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WO2017060992A1 - 内視鏡用照明装置 - Google Patents

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Publication number
WO2017060992A1
WO2017060992A1 PCT/JP2015/078520 JP2015078520W WO2017060992A1 WO 2017060992 A1 WO2017060992 A1 WO 2017060992A1 JP 2015078520 W JP2015078520 W JP 2015078520W WO 2017060992 A1 WO2017060992 A1 WO 2017060992A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
guide member
light guide
illumination device
optical fiber
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/078520
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
聡 大原
Original Assignee
オリンパス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オリンパス株式会社 filed Critical オリンパス株式会社
Priority to PCT/JP2015/078520 priority Critical patent/WO2017060992A1/ja
Priority to JP2017544119A priority patent/JPWO2017060992A1/ja
Publication of WO2017060992A1 publication Critical patent/WO2017060992A1/ja
Priority to US15/947,176 priority patent/US10478053B2/en

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Definitions

  • the present invention relates to an endoscope illumination device using a single-line light guide member.
  • an endoscope illumination device using a single-line light guide member laser light emitted from a laser light source is guided by a single-line optical fiber extending through the endoscope, and is applied to the distal end of the endoscope.
  • Japanese Patent No. 5103874 discloses an illumination system in which illumination light is generated by wavelength conversion by an arranged phosphor. Furthermore, a safety system by monitoring the amount of light after wavelength conversion incident on an optical fiber is also presented.
  • the prior art lighting system mainly monitors the amount of light after wavelength conversion.
  • the light emitted from the phosphor does not have directivity like laser light, the light is emitted uniformly in all directions. For this reason, the ratio of components incident on a very thin optical fiber is very small.
  • the optical fiber cannot necessarily guide all components of the light incident on the optical fiber.
  • the optical fiber can only guide light incident on the optical fiber with a certain incident angle because of the refractive index ratio between the core and the clad. For this reason, the amount of light returning through the optical fiber is very small relative to the amount of light emitted from the phosphor. In order to measure such a small amount of light, it is necessary to use an expensive high-sensitivity light receiving element, and furthermore, the low sensitivity may cause a malfunction of the safety system due to noise.
  • an object of the present invention is to provide an endoscope illuminating device in which the amount of return light that enters the light guide member from the light conversion member and is guided by the light guide member is improved.
  • the endoscope illumination device includes a light source that outputs primary light, a light guide member that guides the primary light, and a light conversion member that converts the primary light into secondary light.
  • the light guide member has a light guide member end surface through which the primary light exits from the light guide member, and the light conversion member passes through the primary light to the light conversion member. It has an incident light conversion member end face, and the light guide member end face and the light conversion member end face are arranged to face each other.
  • the light guide member guides the incident angle of light emitted from the intersection of the optical axis of the light guide member and the light conversion member end surface on the light guide member end surface and entering the light guide member end surface.
  • the light guide member and the light conversion member are arranged apart from each other in a relative positional relationship such that the incident angle of light is equal to or greater than possible.
  • An endoscope illuminating device is provided in which the amount of return light that enters the light guide member from the light conversion member and is guided by the light guide member is improved.
  • FIG. 1 schematically shows the overall configuration of the endoscope illumination apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the tip unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a distance formula between the optical fiber and the phosphor shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a modification of the tip unit that can replace the tip unit of FIG.
  • FIG. 5 shows a modification of the tip unit that can replace the tip unit of FIG.
  • FIG. 6 shows a modification of the tip unit that can replace the tip unit of FIG.
  • FIG. 7 shows a modification of the tip unit that can replace the tip unit of FIG.
  • FIG. 8 shows a modification of the tip unit that can replace the tip unit of FIG.
  • FIG. 9 shows a modification of the tip unit that can replace the tip unit of FIG.
  • FIG. 5 shows a modification of the tip unit that can replace the tip unit of FIG.
  • FIG. 6 shows a modification of the tip unit that can replace the tip unit of FIG.
  • FIG. 7
  • FIG. 10 schematically shows the overall configuration of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 11 shows a mounting configuration of the endoscope illumination device of FIG. 1 with respect to the endoscope device of FIG.
  • FIG. 12 shows an LD unit according to the second embodiment.
  • FIG. 13 shows a PD unit according to the second embodiment.
  • FIG. 14 shows a tip unit according to the second embodiment.
  • FIG. 15 schematically shows the overall configuration of the endoscope according to the second embodiment.
  • FIG. 16 shows a mounting configuration of the endoscope illumination device of the second embodiment with respect to the endoscope device of FIG.
  • FIG. 17 schematically shows the overall configuration of the endoscope illumination apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a detailed diagram of the LD / PD unit according to the third embodiment.
  • FIG. 19 shows a mounting configuration of the endoscope illumination device of FIG. 17 with respect to the endoscope device of FIG.
  • FIG. 1 schematically shows the overall configuration of an endoscope illumination device 10 of the present embodiment. The light path will be explained in order.
  • the laser beam L 1 is a first-order beam output from the LD unit 12 is a light source is guided by the optical fiber 24 is a light guide member, is input to the optical coupler 16 is an optical branching member.
  • the optical coupler 16 is inputted to the laser beam L 1 is divided 50:50, respectively output to the two optical fibers 26.
  • the laser beams L 1 guided by the two optical fibers 26 are respectively input to the two tip units 18.
  • End unit 18 has a function of converting the laser light L 1 to be inputted to the secondary light. Some of the secondary light is emitted as illumination light L 2 from the end unit 18. A part of the secondary light incident on the optical fiber 26, a return light L 3 traveling in the opposite direction to the primary light.
  • the return light L 3 travels through the optical fiber 26 to the optical coupler 16, and is split 50:50 by the optical coupler 16, one travels through the optical fiber 24 to the LD unit 12, and the other travels through the optical fiber 28. Proceed to PD section 20. Return light is input to the LD unit 12 L 3 is converted into heat is radiated to the peripheral LD element and LD devices. PD portion returned light L 3, which is input to the 20 is photoelectrically converted is irradiated to the PD element is a light receiving element. The PD element outputs a current corresponding to the amount of incident light. Its current is measured by the detection circuit 22 is converted into light intensity value of the return light L 3.
  • Detection circuit 22 further against the measured light value of the return light L 3, the normal or abnormal or determination.
  • the detection circuit 22 determines that an abnormality has occurred, the detection circuit 22 determines that some kind of failure has occurred, and sets the output of the LD unit 12 to the LD drive circuit 14 or the output of the LD unit 12 during normal use. I give an order to lower than.
  • the LD driving unit 14 drives the LD unit 12 in accordance with the input command. That is, the detection circuit 22 and the LD driving unit 14 constitutes a control unit for controlling the LD unit 12 based on the intensity of the returning light L 3.
  • LD unit 12 By always performing the monitoring of such return light L 3 at the time of illumination drive, LD unit 12, an optical coupler 16, when a failure occurs with respect to the optical fibers 24, 26, 28 for connecting the front end unit 18 and each unit, detecting a fault instantaneously, it is possible to reduce the output of the laser light L 1.
  • the laser beam L 1 that would be injected into a peripheral space for the fault, it is possible to higher safety of the user is ensured.
  • the LD unit 12 has a so-called pigtail configuration in which laser light having a wavelength of 445 nm emitted from an LD element is inserted into the optical fiber 24 through a lens.
  • optical fibers 24, 26, 28 multi-mode optical fibers that can guide light of a plurality of modes are applied. Since the multimode optical fiber has a larger core (light guide) area than the single mode optical fiber, the light insertion efficiency is high, and the NA of the optical fiber is large. As will be described later, the return light L 3 There is an advantage that it is easy to secure the amount of light. It is desirable that the core has a diameter of 50 ⁇ m, and the cladding has a diameter of 1.2 times or less that of the core, that is, 60 ⁇ m or less. By making the cladding thinner, the light emission efficiency of the tip unit 18 can be increased as will be described later. Also, the higher the NA, the better.
  • NA is desirably 0.22 or more.
  • the core is made of pure quartz
  • the clad is made of fluorine-doped quartz
  • the jacket outside the clad is made of polyimide or ETFE.
  • the optical coupler 16 is a so-called 2 ⁇ 2 type having two input ports and two output ports.
  • the optical coupler 16 has a function of multiplexing the light input to the two input ports, demultiplexing the light with a desired branching ratio, and outputting it to the two output ports.
  • the branching ratio is 50:50.
  • the optical coupler 16 has a structure in which two optical fiber cores are close to each other, and light is transferred between the adjacent cores.
  • Such an optical coupler 16 can be manufactured by, for example, fusing part of two optical fibers and melt-drawing them.
  • the tip unit 18 includes a phosphor 62 that is a light conversion member that converts the primary light output from the optical fiber 26 to produce secondary light, and a holder 52 that holds the optical fiber 26 and the phosphor 62. ing.
  • Optical fiber 26 is a light guide member, the laser beam L 1 has an optical fiber end face 32 is a light guide member end face emitted from the light guide member through which a primary light.
  • the optical fiber 26 has a core 34 extending on the central axis thereof, and a clad 36 covering the outer peripheral cylindrical surface of the core 34.
  • Phosphor 62 is a light conversion member includes a phosphor end surface 64 is a light conversion member end face which the laser beam L 1 is incident on the light conversion member is a 1-order light therethrough.
  • the optical fiber 26 and the fluorescent material 62 are spaced apart so that the optical fiber end surface 32 and the fluorescent material end surface 64 face each other.
  • the holder 52 has a cylindrical outer shape, and an optical fiber holding hole 54 that is a light guide member holding hole for holding the optical fiber 26 and a fluorescent light that is a light conversion member holding hole for holding the phosphor 62.
  • a body holding hole 56 is provided.
  • the optical fiber holding hole 54 is a hole having a circular cross section in accordance with the shape of the optical fiber 26, and the hole diameter is larger than the diameter of the optical fiber 26 to be inserted.
  • the phosphor holding hole 56 is a hole having a circular cross section, but the tapered diameter gradually increases from the optical fiber holding hole 54 side toward the illumination emission side. I am doing.
  • the optical fiber holding hole 54 and the phosphor holding hole 56 are coaxially connected inside the holder 52, and the diameter of the optical fiber holding hole 54 and the minimum diameter of the phosphor holding hole 56 are the same.
  • a reflection film 58a having a high reflectance with respect to both the primary light and the secondary light emitted from the phosphor 62 is formed.
  • the material of the reflective film 58a is preferably Ag, Al or the like.
  • a protective film 58b for protecting the reflective film 58a may be further formed on the reflective film 58a.
  • the protective film 58b is preferably made of a material having a high transmittance with respect to both primary light and secondary light, such as SiO2 and ITO.
  • the reflective film 58a and the protective film 58b can be formed by a plating method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
  • the optical fiber 26 is bonded and fixed to the holder 52.
  • the optical fiber 26 passes through the optical fiber holding hole 54 of the holder 52 and is fixed at a position where the optical fiber end face 32 is inside the phosphor holding hole 56.
  • the adhesive is not installed up to the phosphor holding hole 56 but remains on the optical fiber holding hole 54 and the outer surface of the holder 52.
  • the optical fiber end face 32 is planarly polished in a plane perpendicular to the optical axis of the optical fiber 26.
  • the phosphor 62 is made of, for example, YAG ceramics. YAG absorbs part of the blue light and converts it into fluorescence in the yellow region. Therefore, when YAG ceramics is irradiated with laser light having a wavelength of 445 nm, a part of the laser light is absorbed by the YAG ceramics and converted to yellow fluorescence, and emitted from the YAG ceramics. Permeates through YAG ceramics without being absorbed by the material. As a result, white illumination light can be obtained by adding the fluorescence of the yellow component to the original laser beam of the blue component. Such a method for producing white light is not limited to the use of a ceramic material. For example, a case where a single crystal of YAG is used, or a case where a bind body in which YAG powder is sealed with glass or resin is used can be considered, and in either case, white light can be similarly produced.
