(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-22
(45)【発行日】2023-05-30
(54)【発明の名称】光源装置
(51)【国際特許分類】
F21S 2/00 20160101AFI20230523BHJP
F21V 9/45 20180101ALI20230523BHJP
F21V 7/28 20180101ALI20230523BHJP
F21V 5/04 20060101ALI20230523BHJP
F21V 29/10 20150101ALI20230523BHJP
G02B 21/06 20060101ALI20230523BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20230523BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20230523BHJP
【ＦＩ】
F21S2/00 340
F21S2/00 600
F21V9/45
F21V7/28 240
F21V5/04 200
F21S2/00 373
F21V29/10
G02B21/06
F21Y115:30
F21Y115:10
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019178930
(22)【出願日】2019-09-30
(65)【公開番号】P2021057179
(43)【公開日】2021-04-08
【審査請求日】2022-03-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109380
【弁理士】
【氏名又は名称】小西 恵
(74)【代理人】
【識別番号】100109036
【弁理士】
【氏名又は名称】永岡 重幸
(72)【発明者】
【氏名】蕪木 清幸
(72)【発明者】
【氏名】三浦 雄一
【審査官】當間 庸裕
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第１０６０５４３６６（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１２１１４６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２０２３０５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２１Ｓ ２／００
Ｆ２１Ｖ ９／４５
Ｆ２１Ｖ ７／２８
Ｆ２１Ｖ ５／０４
Ｆ２１Ｖ ２９／１０
Ｇ０２Ｂ ２１／０６
Ｆ２１Ｙ １１５／３０
Ｆ２１Ｙ １１５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
励起用の半導体レーザと、当該半導体レーザにより励起される蛍光体、および、当該蛍光体から放射される蛍光を取り出す光学系、を有する、熱源となるレーザ励起光源と、
前記蛍光とは異なる波長を有する光を放射する複数のＬＥＤ光源と、
前記レーザ励起光源からの蛍光と前記複数のＬＥＤ光源からの光とを合成し、光出射部から出射する合成光学系と、
を備え、
前記複数のＬＥＤ光源は、紫外領域の光を放射するＬＥＤ光源を含み、
前記複数のＬＥＤ光源のうち、前記紫外領域の光を放射するＬＥＤ光源は、他の波長の光を放射するＬＥＤ光源よりも前記レーザ励起光源から離れた位置に配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記複数のＬＥＤ光源は、前記蛍光を取り出す光学系の光軸に沿って一列に配置されてい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】
前記紫外領域の光を放射するＬＥＤ光源は、前記蛍光を取り出す光学系の光軸終端に配置された前記光出射部に最も近い位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項4】
前記複数のＬＥＤ光源は、前記光軸に対して直交する方向から光を放射し、前記合成光学系は、前記複数のＬＥＤ光源から放射される光の進行方向をそれぞれ前記光軸に平行な方向に変換するダイクロイックミラーを備えることを特徴とする請求項２または３に記載の光源装置。
【請求項5】
前記複数のＬＥＤ光源にそれぞれ対応する前記ダイクロイックミラーが前記光軸上に配置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6】
前記複数のＬＥＤ光源は、前記レーザ励起光源から前記光出射部に向けて、放射される光の波長の長いものから順に配置されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項7】
前記ＬＥＤ光源は、ＬＥＤと、当該ＬＥＤから放射される光をコリメートするコリメートレンズと、前記ＬＥＤおよび前記コリメートレンズを収容する金属製の第一の筐体と、を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項8】
前記レーザ励起光源および前記合成光学系を収容する金属製の第二の筐体をさらに備え、前記第一の筐体は、前記第二の筐体外に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
【請求項9】
