(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】2023-11-13
(45)【発行日】2023-11-21
(54)【発明の名称】光源装置
(51)【国際特許分類】
F21S 2/00 20160101AFI20231114BHJP
F21V 7/28 20180101ALI20231114BHJP
F21V 7/26 20180101ALI20231114BHJP
F21V 8/00 20060101ALI20231114BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20231114BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20231114BHJP
【ＦＩ】
F21S2/00 311
F21V7/28 240
F21V7/26
F21V8/00 200
F21Y115:30
F21Y115:10
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020010188
(22)【出願日】2020-01-24
(65)【公開番号】P2021118086
(43)【公開日】2021-08-10
【審査請求日】2022-09-15
(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】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】三浦 雄一
【審査官】山崎 晶
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０２９８３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８６５０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７９７６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２１Ｓ ２／００
Ｆ２１Ｖ ７／２８
Ｆ２１Ｖ ７／２６
Ｆ２１Ｖ ８／００
Ｆ２１Ｙ １１５／３０
Ｆ２１Ｙ １１５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
主たる発光波長が第一波長帯に属する第一光を発する半導体レーザと、前記第一光が入射されると、主たる発光波長が前記第一波長帯とは異なる第二波長帯に属する第二光に変換して出射する蛍光体と、
前記第一光及び前記第二光が入射され、前記第一光と前記第二光のうちの一方を実質的に透過させて他方を実質的に反射させる第一ダイクロイックミラーと、
主たる発光波長が前記第一波長帯に属する第三光を発するＬＥＤと、
前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した前記第二光と前記第三光とが入射され、前記第二光を実質的に透過させて前記第三光を実質的に反射させる第二ダイクロイックミラーと、
前記第二ダイクロイックミラーで反射された前記第一光が入射される光遮蔽部とを備えたことを特徴とする、光源装置。
【請求項2】
前記第一ダイクロイックミラーと前記第二ダイクロイックミラーとの間に配置され、前記第一光及び前記第二光のうち、前記第二光を選択的に透過させる光学部材を備え、前記第二ダイクロイックミラーは、前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した後、前記光学部材を透過した前記第二光が入射され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】
前記光学部材は、前記第二光を実質的に透過させ、前記第一光を実質的に反射させる第三ダイクロイックミラーであ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】
前記第三ダイクロイックミラーで反射された前記第一光が入射される光遮蔽部を備えたことを特徴とする、請求項３に記載の光源装置。
【請求項5】
前記第一波長帯が４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項6】
前記第二波長帯が５００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下であ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】
前記第二光及び前記第三光が重畳された光を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光された光が入射される光ファイバとを備えたことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項8】
主たる発光波長が第一波長帯に属する第一光を発する半導体レーザと、前記第一光が入射されると、主たる発光波長が前記第一波長帯とは異なる第二波長帯に属する第二光に変換して出射する蛍光体と、
前記第一光及び前記第二光が入射され、前記第一光と前記第二光のうちの一方を実質的に透過させて他方を実質的に反射させる第一ダイクロイックミラーと、
主たる発光波長が前記第一波長帯に属する第三光を発するＬＥＤと、
前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した前記第二光と前記第三光とが入射され、前記第二光を実質的に反射させて前記第三光を実質的に透過させる第二ダイクロイックミラーと、
前記第二ダイクロイックミラーで透過された前記第一光が入射される光遮蔽部とを備えたことを特徴とする、光源装置。
【請求項9】
主たる発光波長が第一波長帯に属する第一光を発する半導体レーザと、
前記第一光が入射されると、主たる発光波長が前記第一波長帯とは異なる第二波長帯に属する第二光に変換して出射する蛍光体と、
前記第一光及び前記第二光が入射され、前記第一光と前記第二光のうちの一方を実質的に透過させて他方を実質的に反射させる第一ダイクロイックミラーと、
主たる発光波長が前記第一波長帯に属する第三光を発するＬＥＤと、
