JP2013202305A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光を受けて蛍光体から出射される蛍光を効率良く利用して白色光を得る光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置３Ｌは、予め定めた波長の励起光を出射する第４光源１４と、励起光によって励起されて予め定めた波長の蛍光を出射する蛍光体４３が設けられる蛍光体配設部材４０と、第４光源１４から出射された励起光を蛍光体４３に導き、蛍光体４３から出射された蛍光を予め定め方向に導く光学部材２４、３４と、を備え、蛍光体配設部材４０は、一面側に、蛍光体４３が設けられる、蛍光体４３に導かれる励起光の光軸４５Ａに対して予め定めた角度傾いた第１傾斜面４１と、光軸４５Ａを挟んで第１傾斜面４１に対峙し、蛍光体４３から出射された蛍光を反射させる反射部材４４が設けられる第２傾斜面４２と、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、励起光を受けて緑色の照明光を発する蛍光体を備える光源装置に関する。

内視鏡は、医療分野、工業分野等において用いられている。医療分野で使用される内視鏡の挿入部は、暗い体内に挿入される。一方、工業分野等で使用される内視鏡の挿入部は、暗いエンジン内、或いは、配管内等に挿入される。これら内視鏡において、挿入部の先端部には、観察部位に照明光を照射するための照明光学系と、照明光によって照射された観察部位を観察するための観察光学系とが設けられている。

従来より内視鏡においては、光源装置で発光させた照明光を挿入部内に挿通されているライトガイドファイバーを介して先端部まで伝送して照明窓から観察部位を照明するのが一般的である。なお、近年では、挿入部の先端部に照明光学系として発光素子を設けた内視鏡が実用化されている。

光源装置においては、従来、光源として太陽光に近い白色光を得られるキセノンランプ等のランプが使用されていたが、近年においてはＬＥＤ等の発光素子が光源として使用されている。

例えば、特許文献１には、半導体発光素子であって赤色光を発光する赤色光源及び青色光を発光する青色光源と、緑色波長帯域の蛍光を発する蛍光体に励起光を出射する励起光源とを光源として備えた光源ユニットが示されている。

この光源ユニットにおいて、蛍光体は、励起光照射装置から出射される励起光の光軸と直交するように配置されている蛍光ホイールに形成された環状の凹部に設けられている。具体的に、蛍光体は、ミラー加工が施された蛍光ホイールの凹部の反射面上に敷設されている。

特開２０１１−０９５３８８号公報

しかしながら、図１に示すように蛍光体１００は、励起光１０１を受けると図中矢印に示すようにあらゆる方向に蛍光を出射する。したがって、蛍光ホイール１０２の表面および凹部１０３の表面にミラー加工１０４が施した構成であっても、蛍光体１００から出射された蛍光を光学レンズ１０５で拾いきれず、多くの蛍光が漏れ光となっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、励起光を受けて蛍光体から出射される蛍光を効率良く利用して白色光を得る光源装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様における光源装置は、予め定めた波長の励起光を出射する励起光光源と、前記励起光によって励起されて予め定めた波長の蛍光を出射する蛍光体が設けられる蛍光体配設部材と、前記励起光光源から出射された励起光を前記蛍光体に導き、前記蛍光体から出射された蛍光を予め定め方向に導く複数の光学部材と、を備える光源装置であって、前記蛍光体配設部材は、前記蛍光体が設けられる、該蛍光体に導かれる励起光の光軸に対して予め定めた角度傾いた、第１傾斜面と、前記光軸を挟んで前記第１傾斜面に対峙し、前記蛍光体から出射された蛍光を反射させる反射面が設けられる第２傾斜面と、を有している。