前記複数のＬＥＤ光源にそれぞれ対応する複数の前記第一の筐体は、前記第二の筐体を構成する筐体壁面における同一面上に固定されていることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蛍光顕微鏡などに用いられる、複数の波長の光を合成して出射する光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、蛍光顕微鏡用の光源としては、複数の輝線を有する超高圧の水銀ランプや、連続光を持つキセノンランプが用いられてきた。
近年、環境負荷軽減などのために、半導体レーザ（ＬＤ）でＣｅ：ＹＡＧ蛍光体を励起し、蛍光させる光源技術が実用化されている。例えば、特許文献１には、顕微鏡用光源として、ＬＤ励起された蛍光体からの放射光と、紫外域（ＵＶ域）を含む波長の異なる２つのＬＥＤの放射光とを、２枚のダイクロイックミラー（ＤＭ）により合成して出射する光源装置が開示されている。
近年、環境負荷軽減などのために、半導体レーザ（ＬＤ）でＣｅ：ＹＡＧ蛍光体を励起し、蛍光させる光源技術が実用化されている。例えば、特許文献１には、顕微鏡用光源として、ＬＤ励起された蛍光体からの放射光と、紫外域（ＵＶ域）を含む波長の異なる２つのＬＥＤの放射光とを、２枚のダイクロイックミラー（ＤＭ）により合成して出射する光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１２１１４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
蛍光顕微鏡用の光源装置では、多くの蛍光試薬に対応するスペクトルを有し、鮮明な蛍光画像を得るために、高出力なレーザ励起光源が用いられる。ところが、レーザ励起光源は、電気入力に対して光出力の効率が悪く、発熱量が大きい。そのため、レーザ励起光源の近くに配置されたＬＥＤは、当該レーザ励起光源の熱の影響を受け易い。特に、小型の光源装置においては部品間の配置間隔が狭く、レーザ励起光源の近くに配置されたＬＥＤは昇温し易い。
ＬＥＤは、高温になるほど発光効率が低くなり、光出力が低下するという特性を有する。特にＵＶ域のＬＥＤでは、この傾向が強く、光出力の低下を招きやすい。
このように、レーザ励起光源と複数のＬＥＤとを備える蛍光顕微鏡用の光源装置では、レーザ励起光源が熱源となり、ＵＶ域の光を放射するＬＥＤが熱の影響を受けて光出力が低下するという問題があった。
ＬＥＤは、高温になるほど発光効率が低くなり、光出力が低下するという特性を有する。特にＵＶ域のＬＥＤでは、この傾向が強く、光出力の低下を招きやすい。
このように、レーザ励起光源と複数のＬＥＤとを備える蛍光顕微鏡用の光源装置では、レーザ励起光源が熱源となり、ＵＶ域の光を放射するＬＥＤが熱の影響を受けて光出力が低下するという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、レーザ励起光源とＵＶ域を含む波長の異なる光を放射する複数のＬＥＤとを備えた光源装置において、ＵＶ域の光を安定して出力することができる光源装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明に係る光源装置の一態様は、励起用の半導体レーザと、当該半導体レーザにより励起される蛍光体、および、当該蛍光体から放射される蛍光を取り出す光学系、を有する、熱源となるレーザ励起光源と、前記蛍光とは異なる波長を有する光を放射する複数のＬＥＤ光源と、前記レーザ励起光源からの蛍光と前記複数のＬＥＤ光源からの光とを合成し、光出射部から出射する合成光学系と、を備え、前記複数のＬＥＤ光源は、紫外領域の光を放射するＬＥＤ光源を含み、前記複数のＬＥＤ光源のうち、前記紫外領域の光を放射するＬＥＤ光源は、他の波長の光を放射するＬＥＤ光源よりも前記レーザ励起光源から離れた位置に配置されている。
このように、ＵＶ域の光を放射するＬＥＤ光源（ＵＶ－ＬＥＤ）を熱源となるレーザ励起光源から離れた位置に配置するので、ＵＶ－ＬＥＤの温度上昇を抑制し、ＵＶ光の出力の低下を抑制することができる。
このように、ＵＶ域の光を放射するＬＥＤ光源（ＵＶ－ＬＥＤ）を熱源となるレーザ励起光源から離れた位置に配置するので、ＵＶ－ＬＥＤの温度上昇を抑制し、ＵＶ光の出力の低下を抑制することができる。
【0007】
また、上記の光源装置において、前記複数のＬＥＤ光源は、前記蛍光を取り出す光学系の光軸に沿って一列に配置されていてもよい。この場合、複数のＬＥＤ光源を狭い幅で配置することが可能となり、小型（幅狭）の光源装置とすることができる。
さらに、上記の光源装置において、前記紫外領域の光を放射するＬＥＤ光源は、前記蛍光を取り出す光学系の光軸終端に配置された前記光出射部に最も近い位置に配置されていてもよい。この場合、ＵＶ－ＬＥＤから放射される光を損失させることなく光出射部から出射させることが可能となり、ＵＶ光の放射強度を適切に得ることができる。
さらに、上記の光源装置において、前記紫外領域の光を放射するＬＥＤ光源は、前記蛍光を取り出す光学系の光軸終端に配置された前記光出射部に最も近い位置に配置されていてもよい。この場合、ＵＶ－ＬＥＤから放射される光を損失させることなく光出射部から出射させることが可能となり、ＵＶ光の放射強度を適切に得ることができる。
【0008】
また、上記の光源装置において、前記複数のＬＥＤ光源は、前記光軸に対して直交する方向から光を放射し、前記合成光学系は、前記複数のＬＥＤ光源から放射される光の進行方向をそれぞれ前記光軸に平行な方向に変換するダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
この場合、複数のＬＥＤ光源の配置姿勢を揃えることができるので、複数のＬＥＤ光源を容易かつ適切に配置することができる。また、蛍光を取り出す光学系の光軸に対して直交する方向から光を放射するようにＬＥＤ光源を配置することで、ＬＥＤ光源からの光の進行方向を容易に光軸に平行な方向に変換することができる。