前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した前記第二光と前記第三光とが入射され、前記第二光と前記第三光のうちの一方を実質的に透過させて他方を実質的に反射させる第二ダイクロイックミラーと、
前記第一ダイクロイックミラーと前記第二ダイクロイックミラーとの間に配置され、前記第一光及び前記第二光のうち、前記第二光を選択的に透過させる光学部材を備え、
前記第二ダイクロイックミラーは、前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した後、前記光学部材を透過した前記第二光が入射されることを特徴とする、光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光源装置に関し、特に、波長変換部材を含む光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
蛍光顕微鏡は、観察対象となる試料に対して光を入射させて蛍光を生じさせ、この蛍光の光強度の大小によって試料を観察するための装置である。試料に応じて、光の吸収特性が異なることから、多くの種類の試料に対応できるために、広帯域の光が必要とされる。かかる観点から、従来、ショートアーク型の超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの放電ランプが用いられていた。
【0003】
これに対し、近年は、省エネルギー化、装置の小型化、光源の長寿命化などの観点から、蛍光顕微鏡用の光源として固体発光素子を利用することが検討されている。
【0004】
固体発光素子を用いて広帯域の光を生成するためには、原理的には、赤色光、緑色光、青色光を発するそれぞれのＬＥＤを準備し、各固体発光素子から出射される光を合成する方法が考えられる。しかし、現時点において、波長５００ｎｍ以上、５６０ｎｍ以下の帯域（緑色帯）の光を高輝度で出射することのできるＬＥＤは存在していない。このため、発光波長の異なるＬＥＤのみを用いて、蛍光顕微鏡用の光源を実現することは、現実的には困難である。
【0005】
このような事情から、緑色帯の光を発するＬＥＤの替わりに、例えば青色帯の光を発する半導体レーザなどの励起光源と、励起光源から出射された励起光を受けて波長４５０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の帯域を示す蛍光を発する蛍光体とを有する光源装置が提案されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１８－４０９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、本発明者の鋭意研究によれば、半導体レーザから出射された励起光としてのレーザ光の一部が観察試料に照射されることで、観察画像にスペックルノイズが発生し、画質が悪化してしまうことが確認された。これは、半導体レーザから出射されたレーザ光は、ＬＥＤ光と比べてコヒーレント性が極めて高いことに由来する。
【0008】
本発明は、上記の課題に鑑み、広帯域のスペクトルを示し、且つコヒーレント性の高い光の割合を低下させた光を生成可能な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】
【0009】
本発明に係る光源装置は、主たる発光波長が第一波長帯に属する第一光を発する半導体レーザと、
前記第一光が入射されると、主たる発光波長が前記第一波長帯とは異なる第二波長帯に属する第二光に変換して出射する蛍光体と、
前記第一光及び前記第二光が入射され、前記第一光と前記第二光のうちの一方を実質的に透過させて他方を実質的に反射させる第一ダイクロイックミラーと、
主たる発光波長が前記第一波長帯に属する第三光を発するＬＥＤと、
前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した前記第二光と前記第三光とが入射され、前記第二光と前記第三光のうちの一方を実質的に透過させて他方を実質的に反射させる第二ダイクロイックミラーとを備えたことを特徴とする。
前記第一光が入射されると、主たる発光波長が前記第一波長帯とは異なる第二波長帯に属する第二光に変換して出射する蛍光体と、
前記第一光及び前記第二光が入射され、前記第一光と前記第二光のうちの一方を実質的に透過させて他方を実質的に反射させる第一ダイクロイックミラーと、
主たる発光波長が前記第一波長帯に属する第三光を発するＬＥＤと、
前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した前記第二光と前記第三光とが入射され、前記第二光と前記第三光のうちの一方を実質的に透過させて他方を実質的に反射させる第二ダイクロイックミラーとを備えたことを特徴とする。
【0010】
本明細書において、「主たる発光波長」とは、最大ピーク値に対する強度が１／２以上を示す波長域を指す。
【0011】
本明細書において、光学フィルタやダイクロイックミラーなどが「光を実質的に透過させる」とは、入射された光の強度に対して透過光の強度が９０％以上であることを意味する。また、本明細書において、フィルタやダイクロイックミラーなどが「光を実質的に反射させる」とは、入射された光の強度に対して反射光の強度が９０％以上であることを意味する。
【0012】
上記構成によれば、光源装置からは、主たる発光波長が第二波長帯に属する、蛍光体から出射された第二光と、主たる発光波長が第一波長帯に属する、ＬＥＤから出射された第三光とが、重畳して出射される。第二光は、蛍光体から出射される蛍光であるため、半導体レーザから出射される第一光と比べて、波長帯域は広帯域である。更に、この第二光と、第一波長帯に属するＬＥＤからの第三光が重畳されることで、出射される光は極めて広帯域となる。
【0013】
半導体レーザからの第一光は、第一ダイクロイックミラーを介して蛍光体に導かれる。蛍光体で生成された、主たる発光波長が第二波長帯に属する第二光と、半導体レーザから出射された、主たる発光波長が第一波長帯に属する第一光とでは、第一ダイクロイックミラーに入射された後の、進行方向が変化する。すなわち、第一ダイクロイックミラーは、第一光を実質的に反射させて、第二光を実質的に透過させるか、又は、第一光を実質的に透過させて、第二光を実質的に反射させるように構成されている。