本発明によれば、励起光を受けて蛍光体から出射される蛍光を効率良く利用して白色光を得る光源装置を実現できる。

励起光を受けた蛍光体から出射される蛍光を説明する図 図２−図６Ｂは本発明の一実施形態に係り、図２は内視鏡を備える内視鏡システムの構成例を説明する図 複数の光源を備える光源装置を説明する模式図 蛍光体配設部材の構成を説明する図 蛍光体配設部材の作用を説明する図 第１傾斜面の角度と第２の傾斜面の角度とを４５度よりも小さい角度で同角度に設定した構成例を示す図 一方の傾斜面の角度を４５度よりも小さい角度に設定し、他方の傾斜面の角度を４５度よりも大きい角度に設定した構成例を示す図 蛍光体配設部材の他の構成とその作用を説明する図 蛍光体配設部材の別の構成とその作用を説明する図 反射部材の反射面の一構成例を説明する図 反射部材の反射面の他の構成例を説明する図 円板状に構成した蛍光体配設部材の構成を説明する図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図２−図６Ｂを参照して本発明の一実施形態を説明する。

図２に示すように内視鏡システム１は、内視鏡２と、外部装置である例えばカメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵと記載する）３と、モニター（不図示）と、を有して構成されている。

本実施形態のＣＣＵ３は、内視鏡２に照明光を供給するための光源を内蔵する光源装置と、内視鏡２が備える撮像素子の各種信号処理等を行うビデオプロセッサとを兼用している。そして、ＣＣＵ３内には後述する複数の光源が設けられている。

内視鏡２は、挿入部５と、操作部６と、ユニバーサルケーブル７とを有している。挿入部５は、観察対象部位へ挿入される細長な長尺部材である。挿入部５は、先端部５ａと、湾曲部５ｂと、可撓管部５ｃとを連設して構成されている。

先端部５ａにはライトガイド（不図示）を備える照明光学系、及び撮像装置を備える観察光学系である撮像光学系が内蔵されている。湾曲部５ｂは、例えば上下左右の四方向に湾曲自在に構成されている。可撓管部５ｃは、長尺で可撓性を有する管状部材である。

操作部６には、湾曲操作部６ａ、各種スイッチ６ｂ、送気送水ボタン６ｃ、吸引ボタン６ｄ等が設けられている。湾曲操作部６ａは、上下用ノブ６ｅと、左右用ノブ６ｆ等とを有している。スイッチ６ｂは、例えば、レリーズスイッチ、フリーズスイッチ、及び、通常観察と蛍光観察との切替を行うための観察モード切替スイッチ等である。
なお、符号６ｇは処置具挿入口である。

ユニバーサルケーブル７は、操作部６の側面より延出されている。ユニバーサルケーブル７の端部には内視鏡コネクタ７ａが設けられている。本実施形態において内視鏡コネクタ７ａの側部から信号伝達ケーブル７ｂが延出されている。信号伝達ケーブル７ｂの他端側には電気コネクタ７ｃが設けられている。
そして、内視鏡コネクタ７ａの基端面からライトガイド口金（図３の符号７ｄ参照）及び送気口金（不図示）が突出して設けられている。

図３に示すようにＣＣＵ３内には光源装置３Ｌを構成する複数の光源１１、１２、１３、１４と、複数のダイクロイックフィルター２１、２２、２３、２４と、複数の集光レンズ３１、３２、３３、３４、３５と、蛍光体配設部材４０とを備えて構成されている。符号２５は、観察光切替フィルターであり、図示しない駆動装置により第５集光レンズ３５の光軸上に切替配置される。

光源１１、１２、１３、１４、ダイクロイックフィルター２１、２２、２３、２４、集光レンズ３１、３２、３３、３４、３５、及び蛍光体配設部材４０は、ＣＣＵ３内の予め定めた位置に配設されている。

第１光源１１は、実線で示す予め定めた波長の紫色光を発光する発光素子を１つ又は複数備えて構成されている。第２光源１２は、一点鎖線で示す予め定めた波長の青色光を発光する発光素子を１つ又は複数備えて構成されている。第３光源１３は、二点鎖線に示す予め定めた波長の赤色光を発光する発光素子を１つ又は複数備えて構成されている。
第４光源１４は、破線で示す予め定めた波長の青色の励起光を出射するレーザーダイオードを１つ又は複数備えて構成されている。

