JP6650447B2 - 照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の波長変換光を照明光として射出する照明装置に関する。
小型固体光源から出射された励起光を光ファイバで導光し、光ファイバ先端に配置された波長変換部材により励起光を波長変換して所望の照射パターン等の照明光を射出する照明装置が提案されてきている。
例えば、特許文献１には、励起光を出射する光源と、光源からの励起光を導光する導光部材と、導光された励起光を受光して、励起光の少なくとも一部を吸収して励起光の波長とは異なる波長の光（波長変換光）を射出する波長変換部材とを具備する発光装置が開示されている。
特開２００８−２１９７３号公報
特許文献１に記載の発光装置の波長変換部材では、励起光の導入方向に交差する断面において複数の層が配置されている。複数の層のうち少なくとも２層は、励起光に対する耐性が互いに異なる材料で形成されており、各層は、透光性材料に蛍光体、拡散剤及びフィラーからなる群から選択された少なくとも１つを混合した混合物で形成されている。フィラーは、光を反射、散乱させるためのもので、フィラーにより混色が良好となるとともに色むらが低減される。
特許文献１には、複数の層からなる波長変換部材から射出される複数の波長変換光の配光は広配光で揃う発光装置が開示されているが、狭い範囲に複数の波長変換光の配光を揃えて射出する発光装置は開示されていない。
そこで、本発明は、複数の波長変換光を照明光として射出する照明装置において、所定の配光特性に対して複数の波長変換光の配光を揃えることが可能な照明装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態は、第１の励起光源から出射された第１の励起光の一部を吸収して、前記第１の励起光とは異なる波長領域の光である第１の波長変換光を射出する第１の波長変換部材と、前記第１の励起光の一部を吸収して、前記第１の励起光及び前記第１の波長変換光とは異なる波長の光である第２の波長変換光を射出する第２の波長変換部材と、前記第１の波長変換部材と前記第２の波長変換部材を囲むように配置された反射面を備え、前記反射面で前記第１の波長変換光及び前記第２の波長変換光を反射する反射部材と、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材を保持するホルダと、を具備し、前記反射部材で反射された前記第１の波長変換光及び前記第２の波長変換光を含む第１の照明光を前記ホルダから外部に射出する、照明装置であって、前記ホルダは、前記第１の波長変換部材と、前記第２の波長変換部材の少なくとも一部とを、前記反射面で囲まれた領域に含まれる第１領域と第２領域とのうち前記第１領域に保持しており、前記第１領域は、前記第１の波長変換部材と前記第２の波長変換部材の前記少なくとも一部が配置された場合に前記ホルダから外部に射出される前記第１の照明光の配光角の変化が所定の値以下となる領域であり、前記第２領域は、前記第２の波長変換部材の前記少なくとも一部を除いた部分が配置された場合に前記ホルダから外部に射出される前記第１の照明光の配光角の変化が前記所定の値よりも大きい領域である、照明装置である。
本発明によれば、複数の波長変換光を照明光として射出する照明装置において、所定の配光特性に対して複数の波長変換光の配光を揃えることが可能な照明装置を提供することができる。
図１は、第１の実施形態による照明装置を備えた内視鏡システムの概略図である。 図２は、第１の実施形態による照明装置の波長変換ユニットを模式的に示す図である。 図３は、第１の実施形態による照明装置の波長変換ユニットの発光点の位置と、射出光の配光半値角との関係を示す図である。 図４は、第１の実施形態による照明装置の波長変換ユニットの発光点の位置と、発光点と射出端とのなす角度との関係を示す図である。 図５は、ホルダ内部の第１の励起光、第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光を模式的に示す図である。 図６は、波長変換ユニットから射出される照明光の配光特性の一例を示す図である。 図７は、第１の実施形態における照明光の発光スペクトルの一例を示す図である。 図８は、テーパー角ごとの発光点の位置と射出光の配光半値角との関係を示す図である。 図９は、各テーパー角における発光点の位置と発光点と射出端とのなす角度との関係を示す図である。 図１０は、第１の実施形態の変形例１における波長変換ユニットを模式的に示す図である。 図１１は、第１の実施形態の変形例２における波長変換ユニットを模式的に示す図である。 図１２は、第１の実施形態の変形例３における波長変換ユニットを模式的に示す図である。 図１３は、第１の実施形態の変形例４における波長変換ユニットを模式的に示す図である。 図１４は、第１の実施形態の変形例５における波長変換ユニットを模式的に示す図である。 図１５は、第２の実施形態による照明装置の波長変換ユニット、波長変換ユニットの発光点の位置と射出光の配光半値角との関係、及び、波長変換ユニットの発光点の位置と発光点と射出端とのなす角度との関係を示す図である。 図１６は、第３の実施形態による照明装置を備えた内視鏡システムの概略図である。 図１７は、ホルダ内部の第２の励起光、第２の波長変換光及び第２の散乱励起光を模式的に示す図である。 図１８は、波長変換ユニットから照射される照明光の配光特性の一例を示す図である。 図１９は、第３の実施形態における第２の照明光の発光スペクトルの一例を示す図である。
［第１の実施形態］
（構成）
図１は、第１の実施形態による照明装置１０を備えた内視鏡システム１の概略図である。内視鏡システム１は、被観察体Ｓに照明光を照射する照明装置１０と、照明装置１０の照明光量の設定等をするユーザーインターフェースである入力部３０と、被観察体Ｓからの反射光により被観察体Ｓの画像を取得する画像取得装置５０と、被観察体Ｓの画像を表示する画像表示部７０とを有している。
また、内視鏡システム１は、例えばその先端が管腔に挿入される挿入部２０と、本体部４０と、挿入部２０と本体部４０とを着脱可能に接続する接続部６０とを有している。照明装置１０及び画像取得装置５０は、挿入部２０から接続部６０、本体部４０にまたがって配置されている。入力部３０は、本体部４０に配置されている。画像表示部７０は、挿入部２０、本体部４０及び接続部６０とは別体である。
照明装置１０は、第１の励起光を出射する第１の励起光源１１と、光源制御回路１２と、第１の励起光源１１からの第１の励起光を導光する光ファイバ１３と、光ファイバ１３によって導光された第１の励起光を受光して、第１の励起光の一部を第１の波長変換光に変換する第１の波長変換部材１１０（図２参照）と第１の励起光の他の一部を第２の波長変換光に変換する第２の波長変換部材１２０（図２参照）とを備えた波長変換ユニット１００とを有している。第１の波長変換光の波長及び第２の波長変換光の波長は、第１の励起光の波長とは異なっている。また、波長変換ユニット１００は、第１の励起光の波長を変えずに配光特性を変換する拡散部材１３０も有している。本実施形態では、第１の励起光の一部が第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０でそれぞれ波長変換された第１の波長変換光及び第２の波長変換光と、第１の励起光の一部が拡散部材１３０で配光変換された第１の励起光拡散光とが、波長変換ユニット１００から前方の照射領域に放射され、被観察体Ｓに照射される照明光として利用される。照明装置１０の詳細な構成は後述する。
入力部３０は、照明装置１０の電源動作（ＯＮ／ＯＦＦ）、照明装置１０から射出される照明光量を設定する機能などを有するユーザーインターフェースを備えている。入力部３０には、不図示のキーボード、マウスなどの入力装置からユーザによる指示が入力される。
画像取得装置５０は、撮像部５１と、画像処理回路５２とを有している。撮像部５１は、例えばＣＣＤである撮像素子を含み、挿入部２０の内部でその先端に配置されている。撮像部５１は、照明装置１０から射出される照明光が被観察体Ｓで反射してその反射光から得られる光学像を電気信号に変換する。画像処理回路５２は、撮像部５１に電気的に接続されており、本体部４０に配置されている。画像処理回路５２は、撮像部５１からの電気信号に基づいて被観察体Ｓの画像信号を生成する。
