JP5526482B2 - Driving method of light emitting device and light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置の駆動方法及び発光装置に関し、より詳細には、撮像部におけるパターンノイズを低減するための発光装置の駆動方法及び発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device driving method and a light emitting device, and more particularly to a light emitting device driving method and a light emitting device for reducing pattern noise in an imaging unit.
従来から、内視鏡装置、ファイバースコープ等において、高い輝度で、色情報が正確に再現されるような光が求められている。
そこで、これらの光源として、レーザダイオード（ＬＤ）などの半導体発光素子を用いることが提案されている（例えば、特許文献１〜４）。
レーザダイオードは、小型で電力効率が良く、鮮やかな色で発光し、球切れなどの心配がなく、発光強度が極めて高いため、輝度の高い光源を実現することができる。
Thus, it has been proposed to use a semiconductor light emitting element such as a laser diode (LD) as these light sources (for example,
A laser diode is small and has high power efficiency, emits light with a bright color, has no fear of a broken ball, and has a very high light emission intensity, so that a light source with high luminance can be realized.
しかし、レーザダイオードは発光ダイオードに比べて半値幅が狭いため、所定の波長のスペクトルにおいて、その強度ピークが過大となることがあり、例えば、内視鏡装置等の用途において、被写体の画像を、撮像素子によって取り込んだ際に、そのタイミング等によっては、その画像において斑点模様などのノイズ（パターンノイズ）が発生することがあった。 However, since the laser diode has a narrower half-value width than the light emitting diode, the intensity peak may be excessive in the spectrum of a predetermined wavelength.For example, in an application such as an endoscope apparatus, When captured by the image sensor, noise (pattern noise) such as a spotted pattern may occur in the image depending on the timing or the like.
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、内視鏡装置等の用途において、被写体の画像を取り込んだ際のパターンノイズを低減させることができ、色調バラツキの少ない色再現性に富む画像を観察することができる発光装置の駆動方法及び発光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and in applications such as an endoscope apparatus, pattern noise when capturing an image of a subject can be reduced, and color reproducibility with little color tone variation is abundant. It is an object to provide a driving method of a light emitting device and a light emitting device capable of observing an image.
本発明の発光装置の駆動方法は、レーザダイオードからなる励起光源及び前記励起光源から射出される励起光の一部又は全部を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材から構成される発光部と、撮像部とを備える発光装置を用いて、
前記発光部に、前記撮像部における露光時間以下の周期のパルス電流を供給するか、前記撮像部における露光時間内において電流値が変化するパルス電流を、供給することを特徴とする。
The driving method of the light emitting device of the present invention is a wavelength conversion that absorbs part or all of an excitation light source composed of a laser diode and excitation light emitted from the excitation light source, and converts the wavelength to emit light in a predetermined wavelength range. Using a light emitting device including a light emitting unit composed of members and an imaging unit,
A pulse current having a period equal to or shorter than an exposure time in the imaging unit is supplied to the light emitting unit, or a pulse current whose current value changes within the exposure time in the imaging unit is supplied.
これらの発光装置の駆動方法では、パルス電流の周期を、露光時間に対して、１倍以下とすることが好ましい。
パルス電流は、前記撮像部における露光時間内において電流値が変化するように前記発光部に供給することが好ましい。
励起光源が、マルチモードレーザダイオードからなることが好ましい。
In the driving method of these light emitting devices, it is preferable that the period of the pulse current is set to 1 time or less with respect to the exposure time.
Preferably, the pulse current is supplied to the light emitting unit so that the current value changes within the exposure time in the imaging unit.
The excitation light source is preferably composed of a multimode laser diode.
また、本発明の発光装置は、レーザダイオードからなる励起光源及び前記励起光源から射出される励起光を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材から構成される発光部と、撮像部と、電源部とを備える発光装置であって、
前記電源部が、前記撮像部における露光時間よりも短い周期のパルス電流を前記発光部に供給するものであるか、前記撮像部における露光時間内において電流値が変化するパルス電流を、前記発光部に供給するものであることを特徴とする。
Further, the light emitting device of the present invention is a light emitting device composed of an excitation light source composed of a laser diode and a wavelength conversion member that absorbs excitation light emitted from the excitation light source, converts the wavelength, and emits light in a predetermined wavelength range. A light-emitting device comprising an imaging unit, an imaging unit, and a power supply unit,
The power supply unit supplies a pulse current having a cycle shorter than the exposure time in the imaging unit to the light emitting unit, or a pulse current whose current value changes within the exposure time in the imaging unit is used as the light emitting unit. It is characterized by being supplied to.
本発明によれば、用途にかかわらず、被写体の画像を取り込んだ際に、そのパターンノイズを低減させることができ、高輝度でありながら、色調バラつきが少なく、色再現性に非常に富み、演色性が非常に高く、鮮明な撮像等が要求される装置を駆動する方法として、きわめて優れた効果を発揮する。 According to the present invention, it is possible to reduce the pattern noise when capturing an image of a subject regardless of the application, and it has high brightness, little color variation, excellent color reproducibility, and color rendering. As a method for driving a device that is extremely high in performance and requires clear imaging or the like, it exhibits extremely excellent effects.
また、本発明によれば、パターンノイズが発生せず、色調バラツキの少ない色再現性に富む画像を観察するための発光装置を提供することができる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide a light-emitting device for observing an image that does not generate pattern noise and has little color variation and high color reproducibility.
本発明の駆動方法で利用される発光装置は、発光部と撮像部とを含んで構成される。
発光部は、図１Ａに示すように、主として、レーザダイオード１１からなる励起光源と、波長変換部材１４とから構成される。
撮像部は、主として、撮像素子から形成される。
なお、このような発光装置は、１つの励起光源と、１つの波長変換部材とからなる１つのユニットの発光部を備えて構成されていてもよいが、このユニットが少なくとも２つ以上組み合わせられた発光部を備えていてもよい。ユニットの組み合わせ個数は、演色性とレーザダイオードの出力に応じて決定することができる。
The light emitting device used in the driving method of the present invention includes a light emitting unit and an imaging unit.
As shown in FIG. 1A, the light emitting unit is mainly composed of an excitation light source composed of a
The imaging unit is mainly formed from an imaging element.
Such a light-emitting device may be configured to include a light-emitting unit of one unit including one excitation light source and one wavelength conversion member, but at least two or more such units are combined. You may provide the light emission part. The number of unit combinations can be determined according to the color rendering properties and the output of the laser diode.
励起光源
励起光源は、発光素子としてレーザダイオードを備え、レーザダイオードから射出される光の一部又は全部を外部、例えば、ライトガイドや波長変換部材へと導出するように構成されている。
レーザダイオードは、後述する蛍光体を励起することができる光を照射するものであればどのような光であってもよい。例えば、２２０ｎｍ〜５５０ｎｍ程度に主発光ピーク波長を有している光を出射するものが好ましい。これにより、波長変換効率の良好な蛍光体を使用することができ、その結果、光出力の高い発光装置を得ることができるとともに、種々の色味の光を得ることができる。レーザダイオードは、発光強度が高いことから、小型で電力効率の良好な発光装置を得ることができ、初期駆動特性に優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強い発光装置を得ることができる。
The excitation light source includes a laser diode as a light emitting element, and is configured to derive a part or all of light emitted from the laser diode to the outside, for example, a light guide or a wavelength conversion member.