【0014】
ここで、第二光を生成するために入射される、半導体レーザからの第一光は、「発明が解決しようとする課題」の項で上述したように、コヒーレント性が高い光である。この第一光は、第一ダイクロイックミラーが介在することで、第三光が入射される領域である後段の光学系には実質的に導かれないように構成される。しかし、第一ダイクロイックミラーは、第一光を１００％完全に後段に導かないようにすることは、現実的には難しい。言い換えれば、数％程度の第一光は、第一ダイクロイックミラーを通過した後も、第二光と同方向に進行してしまう。
【0015】
しかし、上記構成によれば、この第二光の進行方向の後段に、第二ダイクロイックミラーが配置されている。この第二ダイクロイックミラーは、第一光と同じく主たる発光波長が第一波長帯に属する第三光を実質的に反射させて、第二光を実質的に透過させるか、又は、この第三光を実質的に透過させて、第二光を実質的に反射させるように構成されている。このため、第二光に重畳された、ごく一部の第一光が、第二光と同方向に進行して第二ダイクロイックミラーに入射されると、このごく一部の第一光のほとんどが第二光とは異なる方向に進行する。
【0016】
例えば、第一ダイクロイックミラー及び第二ダイクロイックミラーが、いずれも、主たる発光波長が第一波長帯に属する光を９５％反射させる構成であるとすれば、両ダイクロイックミラーを通過する第一光は、高々０．０３％程度となる。この結果、第二ダイクロイックミラーが存在しない場合と比べて、コヒーレント性の高い第一光が観察試料に照射される割合が大幅に低下される。なお、主たる発光波長が第一波長帯に属する第三光は、ＬＥＤから発せられる光であるため、この第三光が第二光に重畳された光についても、コヒーレント性は充分低い光であり、スペックルノイズを従来よりも低下させることが可能となる。
【0017】
前記光源装置は、前記第一ダイクロイックミラーと前記第二ダイクロイックミラーとの間に配置され、前記第一光及び前記第二光のうち、前記第二光を選択的に透過させる光学部材を更に備え、
前記第二ダイクロイックミラーは、前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した後、前記光学部材を透過した前記第二光が入射されるものとしても構わない。
前記第二ダイクロイックミラーは、前記第一ダイクロイックミラーを透過又は反射した後、前記光学部材を透過した前記第二光が入射されるものとしても構わない。
【0018】
かかる構成によれば、前記光学部材によって、第二ダイクロイックミラーに導かれる第一光の光量を更に低下させることができる。これにより、スペックルノイズを低下させる効果が更に高められる。
【0019】
前記光学部材は、前記第一光と前記第二光のうちの前記第二光を実質的に透過させることのできる光学フィルタで構成されていても構わない。
【0020】
また、前記光学部材は、前記第一光と前記第二光のうちの前記第二光を実質的に透過させ、前記第一光を実質的に反射させる第三ダイクロイックミラーであるものとしても構わない。
【0021】
この場合において、前記光源装置は、前記第三ダイクロイックミラーで反射された前記第一光が入射される光遮蔽部を備えるものとしても構わない。
【0022】
かかる構成によれば、第三ダイクロイックミラーで反射されたごくわずかな第一光が、光源装置の筐体等で反射されて、後段の光学系に導かれることが抑制される。光遮蔽部としては、例えば、筐体の壁面の一部を黒くした吸光体とすることができる。また、別の光遮蔽部の例としては、第三ダイクロイックミラーで反射された第一光が入射される面を拡散面にすると共に、拡散反射された光が筐体の内壁に入射されるよう、筐体に凹凸加工を施してなる構造を採用することができる。
【0023】
また、同様に、前記光源装置は、前記第二ダイクロイックミラーで反射された前記第一光が入射される光遮蔽部を備えるものとしても構わない。
【0024】
前記第一波長帯は４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下とすることができる。この場合において、前記第二波長帯は５００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下とすることができる。
【0025】
前記光源装置は、前記第二光及び前記第三光が重畳された光を集光する集光光学系と、前記集光光学系によって集光された光が入射される光ファイバとを備えるものとしても構わない。
【0026】
かかる構成によれば、第二光及び第三光が重畳され、コヒーレント性の高い第一光由来の光を実質的にほとんど含まない状態の光が、集光光学系を通じて光ファイバに入射される。この光が光ファイバを通じて観察試料に照射されることで、スペックルノイズが大幅に低下された観察画像を得ることができる。
【発明の効果】
【0027】
本発明の光源装置によれば、広帯域のスペクトルを示し、且つコヒーレント性の高い光の割合を低下させた光が生成できる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図2】第一実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す図面である。
【図3】半導体レーザから出射された第一光と蛍光体で生成された第二光とが重畳された光のスペクトルの一例を示す図面である。
【図4】第二光を含む光が第一ダイクロイックミラーを通過した後に得られる光のスペクトルを示す図面である。
【図6】同一条件で設計された、第一ダイクロイックミラー及び第二ダイクロイックミラーの分光透過率の一例を示すグラフである。
【図9】第一実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す別の図面である。
【図10A】光遮蔽部の一例を模式的に示す斜視図である。
【図10B】光遮蔽部の一例を模式的に示す斜視図である。