この場合、複数のＬＥＤ光源の配置姿勢を揃えることができるので、複数のＬＥＤ光源を容易かつ適切に配置することができる。また、蛍光を取り出す光学系の光軸に対して直交する方向から光を放射するようにＬＥＤ光源を配置することで、ＬＥＤ光源からの光の進行方向を容易に光軸に平行な方向に変換することができる。
【0009】
さらに、上記の光源装置において、前記複数のＬＥＤ光源にそれぞれ対応する前記ダイクロイックミラーが前記光軸上に配置されていてもよい。この場合、蛍光を取り出す光学系の光軸上で、当該蛍光と複数のＬＥＤ光源からの光とを合成することができる。また、ダイクロイックミラーを、蛍光を取り出す光学系の光軸上に配置することで、より光源装置のフットプリントを低下させることができる。
また、上記の光源装置において、前記複数のＬＥＤ光源は、前記レーザ励起光源から前記光出射部に向けて、放射される光の波長の長いものから順に配置されていてもよい。この場合、ダイクロイックミラーの設計および製作が容易となり、安価な構成とすることができる。
また、上記の光源装置において、前記複数のＬＥＤ光源は、前記レーザ励起光源から前記光出射部に向けて、放射される光の波長の長いものから順に配置されていてもよい。この場合、ダイクロイックミラーの設計および製作が容易となり、安価な構成とすることができる。
【0010】
さらにまた、上記の光源装置において、前記ＬＥＤ光源は、ＬＥＤと、当該ＬＥＤから放射される光をコリメートするコリメートレンズと、前記ＬＥＤおよび前記コリメートレンズを収容する金属製の第一の筐体と、を備えていてもよい。
この場合、ＬＥＤで発生した熱を金属筐体である第一の筐体に伝導させることができるので、ＬＥＤの温度上昇を適切に抑制し、光出力の低下を抑制することができる。
この場合、ＬＥＤで発生した熱を金属筐体である第一の筐体に伝導させることができるので、ＬＥＤの温度上昇を適切に抑制し、光出力の低下を抑制することができる。
【0011】
また、上記の光源装置において、前記レーザ励起光源および前記合成光学系を収容する金属製の第二の筐体をさらに備え、前記第一の筐体は、前記第二の筐体外に配置されていてもよい。
この場合、半導体レーザや蛍光体で発生した熱を金属筐体である第二の筐体に伝導させることができるので、半導体レーザや蛍光体の温度上昇を適切に抑制し、蛍光出力の低下を抑制することができる。また、レーザ励起光源を収容する筐体が合成光学系を収容する筐体と一体となっているため、筐体の表面積を増やすことができ、レーザ励起光源が発生する熱の排熱効率を上げることができる。
この場合、半導体レーザや蛍光体で発生した熱を金属筐体である第二の筐体に伝導させることができるので、半導体レーザや蛍光体の温度上昇を適切に抑制し、蛍光出力の低下を抑制することができる。また、レーザ励起光源を収容する筐体が合成光学系を収容する筐体と一体となっているため、筐体の表面積を増やすことができ、レーザ励起光源が発生する熱の排熱効率を上げることができる。
【0012】
さらに、上記の光源装置において、前記複数のＬＥＤ光源にそれぞれ対応する複数の前記第一の筐体は、前記第二の筐体を構成する筐体壁面における同一面上に固定されていてもよい。
この場合、複数のＬＥＤ光源の配置精度を向上させることができ、光損失を低減させることができる。
この場合、複数のＬＥＤ光源の配置精度を向上させることができ、光損失を低減させることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明の光源装置によれば、ＵＶ域ＬＥＤを、他のＬＥＤよりもレーザ励起光源から離れた位置に配置するので、ＵＶ域ＬＥＤの温度上昇を抑制することができる。したがって、ＵＶ域の光を安定して出力することができる
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本実施形態における光源装置を備える蛍光顕微鏡の構成例を示す図である。
【図2】光源装置の構成例を示す図である。
【図3】干渉フィルタ（ダイクロイックミラー）の分光反射率を示す図である。
【図4】光源装置が出射する光のスペクトルである。
【図5】ＬＥＤの温度と光出力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における光源装置１００を備える蛍光顕微鏡システム１０００の構成例を示す図である。
蛍光顕微鏡システム１０００は、光源装置１００と、本体部２００と、を備える。本体部２００は、励起フィルタ２０１と、ダイクロイックミラー２０２と、対物レンズ２０３と、吸収フィルタ２０４と、接眼レンズ２０５と、光学アダプタ２０６を備える。また、接眼レンズ２０５は、カメラ等の撮像光学系を含んでいてもよい。
図１は、本実施形態における光源装置１００を備える蛍光顕微鏡システム１０００の構成例を示す図である。
蛍光顕微鏡システム１０００は、光源装置１００と、本体部２００と、を備える。本体部２００は、励起フィルタ２０１と、ダイクロイックミラー２０２と、対物レンズ２０３と、吸収フィルタ２０４と、接眼レンズ２０５と、光学アダプタ２０６を備える。また、接眼レンズ２０５は、カメラ等の撮像光学系を含んでいてもよい。
【0016】
光源装置１００の光ファイバ１０１から出射された光は、光学アダプタ２０６を介し、適切な光のみが、本体部に導光され、励起フィルタ２０１によって励起波長の光のみに制限される。励起フィルタ２０１を透過した励起光は、ダイクロイックミラー２０２によって反射され、対物レンズ２０３を介して試料（蛍光試料）３００に照射される。試料３００は、励起光が照射されることにより励起し、蛍光を発する。