The laser diode may be any light as long as it emits light that can excite a phosphor described later. For example, it is preferable to emit light having a main emission peak wavelength of about 220 nm to 550 nm. Thereby, a phosphor having a good wavelength conversion efficiency can be used. As a result, a light emitting device having a high light output can be obtained, and light of various colors can be obtained. Since the laser diode has high light emission intensity, it is possible to obtain a light emitting device that is small and has good power efficiency, and that has excellent initial drive characteristics and can withstand repeated vibration and on / off lighting.
レーザダイオードは、例えば、第１窒化物半導体層、活性層及び第２窒化物半導体層が積層された窒化物半導体層により構成される。これらの窒化物半導体層は、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の半導体等を用いることができる。これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたもの、Ｖ族元素としてＮの一部がＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。第１又は第２窒化物半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有し、第２又は第１窒化物半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有していることが好ましい。これらの不純物は、例えば、５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。 The laser diode is composed of, for example, a nitride semiconductor layer in which a first nitride semiconductor layer, an active layer, and a second nitride semiconductor layer are stacked. These nitride semiconductor layers, a semiconductor or the like of the general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1). In addition to this, an element in which B is partially substituted as a group III element and an element in which N is partially substituted with P or As may be used as a group V element. The first or second nitride semiconductor layer contains any one or more of IV group elements or VI group elements such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, Zr, and Cd as n-type impurities. The second or first nitride semiconductor layer preferably contains Mg, Zn, Be, Mn, Ca, Sr or the like as a p-type impurity. These impurities are preferably contained in a concentration range of, for example, about 5 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 .
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよく、特に、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の半導体層を用いることが好ましい。活性層の厚みは、特に限定されないが、例えば、１５０〜５００Å程度が適している。
窒化物半導体層は、第１及び第２窒化物半導体層に光導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが適している。
The active layer may be either multiple quantum well structure or a single quantum well structure, in particular, the general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 <x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1 It is preferable to use a semiconductor layer. The thickness of the active layer is not particularly limited, but for example, about 150 to 500 mm is suitable.
The nitride semiconductor layer has a light guide layer that constitutes an optical waveguide in the first and second nitride semiconductor layers, thereby forming an SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure that is a separated light confinement structure with an active layer interposed therebetween. Is suitable.
また、別の観点から、このようなレーザダイオードは、第２窒化物半導体層、つまり、ｐ側半導体層の表面に、リッジが形成されたリッジ導波型のレーザダイオード、あるいは、ｐ側半導体層に接触してストライプ状の開口部を有する電流狭窄層を有するレーザダイオードであることが好ましい。
リッジは、光導波路領域として機能するものであり、その幅は、例えば、１μｍ〜３０μｍ程度、さらに、１．２μｍ〜１５μｍ程度とすることができる。その高さ（エッチングの深さ）は、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。
From another point of view, such a laser diode includes a second nitride semiconductor layer, that is, a ridge waveguide laser diode in which a ridge is formed on the surface of the p-side semiconductor layer, or a p-side semiconductor layer. A laser diode having a current confinement layer having a stripe-shaped opening in contact with the substrate is preferable.
The ridge functions as an optical waveguide region, and the width thereof can be, for example, about 1 μm to 30 μm, and further about 1.2 μm to 15 μm. The height (etching depth) is, for example, 0.1 to 2 μm.
さらに、電流狭窄層を備えるレーザダイオードにおけるストライプ状の開口部の幅は、例えば、１μｍ〜３０μｍ程度、さらに、１．２μｍ〜１５μｍ程度とすることができる。その高さ（厚さ）は、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。電流狭窄層は、導波路での光の閉じ込めを確実に行うために、活性層よりも屈折率が小さいことが適している。例えば、酸化物（ＳｉＯ２（屈折率：約１．５）、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２）、窒化物（ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ）、ｉ型の半導体層等によって形成することができる。 Furthermore, the width of the stripe-shaped opening in the laser diode including the current confinement layer can be set to, for example, about 1 μm to 30 μm, and further about 1.2 μm to 15 μm. As for the height (thickness), 0.1-2 micrometers is mentioned, for example. The current confinement layer preferably has a refractive index smaller than that of the active layer in order to reliably confine light in the waveguide. For example, an oxide (SiO 2 (refractive index: about 1.5), Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , ZrO 2 ), nitride (SiN, AlN, AlGaN), i-type semiconductor layer, or the like is used. be able to.
共振器方向の長さは、２００μｍ〜５０００μｍ程度、３００μｍ〜１２００μｍ程度になるように設定することが好ましい。
また、レーザダイオードは、マルチモードの光を照射するものであることが好ましい。マルチモードの光を照射するものを用いることにより、高い光密度による端面の破壊を抑制し、より高い光出力を得ることができる。
本発明においては、縦モードがマルチとなる励起光源であることが好ましい。縦モードがマルチとなるレーザダイオードとしては、例えば、レーザダイオードのリッジの幅が発振波長の４倍以上であるもの、電流狭窄層を備えるレーザダイオードのストライプ状の開口部の幅が発振波長の４倍以上であるもの、レーザダイオードの発光サイズが発振波長の４倍以上であるもの等が挙げられる。ここでいう発光サイズとは、近視野像の強度分布において、ピーク強度の１／ｅ２に相当する範囲の最大長をいう。
The length in the resonator direction is preferably set to be about 200 μm to 5000 μm and about 300 μm to 1200 μm.
The laser diode is preferably one that irradiates multimode light. By using a material that irradiates multimode light, it is possible to suppress the destruction of the end face due to a high light density and to obtain a higher light output.
In the present invention, an excitation light source in which the longitudinal mode is multi is preferable. As the laser diode in which the longitudinal mode is multi, for example, a laser diode whose ridge width is four times or more of the oscillation wavelength, or a laser diode having a current confinement layer whose stripe-shaped opening width is 4 of the oscillation wavelength. And those whose laser diode emission size is four or more times the oscillation wavelength. The light emission size here means the maximum length of a range corresponding to 1 / e 2 of the peak intensity in the intensity distribution of the near-field image.
波長変換部材
本発明における波長変換部材は、蛍光体と、任意に、それを保持する透光性部材とから構成される。また、波長変換部材は、励起光源から射出される励起光の一部又は全部を吸収し、波長変換して、励起光よりも長波長域の光、例えば、赤色、緑色、青色、さらにこれらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する光を放出し得るものである。
Wavelength conversion member The wavelength conversion member in this invention is comprised from fluorescent substance and the translucent member which hold | maintains it arbitrarily. The wavelength conversion member absorbs part or all of the excitation light emitted from the excitation light source, converts the wavelength, and converts light in a longer wavelength range than the excitation light, for example, red, green, blue, and these It can emit light having an emission spectrum in intermediate colors such as yellow, blue-green, and orange.
