスが少なく、より光の利用効率が高い。
【００４１】
また、光透過部材１３３は、入射部１４１から出射部１４２にかけて広がる円錐台形状を有しているため、拡散光Ｌ２が側面全面に形成された正反射部１４３により反射を行う毎に、出射方向が出射部１４２に向かうため、より光の利用効率が高くなる。
【００４２】
また、拡散部材１５０は円柱形状であり、第１の領域１５１は１次光Ｌ１のビームスポットより大きいため、１次光Ｌ１が効率よく拡散部材１５０を照射し拡散部材１５０によって拡散光Ｌ２に変換されるため、より光の利用効率が高くなる。
【００４３】
また、正反射部１４３は、光透過部材１３３の側面全面に形成しているため、出射部１４２以外から拡散光Ｌ２が外部に出射されたり他部材に吸収されたりしてしまうことがないため、出射部１４２からの効率よく拡散光Ｌ２を出射できる。
【００４４】
また、正反射部１４３は、可視光に対する反射率の高い金属を用いているため、正反射部１４３による反射の際の吸収が少なく、光のロスが小さく利用効率が高い。
【００４５】
また、正反射部１４３は光透過部材１３３の側面に直接形成しているため、拡散光Ｌ２は、光透過部材１３３の外部に漏れだすことが無く、反射の際に反射膜の外側の構造の影響を受けることが無い。この結果、正反射部１４３を透明部材と別体で作製し、接着するような構成と比較して、拡散光Ｌ２を接着剤などを透過させず正反射部１４３によって高効率に反射できるため、光のロスが少なく利用効率が高い。
【００４６】
また、本実施形態では、光透過部材１３３と拡散部材１５０とを第１の領域１５１と第２の領域１５３との２つと接する構造としたため、拡散部材１５０が脱落することが無く、信頼性が高い光源装置１００を提供することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、拡散部材１５０を反射面９７上に配設し、拡散粒子９９を光透過部材９８の内部に分散させているため、拡散部材１５０を照射する１次光Ｌ１は拡散する前に反射されることなく、また１次光Ｌ１は拡散する前に外部に出射されることがない。よって、１次光Ｌ１が直接外部に出射されることに起因する不具合が発生しにくく、照射面上のスペックルの発生を抑えることができる。
【００４８】
以上のように構成することで、１次光Ｌ１の利用効率が高く、かつ、拡散光Ｌ２の取出し効率の高い光源装置１００を提供することが可能となる。
【００４９】
また、以上のように構成することで、レーザ光を照明光に適した照度分布となるように放射角を広げ、かつ、過干渉性を低めることでスペックルの発生しづらい拡散光Ｌ２を実現する、光利用効率の高い光拡散ユニットを実現することができる。これにより、１次光源から放射される１次光Ｌ１の光強度が同じ場合と比べ、より明るく、また、先端部での発熱の小さな光源装置を実現することが可能となる。
なお、本実施形態では、図１Ｄに示すように、反射面９７が配設されることで、１次光Ｌ１が光透過部材１３３を経由せずに外部に出射しないように構成した例を示したが、これに限定される必要は無い。例えば拡散部材１５０が反射面９７を有さず、これにより１次光Ｌ１の一部は直接照明対象物１６０に向けて出射し、１次光Ｌ１の別の一部が光透過部材１３３に向けて出射するように構成してもかまわない。これにより、拡散部材１５０の構成をシンプルにすることができる。
［変形例］
図２に示すように、本変形例では、拡散部材１５０は円錐台形状の光透過部材１３３の出射部１４２側の面に接して設置されている。この場合、出射部１４２は、円錐台形状の光透過部材１３３の出射部１４２側の面のうち拡散部材１５０に接していないエリア、及び拡散部材１５０の１次光出射端に面している面以外の外表面すべてである。この屈曲面全てから拡散光Ｌ２が外部に出射される。第１の領域１５１は光透過部材１３３と接しており、第２の領域１５３と第３の領域１５２とは出射部１４２上に位置しており、出射部１４２は第２の領域１５３と第３の領域１５２と窓部とにより構成されている。
【００５０】
このような構造とすることで、光透過部材の形状がより単純になり作製しやすい。
【００５１】
また、本実施形態の変形例では、光透過部材１３３と拡散部材１５０とを第１の領域１５１とのみで接している構造としたため、作製が簡便な光源装置１００を提供することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
［構成］
図３Ａに本発明の第２実施形態による光拡散ユニット１３０を示す。
第１実施形態では、１次光Ｌ１が直接照射される第１の光学機能部材が反射型の拡散部材１５０であり、第２の光学機能部材は光透過部材１３３のテーパ面に形成された正反射部１４３であり、第３の光学部材は拡散部材１５０と正反射部１４３との間に配設される光透過部材１３３である。
