JP2007311114A - 白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系、及びそれを備えた光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】病理診断分野等、被観察物体の色に基づいて被観察物体の状態を診断・検出等する分野において、照明光源として白色ＬＥＤを用いても、従来のハロゲン光源を用いた場合と同様の診断基準を継続して使用することができ、判断者の負担を軽減すると共に、診断基準の取り違えによる誤診を防ぐことの可能な、白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系、及びそれを備えた光学装置を提供する。
【解決手段】白色光を発する固体発光素子２を用いた照明光学系において、固体発光素子２が発する白色光に内在する複数のピーク波長に対応して、各ピーク波長を含む所定波長領域ごとの透過率が段差を有して変化し、固体発光素子２から発した白色光の波長分布を昼光色の波長分布に近似させる光学特性を持つ波長分布変換素子１１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、生物・医療用、工業用の照明装置、内視鏡、手術用顕微鏡などに用いられる、白色ＬＥＤなどの白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系、及びそれを備えた光学装置に関する。

従来、一般的な顕微鏡等に用いられる照明光学系は、例えば、図８に示すように、照明光を発する光源２と光源２から発せられる発散光を略平行光に変換するコレクタレンズ３とを備えたランプハウス１と、このランプハウス１からの照明光を均一な分布になるようにする、いわゆる昼光色に近似させるためのＬＢＤフィルタ（Light Balanced Daylight）９と、被照明面である標本面８と共役な位置に配置されていて照明範囲を限定する視野絞り４と、ランプハウス１から出射した略平行光を集束光へと変換するフィールドレンズ５と、開口絞り６と、フィールドレンズ５を経た光を標本面８へ照射するコンデンサレンズ７とを有している。そして、コレクタレンズ３と、フィールドレンズ５を介して、光源２の像を、コンデンサレンズ７の入射側焦点位置に配置された開口絞り６に投影し、開口絞り６に集光された光を、コンデンサレンズ７を介して、標本面８へと照射するように構成されている。光源２としては、主にハロゲン光源が用いられている。

しかるに、近年、照明光学系用の光源として、ＬＥＤなどの固体発光素子が注目されている。ＬＥＤは小型、低消費電力、超寿命などの利点があり、特に従来のハロゲン光源に替わる光源として白色光を発するＬＥＤ（白色ＬＥＤ）の開発が進められている。
白色ＬＥＤを用いた照明光学系としては、例えば、次の特許文献１、２に記載のものが提案されている。
特表２００２−５４３４５３号公報 特開２００５−１４８２９６号公報

ところで、生物・医療分野における、照明光学系を備えた顕微鏡を用いて行う病理切片等の診断においては、観察した細胞標本の色に基づいて病気であるか否かの判断がなされる。
このとき、照明光源の波長分布が、顕微鏡によって異なると、同じ標本を観察した場合であっても、目視やＣＣＤなどの固体撮像素子を介して観察された被観察対象の色が異なり、診断結果に誤りを生じさせてしまうおそれがある。

このため、診断用の照明光源には、一様の波長分布を持つことが重要であり、上述した白色ＬＥＤのような新規な光源を用いた場合であっても、従来から使用されているハロゲン光源からの光を均一な分布にするためのＬＢＤフィルタとを組み合わせることによって得られる昼光色の波長分布（例えば、図１０において破線で示すような波長分布）と同様の波長分布を持つことが求められる。

しかるに、ＬＥＤは、発光素子単体では単波長の光しか発光しない。そして、白色ＬＥＤは、発光素子の発する単波長の光を励起光として用いて蛍光色素を励起し、蛍光色素から発せられる励起光よりも長い波長の蛍光と、励起用でない発光素子からの単波長の光とを混合することによって、白色光を得るように構成されている。

しかし、このように構成された白色ＬＥＤなどの白色光を発する固体発光素子の場合、一見しただけでは白色に見える光の波長分布は、例えば図９における実線や図１０における一点鎖線で示すように、発光素子の発する単波長のピークと、蛍光色素の発する蛍光波長のピークとを持ち、例えば図１０における実線で示すような従来より照明光源として用いられているハロゲン光源の波長分布とは大きく異なる。