試料３００から発せられた蛍光は、対物レンズ２０３を経由してダイクロイックミラー２０２へ入射し、ダイクロイックミラー２０２を透過して吸収フィルタ２０４に入射する。吸収フィルタ２０４は、余分な波長の光をカットし、試料３００から発生した蛍光のみを接眼レンズ２０５へ入射させる。これにより、試料３００から発生した蛍光を観察することできる。
試料３００から発せられた蛍光は、対物レンズ２０３を経由してダイクロイックミラー２０２へ入射し、ダイクロイックミラー２０２を透過して吸収フィルタ２０４に入射する。吸収フィルタ２０４は、余分な波長の光をカットし、試料３００から発生した蛍光のみを接眼レンズ２０５へ入射させる。これにより、試料３００から発生した蛍光を観察することできる。
【0017】
以下、光源装置１００について具体的に説明する。
図２は、光源装置１００の構成例を示す図である。この図２は、光源装置１００を上方から見た図を示している。
光源装置１００は、レーザ励起光源１１０と、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄと、合成光学系１３０と、を備える。
図２は、光源装置１００の構成例を示す図である。この図２は、光源装置１００を上方から見た図を示している。
光源装置１００は、レーザ励起光源１１０と、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄと、合成光学系１３０と、を備える。
【0018】
レーザ励起光源１１０は、ＬＤ用筐体１１１と、冷却フィン１１２と、を備える。ＬＤ用筐体１１１は、放熱性に優れた金属材料により形成され、不図示の複数の励起用半導体レーザ（ＬＤ）や当該励起用ＬＤからの励起光によって励起される蛍光体（蛍光プレート）、当該蛍光体から放射される蛍光（黄色）を取り出す光学系などを収容している。冷却フィン１１１２は、ＬＤ用筐体１１１に固定されており、ＬＤや蛍光体によって発生しＬＤ用筐体１１１に伝導された熱を排熱する。
【0019】
ＬＥＤ光源１２０Ａは、金属製のＬＥＤ用筐体（第一の筐体）１２１ａを備える。ＬＥＤ用筐体１２１ａは、ＬＥＤ１２２ａと、コリメートレンズ１２３ａおよび１２４ａと、を収容している。ＬＥＤ１２２ａから放射された光は、２枚のコリメートレンズ１２３ａおよび１２４ａによってコリメートされ、平行光となって出射される。ＬＥＤ用筐体１２１ａは、例えば円筒形状で冷却機能を有するように複数の溝が付いた金属製の筐体とすることができる。
なお、ＬＥＤ光源１２０Ｂ～１２０Ｄは、ＬＥＤ光源１２０Ａと同一構成を有するため、ここでは説明を省略する。
なお、ＬＥＤ光源１２０Ｂ～１２０Ｄは、ＬＥＤ光源１２０Ａと同一構成を有するため、ここでは説明を省略する。
【0020】
複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄは、紫外領域（ＵＶ域）の光を放射するＬＥＤ光源を含み、それぞれ異なる波長の光を放射する。
本実施形態では、ＬＥＤ光源１２０Ａが、ＵＶ域の光を放射するＬＥＤ光源である。なお、ＵＶ域の光とは、ＩＥＣ ６００５０-８４５：１９８７で規定されている波長４００ｎｍ以下の光とする。
例えば、ＬＥＤ光源１２０Ａは、ピーク波長が３６５ｎｍであるＬＥＤ１２２ａを備える。また、ＬＥＤ光源１２０Ｂはピーク波長が４０６ｎｍ、ＬＥＤ光源１２０Ｃはピーク波長が４３６ｎｍ、ＬＥＤ光源１２０Ｄはピーク波長が４７０ｎｍであるＬＥＤをそれぞれ備える。
本実施形態では、ＬＥＤ光源１２０Ａが、ＵＶ域の光を放射するＬＥＤ光源である。なお、ＵＶ域の光とは、ＩＥＣ ６００５０-８４５：１９８７で規定されている波長４００ｎｍ以下の光とする。
例えば、ＬＥＤ光源１２０Ａは、ピーク波長が３６５ｎｍであるＬＥＤ１２２ａを備える。また、ＬＥＤ光源１２０Ｂはピーク波長が４０６ｎｍ、ＬＥＤ光源１２０Ｃはピーク波長が４３６ｎｍ、ＬＥＤ光源１２０Ｄはピーク波長が４７０ｎｍであるＬＥＤをそれぞれ備える。
【0021】
合成光学系１３０は、レーザ励起光源１１０から放射される蛍光に、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄからそれぞれ放射される光を合成し、合成光を光出射部から出射する。
合成光学系１３０は、金属製の光学系用筐体１３１を備える。光学系用筐体１３１は、干渉フィルタ１３２ａ～１３２ｄと、集光レンズ１３３と、を収容している。この光学系用筐体１３１は、ＬＤ用筐体１１１に連結されており、光学系用筐体１３１を構成する筐体壁面における同一面上には、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄの各ＬＥＤ用筐体が固定されている。
なお、光学系用筐体１３１は、ＬＤ用筐体１１１と一体的に構成されていてもよい。ＬＤ用筐体１１１および光学系用筐体１３１が、第二の筐体に対応している。
合成光学系１３０は、金属製の光学系用筐体１３１を備える。光学系用筐体１３１は、干渉フィルタ１３２ａ～１３２ｄと、集光レンズ１３３と、を収容している。この光学系用筐体１３１は、ＬＤ用筐体１１１に連結されており、光学系用筐体１３１を構成する筐体壁面における同一面上には、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄの各ＬＥＤ用筐体が固定されている。
なお、光学系用筐体１３１は、ＬＤ用筐体１１１と一体的に構成されていてもよい。ＬＤ用筐体１１１および光学系用筐体１３１が、第二の筐体に対応している。
【0022】