第１ダイクロイックフィルター（以下、第１フィルターと略記する）２１は、特定の波長の光である紫色光を反射し、その他の波長の光を透過する特性を有する光学部材である。第１フィルター２１は、紫色光をライトガイド口金７ｄ内のライトガイドファイバー７ｅの端面７ｆに向けて反射するように紫色光に対して予め定めた角度傾いて配置されている。

第２ダイクロイックフィルター（以下、第２フィルターと略記する）２２は、特定の波長の光である青色光を反射し、その他の波長の光を透過する特性を有する光学部材である。第２フィルター２２は、青色光をライトガイドファイバー７ｅの端面７ｆに向けて反射するように青色光に対して予め定めた角度傾いて配置されている。

第３ダイクロイックフィルター（以下、第３フィルターと略記する）２３は、特定の波長の光である赤色光を反射し、その他の波長の光を透過する特性を有する光学部材である。第３フィルター２３は、赤色光をライトガイドファイバー７ｅの端面７ｆに向けて反射するように赤色光に対して予め定めた角度傾いて配置されている。

第４ダイクロイックフィルター（以下、第４フィルターと略記する）２４は、特定の波長の光である青色の励起光を反射し、その他の波長の光を透過する特性を有する光学部材である。第４フィルター２４は、青色の励起光を蛍光体配設部材４０に向けて反射するように励起光に対して予め定めた角度傾いて配置されている。

第１集光レンズ３１は、第１光源１１の発光素子から出射された紫色光を第１フィルター２１に集光させる光学部材である。第２集光レンズ３２は、第２光源１２の発光素子から出射された青色光を第２フィルター２２に集光させる光学部材である。第３集光レンズ３３は、第３光源１３の発光素子から出射された赤色光を第３フィルター２３に集光させる光学部材である。

第４集光レンズ３４は、第４フィルター２４で反射された青色の励起光を蛍光体配設部材４０に設けられた後述する蛍光体に向けて出射させるとともに、後述する緑色の蛍光をライトガイドファイバー７ｅの端面７ｆに向けて出射させる光学部材である。

第５集光レンズ３５は、第１フィルター２１で反射された紫色光と、第２フィルター２２で反射されて第１フィルター２１を通過した青色光と、第３フィルター２３で反射されてフィルター２２、２１を通過した赤色光と、第４集光レンズ３４から出射されてフィルター２３、２２、２１を通過した破線で示す蛍光体から発せられた緑色の蛍光とをライトガイドファイバー７ｅの端面７ｆに集光させる光学部材である。

なお、図３において、一点鎖線で示す青色光の光路と、二点鎖線で示す赤色光の光路と、実線で示す紫色光の光路と、破線で示す緑色光の光路とを区別可能にするため、青色光の光路と赤色光の光路を斜めの直線として描いている。

図４に示すように蛍光体配設部材４０は、第４集光レンズ３４に対向する一面側に第１傾斜面４１と第２傾斜面４２とを備えて構成される溝、或いは、凹みを有している。本実施形態において、第１傾斜面４１には蛍光面を構成する蛍光体４３が設けられ、第２傾斜面４２にはミラー面を構成する反射部材４４が設けられる。
なお、蛍光体配設部材４０にはＶ溝が形成されている。また、反射部材４４の表面である反射面は、平面で構成されている。

第１傾斜面４１は、第４ダイクロイックフィルター２４で反射されて第４集光レンズ３４を通過する励起光の光軸４５Ａに対して傾斜し、その第１傾斜角θ１は鋭角である。一方、第２傾斜面４２は、光軸４５Ａを挟んで第１傾斜面４１に対峙して形成され、光軸４５Ａに対して傾斜し、その第２傾斜角θ２は鋭角である。本実施形態において、第１傾斜角θ１及び第２傾斜角θ２は、４５度に設定されている。

蛍光体４３は、励起光を受けて緑色の照明光である蛍光を出射する。反射部材４４は、第２傾斜面に接着等によって固定される反射板等であり、蛍光体４３から出射された緑色の照明光を反射させる。

