内視鏡用投光ユニット
【課題】青色光で蛍光体を励起させて白色光を生成する際に、色むらの発生を防ぐとともに青色光の利用効率を高める。
【解決手段】中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光を、ライトガイド２４ａを介して蛍光体５０に入射させる。蛍光体５０では、入射した第１青色レーザ光のうちの一部が蛍光物質に吸収されて蛍光を発するとともに、蛍光物質に吸収されなかった第１青色レーザ光をフィラー５０ａによって散乱させて広がり角を拡げる。蛍光体５０を出射した蛍光及び第１青色レーザ光は、凹レンズ５１に入射する。凹レンズ５１では、第１青色レーザ光の広がり角を更に拡げることにより、第１青色レーザ光の広がり角を蛍光の広がり角に合わせる。凹レンズ５１を出射した第１青色レーザ光及び蛍光の合波光は、白色光として被検体に照射される。
【解決手段】中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光を、ライトガイド２４ａを介して蛍光体５０に入射させる。蛍光体５０では、入射した第１青色レーザ光のうちの一部が蛍光物質に吸収されて蛍光を発するとともに、蛍光物質に吸収されなかった第１青色レーザ光をフィラー５０ａによって散乱させて広がり角を拡げる。蛍光体５０を出射した蛍光及び第１青色レーザ光は、凹レンズ５１に入射する。凹レンズ５１では、第１青色レーザ光の広がり角を更に拡げることにより、第１青色レーザ光の広がり角を蛍光の広がり角に合わせる。凹レンズ５１を出射した第１青色レーザ光及び蛍光の合波光は、白色光として被検体に照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡の先端部に設けられ、被検体に照明光を照射する内視鏡用投光ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、内視鏡を用いた被検体内の診断及び治療が広く行われている。内視鏡は、被検体に挿入される挿入部を備えており、この挿入部の先端部に設けられた照明窓から被検体に向けて照明光が照射される。そして、照明光で照明された被検体を、挿入部の先端部に設けたCCDなどの撮像素子で撮像し、この撮像により得られた撮像信号に基づいて、モニタに内視鏡画像を表示する。
【０００３】
被検体内の照明には、キセノンランプやハロゲンランプなどの白色光が用いられることが多いが、キセノンランプ等は、比較的大型であり、また消費電力も大きいといった問題がある。これに対して、特許文献１では、青色LED（Light Emitting Diode）の青色光とこの青色光で蛍光体を励起することで発光する蛍光との合波によって白色光を生成している。このように、青色LED及び蛍光体を使って白色光を生成することで、キセノンランプ等に対して、小型化と省電力化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６１６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、白色光を生成する際に青色光を蛍光体に入射させたときには、一部の青色光が蛍光体で吸収されて蛍光を発する一方で、その残りの青色光はそのまま直進的に透過する。そのため、蛍光体から出射する蛍光と青色光とでは、広がり角がそれぞれ異なる。したがって、このような広がり角の違いから、被検体上では、青色光と蛍光が重なり合う混色領域は白色となるが、それら光が重なり合わない非混色領域ができた場合には、その非混色領域は白色以外の色となってしまう。即ち、被検体上で色むらが生じてしまう。このような色むらが生じた状態で取得した内視鏡画像では、正確な診断を行うことができないことがある。
【０００６】
色むらの発生を防ぐ方法の一つとして、直進的に出射する青色光を散乱させるフィラーを蛍光体に混入させることが考えられる。このフィラーの混入により、青色光の広がり角が拡大するため、色むらを減らし、またほとんど無くすことができる。しかしながら、フィラーは、青色光を四方八方に散乱させるため、その混入率によっては、蛍光体内だけで散乱し、被検体にまで届かない青色光が多くなることがある。このような場合には、フィラーの混入は青色光の利用効率を低下させることになる。
【０００７】
本発明は、青色光で蛍光体を励起させて白色光を生成する際に、色むらの発生を防ぐとともに青色光の利用効率を高めることができる内視鏡用投光ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、内視鏡の先端部に設けられ、被検体に向けて照明光を照射する内視鏡用投光ユニットにおいて、所定波長の第１の照明光のうち少なくとも一部を波長変換して第２の照明光を生成する波長変換部と、前記波長変換部で波長変換されなかった第１の照明光を散乱させてその広がり角を拡大する散乱部材とを有する波長変換部材と、前記波長変換部材を出射した第１の照明光の広がり角を更に拡大するとともに、その広がり角が更に拡大された第１の照明光と第２の照明光の合波光を前記照明光として前記被検体に照射する広がり角拡大手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記広がり角拡大手段は、前記第１の照明光の広がり角を前記第２の照明光の広がり角に合わせることが好ましい。前記広がり角拡大手段は凹レンズであることが好ましい。
【００１０】
前記第１の照明光は所定波長の第１青色狭帯域光で、前記第２の照明光は、前記第１青色狭帯域光が前記波長変換部で波長変換された緑色〜赤色の蛍光であり、前記凹レンズは、前記第１青色狭帯域光の広がり角を前記蛍光の広がり角に合わせることが好ましい。前記第１青色狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍであることが好ましい。
【００１１】
前記第１の照明光は互いに中心波長が異なる第１及び第２青色狭帯域光であり、前記第２の照明光は、前記第１及び第２青色狭帯域光が波長変換部で波長変換された緑色〜赤色の蛍光であり、前記凹レンズは、前記第１及び第２青色狭帯域光の広がり角を前記蛍光の広がり角に合わせることが好ましい。前記第１青色狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍであり、前記第２青色狭帯域光は中心波長が４０５ｎｍであることが好ましい。
【００１２】
前記波長変換部材は蛍光体であることが好ましい。前記散乱部材はフィラーであることが好ましい。前記第１の照明光は青色レーザ光であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所定波長の第１の照明光のうち少なくとも一部を波長変換部材で波長変換して第２の照明光を生成する際、波長変換部材で波長変換されなかった第１の照明光の広がり角は、波長変換部材内の散乱部材によって大きくするとともに、波長変換部材の出射後に入射する広がり角拡大手段で更に大きくされる。これにより、第１の照明光の広がり角を第２の照明光の広がり角に合わせることができるため、色むらの発生を防ぐことができる。
【００１４】
さらに、本発明では、波長変換部材内の散乱部材と広がり角拡大手段の２つに分けて、第１の照明光の広がり角を拡大している。したがって、第１の照明光の利用効率の点から、最小限の散乱部材しか波長変換部材に混入せず、波長変換部材内で第１の照明光の広がり角を十分に拡大できない場合であっても、その後の広がり角拡大手段で更に広がり角を拡げることによって、第１の照明光の広がり角を第２の照明光の広がり角に合わせることができる。これにより、第１の照明光の利用効率を高めた状態で、色むらの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の内視鏡システムに示す図である。
【図２】電子内視鏡の先端部の断面を示す図である。
【図３】電子内視鏡の先端部の先端面を示す図である。
【図４】第１青色レーザ光の利用効率とフィラー混入率との関係を表すグラフである。
【図５】蛍光体出射後の第１青色レーザ光及び蛍光の広がり角と光強度の関係を表すとともに、その蛍光体出射後の第１青色レーザ光及び蛍光が被検体上に照射された場合の照射エリアを表す図である。
【図６】凹レンズ出射後の第１青色レーザ光及び蛍光の広がり角と光強度の関係を表すとともに、その蛍光体出射後の第１青色レーザ光及び蛍光が被検体上に照射された場合の照射エリアを表す図である。
【図７】第２実施形態の内視鏡システムに示す図である。
【図８】蛍光体出射後の第１、第２青色レーザ光及び蛍光の広がり角と光強度の関係を表すとともに、その蛍光体出射後の第１、第２青色レーザ光及び蛍光が被検体上に照射された場合の照射エリアを表す図である。