干渉フィルタ１３２ａ～１３２ｄは、誘電体多層膜からなる。本実施形態では、干渉フィルタ１３２ａ～１３２ｄは、ダイクロイックミラーであり、特定の波長範囲の光を反射させ、その他の波長範囲の光を透過させることができる。
本実施形態では、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄは、レーザ励起光源１１０の蛍光を取り出す光学系の光軸（図２の光軸Ｌ）上に配置されている。具体的には、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄは、それぞれレーザ励起光源１１０の蛍光を取り出す光学系の光軸（図２の光軸Ｌ）に対して直交する方向から光を放射するように配置されている。そして、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄは、それぞれ光軸Ｌ上において、対応するＬＥＤ光源からの光が放射されてくる位置に配置されている。
本実施形態では、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄは、レーザ励起光源１１０の蛍光を取り出す光学系の光軸（図２の光軸Ｌ）上に配置されている。具体的には、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄは、それぞれレーザ励起光源１１０の蛍光を取り出す光学系の光軸（図２の光軸Ｌ）に対して直交する方向から光を放射するように配置されている。そして、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄは、それぞれ光軸Ｌ上において、対応するＬＥＤ光源からの光が放射されてくる位置に配置されている。
【0023】
図３は、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄの分光反射率を示す図である。この図３において、実線ＤＭａはダイクロイックミラー１３２ａの特性、点線ＤＭｂはダイクロイックミラー１３２ｂの特性、一点鎖線ＤＭｃはダイクロイックミラー１３２ｃの特性、破線ＤＭｄはダイクロイックミラー１３２ｄの特性を示している。
これにより、ＬＥＤ光源１２０Ａから放射された波長３６５ｎｍの光は、ダイクロイックミラー１３２ａによって反射されて集光レンズ１３３に入射する。ＬＥＤ光源１２０Ｂから放射された波長４０６ｎｍの光は、ダイクロイックミラー１３２ｂによって反射され、ダイクロイックミラー１３２ａを透過して集光レンズ１３３に入射する。
これにより、ＬＥＤ光源１２０Ａから放射された波長３６５ｎｍの光は、ダイクロイックミラー１３２ａによって反射されて集光レンズ１３３に入射する。ＬＥＤ光源１２０Ｂから放射された波長４０６ｎｍの光は、ダイクロイックミラー１３２ｂによって反射され、ダイクロイックミラー１３２ａを透過して集光レンズ１３３に入射する。
【0024】
また、ＬＥＤ光源１２０Ｃから放射された波長４３６ｎｍの光は、ダイクロイックミラー１３２ｃによって反射され、ダイクロイックミラー１３２ｂおよび１３２ａを透過して集光レンズ１３３に入射する。ＬＥＤ光源１２０Ｄから放射された波長４７０ｎｍの光は、ダイクロイックミラー１３２ｄによって反射され、ダイクロイックミラー１３２ｃ、１３２ｂおよび１３２ａを透過して集光レンズ１３３に入射する。
また、レーザ励起光源１１０から放射された黄色の蛍光は、ダイクロイックミラー１３２ｄ、１３２ｃ、１３２ｂおよび１３２ａをそれぞれ透過し、集光レンズ１３３に入射する。
また、レーザ励起光源１１０から放射された黄色の蛍光は、ダイクロイックミラー１３２ｄ、１３２ｃ、１３２ｂおよび１３２ａをそれぞれ透過し、集光レンズ１３３に入射する。
【0025】
このように、レーザ励起光源１１０から取り出された蛍光は、そのまま直進して集光レンズ１３３に入射する。一方、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄから光軸Ｌに対して直交する方向から放射された光は、それそれダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄによって光軸Ｌに平行な方向に光の進行方向が変換されて集光レンズ１３３に入射する。
このようにして、レーザ励起光源１１０から放射された蛍光と、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄからそれぞれ放射された光とは、光軸Ｌ上で合成されて集光レンズ１３３から出射される。このとき、集光レンズ１３３の光出射側に位置する光学系用筐体１３１の端部が、光源装置１００の光出射部となる。
なお、光ファイバを使用する場合には、効率よく入射させるために集光レンズ１３３の焦点面に光ファイバ端面が配置されるように筒状のホルダが設けられる。
以上の構成により、光源装置１００からは、図４に示すスペクトルを有する光が出射されることになる。
このようにして、レーザ励起光源１１０から放射された蛍光と、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄからそれぞれ放射された光とは、光軸Ｌ上で合成されて集光レンズ１３３から出射される。このとき、集光レンズ１３３の光出射側に位置する光学系用筐体１３１の端部が、光源装置１００の光出射部となる。
なお、光ファイバを使用する場合には、効率よく入射させるために集光レンズ１３３の焦点面に光ファイバ端面が配置されるように筒状のホルダが設けられる。
以上の構成により、光源装置１００からは、図４に示すスペクトルを有する光が出射されることになる。
【0026】