画像表示部７０は、画像取得装置５０の画像処理回路５２に接続されている。画像表示部７０は、液晶ディスプレイ等の一般的な表示装置であり、画像処理回路５２で生成された画像信号に基づいて被観察体Ｓの画像を表示する。
照明装置１０の詳細な構成について説明する。
照明装置１０は、上述したように、第１の励起光源１１と、光源制御回路１２と、光ファイバ１３と、波長変換ユニット１００とを有している。第１の励起光源１１及び光源制御回路１２は、本体部４０に配置されている。光ファイバ１３は、挿入部２０から接続部６０、本体部４０にまたがって配置されている。波長変換ユニット１００は、挿入部２０の内部でその先端に配置されている。
第１の励起光源１１は、発光波長ピーク４４５ｎｍの青色レーザー光を出射するレーザーダイオード（以下、青色ＬＤと称する）１４と、青色ＬＤ１４を駆動するための光源駆動部１５とを有している。本実施形態における第１の励起光は、波長４４５ｎｍにピークを有する青色レーザー光と定義する。
光源制御回路１２は、第１の励起光源１１に接続されている。また、光源制御回路１２には、入力部３０と画像取得装置５０（画像処理回路５２）とが接続されている。光源制御回路１２には、入力部３０から出力された照明光に対する光量制御情報、又は画像取得装置５０から出力された調光制御情報が入力される。光源制御回路１２は、これらの制御情報に基づいて、青色ＬＤ１４を所定の駆動電流、駆動間隔で駆動させるための制御信号を光源駆動部１５に送信する。
光ファイバ１３は、第１の励起光源１１から射出される第１の励起光を波長変換ユニット１００まで導光する導光部材である。光ファイバ１３の入射端は、第１の励起光源１１に接続されている。光ファイバ１３の射出端（以下、光ファイバ射出端１６と称する）は、波長変換ユニット１００に接続されている。本実施形態における光ファイバ１３は、例えば、コア径５０μｍ、開口数ＦＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバである。
波長変換ユニット１００は、光ファイバ射出端１６側に配置されている。波長変換ユニット１００は、光ファイバ射出端１６から射出される第１の励起光を受光する。そして、波長変換ユニット１００は、受光した第１の励起光の一部を、第１の励起光とは異なる波長特性と配光特性とを有する第１の波長変換光及び第２の波長変換光に変換する。また、波長変換ユニット１００は、受光した第１の励起光の一部をその配光角を拡大した第１の励起光拡散光に変換する。したがって、波長変換ユニット１００は、第１の光成分（第１の波長変換光）と第２の光成分（第２の波長変換光）と第３の光成分（第１の励起光拡散光）との３つの光成分からなる射出光を照明光として射出する。波長変換ユニット１００から射出される第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光の配光特性は、入射する第１の励起光の光量により変動せず、一定である。
図２は、波長変換ユニット１００を模式的に示す図である。波長変換ユニット１００は、第１の波長変換部材１１０と、第２の波長変換部材１２０と、拡散部材１３０と、透明部材１４０と、ホルダ１５０と、反射部材１６０とを有している。
本実施形態における第１の波長変換部材１１０は、第１の励起光源１１（青色ＬＤ１４）から出射された第１の励起光（青色レーザー光）の一部を吸収して、第１の励起光よりも長波長側（黄色域）の５５０ｎｍに発光ピーク波長を有する蛍光である第１の波長変換光（黄色蛍光）に波長変換する。具体的には、第１の波長変換部材１１０には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下、ＹＡＧと称する）の組成で示される蛍光体が用いられる。第１の波長変換部材１１０は、多結晶化されたＹＡＧセラミックスである。ＹＡＧセラミックスは、透過する励起光をほとんど拡散させない性質を有し、また、約１０Ｗ／ｍＫという高い熱伝導率を有している。なお、第１の波長変換部材１１０には、ＹＡＧセラミックス以外にもＹＡＧ単結晶、ＬＡＧ：Ｃｅ、ＴＡＧ：Ｃｅ等のセラミックスを蛍光体として用いることができる。
第１の波長変換部材１１０は、円柱形状を有している。第１の波長変換部材１１０は、例えば、φ０．３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍである。第１の波長変換部材１１０は、光ファイバ射出端１６から射出される第１の励起光が入射する円形の入射面１１１と、入射面１１１と対向する円形の射出面１１２と、入射面１１１と射出面１１２との間の外周面である側面１１３とを有している。入射面１１１における第１の励起光の照射領域は、入射面１１１よりも小さい。
本実施形態における第２の波長変換部材１２０は、第１の励起光源１１（青色ＬＤ１４）から出射された第１の励起光（青色レーザー光）の他の一部を吸収して、第１の励起光よりも長波長側（緑色域）の５４０ｎｍに発光ピーク波長を有する蛍光である第２の波長変換光（緑色蛍光）に波長変換する。第２の波長変換部材１２０は、粉末蛍光体と、粉末蛍光体を封止する封止材とを含む。具体的には、粉末蛍光体には、Ｅｕ賦活の酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ賦活のシリケート系蛍光体が用いられる。封止材は、例えばシリコーン樹脂である透明樹脂等である。
第２の波長変換部材１２０もまた、例えば、φ０．３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの円柱形状を有している。つまり、本実施形態では、第２の波長変換部材１２０は第１の波長変換部材１１０と同径である。第２の波長変換部材１２０は、第１の波長変換部材１１０の射出面１１２と接触している円形の入射面１２１と、入射面１２１と対向する円形の射出面１２２と、入射面１２１と射出面１２２との間の外周面である側面１２３とを有している。
本実施形態では、第２の波長変換部材１２０に拡散部材１３０が混合されている。本実施形態における拡散部材１３０は、拡散部材１３０に入射した第１の励起光（青色レーザー光）を、その波長を変えずに拡がり角を広げ、可干渉性を低くした第１の励起光拡散光（青色レーザー拡散光）に変換する。具体的には、拡散部材１３０は、第２の波長変換部材１２０の封止材の屈折率（屈折率１．４）よりも屈折率の高いアルミナの拡散粒子（屈折率１．７）であり、封止材の中にアルミナの拡散粒子が分散されている。このように、拡散粒子は、反射性拡散粒子、又は透明部材１４０の屈折率よりも高い屈折率を有する透過型拡散粒子である。
第２の波長変換部材１２０内の拡散部材１３０に入射した光の拡がり角と拡散部材１３０から射出される光の拡がり角との差、すなわち拡がり角の増加角度は、主に、拡散粒子の粒径、封止材に対する拡散粒子の濃度、拡散粒子及び封止材の屈折率、及び第２の波長変換部材１２０全体の厚さ等により決定される。本実施形態では、第１の励起光拡散光の配光角が、透明部材１４０の後述する射出面１４２から第１の波長変換光及び第２の波長変換光が射出される配光角（狭配光角）と、第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０から射出される角度である第１の波長変換配光角と第２の波長変換配光角（無指向性）との間の角度となるように、所定の拡散濃度条件等が設定される。
透明部材１４０は、透過率が高いガラス、シリコーン樹脂等で構成されている。透明部材１４０は、第１の励起光、第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光を透過させる。なお、透明部材１４０に代わって、第１の励起光、第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光が透過する間隙等の透明領域が配置されてもよい。
透明部材１４０は、円錐台形状を有しており、その内部に第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０（拡散部材１３０）が配置されている。透明部材１４０は、光ファイバ射出端１６から射出される第１の励起光が入射する小径の円形の入射面１４１と、入射面１４１と対向する大径の円形の射出面１４２と、入射面１４１と射出面１４２との間の外周面である側面１４３とを有している。入射面１４１は、光ファイバ射出端１６と同一の大きさであるか、光ファイバ射出端１６よりも大きい。入射面１４１は、光ファイバ射出端１６に光学的に接続されている。