しかし、本実施形態では、第１の光学機能部材は正反射部２５０であり、第２の光学機能部材は反射型の拡散部材２４３であり、この点が第１の実施形態とは異なっている。
【００５３】
本実施形態の正反射部２５０は、基材の上面に金属製の反射面がコートされることで、構成されている。正反射部２５０は、例えば、円柱状のガラス基板の上面に反射膜であるアルミ膜が成膜されることで、構成されている。なお、アルミ膜の代わりに銀やその他の金属膜等を用いることができる。
【００５４】
すなわち、円柱状のガラス板の各面を、第１実施形態に倣い、第１の領域２５１と、第２の領域２５３と、第３の領域２５２としたときに、第３の領域２５２上に反射膜であるアルミ膜が形成されており、第１の領域２５１と第２の領域２５３とにはガラス面が露出している。ガラスの屈折率は、光透過部材１３３の屈折率と同じであっても良く、または異なっていても良い。屈折率が異なっている場合、第３の領域２５２だけでなく第１の領域２５１も１次光Ｌ１を反射する。また、ガラス基板と光透過部材１３３との界面において、１次光Ｌ１や反射光や拡散光Ｌ２は屈折するため、より光路が複雑に絡み合うこととなり、スペックル等を軽減しやすくなる。
【００５５】
また図３Ｂに示すように、光透過部材１３３のテーパ面２９９上には、拡散部材２４３が形成されている。拡散部材２４３は、光透過部材１３３のテーパ面２９９の少なくとも一部と光学的に接続している。拡散部材２４３は、シリカやアルミナ等の拡散粒子９９が光透過部材９８等に混合することで構成されている拡散面である。拡散部材２４３は、光透過部材１３３のテーパ面２９９上に面状に塗布されている。拡散部材２４３は、テーパ面２９９の少なくとも一部に塗布されてもよい。シリカやアルミナ等の拡散粒子９９は照射された光を効率よく拡散反射するため、反射膜等がテーパ面２９９に配設されていなくても、光は良好に拡散反射する。また、拡散粒子９９の光透光性が高い場合と、拡散粒子９９の厚みが薄い場合と、光透過部材９８に対する拡散粒子９９の濃度が低い場合とのいずれかにおいて、図示しない反射面が拡散部材２４３の外側に配設されることで、拡散部材２４３の反射率が向上し、１次光Ｌ１が外部に漏出することによる光ロスが軽減する。
【００５６】
この様に構成することで、比較的容易に、光透過部材１３３のテーパ面２９９を拡散部材２４３として形成することができる。
【００５７】
なお図３Ｃに示すように、拡散部材２４３は、光透過部材１３３の表面が粗らされたすりガラス状に形成された微小な凸凹９６であってもよい。このとき、拡散部材２４３は、光透過部材１３３の微小な凸凹９６が形成された面に、１次光Ｌ１を反射する反射面９７を有している。反射面９７が拡散部材２４３の外側に配設されることで、拡散部材２４３の反射率が向上し、１次光Ｌ１が外部に漏出することによる光ロスが軽減する。
【００５８】
なお光透過部材１３３を保持する図示しない保持部材は、テーパ面２９９と対向する面上に、上述した拡散部材２４３を有してもよい。
【００５９】
［動作］
半導体レーザ光源１１１から出射する本実施形態の１次光Ｌ１の挙動について説明する。
半導体レーザ光源１１１から出射された１次光Ｌ１は、第１実施形態と同様の動作により光透過部材１３３の内部に向かって出射される。
【００６０】
１次光Ｌ１は、光透過部材１３３を透過して正反射部２５０の第１の領域２５１を経由して第３の領域２５２を照射する。このとき、第３の領域２５２の大きさは、１次光Ｌ１が第３の領域２５２を含む平面上に形成するビームスポットより大きくなるように構成されている。このため、１次光Ｌ１の大部分は、反射面である正反射部２５０の第３の領域２５２上を照射する。この結果、正反射部２５０を経由せず直接外部に出射される１次光Ｌ１は、ほとんどない。
【００６１】
１次光Ｌ１は、正反射部２５０によって反射され、１次光Ｌ１の入射側、すなわち、光透過部材１３３に向かって出射される。
【００６２】
光透過部材１３３に向かって出射された反射光の一部は、光透過部材１３３を透過した後、光透過部材１３３の側面に形成された拡散部材２４３によって拡散反射される。拡散部材２４３は、照明光出射側、すなわち照射対象物１６０側に開いたテーパ面となっている。このため拡散部材２４３で拡散反射された拡散光Ｌ２は、もとの進行方向と比べ、照明光出射側に向かって進行する成分が増加する。
【００６３】
以上をまとめると、１次光Ｌ１は、第１の光学機能部材である正反射部２５０によって進行方向を転向される。１次光Ｌ１は、第１の光学機能部材（正反射部２５０）と第２の光学機能部材（拡散部材２４３）との間に配置された第３の光学機能部材である光透過部材１３３の内部を進行する。１次光Ｌ１の一部は、第２の光学機能部材（拡散部材２４３）を照射する。第２の光学機能部材（拡散部材２４３）を照射した１次光Ｌ１は、第２の光学機能部材（拡散部材２４３）により進行方向を転向され、且つ拡散されて拡散光Ｌ２に変換される。拡散光Ｌ２は再び第３の光学機能部材（光透過部材１３３）の内部を進行し、拡散光Ｌ２の一部は窓部から外部に出射される。