ところで、レーザ励起光源は、電気入力に対する光出力が１５～２５％と効率が悪く、光に変換されない電気入力のほとんどは熱に変換される。
例えば、レーザ励起光源において、半導体レーザ（ＬＤ）の光出力効率η１が３５％（１００Ｗ入力時に３５Ｗが光出力、６５Ｗは熱）、蛍光の光出射効率η２が５０～６０％（上記の励起光３５Ｗ出力時に１９Ｗが蛍光出力、１６Ｗが熱）である場合、レーザ励起光源の光出力効率ηは、η１×η２＝１８～２４％となる。つまり、電気入力が１００Ｗクラスのレーザ励起光源の場合、発熱量は８０Ｗクラスにもなり得る。
例えば、レーザ励起光源において、半導体レーザ（ＬＤ）の光出力効率η１が３５％（１００Ｗ入力時に３５Ｗが光出力、６５Ｗは熱）、蛍光の光出射効率η２が５０～６０％（上記の励起光３５Ｗ出力時に１９Ｗが蛍光出力、１６Ｗが熱）である場合、レーザ励起光源の光出力効率ηは、η１×η２＝１８～２４％となる。つまり、電気入力が１００Ｗクラスのレーザ励起光源の場合、発熱量は８０Ｗクラスにもなり得る。
【0027】
このように、蛍光顕微鏡用の光源装置において、レーザ励起光源が備えるＬＤや蛍光体は熱源となる。
一方で、生物観察等に使用される蛍光顕微鏡システムは、研究室等に設置されるため、フットプリントが小さくなるように小型化が求められている。そのため、蛍光顕微鏡用の光源装置においても、各構成要素を互いに近接して配置することが求められる。この場合、レーザ励起光源の近傍に配置されたＬＥＤ光源は、レーザ励起光源において発生した熱の排熱の影響により昇温し易くなる。
一方で、生物観察等に使用される蛍光顕微鏡システムは、研究室等に設置されるため、フットプリントが小さくなるように小型化が求められている。そのため、蛍光顕微鏡用の光源装置においても、各構成要素を互いに近接して配置することが求められる。この場合、レーザ励起光源の近傍に配置されたＬＥＤ光源は、レーザ励起光源において発生した熱の排熱の影響により昇温し易くなる。
【0028】
図５は、ＬＥＤの温度と光出力との関係を示す図である。図５において、横軸は、ＬＥＤのＰＮ接合部の温度（ジャンクション温度）、縦軸は、室温（２５℃）での光出力を１としたときの相対強度である。図５の破線ａは、波長４０６ｎｍの光を放射するＬＥＤの温度と光出力との関係、実線ｂは、波長３６５ｎｍ光を放射するＬＥＤの温度と光出力との関係を示している。
この図５に示すように、ＬＥＤは、ジャンクション温度が高いほど発光効率が悪く、光出力が低下するという特性を有する。この熱特性は、ＬＥＤの種類によって異なり、特にＵＶ域の光を放射するＬＥＤ（ＵＶ－ＬＥＤ）は、熱の影響を受けやすく、実線ｂに示すように、破線ａで示す波長４０６ｎｍの光を放射するＬＥＤと比較して出力低下を招きやすい。
この図５に示すように、ＬＥＤは、ジャンクション温度が高いほど発光効率が悪く、光出力が低下するという特性を有する。この熱特性は、ＬＥＤの種類によって異なり、特にＵＶ域の光を放射するＬＥＤ（ＵＶ－ＬＥＤ）は、熱の影響を受けやすく、実線ｂに示すように、破線ａで示す波長４０６ｎｍの光を放射するＬＥＤと比較して出力低下を招きやすい。
【0029】
そこで、本実施形態における蛍光顕微鏡用の光源装置１００では、ＵＶ－ＬＥＤを備えるＬＥＤ光源１２０Ａを、他のＬＥＤを備えるＬＥＤ光源１２０Ｂ～１２０Ｄよりも熱源であるレーザ励起光源１１０から離れた位置に配置する。
このように、ＵＶ－ＬＥＤをレーザ励起光源１１０から遠方に配置させることで、ＵＶ－ＬＥＤの温度上昇を抑制することができる。その結果、ＵＶ－ＬＥＤの光出力の低下を抑制することができる。
このように、ＵＶ－ＬＥＤをレーザ励起光源１１０から遠方に配置させることで、ＵＶ－ＬＥＤの温度上昇を抑制することができる。その結果、ＵＶ－ＬＥＤの光出力の低下を抑制することができる。
【0030】
また、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄは、図２に示すように、レーザ励起光源１１０から蛍光を取り出す光学系の光軸Ｌに沿って一列に配置されている。そして、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄのうち、ＬＥＤ光源１２０Ａは、レーザ励起光源１１０から最も遠い位置、すなわち、光源装置１００の光出射部に最も近い位置に配置されている。
ここで、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄは、光軸Ｌに対して直交する方向から光を放射するように配置されている。ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄから放射された光は、それぞれダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄによって光軸Ｌに平行な方向に光の進行方向が変換される。ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄは、光軸Ｌ上に配置されており、レーザ励起光源１１０から放射される蛍光と、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄから放射され、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄによって進行方向が変換された光とは、光軸Ｌ上で合成される。