【図11】第二実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す図面である。
【図12】第三実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す図面である。
【図13】別実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す図面である。
【図14】別実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す図面である。
【図17】別実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す図面である。
【図18】別実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す図面である。
【図19】別実施形態の光学系モジュールの構造を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下において、本発明の光源装置の各実施形態につき、図面を参照して説明される。なお、以下の各図面はいずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致していない。また、各図面間においても、寸法比は必ずしも一致していない。
【0030】
［第一実施形態］
図１は、本発明の一実施形態である蛍光顕微鏡用の光源装置の構成を模式的に示す図面である。光源装置１は、筐体２内に配置された光学系モジュール３と、光ファイバ４とを備えている。光学系モジュール３によって生成された広帯域の光Ｌ０が、集光光学系５を介して光ファイバ４に集光して入射される。この光Ｌ０は、光ファイバ４内を導光された後、図示しない後段の光学系に入射される。この光は、観察対象の試料に励起光として照射され、蛍光画像が作成される。
図１は、本発明の一実施形態である蛍光顕微鏡用の光源装置の構成を模式的に示す図面である。光源装置１は、筐体２内に配置された光学系モジュール３と、光ファイバ４とを備えている。光学系モジュール３によって生成された広帯域の光Ｌ０が、集光光学系５を介して光ファイバ４に集光して入射される。この光Ｌ０は、光ファイバ４内を導光された後、図示しない後段の光学系に入射される。この光は、観察対象の試料に励起光として照射され、蛍光画像が作成される。
【0031】
後述されるように、光学系モジュール３によれば、広帯域で且つ低コヒーレントな光Ｌ０が生成される。
【0032】
図２は、光学系モジュール３の構造を模式的に示す図面である。光学系モジュール３は、半導体レーザ１１と、蛍光体１５と、ＬＥＤ１６と、第一ダイクロイックミラー２１と、第二ダイクロイックミラー２２を備えている。
【0033】
本実施形態において、半導体レーザ１１は、例えば主たる発光波長が４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の範囲内（「第一波長帯」に対応する。）に属する青色光（以下、「第一光Ｌ１」と称する。）を発する素子である。このような半導体レーザ１１としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの窒化物系半導体よりなる活性層を有するものを用いることができる。
【0034】
本実施形態において、蛍光体１５は、半導体レーザ１１から出射された第一光Ｌ１が入射されると、励起されて、例えば主たる発光波長が４５０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の範囲内（「第二波長帯」に対応する。）の蛍光（以下、「第二光Ｌ２」と称する。）を発する材料で構成されている。
【0035】
図３は、半導体レーザ１１から蛍光体１５に第一光Ｌ１が入射されて蛍光体１５から発せられる第二光Ｌ２と、第一光Ｌ１とが重畳された光のスペクトルの一例を示す図面である。実際には、半導体レーザ１１から出射された第一光Ｌ１の一部が、蛍光体１５によって反射される。よって、蛍光体１５からは、当該蛍光体１５で生成された第二光Ｌ２と、反射光としての第一光Ｌ１とが重畳された光が出射される。図３は、このように、第一光Ｌ１と第二光Ｌ２とが重畳された光のスペクトルの一例が図示されている。
【0036】
蛍光体１５の構造は限定されない。例えば、蛍光体１５は、蛍光体結晶よりなるものであっても構わないし、蛍光体結晶の粉末がバインダーによって結着されてなるものであっても構わない。蛍光体結晶としては、Ｃｅ：ＬｕＡＧ（Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12）等の希土類元素がドープされたＬｕＡＧ、Ｃｅ：ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）等の希土類元素がドープされたＹＡＧなどを用いることができる。これらの蛍光体結晶において、希土類元素のドープ量は、例えば０．５ｍｏｌ％程度である。
【0037】
蛍光体１５として、蛍光体結晶粉末がバインダーによって結着されてなるものを用いる場合には、蛍光体結晶粉末の平均粒径は、例えば１μｍ以上、６０μｍ以下である。また、蛍光体１５における蛍光体結晶粉末の割合は、例えば３０体積％以上、７０体積％以下である。また、バインダーとしては、ガラスなどの無機バインダー、シリコーン樹脂などの有機バインダーを用いることができる。
【0038】
図２に示すように、半導体レーザ１１から出射された第一光Ｌ１は、必要に応じて備えられたコリメートレンズ１２を介して平行光化された後、第一ダイクロイックミラー２１に入射される。本実施形態において、第一ダイクロイックミラー２１は、第一光Ｌ１を実質的に反射し、第二光Ｌ２を実質的に透過するように設計されている。本実施形態の例では、第一ダイクロイックミラー２１は、例えば４５°入射の場合に波長４４０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下の光を９５％以上反射し、波長５００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の光を９５％以上透過する。このような第一ダイクロイックミラー２１は、例えばガラス基板の上面に、高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜とが交互に積層されて形成される。