このため、特許文献１、２等に記載の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系では、例えば、照明光源として白色ＬＥＤを用いた顕微鏡による病理切片等の診断において、ハロゲン光源を用いた顕微鏡による被観察物体の色に基づく診断基準をそのまま用いることができず、ハロゲン光源を用いた顕微鏡による被観察物体の色に基づく診断基準とは別個の診断基準を設ける必要がある。しかし、照明光源を、従来のハロゲン光源から白色ＬＥＤに替えた場合など、従来のハロゲン光源を用いた顕微鏡による診断と白色ＬＥＤを用いた顕微鏡による診断とが混在するような場合において、使用する光源に応じて異なる診断基準で診断しなければならないのでは、診断者の負担が増大し、診断基準を取り違えて誤診を生じるおそれがある。

また、工業系の分野においても、従来のハロゲン光源を用いた顕微鏡による検査と白色ＬＥＤを用いた顕微鏡による検査とが混在するような場合には、例えば、複数の層からなる磁気ヘッドの欠陥を色により検出するような場合に、生物・医療分野と同様に、不都合を生じる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、被観察物体の色に基づいて被観察物体の状態を診断・検出等する分野において、照明光源として白色ＬＥＤを用いても、従来のハロゲン光源を用いた場合と同様の診断基準を継続して使用することができ、判断者の負担を軽減すると共に、診断基準の取り違えによる誤診を防ぐことの可能な、白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系、及びそれを備えた光学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、本発明による白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系は、前記固体発光素子が発する白色光に内在する複数のピーク波長に対応して、前記各ピーク波長を含む所定波長領域ごとの透過率が段差を有して変化し、前記固体発光素子から発した白色光の波長分布を昼光色の波長分布に近似させる光学特性を持つ波長分布変換素子を、有することを特徴としている。

また、本発明の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系においては、前記波長分布変換素子が、それぞれの前記ピーク波長を含む所定波長領域における透過率が、ピーク波長を含まない所定波長領域における透過率に比べて低くなるように構成された光学素子からなるのが好ましい。

また、本発明の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系においては、前記波長分布変換素子が、前記複数のピーク波長のうちの一つのピーク波長を含む所定波長領域における透過率が他の波長領域に比べて低くなるように構成された光学素子を、前記ピーク波長の数に対応して、複数個組み合わせてなるのが好ましい。

また、本発明による白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系は、次の条件式(1)を満足する波長領域における所定波長値λ１を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長値λ２よりも短い所定波長領域での透過率とが段差を有するとともに、次の条件式(2)を満足する波長領域における所定波長値λ２を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長値λ２よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率とが段差を有し、前記固体発光素子から発した白色光の波長分布を昼光色の波長分布に近似させる光学特性を持つ波長分布変換素子を、有することを特徴としている。
４８０ｎｍ≦λ１≦５２０ｎｍ …(1)
５８０ｎｍ≦λ２≦６２０ｎｍ …(2)

また、本発明の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系においては、前記波長分布変換素子は、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率が、前記所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率に比べて低く、且つ、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長領域λ２よりも短い所定波長領域での透過率が、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率に比べて低くなるように構成された光学素子からなるのが好ましい。

また、本発明の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系においては、前記波長分布変換素子は、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長領域λ２よりも短い所定波長領域での透過率が、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率に比べて高く、前記所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率に比べて低くなるように構成された光学素子からなるのが好ましい。

また、本発明の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系においては、前記波長分布変換素子は、前記所定波長値λ１を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ１よりも長い所定波長領域での透過率とが段差を有する第１の光学素子と、前記所定波長値λ１を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長値λ２よりも短い所定波長領域での透過率とが段差を有するとともに、前記所定波長値λ２を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長値λ２よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率とが段差を有する第２の光学素子とを、組み合わせてなるのが好ましい。