【図９】凹レンズ出射後の第１、第２青色レーザ光及び蛍光の広がり角と光強度の関係を表すとともに、その蛍光体出射後の第１、第２青色レーザ光及び蛍光が被検体上に照射された場合の照射エリアを表す図である。
【図１０】蛍光物質が蛍光を励起発光する機能と光拡散機能の２つの機能を備えていることを説明するための図である。
【図１１】光量分布の測定方法を説明するための図である。
【図１２】実施例１−１，１−２で用いられる投光ユニットを表す図である。
【図１３】半値全幅の差とフィラー混入率との関係を示すグラフである。
【図１４】半値全幅を説明するための図である。
【図１５】フィラー混入率が５％のときの半値全幅の差と凹レンズの曲率との関係を示すグラフである。
【図１６】フィラー混入率が７％のときの半値全幅の差と凹レンズの曲率との関係を示すグラフである。
【図１７】実施例２−１，２−２で用いられる投光ユニットを表す図である。
【図１８】半値全幅の差とフィラー混入率との関係を示すグラフである。
【図１９】フィラー混入率が７％のときの半値全幅の差と凹レンズの曲率との関係を示すグラフである。
【図２０】フィラー混入率が５％のときの半値全幅の差と凹レンズの曲率との関係を示すグラフである。
【図２１】比較例１で用いられる投光ユニットを表す図である。
【図２２】比較例２で用いられる投光ユニットを表す図である。
【図２３】比較例３で用いられる投光ユニットを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム２は、被検体を撮影する電子内視鏡１０と、内視鏡画像を生成するプロセッサ装置１２と、このプロセッサ装置１２内に設けられ、被検体を照明する照明光を供給する光源装置１３と、内視鏡画像を表示するモニタ１４と、被検体内に送り込む水を貯留する送水タンク１６とを備えている。
【００１７】
電子内視鏡１０は、患者の体腔内に挿入される挿入部２０と、挿入部２０の基端部分に連設され、医師や技師などの術者が手元で操作を行なう操作部２２と、操作部２２から延びるユニバーサルコード２４とからなる。挿入部２０は、先端から順に、先端部２６、湾曲部２７、及び可撓管部２８で構成されている。先端部２６は、硬質な樹脂材料で形成されている。可撓管部２８は、細径かつ長尺な管状に形成されるとともに、可撓性を有しており、操作部２２と湾曲部２７とを接続する。
【００１８】
湾曲部２７は、操作部２２に設けられた上下用操作ノブ３０及び左右用操作ノブ３１の回転操作に応じて上下左右に湾曲するように構成されている。上下用操作ノブ３０を回転操作すると、湾曲部２７が上下方向に湾曲し、左右用操作ノブ３１を回転操作すると、湾曲部２７が左右方向に湾曲する。
【００１９】
ユニバーサルコード２４には、プロセッサ装置１２から供給される光及び空気の取り込みと、電源や各種の制御信号の伝送に用いられるコネクタ３６とが設けられている。電子内視鏡１０は、コネクタ３６を介してプロセッサ装置１２に着脱自在に接続される。
【００２０】
光源装置１３は、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光を発する第１レーザ光源１３ａを備えている。第１レーザ光源１３ａから発せられる第１青色レーザ光は、ユニバーサルコード２４内のライドガイド２４ａ，２４ｂを介して、電子内視鏡の先端部２６まで導光される。導光された第１青色レーザ光は、一部が先端部２６に設けられた蛍光体５０で吸収されることにより緑色〜赤色の蛍光を励起発光させるとともに、蛍光体で吸収されなかった光はそのまま蛍光体を透過する。これにより、先端部２６からは、第１青色レーザ光と蛍光が合わさった白色光が被検体に照射される。被検体からの戻り光は、被検体の像として電子内視鏡１０内の撮像素子４２（図３参照）により撮像される。なお、ライトガイド２４ａ，２４ｂは、光ファイバなどの導光部材で構成される。
【００２１】
プロセッサ装置１２は、電子内視鏡１０の撮像により得られる撮像信号を、ユニバーサルコード２４内の信号ケーブル２４ｃを介して受信する。プロセッサ装置１２では、受信した撮像信号に各種画像処理を施すことによって、画像データを生成する。この生成された画像データに基づいて、モニタ１４に被検体の内視鏡画像が表示される。
【００２２】
図２に示すように、電子内視鏡の先端部２６には、被検体に向けて照明光を照射するための２灯の第１及び第２投光ユニット３８，３９と、観察窓４０及び撮像レンズ４１を介して受光した被検体の像を、CCDなどの撮像素子４２で撮像する撮像ユニット４３が設けられている。
【００２３】
図３に示すように、第１及び第２投光ユニット３８，３９は、先端部２６の先端面２６ａにおいて、撮像ユニット４３に関して左右対称の位置に設けられている。なお、先端部２６には、第１及び第２投光ユニット３８，３９、撮像ユニット４３の他、スネアなどの処置具を露呈させる処置具出口４６や観察窓４０に向けて洗浄用の空気又は水を吐出する送気送水ノズル４８が設けられている。
【００２４】
図２に示すように、第１投光ユニット３８は、ライトガイド２４ａによって導光された第１青色レーザ光を一部吸収して緑色〜赤色の蛍光を発するとともに、吸収しなかった光をそのまま透過させる蛍光体５０と、蛍光体５０から出射した第１青色レーザ光の広がり角を拡大する広がり角拡大機能を備えるとともに、この広がり角を拡大した第１青色レーザ光及び蛍光を被検体に向けて出射する照明窓の機能を備えた凹レンズ５１を有している。
【００２５】
この第１投光ユニット３８では、蛍光体５０とライトガイド２４ａは、互いに光学的に接続された状態でフェルール５５によって保持されている。フェルール５５は中空の円筒部材であり、軸方向に延びた貫通孔５５ａ内にライトガイド２４ａが挿通されている。また、フェルール５５は、先端側に開口部を有する略円柱状または直方体状の先端格納部５５ｂ内で、蛍光体５０を接着剤５６によって固定している。
【００２６】
このフェルール５５は、凹レンズ５１とともに、スリーブ６０によって保持されている。このスリーブ６０は、蛍光体５０の出射面と凹レンズ５１の入射面が対向した状態で、フェルール５５及び凹レンズ５１を保持している。
【００２７】
蛍光体５０は、青色レーザ光の一部を吸収して蛍光を発する蛍光物質及びこの蛍光物質の吸収されなかった青色レーザ光を散乱させるフィラー５０ａを、無機ガラスなどの被覆部材と混合して形成されている。蛍光物質は第１青色レーザ光で励起されるものであれば特に限定されないが、下記(i)〜(xi)のものを１種または２種を組み合わせて用いることが好ましい。
(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
なお、蛍光物質に代えて、顔料など（例えばペリレン等の蛍光染料）を使用してもよい。
【００２８】
フィラー５０ａとしては、シリカ（ヒュームシリカ、沈降性シリカ、溶融シリカ、結晶シリカ、超微粉無定形シリカ、無水珪酸等）、石英、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、一酸化錫、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、窒化硼素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物、ＳｉＣ等の金属炭化物、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム等の金属炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、ほう酸アルミニウム、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウム、クレー、石膏、硫酸バリウム、マイカ、ケイソウ土、白土、無機バルーン、タルク、リトポン、ゼオライト、ハロイサイト、蛍光物質、金属片（銀粉等）等が挙げられる。また、強度を得るために、チタン酸カリウム、ケイ酸バリウム、ガラスファイバー等の針状のフィラーを用いてもよい。なかでも、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等が好ましい。
【００２９】
フィラー５０ａは、蛍光体５０への混入率によって、蛍光体５０から出射する第１青色レーザ光の広がり角を調整することができる。一般的に、短波長の第１青色レーザ光の広がり角は中〜長波長の蛍光の広がり角よりも小さいため、フィラー５０ａの混入率を大きくして第１青色レーザ光の広がり角を拡げることで、色むらの解消を図っている。しかしながら、フィラー５０ａの混入率を上げた場合には、蛍光体５０内だけで散乱し、被検体にまで届かない第１青色レーザ光が多くなる。これは、青色レーザ光の利用効率を低下さる原因の一つとなる。