ホルダ１５０は、光ファイバ射出端１６、第１の波長変換部材１１０、第２の波長変換部材１２０、拡散部材１３０及び透明部材１４０を保持する。ホルダ１５０は、例えば円柱形状を有している。また、ホルダ１５０は、光ファイバ射出端１６が配置される円柱状の中空部１５１と、光ファイバ射出端１６から第１の励起光の射出方向（軸方向）に沿って拡径している円錐台形状の中空部１５２を有している。中空部１５１、１５２は、ホルダ１５０の中心軸Ｃを中心として軸方向に連続して延びており、ホルダ１５０の内部を貫通している。
中空部１５２は、透明部材１４０の入射面１４１側が配置される開口部であるホルダ入射部１５３と、射出面１４２側が配置される開口部であるホルダ射出部１５４とを含む。中空部１５２は、ホルダ入射部１５３からホルダ射出部１５４まで貫通している貫通孔であり、ホルダ入射部１５３からホルダ射出部１５４にかけて拡径しているテーパー形状を有している。言い換えれば、中空部１５２を形成している内周面がテーパー面１５５をなしている。ホルダ入射部１５３には、光ファイバ射出端１６から第１の励起光が入射する。ホルダ射出部１５４は、第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光を射出する。
中空部１５２内には、光ファイバ射出端１６側から順に、透明部材１４０、第１の波長変換部材１１０、第２の波長変換部材１２０（拡散部材１３０）、透明部材１４０が配置され、保持されている。透明部材１４０の射出面１４２とホルダ射出部１５４の端面とは、略同一平面上に配置されている。したがって、第２の波長変換部材１２０の射出面１２２は、ホルダ射出部１５４の端面よりも内側に存在する。
ホルダ１５０の中心軸Ｃは、光ファイバ射出端１６から射出される第１の励起光の光路軸と同軸である。第１の波長変換部材１１０と第２の波長変換部材１２０とは、中空部１５２において、ホルダ１５０の中心軸Ｃ上に、中心軸Ｃに対して対称（回転対称）となるように積層配置されている。本実施形態では、第１の波長変換部材１１０において第１の励起光が入射する入射面１１１の縁部のみが全周にわたってテーパー面１５５と接触しており、第１の波長変換部材１１０の側面１１３はテーパー面１５５とは離れて配置されている。第２の波長変換部材１２０の側面１２３は、テーパー面１５５とは完全に離れて配置されている。
ホルダ１５０のテーパー角は、円錐台の内周面であるテーパー面１５５とホルダ１５０の中心軸Ｃとで形成される傾斜角度で定義する。無指向性の第１の波長変換光及び第２の波長変換光、拡散部材１３０により拡散した第１の励起光拡散光を波長変換ユニット１００から効率良く取り出すために、テーパー角は１０°〜６０°付近にあることが好ましい。具体的には、本実施形態における波長変換ユニット１００（ホルダ１５０）は、テーパー角２５°、入射径０．０７ｍｍ、射出径０．７ｍｍ、厚さ０．６７５ｍｍである。
ホルダ１５０のテーパー面１５５には、反射部材１６０が形成されている。本実施形態における反射部材１６０は、テーパー面１５５に銀又はアルミニウムなどの金属を薄くめっきした金属反射膜（反射ミラー）である。反射部材１６０は、第１の励起光、第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光が反射部材１６０に入射したときに、これらを正反射又は拡散反射する。言い換えれば、反射部材１６０は、ホルダ入射部１５３とホルダ射出部１５４とを結ぶ中心軸Ｃ上の位置から所定の配光角で射出される光の配光変換量が反射によって変化するように配置されている。
光ファイバ射出端１６から射出される第１の励起光は、中心軸Ｃ上で最も強く放射される。第１の波長変換部材１１０に第１の励起光が最も強く照射される位置は、第１の波長変換部材１１０の入射面１１１と中心軸Ｃとの交点の位置であり、これは第１の励起光の一部が吸収されて波長変換された第１の波長変換光の強度が強くなる位置でもある。この位置が第１の波長変換部材１１０の実質的な発光点ｐ１と定義される。同様に、第２の波長変換部材１２０に第１の励起光が最も強く照射される位置は、第２の波長変換部材１２０の入射面１２１と中心軸Ｃとの交点の位置であり、第２の波長変換光の強度が強くなる位置でもある。したがって、この位置が第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ２と定義される。本実施形態では、拡散部材１３０が第２の波長変換部材１２０に含まれているため、位置ｐ２が拡散部材１３０の実質的な拡散点ｐ３でもある。
次に、照明装置１０が、第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光の配光が揃って中心強度が強い照明光（狭配光）を射出するときの発光点の位置について説明する。
はじめに、テーパー角２５°であるホルダ１５０における発光点の位置と、波長変換ユニット１００から射出される射出光の配光特性との関係について説明する。
図３は、ホルダ１５０（中空部１５２）内の中心軸Ｃ上の位置に無指向性の点光源を配置したときに波長変換ユニット１００から射出される照明光の配光特性、すなわち発光点の位置と射出光の配光半値角との関係を示す図である。図３に示されるグラフにおいて、横軸である点光源の発光点の位置は、ホルダ射出部１５４の端面を基準としている。
図３のグラフの一番左側のプロット（位置：−０．６５ｍｍ）は、点光源を光ファイバ射出端１６の直近（ホルダ入射部１５３の端面）に配置したときの配光特性を示している。このとき、点光源から射出された無指向性の光は、テーパー面１５５に形成された反射部材１６０により反射を繰り返す。その結果、射出される射出光の配光半値角は約２２°となり、狭配光の配光特性を示す。
点光源が中心軸Ｃ上を光ファイバ射出端１６の直近からホルダ１５０の中空部１５２の中央付近（位置：−０．３２５ｍｍ）まで移動しても、射出光の配光半値角はほとんど変わらず（緩やかに増加し）、例えば、位置：−０．３２５ｍｍにおいて約３０°の狭配光の特性を示す。すなわち、図３は、光ファイバ射出端１６側から中空部１５２の中央付近までは、点光源の中心軸Ｃ上の位置に対して射出光の配光特性の変化が少ないことを示している。光ファイバ射出端１６からホルダ１５０の中央部付近までの点光源の位置では、波長変換ユニット１００から射出される光の大部分は、点光源から後方、側方、前方に向かう光がテーパー面１５５で反射されて進行方向が変更されて射出される反射光の成分であり、前方に直接射出される成分が少ない。このため、光ファイバ射出端１６からホルダ１５０の中央部付近までの領域は、位置による影響が少ない領域であると推測される。
点光源が中心軸Ｃ上を中空部１５２の中央付近（位置：−０．３２５ｍｍ）からホルダ射出部１５４側に移動すると、射出光の配光半値角は急激に増加する。すなわち、図３は、点光源が中空部１５２の中央付近からホルダ射出部１５４側に近づくにつれて、射出される配光半値角が広がる特性になることを示している。点光源をホルダ射出部１５４の端面に配置した場合の配光半値角は約１４０°となり、広配光の配光特性を示す。
このように、ホルダ１５０の中空部１５２の中央付近からホルダ射出部１５４側では、中心軸Ｃ上における発光点の位置が射出光の配光半値角の変化に与える影響が大きい。ホルダ射出部１５４側では、無指向性の点光源から前方に直接射出される成分が一気に増えることにより、射出光の配光特性が拡大するように変化する影響が現れると考えられる。
以上のことから、点光源の位置が中心軸Ｃ上においてホルダ入射部１５３の端面上からホルダ射出部１５４の端面上まで変化したときに、配光半値角の変化が少ない領域、すなわち、本実施形態において配光半値角の差（基準位置からの変化量）がΔ２０°未満に収まる領域を「等配光角射出領域」と定義し、また、Δ２０°以上変化する領域を「配光角変化射出領域」と定義する。言い換えれば、中空部１５２において反射部材１６０で囲まれた領域内には、所定領域内から射出される光の配光角が略等しい「等配光角射出領域」と、所定領域内から射出される光の配光角が異なる「配光角変化射出領域」とが存在する。本実施形態では、中心軸Ｃ上においてホルダ入射部１５３の端面との交点からホルダ射出部１５４の端面との交点までの長さを１．２（入射側）：１（射出側）に分割する平面が、「等配光角射出領域」と「配光角変化射出領域」とを分割する境界面となる。