また、本発明の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系においては、前記第１の光学素子は、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率が、前記所定波長値λ１よりも長い波長領域での透過率に比べて低くなるように構成され、且つ、前記第２の光学素子は、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長領域λ２よりも短い所定波長領域での透過率が、該所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率及び該所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率に比べて低くなるように構成されているのが好ましい。

また、本発明による光学装置は、上記いずれかの本発明の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、被観察物体の色に基づいて被観察物体の状態を診断・検出等する分野において、照明光源として白色ＬＥＤを用いても、従来のハロゲン光源を用いた場合と同様の診断基準を継続して使用することができ、判断者の負担を軽減すると共に、診断基準の取り違えによる誤診を防ぐことの可能な、白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系、及びそれを備えた光学装置が得られる。

図１は本発明の一実施形態にかかる白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系の概略構成を示す説明図、図２は図１の照明光学系における第１の構成例にかかる白色ＬＥＤの分光強度分布、波長分布変換素子の透過率分布、及びそれらを組み合わせることによって得られる分光強度分布を示すグラフ、図３は図１の照明光学系における第２の構成例にかかる白色ＬＥＤの分光強度分布、波長分布変換素子の透過率分布、及びそれらを組み合わせることによって得られる分光強度分布を示すグラフである。

本実施形態の照明光学系は、図８に示した照明光学系における光路上のＬＢＤフィルタ９が配置されていた位置に波長分布変換素子１１を有して構成されている。また、光源２には、白色ＬＥＤが用いられている。
波長分布変換素子１１は、固体発光素子が発する白色光に内在する複数のピーク波長に対応して、その各ピーク波長を含む所定波長領域ごとの透過率が段差を有して変化し、その固体発光素子から発した白色光の波長分布を昼光色の波長分布に近似させる光学特性を持つように構成されている。また、波長分布変換素子１１は、それぞれのピーク波長を含む所定波長領域における透過率が、ピーク波長を含まない所定波長領域における透過率に比べて低くなるように構成されている。

ここで、波長分布変換素子１１の具体的な構成例について説明する。
光源２として用いられる白色ＬＥＤの波長分布は、例えば図９における実線や図１０における一点鎖線で示すように、発光素子の発する単波長のピーク波長と、蛍光色素の発する蛍光波長のピーク波長というように複数のピーク波長を持っている。
一方、ハロゲン光源の波長分布は、例えば図１０における実線で示すように、例えば図９における実線や図１０における一点鎖線で示すような白色ＬＥＤの波長分布とは大きく異なる。そして、ハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた場合に得られる波長分布は、例えば図１０において破線で示すように、診断等に使用される昼光色に近似されている。
このように、白色ＬＥＤの波長分布は、ハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた場合の波長分布とは大きく異なるために、演色性が異なる。このため、白色ＬＥＤをそのまま照明光源に用いた照明光学系を介して観察を行った場合には、病理診断分野等の標本の色で判断する分野における判断基準が異なってしまうことになる。
そこで、本発明の照明光学系は、白色光源のピーク波長を含む所定波長領域の透過率を低減することによって、極力、ハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた昼光色の波長分布に近付けている。

ハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた場合と同等の色合いを再現するためには、赤色（６５０〜７００ｎｍ）の強度を相対的に上げる必要がある。また、例えば図９における実線や図１０における一点鎖線で示すように、一般的に白色ＬＥＤは、４５０ｎｍ近傍の発光部からの励起光と、５５０ｎｍ近傍をピークとする蛍光色素の発する蛍光の強度が強い。
そこで、本実施形態では、４００〜５００ｎｍ、５００〜６００ｎｍの波長の光を一定の比率で減光する例えばフィルタなどの光学素子を波長分布変換素子１１として用いている。