【００３０】
例えば、第１レーザ光源１３ａから発せられる第１青色レーザ光の光量Ｉａのうち、実際に被検体にまで届いた青色レーザ光の光量Ｉｂの割合（Ｉｂ／Ｉａ×１００（％））を利用光率とし、蛍光体５０に占めるフィラー５０ａの含有率をフィラー混入率とした場合、利用効率とフィラー混入率との関係は図４のように示される。この図４によれば、フィラー混入率の増加とともに利用効率は減少し、フィラー混入率が１０％になったときには利用効率が５０％、即ち第１レーザ光源１３ａから発せられた第１青色レーザ光のうち半分しか被検体の照明に使用されないことを示している。
【００３１】
そこで、第１青色レーザ光の利用効率を低下させることなく、第１青色レーザ光の広がり角を拡げるために、蛍光体５０から出射した第１青色レーザ光の広がり角を更に拡げる凹レンズ５１が用いられる。例えば、フィラー５０ａは利用効率を一定以上保つために最低限しか混入しない場合には、図５に示すように、蛍光体５０出射後の第１青色レーザ光の広がり角は十分に拡がらない。そのため、被検体上の照明エリアには、第１青色レーザ光と蛍光とが重なり合わない非混色領域Ｒ１が生じてしまう。
【００３２】
このフィラー５０ａで十分に拡げることができなかった第１青色レーザ光の広がり角は、凹レンズ５１によって更に拡げられる。一方、凹レンズ５１には、第１青色レーザ光とともに蛍光も入射するが、蛍光は第１青色レーザ光よりも波長が大きいので、蛍光の広がり角はスネルの法則より、青色ほどではない。したがって、図６に示すように、凹レンズ５１によって、第１青色レーザ光の広がり角を蛍光の広がり角にまで広げることができる。これにより、第１青色レーザ光と蛍光とが重なり合わない非混色領域Ｒ１（図５参照）が無くなるため、色むらの発生を防ぐことができる。
【００３３】
なお、凹レンズ５１は、蛍光体５０から出射した第１青色レーザ光の広がり角を蛍光の広がり角に一致させることができる程度の屈折力（パワー）を有していることが好ましい。したがって、蛍光体５０から出射した第１青色レーザ光の広がり角が小さい時には屈折力を大きくし、出射した第１青色レーザ光の広がり角が大きい場合には屈折力を小さくする。
【００３４】
第２投光ユニット３９は、第１投光ユニット３８と同様の蛍光体５０、凹レンズ５１、フェルール５５、及びスリーブ６０を備えている。また、第２投光ユニット３９の各部材の配置等は第１投光ユニット３８と同様である。そのため、詳細な説明は省略する。
【００３５】
図７に示すように、第２実施形態の内視鏡システム１００では、光源装置１３に、中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光を発する第２レーザ光源１３ｂを新たに設け、第１レーザ光源１３ａから発する中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光と、第２レーザ光源１３ｂから発する中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光の２つで蛍光体を励起させる。なお、それ以外については第１実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３６】
第２実施形態の内視鏡システム１００では、第２レーザ光源１３ｂから発せられる第２青色レーザ光は、第１レーザ光源１３ａからの第１青色レーザ光とコンバイナ１０１で合波され、この合波された光がライドガイド２４ａ，２４ｂで蛍光体５０まで導光される。そして、第１及び第２青色レーザ光の合波光が蛍光体５０に入射することで、第１及び第２青色レーザ光の一部が蛍光体５０の蛍光物質に吸収されて蛍光を発し、残りの第１及び第２青色レーザ光が蛍光体５０内のフィラー５０ａで散乱する。
【００３７】
フィラー５０ａは、第１実施形態と同様に、第１及び第２青色レーザ光の利用効率の低下を避けるために、最小限しか蛍光体に混入されていない。したがって、図８に示すように、第１及び第２青色レーザ光の広がり角は、フィラー５０ａの散乱により拡がるものの、蛍光の広がり角までは拡がらない。そのため、蛍光と第１及び第２青色レーザ光とが重なり合わない非混色領域Ｒ２ができてしまう。
【００３８】
蛍光体５０を出射した第１及び第２青色レーザ光と蛍光は、凹レンズ５１に入射する。この凹レンズ５１で、第１及び第２青色レーザ光の広がり角を拡げることにより、図９に示すように、第１及び第２青色レーザ光の広がり角と蛍光の広がり角とはほぼ一致する。これにより、非混色領域Ｒ２（図８参照）が無くなるため、色むらが発生することは無い。凹レンズ５１を出射した第１及び第２青色レーザ光と蛍光は、白色光として被検体に照射される。
【００３９】
なお、第２実施形態においても、凹レンズ５１は、蛍光体５０から出射した第１及び第２青色レーザ光の広がり角を蛍光の広がり角に一致させることができる程度の屈折力（パワー）を有していることが好ましい。中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光は、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光よりも短波長であるため、凹レンズ５１では屈折率が高くなる。したがって、凹レンズ５１は、蛍光体５０から出射した第１及び第２青色レーザ光の広がり角に応じて屈折力を決めるとともに、第１及び第２青色レーザ光の波長差をも考慮して屈折力を決める必要がある。
【００４０】
なお、第１及び第２実施形態では、蛍光体内にフィラーを混入することによって、蛍光体から出る出射光の広がり角を拡大したが、フィラーを混入せずに、蛍光体の蛍光物質が持つ光散乱機能だけで広がり角を拡大してもよい。例えば、第１実施形態の場合であれば、図１０に示すように、蛍光体５０において、緑発光用蛍光物質８０は、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光で緑色の蛍光を励起発光するだけでなく、赤発光用蛍光物質８１で励起発光する赤色の蛍光を散乱させる。同様にして、赤発光用蛍光物質８１は、第１青色レーザ光で赤色の蛍光を励起発光するだけでなく、緑発光用蛍光物質８０で励起発光する緑色の蛍光を散乱させる。このように、各蛍光物質８０，８１が持つ光拡散機能を生かすことで、フィラー５０ａを混入することなく、蛍光体５０から出る出射光の広がり角を拡大することができる。
【００４１】
また、第２実施形態の場合であれば、第１青色レーザ光とともに蛍光体に入射させる中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光は、その約１０％が蛍光物質に吸収されて蛍光を発する一方、蛍光物質に吸収されなかった約９０％の第２青色レーザ光は、他の蛍光物質によって拡散される。そこで、第２実施形態では、緑発光及び赤発光用蛍光物質の混入率を調整することによって、フィラー５０ａを混入することなく、第２青色レーザ光の広がり角を拡大することができる。
【００４２】
なお、蛍光や青色レーザ光の光量分布の測定方法については、以下のように行うことが好ましい。図１１に示すように、光源である第１（または第２）投光ユニット３８を中心に設置し、この投光ユニット９０の光軸Ｌに直交する面内であって、且つ照射中心Ｃから一定距離だけ離れた第１測定位置において、光量測定器９０で光量の測定を行う。この第１測定位置での光量測定値が配光角９０°の光強度となる。次に、第１測定位置から周方向に一定角度Ａだけ離れた第２測定位置に、光量測定器９０を移動させて光量の測定を行う。この第２測定位置での光量測定値が、配光角（９０−Ａ）°の光強度となる。同様にして、一定角度ずつ光量測定器をずらしながら配光角の光強度を求める。これにより、配光角＋９０°〜−９０°における光量分布（例えば図５等）が得られる。
【実施例】
【００４３】
以下の実施例１―１〜２―２と比較例１〜３によって本発明を更に具体的に説明する。
【００４４】
［実施例１−１］
実施例１−１では、電子内視鏡１０の先端部に、図１２に示す第１投光ユニット３８及びこの第１投光ユニット３８と同様の第２投光ユニット３９の２つ設けた。第１投光ユニット３８は第１レーザ光源１３ａとライトガイド２４ａで光学的に接続し、このライドガイド２４ａを介して、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光を入射させた。第１投光ユニット３８では、ライドガイド２４ａからの第１青色レーザ光を蛍光体５０に入射させた。蛍光体５０では、第１青色レーザ光の一部が蛍光物質に吸収されて５００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光を発する一方で、残りの第１青色レーザ光をフィラー５０ａで散乱させて広がり角を大きくした。フィラー５０ａの混入率は５％とした。第１青色レーザ光及び蛍光は、直径０．９ｍｍの蛍光体５０の出射面から出射した。蛍光体５０を出射した第１青色レーザ光及び蛍光は、凹レンズ５１に入射させた。この凹レンズ５１で第１青色レーザ光の広がり角を更に拡げた。凹レンズ５１を出射した第１青色レーザ光及び蛍光は、白色光として被検体に照射した。なお、第２投光ユニット３９からも同様に、フィラー及び凹レンズで広がり角を大きくした第１青色レーザ光及び蛍光を、白色光として被検体に照射した。