ここで、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄは、光軸Ｌに対して直交する方向から光を放射するように配置されている。ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄから放射された光は、それぞれダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄによって光軸Ｌに平行な方向に光の進行方向が変換される。ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄは、光軸Ｌ上に配置されており、レーザ励起光源１１０から放射される蛍光と、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄから放射され、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄによって進行方向が変換された光とは、光軸Ｌ上で合成される。
【0031】
このように、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄを光軸Ｌに沿って一列に配置することで、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄを狭い幅の領域に配置することが可能となり、光源装置１００を小型（狭幅）にすることができる。さらに、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄを光軸Ｌ上に配置し、光軸Ｌ上で放射光を合成することで、よりフットプリントをより低下させることができる。
また、ＵＶ－ＬＥＤを光出射部に最も近い位置に配置することで、ＵＶ－ＬＥＤから放射される光を損失させることなく光出射部から出射させることが可能となり、ＵＶ光の出力強度を適切に得ることができる。
また、ＵＶ－ＬＥＤを光出射部に最も近い位置に配置することで、ＵＶ－ＬＥＤから放射される光を損失させることなく光出射部から出射させることが可能となり、ＵＶ光の出力強度を適切に得ることができる。
【0032】
図２に示す配置の場合、光出射部から最も遠くに配置されたレーザ励起光源１１０の放射光は、４枚のダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄを透過して光出射部から出射される。一方、光出射部に最も近い位置に配置されたＵＶ－ＬＥＤ（ＬＥＤ光源１２０Ａ）の放射光は、ダイクロイックミラー１３２ａによって１回反射されるのみで光出射部から出射される。本実施形態のように、ＬＥＤ光源１２０Ａを光出射部に最も近い位置に配置することで、ＵＶ光がダイクロイックミラーを透過することによる光損失を無くし、１回の反射損失のみにとどめることができる。
【0033】
また、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄは、レーザ励起光源１１０から光出射部に向けて、放射光の波長の長いものから順に配置することができる。この場合、ダイクロイックミラー１３２ａ～１３２ｄは、図３に示すように、対応するＬＥＤ光源からの放射光の波長の光を反射し、当該放射光の波長よりも長い波長の光を透過するフィルタ特性を有していればよい。したがって、フィルタの設計および製作が容易となり、安価な構成とすることができる。
【0034】
さらに、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄの各々は、光軸Ｌに対して直交する方向から光を放射するように配置姿勢を揃えることができる。したがって、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄを容易かつ適切に配置することができる。
ここで、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄの各々は、金属からなるＬＥＤ用筐体内に、ＬＥＤとコリメートレンズとが収容された構成を有する。そして、ＬＥＤおよびコリメートレンズを収容した各ＬＥＤ用筐体は、金属からなる共通の筐体（本実施形態では、光学系用筐体１３１）の同一面上、図２においては、光学系用筐体１３１の同図上側の面、に固定されている。
このように、複数のＬＥＤ用筐体を共通の筐体の同一面上に固定することで、ＬＥＤ用筐体の配置精度を向上し、光学部品の配置精度を向上させることができる。したがって、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄからの放射光の光損失を低減することが可能となる。
ここで、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄの各々は、金属からなるＬＥＤ用筐体内に、ＬＥＤとコリメートレンズとが収容された構成を有する。そして、ＬＥＤおよびコリメートレンズを収容した各ＬＥＤ用筐体は、金属からなる共通の筐体（本実施形態では、光学系用筐体１３１）の同一面上、図２においては、光学系用筐体１３１の同図上側の面、に固定されている。
このように、複数のＬＥＤ用筐体を共通の筐体の同一面上に固定することで、ＬＥＤ用筐体の配置精度を向上し、光学部品の配置精度を向上させることができる。したがって、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄからの放射光の光損失を低減することが可能となる。
【0035】
また、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄが備えるＬＥＤは、それぞれ金属筐体内にコリメートレンズと共に収容されているため、ＬＥＤで発生した熱を金属筐体に伝導させることができ、ＬＥＤの温度上昇を抑制することができる。