第１の構成例にかかる波長分布変換素子１１は、ピーク波長を含む所定波長領域における透過率が、ピーク波長を含まない所定波長領域における透過率に比べて低くなるように構成された、一つの光学素子１１ａで構成されている。
光学素子１１ａは、例えば、フィルタで構成されており、図２(a)，(b)に示すように、５００ｎｍ近傍を境として、透過率が変化し、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率と、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率とが段差を有している。
また、光学素子１１ａは、６００ｎｍ近傍を境として、透過率が変化し、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率と、６００ｎｍよりも長い波長領域での透過率とが段差を有している。

そして、図２(a)に示す光学素子１１ａは、第１の構成例にかかる波長分布変換素子１１の一例であり、光源２が図９において実線で示すような波長特性を持つ白色ＬＥＤである場合において、その白色ＬＥＤに組み合わせることによって昼光色の波長分布が得られるようにしたものであって、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率が、６００ｎｍよりも長い波長領域での透過率に比べて低く、且つ、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率が、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率に比べて低くなるように構成されている。

また、図２(b)に示す光学素子１１ａは、第１の構成例にかかる波長分布変換素子１１の他の例であり、光源２が図１０において一点鎖線で示すような波長特性を持つ白色ＬＥＤである場合において、その白色ＬＥＤに組み合わせることによって昼光色の波長分布が得られるようにしたものであって、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率が、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率に比べて高く、６００ｎｍよりも長い波長領域での透過率に比べて低くなるように構成されている。

第２の構成例にかかる波長分布変換素子１１は、複数のピーク波長のうちの一つのピーク波長を含む所定波長領域における透過率が、ピークは波長を含まない所定波長領域における透過率に比べて低くなるように構成された光学素子１１ｂ₁、・・・、１１ｂ_nを、ピーク波長の数（ｎ）に対応して、複数個（ｎ個）組み合わせて構成されている。
図３(a)，(b)は第２の構成例にかかる光学素子１１ｂ₁、・・・、１１ｂ_nの例をそれぞれ示したものである。図３の例では、ピーク波長は２つ（即ち、上記ｎ＝２）であり、波長分布変換素子１１は、第１の光学素子１１ｂ₁と第２の光学素子１１ｂ₂とで構成されている。
第１の光学素子１１ｂ₁は、例えば、フィルタで構成されており、５００ｎｍ近傍を境として透過率が変化し、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率と、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率とが段差を有している。
第２の光学素子１１ｂ₂は、例えば、フィルタで構成されており、５００ｎｍ近傍を境として、透過率が変化し、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率と、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率とが段差を有するとともに、６００ｎｍ近傍を境として、透過率が変化し、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率と、６００ｎｍよりも長い波長領域での透過率とが段差を有している。
また、第１の光学素子１１ｂ₁は、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率が、５００ｎｍよりも長い波長領域での透過率に比べて低くなるように構成されている。
また、第２の光学素子１１ｂ₂は、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率が、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率及び６００ｎｍよりも長い波長領域での透過率に比べて低くなるように構成されている。

そして、図２(a)に示す第１の光学素子１１ｂ₁と第２の光学素子１１ｂ₂との組み合わせは、第２の構成例に係る波長分布変換素子１１の一例であり、光源２が図９において実線で示すような波長特性を持つ白色ＬＥＤである場合において、その白色ＬＥＤに組み合わせることによって昼光色の波長分布が得られるようにしたものであって、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率が、６００ｎｍよりも長い波長領域での透過率に比べて低く、且つ、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率が、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率に比べて低くなるように構成されている。

また、図２(b)に示す第１の光学素子１１ｂ₁と第２の光学素子１１ｂ₂との組み合わせは、第２の構成例に係る波長分布変換素子１１の他の例であり、光源２が図１０において一点鎖線で示すような波長特性を持つ白色ＬＥＤである場合において、その白色ＬＥＤに組み合わせることによって昼光色の波長分布が得られるようにしたものであって、５００ｎｍよりも長く６００ｎｍよりも短い波長領域での透過率が、５００ｎｍよりも短い波長領域での透過率に比べて高く、６００ｎｍよりも長い波長領域での透過率に比べて低くなるように構成されている。