蛍光体としては、特に限定されるものではなく、当該分野で公知のものを利用することができる。例えば、ＷＯ／２００６／０３８５０２号公報に記載された蛍光体のいずれをも用いることができる。 具体的には、(i)アルカリ土類金属ハロゲンアパタイト、(ii)アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン、(iii)アルカリ土類金属アルミン酸塩、(iv)酸窒化物又は窒化物、(v)アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類窒化ケイ素、(vi)硫化物、(vii)アルカリ土類チオガレート、(viii)ゲルマン酸塩、(ix)希土類アルミン酸塩、(x)希土類ケイ酸塩、(xi)Ｅｕ等のランタノイド系元素で主に賦活された有機及び有機錯体等の種々のものが挙げられる。これらは、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。 The phosphor is not particularly limited, and those known in the art can be used. For example, any of the phosphors described in WO / 2006/038502 can be used. Specifically, (i) alkaline earth metal halogen apatite, (ii) alkaline earth metal borate, (iii) alkaline earth metal aluminate, (iv) oxynitride or nitride, (v) Alkaline earth silicate, alkaline earth silicon nitride, (vi) sulfide, (vii) alkaline earth thiogallate, (viii) germanate, (ix) rare earth aluminate, (x) rare earth silicate, (xi) Various materials such as organic and organic complexes mainly activated with a lanthanoid element such as Eu. These can be used alone or in combination of two or more.
例えば、レーザダイオードとして青色に発光するＧａＮ系化合物半導体を用いて、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ又は（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅの蛍光体に照射し、波長変換を行う。発光素子からの光と、蛍光体からの光との混合色により白色に発光する発光装置を提供することができる。また、ＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ又はＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ（緑色から黄色発光）と、（Ｓｒ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（青色発光）と、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ又はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（赤色発光）とからなる蛍光体を使用することによって、演色性の良好な白色に発光する発光装置を提供することができる。さらに、（Ｓｒ，Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ（青色発光）と、ＬＡＧ（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）又はＢａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ（緑色から黄色発光）と、ＳＣＥＳＮ（赤色発光）との組み合わせ；ＣＣＡ、ＣＣＢ、ＢＡＭ（青色発光）と、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）（黄色発光）との組み合わせ；ＣＣＡ、ＣＣＢ又はＢＡＭ等（青色発光）と、ＬＡＧ（緑色発光）と、ＳＣＥＳＮ（赤色発光）との組み合わせが挙げられる。これにより、短波長領域の３６０〜４７０ｎｍの範囲の発光ピーク波長を有する励起光源と組み合わせると、演色性の良好な白色系の混色を発光する光を得ることができる。また、ＬＡＧ（緑色発光）と、ＳＥＳＮ、ＳＣＥＳＮ又はＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ（赤色発光）との組み合わせが挙げられる。これにより、４５０ｎｍ付近（例えば、４００〜４６０ｎｍ）に発光ピーク波長を有する励起光源と組み合わせることにより、発光効率をさらに向上させることができる。 For example, using a GaN-based compound semiconductor that emits blue light as a laser diode, the phosphor of Y 3 Al 5 O 12 : Ce or (Y 0.8 Gd 0.2 ) 3 Al 5 O 12 : Ce is irradiated. Perform wavelength conversion. A light emitting device that emits white light by a mixed color of light from a light emitting element and light from a phosphor can be provided. Also, CaSi 2 O 2 N 2 : Eu or SrSi 2 O 2 N 2 : Eu (green to yellow light emission), (Sr, Ca) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu (blue light emission), and Ca 2 Si By using a phosphor composed of 5 N 8 : Eu or CaAlSiN 3 : Eu (red light emission), a light emitting device that emits white light with good color rendering can be provided. Furthermore, (Sr, Ca) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu (blue light emission), LAG (lutetium aluminum garnet-based phosphor) or BaSi 2 O 2 N 2 : Eu (green to yellow light emission), Combination with SCESN (red light emission); CCA, CCB, BAM (blue light emission) and YAG (yttrium, aluminum, garnet phosphor) (yellow light emission); CCA, CCB or BAM etc. (blue light emission) , LAG (green light emission) and SCESN (red light emission). Thus, when combined with an excitation light source having an emission peak wavelength in the short wavelength region of 360 to 470 nm, it is possible to obtain light that emits a white color mixture with good color rendering. Further, LAG and (green emission), SESN, SCESN or CaAlSiN 3: combination of Eu (red emitting) and the like. Thereby, luminous efficiency can be further improved by combining with the excitation light source which has a luminescence peak wavelength in 450 nm vicinity (for example, 400-460 nm).
なお、色調を調整するための各色の光は、必ずしも波長変換部材によって波長変換された光でなくてもよく、励起光源から得られた励起光をそのまま利用してもよい。例えば、励起光源からの光と、１以上の蛍光体からの光とが合成されたもの、あるいは、２以上の蛍光体からの光が合成されたものが挙げられる。 The light of each color for adjusting the color tone does not necessarily have to be wavelength-converted by the wavelength conversion member, and the excitation light obtained from the excitation light source may be used as it is. For example, a combination of light from an excitation light source and light from one or more phosphors, or a combination of light from two or more phosphors.
透光性材料は、蛍光体を保持し得るもの、光源からの光を透過し得る材料であれば、特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機材料、低融点ガラス、結晶化ガラス等の無機材料等、これらの材料にフィラー等（例えば、ＷＯ／２００６／０３８５０２号公報に記載されたようなＳｉＯ２等のフィラー）を含有したもの等が挙げられる。これにより、光源から得られた光を、そのまま波長変換せずに用いることができ、光の指向性を制御することができる。 The light-transmitting material is not particularly limited as long as it can hold a phosphor and can transmit light from a light source. Organic materials such as epoxy resins and silicone resins, low-melting glass, crystals Examples thereof include inorganic materials such as vitrified glass and the like containing fillers and the like (for example, fillers such as SiO 2 as described in WO / 2006/038502). Thereby, the light obtained from the light source can be used without wavelength conversion as it is, and the directivity of the light can be controlled.
波長変換部材は、最終的に波長変換部材を通して得られた光が、励起光の波長にかかわらず、白色光として得られる材料によって構成されることが好ましい。また、良好な演色性を得るために、照射光の平均演色評価数（Ｒａ）が７０以上、さらに８０以上となるような材料によって構成されることが好ましい。ここで演色性とは、ある光源によって照明された物体の色の見え方を左右するその光源の性質を意味し、演色性が良好であるとは、一般に、太陽光によって照射された物体の色の見え方に限りなく近い性質を意味する（（株）オーム社、「蛍光体ハンドブック」、ｐ４２９参照）。平均演色評価数（Ｒａ）とは、８種類の色票が試料光源及び基準光源それぞれによって照明された場合の色ズレの平均的な値を基礎として求められる。 It is preferable that the wavelength conversion member is made of a material that allows the light finally obtained through the wavelength conversion member to be obtained as white light regardless of the wavelength of the excitation light. In order to obtain good color rendering properties, it is preferable that the average color rendering index (Ra) of the irradiated light is 70 or more, and more preferably 80 or more. Here, the color rendering property means the property of the light source that affects the appearance of the color of the object illuminated by a certain light source. Good color rendering property is generally the color of the object illuminated by sunlight. (Refer to Ohm Co., Ltd., “Phosphor Handbook”, p429). The average color rendering index (Ra) is obtained based on an average value of color misregistration when eight types of color charts are illuminated by the sample light source and the reference light source, respectively.