【００４５】
この実施例１−１では、蛍光と第１青色レーザ光の半値全幅の差が３．５°以下となる凹レンズ５１の曲率を、シミュレーションで求めた。なお、凹レンズ５１を使用しない場合には、図１３に示すように、フィラー混入率が１０％のとき、第１青色レーザ光の半値全幅と蛍光の半値全幅との差は３．５°となる。この程度の差であれば、色むらが発生することはほとんど無い。したがって、実施例１−１のように、フィラー混入率が５％の場合には、凹レンズ５１のパワーで半値全幅を３．５°以下にすることによって、色むらを無くす。なお、「半値全幅」とは、図１４に示すように、光強度が５０％になるときの配光角の幅をいう。
【００４６】
なお、シミュレーションを行うにあたって、凹レンズの厚さＴを０．２ｍｍに、有効径を１．５ｍｍに、第１青色レーザ光に対する屈折率を１．９０７９に、蛍光に対する屈折率を１．８８１７に設定した。
【００４７】
シミュレーションの結果、図１５に示すように、曲率を大きくするほど、半値全幅の差が小さくなった。曲率が０．４を超えると半値全幅の差は３．５°以下となり、曲率が０．６になると、半値全幅の差は約２．５°となった。そこで、実施例１−１においては、曲率０．６の凹レンズ５１を使用した。
【００４８】
［実施例１−２］
フィラー５０ａの混入率を７％とし、このフィラー混入率の下で、蛍光と第１青色レーザ光の半値全幅の差を３．５°以下にする凹レンズの曲率をシミュレーションで求めた。それ以外は、実施例１−１と同様に実施した。
【００４９】
シミュレーションの結果、図１６に示すように、曲率０．３を境に半値全幅の差は増減するものの、曲率０．１〜０．４の間においては、半値全幅の差は３．５°以下に抑えられている。そこで、実施例１−２においては、０．１〜０．４の間の一定値を曲率とする凹レンズ５１を使用した。
【００５０】
［実施例２−１］
図１７に示すように、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光に加えて中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光を蛍光体５０に入射させ、下記レンズデータを有する凹レンズ５１で第１及び第２青色レーザ光の広がり角を拡げ、フィラーの混入率を７％にした以外は、実施例１−１と同様に実施した。なお、実施例２−１では、第１レーザ光源１３ａから発した第１青色レーザ光と第２レーザ光源１３ｂから発した第２青色レーザ光は、コンバイナ１０１で合波してから、ライドガイド２４ａに入射させた。
【００５１】
この実施例２−１では、蛍光と第１青色レーザ光の半値全幅の差Δθ１と、蛍光と第２青色レーザ光の半値全幅の差Δθ２の差分値Ｄ（｜Δθ１−Δθ２｜）が最小となる凹レンズ５１の曲率を、シミュレーションで求めた。なお、凹レンズ５１を使用しない場合には、差分値Ｄは、図１８に示すように、フィラー混入率が１０％のときに最も小さくなり（差分値Ｄは約２°）、このときには色むらはほとんど生じない。したがって、差分値Ｄが２°以下となる凹レンズ５１の曲率を求める。なお、シミュレーションを行うにあたって、第２青色レーザ光に対する屈折率を１．９２０７とし、それ以外のパラメータ（厚さＴ、有効径、第１青色レーザ光に対する屈折率、蛍光に対する屈折率）は実施例１−１と同様とした。
【００５２】
シミュレーションの結果、図１９に示すように、曲率０．１で差分値Ｄは「０」となった。そこで、実施例２−２においては、曲率が０．１の凹レンズ５１を使用した。
【００５３】
［実施例２−２］
フィラー５０ａの混入率を５％とし、このフィラーの混入率の下で、差分値Ｄが２°以下となる凹レンズ５１の曲率をシミュレーションで求めた。それ以外は、実施例２−１と同様に実施した。
【００５４】
シミュレーションの結果、図２０に示すように、曲率０．３〜０．４の間において、差分値Ｄは２°以下となった。そこで、実施例２−２においては、０．３〜０．４の間の一定値を曲率とする凹レンズ５１を使用した。
【００５５】
［比較例１］
図２１に示すように、第１及び第２投光ユニット３８，３９には、屈折力を有しない照明窓５２を設け、フィラー５０ａだけで第１青色レーザ光の広がり角を拡げた。フィラー５０ａの混入率は、実施例１−１よりも大きくした。それ以外については、実施例１−１と同様に実施した。
【００５６】
［比較例２］
図２２に示すように、第１及び第２投光ユニット３８，３９に、屈折力を有しない照明窓５２を設けた以外は実施例１−１と同様に実施した。
【００５７】
［比較例３］
図２３に示すように、第１及び第２投光ユニット３８，３９に、屈折力を有しない照明窓５２を設けた以外は実施例２−１と同様に実施した。
【００５８】
［結果］
実施例１−１〜２−２では、フィラー５０ａとともに凹レンズ５１を使用することで、励起光である青色レーザ光（実施例１−１，１−２では第１青色レーザ光、実施例２−１，２−２では第１及び第２青色レーザ光）の利用効率を下げることなく、色むらを解消することができた。これに対して、比較例１では、フィラー５０ａの混入率を上げることによって、色むらの解消を図ることができる一方で、被検体にまで届かない光が多くなり、第１青色レーザ光の利用効率が落ちてしまった。また、比較例２では、第１青色レーザ光の広がり角が蛍光の広がり角よりも狭いため、色むらが生じてしまった。また、比較例３においても、第１及び第２青色レーザ光の広がり角が蛍光の広がり角よりも狭いため、色むらが生じてしまった。
【符号の説明】
【００５９】
３８ 第１投光ユニット
３９ 第２投光ユニット
５０ 蛍光体
５０ａ フィラー
５１ 凹レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡の先端部に設けられ、被検体に照明光を照射する内視鏡用投光ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、内視鏡を用いた被検体内の診断及び治療が広く行われている。内視鏡は、被検体に挿入される挿入部を備えており、この挿入部の先端部に設けられた照明窓から被検体に向けて照明光が照射される。そして、照明光で照明された被検体を、挿入部の先端部に設けたCCDなどの撮像素子で撮像し、この撮像により得られた撮像信号に基づいて、モニタに内視鏡画像を表示する。
【０００３】
被検体内の照明には、キセノンランプやハロゲンランプなどの白色光が用いられることが多いが、キセノンランプ等は、比較的大型であり、また消費電力も大きいといった問題がある。これに対して、特許文献１では、青色LED（Light Emitting Diode）の青色光とこの青色光で蛍光体を励起することで発光する蛍光との合波によって白色光を生成している。このように、青色LED及び蛍光体を使って白色光を生成することで、キセノンランプ等に対して、小型化と省電力化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６１６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、白色光を生成する際に青色光を蛍光体に入射させたときには、一部の青色光が蛍光体で吸収されて蛍光を発する一方で、その残りの青色光はそのまま直進的に透過する。そのため、蛍光体から出射する蛍光と青色光とでは、広がり角がそれぞれ異なる。したがって、このような広がり角の違いから、被検体上では、青色光と蛍光が重なり合う混色領域は白色となるが、それら光が重なり合わない非混色領域ができた場合には、その非混色領域は白色以外の色となってしまう。即ち、被検体上で色むらが生じてしまう。このような色むらが生じた状態で取得した内視鏡画像では、正確な診断を行うことができないことがある。
【０００６】
色むらの発生を防ぐ方法の一つとして、直進的に出射する青色光を散乱させるフィラーを蛍光体に混入させることが考えられる。このフィラーの混入により、青色光の広がり角が拡大するため、色むらを減らし、またほとんど無くすことができる。しかしながら、フィラーは、青色光を四方八方に散乱させるため、その混入率によっては、蛍光体内だけで散乱し、被検体にまで届かない青色光が多くなることがある。このような場合には、フィラーの混入は青色光の利用効率を低下させることになる。