上述のように構成した蛍光体配設部材４０を備える光源装置３Ｌの作用を説明する。
内視鏡観察を行うため、ＣＣＵ３の光源装置３Ｌをオン状態にすると、上述したように各光源１１、１２、１３から各色の照明光が出射されるとともに、第４光源１４から励起光が出射される。第４光源１４から出射された励起光は、第４フィルター２４で反射されて図５に示すように第４集光レンズ３４を通過して蛍光体４３で構成された蛍光面に到達する。
符号４６は、励起光である。

蛍光体４３は、励起光４６を受けると、あらゆる方向に緑色の照明光となる蛍光を出射する。蛍光体４３から出射される蛍光のうち、矢印Ｙ１で示す実線の蛍光は、直接、第４集光レンズ３４に入射するように出射され、矢印Ｙ２で示す実線の蛍光は、第２傾斜面４２に向かって出射され、反射部材４４で反射された後、第４集光レンズ３４に入射する。

一方、矢印Ｙ３で示す破線の蛍光は、第４集光レンズ３４に入射することなく漏れ光となる。また、矢印Ｙ４で示す破線の蛍光は、第２傾斜面４２に向かって出射され、反射部材４４で反射された後、第４集光レンズ３４に入射することなく漏れ光となる。

つまり、上述した構成によれば、励起光を受けて蛍光体４３から出射された緑色の蛍光は、直接、第４集光レンズ３４に入射してライトガイドファイバー７ｅの端面７ｆに向けて出射されると共に、反射部材４４で反射された後、第４集光レンズ３４に入射してライトガイドファイバー７ｅの端面７ｆに向けて出射される。

このように、蛍光体４３を蛍光体配設部材４０の第１傾斜面４１に設けると共に、第１の傾斜面４１に対峙する第２の傾斜面４２に反射部材４４を設けることによって、蛍光体４３から出射される蛍光と、反射部材４４で反射された蛍光とを第４集光レンズ３４に入射させて漏れ光の発生を減少させること、言い換えれば、緑色の蛍光を効率良く利用することができる。
この結果、第４光源１４の出力を低下させて所望する白色光を得られる。

なお、第４集光レンズ３４は、励起光が第１傾斜面４１の蛍光体４３に最適な状態で入射するように構成されると共に、緑色の蛍光がライトガイドファイバー７ｅの端面７ｆに向けて最適な状態で出射されるように構成されている。

また、上述した実施形態においては、第１傾斜角θ１及び第２傾斜角θ２を４５度に設定している。しかし、図６Ａに示すように第１傾斜角θ１ａ及び第２傾斜角θ２ａを４５度よりも小さく、かつ同角度に設定する構成、または、図６Ｂに示すように一方の傾斜角である例えば第１傾斜角を４５度よりも小さな角度θ１ａに設定して、他方の傾斜角である第２傾斜角を４５度よりも大きな角度θ２ｂに設定する構成であってもよい。
そして、図示は省略するが第１傾斜面の傾斜角及び第２傾斜面の傾斜角をそれぞれ４５度よりも大きく、かつ同角度に設定する構成、或いは、第１傾斜面の傾斜角を４５度よりも大きな角度に設定して、第２傾斜面の傾斜角を４５度よりも小さな角度に設定する構成であってもよい。

このように、第１傾斜面の傾斜角度及び第２傾斜面の傾斜角度を鋭角の範囲で適宜調整することによって、蛍光の利用効率が最適な構成を得ることができる。

上述の実施形態においては、蛍光体配設部材４０が備える第１傾斜面４１に蛍光体４３を設け、第２傾斜面４２に反射部材４４を設ける構成としている。しかし、蛍光体配設部材４０の構成は、この構成に限定されるものではなく、図７乃至図１０に示すように蛍光体配設部材を構成するようにしてもよい。