次に、点光源の発光点位置と射出端とのなす角度の関係について説明する。
図４は、発光点の位置と、発光点の位置とホルダ射出部１５４の開口端上の点とのなす角度との関係を示す図である。図４に示されるグラフにおいて、横軸は、図３と同じであり、中心軸Ｃ上の点光源の発光点の位置を示している。縦軸は、中心軸Ｃ上の点光源の位置とホルダ射出部１５４の開口端上の点とを結んだ線が中心軸Ｃとなす角度を示している。図４には、第１の波長変換部材１１０の実質的な発光点ｐ１の中心とホルダ射出部１５４の開口端上の点とを結んだ線が中心軸Ｃとなす角度（第１の波長変換光の直接射出限界角度）θｐ１と、第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ２の中心とホルダ射出部１５４の開口端上の点とを結んだ線が中心軸Ｃとなす角度（第２の波長変換光の直接射出限界角度）θｐ２とが示される。テーパー角θｔは２５°である。
図４は、角度θｐ１あるいはθｐ２について、点光源がホルダ入射部１５３側（光ファイバ射出端１６の直近）に位置するときは角度が小さく、ホルダ射出部１５４側へ位置するほどに角度が大きくなり、ホルダ射出部１５４の端面付近に位置する場合は中心軸Ｃと直交する約９０°の角度となることを示している。また、点光源の位置と射出される射出光の配光半値角との関係（配光特性）は図３に示した通りであり、位置：−０．３２５ｍｍ付近に「等配光角射出領域」と「配光角変化射出領域」との境界面が存在する。このことを点光源と射出端とのなす角度で言い換えると、図４から「等配光角射出領域」と「配光角変化射出領域」との境界は、約４８°付近に相当する。したがって、テーパー角２５°のホルダ１５０の場合、角度θｐ１あるいはθｐ２が約４８°以下になる中心軸Ｃ上の位置では、射出される配光特性は狭配光となる。
以上のことから、テーパー角２５°のホルダ１５０において、第１の波長変換部材１１０の入射面１１１と第２の波長変換部材１２０の入射面１２１とが中心軸Ｃと交わる点と、ホルダ射出部１５４の開口端上の点とを結んだ直線がホルダ１５０のテーパー角θｔの約２倍以下となる領域が「等配光射出領域」である。
また、本実施形態の「等配光角射出領域」はホルダ入射部１５３側に存在するため、「入射部側等配光角射出領域」と定義する。
（第１の励起光入射時の照明光の動作）
図５乃至図７を参照して、波長変換ユニット１００で照明光が生成される動作について説明する。第１の励起光は、光ファイバ１３により導光され、光ファイバ射出端１６から波長変換ユニット１００に射出される。光ファイバ射出端１６から射出される第１の励起光は狭配光であり、配光半値角は約１５°である。
波長変換ユニット１００に射出された第１の励起光は、透明部材１４０を透過して第１の波長変換部材１１０の入射面１１１に入射する。入射した第１の励起光の一部は第１の波長変換部材１１０に吸収され、他の一部は第１の波長変換部材１１０を透過する。吸収された第１の励起光は、第１の波長変換光に波長変換されて、第１の波長変換部材１１０の実質的な発光点ｐ１を含む領域から発生して等方的に射出される。
第１の波長変換部材１１０から側方に射出された第１の波長変換光は、ホルダ１５０のテーパー面１５５で反射して、反射光の一部は第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０に再入射することなく、射出面１４２（ホルダ射出部１５４）から前方に射出される。また、第１の波長変換部材１１０の実質的な発光点ｐ１から後方（光ファイバ射出端１６側）へ射出された光及び前方へ射出された光の一部もテーパー面１５５で反射して進行方向を変え、射出面１４２（ホルダ射出部１５４）から前方に射出される。
一方、第１の波長変換部材１１０で吸収されなかった第１の励起光は、第１の波長変換部材１１０の射出面１１２を透過して第２の波長変換部材１２０の入射面１２１に照射される。照射された第１の励起光の一部は、第２の波長変換部材１２０に含まれる緑色の粉末蛍光体により吸収される。吸収された第２の励起光は、第２の波長変換光に波長変換されて、第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ２を含む領域から発生して等方的に射出される。
第２の波長変換部材１２０から側方に射出された第２の波長変換光もまた、ホルダ１５０のテーパー面１５５で反射して、反射光の一部は第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０に再入射することなく、射出面１４２（ホルダ射出部１５４）から前方に射出される。また、第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ２から後方（光ファイバ射出端１６側）へ射出された光及び前方へ射出された光の一部もテーパー面１５５で反射して進行方向を変え、射出面１４２（ホルダ射出部１５４）から前方に射出される。
このように、「入射部側等配光角射出領域」に実質的な発光点ｐ１、ｐ２を有する第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０では、それぞれ、無指向性の特性を有する第１の励起光を狭配光化された特性を有する第１の波長変換光及び第２の波長変換光に変換する。つまり、第１の波長変換光及び第２の波長変換光の配光が揃う。そして、狭配光である第１の波長変換光及び第２の波長変換光が照明光の一部としてホルダ射出部１５４から射出される。
また、第２の波長変換部材１２０へ入射した第１の励起光の一部は、第２の波長変換部材１２０に含まれる拡散部材１３０により、散乱、反射、透過して拡散され、第１の励起光拡散光となる。第２の波長変換部材１２０の封止材に対する拡散部材１３０の拡散粒子の濃度、粒径、屈折率は、第１の励起光拡散光がホルダ射出部１５４から射出される第１の波長変換光及び第２の波長変換光の配光半値角に略等しい射出角となるように調整されている。
図６は、波長変換ユニット１００のホルダ射出部１５４から射出される第１の励起光拡散光と第１の波長変換光と第２の波長変換光との配光特性を示す図である。本実施形態における第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０は、上述したように、円柱形状（φ０．３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）であり、図３に示される点光源よりも大きい。このため、実際には、第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ１、ｐ２以外（中心軸Ｃ上の点以外）の領域から発生する蛍光成分（第１の光成分及び第２の光成分）が、反射部材１６０で反射して射出される際に点光源時の配光結果よりも広配光で射出されるように働く。結果として、円柱形状の第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０による第１の波長変換光及び第２の波長変換光の配光半値角は、約６５°となる。第１の励起光拡散光の配光半値角は、拡散部材１３０の所定の条件を適用することで、同程度の約６５°の配光特性を示す。
図７は、照明光の発光スペクトルの一例を示す図である。照明光は、第１の励起光拡散光（青色レーザー光）と第１の波長変換光（黄色蛍光）と第２の波長変換光（緑色蛍光）との混色である。照明光は、具体的な相関色温度として、約６０００Ｋの白色光である。発光スペクトルは、第１の波長変換部材１１０のＹＡＧセラミックスの厚さ、第２の波長変換部材１２０の緑色粉末蛍光体及び拡散粒子の所定の濃度や厚さの条件により決定される。
本実施形態においては、白色照明光を構成する励起光拡散光と２つの波長変換光とのそれぞれの配光が互いに略等しい。このため、照明光は、どの照明角度に対しても同じ色調の白色光として、波長変換ユニット１００から前方に射出される。
一方、励起光拡散光と２つの波長変換光との配光が著しく異なる場合、色むらのある照明光が照射される。このため、被観察体Ｓの表面に照射される励起光拡散光と２つの波長変換光との色の差が、画像取得装置５０の汎用画像処理でほとんど見えないレベルに収まるように、照明光の配光特性を設定する。具体的には、
・励起光拡散光の配光半値角と２つの波長変換光の配光半値角との差が１０°以下。