このように構成された本実施形態の照明光学系では、白色ＬＥＤで構成された光源２から発した白色光が波長分布変換素子１１を通過するときに、ピーク波長が低減されて、図図１(a)，(b)及び図２(a)，(b)のそれぞれのグラフにおいて波線で示すように、図１０において破線で示したハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた場合の波長分布に近似した波長分布に変換される。
このため、本実施形態の照明光学系によれば、ハロゲン光源と同等の演色性を得ることができ、従来のハロゲン光源と同様の色に基づく診断基準を継続して使用することができ、判断者の負担を軽減すると共に、診断基準の取り違えによる誤診を防ぐことが可能となる。

なお、励起光と蛍光の強度比には、個体差がある。しかるに、第２の構成例のように、４００〜５００ｎｍの波長を減光するフィルタ（第１の光学素子１１ｂ₁）と、５００〜６００ｎｍの波長を減光するフィルタ（第２の光学素子１１ｂ₂）とを組み合わせると、波長分布に固体差を有する光源であっても、その個体差に合わせて組み合わせるフィルタを選択することができ、常に一定の波長分布及び演色性を得ることができる。

なお、上記実施形態では、白色ＬＥＤは、便宜上、２つのピーク波長を持つ波長分布とのものを用いたが、白色光は、複数の蛍光波長を組み合わせることによって２つよりも多い複数のピーク波長を持つ光として作成することができる。
しかるに、本発明の照明光学系において、そのような複数のピーク波長を持つ白色ＬＥＤを光源２として用いる場合には、それにより生じる複数のピーク波長に合わせて、そのピーク波長を含む所定波長領域を低減させる特性を有する波長分布変換素子１１を用いればよい。

図４は本発明の実施例１にかかる照明光学系における白色ＬＥＤの強度分布と、波長分布変換素子の分光透過率特性と、それら白色ＬＥＤと波長分布変換素子とを組み合わせたときの分光強度分布とを示すグラフである。
なお、実施例１にかかる照明光学系の基本的な光学部材の構成は図１に示した構成とほぼ同じである。

また、従来のハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた照明光学系の色度座標と、実施例１にかかる照明光学系から波長分布変換素子が備えられていない構成の照明光学系（比較例１）の色度座標と、実施例１にかかる波長分布変換素子を備えた照明光学系の色度座標とを次の表１に示す。
表１

また、実施例１にかかる照明光学系から波長分布変換素子が備えられていない構成の照明光学系（比較例１）と、実施例１にかかる波長分布変換素子を備えた照明光学系とにおける、従来のハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた照明光学系を基準としたときの相対演色評価数を次の表２に示す。
表２

図５は本発明の実施例２にかかる照明光学系における白色ＬＥＤの強度分布と、波長分布変換素子の分光透過率特性と、それら白色ＬＥＤと波長分布変換素子とを組み合わせたときの分光強度分布とを示すグラフである。
なお、実施例２にかかる照明光学系の基本的な光学部材の構成は図１に示した構成とほぼ同じである。

また、従来のハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた照明光学系の色度座標と、実施例２にかかる照明光学系から波長分布変換素子が備えられていない構成の照明光学系（比較例２）の色度座標と、実施例２にかかる波長分布変換素子を備えた照明光学系の色度座標とを次の表３に示す。
表３

また、実施例２にかかる照明光学系から波長分布変換素子が備えられていない構成の照明光学系（比較例２）と、実施例２にかかる波長分布変換素子を備えた照明光学系とにおける、従来のハロゲン光源とＬＢＤフィルタとを組み合わせた照明光学系を基準としたときの相対演色評価数を次の表４に示す。
表４

図６は本発明の実施例３にかかる照明光学系を用いた光学装置としての手術用顕微鏡の概略構成図である。
実施例３の手術用顕微鏡は、光源２２を有する照明光学系２０と、被検眼３０を観察するための観察光学系４０と、被検眼３０と観察光学系４０との間に配置されたハーフミラー５０と、全反射ミラー５１を備えている。