【0039】
上述したように、第一ダイクロイックミラー２１は、第一光Ｌ１を実質的に反射するように設計されているため、半導体レーザ１１から出射された第一光Ｌ１が第一ダイクロイックミラー２１に入射されると、第一ダイクロイックミラー２１で反射されて蛍光体１５の配置箇所に向かって進行する。光学系モジュール３は、必要に応じて集光光学系１３を備えている。集光光学系１３は、第一ダイクロイックミラー２１で反射された後の第一光Ｌ１を、蛍光体１５に向かって集光して出射する。これにより、蛍光体１５に対して輝度の高い第一光Ｌ１が入射される。
【0040】
上述したように、蛍光体１５は、第一光Ｌ１が入射されると励起して第二光Ｌ２を生成する。この第二光Ｌ２は、再び集光光学系１３を通過した後、第一ダイクロイックミラー２１に入射される。第一ダイクロイックミラー２１は、第二光Ｌ２を実質的に透過するように設計されているため、蛍光体１５から出射された第二光Ｌ２は、第一ダイクロイックミラー２１をそのまま透過して、後段の第二ダイクロイックミラー２２側に進行する。
【0041】
なお、蛍光体１５に入射された第一光Ｌ１の一部は、蛍光体１５で反射されて集光光学系１３側に進行する。この反射光を、「第一光Ｌ１ａ」と称する。図２では、図示の都合上、蛍光体１５に向かって進行する第一光Ｌ１を示す線と、蛍光体１５で反射された第一光Ｌ１ａを示す線とが、相互にずらして表記されている。以下の各図においても同様である。
【0042】
第一光Ｌ１ａは、第二光Ｌ２と重畳された状態で、集光光学系１３を通過した後、第一ダイクロイックミラー２１に入射される。ただし、上述したように、第一ダイクロイックミラー２１は、第一光Ｌ１の波長域、すなわち第一光Ｌ１ａの波長域を実質的に反射するように設計されている。このため、蛍光体１５で反射された第一光Ｌ１ａは、その大部分が第一ダイクロイックミラー２１で反射され（第一光Ｌ１ｂ）、後段の第二ダイクロイックミラー２２側にはほとんど進行しない。
【0043】
ところが、本発明者の鋭意研究によれば、第一ダイクロイックミラー２１の構造によっては、蛍光体１５で反射された第一光Ｌ１ａについても、第一ダイクロイックミラー２１を通過する光がある程度存在することが確認された。図４は、図３のスペクトルに示されている第二光Ｌ２を含む光が、第一ダイクロイックミラー２１を通過した後に得られる光のスペクトルを示す図面である。図３と比較して、第一光Ｌ１の強度は大幅に低下していることは確認されるものの、依然として第一光Ｌ１由来の光強度が現れていることが分かる。つまり、蛍光体１５で反射された後、第一ダイクロイックミラー２１に向かう第一光Ｌ１ａのうち、第一ダイクロイックミラー２１で反射された第一光Ｌ１ｂ以外に、第一ダイクロイックミラー２１を通過して進行する一部の光（第一光Ｌ１ｃ：図５参照）が存在する。なお、図５は、図２に示す図面に、第一ダイクロイックミラー２１を通過した第一光Ｌ１ｃの進行の状態を付加した図面である。図面上では、この第一光Ｌ１ｃは、第一光（Ｌ１，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ）よりも細い線幅で図示されているが、これは、第一光Ｌ１ｃの光強度が他の光よりも極めて小さいことを示す意図である。
【0044】
本実施形態の光学系モジュール３は、第一ダイクロイックミラー２１の後段に、第二ダイクロイックミラー２２を備えている。本実施形態では、このダイクロイックミラー２２には、ＬＥＤ１６から出射される光（以下、「第三光Ｌ３」と称する。）が入射される。
【0045】
ＬＥＤ１６は、例えば半導体レーザ１１と同様に、主たる発光波長が４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の範囲内（「第一波長帯」に対応する。）に属する青色光を発する素子である。このようなＬＥＤ１６としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの窒化物系半導体よりなる活性層を有するものを用いることができる。また、本実施形態において、第二ダイクロイックミラー２２は、第二光Ｌ２を実質的に透過し、第三光Ｌ３を実質的に反射するように設計されている。
【0046】
なお、半導体レーザ１１から出射される第一光Ｌ１の主たる発光波長と、ＬＥＤ１６から出射される第三光Ｌ３の主たる発光波長とが、共に第一波長帯に属する構成であればよい。このことは、第一光Ｌ１の主ピーク波長と第三光Ｌ３の主ピーク波長とが必ずしも同一ではないことを意味する。
【0047】
また、第二ダイクロイックミラー２２は、第一ダイクロイックミラー２１と同様に、第一波長帯に属する光を実質的に反射し、第二波長帯に属する光を実質的に透過する構成であればよい。すなわち、第二ダイクロイックミラー２２は、第一ダイクロイックミラー２１と同一の反射／透過条件で設計されたものでも構わないし、異なる反射／透過条件で設計されていても構わない。
【0048】
図６は、同一条件で設計された、第一ダイクロイックミラー２１及び第二ダイクロイックミラー２２の分光透過率の一例を示すグラフである。この図６に示す特性を示すダイクロイックミラー（２１，２２）は、波長５００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の光を実質的に透過する一方、波長４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の範囲内の光を実質的に反射する。なお、図６では、波長４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の範囲内の光に対しては、透過率が５％程度であることのみが示されているが、透過されなかった光がほぼ反射されていることから、上記波長域の光を実質的に反射する機能を有することが分かる。
【0049】