・強度ピークが（例えば中心軸Ｃ上で）揃っている場合には、励起光拡散光の配光半値角と２つの波長変換光の配光半値角との差が１５°以下。
・所定の明るさ以上の配光角度領域（例えば配光角３／４以上）において、励起光拡散光と２つの波長変換光との強度比率の差分が１５％以下。
のいずれかに励起光拡散光及び２つの波長変換光の配光条件を揃えた照明光を射出することで、色むらがほとんどない被観察体Ｓの画像を得ることが可能となり、好ましい。
（効果）
本実施形態によれば、２つの波長変換部材１１０、１２０の実質的な発光点ｐ１、ｐ２を、拡径するテーパー角θｔを有するテーパー面１５５を備えたホルダ１５０内部の中空部１５２の「等配光角領域」に配置することで、２つの波長変換部材１１０、１２０の発光点の位置が中心軸Ｃ上で互いに異なっていても、射出される２つの波長変換光の配光を揃えて射出することができる照明装置を提供することができる。
また、本実施形態によれば、拡散部材１３０を所定の条件（例えば濃度条件）に設定することで、第１の励起光拡散光の配光を２つの波長変換光の配光に揃えることができる。したがって、波長変換ユニット１００から射出される３つの光成分の配光を揃えた、すなわち色むらを低減させた照明光を射出することができる。また、拡散部材１３０の実質的な拡散点ｐ３も「入射部側等配光角射出領域」に配置されていることによっても、第１の励起光拡散光の配光を２つの波長変換光の配光に揃えることができる。
また、ホルダ１５０内部の中空部１５２内で中心軸Ｃ上に、中心軸Ｃに対して第１の波長変換部材１１０と第２の波長変換部材１２０と拡散部材１３０とを対称に配置することにより、波長変換ユニット１００から射出される照明光の中心軸Ｃ付近の強度を高くすることができる。すなわち、狭角化した配光特性の照明光を射出することができる照明装置を提供することができる。
また、第１の波長変換部材１１０の側面１１３及び第２の波長変換部材１２０の側面１２３を反射部材１６０とは離間して配置することにより、側面１１３、１２３から射出された２つの波長変換光の一部が第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０に再入射することなく、波長変換ユニット１００から前方に射出されることができる。したがって、波長変換ユニット１００から２つの波長変換光を効率良く射出することができ、明るい照明光を射出することができる。
このように、本実施形態では、例えば、テーパー角θｔ、２つの波長変換部材１１０、１２０の実質的な発光点ｐ１、ｐ２の位置、照明光の配光角を所望の関係にすることにより、良好な混色及び色むらの低減を実現すると共に、所定の明るさを維持し、かつ中心強度を強くする（狭配光とする）。例えば、特定の内視鏡システム１に搭載される照明装置１０では、遠くを明るく照射するために、狭い範囲に複数の波長変換光の配光を揃えた照明光を射出する必要がある。本実施形態による照明装置１０が内視鏡システム１に搭載されることによって、このような必要性を満たした照明光が射出されることができる。照明光の３つの光成分を狭配光で揃えるためには、ホルダ射出部１５４から射出される第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光の配光半値角が全て７０°以下であることが好ましい。
ここまで、テーパー角２５°であるホルダ１５０を有する波長変換ユニット１００について説明してきたが、他のテーパー角θｔを有するホルダについても同様に、ホルダ１５０内の中空部１５２において「等配光角射出領域」と「配光角変化射出領域」とが定義される。
図８は、テーパー角θｔ：１５°、１７°、１９°、２１°、２５°であるホルダ１５０における発光点の位置と射出光の配光半値角との関係を示す図である。図８に示されるグラフにおいて、点線Ａ１未満の配光半値角を有する発光点の位置が「入射部側等配光角射出領域」に含まれ、点線Ａ１以上点線Ａ２未満の配光半値角を有する発光点の位置が「配光角変化射出領域」に含まれる。なお、点線Ａ２以上の配光半値角を有する発光点の位置は、後述する「射出部側等配光角射出領域」に含まれる。
図９は、各テーパー角θｔにおける発光点の位置と発光点と射出端とのなす角度との関係を示す図である。上述したように、第１の波長変換部材１１０の入射面１１１と第２の波長変換部材１２０の入射面１２１とが中心軸Ｃと交わる点と、ホルダ射出部１５４の開口端上の点とを結んだ直線がテーパー角θｔの約２倍以下となる領域が「入射部側等配光角射出領域」である。テーパー角θｔ：１５°、１７°、２１°、２５°のときの「入射部側等配光角射出領域」と「配光角変化射出領域」との境界が、図９のグラフの曲線の下側に矢印で示されている。なお、テーパー角θｔの約３倍以上となる領域が後述する「射出部側等配光角射出領域」である。テーパー角θｔ：１５°、２１°のときの「射出部側等配光角射出領域」と「配光角変化射出領域」との境界が、図９のグラフの曲線の上側に矢印で示されている。
［変形例］
図１０乃至図１４は、それぞれ、第１の実施形態の変形例１〜５における波長変換ユニット１００を模式的に示す図である。変形例１〜５では、ホルダ１５０内部の中空部１５２における第１の波長変換部材１１０、第２の波長変換部材１２０及び拡散部材１３０の形状、配置等が第１の実施形態とは異なっている。
図１０に示される変形例１では、第１の波長変換部材１１０は、第１の実施形態と同様の形状である。中心軸Ｃにおける拡散部材１３０（第２の波長変換部材１２０）の厚さは第１の実施形態と同じであるが、拡散部材１３０が凸面形状を有している。すなわち、第１の実施形態における第２の波長変換部材１２０の射出面１２２及び側面１２３に対応する面が１つの曲面となっている。このように、周辺の拡散部材１３０を減らすことにより、第１の波長変換光が拡散部材に入射して散乱による損失を低減することができ、第１の波長変換光がより多くホルダ射出部１５４から射出されることができる。
図１１に示される変形例２では、第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ１、ｐ２のみならず、円柱形状の第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０（拡散部材１３０）全体が「入射部側等配光角射出領域」に配置されている。したがって、第１の実施形態と比較して２つの波長変換部材１１０、１２０の発光角度差が少なくなり、２つの波長変換光の配光が揃いやすくなる。
図１２に示される変形例３では、拡散部材１３０を含む第２の波長変換部材１２０は第１の実施形態と同様の形状であるが、第１の波長変換部材１１０が円錐台形状である。本変形例では、第１の波長変換部材１１０の射出面１１２の端部及び第２の波長変換部材１２０の入射面１２１の端部がテーパー面１５５と接触している。したがって、第１の波長変換部材１１０が円柱形状である第１の実施形態と比較して第１の波長変換部材１１０がホルダ１５０内で傾きにくく、安定して配置することができ、中心強度の角度ずれが発生しにくい。
図１３に示される変形例４では、第１の波長変換部材１１０と第２の波長変換部材１２０と拡散部材１３０とが３層構造を有している。すなわち、拡散部材１３０が第２の波長変換部材１２０とは別体であり、ホルダ入射部１５３側から順に、第１の波長変換部材１１０、第２の波長変換部材１２０、拡散部材１３０が積層配置されている。本変形例では、拡散部材１３０として、拡散粒子以外に拡散板（表面凹凸）などを利用することができる。
このような３層構造の場合に、第１の波長変換光の直接射出限界角度及び第２の波長変換光の直接射出限界角度と同様に、拡散部材１３０の実質的な拡散点ｐ３の中心とホルダ射出部１５４の開口端上の点とを結んだ線が中心軸Ｃとなす角度をθｐ３（第１の励起光拡散光の直接射出限界角度）と定義する。このとき、発光点と拡散点とが近くなるように、第１の波長変換光の直接射出限界角度及び第２の波長変換光の直接射出限界角度と第１の励起光拡散光の直接射出限界角度との角度差は、２０°以下であることが好ましい。
図１４に示される変形例５では、第１の波長変換部材１１０と、拡散部材１３０を含む第２の波長変換部材１２０との積層順序が異なっている。すなわち、第１の実施形態ではホルダ入射部１５３側に第１の波長変換部材１１０が配置されているが、本変形例ではホルダ入射部１５３側に拡散部材１３０を含む第２の波長変換部材１２０が配置されている。したがって、第１の励起光が拡散部材１３０で拡散した後に第１の波長変換部材１１０に照射されるため、第１の波長変換部材１１０が焦げに対する耐性が強くなる。