波長変換部材は、１種の蛍光体を単層で形成してもよいし、２種以上の蛍光体が均一に混合された単層を形成してもよい。また、１種の蛍光体を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、２種以上の蛍光体がそれぞれ均一に混合された単層を２層以上積層させてもよい。また、異なる蛍光体を含む領域を部分的に配置するように形成してもよい。
なお、上述したように、ユニットが２つ以上組み合わせられた発光部を備える場合には、波長変換部材は、複数のユニットにおいて一体的に形成されていてもよい。
また、波長変換部材は、レーザダイオード１１を構成する封止部材に又はその直近に形成されてもよいし（図１Ａ、１Ｂ参照）、後述する他の部材を介して配置されていてもよいし（図１Ｃ参照）、励起光源１２に接触して又はその直近に形成されていてもよい。
The wavelength conversion member may form one type of phosphor as a single layer, or may form a single layer in which two or more types of phosphors are uniformly mixed. Further, two or more single layers containing one kind of phosphor may be laminated, or two or more monolayers in which two or more kinds of phosphors are uniformly mixed may be laminated. Moreover, you may form so that the area | region containing different fluorescent substance may be arrange | positioned partially.
As described above, when the unit includes a light emitting unit in which two or more units are combined, the wavelength conversion member may be integrally formed in a plurality of units.
Further, the wavelength conversion member may be formed on or in the immediate vicinity of the sealing member that constitutes the laser diode 11 (see FIGS. 1A and 1B), or may be disposed through another member that will be described later. (Refer FIG. 1C), you may form in contact with the
本発明の発光部には、例えば、図１Ｄに示すように、波長変換部材１４から照射された光を外部に導き、所望の発光パターンに変換するための導光部材を設けてもよい。導光部材としては、例えば、レンズ１６、ライトガイド１３、導光板、リフレクタなどが挙げられる。
For example, as shown in FIG. 1D, the light emitting unit of the present invention may be provided with a light guide member for guiding light emitted from the
ライトガイド
発光装置における発光部は、さらに、図１Ｃに示すように、励起光源１２と波長変化部材１４ａとの間に、ライトガイド１３を備えていてもよい。ライトガイド１３は、長手方向に所望の長さを有して延長し、その長さを自由に変更することができるとともに、その形状を自由に変形させることができ、特に、直角に曲げ又は湾曲させることができるなど、屈曲可能に構成されている。そのため、所望の位置に光を導出することができる。また、励起光源から射出された光を波長変換部材へ導出するものである。したがって、このようなことができるものであれば、どのような材料及び構造のものを用いてもよい。特に、励起光源から射出された光を、減衰させることなく波長変換部材へ導出するものであることが、エネルギー効率の観点から好ましい。
The light emitting unit in the light guide light emitting device may further include a
ライトガイドとしては、例えば、光を伝送する際に光の伝送路として用いる極めて細いグラスファイバが挙げられ、高屈折率を有するものと低屈折率を有するものとを組み合わせたものや、反射率の高い部材を用いたもの等を使用することができる。なかでも、ライトガイドの長手方向に対して垂直に交わる横断面の中心部（コア）を周辺部（クラッド）で取り囲む二重構造のものが好ましく、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも高いものが、光信号を減衰させることなく送ることができる観点から、より好ましい。ライトガイドへの戻り光を防止する観点から、クラッド径は小さい方が好ましい。例えば、コア径が１０００μｍ程度以下、クラッド径（コア径を含む）１２００μｍ程度以下が挙げられ、コア径が４００μｍ程度以下、クラッド径（コア径を含む）４５０μｍ程度以下が好ましい。具体的には、コア／クラッド＝１１４／１２５（μｍ）、７２／８０（μｍ）等のものが挙げられる。 Examples of the light guide include an extremely thin glass fiber used as a light transmission path when transmitting light, and a combination of a material having a high refractive index and a material having a low refractive index, The thing using a high member can be used. Among them, a double structure having a peripheral portion (clad) surrounding the central portion (core) of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the light guide is preferable, and the refractive index of the core is higher than the refractive index of the cladding. Is more preferable from the viewpoint that the optical signal can be sent without being attenuated. From the viewpoint of preventing return light to the light guide, it is preferable that the cladding diameter is small. For example, the core diameter is about 1000 μm or less, the cladding diameter (including the core diameter) is about 1200 μm or less, the core diameter is about 400 μm or less, and the cladding diameter (including the core diameter) is about 450 μm or less. Specific examples include core / clad = 114/125 (μm), 72/80 (μm), and the like.
ライトガイドは、単線ファイバ、多線ファイバのいずれでもよいが、単線ファイバであることが好ましい。また、単一モードファイバ、多モードファイバのいずれでもよいが、多モードファイバであることが好ましい。
ライトガイドの材料は特に限定されるものではなく、例えば、石英ガラス、プラスチック等が挙げられる。なかでも、コアの材料がピュアシリカ（純粋石英）によって構成されているものが好ましい。これにより、伝達損失を抑えることができる。
The light guide may be either a single wire fiber or a multi-wire fiber, but is preferably a single wire fiber. Moreover, either a single mode fiber or a multimode fiber may be used, but a multimode fiber is preferable.
The material of the light guide is not particularly limited, and examples thereof include quartz glass and plastic. Among these, the core material is preferably composed of pure silica (pure quartz). Thereby, transmission loss can be suppressed.
ライトガイドは、ＷＯ／２００６／０３８５０２号公報に記載されたような、後述する波長変換部材が配置する側においてのみ、コアの中心部よりもコア径の広いもの、インデックスガイディング、フォトニックバンドギャップ、ホールアシシテッド等と呼ばれるフォトニクス結晶ファイバ等を用いてもよい。 The light guide has a larger core diameter than the center of the core, index guiding, photonic band gap only on the side where the wavelength conversion member described later is arranged, as described in WO / 2006/038502. Alternatively, a photonic crystal fiber referred to as hole associated or the like may be used.
ライトガイド先端部材
発光装置における発光部は、図１Ｃに示すように、ライトガイド１３の先端、つまり励起光源１２に接続されていない端部が、ライトガイド先端部材１５によって支持されていてもよい。これにより、ライトガイド１３の先端の発光効率、放熱等を向上させるとともに、発光装置としての組み立てが容易となる。
As shown in FIG. 1C, the light guide in the light guide tip member light emitting device may be supported by the light
ライトガイド先端部材は、熱伝導性があり、波長変換後の光の少なくとも一部を反射するものであれば、どのような材料で構成することもできる。例えば、励起光及び／又は波長変換された光に対する反射率が高い、屈折率が高い、熱伝導性が高い、いずれかの材料又はこれらの性質を２種以上備える材料で構成することが適している。具体的には、励起光及び／又は波長変換された光に対して８０％以上の反射率、３５０〜５００ｎｍ程度の光に対してｎ：１．４以上の屈折率及び／又は０．１Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導性を有するものが好ましい。そのような材料としては、Ａｇ、Ａｌ、ＺｒＯ2、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ホウケイ酸ガラス、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、カーボン、銅、硫酸バリウム等が挙げられる。なかでも、ＺｒＯ2を用いた場合には、反射率が高く、ライトガイドが通るように加工することが容易であり、ステンレス鋼を用いた場合には、引っ張り強度を維持することが容易であるため、ＺｒＯ2、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０３等）で形成されていることが好ましい。 The light guide tip member can be made of any material as long as it has thermal conductivity and reflects at least part of the light after wavelength conversion. For example, it is suitable to be composed of any material having a high reflectivity for excitation light and / or wavelength-converted light, a high refractive index, a high thermal conductivity, or a material having two or more of these properties. Yes. Specifically, the reflectance is 80% or more for the excitation light and / or the wavelength-converted light, the refractive index is n: 1.4 or more for the light of about 350 to 500 nm, and / or 0.1 W / Those having a thermal conductivity of m · ° C. or higher are preferred. Examples of such a material include Ag, Al, ZrO 2 , Al 2 O 3 , AlN, borosilicate glass, stainless steel (SUS), carbon, copper, and barium sulfate. In particular, when ZrO 2 is used, the reflectivity is high, and it is easy to process so that the light guide passes. When stainless steel is used, it is easy to maintain the tensile strength. Therefore, it is preferably formed of ZrO 2 or stainless steel (for example, SUS303).