ハーフミラー５０は、光源２２から発せられた照明光束を観察光学系４０の光軸４０ａに沿って被検眼３０に照射するとともに、該被検眼３０で反射した反射光束を前記光軸４０ａに沿って観察光学系４０に導くものである。このハーフミラー５０により、被検眼３０の完全同軸照明が可能となり、被検眼３０の眼底で反射した反射光束による徹照像（レッドレフレックス）を得ることができるようになっている。

全反射ミラー５１は、被検眼３０と観察光学系４０との間、具体的には第１対物レンズ４１の下方に配置されたハーフミラー５０の下方において、被検眼３０からの反射光束を遮らない位置（すなわち、手術医眼６０が被検眼３０を観察した際に、全反射ミラー５１が手術医眼６０の視野に入らない位置）に配置されている。

観察光学系４０は、ハーフミラー５０とほぼ同等な大きさに形成された第１対物レンズ４１、任意の倍率を設定可能な変倍光学系４２、第２対物レンズ４３、正立プリズム４４、菱形プリズム４５、および、接眼レンズ４６で構成されている。観察光学系４０における、第１対物レンズ４１以外の各光学素子は、手術医が両眼で立体的な観察を行えるよう、左右で一対になっており、図６においては、その片側のみが図示されている。

照明光学系２０は、光源２２のほか、光ファイバ２３、コンデンサレンズ２４及びリレーレンズ２５で構成されている。

そして、このような構成を有する手術用顕微鏡においては、光源２２から発せられた照明光束は、光ファイバ２３、コンデンサレンズ２４及びリレーレンズ２５を経てハーフミラー５０へと導かれる。ハ−フミラー５０は、この照明光束を反射して、観察光学系４０の光軸４０ａに沿って被検眼３０に照射する。
一方、全反射ミラー５１は、リレーレンズ２５から射出された照明光束の一部を反射して、これを被検眼３０に向けて照射する。全反射ミラー５１の照射方向は、ハ−フミラー５０の照射方向と僅かに異なっており、被検眼上の凹凸（例えば、白内障手術における、水晶体嚢内に残留している組織）による影をつくり出すことができるようになっている。また、ハーフミラー５０の近傍に全反射ミラー５１が配置されているために、ハーフミラー５０の照射方向と全反射ミラー５１の照射方向とが鋭角になり、影が間延びしないシャープな立体像を得ることができるようになっている。
被検眼３０で反射した反射光束はハーフミラー５０を通過し、観察光学系４０に導かれる。この反射光束は観察光学系４０を経て手術医眼６０に到達するが、この際、反射光束による被検眼像は、変倍光学系４２によって所定の倍率の拡大像となる。この拡大像は、第２対物レンズ４３、正立プリズム４４、および、菱形プリズム４５を通過し、接眼レンズ４６によって手術医眼６０により観察されるようになっている。

さらに、このような構成を備えた手術用顕微鏡において、光源２２には、実施例１又は実施例２で示した波長特性を示す白色ＬＥＤが用いられている。また、実施例１又は実施例２において白色ＬＥＤに組み合わせた波長分布変換素子と同様の透過率特性を持つ波長分布変換素子２１が、照明光学系２０における光源２２の出射光路上における所定の位置に配置されている。

図７は本発明の実施例４にかかる照明光学系を用いた光学装置としての電子式内視鏡装置の概略構成図である。
実施例４の電子式内視鏡装置は電子式内視鏡７０と画像プロセッサ８０と光源装置９０で構成されている。