【０００７】
本発明は、青色光で蛍光体を励起させて白色光を生成する際に、色むらの発生を防ぐとともに青色光の利用効率を高めることができる内視鏡用投光ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、内視鏡の先端部に設けられ、被検体に向けて照明光を照射する内視鏡用投光ユニットにおいて、所定波長の第１の照明光のうち少なくとも一部を波長変換して第２の照明光を生成する波長変換部と、前記波長変換部で波長変換されなかった第１の照明光を散乱させてその広がり角を拡大する散乱部材とを有する波長変換部材と、前記波長変換部材を出射した第１の照明光の広がり角を更に拡大するとともに、その広がり角が更に拡大された第１の照明光と第２の照明光の合波光を前記照明光として前記被検体に照射する広がり角拡大手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記広がり角拡大手段は、前記第１の照明光の広がり角を前記第２の照明光の広がり角に合わせることが好ましい。前記広がり角拡大手段は凹レンズであることが好ましい。
【００１０】
前記第１の照明光は所定波長の第１青色狭帯域光で、前記第２の照明光は、前記第１青色狭帯域光が前記波長変換部で波長変換された緑色〜赤色の蛍光であり、前記凹レンズは、前記第１青色狭帯域光の広がり角を前記蛍光の広がり角に合わせることが好ましい。前記第１青色狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍであることが好ましい。
【００１１】
前記第１の照明光は互いに中心波長が異なる第１及び第２青色狭帯域光であり、前記第２の照明光は、前記第１及び第２青色狭帯域光が波長変換部で波長変換された緑色〜赤色の蛍光であり、前記凹レンズは、前記第１及び第２青色狭帯域光の広がり角を前記蛍光の広がり角に合わせることが好ましい。前記第１青色狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍであり、前記第２青色狭帯域光は中心波長が４０５ｎｍであることが好ましい。
【００１２】
前記波長変換部材は蛍光体であることが好ましい。前記散乱部材はフィラーであることが好ましい。前記第１の照明光は青色レーザ光であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所定波長の第１の照明光のうち少なくとも一部を波長変換部材で波長変換して第２の照明光を生成する際、波長変換部材で波長変換されなかった第１の照明光の広がり角は、波長変換部材内の散乱部材によって大きくするとともに、波長変換部材の出射後に入射する広がり角拡大手段で更に大きくされる。これにより、第１の照明光の広がり角を第２の照明光の広がり角に合わせることができるため、色むらの発生を防ぐことができる。
【００１４】
さらに、本発明では、波長変換部材内の散乱部材と広がり角拡大手段の２つに分けて、第１の照明光の広がり角を拡大している。したがって、第１の照明光の利用効率の点から、最小限の散乱部材しか波長変換部材に混入せず、波長変換部材内で第１の照明光の広がり角を十分に拡大できない場合であっても、その後の広がり角拡大手段で更に広がり角を拡げることによって、第１の照明光の広がり角を第２の照明光の広がり角に合わせることができる。これにより、第１の照明光の利用効率を高めた状態で、色むらの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の内視鏡システムに示す図である。
【図２】電子内視鏡の先端部の断面を示す図である。
【図３】電子内視鏡の先端部の先端面を示す図である。
【図４】第１青色レーザ光の利用効率とフィラー混入率との関係を表すグラフである。
【図５】蛍光体出射後の第１青色レーザ光及び蛍光の広がり角と光強度の関係を表すとともに、その蛍光体出射後の第１青色レーザ光及び蛍光が被検体上に照射された場合の照射エリアを表す図である。
【図６】凹レンズ出射後の第１青色レーザ光及び蛍光の広がり角と光強度の関係を表すとともに、その蛍光体出射後の第１青色レーザ光及び蛍光が被検体上に照射された場合の照射エリアを表す図である。
【図７】第２実施形態の内視鏡システムに示す図である。
【図８】蛍光体出射後の第１、第２青色レーザ光及び蛍光の広がり角と光強度の関係を表すとともに、その蛍光体出射後の第１、第２青色レーザ光及び蛍光が被検体上に照射された場合の照射エリアを表す図である。
【図９】凹レンズ出射後の第１、第２青色レーザ光及び蛍光の広がり角と光強度の関係を表すとともに、その蛍光体出射後の第１、第２青色レーザ光及び蛍光が被検体上に照射された場合の照射エリアを表す図である。
【図１０】蛍光物質が蛍光を励起発光する機能と光拡散機能の２つの機能を備えていることを説明するための図である。
【図１１】光量分布の測定方法を説明するための図である。
【図１２】実施例１−１，１−２で用いられる投光ユニットを表す図である。
【図１３】半値全幅の差とフィラー混入率との関係を示すグラフである。
【図１４】半値全幅を説明するための図である。
【図１５】フィラー混入率が５％のときの半値全幅の差と凹レンズの曲率との関係を示すグラフである。
【図１６】フィラー混入率が７％のときの半値全幅の差と凹レンズの曲率との関係を示すグラフである。
【図１７】実施例２−１，２−２で用いられる投光ユニットを表す図である。
【図１８】半値全幅の差とフィラー混入率との関係を示すグラフである。
【図１９】フィラー混入率が７％のときの半値全幅の差と凹レンズの曲率との関係を示すグラフである。
【図２０】フィラー混入率が５％のときの半値全幅の差と凹レンズの曲率との関係を示すグラフである。
【図２１】比較例１で用いられる投光ユニットを表す図である。
【図２２】比較例２で用いられる投光ユニットを表す図である。
【図２３】比較例３で用いられる投光ユニットを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム２は、被検体を撮影する電子内視鏡１０と、内視鏡画像を生成するプロセッサ装置１２と、このプロセッサ装置１２内に設けられ、被検体を照明する照明光を供給する光源装置１３と、内視鏡画像を表示するモニタ１４と、被検体内に送り込む水を貯留する送水タンク１６とを備えている。
【００１７】
電子内視鏡１０は、患者の体腔内に挿入される挿入部２０と、挿入部２０の基端部分に連設され、医師や技師などの術者が手元で操作を行なう操作部２２と、操作部２２から延びるユニバーサルコード２４とからなる。挿入部２０は、先端から順に、先端部２６、湾曲部２７、及び可撓管部２８で構成されている。先端部２６は、硬質な樹脂材料で形成されている。可撓管部２８は、細径かつ長尺な管状に形成されるとともに、可撓性を有しており、操作部２２と湾曲部２７とを接続する。
【００１８】
湾曲部２７は、操作部２２に設けられた上下用操作ノブ３０及び左右用操作ノブ３１の回転操作に応じて上下左右に湾曲するように構成されている。上下用操作ノブ３０を回転操作すると、湾曲部２７が上下方向に湾曲し、左右用操作ノブ３１を回転操作すると、湾曲部２７が左右方向に湾曲する。
【００１９】
ユニバーサルコード２４には、プロセッサ装置１２から供給される光及び空気の取り込みと、電源や各種の制御信号の伝送に用いられるコネクタ３６とが設けられている。電子内視鏡１０は、コネクタ３６を介してプロセッサ装置１２に着脱自在に接続される。
【００２０】
光源装置１３は、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光を発する第１レーザ光源１３ａを備えている。第１レーザ光源１３ａから発せられる第１青色レーザ光は、ユニバーサルコード２４内のライドガイド２４ａ，２４ｂを介して、電子内視鏡の先端部２６まで導光される。導光された第１青色レーザ光は、一部が先端部２６に設けられた蛍光体５０で吸収されることにより緑色〜赤色の蛍光を励起発光させるとともに、蛍光体で吸収されなかった光はそのまま蛍光体を透過する。これにより、先端部２６からは、第１青色レーザ光と蛍光が合わさった白色光が被検体に照射される。被検体からの戻り光は、被検体の像として電子内視鏡１０内の撮像素子４２（図３参照）により撮像される。なお、ライトガイド２４ａ，２４ｂは、光ファイバなどの導光部材で構成される。
【００２１】
プロセッサ装置１２は、電子内視鏡１０の撮像により得られる撮像信号を、ユニバーサルコード２４内の信号ケーブル２４ｃを介して受信する。プロセッサ装置１２では、受信した撮像信号に各種画像処理を施すことによって、画像データを生成する。この生成された画像データに基づいて、モニタ１４に被検体の内視鏡画像が表示される。