挿入部
本発明に利用される発光装置の発光部は、その先端、例えば、波長変換部材が配置されている部位、ライトガイド先端部材で支持されている部位又は導光部材が、撮像素子の撮像の際に、被写体を照らすことができるように、撮像素子と一体として固定するための挿入部が配置されていてもよい。これにより、被写体に確実に光を照射することができ、被写体の精密な観察が可能となる（図２Ｂの３参照）。また、これらの部材は、撮像素子とは別々に配置されていてもよい。
また、挿入部の先端が、レンズなどの機能を備えていてもよい。
Insertion part The light emitting part of the light emitting device used in the present invention has its tip, for example, the part where the wavelength conversion member is disposed, the part supported by the light guide tip member, or the light guide member, In this case, an insertion portion for fixing the subject as an integral unit may be arranged so that the subject can be illuminated. As a result, the subject can be reliably irradiated with light, and the subject can be observed precisely (see 3 in FIG. 2B). These members may be arranged separately from the image sensor.
Further, the distal end of the insertion portion may have a function such as a lens.
レンズ
励起光源１２には、レーザダイオード１１と、波長変換部材１４又はライトガイド１３との間に、レンズ１６が設けられていてもよい（図１Ｃの１６参照）。レンズは、レーザダイオードから射出された光が、ライトガイドの入射部に集光される限り、どのような形状でもよく、複数枚並置してもよい。レンズは、無機ガラス、樹脂等により形成することができ、なかでも、無機ガラスが好ましい。レンズを用いることにより、励起光源からの射出する励起光を集光させ、効率よく外部、例えば、ライトガイドに導出することができる。
The lens
受光素子
発光部には、例えば、受光素子（例えば、フォトダイオード等）を、励起光源におけるレーザダイオードの近傍、ライトガイドの周辺、ライトガイド先端部材内又は挿入部内等の適当な位置に設けてもよい。受光素子を設けることによって、レーザダイオードから発せられた光量を観測し、一定の光量以下の場合に、レーザダイオードに投入される電源を調整するなどして、一定の光量を維持することができる。
The light receiving element emitting unit, for example, light receiving elements (e.g., photodiodes, etc.) to the vicinity of the laser diode at the excitation light source, a light guide near, be provided in a suitable location, such as light guide distal end member or insert portion Good. By providing the light receiving element, the amount of light emitted from the laser diode can be observed, and when the amount of light is less than the certain amount, the constant amount of light can be maintained by adjusting the power supplied to the laser diode.
第２の光源
本発明の発光装置には、上述した波長変換部材の励起を主とする励起光源以外に、第２の光源を備えていてもよい。第２の光源からの光は、波長変換部材に照射されていてもよいし、波長変換部材からの光と混色されて被写体に照射されていてもよい。
第２の光源には、例えば、波長２２０ｎｍ〜１５００ｎｍに発光ピークを持つ発光ダイオードやレーザダイオード、固体レーザ、ハロゲンランプ、キセノンランプなどが挙げられる。特に、第２の光源にレーザダイオードを用いる場合には、第２の光源にも本発明の駆動方法を用いることが有効である。
Second Light Source The light-emitting device of the present invention may include a second light source in addition to the above-described excitation light source that mainly excites the wavelength conversion member. The light from the second light source may be applied to the wavelength conversion member, or may be mixed with the light from the wavelength conversion member and applied to the subject.
Examples of the second light source include a light emitting diode or laser diode having a light emission peak at a wavelength of 220 nm to 1500 nm, a solid state laser, a halogen lamp, and a xenon lamp. In particular, when a laser diode is used for the second light source, it is effective to use the driving method of the present invention for the second light source.
撮像素子
本発明に利用される発光装置１、１ａは、例えば、図２Ｂ及び２Ａに示すように、発光部１０、１０ａとともに撮像部２０が併設されている。
撮像部２０における撮像素子２１は、光学像を電気信号に変換する電子部品であり、その種類は特に限定されず、例えば、ＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（ＣＭＯＳimage sensor）イメージセンサ、撮像管を用いた撮像センサ等を利用したものが例示される。
Imaging Device The
The
ＣＣＤ等は、例えば、ｐｎ接合フォトダイオードの画素配列、信号電荷を画素からＣＣＤへ転送するためのトランスファーゲート、２相駆動ＣＣＤ部及び出力部等を含んで構成されるものを利用することができる。このようなＣＣＤは、通常、トランスファーゲートを閉じて、全画素を一斉に又は分割して露光し、光発生した信号電荷を画素に蓄積し（図３ＢのＨ参照）、その後、シフトパルスによりトランスファーゲートを短時間だけ開き、信号電荷を画素から２相駆動ＣＣＤに転送し（図３ＢのＭ参照）、２相クロックパルスをＣＣＤに印加して信号電荷を順次出力部から読み出し（図３ＢのＮ参照）、処理又は表示される（図３ＢのＬ参照）。この場合、全画素数は、特に限定されないが、例えば、数万〜数１０００万程度であるものが挙げられ、数万〜数１０万程度が適している。露光時間は、例えば、１ｎｓｅｃ〜数分であるものが挙げられるが、数μｓｅｃ〜数１００ｍｓｅｃ程度が適している。また、この一連の動作は、通常、フレームレート（ｆｐｓ）として表され、例えば、１〜５００ｆｐｓであるものが挙げられるが、数１０〜数１００ｆｐｓ程度が適している。 For example, a CCD including a pixel array of a pn junction photodiode, a transfer gate for transferring signal charges from the pixel to the CCD, a two-phase drive CCD unit, an output unit, and the like can be used. . In such a CCD, normally, the transfer gate is closed, all pixels are exposed simultaneously or divided, the signal charge generated by light is accumulated in the pixel (see H in FIG. 3B), and then transferred by a shift pulse. The gate is opened only for a short time, the signal charge is transferred from the pixel to the two-phase drive CCD (see M in FIG. 3B), the two-phase clock pulse is applied to the CCD, and the signal charge is sequentially read from the output unit (N in FIG. 3B). (See L in FIG. 3B). In this case, the total number of pixels is not particularly limited. For example, the number of pixels is about tens of thousands to tens of millions. The exposure time is, for example, 1 nsec to several minutes, but about several μsec to several 100 msec is suitable. In addition, this series of operations is usually expressed as a frame rate (fps), and for example, there is one that is 1 to 500 fps, but several tens to several hundreds fps is suitable.