電子式内視鏡７０は、操作部７１と、挿入部７２と、ケーブル７３，７４によって本体７５を構成してなり、この本体７５には内視鏡としての機能が組み込まれている。ケーブル７３，７４には画像プロセッサ８０と光源装置９０にそれぞれ接続されるコネクタ７３ａ，７４ａが設けられている。
挿入部７２の先端には対物結像用光学系７６と固体撮像素子としてＣＣＤ７７が設置されている。ＣＣＤ７７は本体７５内に配設された信号線７８を介して、コネクタ７３ａが接続される画像プロセッサ８０に接続されるようになっている。
また、内視鏡７０には挿入部７２の先端まで照明光を伝達するガラスファイバ束であるライトガイド７９が設けられている。ライトガイド７９は、コネクタ７４ａを介して光源装置９０に接続されるようになっている。

光源装置９０には照明光を発生する光源としてのランプ９２と、この照明光をライトガイド７９の入射端面に集光させるためのレンズ９３が設置されている。
そして、実施例４の電子式内視鏡装置では、この光源装置９０のランプ９２と、レンズ９３と、電子式内視鏡７０のライトガイド７９を有して照明光学系が構成されている。

画像プロセッサ８０には内視鏡７０のＣＣＤ７７を駆動する駆動回路８１と、ＣＣＤ７７が撮像した信号を処理する映像信号処理回路８２と、駆動回路８１の駆動を制御する制御回路８３が設けられている。

このような構成の内視鏡装置において、光源装置９０のランプ９２には、実施例１又は実施例２で示した波長特性を示す白色ＬＥＤが用いられている。また、実施例１又は実施例２において白色ＬＥＤに組み合わせた波長分布変換素子と同様の透過率特性を持つ波長分布変換素子９１が、照明光学系におけるランプ９２の出射光路上における所定の位置（図７ではランプ９２とレンズ９３との間）に配置されている。

本発明の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系は、白色ＬＥＤを照明光源として用いて、被観察物体の色に基づいて被観察物体の状態を診断・検出等する病理診断分野等において有用である。

本発明の一実施形態にかかる白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系の概略構成を示す説明図である。 図１の照明光学系における第１の構成例にかかる白色ＬＥＤの分光強度分布、波長分布変換素子の透過率分布、及びそれらを組み合わせることによって得られる分光強度分布を示すグラフである。 図１の照明光学系における第２の構成例にかかる白色ＬＥＤの分光強度分布、波長分布変換素子の透過率分布、及びそれらを組み合わせることによって得られる分光強度分布を示すグラフである。 本発明の実施例１にかかる照明光学系における白色ＬＥＤの強度分布と、波長分布変換素子の分光透過率特性と、それら白色ＬＥＤと波長分布変換素子とを組み合わせたときの分光強度分布とを示すグラフである。 本発明の実施例１にかかる照明光学系における白色ＬＥＤの強度分布と、波長分布変換素子の分光透過率特性と、それら白色ＬＥＤと波長分布変換素子とを組み合わせたときの分光強度分布とを示すグラフである。 本発明の実施例３にかかる照明光学系を用いた光学装置としての手術用顕微鏡の概略構成図である。 本発明の実施例４にかかる照明光学系を用いた光学装置としての電子式内視鏡装置の概略構成図である。 一般的な顕微鏡等に用いられる照明光学系の概略構成を示す説明図である。 白色ＬＥＤの分光強度分布の一例を示すグラフである。 一般的な顕微鏡等に用いられる従来のハロゲンランプの分光強度分布、ＬＢＤフィルタを組み合わせることによって得られる分光強度分布、及び一般的な顕微鏡等に用いられる白色ＬＥＤの分光強度分布のそれぞれ一例を示すグラフである。