同様に、レーザ励起光源１１０が備えるＬＤおよび蛍光体は、金属筐体内に蛍光を取り出す光学系と共に収容されているため、ＬＤや蛍光体で発生した熱を金属筐体に伝導させることができ、ＬＤや蛍光体の温度上昇を抑制することができる。さらに、ＬＤ用筐体１１１に光学系用筐体１３１を連結することで、レーザ励起光源１１０で発生する熱を伝導させる金属筐体の表面積を増やすことができ、排熱効率を向上させることができる。
また、ＬＥＤ用筐体をＬＤ用筐体１１０外に配置するので、ＬＤや蛍光体が発する熱が直接ＬＥＤに伝わることを抑制し、ＬＥＤの温度上昇を抑制することができる。
同様に、レーザ励起光源１１０が備えるＬＤおよび蛍光体は、金属筐体内に蛍光を取り出す光学系と共に収容されているため、ＬＤや蛍光体で発生した熱を金属筐体に伝導させることができ、ＬＤや蛍光体の温度上昇を抑制することができる。さらに、ＬＤ用筐体１１１に光学系用筐体１３１を連結することで、レーザ励起光源１１０で発生する熱を伝導させる金属筐体の表面積を増やすことができ、排熱効率を向上させることができる。
また、ＬＥＤ用筐体をＬＤ用筐体１１０外に配置するので、ＬＤや蛍光体が発する熱が直接ＬＥＤに伝わることを抑制し、ＬＥＤの温度上昇を抑制することができる。
【0036】
以上のように、本実施形態における光源装置１００は、レーザ励起光源１１０とＵＶ域を含む波長の異なる光を出射する複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄとを備えた小型な光源装置であって、ＵＶ域の光を安定して出力することができる光源装置とすることができる。
【0037】
（変形例）
上記実施形態において、ＬＥＤ光源から放射される光の波長および光源装置１００が備えるＬＥＤ光源の数は上述した波長および数に限定されない。光源装置１００が備えるＬＥＤ光源は、レーザ励起光源１１０から放射される蛍光とは異なる波長を有する光を放射する複数のＬＥＤ光源であって、紫外領域（ＵＶ域）の光を放射するＬＥＤ光源が含まれていればよい。
上記実施形態において、ＬＥＤ光源から放射される光の波長および光源装置１００が備えるＬＥＤ光源の数は上述した波長および数に限定されない。光源装置１００が備えるＬＥＤ光源は、レーザ励起光源１１０から放射される蛍光とは異なる波長を有する光を放射する複数のＬＥＤ光源であって、紫外領域（ＵＶ域）の光を放射するＬＥＤ光源が含まれていればよい。
【0038】
また、上記実施形態においては、複数のＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄを、レーザ励起光源１１０から見て波長の長いものから順に配置する場合について説明したが、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄの配置は上記に限定されない。
例えば、レーザ励起光源１１０を光源装置１００の光出射部から最も遠い位置、ＬＥＤ光源１２０Ａを光源装置１００の光出射部に最も近い位置に配置し、残りの複数のＬＥＤ光源の配置順を熱特性や定格入力電流などによって決定してもよい。熱特性に応じて配置順を決定する場合には、熱による出力低下の比率が大きいＬＥＤ光源ほどレーザ励起光源１１０から遠い位置に配置する。また、定格入力電流に応じて配置順を決定する場合には、定格入力電流が大きいＬＥＤ光源ほどレーザ励起光源１１０に近い位置（光出射部から遠い位置）に配置する。
例えば、レーザ励起光源１１０を光源装置１００の光出射部から最も遠い位置、ＬＥＤ光源１２０Ａを光源装置１００の光出射部に最も近い位置に配置し、残りの複数のＬＥＤ光源の配置順を熱特性や定格入力電流などによって決定してもよい。熱特性に応じて配置順を決定する場合には、熱による出力低下の比率が大きいＬＥＤ光源ほどレーザ励起光源１１０から遠い位置に配置する。また、定格入力電流に応じて配置順を決定する場合には、定格入力電流が大きいＬＥＤ光源ほどレーザ励起光源１１０に近い位置（光出射部から遠い位置）に配置する。
【0039】
さらに、上記実施形態においては、図２に光源装置１００の上面図を示すように、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄが水平方向に光を放射する場合について説明したが、光軸Ｌに対して直交する方向であれば、光を放射する方向は水平方向に限定されない。例えば、ＬＥＤ光源１２０Ａ～１２０Ｄは、光軸Ｌに対して上方向や下方向から光を放射してもよい。
【0040】
また、上記実施形態においては、光源装置１００が蛍光顕微鏡用の光源装置である場合について説明したが、光源装置１００は蛍光顕微鏡以外にも適用可能である。例えば、光源装置１００は、半導体検査用（例えば、半導体の耐光検査用）の光源装置や、材料検査用の光源装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【0041】
１００…光源装置、１０１…光ファイバ、１１０…レーザ励起光源、１１１…ＬＤ用筐体、１１２…冷却フィン、１２０Ａ～１２０Ｄ…ＬＥＤ光源、１２１ａ…ＬＥＤ用筐体、１２２ａ…ＬＥＤ、１２３ａ…コリメートレンズ、１２４ａ…コリメートレンズ、１３０…合成光学系、１３１…光学系用筐体、１３２ａ～１３２ｄ…干渉フィルタ（ダイクロイックミラー）、１３３…集光レンズ、２００…本体部、２０１…励起フィルタ、２０２…ダイクロイックミラー、２０３…対物レンズ、２０４…吸収フィルタ、２０５…接眼レンズ、２０６…光学アダプタ、３００…試料、１０００…蛍光顕微鏡システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】