その他
発光装置は、上述した構成に加えて、例えば、励起光源の点滅を制御するユニット、励起光源に電力を供給する電源部（図２Ａ及び２Ｂの２参照）、電気信号を画像信号（例えば、ＮＴＳＣ信号等の映像信号）に変換する画像信号処理装置（図２Ａ及び２Ｂの２２）、電気信号又は測定値等を表示するインジケータ、画像信号を出力して画像を映し出すディスプレイ（図２Ａ及び２Ｂの２３）、各種の処理及び計算を行うコンピュータ等を備えていてもよい。
例えば、撮像素子２１は、挿入部を挿通する撮像信号伝送用ケーブル等を介して、画像信号処理装置２２及びディスプレイ２３と接続されていることが好ましい（図２Ａ及び２Ｂ参照）。これにより、被写体の光学像を、扱いやすいものとすることができる。
In addition to the above-described configuration, the other light emitting device includes, for example, a unit that controls blinking of the excitation light source, a power supply unit that supplies power to the excitation light source (see 2 in FIGS. 2A and 2B), and an electrical signal as an image signal (for example, An image signal processing device (22 in FIGS. 2A and 2B) that converts the image signal into a video signal such as an NTSC signal, an indicator that displays an electrical signal or a measured value, and a display that outputs an image signal and displays an image (in FIGS. 23) A computer for performing various processes and calculations may be provided.
For example, the
電源部２は、少なくとも、撮像部での露光期間中にパルス電流を供給し得るものである。この場合のパルス電流の周期及び波形等は、露光のタイミング、露光時間の長さに応じて適宜選択することができる。したがって、電源部は、これを実現し得る機構、回路部等を設けていることが好ましい。
The
例えば、図３Ａに示したように、パルス電流の周期Ｐ及び波形は、撮像部における露光時間Ｈ以下の周期であるもの、図３Ｂに示したように、撮像部における露光時間Ｈ内において電流値が変化するものが適している。後者の場合、パルス電流の周期Ｐは、露光時間Ｈ以下、同等、以上の周期のいずれでもよい。また、パルス電流の周期Ｐが、撮像部における露光時間Ｈと同じ周期である場合は、露光時間内において電流値が変化するようにパルス電流を供給することが好ましい。 For example, as shown in FIG. 3A, the period P and the waveform of the pulse current have a period equal to or shorter than the exposure time H in the imaging unit, and the current value within the exposure time H in the imaging unit as shown in FIG. 3B. Suitable for those that change. In the latter case, the period P of the pulse current may be any of the periods equal to or shorter than the exposure time H. When the period P of the pulse current is the same as the exposure time H in the imaging unit, it is preferable to supply the pulse current so that the current value changes within the exposure time.
パルス電流の波形は、矩形波（オン／オフの繰り返し：図４Ａ、オン／オフを繰り返し、デューティー比を変える：図４Ｂ）、正弦波（全波：図４Ｃ、半波：図４Ｄ）、三角波（のこぎり状：図４Ｅ）、重畳波（直流波＋矩形波：図４Ｆ、直流波＋正弦波：図４Ｇ）、階段状（１段：図Ｈ、数段：図４Ｉ）、パルス幅の変更（図４Ｊ）等の種々のものが挙げられる。 The waveform of the pulse current is as follows: rectangular wave (on / off repetition: FIG. 4A, on / off repetition, duty ratio change: FIG. 4B), sine wave (full wave: FIG. 4C, half wave: FIG. 4D), triangular wave (Sawtooth: FIG. 4E), superimposed wave (DC wave + rectangular wave: FIG. 4F, DC wave + sine wave: FIG. 4G), stepped (1 step: FIG. H, several steps: FIG. 4I), change of pulse width (FIG. 4J) and the like.
また、電源部は、露光時間に同期してパルス電流を供給するものであってもよく、これを実現し得る機構、回路部等を設けることが好ましい。なお、露光時間以外では、電流を供給していなくてもよいし、直流電流等、どのような電流を供給していてもよい。特に、露光時間以外においては電流値を低くすることで、発光部の負荷や消費電力を抑えることができる。 Further, the power supply unit may supply a pulse current in synchronization with the exposure time, and it is preferable to provide a mechanism, a circuit unit, and the like that can realize this. Note that the current may not be supplied outside the exposure time, or any current such as a direct current may be supplied. In particular, by reducing the current value at times other than the exposure time, the load and power consumption of the light emitting unit can be suppressed.
さらに、発光装置には、レーザダイオードからの励起光の発光スペクトルの縦モードを変化させる機構、例えば、励起光源の外側に非線形光学結晶等、ＬＤ温度を変動させる制御器等、外部共振機構等を、発光部又は撮像部に併設又は別途設けることが好ましい。これによって、レーザ光の縦モードを不安定にすることによって、励起光の過大なピーク強度をより平均化することができ、パターンノイズ等の低減に有用となる。 Furthermore, the light emitting device includes an external resonance mechanism, such as a mechanism that changes the longitudinal mode of the emission spectrum of the excitation light from the laser diode, for example, a nonlinear optical crystal outside the excitation light source, a controller that varies the LD temperature, etc. It is preferable that the light emitting unit or the imaging unit is provided or provided separately. Thus, by destabilizing the longitudinal mode of the laser light, the excessive peak intensity of the excitation light can be further averaged, which is useful for reducing pattern noise and the like.
発光装置の駆動方法
上述した発光装置を駆動させる場合、パルス電流を供給する。
一般に、レーザダイオードにおいては、ＭＨｚを超える速い速度でパルス駆動させると、いわゆるスペックルノイズが低減する一方、低周波でのパルス駆動によっては、スペックルノイズの発生を制御することができないことが知られている。
また、波長変換部材によりレーザダイオードからの光が拡散・減衰されるためスペックルノイズは緩和されるものの、レーザダイオードの波長域において強度ピークが高い場合は被写体の画像を表示する際にパターンノイズを生ずる。
Driving Method of Light-Emitting Device When driving the above-described light-emitting device, a pulse current is supplied.
In general, in laser diodes, so-called speckle noise is reduced when pulse driving at a speed exceeding MHz, but it is known that generation of speckle noise cannot be controlled by pulse driving at a low frequency. It has been.
Also, speckle noise is mitigated because the light from the laser diode is diffused and attenuated by the wavelength conversion member, but if the intensity peak is high in the wavelength range of the laser diode, pattern noise is displayed when displaying the subject image. Arise.
しかし、本発明の駆動方法では、発光部、特に、レーザダイオードに、撮像部における露光時間以下の周期のパルス電流又は露光時間内において電流値が変化するパルス電流を供給することによって、上述した発光部を用いた場合に認められるパターンノイズを低減させることができる。なお、この場合のパルス電流のピーク値、パルスの幅、周期は、レーザダイオードの種類、性能、出力等によって適宜調整することができる。
また、パルス駆動であれば、直流駆動時よりも高いピーク出力でレーザダイオードを駆動することもできる。
However, in the driving method of the present invention, the above-described light emission is performed by supplying a pulse current having a period equal to or shorter than the exposure time in the imaging unit or a pulse current whose current value changes within the exposure time to the light emitting unit, particularly the laser diode. It is possible to reduce the pattern noise that is recognized when the portion is used. In this case, the peak value of the pulse current, the pulse width, and the cycle can be appropriately adjusted according to the type, performance, output, etc. of the laser diode.