符号の説明

１ ランプハウス
２ 光源
３ コレクタレンズ
４ 視野絞り
５ フィールドレンズ
６ 開口絞り
７ コンデンサレンズ
８ 被照明面（標本面）
９ ＬＢＤフィルタ
１１ 波長分布変換素子
１１ａ 光学素子（フィルタ）
１１ｂ₁ 第１の光学素子
１１ｂ₂ 第２の光学素子
２０ 照明光学系
２１ 波長分布変換素子
２２ 光源
２３ 光ファイバ
２４ コンデンサレンズ
２５ リレーレンズ
３０ 被検眼
４０ 観察光学系
４０ａ 光軸
４１ 第１対物レンズ
４２ 変倍光学系
４３ 第２対物レンズ
４４ 正立プリズム
４５ 菱形プリズム
４６ 接眼レンズ
５０ ハーフミラー
５１ 全反射ミラー
６０ 手術医眼
７０ 電子式内視鏡
７１ 操作部
７２ 挿入部
７３，７４ ケーブル
７３ａ，７４ａ コネクタ
７５ 本体
７６ 対物結像用光学系
７７ ＣＣＤ
７８ 信号線
７９ ライトガイド
８０ 画像プロセッサ
８１ 駆動回路
８２ 映像信号処理回路
８３ 制御回路
９０ 光源装置
９１ 波長分布変換素子
９２ ランプ
９３ レンズ

Claims (9)

1. 白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系において、
   前記固体発光素子が発する白色光に内在する複数のピーク波長に対応して、前記各ピーク波長を含む所定波長領域ごとの透過率が段差を有して変化し、前記固体発光素子から発した白色光の波長分布を昼光色の波長分布に近似させる光学特性を持つ波長分布変換素子を、有することを特徴とする白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系。
2. 前記波長分布変換素子が、それぞれの前記ピーク波長を含む所定波長領域における透過率が、ピーク波長を含まない所定波長領域における透過率に比べて低くなるように構成された光学素子からなることを特徴とする請求項１に記載の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系。
3. 前記波長分布変換素子が、前記複数のピーク波長のうちの一つのピーク波長を含む所定波長領域における透過率が他の波長領域に比べて低くなるように構成された光学素子を、前記ピーク波長の数に対応して、複数個組み合わせてなることを特徴とする請求項１に記載の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系。
4. 白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系において、
   次の条件式(1)を満足する波長領域における所定波長値λ１を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長値λ２よりも短い所定波長領域での透過率とが段差を有するとともに、次の条件式(2)を満足する波長領域における所定波長値λ２を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長値λ２よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率とが段差を有し、前記固体発光素子から発した白色光の波長分布を昼光色の波長分布に近似させる光学特性を持つ波長分布変換素子を、有することを特徴とする白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系。
   ４８０ｎｍ≦λ１≦５２０ｎｍ …(1)
   ５８０ｎｍ≦λ２≦６２０ｎｍ …(2)
5. 前記波長分布変換素子は、
   前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率が、前記所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率に比べて低く、且つ、
   前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長領域λ２よりも短い所定波長領域での透過率が、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率に比べて低くなるように構成された光学素子からなることを特徴とする請求項４に記載の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系。
6. 前記波長分布変換素子は、
   前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長領域λ２よりも短い所定波長領域での透過率が、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率に比べて高く、前記所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率に比べて低くなるように構成された光学素子からなることを特徴とする請求項４に記載の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系。
7. 前記波長分布変換素子は、
   前記所定波長値λ１を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ１よりも長い所定波長領域での透過率とが段差を有する第１の光学素子と、
   前記所定波長値λ１を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長値λ２よりも短い所定波長領域での透過率とが段差を有するとともに、前記所定波長値λ２を境として、透過率が変化し、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長値λ２よりも短い所定波長領域での透過率と、前記所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率とが段差を有する第２の光学素子とを、
   組み合わせてなることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系。
8. 前記第１の光学素子は、前記所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率が、前記所定波長値λ１よりも長い波長領域での透過率に比べて低くなるように構成され、且つ、
   前記第２の光学素子は、前記所定波長値λ１よりも長く前記所定波長領域λ２よりも短い所定波長領域での透過率が、該所定波長値λ１よりも短い所定波長領域での透過率及び該所定波長値λ２よりも長い所定波長領域での透過率に比べて低くなるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の白色光を発する固体発光素子を用いた照明光学系を備えたことを特徴とする光学装置。

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