図７を参照して蛍光体配設部材の他の構成及び作用を説明する。
図７に示す蛍光体配設部材４０Ａは、第１傾斜面４１に反射部材４４Ａを設け、その反射部材４４Ａの表面である反射面に蛍光体４３を設けて構成されている。その他の構成は、図４に示した蛍光体配設部材４０の構成と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。

この構成の蛍光体配設部材４０Ａでは、励起光４６を受けた蛍光体４３からは、上述したように二点鎖線で示すように直接、第４集光レンズ３４に入射するように出射される蛍光、及び破線で示すように第２傾斜面４２に向かって出射されて反射部材４４で反射された後、第４集光レンズ３４に入射する蛍光等に加えて、第１傾斜面４１に設けられた反射部材４４Ａで反射された後、矢印Ｙ５で示すように直接、第４集光レンズ３４に入射するように出射される蛍光、及び、矢印Ｙ６で示すように第２傾斜面４２に向かって出射されて反射部材４４で反射された後、第４集光レンズ３４に入射する蛍光等が出射される。

このように、第１傾斜面４１に反射部材４４Ａを設け、その反射部材４４Ａの表面に蛍光体４３を設けて蛍光体配設部材４０Ａを構成する。この結果、蛍光体４３から直接、第４集光レンズ３４に向かって出射される蛍光及び第２傾斜面４２の反射部材４４に向かって出射される蛍光に加えて、蛍光体４３から第１の傾斜面４１に向かって出射されて反射部材４４Ａで反射された後、直接、或いは、反射部材４４を介して第４集光レンズ３４に入射する蛍光を得ることができる。この構成によれば、蛍光の利用効率の更なる向上を図れる。

図８を参照して蛍光体配設部材の別の構成及び作用を説明する。
図８に示す蛍光体配設部材４０Ｂは、上述したように第１傾斜面４１に反射部材４４Ａを設け、その反射部材４４Ａの表面側に蛍光体４３を設けるとともに、第２傾斜面４２に設けられている反射部材４４の表面側に蛍光体４３Ｂを設けて構成されている。その他の構成は、図４に示した蛍光体配設部材４０の構成と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。

この構成の蛍光体配設部材４０Ｂでは、励起光４６を受けて第１の傾斜面４１に設けられた蛍光体４３からあらゆる方向に蛍光が出射されると共に、第１の傾斜面４１に設けられた反射部材４４Ａで反射した励起光を受けて第２傾斜面４２に設けられた蛍光体４３Ｂからあらゆる方向に蛍光が出射される。

具体的に、上述すると共に図７で示した蛍光に加えて、さらに第２傾斜面４２に設けられた蛍光体４３Ｂから新たに、破線で示すように直接、第４集光レンズ３４に入射するように出射される蛍光、二点鎖線で示すように第２傾斜面４２の反射部材４４で反射された後、第４集光レンズ３４に入射する蛍光、及び実線で示すように第１傾斜面４１に向かって出射されて反射部材４４Ａで反射された後、第４集光レンズ３４に入射する蛍光等が出射される。

このように、第１傾斜面４１に反射部材４４Ａを設け、その反射部材４４Ａの表面に蛍光体４３を設けると共に、第２傾斜面４２の反射部材４４の表面に蛍光体４３Ｂを設けて蛍光体配設部材４０Ｂを構成する。この結果、上述した蛍光体４３からの蛍光に加えて、蛍光体４３Ｂから直接、第４集光レンズ３４に向かって出射される蛍光、第２傾斜面４２の反射部材４４で反射された後に第４集光レンズ３４に向かう蛍光、および、蛍光体４３Ｂから第１の傾斜面４１に向かって出射され、反射部材４４Ａで反射された後、第４集光レンズ３４に入射する蛍光を得ることかできる。この構成によれば、蛍光の利用効率の大幅な向上を図れる。

なお、反射部材４４、４４Ａの反射面である表面は、平面で構成された鏡面、或いは、図９Ａに示すように曲面で構成された凹凸部４４ｃを有する鏡面、或いは、図９Ｂに示すように斜面で構成され凹凸部４４ｄを有する鏡面、或いは梨地を有する鏡面で構成される。