なお、波長変換部材の数は２つに限定されるものではなく、３つ以上の波長変換部材であってもこれら波長変換部材の実質的な発光点を「等配光角射出領域」に配置することで複数の光成分の配光を揃えることが可能である。
また、第１の実施形態及び変形例１〜５では、第１の波長変換部材１１０と第２の波長変換部材１２０とは接触しているが、必ずしも接触している必要はない。例えば、第１の波長変換部材１１０と第２の波長変換部材１２０との間にガラスなどの透明部材を介在させてもよい。また、第１の波長変換部材１１０に拡散部材１３０が混合されていてもよい。
以下、第２及び第３の実施形態について説明する。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成及び動作についてはその説明を省略し、第１の実施形態と異なる点を主に説明する。
［第２の実施形態］
（構成）
図１５は、第２の実施形態による照明装置１０の波長変換ユニット１００、波長変換ユニット１００の発光点の位置と射出光の配光半値角との関係、及び、波長変換ユニット１００の発光点の位置と発光点と射出端とのなす角度との関係を示す図である。本実施形態における波長変換ユニット１００（ホルダ１５０）は、テーパー角１７°、入射径０．０７ｍｍ、射出径０．７ｍｍ、厚さ１．０３ｍｍである。第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０は円柱形状であり、ホルダ射出部１５４側に配置されている。第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０の各々の厚さは０．１ｍｍである。第２の波長変換部材１２０の射出面１２２と透明部材１４０の射出面１４２とホルダ射出部１５４の端面とは、略同一平面上に配置されている。
拡散部材１３０には、第１の励起光の配光角を第１の波長変換光の配光角と第２の波長変換光の配光角に略等しくするために、拡散粒子が充分拡散するように高濃度で配合されている（例えば、１８ｖｌ％）。
（動作）
本実施形態では、第１の実施形態とは異なり、第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ１、ｐ２がホルダ射出部１５４側に位置しており、ホルダ射出部１５４付近で第１の波長変換光及び第２の波長変換光が発生する。このため、第１の波長変換部材１１０及び第２の波長変換部材１２０から反射部材１６０を介さずに前方へ直接射出される第１の波長変換光及び第２の波長変換光の割合が第１の実施形態よりも増え、これら波長変換光が広配光角の照明光として射出される。
また、拡散部材１３０には高濃度の拡散粒子が含まれているため、第２の波長変換部材１２０内の拡散部材１３０に照射された第１の励起光も、実質的な拡散点ｐ３で広配光角の第１の励起光拡散光となり、第１の波長変換光及び第２の波長変換光と同様に前方に広配光角の照明光として射出される。
本実施形態では、図１５に示されるように、ホルダ入射部１５３側（光ファイバ射出端１６の直近）（位置：−１ｍｍ）からホルダ１５０の中空部１５２の中央付近（位置：−０．６ｍｍ）までの領域を「入射部側等配光角射出領域」、中空部１５２の中央付近（位置：−０．６ｍｍ〜−０．２５ｍｍ）の領域を「配光角変化射出領域」、中空部１５２の中央付近（位置：−０．２５ｍｍ）からホルダ射出部１５４の端面（位置：０ｍｍ）までの領域を「射出部側等配光角射出領域」と定義する。また、図１５から、「入射部側等配光角射出領域」と「配光角変化射出領域」との境界は約３０°付近に相当し、「配光角変化射出領域」と「射出部側等配光角射出領域」の境界は約４５°付近に相当する。
（効果）
本実施形態によれば、テーパー角が所定角度以下のホルダ射出部１５４側、すなわち「射出部側等配光角射出領域」に２つの波長変換部材１１０、１２０の実質的な発光点ｐ１、ｐ２を配置することにより、これら波長変換部材１１０、１２０から射出される２つの波長変換光の配光を広配光として揃えて射出することができる。さらに、拡散部材１３０を所定の高濃度条件で搭載することで、第１の励起光拡散光の配光も、２つの波長変換光の配光と揃えた広配光の照明光として射出することができる。照明光の３つの光成分を広配光で揃えるためには、ホルダ射出部１５４から射出される第１の波長変換光、第２の波長変換光及び第１の励起光拡散光の配光半値角が全て１００°以上であることが好ましい。
また、光ファイバ射出端１６から２つの波長変換部材１１０、１２０までの距離がより離れているため、第１の波長変換部材１１０の入射面１１１に形成される第１の励起光のビームスポット径が大きくなり、照射密度が低減される。これにより、第１の波長変換部材１１０の焦げ耐性を高くすることができる。
［第３の実施形態］
（構成）
図１６は、第３の実施形態による照明装置１０ａを備えた内視鏡システム１ａの概略図である。第３の実施形態では、照明装置１０ａは、第１の励起光源１１に加えて、第２の励起光源１７と、光コンバイナ１８とを有している。第２の励起光源１７は、第１の励起光源１１と同様に、発光波長ピーク４０５ｎｍの青紫色レーザー光（第２の励起光）を出射するレーザーダイオード（青紫色ＬＤ）と、青紫色ＬＤを駆動するための光源駆動部を有している。光コンバイナ１８は、第１の励起光源１１からの第１の励起光と第２の励起光源１７からの第２の励起光とを合波する。光コンバイナ１８の基端には、第１の励起光源１１及び第２の励起光源１７が接続されている。光コンバイナ１８の先端には、光ファイバ１３が接続されている。光コンバイナ１８で合波された第１の励起光及び第２の励起光は、光ファイバ１３によって波長変換ユニット１００に導光される。
第１の波長変換部材１１０は、第２の励起光を吸収せずに透過する。第２の波長変換部材１２０は、第２の励起光を吸収して緑色の波長変換光に変換する。すなわち、本実施形態では、第２の励起光が波長変換ユニット１００に入射したときには第２の励起光の一部（第２の励起光拡散光）と第３の波長変換光（緑色蛍光）がホルダ射出部１５４から射出される。本実施形態において第３の波長変換光のスペクトル形状は、第１の励起光により波長変換される緑色蛍光（第２の波長変換光）のスペクトル形状と略等しい特性を有している。また、ホルダ射出部１５４から射出される第３の波長変換光（緑色蛍光）と第２の波長変換光（緑色蛍光）の強度は、波長が異なる第１の励起光と第２の励起光の吸収特性等の差により異なる強度を有している。ただし、これに限らず、第１の波長変換部材１１０として、第２の励起光も吸収して黄色に波長変換する材料（例えばシリケート系蛍光体）が用いられてもよい。
光源制御回路１２は、それぞれの光源駆動部を介して第１の励起光源１１と第２の励起光源１７とをそれぞれ独立に駆動する。また、光源制御回路１２は、それぞれの光源駆動部を介して第１の励起光源１１と第２の励起光源１７とを同時に駆動して発光させることもできる。
（動作）
本実施形態の照明装置１０ａにおいて、第１の励起光源１１のみを駆動するときの動作は第１の実施形態と同じである。以下、第２の励起光源１７のみを駆動するときの動作について説明する。光源制御回路１２は、入力部３０の設定光量情報を基に、第２の励起光源１７を駆動する。
図１７乃至図１９を参照して、波長変換ユニット１００で照明光が生成される動作について説明する。光ファイバ射出端１６から射出された第２の励起光は、第１の波長変換部材１１０を透過して第２の波長変換部材１２０に照射される。第２の波長変換部材１２０は、照射された第２の励起光を吸収して、第３の波長変換光に波長変換する。また、第２の波長変換部材１２０内の拡散部材１３０に照射された第２の励起光は、拡散部材１３０により配光角が所定量拡大された第２の励起光拡散光に変換される。
第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ２は、第１の実施形態（第１の励起光源１１の駆動時）と同じであり、波長変換ユニット１００のホルダ射出部１５４から射出される第２の照明光である第２の励起光拡散光と第３の波長変換光とは狭配光（配光半値角：約６５°）で射出される。