【００６４】
［作用]
以上のように構成することで、１次光Ｌ１は、正反射部２５０により効率よく反射され、光透過部材１３３を通ってテーパ面２９９上に形成された拡散部材２４３を広く照射する。拡散部材２４３を広く照射する反射光である１次光Ｌ１は、拡散部材２４３の広い領域で反射拡散され、拡散光Ｌ２として出射部２４２の窓部から外部に出射される。
【００６５】
［効果］
本実施形態のように構成することで、第１実施形態と比較して、反射拡散する領域の面積を大きくすることができる。一般に、拡散反射は正反射と比較して光を吸収し、吸収した光は熱に変換される。本実施形態のように拡散反射する領域の面積を大きくすることで、局所的な発熱を軽減できる。また、拡散部材２４３は図示しない保持部材と近接しているため、保持部材から放熱し易い構成となる。
【００６６】
［第３実施形態］
［構成］
図４Ａに本発明の第３実施形態による光拡散ユニット１３０を示す。
第１実施形態では、１次光Ｌ１が直接照射される第１の光学機能部材が反射型の拡散部材１５０であり、第２の光学機能部材は光透過部材１３３のテーパ面に形成された正反射部１４３であり、第３の光学部材は拡散部材１５０と正反射部１４３との間に配設される光透過部材１３３である。
また、第２実施形態では、１次光Ｌ１が直接照射される第１の光学機能部材が正反射部２５０であり、第２の光学機能部材が反射型の拡散部材２４３であり、第３の光学機能部材は正反射部２５０と拡散部材２４３との間に配設される光透過部材１３３である。
しかし本実施形態では、第１の光学機能部材が正反射部２５０であり、第２の光学機能部材が正反射部１４３であり、第３の光学機能部材は正反射部２５０と正反射部１４３との間に配設されている透過型の拡散部材２３３であり、この点が第１，２実施形態とは異なっている。
【００６７】
本実施形態の正反射部１４３は第１実施形態と同様に構成されており、また正反射部２５０は第２実施形態と同様に構成されている。
【００６８】
拡散部材２３３は、図４Ｂに示すように、光透過部材９８が拡散粒子９９を光透過部材９８の内部で分散した状態で有することで、構成されている。光透過部材９８は、光を透過するシリコーン樹脂等である。拡散粒子９９は、例えばシリカ、アルミナなどの、光を拡散する粒子であればどのようなものでも利用することができる。拡散粒子９９の粒径は、１次光Ｌ１の波長程度のものからその１０００倍程度のものまで利用することができる。
【００６９】
拡散粒子９９は、アルミナ等、１次光Ｌ１を拡散反射するものでもよい。このような粒子が用いられと、拡散性能が向上する。また、拡散粒子９９は、１次光Ｌ１に対し透過性を有し、シリコーン樹脂等分散させる側（光透過部材９８）とは異なる屈折率を有していてもよい。このような拡散粒子９９は、例えばシリカ等である。このような粒子が用いられると、拡散粒子９９が吸収する光量が軽減され、透過性、すなわち、１次光Ｌ１の利用効率が向上する。なお拡散粒子９９が１次光Ｌ１に対し透過性を有する場合、拡散粒子９９は、粒径および／または屈折率が異なる２種類以上の粒子が混合している粒子であってもよい。この場合、拡散粒子９９の拡散性能が調整される。
【００７０】
透過型の拡散部材２３３は、正反射部２５０の有効な反射領域上の一点と、正反射部１４３の有効な反射領域上の一点とを結んだ直線が通る領域の全ての領域に配設されている。つまり透過型の拡散部材２３３は、１次光Ｌ１が第１の光学機能部材（正反射部２５０）から第２の光学機能部材（正反射部１４３）に向かう光路上にのみ配設されていれば、本発明の趣旨を実現できる。本実施形態では、円錐台形状の全領域が拡散部材２３３である。すなわち、拡散部材２３３は円錐台形状を有している。
【００７１】
［動作］
半導体レーザ光源１１１から出射する本実施形態の１次光Ｌ１の挙動について説明する。
半導体レーザ光源１１１から出射された１次光Ｌ１は、第１実施形態と同様の動作により拡散部材２３３の内部に向かって出射される。
【００７２】
１次光Ｌ１は、透過型の拡散部材２３３を照射し、拡散粒子９９によって光路を曲げながら拡散部材２３３の内部を進行する。すなわち１次光Ｌ１は、拡散部材２３３によって徐々に拡散しながら進行する。以下では、拡散部材２３３を経由した１次光Ｌ１を便宜上、拡散光Ｌ２と呼ぶこととする。
【００７３】
この拡散光Ｌ２の一部は、拡散部材２３３の内部から正反射部２５０に向かって進行し、正反射部２５０によって正反射され、再び拡散部材２３３の内部を進行する。また拡散光Ｌ２の別の一部は、拡散部材２３３の内部から正反射部１４３に向かって進行し、正反射部１４３によって正反射され、再び拡散部材２３３の内部を進行する。また、拡散光Ｌ２の別の一部は、拡散部材２３３の内部から出射部２４２の窓部を介して外部に向かって放射される。正反射部２５０または正反射部１４３で正反射され、拡散部材２３３の内部を進行する拡散光Ｌ２は、上記のような動作を繰り返し、それらの一部は出射部２４２の窓部から外部に向けて出射される。