【００２２】
図２に示すように、電子内視鏡の先端部２６には、被検体に向けて照明光を照射するための２灯の第１及び第２投光ユニット３８，３９と、観察窓４０及び撮像レンズ４１を介して受光した被検体の像を、CCDなどの撮像素子４２で撮像する撮像ユニット４３が設けられている。
【００２３】
図３に示すように、第１及び第２投光ユニット３８，３９は、先端部２６の先端面２６ａにおいて、撮像ユニット４３に関して左右対称の位置に設けられている。なお、先端部２６には、第１及び第２投光ユニット３８，３９、撮像ユニット４３の他、スネアなどの処置具を露呈させる処置具出口４６や観察窓４０に向けて洗浄用の空気又は水を吐出する送気送水ノズル４８が設けられている。
【００２４】
図２に示すように、第１投光ユニット３８は、ライトガイド２４ａによって導光された第１青色レーザ光を一部吸収して緑色〜赤色の蛍光を発するとともに、吸収しなかった光をそのまま透過させる蛍光体５０と、蛍光体５０から出射した第１青色レーザ光の広がり角を拡大する広がり角拡大機能を備えるとともに、この広がり角を拡大した第１青色レーザ光及び蛍光を被検体に向けて出射する照明窓の機能を備えた凹レンズ５１を有している。
【００２５】
この第１投光ユニット３８では、蛍光体５０とライトガイド２４ａは、互いに光学的に接続された状態でフェルール５５によって保持されている。フェルール５５は中空の円筒部材であり、軸方向に延びた貫通孔５５ａ内にライトガイド２４ａが挿通されている。また、フェルール５５は、先端側に開口部を有する略円柱状または直方体状の先端格納部５５ｂ内で、蛍光体５０を接着剤５６によって固定している。
【００２６】
このフェルール５５は、凹レンズ５１とともに、スリーブ６０によって保持されている。このスリーブ６０は、蛍光体５０の出射面と凹レンズ５１の入射面が対向した状態で、フェルール５５及び凹レンズ５１を保持している。
【００２７】
蛍光体５０は、青色レーザ光の一部を吸収して蛍光を発する蛍光物質及びこの蛍光物質の吸収されなかった青色レーザ光を散乱させるフィラー５０ａを、無機ガラスなどの被覆部材と混合して形成されている。蛍光物質は第１青色レーザ光で励起されるものであれば特に限定されないが、下記(i)〜(xi)のものを１種または２種を組み合わせて用いることが好ましい。
(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
なお、蛍光物質に代えて、顔料など（例えばペリレン等の蛍光染料）を使用してもよい。
【００２８】
フィラー５０ａとしては、シリカ（ヒュームシリカ、沈降性シリカ、溶融シリカ、結晶シリカ、超微粉無定形シリカ、無水珪酸等）、石英、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、一酸化錫、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、窒化硼素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物、ＳｉＣ等の金属炭化物、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム等の金属炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、ほう酸アルミニウム、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウム、クレー、石膏、硫酸バリウム、マイカ、ケイソウ土、白土、無機バルーン、タルク、リトポン、ゼオライト、ハロイサイト、蛍光物質、金属片（銀粉等）等が挙げられる。また、強度を得るために、チタン酸カリウム、ケイ酸バリウム、ガラスファイバー等の針状のフィラーを用いてもよい。なかでも、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等が好ましい。
【００２９】
フィラー５０ａは、蛍光体５０への混入率によって、蛍光体５０から出射する第１青色レーザ光の広がり角を調整することができる。一般的に、短波長の第１青色レーザ光の広がり角は中〜長波長の蛍光の広がり角よりも小さいため、フィラー５０ａの混入率を大きくして第１青色レーザ光の広がり角を拡げることで、色むらの解消を図っている。しかしながら、フィラー５０ａの混入率を上げた場合には、蛍光体５０内だけで散乱し、被検体にまで届かない第１青色レーザ光が多くなる。これは、青色レーザ光の利用効率を低下さる原因の一つとなる。
【００３０】
例えば、第１レーザ光源１３ａから発せられる第１青色レーザ光の光量Ｉａのうち、実際に被検体にまで届いた青色レーザ光の光量Ｉｂの割合（Ｉｂ／Ｉａ×１００（％））を利用光率とし、蛍光体５０に占めるフィラー５０ａの含有率をフィラー混入率とした場合、利用効率とフィラー混入率との関係は図４のように示される。この図４によれば、フィラー混入率の増加とともに利用効率は減少し、フィラー混入率が１０％になったときには利用効率が５０％、即ち第１レーザ光源１３ａから発せられた第１青色レーザ光のうち半分しか被検体の照明に使用されないことを示している。
【００３１】
そこで、第１青色レーザ光の利用効率を低下させることなく、第１青色レーザ光の広がり角を拡げるために、蛍光体５０から出射した第１青色レーザ光の広がり角を更に拡げる凹レンズ５１が用いられる。例えば、フィラー５０ａは利用効率を一定以上保つために最低限しか混入しない場合には、図５に示すように、蛍光体５０出射後の第１青色レーザ光の広がり角は十分に拡がらない。そのため、被検体上の照明エリアには、第１青色レーザ光と蛍光とが重なり合わない非混色領域Ｒ１が生じてしまう。
【００３２】
このフィラー５０ａで十分に拡げることができなかった第１青色レーザ光の広がり角は、凹レンズ５１によって更に拡げられる。一方、凹レンズ５１には、第１青色レーザ光とともに蛍光も入射するが、蛍光は第１青色レーザ光よりも波長が大きいので、蛍光の広がり角はスネルの法則より、青色ほどではない。したがって、図６に示すように、凹レンズ５１によって、第１青色レーザ光の広がり角を蛍光の広がり角にまで広げることができる。これにより、第１青色レーザ光と蛍光とが重なり合わない非混色領域Ｒ１（図５参照）が無くなるため、色むらの発生を防ぐことができる。
【００３３】
なお、凹レンズ５１は、蛍光体５０から出射した第１青色レーザ光の広がり角を蛍光の広がり角に一致させることができる程度の屈折力（パワー）を有していることが好ましい。したがって、蛍光体５０から出射した第１青色レーザ光の広がり角が小さい時には屈折力を大きくし、出射した第１青色レーザ光の広がり角が大きい場合には屈折力を小さくする。
【００３４】
第２投光ユニット３９は、第１投光ユニット３８と同様の蛍光体５０、凹レンズ５１、フェルール５５、及びスリーブ６０を備えている。また、第２投光ユニット３９の各部材の配置等は第１投光ユニット３８と同様である。そのため、詳細な説明は省略する。
【００３５】
図７に示すように、第２実施形態の内視鏡システム１００では、光源装置１３に、中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光を発する第２レーザ光源１３ｂを新たに設け、第１レーザ光源１３ａから発する中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光と、第２レーザ光源１３ｂから発する中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光の２つで蛍光体を励起させる。なお、それ以外については第１実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３６】
第２実施形態の内視鏡システム１００では、第２レーザ光源１３ｂから発せられる第２青色レーザ光は、第１レーザ光源１３ａからの第１青色レーザ光とコンバイナ１０１で合波され、この合波された光がライドガイド２４ａ，２４ｂで蛍光体５０まで導光される。そして、第１及び第２青色レーザ光の合波光が蛍光体５０に入射することで、第１及び第２青色レーザ光の一部が蛍光体５０の蛍光物質に吸収されて蛍光を発し、残りの第１及び第２青色レーザ光が蛍光体５０内のフィラー５０ａで散乱する。
【００３７】
フィラー５０ａは、第１実施形態と同様に、第１及び第２青色レーザ光の利用効率の低下を避けるために、最小限しか蛍光体に混入されていない。したがって、図８に示すように、第１及び第２青色レーザ光の広がり角は、フィラー５０ａの散乱により拡がるものの、蛍光の広がり角までは拡がらない。そのため、蛍光と第１及び第２青色レーザ光とが重なり合わない非混色領域Ｒ２ができてしまう。
【００３８】