図１８は、波長変換ユニット１００のホルダ射出部１５４から射出される第２の励起光拡散光と第３の波長変換光との配光特性を示す図である。図１８に示される配光特性を図６に示される照明光（以下、第１の照明光と称する）の配光特性と比較すると、第２の励起光拡散光と第１の励起光拡散光とは略等しい配光特性を示している。また、第２の励起光による波長変換光（第３の波長変換光のみ）と第１の励起光による波長変換光（第１の波長変換光及び第２の波長変換光）も略等しい配光特性を示している。したがって、第１の励起光源１１と第２の励起光源１７とを切り替えて独立に制御した場合でも、照明装置１０ａから射出される第１の照明光と第２の照明光とは略等しい配光特性で被観察体Ｓに照射される。
図１９は、第２の照明光の発光スペクトルの一例を示す図である。照明光は、第２の励起光拡散光と第３の波長変換光との混色である。第２の照明光の発光スペクトルの形状は第１の照明光の発光スペクトルの形状とは異なり、第２の照明光は第１の照明光とは異なる発光色特性を示す。
次に、第１の励起光源１１と第２の励起光源１７とを所定比率で同時に駆動するときの動作について説明する。光源制御回路１２は、それぞれの光源駆動部を介して入力部３０の設定光量情報を基に、第１の励起光源１１と第２の励起光源１７とを所定比率で駆動する。
光コンバイナ１８で合波されて光ファイバ１３を導光された第１の励起光及び第２の励起光は、ホルダ入射部１５３から入射される。そして、第１の波長変換部材１１０が第１の励起光を第１の波長変換光に変換し、第２の波長変換部材１２０が第１の励起光及び第２の励起光をそれぞれ第２の波長変換光及び第３の波長変換光（以下、これら２つの波長変換光を第２の波長変換光と称する）に変換し、第２の波長変換部材１２０中の拡散部材１３０が第１の励起光及び第２の励起光を拡散する（これらを第１の励起光拡散光及び第２の励起光拡散光と称する）。
第１の波長変換部材１１０の実質的な発光点ｐ１、第２の波長変換部材１２０の実質的な発光点ｐ２及び拡散部材１３０の実質的な拡散点ｐ３は入射部側等配光角領域にあるため、波長変換光は全て狭配光である（図６並びに図１８）。２つの励起光の光量比率を変更させた場合でも、実質的な発光点ｐ１、ｐ２及び拡散点ｐ３は変わらないので、配光特性は維持され揃った狭配光特性となる。
（効果）
本実施形態によれば、第１の励起光源１１を駆動したときの第１の照明光の配光特性と、第２の励起光源１７を駆動したときの第２の照明光の配光特性とを略等しくすることができる。このため、２つの励起光源１１、１７をユーザが選択することにより照明光の色を切り替えた場合（例えば白色光と特殊光との切替）であっても、励起光と波長変換光とでそれぞれ配光が略等しい照明光を実現することができる。したがって、被観察体Ｓの取得画像の明るさ分布が変わらないようにすることができる。
また、第１の励起光源１１と第２の励起光源１７とを同時に駆動させ、励起光源１１、１７の光量比率により発光色の変更（微調整）を実施した場合であっても、第１の励起光と第２の励起光、第１の波長変換光と第２の波長変換光の配光角が略等しい照明光を実現することができる。したがって、被観察体Ｓの取得画像に対する影響を低減する（明るさ分布が変わらないようにする）ことができる。
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな改良及び変更が可能である。
１，１ａ…内視鏡システム、１０，１０ａ…照明装置、１１…第１の励起光源、１２…光源制御回路、１３…光ファイバ、１４…青色ＬＤ、１５…光源駆動部、１６…光ファイバ射出端、１７…第２の励起光源、１８…光コンバイナ、２０…挿入部、３０…入力部、４０…本体部、５０…画像取得装置、６０…接続部、７０…画像表示部、１００…波長変換ユニット、１１０…第１の波長変換部材、１２０…第２の波長変換部材、１３０…拡散部材、１４０…透明部材、１５０…ホルダ、１６０…反射部材。

Claims (27)

  1. 第１の励起光源から出射された第１の励起光の一部を吸収して、前記第１の励起光とは異なる波長領域の光である第１の波長変換光を射出する第１の波長変換部材と、
    前記第１の励起光の一部を吸収して、前記第１の励起光及び前記第１の波長変換光とは異なる波長の光である第２の波長変換光を射出する第２の波長変換部材と、
    前記第１の波長変換部材と前記第２の波長変換部材を囲むように配置された反射面を備え、前記反射面で前記第１の波長変換光及び前記第２の波長変換光を反射する反射部材と、
    前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材を保持するホルダと、を具備し、
    前記反射部材で反射された前記第１の波長変換光及び前記第２の波長変換光を含む第１の照明光を前記ホルダから外部に射出する、照明装置であって、
    前記ホルダは、前記第１の波長変換部材と、前記第２の波長変換部材の少なくとも一部とを、前記反射面で囲まれた領域に含まれる第１領域と第２領域とのうち前記第１領域に保持しており、前記第１領域は、前記第１の波長変換部材と前記第２の波長変換部材の前記少なくとも一部とが配置された場合に前記ホルダから外部に射出される前記第１の照明光の配光角の変化が所定の値以下となる領域であり、前記第２領域は、前記第２の波長変換部材の前記少なくとも一部を除いた部分が配置された場合に前記ホルダから外部に射出される前記第１の照明光の配光角の変化が前記所定の値よりも大きい領域である、照明装置。
  2. 前記第１の波長変換部材と、前記第２の波長変換部材と、前記ホルダと、前記反射部材と、を含む波長変換ユニットを有し、
    前記第１領域では、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材の各々から射出される光の配光角が略等しく、
    前記ホルダは、前記第１の波長変換部材の実質的な発光点と、前記第２の波長変換部材の実質的な発光点とが前記第１領域に含まれるように、前記第１の波長変換部材と前記第２の波長変換部材とを保持しており、
    前記波長変換ユニットは、前記第１の照明光を射出する、請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記ホルダは、
    前記第１の励起光が入射するホルダ入射部と、
    前記第１の照明光を外部に射出するホルダ射出部と、
    前記ホルダ入射部から前記ホルダ射出部まで貫通している貫通孔と、を有し、
    前記貫通孔の内周面に前記反射部材が形成され、
    前記貫通孔及び前記反射面は、前記ホルダ入射部から前記ホルダ射出部にかけて拡径しているテーパー形状を有し、
    前記反射部材が形成された前記貫通孔の内周面と前記貫通孔の中心軸とで形成される傾斜角度をテーパー角と定義し、
    前記第１の波長変換部材の実質的な発光点位置と前記ホルダ射出部の開口端上の点とを結んだ直線と前記中心軸とで形成される傾斜角度を第１の波長変換光の直接射出限界角度とし、前記第２の波長変換部材の実質的な発光点位置と前記ホルダ射出部の開口端上の点とを結んだ直線と前記中心軸とで形成される傾斜角度を第２の波長変換光の直接射出限界角度としたときに、
    前記第１領域は、前記第１の波長変換光の直接射出限界角度と前記第２の波長変換光の直接射出限界角度とが前記テーパー角の２倍以下であって、かつ前記ホルダ射出部側よりも前記ホルダ入射部側に近い領域に存在する入射部側第１領域である、請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記波長変換ユニットは、前記貫通孔内で前記中心軸上に保持される拡散部材を有し、前記拡散部材は、前記第１の励起光の波長を変換せず、前記第１の励起光の配光角を拡大する第１の励起光拡散光に変換し、
    前記拡散部材の入射面と前記中心軸との交点を前記拡散部材の実質的な拡散点としたときに、前記拡散部材の実質的な拡散点が前記入射部側第１領域に配置されている、請求項３に記載の照明装置。
  5. 前記ホルダは、
    前記第１の励起光が入射するホルダ入射部と、
    前記第１の照明光を外部に射出するホルダ射出部と、
    前記ホルダ入射部から前記ホルダ射出部まで貫通している貫通孔と、を有し、
    前記貫通孔の内周面に前記反射部材が形成され、
    前記貫通孔及び前記反射部材は、前記ホルダ入射部から前記ホルダ射出部にかけて拡径しているテーパー形状を有し、
    前記反射部材が形成された前記内周面と前記貫通孔の中心軸とで形成される傾斜角度をテーパー角と定義し、