【００７４】
以上をまとめると、１次光Ｌ１は、第３の光学機能部材である透過型の拡散部材２３３の内部を進行し、第３の光学機能部材（拡散部材２３３）により進行方向を転向され、かつ、拡散されて拡散光Ｌ２となる。拡散光Ｌ２の一部は第１の光学機能部材である正反射部２５０を照射し、拡散光Ｌ２の一部は第２の光学機能部材である正反射部１４３を照射する。拡散光Ｌ２は、第１の光学機能部材（正反射部２５０）と第２の光学機能部材（正反射部１４３）とにより進行方向を転向される。拡散光Ｌ２は再び第３の光学機能部材（拡散部材２３３）の内部を進行し、拡散光Ｌ２の一部は窓部から外部に出射される。
【００７５】
[作用・効果]
以上のように構成することで、１次光Ｌ１は、拡散部材２３３により効率よく拡散され、また、２つの正反射部１４３，２５０により反射されることで、十分に拡散されて外部に出射される。このため、第１，２実施形態の構成と比較して、スペックル等が発生しにくい拡散光Ｌ２となる。
【００７６】
なお上述した各実施形態では、第１の光学機能部材と第２の光学機能部材と第３の光学機能部材とのいずれか１つのみが拡散機能を有する部材である例を示したが、これに限らない。第１の光学機能部材と第２の光学機能部材と第３の光学機能部材との少なくとも１つが拡散機能を有していてもよい。これにより、拡散機能を最大化することが可能となる。または、１つ１つの部材の拡散機能のレベルが低下しても、全体が十分な拡散機能を有することができる。特に、第１の光学機能部材と第２の光学機能部材とが拡散機能を有し、第３の光学機能部材が拡散機能を有さず光透過部材とすることで、拡散性能を向上でき、かつ、光の利用効率を向上できる。
【００７７】
また上述した各実施形態では、第１の光学機能部材と第２の光学機能部材と第３の光学機能部材とに用いられる、反射面と反射部と拡散粒子と樹脂等の部材との光学的特性は、４５０ｎｍから６５０ｎｍの可視光領域の光に対し、フラットな反射、拡散、透過特性を有することが望ましい。各特性のボトムとなる値は、ピークとなる値の２分の１より大きいことが望ましい。例えば可視光領域の光に対する反射率において、最小の反射率の値は、最大の反射率の値の２分の１倍より大きい。
【００７８】
なお、本発明において１次光源１１０は、半導体レーザ光源１１１と集光レンズ１１２と導光路としての導光部材１２０とを組み合わせた例を示したが、これに限らない。１次光源１１０は、発光ダイオードやスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などの固体光源や、固体レーザ、ガスレーザ等に置き換えることが可能である。また、導光部材１２０は複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバや、樹脂基板や半導体基板上に屈折率分布を持たせて導光路を形成した一般的なフィルム型やスラブ型の導波路に置き換えることが可能である。さらに、集光レンズ１１２を用いず、半導体レーザ光源１１１や発光ダイオード、ＳＬＤ等の発光面に導光路の入射端を直接接合することも可能である。また、これらを適宜組み合わせて用いることが可能である。
【００７９】
また本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００８０】
１００…光源装置、１１０…１次光源、１３０…光拡散ユニット、１３３…光透過部材、１４３…正反射部、１５０…拡散部材、１５１…第１の領域、１５２…第３の領域、１５３…第２の領域、２３３…拡散部材、２４３…拡散部材、２５０…正反射部、２５１…第１の領域、２５２…第３の領域、２５３…第２の領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次光を出射する１次光源と、
前記１次光が入射し、前記１次光の進行方向を転向する第１の光学機能部材と、
前記第１の光学機能部材によって進行方向が転向した前記１次光の進行方向を転向する第２の光学機能部材と、
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材との間の領域を示し、前記第１の光学機能部材から前記第２の光学機能部材に向かう前記１次光の光路上に配設されている第３の光学機能部材と、
前記１次光の一部が前記第１の光学機能部材と前記第３の光学機能部材と前記第２の光学機能部材との順で通過する際、前記１次光の一部が前記第１の光学機能部材に再び入射することなく外部に出射される窓部と、
を具備し、