  • the phosphor 62 has a cylindrical shape and is installed inside the phosphor holding hole 56 of the holder 52.
  • the diameter of the phosphor 62 is large enough to provide an area in which the laser light L 4 emitted from the optical fiber end face 32 of the optical fiber 26 is irradiated on the phosphor 62.
  • a transparent member 72 is installed in a portion closer to the optical fiber 26 than the phosphor end face 64.
  • the transparent member 72 controls the distance between the optical fiber end face 32 and the phosphor end face 64 on the optical axis of the optical fiber 26, that is, the distance between the two. That is, the transparent member 72 functions as a spacing member that defines the distance between the optical fiber end face 32 and the phosphor end face 64.
  • a transparent member 74 is installed in the remaining portion inside the phosphor holding hole 56 of the holder 52.
  • the transparent members 72 and 74 have a high transmittance with respect to both the primary light and the secondary light, such as silicone resin, and are formed of a material having high light resistance.
  • the materials of the transparent members 72 and 74 include epoxy resin and glass. Furthermore, the transparent members 72 and 74 may be made of different materials. For example, there is no problem even if the transparent member 72 is formed of glass and the transparent member 74 is formed of silicone resin.
  • the transparent members 72 and 74 are not necessarily indispensable members, and one or both of them may be omitted depending on circumstances.
  • the transparent member 74 When the transparent member 74 is omitted, the transparent member 72 functions as a spacing member as described above.
  • the transparent member 72 is omitted, and when the transparent members 72 and 74 are omitted, the distance between the optical fiber end face 32 and the phosphor end face 64 on the optical axis of the optical fiber 26 is controlled by the holder 52. . That is, in this case, the holder 52 functions as an interval holding member that defines the distance between the optical fiber end surface 32 and the phosphor end surface 64.
  • the distance L between the optical fiber end face 32 and the phosphor end face 64 on the optical axis of the optical fiber 26 will be described. Setting this distance L appropriately is important in inserting as much fluorescence as possible from the tip unit 18 into the optical fiber 26.
  • the primary light irradiated from the optical fiber 26 to the phosphor 62 enters the phosphor end face 64 through the transparent member 72 and is converted into fluorescence.
  • the intensity distribution of the primary light in the direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber 26 is a Gaussian distribution with a very strong central portion.
  • the point inside the phosphor 62 can be considered as a fluorescent light emission point 66. Since the fluorescence converted and emitted from the phosphor 62 has a uniform distribution in all directions, the amount of fluorescence incident on the optical fiber end surface 32 is approximately equal to the solid angle facing the optical fiber end surface 32 from the light emitting point 66. Can be evaluated. Naturally, this solid angle is maximized when the optical fiber end face 32 and the phosphor end face 64 coincide with each other, that is, when the optical fiber 26 and the phosphor 62 are in contact with each other on the optical axis of the optical fiber 26.
  • optical fiber 26 and the phosphor 62 it is very difficult to bring the optical fiber 26 and the phosphor 62 into contact with each other without any gap on the optical axis.
  • the first place in the contact between the surfaces, there is hardly any situation where the central portion contacts.
  • the collar part of the end surface of the optical fiber 26 contacts the fluorescent substance 62, and a clearance gap is produced in the center part.
  • bringing the optical fiber 26 and the phosphor 62 into contact causes a disadvantage.
  • the optical fiber 26 is a quartz rod of several tens to several hundreds of ⁇ m and is very likely to be chipped or cracked.
  • the optical fiber 26 and the phosphor 62 are brought into contact with each other, there is a possibility that the yield during manufacturing is significantly reduced. For this reason, the optical fiber 26 and the phosphor 62 are generally separated from each other.
  • the optical fiber 26 has an NA (acceptance angle) determined from the difference in refractive index between the core 34 and the clad 36.
  • NA acceptance angle
  • the optical fiber 26 and the phosphor 62 are brought close to the limit and more fluorescence is incident on the optical fiber end face 32, the light having an incident angle that cannot be guided by the optical fiber 26 is increased. the only, the light quantity of the return light L 3 that reaches PD unit 20 does not increase.
  • an appropriate range can be set for the distance L between the optical fiber end face 32 and the phosphor end face 64 on the optical axis of the optical fiber 26.
  • the optical fiber 26 and the phosphor 62 are necessarily separated from each other, and the solid angle that faces the optical fiber end surface 32 from the intersection of the optical axis of the optical fiber 26 and the phosphor end surface 64 is the same as the receiving NA of the optical fiber 26. to become a made, or more of a condition that intensity of the returning light L 3 is maximized. As shown in FIG.
  • the radius of the core 34 of the optical fiber 26 is d
  • the acceptable angle of the optical fiber 26 is NA
  • the refractive index of the transparent member 72 is n
  • the optical axis of the optical fiber 26 and the phosphor end face 64 is obtained.
  • the distance L between the optical fiber end face 32 and the phosphor end face 64 on the optical axis of the optical fiber 26 is set so as to satisfy this relationship.
  • the light quantity of the return light L 3, which is guided by the optical fiber 26 enters the optical fiber 26 is improved.
  • a sufficient amount of light can be secured even for detection by an inexpensive low-sensitivity light receiving element, and a safety system that operates stably while using an inexpensive light receiving element can be realized.
  • [Modification of tip unit 18] 4 to 9 show modified examples of the tip unit 18 that can replace the tip unit 18 shown in FIG. These end unit 18, further improving the intensity of the returning light L 3 is achieved.
  • the tip unit 18 shown in FIGS. 4 to 7 includes an interface between the optical fiber 26 and the transparent member 72 that coincides with the optical fiber end face 32, and an interface between the phosphor 62 and the transparent member 72 that coincides with the phosphor end face 64. bets on, by giving a lens function, further improvement of the intensity of the returning light L 3 is achieved.
  • the optical fiber end face 32 has a convex shape
  • the phosphor end face 64 has a convex shape
  • the refractive index of the core 34, the transparent member 72, and the phosphor 62 of the optical fiber 26 is such that the refractive index of the core 34 of the optical fiber 26> the refractive index of the transparent member 72, the refractive index of the phosphor 62>.
  • the relationship of the refractive index of the transparent member 72 is satisfied. Thereby, both the interface between the phosphor 62 and the transparent resin 72 and the interface between the transparent resin 72 and the core 34 of the optical fiber 26 function to collect the return light.
  • the interface between the phosphor 62 and the transparent resin 72 acts to reduce the opening angle with respect to the optical axis with respect to the return light from the inside of the phosphor 62. Further, the interface between the transparent resin 72 and the core 34 of the optical fiber 26 acts to reduce the opening angle with respect to the optical axis with respect to the return light from the transparent member 72. Therefore, both the interface also contributes to than in the case of a plane, increasing the intensity of the returning light L 3.
  • the optical fiber end face 32 has a convex shape
  • the phosphor end face 64 has a concave shape
  • the refractive index of the core 34, the transparent member 72, and the phosphor 62 of the optical fiber 26 is such that the refractive index of the core 34 of the optical fiber 26> the refractive index of the transparent member 72> the refractive index of the phosphor 62. Satisfies the relationship.
  • the interface between the phosphor 62 and the transparent resin 72 acts to reduce the opening angle with respect to the optical axis with respect to the return light from the inside of the phosphor 62.
  • the interface between the transparent resin 72 and the core 34 of the optical fiber 26 acts to reduce the opening angle with respect to the optical axis with respect to the return light from the transparent member 72. Therefore, both the interface also contributes to than in the case of a plane, increasing the intensity of the returning light L 3.
  • the optical fiber end face 32 has a concave shape
  • the phosphor end face 64 has a concave shape
  • the refractive index of the core 34, the transparent member 72, and the phosphor 62 of the optical fiber 26 is such that the refractive index of the core 34 of the optical fiber 26 ⁇ the refractive index of the transparent member 72, the refractive index of the phosphor 62 ⁇ The relationship of the refractive index of the transparent member 72 is satisfied.
  • the interface between the phosphor 62 and the transparent resin 72 acts to reduce the opening angle with respect to the optical axis with respect to the return light from the inside of the phosphor 62.
  • the interface between the transparent resin 72 and the core 34 of the optical fiber 26 acts to reduce the opening angle with respect to the optical axis with respect to the return light from the transparent member 72. Therefore, both the interface also contributes to than in the case of a plane, increasing the intensity of the returning light L 3.
  • the optical fiber end face 32 has a concave shape
  • the phosphor end face 64 has a convex shape
  • the refractive index of the core 34, the transparent member 72, and the phosphor 62 of the optical fiber 26 is such that the refractive index of the core 34 of the optical fiber 26 ⁇ the refractive index of the transparent member 72 ⁇ the refractive index of the phosphor 62. Satisfies the relationship.
  • the interface between the phosphor 62 and the transparent resin 72 acts to reduce the opening angle with respect to the optical axis with respect to the return light from the inside of the phosphor 62.
  • the interface between the transparent resin 72 and the core 34 of the optical fiber 26 acts to reduce the opening angle with respect to the optical axis with respect to the return light from the transparent member 72. Therefore, both the interface also contributes to than in the case of a plane, increasing the intensity of the returning light L 3.
  • both the interface between the phosphor 62 and the transparent resin 72 and the interface between the transparent resin 72 and the optical fiber 26 are configured to have a lens function.
  • only one of the interface of the two interfaces may be configured to have a lens function, even in such a configuration, it is possible to obtain the effect of increasing the intensity of the returning light L 3.
  • the end surface of the clad 36 may be formed as a concave surface or a convex surface so as to be continuous with the core 34 with respect to the convex surface or the concave surface of the core 34, or may be a flat surface.
  • the optical fiber 26 is configured by a double clad optical fiber, and the core 34 extending on the central axis thereof and the primary covering the outer peripheral cylindrical surface of the core 34.
  • a clad 38 and a secondary clad 40 covering the outer peripheral cylindrical surface of the primary clad 38 are provided.
  • the return light incident on the core 34 is guided by the confinement effect by the primary clad 38, and the return light incident on the primary clad 38 is also 2
  • the light is guided by the confinement effect by the next clad 40. That is, the optical fiber 26 having two clads has a larger acceptance angle than the optical fiber having only one clad. Therefore, it is possible to increase the intensity of the returning light L 3.
  • the optical fiber 26 includes an outer cylinder of the clad 36 in addition to the core 34 extending on the central axis and the clad 36 covering the outer cylindrical surface of the core 34. It has a metal reflection film 42 covering the surface.
  • the metal reflecting film 42 has an effect of confining the component that has entered the optical fiber 26 but has an incident angle exceeding the NA of the optical fiber 26 in the optical fiber 26. Therefore, it is possible to increase the amount of more returned light L 3.
  • the detection circuit 22 recording the light intensity value of the return light L 3 at the normal time for LD output value or LD injection current as a normal time table.
  • the LD injection current to the LD unit 12 and the light quantity value of the return light L 3 from the PD unit 20 are compared with the normal time table, and measured for example for a certain LD injection current.
  • light amount value of the return light L 3 is, determines that the failure If a threshold value of 50% or less of the light quantity value of the return light L 3 at the normal time.
  • the threshold value when it is desired to detect even a minor failure, it is desirable to set the threshold value as high as 90%, for example. However, if the threshold is set too high, there is a possibility of malfunction due to variations in return light at normal times. Therefore, it is desirable to set as high as possible within the range that does not malfunction under normal use environment.