図２及び図５に示すように、ＬＥＤ１６から出射された第三光Ｌ３は、必要に応じて備えられたコリメートレンズ１７を介して平行光化された後、第二ダイクロイックミラー２２に入射される。その後、この第三光Ｌ３は、第二ダイクロイックミラー２２において実質的に反射され、後段の集光光学系５及び光ファイバ４（図１参照）の方向に向かって進行する。また、第一ダイクロイックミラー２１を透過して進行した第二光Ｌ２は、第二ダイクロイックミラー２２に入射されると実質的に透過するため、第三光Ｌ３と同様に進行する。
【0050】
一方、上述したように、第一ダイクロイックミラー２１を透過した、ごくわずかな光量の第一光Ｌ１ｃは、第二ダイクロイックミラー２２に入射されると、この第二ダイクロイックミラー２２によって実質的に反射される。この結果、第二光Ｌ２及び第三光Ｌ３とは異なる方向に進行するため、後段の集光光学系５及び光ファイバ４の方向には進行しない。
【0051】
第一ダイクロイックミラー２１及び第二ダイクロイックミラー２２が、それぞれ５％程度の第一光Ｌ１を透過するとした場合、第二ダイクロイックミラー２２を透過する第一光Ｌ１の割合は約０．０３％に留まり、ほとんどゼロに等しい。第二光Ｌ２及び第三光Ｌ３を含む全体の光Ｌ０（図１参照）に含まれる第一光Ｌ１の割合がこの程度であれば、この全体の光Ｌ０が光ファイバ４を介して観察対象の試料に照射されたとしても、スペックルノイズの発現にはほとんど寄与しない。
【0052】
一方、ＬＥＤ１６から出射される第三光Ｌ３は、半導体レーザ１１から出射される第一光Ｌ１とは異なり、コヒーレント性が低い。従って、この第三光Ｌ３が観察対象の試料に照射されたとしても、スペックルノイズの発現には寄与しない。
【0053】
よって、上記の構成によれば、主たる発光波長が第二波長帯に属する第二光Ｌ２と、主たる発光波長が第一波長帯に属する第三光Ｌ３とが重畳されてなる広帯域の光Ｌ０を、コヒーレント性が高い成分をほとんど除去した状態で生成することができる。これにより、スペックルノイズを従来よりも抑制可能な蛍光顕微鏡用光源が実現される。
【0054】
図７は、図２及び図５に示す光学系モジュール３において、ＬＥＤ１６を消灯した状態で第二ダイクロイックミラー２２を通過した光のスペクトルを示す図面である。図４と比較して、第一光Ｌ１由来の光強度が大きく低下されていることが確認される。また、図８は、図２及び図５に示す光学系モジュール３において、ＬＥＤ１６を点灯した状態で第二ダイクロイックミラー２２を通過した光のスペクトルを示す図面である。コヒーレント性の低い第三光Ｌ３が第二光Ｌ２と重畳されることで、コヒーレント性の高い第一光Ｌ１由来の光が抑制された状態で、広帯域の光が得られていることが確認される。
【0055】
なお、図９に示すように、第二ダイクロイックミラー２２で反射されたごく僅かな第一光Ｌ１ｃが、光ファイバ４などが配置されている後段の光学系に向かって進行しないよう、光遮蔽部３０を備えるものとしても構わない。この光遮蔽部３０としては、例えば、筐体２の壁面の一部を黒くした吸光体とすることができる。また、別の光遮蔽部３０の例としては、筐体２の壁面の一部の面を拡散面にすると共に、拡散反射された光が筐体２の内壁に入射されるよう、筐体２に凹凸加工を施してなる構造を採用することができる。
【0056】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、光遮蔽部３０の一例を模式的に示す斜視図である。図１０Ａと図１０Ｂは、それぞれ見る方向が異なっている。図１０Ａ及び図１０Ｂに示す例では、筐体２の壁面の一部が、第二ダイクロイックミラー２２側に向けて彫り込まれている。これにより、第二ダイクロイックミラー２２で反射された第一光Ｌ１ｃが、筐体２の壁面２ａに入射された後、この壁面２ａで散乱反射しても、光遮蔽部３０を構成する凹部領域内の筐体２の壁面に入射されるため、後段の光学系に向かって進行することが抑制される。
【0057】
なお、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す例では、筐体２の一部が第二ダイクロイックミラー２２側に向かって彫り込まれることで、第二ダイクロイックミラー２２の端部位置と筐体２の壁面との間の距離が接近する。このため、光遮蔽部３０として機能する筐体２の壁面の一部を、第二ダイクロイックミラー２２の保持のために利用することもできる。
【0058】
［第二実施形態］
本発明の光源装置の第二実施形態について、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。なお、以下の各実施形態では、第一実施形態と共通の要素については同一の符号を付し、その説明が適宜割愛される。
本発明の光源装置の第二実施形態について、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。なお、以下の各実施形態では、第一実施形態と共通の要素については同一の符号を付し、その説明が適宜割愛される。
【0059】
図１１は、本実施形態の光源装置１が備える光学系モジュール３の構造を模式的に示す図面である。本実施形態では、第一実施形態と比較して、更に第三ダイクロイックミラー２３を備えている点が異なる。この第三ダイクロイックミラー２３は、「光学部材」に対応する。
【0060】
第三ダイクロイックミラー２３は、第一ダイクロイックミラー２１と同様に、第一波長帯に属する光を実質的に反射し、第二波長帯に属する光を実質的に透過する構成である。すなわち、第三ダイクロイックミラー２３は、第一ダイクロイックミラー２１と同一の反射／透過条件で設計されたものでも構わないし、異なる反射／透過条件で設計されていても構わない。
【0061】
本実施形態の光学系モジュール３によれば、第一ダイクロイックミラー２１を透過した、ごくわずかな光量の第一光Ｌ１ｃは、第三ダイクロイックミラー２３に入射されると、この第三ダイクロイックミラー２３によって実質的に反射される。この結果、第二光Ｌ２とは異なる方向に進行するため、後段の第二ダイクロイックミラー２２の方向に進行しない。
【0062】
そして、本実施形態の構成によれば、仮に極めてわずかな光量の第一光Ｌ１ｃが第三ダイクロイックミラー２３を通過したとしても、更に後段に配置された第二ダイクロイックミラー２２によって実質的に反射され、第二光Ｌ２とは進行方向を変化させられる。この結果、本実施形態の光学系モジュール３によれば、第一実施形態の構成と比較して、更に、コヒーレント性が高い成分が除去された広帯域の光Ｌ０を生成することができる。