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材と前記第３の光学機能部材との少なくとも１つは、前記１次光を拡散する拡散機能を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第１の光学機能部材は、前記１次光の一部を前記１次光の入射方向に反射する反射型の光学機能部材であり、
前記第２の光学機能部材は、前記１次光の一部を前記１次光の入射方向に反射する反射型の光学機能部材であり、
前記第３の光学機能部材は、前記１次光の一部を透過する透過型の光学機能部材であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
可視光領域の光に対する前記第１の光学機能部材の反射率と前記第３の光学機能部材の反射率とにおいて、最小の反射率の値は、最大の反射率の値の２分の１倍より大きいことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材と前記第３の光学機能部材とは、前記１次光を拡散して出射する拡散ユニットを形成しており、
前記拡散ユニットは、前記１次光が入射する入射部と、前記１次光を出射する出射部とを有し、
前記窓部は、前記出射部の一部であり、
前記第１の光学機能部材は、前記出射部近傍に配設されており、
前記第２の光学機能部材は、前記入射部を上面、前記出射部を底面とする立体の側面の少なくとも一部に配設されており、
前記第３の光学機能部材は、前記立体の内部の空間の少なくとも一部に配設されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記拡散機能を有する前記光学機能部材は、前記第１の光学機能部材であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材とは離間しており、
前記第３の光学機能部材は、前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材と間には配設されており、前記１次光に対し透光性を有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１の光学機能部材は、前記１次光に対し透光性を有する部材が前記１次光を拡散反射する拡散粒子を前記部材の内部で分散した状態で有することで、構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１の光学機能部材は、微小な凸凹を有し、前記１次光に対して透光性を有する透光性部材によって形成され、前記１次光に対する前記透光性部材の屈折率は、前記第３の光学機能部材の屈折率とは異なることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１の光学機能部材は、前記１次光が前記第１の光学機能部材に入射する入射面と、前記入射面と対向する面に前記１次光を反射する反射面とを有していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記拡散機能を有する光学機能部材は、前記第２の光学機能部材であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第２の光学機能部材は、前記第３の光学機能部材の表面の少なくとも一部と光学的に接続していることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
第２の光学機能部材は、前記１次光を拡散反射する拡散粒子が前記第３の光学機能部材の表面の少なくとも一部に塗布されることで、構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記第２の光学機能部材は、前記第３の光学機能部材の表面に形成された微小な凸凹であることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記第２の光学機能部材は、前記第３の光学部材と光学的に接続する面と対向する面に、前記１次光を反射する反射面を有していることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記拡散機能を有する光学機能部材は、前記第３の光学機能部材であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記第３の光学機能部材は、前記第１の光学機能部材の有効な反射領域上の一点と、前記第２の光学機能部材の有効な反射領域上の一点とを結んだ直線が通る領域の全ての領域に配設されていることを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記第３の光学機能部材は、前記１次光に対し透光性を有する部材が前記１次光を拡散反射する拡散粒子を前記部材の内部で分散した状態で有することで、構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記第３の光学機能部材は、前記１次光に対し透過性を有する透過性部材が透過性粒子を前記透過性部材の内部で分散した状態で有することで、構成され、