Further, in the case of pulse driving, the laser diode can be driven with a peak output higher than that during direct current driving.
上述したような撮像素子は、画素数等にもよるが、通常、フレームレートが数１０〜数１００ｆｐｓ程度であることから、１回の露光時間は、１μｓｅｃ〜１ｓｅｃ程度と設定することができる。したがって、レーザダイオードには、１μｓｅｃ〜１ｓｅｃ以下の周期のパルス電流を供給することが適している。パルス電流の周期は、露光時間に対して、１／２以下が好ましく、１／５以下、さらに１／１０以下とすることがより好ましい。
また、露光時間内において変化する電流値は、特に限定されないが、例えば、露光時間内における印加電流の最小値が、同印加電流の最大値の９０％以下であるのが好ましい。さらに５０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。
Although the image pickup device as described above depends on the number of pixels and the like, the frame rate is usually about several tens to several hundreds of fps, so that one exposure time can be set to about 1 μsec to 1 sec. Therefore, it is suitable to supply a pulse current having a period of 1 μsec to 1 sec or less to the laser diode. The period of the pulse current is preferably 1/2 or less, more preferably 1/5 or less, and further preferably 1/10 or less with respect to the exposure time.
The current value that changes within the exposure time is not particularly limited. For example, the minimum value of the applied current within the exposure time is preferably 90% or less of the maximum value of the applied current. Furthermore, 50% or less is preferable and 10% or less is more preferable.
以下に、本発明の発光装置の具体例を図面に基づいて詳細に説明する。
図２Ａに示したように、この実施例の発光装置１ａは、発光部１０ａと撮像部２０とを含んで構成される。
発光部１０ａは、主として、レーザダイオード１１からなる励起光源１２と、ライトガイド１３と、ライトガイド先端部材１５と、波長変換部材１４とから構成される。
レーザダイオード１１は、４４５ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有するＧａＮ系の半導体からなる素子を用いた。レーザダイオード１１の前面には、ＬＤからの励起光１を集光するためのレンズ１６を配置した。
Hereinafter, specific examples of the light-emitting device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 2A, the
The
As the
ライトガイド１３は、その一端が、励起光源の出射部に接続されており、他端がライトガイド先端部材１５に接続されている。ライトガイド１３として、石英製のＳＩ型１１４（μｍ：コア径）／１２５（μｍ：クラッド径）を用い、ライトガイド１３を支持するライトガイド先端部材１５として、ジルコニア（ＺｒＯ２）製の直径２．５ｍｍのものを用いた。
One end of the
ライトガイド先端部材１５の先端には、波長変換部材１４ａが被覆されており、波長変換部材１４ａは、ガラス中に蛍光体が均一に分散するように一層構造に成型されている。蛍光体には、緑色に発光するＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＬＡＧ）と、黄色に発光するＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）とを混合したものを用いた。これとガラス粉末とを混合し、焼成することにより、発光装置を１７５ｍＡの直流電流で駆動した場合の色温度が約６５００Ｋの波長変換部材１４ａを作製した。
The tip end of the light
撮像部２０は、主として、撮像素子２１としてＣＣＤが、撮像信号伝送用ケーブルを介して、画像信号処理装置２２に接続されており、画像信号処理装置２２には、ディスプレイ２３が接続されている。このＣＣＤは、露光時間が０．６ｍ秒〜１７０ｍ秒に調整可能なリニア方式のイメージセンサであり、露光時間はパルス電流の周期よりも長くなるよう任意に設定した。
なお、撮像素子２１と、発光部１０ａのライトガイド先端部材１５及び波長変換部材１４は、一体的に、挿入部３ａ内に納められている。
発光部１０ａ及び撮像部２０は、電源２に接続されている。
In the
Note that the
The
このような発光装置を用いて、図４Ａのようなパルス電流（１０００Ｈｚ）を供給して駆動した時のレーザダイオードのスペクトルを、直流電源の供給による駆動時のスペクトルと比較した。
駆動条件は、直流駆動時はＩ＝１７５ｍＡ（Ｐ＝８０ｍＷ）、パルス駆動（デューティー５０％）時はＩ＝２３６ｍＡ（Ｐ＝８０ｍＷ）であった。
発光部のスペクトル全体（測定波長範囲３００ｎｍ〜８００ｎｍ）を測定するために、波長分解能＜３ｎｍ（ＦＷＨＭ）、分光方式：グレーティング方式（凹面）のフォトニック・マルチチャネル・アナライザー（ＰＭＡ−１１、型番：Ｃ５９６６−３１、浜松フォトニクス社製）を用いた（図５Ａ〜図５Ｅ参照）。測定器に使用されているＣＣＤの露光時間は、パルス電流の周期よりも長くなるように設定した。
Using such a light emitting device, the spectrum of a laser diode when driven by supplying a pulse current (1000 Hz) as shown in FIG. 4A was compared with the spectrum when driven by supplying DC power.
The driving conditions were I = 175 mA (P = 80 mW) during DC driving and I = 236 mA (P = 80 mW) during pulse driving (duty 50%).
In order to measure the entire spectrum of the light emitting part (measurement wavelength range 300 nm to 800 nm), wavelength resolution <3 nm (FWHM), spectral method: grating method (concave surface) photonic multichannel analyzer (PMA-11, model number: C5966-31 (manufactured by Hamamatsu Photonics) was used (see FIGS. 5A to 5E). The exposure time of the CCD used in the measuring device was set to be longer than the period of the pulse current.
また、さらに詳細なスペクトル（測定波長範囲３６０ｎｍ〜４６０ｎｍ）を測定するために、波長分解能０．０３ｎｍ（ＦＷＨＭ）（５μｍスリット使用）、分光方式：グレーティング方式（凹面）の高分解能スペクトロメータ（ＨＲ２０００、オーシャン・オプティクス社製）を用いた（図５Ｆ、図５Ｇ参照）。測定器に使用されているＣＣＤの露光時間は、パルス電流の周期よりも長くなるように設定した。 Further, in order to measure a more detailed spectrum (measurement wavelength range 360 nm to 460 nm), a wavelength resolution of 0.03 nm (FWHM) (using a 5 μm slit), a spectral method: a grating method (concave surface) high resolution spectrometer (HR2000, (Manufactured by Ocean Optics) was used (see FIGS. 5F and 5G). The exposure time of the CCD used in the measuring device was set to be longer than the period of the pulse current.
それらの結果を図５に示す。図５において、Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｆは、パルス電流の供給によるスペクトルであり、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｇは比較のための直流電流の供給によるスペクトルである。
図５Ａ及びその拡大図である図５Ｃと、図５Ｂ及びその拡大図である図５Ｄとの比較において、パルス電流を供給した場合には、４３０〜４５０ｎｍ近傍の最大ピーク強度が１．０８ｍＷであり、直流電流を供給した場合の１．４ｍＷに比較して、明らかに抑制されていた。
The results are shown in FIG. In FIG. 5, A, C, E, and F are spectra by supplying a pulse current, and B, D, E, and G are spectra by supplying a direct current for comparison.