  • FIG. 10 schematically shows the overall configuration of the endoscope apparatus according to the embodiment
  • FIG. 11 shows the mounting configuration of the endoscope illumination device of FIG. 1 with respect to the endoscope apparatus of FIG. .
  • the endoscope 110 has an operation unit 120 and an elongated insertion unit 130 extending from the operation unit 120.
  • the insertion portion 130 includes an insertion cable 132 that is partially flexible and a hard tip portion 134.
  • a connection cable 140 extends from the insertion portion 130.
  • the connection cable 140 is a tube that is partially flexible and has the necessary rigidity.
  • the connection cable 140 is connected to the control box 150 having a rigid housing by the optical connector 160.
  • an LD unit 12 that is a light source
  • an LD drive circuit 14 that controls the LD unit 12
  • an optical coupler 16 that is an optical branching member
  • an optical fiber 24 that connects the LD unit 12 and the optical coupler 16.
  • a PD unit 20 that is a light detection unit
  • an optical fiber 28 that connects the optical coupler 16 and the PD unit 20, and a detection circuit 22 are housed.
  • the LD drive circuit 14 and the detection circuit 22 are electrically connected to a system control board 152 equipped with a system control unit that controls the entire endoscope system such as imaging.
  • Two optical fibers 26 a extend from the optical coupler 16, and the optical fiber 26 a terminates at the control box side optical connector 164 of the optical connector 160.
  • Two optical fibers 26 b are connected to the endoscope side optical connector 162 of the optical connector 160.
  • the optical fiber 26 a and the optical fiber 26 b are optically connected via the optical connector 160.
  • the optical fiber 26 b extends through the connection cable 140, the operation unit 120, and the insertion cable 132 of the insertion unit 130 to the distal end portion 134 of the insertion unit 130, and the distal end disposed at the distal end portion 134 of the insertion unit 130.
  • the optical fiber 26a and the optical fiber 26b correspond to the optical fiber 26 shown in FIG.
  • the laser light L 1 output from the LD element is condensed by the condenser lens and enters the optical fiber 24.
  • the laser beam L 1 is guided by the optical fiber 24 and input to the optical coupler 16.
  • the optical coupler 16 is inputted to the laser beam L 1 is branched at a ratio of 50:50, and outputs the two optical fibers 26a.
  • the laser beam L 1 is guided by the optical fiber 26a, is input to the optical fiber 26b via the optical connector 160.
  • the laser light L 1 is guided by the optical fiber 26 a extending through the connection cable 140, the operation unit 120, and the insertion unit 130, and enters the two tip units 18.
  • a part of the laser beam L 1 incident on the tip unit 18 is converted into fluorescence by the phosphor 62. Some of the fluorescence as the illumination light L 2, is irradiated from the tip 134 to the outside.
  • the return light L 3 that has reached the optical coupler 16 is branched by the optical coupler 16 at a ratio of 50:50 and distributed to the LD unit 12 and the PD unit 20.
  • the return light L 3 reaching the PD unit 20 is detected by the PD element in the PD unit 20.
  • the system control unit on the detection circuit 22 or the system control board 152 determines the presence or absence of a failure based on the detection result by the PD unit 20 and sends a drive signal corresponding to the determination result to the LD drive circuit 14.
  • an illumination system using the phosphor 62 as a light conversion member is proposed, but a similar safety system can be constructed in other systems.
  • a configuration in which an RGB LD element is mounted on the LD unit 12 and a diffusion member is mounted as a light conversion member is conceivable.
  • the tip unit 18 does not require wavelength conversion, but, for example, a diffusion member that converts input laser light into a desired light distribution is mounted.
  • the diffusion member is formed by mixing a transparent binder such as a silicone resin with alumina particles having a refractive index different from that of the silicone resin and curing the silicone resin.
  • a transparent binder such as a silicone resin
  • alumina particles having a refractive index different from that of the silicone resin curing the silicone resin.
  • the return light if the direction from the optical fiber to the diffusion member is defined as the front, and the direction from the diffusion member to the optical fiber is defined as the rear, the backscattered light from the diffusion member is used as the return light as in the case of the phosphor 62.
  • FIGS. 1 to 11 members denoted by the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 11 are similar members, and detailed description thereof is omitted. Below, only a different point from 1st embodiment is demonstrated. That is, the part which is not touched by the following description is the same as that of 1st embodiment.
  • FIG. 12 shows the configuration of the LD unit 210 in the second embodiment.
  • the LD unit 210 includes an LD element 212 that emits laser light having a wavelength of 445 nm, an LD element 214 that emits laser light having a wavelength of 405 nm, a collimator lens 216 that collimates the laser beam from the LD element 212, and an LD element A collimating lens 218 that collimates the beam of laser light from 214, and a dichroic mirror 222 that combines the laser light from the LD element 212 and the laser light from the LD element 214 are provided.
  • the dichroic mirror is designed to transmit light having a wavelength of 445 nm and reflect light having a wavelength of 405 nm.
  • the LD unit 210 further includes a lens 220 that causes the laser light combined by the dichroic mirror 222 to enter the optical fiber 24. With this configuration, the LD unit 210 can output laser light having two wavelengths of 405 nm and 445 nm.
  • FIG. 13 shows the configuration of the PD unit 230 in the second embodiment.
  • the PD unit 230 is different from the first embodiment in that the return light is wavelength-separated and the amount of light is measured in two wavelength regions. Specifically, there are two wavelength regions of 470 to 750 nm as the fluorescence wavelength region and 400 to 470 nm as the excitation light wavelength region.
  • the PD unit 230 includes a collimating lens 236 that collimates the beam of return light emitted from the optical fiber 28 and a dichroic mirror 242 that demultiplexes the light from the collimating lens 236.
  • the dichroic mirror 242 is designed to transmit light in the wavelength region of 470 to 750 nm and reflect light in the wavelength region of 400 to 470 nm, for example.
  • the PD unit 230 further passes the PD element 232 for detecting the light transmitted through the dichroic mirror 242, the PD element 234 for detecting the light reflected by the dichroic mirror 242, and the dichroic mirror 242.
  • a lens 238 for condensing the light beam on the PD element 232 and a lens 240 for condensing the light beam reflected by the dichroic mirror 242 on the PD element 234 are provided. With this configuration, the two PD elements 232 and 234 measure the amounts of return light in the two wavelength ranges.
  • FIG. 14 shows the configuration of the tip unit 250 in the second embodiment.
  • a difference from the first embodiment is the configuration of the phosphor 260.
  • the phosphor 260 has a configuration in which, for example, a green phosphor 264 is laminated on a yellow phosphor 262.
  • the yellow phosphor 262 may be made of, for example, YAG ceramics similarly to the phosphor 62 of the first embodiment.
  • the green phosphor 264 is formed in a dome shape on the surface facing the phosphor end surface 266 of the yellow phosphor 262.
  • the green phosphor 264 includes a transparent resin having a high transmittance for primary light and fluorescence, a green phosphor particle that absorbs light having a wavelength of 405 nm and converts the wavelength into light in the green wavelength region, and a transparent resin. And diffusing particles having different refractive indexes are mixed. Specifically, a silicone resin or an epoxy resin is selected as the transparent resin. It is desirable that the refractive index of the diffusing particles and the transparent resin be different from each other, so that a diffusion phenomenon occurs when the primary light enters the diffusing particles. Therefore, the particle size is about several ⁇ m with a material such as alumina or titanium oxide.
  • a mixture of transparent resin before curing and diffusion particles is applied to the yellow phosphor 262.
  • the applied transparent resin has a dome shape due to its surface tension.
  • the dome shape of the target curvature can also be created by controlling the coating amount.
  • the green phosphor 264 is formed by curing the transparent resin.
  • the central angle of the dome shape is 180 degrees or less in order to prevent the transparent resin from flowing out from the yellow phosphor 262 to the side surface.
  • the concentration of green fluorescent particles and diffusing particles mixed in the transparent resin may be changed.
  • the yellow phosphor 262 absorbs part of the blue laser light and emits yellow fluorescence.
  • White illumination light can be obtained by blue laser light and yellow fluorescence.
  • the diffusion particles inside the green phosphor 264 diffuse blue laser light and yellow fluorescence and contribute to obtaining a desired light distribution angle.
  • the blue-violet laser light is transmitted without being absorbed by the yellow phosphor 262 and is input to the green phosphor 264.
  • the green phosphor 264 absorbs part of the blue-violet laser light and emits green fluorescence.
  • blue-violet laser light and green fluorescence transmitted through the yellow phosphor 262 as observation light, special light for obtaining an enhanced image of a blood vessel or the like can be irradiated.
  • the diffuse particles act in the same way as in white illumination. The concentration of the diffusing particles is adjusted according to the desired light distribution angle.
  • the PD unit 230 of the present embodiment can measure the return light by separating it in two wavelength regions. As described above, the failure mode can be further narrowed down by measuring the excitation light wavelength region including light of wavelengths of 405 nm and 445 nm and the fluorescence wavelength region including yellow fluorescence and green fluorescence.
  • the tip unit 250 in addition to the fluorescence return light, there is return light of excitation light that is repeatedly reflected / scattered in the holder 52 and is incident on the fiber 26. Therefore, the return light that actually returns to the PD unit 230 includes both excitation light and fluorescence.
  • the amount of return light of excitation light can also be measured. Therefore, the ratio between the excitation light component and the fluorescence component can be monitored in the entire amount of the return light. For example, when there is a failure in the phosphor 260, the excitation light component does not change so much and the amount of fluorescent return light decreases. On the other hand, when there is no failure in the tip unit 250 and a failure occurs in the LD element or the optical coupler 16, the amount of excitation light input to the tip unit 250 decreases, and as a result, the amount of fluorescence return light decreases. At the same time, the amount of return light of the excitation light also decreases.
  • fluorescence-only monitoring can detect the presence or absence of a failure, but cannot identify the location of the failure.
  • the user may have a certain amount of time for the laser beam to irradiate in the endoscope. It is possible to determine a failure that does not reach danger.
  • the LD driving is immediately stopped or driving at a low output is required.
  • the lumen or scope may be removed by extracting the scope from the lumen in a dark state. Further damage risk can be avoided.
  • the wavelength band detected by the PD unit 230 can be a two-wavelength region of yellow fluorescence and green fluorescence.
  • failure of the yellow phosphor 262 and the green phosphor 264 can be determined individually.
  • the laser incident end surface of the yellow phosphor 262 and the laser incident end surface of the green phosphor 264 have the above-described positional relationship, respectively. Design to meet.
  • FIG. 15 schematically shows the overall configuration of the endoscope according to the second embodiment
  • FIG. 16 shows the mounting configuration of the endoscope illumination device according to the second embodiment with respect to the endoscope device of FIG. Show.
  • the operation unit 120 and the control box 150 are connected by the connection cable 140.
  • the endoscope apparatus of the present embodiment has no connection cable, and the endoscope 270 is a wireless endoscope.
  • signal transmission between the operation unit 120 and the control box 280 is performed wirelessly. Therefore, the control box 280 is provided with a wireless transmission unit 282.
  • the configuration of the endoscope light source device is different from that of the first embodiment.
  • the LD unit 210, the LD drive circuit 14, the optical coupler 16, the PD unit 230, the detection circuit 22, the optical fibers 24 and 28, etc. which are arranged inside the control box 150, are the operation unit. 120.
  • the battery 272 and the endoscope-side wireless transmission board 274 are disposed inside the operation unit 120.
  • a control box side wireless transmission board 284 is arranged inside the control box 280. Signal transmission is performed wirelessly between the endoscope side wireless transmission board 274 and the control box side wireless transmission board 284.