    前記第１の波長変換部材の実質的な発光点位置と前記ホルダ射出部の開口端上の点とを結んだ直線と前記中心軸とで形成される傾斜角度を第１の波長変換光の直接射出限界角度とし、前記第２の波長変換部材の実質的な発光点位置と前記ホルダ射出部の開口端上の点とを結んだ直線と前記中心軸とで形成される傾斜角度を第２の波長変換光の直接射出限界角度としたときに、
    前記第１領域は、前記第１の波長変換光の直接射出限界角度と前記第２の波長変換光の直接射出限界角度とが前記テーパー角の３倍以上であって、かつ前記ホルダ入射部側よりも前記ホルダ射出部に近い領域に存在する射出部側第１領域である、請求項２に記載の照明装置。
  6. 前記波長変換ユニットは、前記貫通孔内で前記中心軸上に保持される拡散部材を有し、前記拡散部材は、前記第１の励起光の波長を変換せず、前記第１の励起光の配光角を拡大する第１の励起光拡散光に変換し、
    前記拡散部材の入射面と前記中心軸との交点を前記拡散部材の実質的な拡散点としたときに、前記拡散部材の実質的な拡散点が前記射出部側第１領域に配置されている、請求項５に記載の照明装置。
  7. 前記拡散部材は、前記ホルダ射出部から射出される前記第１の波長変換光及び前記第２の波長変換光の射出角と、前記第１の波長変換部材から前記第１の波長変換光が射出される角度である第１の波長変換配光角と前記第２の波長変換部材から前記第２の波長変換光が射出される角度である第２の波長変換配光角とのうち、最大の角度と最小の角度との間に、前記第１の励起光拡散光の配光角を拡大する、請求項４又は６に記載の照明装置。
  8. 前記拡散部材は、前記ホルダ射出部から射出される前記第１の波長変換光が射出される角度である第１の波長変換配光角と、前記第２の波長変換部材から前記第２の波長変換光が射出される角度である第２の波長変換配光角との間に、前記ホルダ射出部から射出される前記第１の励起光拡散光を拡大する、請求項４又は６に記載の照明装置。
  9. 前記拡散部材は、前記第１の波長変換部材と前記第２の波長変換部材とのいずれか一方に混合されている、請求項４又は６に記載の照明装置。
  10. 前記貫通孔内において、前記拡散部材の外周面と前記反射部材との間には、前記第１の励起光、前記第１の波長変換光及び前記第２の波長変換光を透過する間隙と透明部材とのいずれか一方である透明領域が配置されている、請求項４又は６に記載の照明装置。
  11. 前記第１の波長変換部材は、前記第１の励起光が照射される前記第１の波長変換部材の第１の入射面と対向する第１の射出面と、前記第１の入射面と前記第１の射出面との間の第１の側面とを有し、
    前記第２の波長変換部材は、前記第１の励起光が照射される前記第２の波長変換部材の第２の入射面と対向する第２の射出面と、前記第２の入射面と前記第２の射出面との間の第２の側面とを有し、
    前記貫通孔内において、前記第１の側面と前記第２の側面と前記反射部材との間には、前記第１の励起光、前記第１の波長変換光及び前記第２の波長変換光を透過する間隙又は透明部材のいずれか一方である透明領域が配置されている、請求項４又は６に記載の照明装置。
  12. 前記第１の波長変換部材は、前記貫通孔内で前記ホルダ入射部側に配置されており、前記第２の波長変換部材は、前記貫通孔内で前記ホルダ射出部側に配置されている、請求項４又は６に記載の照明装置。
  13. 前記第１の波長変換部材、前記第２の波長変換部材及び前記拡散部材は、前記中心軸上に、前記中心軸に対して対称に配置されている、請求項７乃至１２のいずれか１に記載の照明装置。
  14. 前記拡散部材は、前記第１の励起光を透過する透明部材中に拡散粒子を分散させることにより形成されており、前記拡散粒子は、反射性拡散粒子、又は前記透明部材の屈折率よりも高い屈折率を有する透過型拡散粒子であり、
    前記拡散粒子は、前記ホルダ射出部から射出される前記第１の励起光拡散光の射出角が前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換光の射出角と略等しくなるように、前記透明部材に所定の濃度で混合されている、請求項７乃至１２のいずれか１に記載の照明装置。
  15. 前記ホルダ射出部から射出される前記第１の波長変換光と前記第２の波長変換光と前記第１の励起光拡散光の配光半値角が全て７０°以下である、請求項４に記載の照明装置。
  16. 前記第１の波長変換部材、前記第２の波長変換部材及び前記拡散部材は、前記入射部側第１領域に配置されている、請求項４に記載の照明装置。
  17. 前記ホルダ射出部から射出される前記第１の波長変換光と前記第２の波長変換光と前記第１の励起光拡散光の配光半値角が全て１００°以上である、請求項６に記載の照明装置。
  18. 前記第１の波長変換部材、前記第２の波長変換部材及び前記拡散部材は、前記射出部側第１領域に配置されている、請求項６に記載の照明装置。
  19. 前記第１の波長変換光の直接射出限界角度と前記第２の波長変換光の直接射出限界角度と、前記第１の励起光拡散光の直接射出限界角度との角度差は、２０°以下である、請求項１５乃至１８のいずれか１に記載の照明装置。
  20. 前記第１の励起光源と、
    第２の励起光を出射する第２の励起光源と、
    前記第１の励起光源と前記第２の励起光源とを独立に制御可能な光源制御部と、
    前記第１の励起光源と前記第２の励起光源とにそれぞれ光学的に接続される入射端と、前記ホルダ入射部に光学的に接続される射出端とを有する光合波部とをさらに具備し、 前記波長変換ユニットは、前記第２の励起光を受光したときに、前記第１の照明光とはスペクトル形状が異なる第２の照明光へ変換して射出し、前記光源制御部による制御により前記第１の励起光と前記第２の励起光とを前記波長変換ユニットに独立に射出することで、前記第１の照明光と前記第２の照明光を切り替える、請求項３に記載の照明装置。
  21. 前記第１の波長変換部材と前記第２の波長変換部材との少なくとも一方は、前記第２の励起光の一部を吸収して波長変換し、
    前記第２の励起光が波長変換された光を第３の波長変換光としたときに、前記第３の波長変換光の配光角は、前記第１の波長変換光の配光角及び前記第２の波長変換光の配光角と略等しい、請求項２０に記載の照明装置。
  22. 前記第３の波長変換光のスペクトル形状は、前記第１の波長変換光と前記第２の波長変換光とのいずれか一方のスペクトル形状と略等しい、請求項２１に記載の照明装置。
  23. 前記光源制御部は、前記第１の励起光と前記第２の励起光とを所定の比率で同時に出射するように前記第１の励起光源と前記第２の励起光源とを制御し、同時出射により、前記第１の照明光と前記第２の照明光とが共に射出される、請求項２０に記載の照明装置。
  24. 前記波長変換ユニットは、前記ホルダ内で前記中心軸上に保持される拡散部材を有し、前記拡散部材は、前記第１の励起光及び前記第２の励起光の波長を変換せず、前記第１の励起光及び前記第２の励起光の配光角を拡大してそれぞれ第１の励起光拡散光及び第２の励起光拡散光に変換し、
    前記拡散部材の入射面と前記中心軸との交点を前記拡散部材の実質的な拡散点としたときに、前記拡散部材の実質的な拡散点が前記第１領域に配置されていることで、配光角が略等しい前記第１の波長変換光及び前記第２の波長変換光が射出される、請求項２１に記載の照明装置。
  25. 前記波長変換ユニットから射出される前記第１の励起光拡散光の配光角と前記第２の励起光拡散光の配光角と、前記第１の波長変換光と前記第２の波長変換光と前記第３の波長変換光との少なくとも一つの配光角とは、略等しい、請求項２４に記載の照明装置。
  26. 前記第１の励起光が出射される前記第１の波長変換部材の第１の入射面と前記中心軸との交点を第１の波長変換部材の実質的な発光点位置とし、前記第１の励起光が照射される前記第２の波長変換部材の第２の入射面と前記中心軸との交点を第２の波長変換部材の実質的な発光点位置とする、請求項３に記載の照明装置。
  27. 前記反射部材で反射された前記第１の波長変換光の一部と前記第２の波長変換光の一部は、前記第１の波長変換部材と前記第２の波長変換部材に再入射することなく、前記ホルダから外部に射出される、請求項１１に記載の照明装置。
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