前記透過性粒子は、前記１次光に対し透過性を有し、前記透過性部材とは異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１６に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記透過性粒子は、粒径および／または屈折率が異なる２種類以上の粒子が混合している粒子であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の光源装置。
【請求項２０】
前記第３の光学機能部材は円錐台形状であり、前記入射部は円錐台の小径の上面であり、前記出射部は円錐台の大径の下面であり、前記第２の光学機能部材は、前記円錐台のテーパ面上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項２１】
前記第１の光学機能部材と前記第２光学機能部材と前記第３の光学機能部材との少なくとも２つの光学機機能部材が、前記拡散機能を有することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項２２】
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材とのみが前記拡散機能を有していることを特徴とする請求項２１に記載の光源装置。
【請求項１】
１次光を出射する１次光源と、
前記１次光が入射し、前記１次光の進行方向を転向する第１の光学機能部材と、
前記第１の光学機能部材によって進行方向が転向した前記１次光の進行方向を転向する第２の光学機能部材と、
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材との間の領域を示し、前記第１の光学機能部材から前記第２の光学機能部材に向かう前記１次光の光路上に配設されている第３の光学機能部材と、
前記１次光の一部が前記第１の光学機能部材と前記第３の光学機能部材と前記第２の光学機能部材との順で通過する際、前記１次光の一部が前記第１の光学機能部材に再び入射することなく外部に出射される窓部と、
を具備し、
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材と前記第３の光学機能部材との少なくとも１つは、前記１次光を拡散する拡散機能を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第１の光学機能部材は、前記１次光の一部を前記１次光の入射方向に反射する反射型の光学機能部材であり、
前記第２の光学機能部材は、前記１次光の一部を前記１次光の入射方向に反射する反射型の光学機能部材であり、
前記第３の光学機能部材は、前記１次光の一部を透過する透過型の光学機能部材であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
可視光領域の光に対する前記第１の光学機能部材の反射率と前記第３の光学機能部材の反射率とにおいて、最小の反射率の値は、最大の反射率の値の２分の１倍より大きいことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材と前記第３の光学機能部材とは、前記１次光を拡散して出射する拡散ユニットを形成しており、
前記拡散ユニットは、前記１次光が入射する入射部と、前記１次光を出射する出射部とを有し、
前記窓部は、前記出射部の一部であり、
前記第１の光学機能部材は、前記出射部近傍に配設されており、
前記第２の光学機能部材は、前記入射部を上面、前記出射部を底面とする立体の側面の少なくとも一部に配設されており、
前記第３の光学機能部材は、前記立体の内部の空間の少なくとも一部に配設されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記拡散機能を有する前記光学機能部材は、前記第１の光学機能部材であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材とは離間しており、