  • connection cable since there is no connection cable, it is possible to have a free layout without being restricted by the connection cable when the endoscope 270 is used, and to change the posture / position of the endoscope 270 without being pulled by the connection cable. It is possible to improve convenience such as what can be done.
  • FIGS. 1 to 16 members denoted by the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 16 are similar members, and detailed description thereof is omitted. Below, only a different point from 1st and 2nd embodiment is demonstrated. That is, the part which is not touched by the following description is the same as that of 1st and 2nd embodiment.
  • FIG. 17 schematically shows the overall configuration of the endoscope illumination apparatus according to the third embodiment.
  • the LD units 12 and 210 and the PD units 20 and 230 are separated.
  • the endoscope illumination device 300 of the present embodiment includes the LD units 12 and 210, the optical coupler 16, and the like.
  • an LD / PD unit 310 in which the LD element and the PD element are mounted on one package is provided.
  • FIG. 18 shows the configuration of the LD / PD unit 310 of the third embodiment.
  • the LD / PD unit 310 includes an LD element 312 that emits a laser beam having a wavelength of 445 nm, an LD element 314 that emits a laser beam having a wavelength of 405 nm, a collimator lens 316 that collimates a laser beam from the LD element 312, A collimating lens 318 for collimating the laser beam from the LD element 314, a half mirror 320 for combining and demultiplexing the laser light from the LD element 312 and the laser light from the LD element 314, and a laser from the half mirror 320 Total reflection mirror 322 for deflecting light, 1% reflection mirror 324 for reflecting 1% of the laser light from half mirror 320, and 1% reflection mirror for reflecting 1% of the laser light reflected by total reflection mirror 322 326 and the LD monitor PD element 3 arranged on the reflection optical path of the 1% reflection mirror 324 2, an LD
  • the laser beam beam having a wavelength of 445 nm emitted from the LD element 312 is collimated by the collimator lens 316 and enters the half mirror 320.
  • a laser beam beam having a wavelength of 405 nm emitted from the LD element 314 is collimated by the collimator lens 318 and enters the half mirror 320.
  • the laser light beams of both wavelengths incident on the half mirror 320 are split into two beams by the half mirror 320 at a branching ratio of 50:50. In other words, in the laser light of both wavelengths incident on the half mirror 320, about half the light amount component is transmitted through the half mirror 320, and about half the light amount component is reflected by the half mirror 320.
  • the two branched beams respectively contain a laser beam having a wavelength of 445 nm and a laser beam having a wavelength of 405 nm.
  • the 1% reflecting mirrors 324 and 326 thereafter, about 1% of the laser light is reflected by the 1% reflecting mirrors 324 and 326, and the reflected laser light enters the LD monitor PD elements 332 and 334.
  • the laser light transmitted through the 1% reflecting mirrors 324 and 326 passes through the dichroic mirrors 328 and 330, is collected by the lenses 340 and 342, and enters the optical fiber 26.
  • Laser light incident on the two optical fibers 26 is guided to the tip unit 18 by the optical fiber 26.
  • a part of the laser light incident on the tip unit 18 is wavelength-converted by the phosphor in the tip unit 18 to emit fluorescence.
  • the return light from the tip unit 18 is guided to the LD / PD unit 310 by the optical fiber 26.
  • the return light beam emitted from the optical fiber 26 is collimated by the lenses 340 and 342, reflected by the dichroic mirrors 328 and 330, branched from the optical path of the excitation light, and incident on the return light PD elements 336 and 338.
  • the feature of the LD / PD unit 310 is that it can be overwhelmingly downsized.
  • many LD elements and PD elements are distributed as CAN packages, and have a size of about 5 mm in diameter. If these CAN packages are combined by the number of elements used, the size becomes very large as the number of functions increases. For this reason, by using a PKG in which LD elements and PD elements are integrated / mounted in element units, the module can be used as a small module even if it is multifunctional.
  • the mounting position of the LD / PD unit is the operation unit 120 in the endoscope 360, the added value of such a small module is great.
  • the fluorescence component and the excitation light component in the return light are measured separately, thereby improving the accuracy of failure determination as described in the second embodiment. It can also be improved.
  • LD monitor PD elements 332 and 334 are added first.
  • the failure location is the LD drive circuit 14, the LD elements 312 and 314, or the mirrors from the LD elements 312 and 314 to the LD monitor PD elements 332 and 334. It can be limited to 320,322,324,326.
  • the return light from each tip unit 18 is individually measured by the return light PD elements 336 and 338, the return light PD elements 336 and 338 have two measured values depending on which measurement value is abnormal. It is possible to determine which of the failure occurred.
  • the failure state in the tip unit 18 can be estimated by adding a configuration for separating the excitation light component and the fluorescence component of the return light as shown in FIG.
  • FIG. 19 shows a mounting configuration of the endoscope illumination device of the third embodiment with respect to the endoscope device of FIG.
  • the endoscope 360 of the present embodiment is different from the LD / PD unit 310 in place of the LD unit and the PD unit in the wireless endoscope 270 shown in the second embodiment. It has a built-in configuration.