具体的に、蛍光体４３が設けられる反射部材４４Ａの表面、及び蛍光体４３Ｂが設けられる反射部材４４の表面に、図９Ａの凹凸部４４ｃ、或いは図９Ｂの凹凸部４４ｄを設ける。
この結果、励起光が凹凸部４４ｃ、４４ｄで繰り返し反射されて、蛍光体４３からより多くの蛍光を出射させることができる。

また、図１０に示すように蛍光体配設部材４０Ｃを、中心軸４０ＣＡを中心に回転する円板として構成する。この構成において、蛍光体配設部材４０Ｃの一面側に第１傾斜面４１と第２傾斜面４２とを有するＶ溝４７を円環状に形成する。

そして、第１傾斜面４１に少なくとも上述した蛍光体４３を設け、第２傾斜面４２に少なくとも上述した反射部材４４を設ける。

この構成によれば、円板である蛍光体配設部材４０Ｃを回転状態にすることによって、励起光が常時蛍光体４３の同一点に照射されることによって、蛍光体４３が劣化する不具合を解消することができる。

尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

１…内視鏡システム ２…内視鏡 ３…カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）
３Ｌ…光源装置 ５…挿入部 ５ａ…先端部 ５ｂ…湾曲部 ５ｃ…可撓管部
６…操作部 ６ａ…湾曲操作部 ６ｂ…スイッチ ６ｃ…送気送水ボタン
６ｄ…吸引ボタン ６ｅ…上下用ノブ ６ｆ…左右用ノブ ６ｇ…処置具挿入口
７…ユニバーサルケーブル ７ａ…内視鏡コネクタ ７ｂ…信号伝達ケーブル
７ｃ…電気コネクタ ７ｄ…ライトガイド口金 ７ｅ…ライトガイドファイバー
７ｆ…端面 １１…第１光源 １２…第２光源 １３…第３光源 １４…第４光源
２１…第１ダイクロイックフィルター ２２…第２ダイクロイックフィルター
２３…第３ダイクロイックフィルター ２４…第４ダイクロイックフィルター
２５…観察光切替フィルター ３１…第１集光レンズ ３２…第２集光レンズ
３３…第３集光レンズ ３４…第４集光レンズ ３５…第５集光レンズ
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ…蛍光体配設部材 ４０ＣＡ…中心軸 ４１…第１傾斜面
４２…第２傾斜面 ４３、４３Ｂ…蛍光体 ４４、４４Ａ…反射部材
４４ｃ、４４ｄ…凹凸部 ４５Ａ…光軸 ４６…励起光 ４７…Ｖ溝 １００…蛍光体
１０１…励起光 １０２…蛍光ホイール １０３…凹部 １０４…ミラー加工
１０５…光学レンズ

Claims (6)

1. 予め定めた波長の励起光を出射する励起光光源と、
   前記励起光によって励起されて予め定めた波長の蛍光を出射する蛍光体が設けられる蛍光体配設部材と、
   前記蛍光体から出射された蛍光を予め定められた方向に導く光学部材と、を備える光源装置において、
   前記蛍光体配設部材は、一面側に、
   前記蛍光体が設けられ、該蛍光体に導かれる励起光の光軸に対して予め定めた角度傾いた、第１傾斜面と、
   前記光軸を挟んで前記第１傾斜面に対峙し、前記蛍光体から出射された蛍光を反射させる反射部材が設けられる第２傾斜面と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記第１傾斜面の前記励起光の光軸に対する傾斜角は鋭角であり、前記第２傾斜面の該光軸に対する傾斜角は鋭角であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１傾斜面に反射部材を設け、この反射部材の反射面に蛍光体を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第２傾斜面に設けられた反射部材の反射面に蛍光体を設けることを特徴とする請求項１−３の何れか１項に記載の光源装置。
5. 前記反射部材の反射面に凹凸部を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光源装置。
6. 前記蛍光体配設部材を円板で構成し、前記円板の一面側に前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とを備えて構成される円環状のＶ溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

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