In a comparison between FIG. 5A and its enlarged view, FIG. 5C, and FIG. 5B and its enlarged view, FIG. 5D, when a pulse current is supplied, the maximum peak intensity in the vicinity of 430 to 450 nm is 1.08 mW. It was clearly suppressed as compared with 1.4 mW when a direct current was supplied.
また、異なる測定装置を用いて測定した場合においても、パルス電流を供給した場合（図５Ｆ）には、約５００程度であり、直流電流を供給した場合（図５Ｇ）の約３４００と比較して、そのピーク強度が顕著に低減されていることが確認された。
これは、パルス電流を供給してレーザダイオードの動作条件（立ち上がり時間、立ち下がり時間、温度、電流密度など）を変化させることで縦モードが不安定化し、任意の露光時間内においてより多くのモードで発振するためであり、直流電流を供給した場合と同等の光出力を保ったままピーク強度が下がっていることを示す。
Further, even when the measurement is performed using a different measuring apparatus, when the pulse current is supplied (FIG. 5F), it is about 500, compared with about 3400 when the direct current is supplied (FIG. 5G). It was confirmed that the peak intensity was significantly reduced.
This is because the longitudinal mode becomes unstable by supplying pulse current and changing the operating conditions (rise time, fall time, temperature, current density, etc.) of the laser diode. This indicates that the peak intensity decreases while maintaining the same optical output as when a direct current is supplied.
一方、４６０〜７６０ｎｍ付近のピーク強度は、図５Ｅに示すように、いずれの電流供給においても同等であり、輝度を維持していることを示す。
つまり、パルス電流を供給することによって、４５０〜７６０ｎｍ近傍のスペクトルに対する、４３０〜４５０ｎｍ近傍のスペクトルのピーク強度比率が相対的に下がっており、これによりパターンノイズが低減されていることを示す。
On the other hand, as shown in FIG. 5E, the peak intensity around 460 to 760 nm is the same for any current supply, indicating that the luminance is maintained.
That is, by supplying a pulse current, the peak intensity ratio of the spectrum in the vicinity of 430 to 450 nm with respect to the spectrum in the vicinity of 450 to 760 nm is relatively lowered, which indicates that the pattern noise is reduced.
このように、パルス電流を供給することにより、高輝度を維持したまま、被写体の画像を取り込んだ際に、そのパターンノイズをほぼ消失させることができ、色調バラつきが少なく、色再現性に非常に富み、演色性が非常に高く、鮮明な撮像を実現することが可能となる。 In this way, by supplying a pulse current, when capturing an image of a subject while maintaining high brightness, the pattern noise can be almost eliminated, there is little color tone variation, and color reproducibility is extremely high. It is rich and has a very high color rendering property, and it is possible to realize clear imaging.
また、上記の発光装置を用いて、パルス電流（１００Ｈｚ及び１００００Ｈｚ）を供給して駆動した時のレーザダイオードのスペクトルを測定したところ、ほぼ、図５Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｆと同様の値が得られた。 Further, when the spectrum of the laser diode was measured when the pulsed current (100 Hz and 10000 Hz) was supplied using the above light emitting device, the same values as in FIGS. 5A, 5 C, 5 E, and F were obtained. It was.
なお、本発明の発光装置は、図２Ｂに示したように、ライトガイドを用いることなく、挿入部３において直接、励起光源１２を用いている以外、実質的に上述した発光装置１ａと同様の構成を有するものであってもよいし、図１Ａに示したレーザダイオード１１を励起光源として用いて、挿入部３に収容してもよい。
2B, the light-emitting device of the present invention is substantially the same as the above-described light-emitting
本発明の発光装置は、生体内部を撮像したり、観察しながら治療したりするための内視鏡装置、狭い隙間及び暗い空間等、例えば、原子炉内部、遺跡の閉鎖空間等を照明することができるファイバースコープ、電流の漏洩や発熱のない照明を必要とする各種工業用の装置等のみならず、撮像素子を併用して用いる検査装置用照明、展示物用照明、一般照明、車載用照明としても、広く利用することができる。 The light-emitting device of the present invention illuminates an endoscopic device for imaging or observing the inside of a living body, a narrow gap, a dark space, etc., for example, the inside of a nuclear reactor, a closed space of a ruin, etc. In addition to various industrial devices that require lighting that does not leak current or generate heat, lighting for inspection devices, exhibition lighting, general lighting, and in-vehicle lighting that use an image sensor together As such, it can be widely used.
１、１ａ 発光装置
２ 電源部
３、３ａ 挿入部
１０、１０ａ 発光部
１１、１１ａ レーザダイオード
１２ 励起光源
１３ ライトガイド
１４、１４ａ 波長変換部材
１５ ライトガイド先端部材
１６ レンズ
２０ 撮像部
２１ 撮像素子
２２ 画像信号処理装置
２３ ディスプレイ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
撮像部とを備える発光装置を用いて、
前記撮像部での露光時間内に、前記発光部に、前記撮像部における露光時間に対して、１／２以下の周期のパルス電流を供給することを特徴とする発光装置の駆動方法。 Light emission composed of an excitation light source composed of a longitudinal multimode laser diode and a wavelength conversion member that absorbs part or all of the excitation light emitted from the excitation light source, converts the wavelength, and emits light in a predetermined wavelength range And
Using a light emitting device including an imaging unit,
A driving method of a light emitting device, wherein a pulse current having a cycle of 1/2 or less with respect to an exposure time in the imaging unit is supplied to the light emitting unit within an exposure time in the imaging unit.
撮像部とを備える発光装置を用いて、
前記撮像部における露光時間内に、前記発光部に、電流印加状態で電流値が変化するパルス電流を供給することを特徴とする発光装置の駆動方法。 Light emission composed of an excitation light source composed of a longitudinal multimode laser diode and a wavelength conversion member that absorbs part or all of the excitation light emitted from the excitation light source, converts the wavelength, and emits light in a predetermined wavelength range And
Using a light emitting device including an imaging unit,
In the exposure time before Symbol imaging unit, wherein the light emitting portion, a driving method of a light-emitting device which is characterized in that provided supplying a pulse current which changes the current value in the current application state.
前記電源部が、前記撮像部での露光時間内に前記撮像部における露光時間に対して、１／２以下の周期のパルス電流を前記発光部に供給するものであることを特徴とする発光装置。 Light emission composed of an excitation light source composed of a longitudinal multimode laser diode and a wavelength conversion member that absorbs part or all of the excitation light emitted from the excitation light source, converts the wavelength, and emits light in a predetermined wavelength range A light-emitting device comprising an imaging unit, an imaging unit, and a power supply unit,
The light-emitting device, wherein the power supply unit supplies a pulse current having a period of ½ or less of the exposure time in the imaging unit within the exposure time in the imaging unit to the light-emitting unit. .
前記電源部が、前記撮像部における露光時間内に、電流印加状態で電流値が変化するパルス電流を、前記発光部に供給するものであることを特徴とする発光装置。 Light emission composed of an excitation light source composed of a longitudinal multimode laser diode and a wavelength conversion member that absorbs part or all of the excitation light emitted from the excitation light source, converts the wavelength, and emits light in a predetermined wavelength range A light-emitting device comprising an imaging unit, an imaging unit, and a power supply unit,
The light-emitting device, wherein the power supply unit supplies a pulse current whose current value changes in a current application state to the light-emitting unit within an exposure time in the imaging unit.
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