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Abstract

内視鏡用照明装置は、１次光を出力する光源と、１次光を導光する導光部材（２６）と、１次光を２次光に変換する光変換部材（６２）とを有する。導光部材（２６）は、それを通って１次光が導光部材から出射する導光部材端面（３２）を有し、光変換部材（６２）は、それを通って１次光が光変換部材に入射する光変換部材端面（６４）を有し、導光部材端面（３２）と光変換部材端面（６４）は互いに対向して離間して配置されている。導光部材端面（３２）における導光部材（２６）の光軸と光変換部材端面（６４）との交点から出射し、導光部材端面（３２）に入射する光の入射角が、導光部材（２６）が導光することが可能である光の入射角以上となるような相対位置関係で導光部材（２６）と光変換部材（６２）が配置されている。

Description

内視鏡用照明装置
　本発明は、単線の導光部材を使用した内視鏡用照明装置に関する。
　単線の導光部材を使用した内視鏡用照明装置の一例として、レーザ光源から射出されるレーザ光が、内視鏡内を延びる単線の光ファイバによって導光され、内視鏡の先端部に配置された蛍光体によって波長変換されて照明光が作り出される照明システムが、例えば日本国特許第５１０３８７４号に開示されている。さらに、光ファイバに入射した波長変換後の光の光量をモニタリングすることによる安全システムも併せて提示されている。
日本国特許第５１０３８７４号公報
　先行技術の照明システムは、主に波長変換後の光の光量をモニタンリグしている。しかしながら、蛍光体で発光された光は、レーザ光のような指向性を持たないため、全方向に均一に発光してしまう。そのため、非常に細い光ファイバに入射する成分の比率は非常に小さい。さらに、光ファイバに入射した光の内、全ての成分を光ファイバが導光できるとも限らない。光ファイバはコアとクラッドの屈折率比率から、ある一定の入射角をもって光ファイバに入射した光しか導光することができない。このような理由から、蛍光体での発光量に対して、光ファイバを通じて戻ってくる光の光量は非常に小さくなってしまう。そのような小さな光量を測定するためには、高価な高感度受光素子を用いる必要があり、さらに、低感度ゆえノイズによる安全システムの誤作動が発生する虞がある。
　そこで本発明の目的は、光変換部材から導光部材に入射し導光部材によって導光される戻り光の光量が向上された内視鏡用照明装置を提供することである。
　内視鏡用照明装置は、１次光を出力する光源と、前記１次光を導光する導光部材と、前記１次光を２次光に変換する光変換部材とを有する。前記導光部材は、それを通って前記１次光が前記導光部材から出射する導光部材端面を有し、前記光変換部材は、それを通って前記１次光が前記光変換部材に入射する光変換部材端面を有し、前記導光部材端面と前記光変換部材端面は互いに対向して配置されている。前記導光部材端面における前記導光部材の光軸と前記光変換部材端面との交点から出射し、前記導光部材端面に入射する光の入射角が、前記導光部材が導光することが可能である光の入射角以上となるような相対位置関係で前記導光部材と前記光変換部材とが離間して配置されている。
　光変換部材から導光部材に入射し導光部材によって導光される戻り光の光量が向上された内視鏡用照明装置が提供される。
図１は、第一実施形態の内視鏡用照明装置の全体構成を概略的に示している。 図２は、図１に示された先端ユニットの詳細を示す断面図である。 図３は、図２に示された光ファイバと蛍光体との間の距離式を説明するための図である。 図４は、図２の先端ユニットに代替可能な先端ユニットの変形例を示している。 図５は、図２の先端ユニットに代替可能な先端ユニットの変形例を示している。 図６は、図２の先端ユニットに代替可能な先端ユニットの変形例を示している。 図７は、図２の先端ユニットに代替可能な先端ユニットの変形例を示している。 図８は、図２の先端ユニットに代替可能な先端ユニットの変形例を示している。 図９は、図２の先端ユニットに代替可能な先端ユニットの変形例を示している。 図１０は、第一実施形態による内視鏡装置の全体構成を概略的に示している。 図１１は、図１０の内視鏡装置に対する図１の内視鏡用照明装置の搭載構成を示している。 図１２は、第二実施形態によるＬＤ部を示している。 図１３は、第二実施形態によるＰＤ部を示している。 図１４は、第二実施形態による先端ユニットを示している。 図１５は、第二実施形態による内視鏡の全体構成を概略的に示している。 図１６は、図１５の内視鏡装置に対する第二実施形態の内視鏡用照明装置の搭載構成を示している。 図１７は、第三実施形態の内視鏡用照明装置の全体構成を概略的に示している。 図１８は、第三実施形態によるＬＤ／ＰＤ部の詳細図である。 図１９は、図１５の内視鏡装置に対する図１７の内視鏡用照明装置の搭載構成を示している。
　［第一実施形態］
　第一実施形態が図１ないし図１１を参照して説明される。
　〔照明装置および安全システムの全体像〕
　図１は、本実施形態の内視鏡用照明装置１０の全体構成を概略的に示している。光の経路を追って順に説明していく。
　光源であるＬＤ部１２から出力された１次光であるレーザ光Ｌ１は、導光部材である光ファイバ２４によって導光され、光分岐部材である光カプラ１６に入力される。光カプラ１６は、入力されたレーザ光Ｌ１を５０：５０に分割して、２本の光ファイバ２６にそれぞれ出力する。２本の光ファイバ２６によって導光されたレーザ光Ｌ１は、二つの先端ユニット１８にそれぞれ入力される。
　先端ユニット１８は、入力されるレーザ光Ｌ１を２次光に変換する機能を有している。２次光の一部は、先端ユニット１８から照明光Ｌ２として射出される。また、２次光の一部は、光ファイバ２６に入射して、１次光とは反対方向に進む戻り光Ｌ３となる。
　戻り光Ｌ３は、光ファイバ２６を通って光カプラ１６へ進み、光カプラ１６によって５０：５０に分割され、一方は光ファイバ２４を通ってＬＤ部１２へ進み、もう一方は光ファイバ２８によってＰＤ部２０へ進む。ＬＤ部１２に入力された戻り光Ｌ３は、ＬＤ素子やＬＤ素子周辺に照射され熱に変換される。ＰＤ部２０に入力された戻り光Ｌ３は、受光素子であるＰＤ素子に照射されて光電変換される。ＰＤ素子は、入射光量に応じた電流を出力する。その電流は、検出回路２２によって測定され、戻り光Ｌ３の光量値へと変換される。
　検出回路２２はさらに、測定された戻り光Ｌ３の光量値に対して、正常か異常かの判定をする。検出回路２２は、異常と判定したときは、何らかの故障が発生していると判断し、ＬＤ駆動回路１４へ、ＬＤ部１２の出力をゼロにする、または、ＬＤ部１２の出力を通常使用時よりも低下させるといった命令を出す。ＬＤ駆動部１４は、入力された命令に従ってＬＤ部１２を駆動する。つまり、検出回路２２とＬＤ駆動部１４は、戻り光Ｌ３の光量に基づいてＬＤ部１２を制御する制御部を構成している。
　このような戻り光Ｌ３のモニタリングを照明駆動時に常に実施することによって、ＬＤ部１２、光カプラ１６、先端ユニット１８および各部を接続する光ファイバ２４，２６，２８に関して故障が発生したときに、瞬時に故障を検出し、レーザ光Ｌ１の出力を低下させることができる。これにより、故障のために周辺空間に射出されてしまうレーザ光Ｌ１に対して、ユーザのより高い安全性が確保されることができる。
　〔ＬＤ部１２〕
　ＬＤ部１２は、ＬＤ素子から発せられる４４５ｎｍの波長のレーザ光を、レンズを介して光ファイバ２４に挿入する、いわゆるピグテイル構成をしている。
　〔光ファイバ２４，２６，２８〕
　光ファイバ２４，２６，２８は、複数のモードの光を導光できるマルチモードの光ファイバが適用される。マルチモードの光ファイバは、シングルモードの光ファイバに比べて、コア（導光路）の面積が広いため、光の挿入効率が高いこと、光ファイバのＮＡが大きく、後述するように戻り光Ｌ３の光量を確保しやすいといった利点が挙げられる。コアの直径は５０μｍ、クラッドの直径は、コアの１．２倍以下つまり６０μｍ以下であることが望ましい。クラッドを薄くすることによって、後述するように、先端ユニット１８の発光効率を高くすることができる。また、ＮＡは、高ければ高いほど望ましい。例としては、ＮＡは、０．２２以上であることが望ましい。材質については、コアがピュア石英で構成され、クラッドがフッ素ドープ石英で構成され、クラッドの外側のジャケットがポリイミドまたはＥＴＦＥで構成されることが望ましい。
　〔光カプラ１６〕
　光カプラ１６は、２つの入力ポートと、２つの出力ポートとを有している、いわゆる２×２のタイプである。光カプラ１６は、２つの入力ポートに入力される光を合波し、所望の分岐比で分波して２つの出力ポートに出力する機能を有している。ここでは、分岐比は５０：５０である。光カプラ１６は、例えば、２本の光ファイバのコアが近接した構造となっており、近接したコア間で光の受け渡しが行われる。このような光カプラ１６は、例えば、２本の光ファイバの一部が融着され、溶融延伸されることによって作製され得る。
　〔先端ユニット１８〕
　次に先端ユニット１８の構造について、図２を参照して説明する。
　先端ユニット１８は、光ファイバ２６から出力される１次光を変換して２次光を作り出す光変換部材である蛍光体６２と、光ファイバ２６と蛍光体６２を保持するホルダ５２とを有している。
　導光部材である光ファイバ２６は、それを通って１次光であるレーザ光Ｌ１が導光部材から出射する導光部材端面である光ファイバ端面３２を有している。光ファイバ２６は、その中心軸上を延びているコア３４と、コア３４の外周円筒面を覆っているクラッド３６とを有している。光変換部材である蛍光体６２は、それを通って１次光であるレーザ光Ｌ１が光変換部材に入射する光変換部材端面である蛍光体端面６４を有している。光ファイバ２６と蛍光体６２は、光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４が互いに対向するように離間して配置されている。
　〔ホルダ５２〕
　ホルダ５２は、円筒形状の外形を有しており、光ファイバ２６を保持する導光部材保持穴である光ファイバ保持穴５４と、蛍光体６２を保持するための光変換部材保持穴である蛍光体保持穴５６を有している。光ファイバ保持穴５４は、光ファイバ２６の形状に合わせて、断面が円形状の穴となっており、その穴径は、挿入される光ファイバ２６の直径よりも大きい。蛍光体保持穴５６は、光ファイバ保持穴５４と同様に、円形の断面をもった穴であるが、光ファイバ保持穴５４側から照明出射側に向かって穴の直径が徐々に大きくなるテーパ形状をしている。光ファイバ保持穴５４と蛍光体保持穴５６は、ホルダ５２の内部で、同軸で連通しており、光ファイバ保持穴５４の直径と、蛍光体保持穴５６の最小直径は一致している。
　また、少なくとも蛍光体保持穴５６の内壁には、１次光と蛍光体６２から発せられる２次光の両方に対して高い反射率を有する反射膜５８ａが形成されている。反射膜５８ａの材質は、Ａｇ、Ａｌ等が望ましい。反射膜５８ａを保護するための保護膜５８ｂが、反射膜５８ａの上にさらに形成されていてもよい。保護膜５８ｂは、例えばＳｉＯ２やＩＴＯといった１次光と２次光の両方に対して高い透過率を有する材質であることが望ましい。これらの反射膜５８ａや保護膜５８ｂは、メッキ法やスパッタ法、蒸着法などによって形成され得る。
　ホルダ５２に対して光ファイバ２６が接着固定される。光ファイバ２６は、ホルダ５２の光ファイバ保持穴５４を貫通し、光ファイバ端面３２が蛍光体保持穴５６の内部にある位置で固定される。接着剤は、蛍光体保持穴５６までは設置されず、光ファイバ保持穴５４とホルダ５２の外表面とに留まる。光ファイバ端面３２は、光ファイバ２６の光軸に垂直な平面において平面研磨されている。
　〔蛍光体６２〕
　蛍光体６２は、たとえばＹＡＧセラミックスで構成される。ＹＡＧは、青色の光の一部を吸収して、黄色領域の蛍光へと変換する。そのため、ＹＡＧセラミックスに４４５ｎｍの波長のレーザ光を照射すると、レーザ光の一部は、ＹＡＧセラミックスに吸収されて黄色蛍光に変換されてＹＡＧセラミックスを出射するとともに、レーザ光の一部は、ＹＡＧセラミックスに吸収されずにＹＡＧセラミックスを透過する。結果として、もともとの青成分のレーザ光に黄色成分の蛍光が足し合わせられて、白色の照明光が得られることができる。このような白色光の作り方は、セラミックス材料の使用に限定されない。例えば、ＹＡＧの単結晶を使用する場合や、ＹＡＧの粉末をガラスまたは樹脂封止したバインド体を使用する場合も考えられ、いずれの場合においても同様に白色光が作り出されることができる。
　さらに、蛍光体６２は、円柱形状の形状を有しており、ホルダ５２の蛍光体保持穴５６の内部に設置される。蛍光体６２の直径は、光ファイバ２６の光ファイバ端面３２から射出されるレーザ光Ｌ４の全てが蛍光体６２に照射される面積を与えるような大きさとなっている。