前記第３の光学機能部材は、前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材と間には配設されており、前記１次光に対し透光性を有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１の光学機能部材は、前記１次光に対し透光性を有する部材が前記１次光を拡散反射する拡散粒子を前記部材の内部で分散した状態で有することで、構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１の光学機能部材は、微小な凸凹を有し、前記１次光に対して透光性を有する透光性部材によって形成され、前記１次光に対する前記透光性部材の屈折率は、前記第３の光学機能部材の屈折率とは異なることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１の光学機能部材は、前記１次光が前記第１の光学機能部材に入射する入射面と、前記入射面と対向する面に前記１次光を反射する反射面とを有していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記拡散機能を有する光学機能部材は、前記第２の光学機能部材であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第２の光学機能部材は、前記第３の光学機能部材の表面の少なくとも一部と光学的に接続していることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
第２の光学機能部材は、前記１次光を拡散反射する拡散粒子が前記第３の光学機能部材の表面の少なくとも一部に塗布されることで、構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記第２の光学機能部材は、前記第３の光学機能部材の表面に形成された微小な凸凹であることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記第２の光学機能部材は、前記第３の光学部材と光学的に接続する面と対向する面に、前記１次光を反射する反射面を有していることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記拡散機能を有する光学機能部材は、前記第３の光学機能部材であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記第３の光学機能部材は、前記第１の光学機能部材の有効な反射領域上の一点と、前記第２の光学機能部材の有効な反射領域上の一点とを結んだ直線が通る領域の全ての領域に配設されていることを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記第３の光学機能部材は、前記１次光に対し透光性を有する部材が前記１次光を拡散反射する拡散粒子を前記部材の内部で分散した状態で有することで、構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記第３の光学機能部材は、前記１次光に対し透過性を有する透過性部材が透過性粒子を前記透過性部材の内部で分散した状態で有することで、構成され、
前記透過性粒子は、前記１次光に対し透過性を有し、前記透過性部材とは異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１６に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記透過性粒子は、粒径および／または屈折率が異なる２種類以上の粒子が混合している粒子であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の光源装置。
【請求項２０】
前記第３の光学機能部材は円錐台形状であり、前記入射部は円錐台の小径の上面であり、前記出射部は円錐台の大径の下面であり、前記第２の光学機能部材は、前記円錐台のテーパ面上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項２１】
前記第１の光学機能部材と前記第２光学機能部材と前記第３の光学機能部材との少なくとも２つの光学機機能部材が、前記拡散機能を有することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項２２】
前記第１の光学機能部材と前記第２の光学機能部材とのみが前記拡散機能を有していることを特徴とする請求項２１に記載の光源装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４８４０２（Ｐ２０１２−２４８４０２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９１４７（Ｐ２０１１−１１９１４７）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
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