蛍光体５０を出射した第１及び第２青色レーザ光と蛍光は、凹レンズ５１に入射する。この凹レンズ５１で、第１及び第２青色レーザ光の広がり角を拡げることにより、図９に示すように、第１及び第２青色レーザ光の広がり角と蛍光の広がり角とはほぼ一致する。これにより、非混色領域Ｒ２（図８参照）が無くなるため、色むらが発生することは無い。凹レンズ５１を出射した第１及び第２青色レーザ光と蛍光は、白色光として被検体に照射される。
【００３９】
なお、第２実施形態においても、凹レンズ５１は、蛍光体５０から出射した第１及び第２青色レーザ光の広がり角を蛍光の広がり角に一致させることができる程度の屈折力（パワー）を有していることが好ましい。中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光は、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光よりも短波長であるため、凹レンズ５１では屈折率が高くなる。したがって、凹レンズ５１は、蛍光体５０から出射した第１及び第２青色レーザ光の広がり角に応じて屈折力を決めるとともに、第１及び第２青色レーザ光の波長差をも考慮して屈折力を決める必要がある。
【００４０】
なお、第１及び第２実施形態では、蛍光体内にフィラーを混入することによって、蛍光体から出る出射光の広がり角を拡大したが、フィラーを混入せずに、蛍光体の蛍光物質が持つ光散乱機能だけで広がり角を拡大してもよい。例えば、第１実施形態の場合であれば、図１０に示すように、蛍光体５０において、緑発光用蛍光物質８０は、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光で緑色の蛍光を励起発光するだけでなく、赤発光用蛍光物質８１で励起発光する赤色の蛍光を散乱させる。同様にして、赤発光用蛍光物質８１は、第１青色レーザ光で赤色の蛍光を励起発光するだけでなく、緑発光用蛍光物質８０で励起発光する緑色の蛍光を散乱させる。このように、各蛍光物質８０，８１が持つ光拡散機能を生かすことで、フィラー５０ａを混入することなく、蛍光体５０から出る出射光の広がり角を拡大することができる。
【００４１】
また、第２実施形態の場合であれば、第１青色レーザ光とともに蛍光体に入射させる中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光は、その約１０％が蛍光物質に吸収されて蛍光を発する一方、蛍光物質に吸収されなかった約９０％の第２青色レーザ光は、他の蛍光物質によって拡散される。そこで、第２実施形態では、緑発光及び赤発光用蛍光物質の混入率を調整することによって、フィラー５０ａを混入することなく、第２青色レーザ光の広がり角を拡大することができる。
【００４２】
なお、蛍光や青色レーザ光の光量分布の測定方法については、以下のように行うことが好ましい。図１１に示すように、光源である第１（または第２）投光ユニット３８を中心に設置し、この投光ユニット９０の光軸Ｌに直交する面内であって、且つ照射中心Ｃから一定距離だけ離れた第１測定位置において、光量測定器９０で光量の測定を行う。この第１測定位置での光量測定値が配光角９０°の光強度となる。次に、第１測定位置から周方向に一定角度Ａだけ離れた第２測定位置に、光量測定器９０を移動させて光量の測定を行う。この第２測定位置での光量測定値が、配光角（９０−Ａ）°の光強度となる。同様にして、一定角度ずつ光量測定器をずらしながら配光角の光強度を求める。これにより、配光角＋９０°〜−９０°における光量分布（例えば図５等）が得られる。
【実施例】
【００４３】
以下の実施例１―１〜２―２と比較例１〜３によって本発明を更に具体的に説明する。
【００４４】
［実施例１−１］
実施例１−１では、電子内視鏡１０の先端部に、図１２に示す第１投光ユニット３８及びこの第１投光ユニット３８と同様の第２投光ユニット３９の２つ設けた。第１投光ユニット３８は第１レーザ光源１３ａとライトガイド２４ａで光学的に接続し、このライドガイド２４ａを介して、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光を入射させた。第１投光ユニット３８では、ライドガイド２４ａからの第１青色レーザ光を蛍光体５０に入射させた。蛍光体５０では、第１青色レーザ光の一部が蛍光物質に吸収されて５００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光を発する一方で、残りの第１青色レーザ光をフィラー５０ａで散乱させて広がり角を大きくした。フィラー５０ａの混入率は５％とした。第１青色レーザ光及び蛍光は、直径０．９ｍｍの蛍光体５０の出射面から出射した。蛍光体５０を出射した第１青色レーザ光及び蛍光は、凹レンズ５１に入射させた。この凹レンズ５１で第１青色レーザ光の広がり角を更に拡げた。凹レンズ５１を出射した第１青色レーザ光及び蛍光は、白色光として被検体に照射した。なお、第２投光ユニット３９からも同様に、フィラー及び凹レンズで広がり角を大きくした第１青色レーザ光及び蛍光を、白色光として被検体に照射した。
【００４５】
この実施例１−１では、蛍光と第１青色レーザ光の半値全幅の差が３．５°以下となる凹レンズ５１の曲率を、シミュレーションで求めた。なお、凹レンズ５１を使用しない場合には、図１３に示すように、フィラー混入率が１０％のとき、第１青色レーザ光の半値全幅と蛍光の半値全幅との差は３．５°となる。この程度の差であれば、色むらが発生することはほとんど無い。したがって、実施例１−１のように、フィラー混入率が５％の場合には、凹レンズ５１のパワーで半値全幅を３．５°以下にすることによって、色むらを無くす。なお、「半値全幅」とは、図１４に示すように、光強度が５０％になるときの配光角の幅をいう。
【００４６】
なお、シミュレーションを行うにあたって、凹レンズの厚さＴを０．２ｍｍに、有効径を１．５ｍｍに、第１青色レーザ光に対する屈折率を１．９０７９に、蛍光に対する屈折率を１．８８１７に設定した。
【００４７】
シミュレーションの結果、図１５に示すように、曲率を大きくするほど、半値全幅の差が小さくなった。曲率が０．４を超えると半値全幅の差は３．５°以下となり、曲率が０．６になると、半値全幅の差は約２．５°となった。そこで、実施例１−１においては、曲率０．６の凹レンズ５１を使用した。
【００４８】
［実施例１−２］
フィラー５０ａの混入率を７％とし、このフィラー混入率の下で、蛍光と第１青色レーザ光の半値全幅の差を３．５°以下にする凹レンズの曲率をシミュレーションで求めた。それ以外は、実施例１−１と同様に実施した。
【００４９】
シミュレーションの結果、図１６に示すように、曲率０．３を境に半値全幅の差は増減するものの、曲率０．１〜０．４の間においては、半値全幅の差は３．５°以下に抑えられている。そこで、実施例１−２においては、０．１〜０．４の間の一定値を曲率とする凹レンズ５１を使用した。
【００５０】
［実施例２−１］
図１７に示すように、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光に加えて中心波長４０５ｎｍの第２青色レーザ光を蛍光体５０に入射させ、下記レンズデータを有する凹レンズ５１で第１及び第２青色レーザ光の広がり角を拡げ、フィラーの混入率を７％にした以外は、実施例１−１と同様に実施した。なお、実施例２−１では、第１レーザ光源１３ａから発した第１青色レーザ光と第２レーザ光源１３ｂから発した第２青色レーザ光は、コンバイナ１０１で合波してから、ライドガイド２４ａに入射させた。
【００５１】
この実施例２−１では、蛍光と第１青色レーザ光の半値全幅の差Δθ１と、蛍光と第２青色レーザ光の半値全幅の差Δθ２の差分値Ｄ（｜Δθ１−Δθ２｜）が最小となる凹レンズ５１の曲率を、シミュレーションで求めた。なお、凹レンズ５１を使用しない場合には、差分値Ｄは、図１８に示すように、フィラー混入率が１０％のときに最も小さくなり（差分値Ｄは約２°）、このときには色むらはほとんど生じない。したがって、差分値Ｄが２°以下となる凹レンズ５１の曲率を求める。なお、シミュレーションを行うにあたって、第２青色レーザ光に対する屈折率を１．９２０７とし、それ以外のパラメータ（厚さＴ、有効径、第１青色レーザ光に対する屈折率、蛍光に対する屈折率）は実施例１−１と同様とした。
【００５２】
シミュレーションの結果、図１９に示すように、曲率０．１で差分値Ｄは「０」となった。そこで、実施例２−２においては、曲率が０．１の凹レンズ５１を使用した。
【００５３】
［実施例２−２］
フィラー５０ａの混入率を５％とし、このフィラーの混入率の下で、差分値Ｄが２°以下となる凹レンズ５１の曲率をシミュレーションで求めた。それ以外は、実施例２−１と同様に実施した。