　ホルダ５２の蛍光体保持穴５６の内部において、蛍光体端面６４よりも光ファイバ２６側の部分には、透明部材７２が設置される。この透明部材７２によって、光ファイバ２６の光軸上における光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４との間隔すなわち両者間の距離が制御される。つまり、透明部材７２は、光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４との間の距離を規定する間隔保持部材として機能する。また、ホルダ５２の蛍光体保持穴５６の内部の残りの部分には、透明部材７４が設置される。ここで、透明部材７２と７４は、例えばシリコーン樹脂のように１次光と２次光の両方に対して高い透過率を有し、耐光性の高い材質で形成される。透明部材７２と７４の材質としては、他にも、エポキシ樹脂やガラス等が候補として挙げられる。さらに、透明部材７２と７４は別の材質で構成されても構わない。例えば、透明部材７２はガラスで形成され、透明部材７４はシリコーン樹脂で形成されても問題ない。
　透明部材７２と７４は、必ずしも必須な部材ではなく、場合によってはどちらか一方、又は両方が省かれても構わない。透明部材７４が省かれた場合は、前述したとおり透明部材７２が間隔保持部材として機能する。透明部材７２が省かれた場合、および透明部材７２と７４が省かれた場合は、光ファイバ２６の光軸上における光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４との間隔は、ホルダ５２によって制御される。つまり、この場合には、ホルダ５２が、光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４との間の距離を規定する間隔保持部材として機能する。
　ここで、光ファイバ２６光軸上における光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４との間の距離Ｌについて説明する。この距離Ｌを適切に設定することが、先端ユニット１８からできるだけ多くの蛍光を光ファイバ２６に挿入する上で肝要となる。光ファイバ２６から蛍光体６２へ照射される１次光は、透明部材７２を通って蛍光体端面６４へ入射して蛍光に変換される。その際、光ファイバ２６の光軸に垂直な方向における１次光の強度分布は、中心部が非常に強いガウス分布となっている。つまり、１次光の多くの成分は、光ファイバ２６の光軸と蛍光体端面６４との交点の近傍の蛍光体６２の内部で蛍光に変換される。そのため、蛍光体６２の内部のその点を蛍光の発光点６６と考えることができる。蛍光体６２によって変換されそこから出射する蛍光は、全方位に均一な分布となるため、近似的に発光点６６から光ファイバ端面３２を臨む立体角で、光ファイバ端面３２に入射する蛍光量を評価することができる。この立体角は、当然、光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４が一致した場合、つまり、光ファイバ２６と蛍光体６２が光ファイバ２６の光軸上で接触している場合が最大となる。
　しかしながら、光ファイバ２６と蛍光体６２とを光軸上において隙間なく接触させることは非常に難しい。そもそも面と面との接触において、その中心部が接触する状況はまずありえない。多くの場合は、光ファイバ２６の端面の淵部が蛍光体６２に接触し、その中心部には隙間が生じる。また、製造面でも、光ファイバ２６と蛍光体６２を接触させることはデメリットを生む。光ファイバ２６は、石英の数十～数百μｍのロッドであり、非常に欠けや割れを生じやすい。光ファイバ２６と蛍光体６２を接触させることは、製造時の歩留りを著しく低下させる虞がある。このような理由から、一般に、光ファイバ２６と蛍光体６２は離間されることとなる。
　一方、光ファイバ端面３２に入射した蛍光は、その全ての成分が戻り光Ｌ３として光ファイバ２６を逆走していくわけではない。光ファイバ２６は、コア３４とクラッド３６の屈折率差から決まるＮＡ（受け入れ角）を有している。つまり、たとえ光ファイバ２６に光が入射したとしても、光ファイバ２６が受け入れられるＮＡ以上の角度をもって入射した場合、クラッド３６によって光を閉じ込めることができないため、すぐに光ファイバ２６の外に逃げて行ってしまう。つまり、光ファイバ２６と蛍光体６２とを極限まで近づけて、より多くの蛍光を光ファイバ端面３２に入射させたとしても、結局は光ファイバ２６が導光できない入射角をもつ光を増やしているにすぎず、ＰＤ部２０まで到達する戻り光Ｌ３の光量は増加しない。
　このようなことから、光ファイバ２６の光軸上における光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４との間の距離Ｌについて、適切な範囲を設定することができる。光ファイバ２６と蛍光体６２は必ず離間されるとした上で、光ファイバ２６の光軸と蛍光体端面６４との交点から光ファイバ端面３２を臨む立体角が、光ファイバ２６の受け入れＮＡと同じになる、またはそれ以上となることが、戻り光Ｌ３の光量が最大になる条件である。図３に示すように、光ファイバ２６のコア３４の半径をｄ、光ファイバ２６の受け入れ可能角をＮＡ、透明部材７２の屈折率をｎ、光ファイバ２６の光軸と蛍光体端面６４との交点から発光し光ファイバ２６のコア３４の周縁に入射する蛍光Ｌ５の入射角をΘとして計算すれば、次の関係式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
これらの２式からΘを消去してＬを求め、求められたＬを臨界値と考えることにより、次の関係式を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　本実施形態では、この関係を満たすように、光ファイバ２６の光軸上における光ファイバ端面３２と蛍光体端面６４との間の距離Ｌが設定される。
　その結果、光ファイバ２６に入射し光ファイバ２６によって導光される戻り光Ｌ３の光量が向上される。これにより、安価な低感度の受光素子による検出に対しても十分な光量が確保されるようになり、安価な受光素子を使いながらも安定に動作する安全システムが実現され得る。
　〔先端ユニット１８の変形例〕
　図４～図９は、図２の先端ユニット１８に代替可能な先端ユニット１８の変形例を示している。これらの先端ユニット１８は、戻り光Ｌ３の光量のさらなる向上が図られている。
　図４～図７に示された先端ユニット１８は、光ファイバ端面３２に一致する光ファイバ２６と透明部材７２との界面と、蛍光体端面６４に一致する蛍光体６２と透明部材７２との界面とに、レンズ機能を持たせることによって、戻り光Ｌ３の光量のさらなる向上が図られている。
　図４に示された先端ユニット１８では、光ファイバ端面３２が凸形状をしており、蛍光体端面６４が凸形状をしている。これに加えて、光ファイバ２６のコア３４と透明部材７２と蛍光体６２の屈折率の大小が、光ファイバ２６のコア３４の屈折率＞透明部材７２の屈折率、蛍光体６２の屈折率＞透明部材７２の屈折率の関係を満たしている。これにより、蛍光体６２と透明樹脂７２との界面と、透明樹脂７２と光ファイバ２６のコア３４との界面はいずれも、戻り光を集光させる働きをする。詳しくは、蛍光体６２と透明樹脂７２との界面は、蛍光体６２の内部からの戻り光に対して、光軸に対する開き角を減少させるように作用する。また、透明樹脂７２と光ファイバ２６のコア３４との界面は、透明部材７２からの戻り光に対して、光軸に対する開き角を減少させるように作用する。そのため、どちらの界面も、平面の場合に比べて、戻り光Ｌ３の光量を増やすことに貢献する。
　図５に示された先端ユニット１８では、光ファイバ端面３２が凸形状をしており、蛍光体端面６４が凹形状をしている。これに加えて、光ファイバ２６のコア３４と透明部材７２と蛍光体６２の屈折率の大小が、光ファイバ２６のコア３４の屈折率＞透明部材７２の屈折率＞蛍光体６２の屈折率の関係を満たしている。これにより、蛍光体６２と透明樹脂７２との界面は、蛍光体６２の内部からの戻り光に対して、光軸に対する開き角を減少させるように作用する。また、透明樹脂７２と光ファイバ２６のコア３４との界面は、透明部材７２からの戻り光に対して、光軸に対する開き角を減少させるように作用する。そのため、どちらの界面も、平面の場合に比べて、戻り光Ｌ３の光量を増やすことに貢献する。
　図６に示された先端ユニット１８では、光ファイバ端面３２が凹形状をしており、蛍光体端面６４が凹形状をしている。これに加えて、光ファイバ２６のコア３４と透明部材７２と蛍光体６２の屈折率の大小が、光ファイバ２６のコア３４の屈折率＜透明部材７２の屈折率、蛍光体６２の屈折率＜透明部材７２の屈折率の関係を満たしている。これにより、蛍光体６２と透明樹脂７２との界面は、蛍光体６２の内部からの戻り光に対して、光軸に対する開き角を減少させるように作用する。また、透明樹脂７２と光ファイバ２６のコア３４との界面は、透明部材７２からの戻り光に対して、光軸に対する開き角を減少させるように作用する。そのため、どちらの界面も、平面の場合に比べて、戻り光Ｌ３の光量を増やすことに貢献する。
　図７に示された先端ユニット１８では、光ファイバ端面３２が凹形状をしており、蛍光体端面６４が凸形状をしている。これに加えて、光ファイバ２６のコア３４と透明部材７２と蛍光体６２の屈折率の大小が、光ファイバ２６のコア３４の屈折率＜透明部材７２の屈折率＜蛍光体６２の屈折率の関係を満たしている。これにより、蛍光体６２と透明樹脂７２との界面は、蛍光体６２の内部からの戻り光に対して、光軸に対する開き角を減少させるように作用する。また、透明樹脂７２と光ファイバ２６のコア３４との界面は、透明部材７２からの戻り光に対して、光軸に対する開き角を減少させるように作用する。そのため、どちらの界面も、平面の場合に比べて、戻り光Ｌ３の光量を増やすことに貢献する。
　図４ないし図７に示された先端ユニット１８では、蛍光体６２と透明樹脂７２の界面と、透明樹脂７２と光ファイバ２６の界面の両方が、レンズ機能を有するように構成されているが、もちろん、それら２つの界面の片方の界面だけがレンズ機能を有するように構成されてもよく、そのような構成においても、戻り光Ｌ３の光量を増やす効果を得ることができる。また、クラッド３６の端面は、コア３４の凸面または凹面に対して、コア３４と連続するように凹面または凸面に形成されていても構わないし、平面であっても構わない。
　図８に示された先端ユニット１８では、光ファイバ２６が、ダブルクラッド光ファイバで構成されており、その中心軸上を延びているコア３４と、コア３４の外周円筒面を覆っている１次クラッド３８と、１次クラッド３８の外周円筒面を覆っている２次クラッド４０を有している。このようなダブルクラッド構造の光ファイバ２６では、コア３４に入射した戻り光が、１次クラッド３８による閉じ込め効果によって導光されることに加えて、１次クラッド３８に入射した戻り光も、２次クラッド４０による閉じ込め効果によって導光される。つまり、２つのクラッドを有する光ファイバ２６は、ただ１つのクラッドを有する光ファイバに比べて、大きい受け入れ角を有する。そのため、戻り光Ｌ３の光量を増やすことができる。
　図９に示された先端ユニット１８では、光ファイバ２６は、その中心軸上を延びているコア３４と、コア３４の外周円筒面を覆っているクラッド３６とに加えて、クラッド３６の外周円筒面を覆っている金属反射膜４２を有している。これにより、光ファイバ２６には入射したが、光ファイバ２６のＮＡを超える入射角であった成分を、金属反射膜４２が光ファイバ２６内に閉じ込める効果を発揮する。そのため、より戻り光Ｌ３の光量を増やすことができる。
　〔故障判定〕
　故障判定の方法については、いろいろな方法が考えられるが、ここでは一例を挙げる。例えば、検出回路２２は、ＬＤ出力値またはＬＤ注入電流に対する正常時の戻り光Ｌ３の光量値を正常時テーブルとして記録しておく。戻り光Ｌ３のモニタリング時は、ＬＤ部１２へのＬＤ注入電流とＰＤ部２０からの戻り光Ｌ３の光量値を正常時テーブルと比較し、例えば、あるＬＤ注入電流に対して測定される戻り光Ｌ３の光量値が、正常時の戻り光Ｌ３の光量値の閾値５０％以下となったら故障と判断する。閾値については、軽微な故障をも検出したい場合には、例えば９０％のように高く設定することが望ましい。しかし、あまり高く閾値を設定すると、正常時での戻り光のバラツキにより誤作動する可能性も出てくる。そのため、通常使用環境下において誤作動しない範囲で、できるだけ高く設定することが望ましい。
　〔内視鏡組み込み構成〕
　本実施形態の内視鏡用照明装置を内視鏡に組み込んだ際の構成について説明する。図１０は、実施形態による内視鏡装置の全体構成を概略的に示しており、図１１は、図１０の内視鏡装置に対する図１の内視鏡用照明装置の搭載構成を示している。
　内視鏡１１０は、操作部１２０と、操作部１２０から延びる細長い挿入部１３０を有している。挿入部１３０は、一部が可撓性を有する挿入ケーブル１３２と、硬質の先端部１３４を有している。挿入部１３０からは接続ケーブル１４０が延びている。接続ケーブル１４０は、一部が可撓性を有した上で必要な剛性が保たれたチューブとなっている。接続ケーブル１４０は、光コネクタ１６０によって、剛性筐体を有する制御ボックス１５０と接続される。
　制御ボックス１５０内には、光源であるＬＤ部１２と、ＬＤ部１２を制御するＬＤ駆動回路１４と、光分岐部材である光カプラ１６と、ＬＤ部１２と光カプラ１６を接続する光ファイバ２４と、光検出部であるＰＤ部２０と、光カプラ１６とＰＤ部２０を接続する光ファイバ２８と、検出回路２２が納められている。ＬＤ駆動回路１４と検出回路２２は、撮像等の内視鏡システム全体を制御するシステム制御部を搭載したシステム制御基板１５２と電気的に接続されている。