【0063】
なお、図１１に示す光学系モジュール３は、第三ダイクロイックミラー２３で反射されたごく僅かな第一光Ｌ１ｃが、第二ダイクロイックミラー２２に向かって進行しないよう、光遮蔽部３０を備えている。ただし、光学系モジュール３が光遮蔽部３０を備えるか否かは任意である。また、第一実施形態と同様に、第二ダイクロイックミラー２２で反射されたごく僅かな第一光Ｌ１ｃが、集光光学系５や光ファイバ４などが配置されている後段の光学系に向かって進行しないよう、光遮蔽部３０を備えるものとしても構わない。以下の各実施形態においても同様である。
【0064】
［第三実施形態］
本発明の光源装置の第三実施形態について、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。
本発明の光源装置の第三実施形態について、第一実施形態と異なる箇所を中心に説明する。
【0065】
図１２は、本実施形態の光源装置１が備える光学系モジュール３の構造を模式的に示す図面である。本実施形態では、第一実施形態と比較して、更に光学フィルタ２５を備えている点が異なる。この光学フィルタ２５は、「光学部材」に対応する。
【0066】
光学フィルタ２５は、第二波長帯に属する光を実質的に透過する一方、第一波長帯に属する光を実質的に透過しないように設計されている。光学フィルタ２５は、第一波長帯に属する光を実質的に吸収するものとしても構わないし、反射するものとしても構わない。
【0067】
本実施形態の光学系モジュール３によれば、第一ダイクロイックミラー２１を透過した、ごくわずかな光量の第一光Ｌ１ｃは、光学フィルタ２５に入射されると、この光学フィルタ２５を実質的に透過できないため、後段の第二ダイクロイックミラー２２の方向に進行しない。一方、第二光Ｌ２は、光学フィルタ２５を実質的に透過して第二ダイクロイックミラー２２に向かって進行する。
【0068】
そして、本実施形態の構成においても、第二実施形態と同様に、仮に極めてわずかな光量の第一光Ｌ１ｃが光学フィルタ２５を通過したとしても、更に後段に配置された第二ダイクロイックミラー２２によって実質的に反射され、第二光Ｌ２とは進行方向を変化させられる。この結果、本実施形態の光学系モジュール３によれば、第一実施形態の構成と比較して、更に、コヒーレント性が高い成分が除去された広帯域の光Ｌ０を生成することができる。
【0069】
なお、第二実施形態の光源装置１が、第三ダイクロイックミラー２３に加えて光学フィルタ２５を備えるものとしても構わない。
【0070】
［別実施形態］
本発明の光源装置の別実施形態につき、以下説明する。なお、以下の各図面では、図示の都合上、蛍光体１５で反射された第一光Ｌ１ａ、及びこの第一光Ｌ１ａ由来の光（Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ等）の図示を省略することがある。また、以下の別実施形態は、上述した各実施形態の構成と適宜組み合わせることが可能である。
本発明の光源装置の別実施形態につき、以下説明する。なお、以下の各図面では、図示の都合上、蛍光体１５で反射された第一光Ｌ１ａ、及びこの第一光Ｌ１ａ由来の光（Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ等）の図示を省略することがある。また、以下の別実施形態は、上述した各実施形態の構成と適宜組み合わせることが可能である。
【0071】
〈１〉図１３に示すように、半導体レーザ１１とＬＥＤ１６とが同一の側（図面上の＋Ｚ側）に配置されるものとしても構わない。この場合、第一ダイクロイックミラー２１の反射面と第二ダイクロイックミラー２２の反射面とは相互に非平行となる。かかる構成によれば、熱源となる半導体レーザ１１とＬＥＤ１６とが同一側に配置されるため、同一の冷却面で冷却することができる。
【0072】
〈２〉図１４に示すように、光学系モジュール３は、ＬＥＤ１６とは異なる波長域の光Ｌ４を発するＬＥＤ４１を更に備えるものとしても構わない。図１４に示す光学系モジュール３は、第一実施形態と比較して、ＬＥＤ４１及びダイクロイックミラー４１ａを更に備えている。
【0073】
ダイクロイックミラー４１ａは、ＬＥＤ４１から出射される光Ｌ４を実質的に反射する一方、第二光Ｌ２及び第三光Ｌ３を実質的に透過するように設計されている。現実的には、ＬＥＤ４１から出射される光Ｌ４は、第三光Ｌ３よりも短波長帯の光である。すなわち、ダイクロイックミラー４１ａは、第一ダイクロイックミラー２１及び第二ダイクロイックミラー２２と比較して、より短波長の光を透過するように設計されている。図１５は、図６にならって図示された、ダイクロイックミラー４１ａの分光透過率の一例を示すグラフである。なお、図１５は、図６で図示された第一ダイクロイックミラー２１及び第二ダイクロイックミラー２２の分光透過率の一例を示すグラフに重ね合わせられて図示されている。
【0074】
かかる構成によれば、上記各実施形態の光源装置１に比べて、より短波長の光Ｌ４が重畳された光が生成されるため、より広帯域の光が生成される。図１６は、ＬＥＤ１６及びＬＥＤ４１を点灯した状態でダイクロイックミラー４１ａを透過した光のスペクトルを示す図面である。この光に、コヒーレント性の高い第一光Ｌ１由来の光が含まれないことは、上述した通りである。
【0075】
なお、光学系モジュール３は、更に別の波長帯のＬＥＤを備えるものとしても構わない。
【0076】
〈３〉上記各実施形態では、第一ダイクロイックミラー２１が、第一光Ｌ１を実質的に反射する一方、第二光Ｌ２を実質的に透過するものとした。しかし、逆に、第一ダイクロイックミラー２１が、第一光Ｌ１を実質的に透過する一方、第二光Ｌ２を実質的に反射する構成であっても構わない。図１７は、この別実施形態の光源装置１が備える光学系モジュール３の構造を、図５にならって模式的に示す図面である。
【0077】