【００５４】
シミュレーションの結果、図２０に示すように、曲率０．３〜０．４の間において、差分値Ｄは２°以下となった。そこで、実施例２−２においては、０．３〜０．４の間の一定値を曲率とする凹レンズ５１を使用した。
【００５５】
［比較例１］
図２１に示すように、第１及び第２投光ユニット３８，３９には、屈折力を有しない照明窓５２を設け、フィラー５０ａだけで第１青色レーザ光の広がり角を拡げた。フィラー５０ａの混入率は、実施例１−１よりも大きくした。それ以外については、実施例１−１と同様に実施した。
【００５６】
［比較例２］
図２２に示すように、第１及び第２投光ユニット３８，３９に、屈折力を有しない照明窓５２を設けた以外は実施例１−１と同様に実施した。
【００５７】
［比較例３］
図２３に示すように、第１及び第２投光ユニット３８，３９に、屈折力を有しない照明窓５２を設けた以外は実施例２−１と同様に実施した。
【００５８】
［結果］
実施例１−１〜２−２では、フィラー５０ａとともに凹レンズ５１を使用することで、励起光である青色レーザ光（実施例１−１，１−２では第１青色レーザ光、実施例２−１，２−２では第１及び第２青色レーザ光）の利用効率を下げることなく、色むらを解消することができた。これに対して、比較例１では、フィラー５０ａの混入率を上げることによって、色むらの解消を図ることができる一方で、被検体にまで届かない光が多くなり、第１青色レーザ光の利用効率が落ちてしまった。また、比較例２では、第１青色レーザ光の広がり角が蛍光の広がり角よりも狭いため、色むらが生じてしまった。また、比較例３においても、第１及び第２青色レーザ光の広がり角が蛍光の広がり角よりも狭いため、色むらが生じてしまった。
【符号の説明】
【００５９】
３８ 第１投光ユニット
３９ 第２投光ユニット
５０ 蛍光体
５０ａ フィラー
５１ 凹レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡の先端部に設けられ、被検体に向けて照明光を照射する内視鏡用投光ユニットにおいて、
所定波長の第１の照明光のうち少なくとも一部を波長変換して第２の照明光を生成する波長変換部と、前記波長変換部で波長変換されなかった第１の照明光を散乱させてその広がり角を拡大する散乱部材とを有する波長変換部材と、
前記波長変換部材を出射した第１の照明光の広がり角を更に拡大するとともに、その広がり角が更に拡大された第１の照明光と第２の照明光の合波光を前記照明光として前記被検体に照射する広がり角拡大手段とを備えることを特徴とする内視鏡用投光ユニット。
【請求項２】
前記広がり角拡大手段は、前記第１の照明光の広がり角を前記第２の照明光の広がり角に合わせることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項３】
前記広がり角拡大手段は凹レンズであることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項４】
前記第１の照明光は所定波長の第１青色狭帯域光で、前記第２の照明光は、前記第１青色狭帯域光が前記波長変換部で波長変換された緑色〜赤色の蛍光であり、
前記凹レンズは、前記第１青色狭帯域光の広がり角を前記蛍光の広がり角に合わせることを特徴とする請求項３記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項５】
前記第１青色狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍであることを特徴とする請求項４記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項６】
前記第１の照明光は互いに中心波長が異なる第１及び第２青色狭帯域光であり、前記第２の照明光は、前記第１及び第２青色狭帯域光が波長変換部で波長変換された緑色〜赤色の蛍光であり、
前記凹レンズは、前記第１及び第２青色狭帯域光の広がり角を前記蛍光の広がり角に合わせることを特徴とする請求項３記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項７】
前記第１青色狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍであり、前記第２青色狭帯域光は中心波長が４０５ｎｍであることを特徴とする請求項６記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項８】
前記波長変換部材は蛍光体であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項９】
前記散乱部材はフィラーであることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項１０】
前記第１の照明光は青色レーザ光であることを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項１】
内視鏡の先端部に設けられ、被検体に向けて照明光を照射する内視鏡用投光ユニットにおいて、
所定波長の第１の照明光のうち少なくとも一部を波長変換して第２の照明光を生成する波長変換部と、前記波長変換部で波長変換されなかった第１の照明光を散乱させてその広がり角を拡大する散乱部材とを有する波長変換部材と、
前記波長変換部材を出射した第１の照明光の広がり角を更に拡大するとともに、その広がり角が更に拡大された第１の照明光と第２の照明光の合波光を前記照明光として前記被検体に照射する広がり角拡大手段とを備えることを特徴とする内視鏡用投光ユニット。
【請求項２】
前記広がり角拡大手段は、前記第１の照明光の広がり角を前記第２の照明光の広がり角に合わせることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項３】
前記広がり角拡大手段は凹レンズであることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項４】
前記第１の照明光は所定波長の第１青色狭帯域光で、前記第２の照明光は、前記第１青色狭帯域光が前記波長変換部で波長変換された緑色〜赤色の蛍光であり、
前記凹レンズは、前記第１青色狭帯域光の広がり角を前記蛍光の広がり角に合わせることを特徴とする請求項３記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項５】
前記第１青色狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍであることを特徴とする請求項４記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項６】
前記第１の照明光は互いに中心波長が異なる第１及び第２青色狭帯域光であり、前記第２の照明光は、前記第１及び第２青色狭帯域光が波長変換部で波長変換された緑色〜赤色の蛍光であり、
前記凹レンズは、前記第１及び第２青色狭帯域光の広がり角を前記蛍光の広がり角に合わせることを特徴とする請求項３記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項７】
前記第１青色狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍであり、前記第２青色狭帯域光は中心波長が４０５ｎｍであることを特徴とする請求項６記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項８】
前記波長変換部材は蛍光体であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項９】
前記散乱部材はフィラーであることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の内視鏡用投光ユニット。
【請求項１０】
前記第１の照明光は青色レーザ光であることを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の内視鏡用投光ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−２４５０４２（Ｐ２０１２−２４５０４２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６８３４（Ｐ２０１１−１１６８３４）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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