　光カプラ１６からは、２本の光ファイバ２６ａが延びており、光ファイバ２６ａは、光コネクタ１６０の制御ボックス側光コネクタ１６４で終端している。光コネクタ１６０の内視鏡側光コネクタ１６２には、２本の光ファイバ２６ｂが接続されている。光ファイバ２６ａと光ファイバ２６ｂは、光コネクタ１６０を介して光学的に接続される。光ファイバ２６ｂは、接続ケーブル１４０と操作部１２０と挿入部１３０の挿入ケーブル１３２の内部を通って挿入部１３０の先端部１３４にまで延びており、挿入部１３０の先端部１３４に配置された先端ユニット１８に接続されている。光ファイバ２６ａと光ファイバ２６ｂが、図１に示された光ファイバ２６に対応している。
　ＬＤ部１２内において、ＬＤ素子から出力されるレーザ光Ｌ１は、集光レンズによって集光されて、光ファイバ２４に入射する。レーザ光Ｌ１は、光ファイバ２４によって導光され、光カプラ１６に入力される。光カプラ１６は、入力されたレーザ光Ｌ１を５０：５０の割合で分岐し、２本の光ファイバ２６ａに出力する。レーザ光Ｌ１は、光ファイバ２６ａによって導光され、光コネクタ１６０を介して光ファイバ２６ｂに入力される。レーザ光Ｌ１は、接続ケーブル１４０と操作部１２０と挿入部１３０の内部を通って延びる光ファイバ２６ａによって導光され、２つの先端ユニット１８に入射する。先端ユニット１８に入射したレーザ光Ｌ１の一部は、蛍光体６２によって蛍光に変換される。蛍光の一部は、照明光Ｌ２として、先端部１３４から外部へと照射される。
　レーザ光Ｌ１が変換された蛍光の一部は、光ファイバ２６ｂに入射し、レーザ光Ｌ１の経路を逆走する戻り光Ｌ３となる。光カプラ１６に到達した戻り光Ｌ３は、光カプラ１６によって５０：５０の割合で分岐され、ＬＤ部１２とＰＤ部２０へ振り分けられる。ＰＤ部２０に到達した戻り光Ｌ３は、ＰＤ部２０内のＰＤ素子により検出される。検出回路２２またはシステム制御基板１５２上のシステム制御部は、ＰＤ部２０による検出結果に基づいて故障の有無を判断し、その判断結果に応じた駆動信号をＬＤ駆動回路１４へ送る。
　〔その他の変形例〕
　本実施形態では、光変換部材として蛍光体６２を用いた照明システムを提案しているが、その他の方式においても同様の安全システムを構築することができる。例えば、ＬＤ部１２にＲＧＢのＬＤ素子を、光変換部材として拡散部材を搭載する構成が考えられる。ＲＧＢもしくは、さらに多灯のレーザ光をＬＤ部１２内で合波し使用することにより、より高演色な白色や、いろいろなバリエーションの特殊光を実現することができる。一方、先端ユニット１８では、波長変換の必要はないが、例えば、入力されたレーザ光を、所望の配光に変換する拡散部材が搭載される。拡散部材は、例えばシリコーン樹脂のような透明なバインダに、シリコーン樹脂とは屈折率の異なるアルミナの粒子を混合して、シリコーン樹脂を硬化させることで形成する。戻り光に関しては、光ファイバから拡散部材への方向を前方、拡散部材から光ファイバの方向を後方と定義すると、蛍光体６２の場合と同様に拡散部材からの後方散乱光が戻り光として使用される。全方向に均一に出射される蛍光とは異なり、拡散現象の場合は、前方と後方に強く光が照射されるため、前方散乱光を照明光として、後方散乱光を戻り光として効率よく利用することができる。
　［第二実施形態］
　次に第二実施形態が図１２ないし図１６を参照して説明される。これらの図において、図１ないし図１１に示された部材と同一の参照符号が付された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略される。以下では、第一実施形態と異なる点のみ説明される。つまり、以下の説明で触れられない部分は、第一実施形態と同様である。
　〔ＬＤ部２１０〕
　図１２は、第二実施形態におけるＬＤ部２１０の構成を示している。ＬＤ部２１０は、４４５ｎｍの波長のレーザ光を発するＬＤ素子２１２と、４０５ｎｍの波長のレーザ光を発するＬＤ素子２１４と、ＬＤ素子２１２からのレーザ光のビームをコリメートするコリメートレンズ２１６と、ＬＤ素子２１４からのレーザ光のビームをコリメートするコリメートレンズ２１８と、ＬＤ素子２１２からのレーザ光とＬＤ素子２１４からのレーザ光を合波するダイクロックミラー２２２とを有している。ダイクロックミラーは、４４５ｎｍの波長の光を透過し、４０５ｎｍの波長の光を反射するように設計されている。ＬＤ部２１０はさらに、ダイクロックミラー２２２によって合波されたレーザ光を光ファイバ２４に入射させるレンズ２２０を有している。このような構成により、ＬＤ部２１０からは、４０５ｎｍと４４５ｎｍの２波長のレーザ光を出力することができる。
　〔ＰＤ部２３０〕
　図１３は、第二実施形態におけるＰＤ部２３０の構成を示している。ＰＤ部２３０は、第一実施形態と異なる点として、戻り光を波長分離して２波長域で光量測定することが挙げられる。具体的には、蛍光波長領域として４７０～７５０ｎｍと、励起光波長領域として４００～４７０ｎｍの２波長領域である。ＰＤ部２３０は、光ファイバ２８から射出される戻り光のビームをコリメートするコリメートレンズ２３６と、コリメートレンズ２３６からの光を分波するダイクロックミラー２４２を有している。ダイクロックミラー２４２は、例えば、４７０～７５０ｎｍの波長域の光を透過し、４００～４７０ｎｍの波長域の光を反射するように設計されている。ＰＤ部２３０はさらに、ダイクロックミラー２４２を透過した光を検出するためのＰＤ素子２３２と、ダイクロックミラー２４２によって反射された光を検出するためのＰＤ素子２３４と、ダイクロックミラー２４２を透過した光のビームをＰＤ素子２３２に集光させるレンズ２３８と、ダイクロックミラー２４２によって反射された光のビームをＰＤ素子２３４に集光させるレンズ２４０とを有している。この構成により、２つのＰＤ素子２３２，２３４において、上記の２つの波長域の戻り光の光量がそれぞれ測定される。
　〔先端ユニット２５０〕
　図１４は、第二実施形態における先端ユニット２５０の構成を示している。第一実施形態と異なる点として、蛍光体２６０の構成が挙げられる。本実施形態では、光軸方向に２種類の蛍光体が積層される形になっている。蛍光体２６０は、例えば、黄色蛍光体２６２の上に緑色蛍光体２６４が積層された構成となっている。黄色蛍光体２６２は、例えば、第一実施形態の蛍光体６２と同様にＹＡＧセラミックスで構成されてよい。緑色蛍光体２６４は、黄色蛍光体２６２の蛍光体端面２６６と対向する面上にドーム状に形成されている。この緑色蛍光体２６４は、１次光および蛍光に対して高い透過率を持つ透明樹脂に、４０５ｎｍの波長の光を吸収して緑波長領域の光に波長変換する緑色蛍光体粒子と、透明樹脂と屈折率が異なる拡散粒子とが混合されて構成されている。透明樹脂は、具体的にはシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が選択される。拡散粒子と透明樹脂の屈折率に差がつけられているとよく、それにより、１次光が拡散粒子に入射した際に拡散現象が発生する。そのため、アルミナや酸化チタン等の材質で、粒径は数μｍ程度である。具体的な作成方法としては、硬化前の透明樹脂に拡散粒子を混合したものを黄色蛍光体２６２に塗布する。塗布した透明樹脂は、自身の表面張力により、ドーム状の形状となる。また、塗布量を制御することにより、狙った曲率のドーム形状を作成することもできる。その後、透明樹脂を硬化させることによって緑色蛍光体２６４が形成される。本実施形態では、ドーム形状の中心角は１８０度以下とするほうが、透明樹脂が黄色蛍光体２６２から側面へ流れ出すのを防止する上で望ましい。緑色蛍光への変換量や拡散度合を調整するためには、透明樹脂の中に混合する緑色蛍光粒子および拡散粒子の濃度を変更すればよい。
　この黄色蛍光体２６２と緑色蛍光体２６４の使用方法について、まず４４５ｎｍの波長のレーザ光を先端ユニット２５０に入力すると、黄色蛍光体２６２は、青色レーザ光の一部を吸収し、黄色蛍光を発する。青色レーザ光と黄色蛍光とによって白色の照明光を得ることができる。緑色蛍光体２６４の内部の拡散粒子は、青色レーザ光と黄色蛍光を拡散させ、所望の配光角を得ることに寄与する。次に４０５ｎｍの波長のレーザ光を先端ユニット２５０に入力すると、青紫色レーザ光は、黄色蛍光体２６２に吸収されずに透過し、緑色蛍光体２６４に入力される。緑色蛍光体２６４は、青紫色レーザ光の一部を吸収し、緑色蛍光を発する。黄色蛍光体２６２を透過した青紫色レーザ光と緑色蛍光を観察光として用いることによって、血管等の強調画像を得るための特殊光を照射することができる。拡散粒子は、白色照明の場合と同じように作用する。所望の配光角に合わせて、拡散粒子の濃度が調整される。
　〔故障判定〕
　本実施形態のＰＤ部２３０は、戻り光を２波長領域で分離して測定することができる。上述したように、４０５ｎｍと４４５ｎｍの波長の光を含む励起光波長領域と、黄色蛍光と緑色蛍光を含む蛍光波長領域に分離して測定することで、より故障モードを絞り込むことができる。先端ユニット２５０においては、蛍光の戻り光のほかに、ホルダ５２内で反射／散乱を繰り返してファイバ２６に入射する励起光の戻り光が存在する。そのため、実際にＰＤ部２３０まで戻ってくる戻り光は、励起光と蛍光の両方を含む。第一実施形態に示すように、ＬＤ注入電流に対して蛍光の戻り光の光量をモニタリングすることに加えて、励起光の戻り光の光量も測定することができる。そのため、戻り光の光量全体の中で、励起光成分と蛍光成分の比率もモニタリングすることができる。例えば、蛍光体２６０で故障があった場合には、励起光成分はあまり変わらず、蛍光の戻り光の光量が低下する。一方で、先端ユニット２５０では故障がなく、ＬＤ素子や光カプラ１６で故障が発生した場合には、先端ユニット２５０に入力される励起光量が低下し、結果として、蛍光の戻り光の光量が低下すると共に、励起光の戻り光の光量も低下する。どちらの場合においても、蛍光のみのモニタリングは、故障の有無を検出することができるが、故障個所を特定することまではできない。しかし、蛍光と励起光の戻り光の光量をモニタリングする場合には、故障個所を特定することも可能である。故障個所の特定により、蛍光体が脱落してレーザ光が直接照射されるような、ユーザにとってすぐさま危険が及ぶ故障と、内視鏡内でレーザ光が照射されるようにある一定時間はユーザに危険が及ばない故障などを判別することができる。
　結果、故障時の対応に差が出てくる。蛍光体脱落のようにユーザにとってすぐさま危険が及ぶ故障の場合では、すぐさまＬＤ駆動を停止する、または低出力での駆動を必要とする。しかし、一定時間はユーザに危険が及ばない故障の場合には、例えば、短時間であっても１灯のみ照明を行うことで、暗い状態で管腔よりスコープを抜き取ることによる管腔やスコープのさらなる損傷リスクを回避することができる。
　さらに変形例として、ＰＤ部２３０で検出する波長帯域を、黄色蛍光と緑色蛍光の２波長領域とすることもできる。例えば白色照明と特殊光照明を同時に照射する場合については、黄色蛍光体２６２と緑色蛍光体２６４の故障を個別に判断することができる。その際は、第一実施形態で記載した、光ファイバ２６と蛍光体２６０との位置関係について、黄色蛍光体２６２のレーザ入射端面と緑色蛍光体２６４のレーザ入射端面が、それぞれ前述した位置関係を満たすように設計すればよい。
　〔内視鏡組み込み構成〕
　本実施形態の内視鏡用照明装置を内視鏡に組み込んだ際の構成について説明する。図１５は、第二実施形態による内視鏡の全体構成を概略的に示しており、図１６は、図１５の内視鏡装置に対する第二実施形態の内視鏡用照明装置の搭載構成を示している。
　第一実施形態では、操作部１２０と制御ボックス１５０が接続ケーブル１４０によって接続されていたが、本実施形態の内視鏡装置には接続ケーブルがなく、内視鏡２７０は、ワイヤレス内視鏡となっており、操作部１２０と制御ボックス２８０と間の信号伝送は無線で行われる。そのため、制御ボックス２８０には、無線伝送部２８２が設けられている。
　このワイヤレス化に伴い、内視鏡用光源装置の構成も第一実施形態とは異なる。具体的には、第一実施形態では制御ボックス１５０の内部に配置されていたＬＤ部２１０とＬＤ駆動回路１４と光カプラ１６とＰＤ部２３０と検出回路２２と光ファイバ２４，２８等が操作部１２０に内蔵されている。また、バッテリー２７２と内視鏡側無線伝送基板２７４が操作部１２０の内部に配置されている。また、制御ボックス側無線伝送基板２８４が制御ボックス２８０の内部に配置されている。内視鏡側無線伝送基板２７４と制御ボックス側無線伝送基板２８４との間において信号伝送が無線で行われる。
　本実施形態では、接続ケーブルがないため、内視鏡２７０の使用時に接続ケーブルに制約されず自由なレイアウトとできること、また接続ケーブルに引っ張られることなく内視鏡２７０の姿勢／位置を変えることができることなどの利便性の向上を図ることができる。
　［第三実施形態］
　次に第三実施形態が図１７ないし図１９を参照して説明される。これらの図において、図１ないし図１６に示された部材と同一の参照符号が付された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略される。以下では、第一および第二実施形態と異なる点のみ説明される。つまり、以下の説明で触れない部分は、第一および第二実施形態と同様である。
　〔ＬＤ／ＰＤ部３１０〕