この実施形態の光学系モジュール３では、半導体レーザ１１から出射された第一光Ｌ１は、第一ダイクロイックミラー２１を透過して蛍光体１５に入射される。蛍光体１５で生成された第二光Ｌ２は、第一ダイクロイックミラー２１で反射されて第二ダイクロイックミラー２２に導かれる。また、蛍光体１５で反射された第一光Ｌ１ａは、そのほとんどが第一ダイクロイックミラー２１を透過して半導体レーザ１１側に進行する（第一光Ｌ１ｂ）。ただし、数％程度の第一光Ｌ１ａは、第一ダイクロイックミラー２１では反射され（第一光Ｌ１ｃ）、第二ダイクロイックミラー２２に導かれる。
【0078】
図１７に示す光学系モジュール３の構成であっても、第二ダイクロイックミラー２２によって、第一光Ｌ１ｃが第二光Ｌ２とは進行方向を変更させられるため、第一実施形態と同様に、コヒーレント性が高い成分をほとんど除去した状態の広帯域の光を後段の光学系に導くことができる。
【0079】
〈４〉上記第二実施形態（図１１参照）では、第三ダイクロイックミラー２３が、第一光Ｌ１を実質的に反射する一方、第二光Ｌ２を実質的に透過するものとした。しかし、逆に、第三ダイクロイックミラー２３が、第一光Ｌ１を実質的に透過する一方、第二光Ｌ２を実質的に反射する構成であっても構わない。図１８は、この別実施形態の光源装置１が備える光学系モジュール３の構造を、図１１にならって模式的に示す図面である。
【0080】
この実施形態の光学系モジュール３では、蛍光体１５で生成された第二光Ｌ２は、第三ダイクロイックミラー２３で反射されて第二ダイクロイックミラー２２に導かれる。また、また、蛍光体１５で反射された第一光Ｌ１ａは、そのほとんどが第一ダイクロイックミラー２１で反射されて半導体レーザ１１側に進行するが（第一光Ｌ１ｂ）、数％程度の第一光Ｌ１ａは、第一ダイクロイックミラー２１を透過して（第一光Ｌ１ｃ）、第三ダイクロイックミラー２３に導かれる。
【0081】
そして、このごく僅かな光量の第一光Ｌ１ｃは、第三ダイクロイックミラー２３によって実質的に透過されるため、第三ダイクロイックミラー２３によって第二光Ｌ２とは進行方向が変更させられる。この結果、第三ダイクロイックミラー２３から第二ダイクロイックミラー２２に向かう光は、実質的に第二光Ｌ２由来の光となる。そして、第二ダイクロイックミラー２２によって、ＬＥＤ１６から出射された第三光Ｌ３と重ね合わせられることで、コヒーレント性が高い成分をほとんど除去した状態の広帯域の光が後段の光学系に導かれる。
【0082】
なお、図１８に示す光学系モジュール３において、仮に第三ダイクロイックミラー２３でごくわずかな第一光Ｌ１ｃが反射して、第二光Ｌ２と同方向に進行したとしても、この第一光Ｌ１ｃは、更に後段に配置されている第二ダイクロイックミラー２２で反射される。この結果、ごく僅かな光量からなる第一光Ｌ１ｃは、第二光Ｌ２や第三光Ｌ３とは異なる進行方向に向かって進行するため、後段の光学系に導かれることはない。これにより、第一実施形態の構成と比較して、更に、コヒーレント性が高い成分が除去された広帯域の光Ｌ０を生成することができる。
【0083】
〈５〉上記各実施形態では、第二ダイクロイックミラー２２が、第二光Ｌ２を実質的に透過する一方、第三光Ｌ３を実質的に反射するものとした。しかし、逆に、第二ダイクロイックミラー２２が、第三光Ｌ３を実質的に透過する一方、第二光Ｌ２を実質的に反射する構成であっても構わない。図１９は、この別実施形態の光源装置１が備える光学系モジュール３の構造を、図２にならって模式的に示す図面である。
【0084】
この場合、ＬＥＤ１６から出射された第三光Ｌ３は、第二ダイクロイックミラー２２を透過して進行する。また、蛍光体１５から出射され第一ダイクロイックミラー２１を経て第二ダイクロイックミラー２２に入射された第二光Ｌ２は、第二ダイクロイックミラー２２で反射され、第三光Ｌ３と重畳される。
【0085】
一方、第一ダイクロイックミラー２１を通過した、ごく僅かの第一光Ｌ１ｃは、第二ダイクロイックミラー２２に入射されると、実質的に透過して進行する。この結果、上記各実施形態と同様に、第一光Ｌ１ｃが第二光Ｌ２とは進行方向を変更させられるため、コヒーレント性が高い成分をほとんど除去した状態の広帯域の光を後段の光学系に導くことができる。
【0086】
〈６〉光学系モジュール３は、複数個の半導体レーザ１１を備えるものとしても構わない。同様に、光学系モジュール３は、複数個のＬＥＤ１６を備えるものとしても構わない。
【0087】
〈７〉半導体レーザ１１から出射される第一光Ｌ１は、青色光には限定されない。第一光Ｌ１は、蛍光体１５を励起して、第一光Ｌ１とは異なる波長域の第二光Ｌ２を生成することが可能な光であればよい。
【0088】
〈８〉光学系モジュール３を含む光源装置１は、蛍光顕微鏡用の光源には限定されない。本発明の光源装置１は、広帯域で低コヒーレントな光を利用することが想定されている、種々のアプリケーションに利用することができる。なお、光源装置１が光ファイバ４及び集光光学系５を備えるか否かは任意である。
【符号の説明】
【0089】
１ ：光源装置
２ ：筐体
２ａ ：壁面
３ ：光学系モジュール
４ ：光ファイバ
５ ：集光光学系
１１ ：半導体レーザ
１２ ：コリメートレンズ
１３ ：集光光学系
１５ ：蛍光体
１６ ：ＬＥＤ
１７ ：コリメートレンズ
２１ ：第一ダイクロイックミラー
２２ ：第二ダイクロイックミラー
２３ ：第三ダイクロイックミラー
２５ ：光学フィルタ
３０ ：光遮蔽部
４１ ：ＬＥＤ
４１ａ ：ダイクロイックミラー
Ｌ０ ：光
Ｌ１（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ） ：第一光
Ｌ２ ：第二光
Ｌ３ ：第三光
Ｌ４ ：光
２ ：筐体
２ａ ：壁面
３ ：光学系モジュール
４ ：光ファイバ
５ ：集光光学系
１１ ：半導体レーザ
１２ ：コリメートレンズ
１３ ：集光光学系
１５ ：蛍光体
１６ ：ＬＥＤ
１７ ：コリメートレンズ
２１ ：第一ダイクロイックミラー
２２ ：第二ダイクロイックミラー
２３ ：第三ダイクロイックミラー
２５ ：光学フィルタ
３０ ：光遮蔽部
４１ ：ＬＥＤ
４１ａ ：ダイクロイックミラー
Ｌ０ ：光
Ｌ１（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ） ：第一光
Ｌ２ ：第二光
Ｌ３ ：第三光
Ｌ４ ：光
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】