　図１７は、第三実施形態の内視鏡用照明装置の全体構成を概略的に示している。第一、第二実施形態では、ＬＤ部１２，２１０とＰＤ部２０，２３０が分離していたが、本実施形態の内視鏡用照明装置３００は、ＬＤ部１２，２１０と光カプラ１６とＰＤ部２０，２３０と光ファイバ２４，２８に代えて、ＬＤ素子とＰＤ素子が一つのパッケージ上に搭載されているＬＤ／ＰＤ部３１０を有している。
　図１８は、第三実施形態のＬＤ／ＰＤ部３１０の構成を示している。ＬＤ／ＰＤ部３１０は、４４５ｎｍの波長のレーザ光を発するＬＤ素子３１２と、４０５ｎｍの波長のレーザ光を発するＬＤ素子３１４と、ＬＤ素子３１２からのレーザ光のビームをコリメートするコリメートレンズ３１６と、ＬＤ素子３１４からのレーザ光のビームをコリメートするコリメートレンズ３１８と、ＬＤ素子３１２からのレーザ光とＬＤ素子３１４からのレーザ光を合波および分波するハーフミラー３２０と、ハーフミラー３２０からのレーザ光を偏向する全反射ミラー３２２と、ハーフミラー３２０からのレーザ光の１％を反射する１％反射ミラー３２４と、全反射ミラー３２２によって反射されたレーザ光の１％を反射する１％反射ミラー３２６と、１％反射ミラー３２４の反射光路上に配置されたＬＤモニタＰＤ素子３３２と、１％反射ミラー３２６の反射光路上に配置されたＬＤモニタＰＤ素子３３４と、１％反射ミラー３２４からのレーザ光を透過し戻り光を反射するダイクロックミラー３２８と、１％反射ミラー３２６からのレーザ光を透過し戻り光を反射するダイクロックミラー３３０と、ダイクロックミラー３２８からのレーザ光を集光して光ファイバ２６に入射させるレンズ３４０と、ダイクロックミラー３３０からのレーザ光を集光して光ファイバ２６に入射させるレンズ３４２と、ダイクロックミラー３２８によって反射される戻り光の光路上に配置された戻り光ＰＤ素子３３６と、ダイクロックミラー３３０によって反射される戻り光の光路上に配置された戻り光ＰＤ素子３３８とを有している。ダイクロックミラー３２８，３３０は、４４５ｎｍ，４０５ｎｍの波長の光を透過し、４５０ｎｍの波長の光を反射するように設計されている。
　ＬＤ素子３１２から発光された４４５ｎｍの波長のレーザ光のビームは、コリメートレンズ３１６によってコリメートされ、ハーフミラー３２０に入射する。ＬＤ素子３１４から発光された４０５ｎｍの波長のレーザ光のビームは、コリメートレンズ３１８によってコリメートされ、ハーフミラー３２０に入射する。ハーフミラー３２０に入射した両波長のレーザ光のビームは、ハーフミラー３２０によって、５０：５０の分岐比で２本のビームに分岐される。つまり、ハーフミラー３２０に入射した両波長のレーザ光は、約半分の光量の成分がハーフミラー３２０を透過し、約半分の光量の成分がハーフミラー３２０によって反射される。その結果、分岐された２本のビームはおのおの、４４５ｎｍの波長のレーザ光と４０５ｎｍの波長のレーザ光を等しく含んでいる。その後、レーザ光は、その１％程度の成分が１％反射ミラー３２４，３２６によって反射され、反射されたレーザ光は、ＬＤモニタＰＤ素子３３２，３３４に入射する。１％反射ミラー３２４，３２６を透過したレーザ光は、ダイクロックミラー３２８，３３０を透過し、レンズ３４０，３４２によって集光され光ファイバ２６に入射する。２本の光ファイバ２６に入射したレーザ光は、光ファイバ２６によって先端ユニット１８まで導光される。先端ユニット１８に入射したレーザ光の一部は、先端ユニット１８内の蛍光体によって波長変換され、蛍光が発せられる。先端ユニット１８からの戻り光は、光ファイバ２６によってＬＤ／ＰＤ部３１０にまで導光される。光ファイバ２６から射出された戻り光のビームは、レンズ３４０，３４２によってコリメートされ、ダイクロックミラー３２８，３３０によって反射され、励起光の光路から分岐され、戻り光ＰＤ素子３３６，３３８に入射する。
　このＬＤ／ＰＤ部３１０の特徴は、圧倒的に小型化できることである。一般的にはＬＤ素子もＰＤ素子もＣＡＮパッケージとして流通しているものが多く、直径５ｍｍ程度のサイズがある。それらのＣＡＮパッケージを、使用する素子の個数分だけ組み合わせていくと、多機能化するに従って、サイズとしては非常に大きなものとなってしまう。そのため、ＬＤ素子やＰＤ素子を素子単位で集積／実装したＰＫＧを用いることにより、多機能化しても小さなモジュールとして使用することができる。後述するが、ＬＤ／ＰＤ部の搭載位置は、内視鏡３６０における操作部１２０であるため、このような小型モジュールの付加価値は大きい。さらに、戻り光の光路に分岐ミラーを追加することで、戻り光の内の、蛍光成分と励起光成分を別々に測定することにより、第二実施形態に説明されたように故障判別の精度を向上することもできる。
　〔故障判定〕
　本実施形態では、第一実施形態に比べて搭載されたＰＤ素子の数が増えているため、故障判定の自由度が増している。具体的には、まずＬＤモニタＰＤ素子３３２，３３４が追加されている。ＬＤモニタＰＤ素子３３２，３３４の測定値が異常値を示す場合、故障個所は、ＬＤ駆動回路１４か、ＬＤ素子３１２，３１４か、ＬＤ素子３１２，３１４からＬＤモニタＰＤ素子３３２，３３４までのミラー３２０，３２２，３２４，３２６に限定することができる。さらに、各先端ユニット１８からの戻り光を個別に戻り光ＰＤ素子３３６，３３８によって測定しているため、どちらの戻り光ＰＤ素子３３６，３３８の測定値が異常となるかで、２灯の内のどちらに故障が発生したかを判断することができる。加えて上述したように、図１３に示されたような、戻り光の励起光成分と蛍光成分を分離する構成を追加することにより、先端ユニット１８内の故障状態を推定することもできる。
　〔内視鏡組み込み構成〕
　本実施形態の内視鏡用照明装置を内視鏡に組み込んだ際の構成について説明する。図１９は、図１５の内視鏡装置に対する第三実施形態の内視鏡用照明装置の搭載構成を示している。
　内視鏡装置への組み込み構成において、本実施形態の内視鏡３６０は、第二実施形態に示されたワイヤレスの内視鏡２７０において、ＬＤ部とＰＤ部の代わりにＬＤ／ＰＤ部３１０が搭載された構成となっている。
　［むすび］
　以上のように、３つの実施形態を示したが、ＬＤ素子やＰＤ素子の数、それぞれのＰＫＧ形態、蛍光体の種類や積層構造、光ファイバや蛍光体の端面形状、光ファイバの種類、内視鏡への搭載構成等、それぞれついて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において組み合わせて使用することができる。

Claims (25)

  1. 　１次光を出力する光源と、
    　前記１次光を導光する導光部材と、
    　前記１次光を２次光に変換する光変換部材とを有する内視鏡用照明装置において、
    　前記導光部材は、それを通って前記１次光が前記導光部材から出射する導光部材端面を有し、前記光変換部材は、それを通って前記１次光が前記光変換部材に入射する光変換部材端面を有し、前記導光部材端面と前記光変換部材端面は互いに対向して配置されており、
    　前記導光部材端面における前記導光部材の光軸と前記光変換部材端面との交点から出射し、前記導光部材端面に入射する光の入射角が、前記導光部材が導光することが可能である光の入射角以上となるような相対位置関係で前記導光部材と前記光変換部材とが離間して配置されていることを特徴とする内視鏡用照明装置。
  2. 　前記導光部材の導光路断面の半径をｄ、前記導光部材の受け入れ角をＮＡ、前記導光部材端面と前記光変換部材端面との間の媒体の屈折率をｎ、前記導光部材端面と前記光変換部材端面との間の距離をＬとしたとき、前記導光部材端面と前記光変換部材端面と間の距離Ｌは、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
  3. 　前記導光部材端面と前記光変換部材端面との間の距離を規定する間隔保持部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
  4. 　前記間隔保持部材は、前記導光部材と前記光変換部材との間に狭持される透明部材であることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用照明装置。
  5. 　前記間隔保持部材は、前記導光部材が内部に挿入される導光部材保持穴と、光変換部材が内部に挿入される光変換部材保持穴とを有し、前記導光部材保持穴と前記光変換部材保持穴が内部で連通しており、前記光変換部材保持穴は、前記導光部材保持穴側から徐々に穴径が増加するテーパ形状をしていることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用照明装置。
  6. 　前記間隔保持部材内に挿入された前記導光部材端面は、前記光変換部材保持穴内にあることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡用照明装置。
  7. 　前記導光部材端面と前記光変換部材端面との間は、前記１次光と前記２次光の両方に対して光学的に透明な透明部材で満たされていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
  8. 　前記導光部材端面は凸面形状をしており、前記透明部材の屈折率は前記導光部材の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の内視鏡用照明装置。
  9. 　前記導光部材端面は凹面形状をしており、前記透明部材の屈折率は前記導光部材の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項７に記載の内視鏡用照明装置。
  10. 　前記光変換部材端面は凸面形状をしており、前記透明部材の屈折率は前記光変換部材の屈折率よりも低くいことを特徴とする請求項７に記載の内視鏡用照明装置。
  11. 　前記光変換部材端面は凹面形状をしており、前記透明部材の屈折率は前記光変換部材の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項７に記載の内視鏡用照明装置。
  12. 　前記導光部材は、複数のモードの光を導光できるマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
  13. 　前記光ファイバは、コアと、前記コアの外周円筒面を覆っているクラッドとを有し、前記クラッドの直径は、前記コアの直径の１．２倍以下であることを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡用照明装置。
  14. 　前記光ファイバは、コアと、前記コアの外周円筒面を覆っている１次クラッドと、前記１次クラッドの外周円筒面を覆っている２次クラッドとを有するダブルクラッドファイバであることを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡用照明装置。
  15. 　前記１次光は、前記コア内で導光され、前記２次光は、前記コアと前記１次クラッド内で導光されることを特徴とする請求項１４に記載の内視鏡用照明装置。
  16. 　前記光ファイバは、コアと、前記コアの外周円筒面を覆っているクラッドと、前記クラッドの外周円筒面を覆っている金属反射膜とを有する光ファイバであり、前記金属反射膜は、前記１次光と前記２次光の両方に対して反射性を有することを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡用照明装置。
  17. 　前記１次光は、前記コア内で導光され、前記２次光は、前記コアと前記クラッド内で導光されることを特徴とする請求項１６に記載の内視鏡用照明装置。
  18. 　前記光変換部材は円柱形状をしており、前記光変換部材の直径は、前記導光部材端面から出射する前記１次光の全てが前記光変換部材に照射される面積を与えるような大きさとなっていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
  19. 　前記光変換部材は、蛍光体を含むことを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡用照明装置。
  20. 　前記導光部材によって前記１次光とは逆方向に導光される戻り光を前記１次光と分岐する分岐部材を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
  21. 　前記分岐部材は、ダイクロックミラーまたは光カプラであることを特徴とする請求項２０に記載の内視鏡用照明装置。
  22. 　前記導光部材によって前記１次光とは逆方向に導光される戻り光の光量を検出する検出部を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
  23. 　前記戻り光の光量に基づいて前記光源を制御する制御部を有することを特徴とする請求項２２に記載の内視鏡用照明装置。
  24. 　前記制御部は、前記戻り光の光量の検出結果から、何らかの故障が発生していると判断したときに、前記光源の出力光量をゼロにすることを特徴とする請求項２３に記載の内視鏡用照明装置。
  25. 　前記制御部は、前記戻り光の光量の検出結果から、何らかの故障が発生していると判断したときに、前記光源の出力光量を通常使用時よりも低くすることを特徴とする請求項２３記載の内視鏡用照明装置。
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