JP2015223463A - 照明装置、照明方法及び内視鏡 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本開示に係る照明装置は、レーザ光を射出する少なくとも1つのレーザ光源と、前記レーザ光源から射出された前記レーザ光が入射する光ファイバと、前記光ファイバから射出された前記レーザ光を拡散させることで2次光源を生成する拡散部材と、を備え、前記レーザ光は、前記光ファイバの入射端面に、当該入射端面の法線に対して斜め方向から入射する。
【選択図】図16
Description
1.スペックルノイズについて
2.第1の実施の形態(照明装置全体のスペックルノイズを低減する例)
2.1.照明装置の構成について
2.2.内視鏡の構成について
2.3.コンデンサ光学系の具体例
3.第2の実施の形態(各光源のスペックルノイズを低減し、各光源で観察されるスペックルノイズのうち空間的な可干渉性に関係する部分を等しい程度にする例)
3.1.照明装置の構成について
3.2.内視鏡の構成について
3.3.検証例
4.第3の実施の形態(第1の実施の形態と第2の実施の形態の組み合わせ例)
本開示の実施形態に係る照明装置、照明方法及び内視鏡について説明するに先立ち、本開示で着目するスペックルノイズ(以下、単に「スペックル」ともいう。)について、簡単に説明する。
x:物体面上における位置
μ:複素コヒーレンス度(位置xと(x+Δx)との間の空間的な可干渉性を示すパラメータ)
S(ξ):光源の輝度分布
i:虚数単位
λ:波長
である。
L1:ラグランジェの不変量
φ1:光源の大きさ
NA1:光源の開口数(=n×sinΘ1)
n:屈折率
Θ1:光源の発散角
以下では、まず、照明装置全体での可干渉性を低減してスペックルノイズを発生しにくくすることが可能な照明装置及び照明方法と、この照明装置を有する内視鏡について、詳細に説明する。
まず、図1A〜図9Bを参照しながら、本開示の第1の実施形態に係る照明装置の構成について説明する。図1Aは、本実施形態に係る照明装置の構成を模式的に示した説明図であり、図1Bは、ライトガイドの入射端を模式的に示した説明図である。図2〜図3は、本実施形態に係る照明装置の構成を模式的に示した説明図である。図4〜図7及び図9A〜図9Bは、コレクタレンズの瞳位置とレーザ光との位置関係を説明するための説明図である。図8は、ダイクロイックミラーの光軸上でのシフト量とスペックルとの関係を示したグラフ図である。
Θ:拡散部材出射角度
Θw:入射光の画角
Θd:拡散部材の拡散角度
である。
Y:2次光源の大きさ
Y’:2次光源の像の大きさ
NAcond:コンデンサ光学系の入射開口数
NAcond’:コンデンサ光学系の出射開口数
次に、図2〜図9Bを参照しながら、本実施形態に係る照明装置の構成を具体的に説明する。
続いて、図10を参照しながら、本実施形態に係る照明装置1が照明光源として用いられる内視鏡10の構成について、簡単に説明する。図10は、本実施形態に係る照明装置を備えた内視鏡の構成を模式的に示した説明図である。
次に、図11〜図12Cを参照しながら、本実施形態に係る照明装置1におけるコンデンサ光学系150について、具体例を挙げながら説明する。図11は、本実施形態に係るコンデンサ光学系のレンズデータを示した説明図であり、図12A〜図12Cは、本実施形態に係るコンデンサ光学系のレンズ構成例を示した説明図である。
コリメート光学系焦点距離fcol=7.6
2次光源の大きさY=3.34
拡散板角度=23度
以下では、光源から射出されたレーザ光のスペックルノイズを低減することが可能な照明装置及び照明方法と、この照明装置を有する内視鏡について、詳細に説明する。
まず、図13A〜図19を参照しながら、本開示の第2の実施形態に係る照明装置の構成について説明する。図13A〜図17及び図19は、本開示の第2の実施形態に係る照明装置の構成を模式的に示した説明図である。図18A及び図18Bは、コレクタレンズの瞳位置とレーザ光との位置関係を説明するための説明図である。
次に、図14A〜図19を参照しながら、本実施形態に係る照明装置の構成を具体的に説明する。
まず、図14A〜図15を参照しながら、レーザ光源200として、1つのレーザ光源を用いる場合を例に挙げて、説明を行う。
θ ≦ θbeam ・・・(式201−2)
DA ≦ (WA/2) ・・・(式202−2)
続いて、図17〜図19を参照しながら、レーザ光源200として、複数のレーザ光源を用いる場合を例に挙げて、説明を行う。
続いて、図20を参照しながら、本実施形態に係る照明装置2が照明光源として用いられる内視鏡10の構成について、簡単に説明する。図20は、本実施形態に係る照明装置を備えた内視鏡の構成を模式的に示した説明図である。
以下では、図21〜図24を参照しながら、レーザ光源200(一次光源)の軸を光軸から平行移動させることでスペックルノイズを削減する場合について、スペックルノイズの削減度合いを具体的に検証した例を示す。
以下では、第1の実施形態で説明した、照明装置全体のスペックルノイズを低減するための方法と、第2の実施形態で説明した、光源から射出されたレーザ光のスペックルノイズを低減するための方法と、を組み合わせた例について、第3の実施形態として簡単に説明する。
まず、図25を参照しながら、本開示の第3の実施形態に係る照明装置の構成について説明する。図25は、本実施形態に係る照明装置の構成を模式的に示した説明図である。
続いて、図26を参照しながら、本実施形態に係る照明装置3が照明光源として用いられる内視鏡10の構成について、簡単に説明する。図26は、本実施形態に係る照明装置を備えた内視鏡の構成を模式的に示した説明図である。
(1)
レーザ光を射出する少なくとも1つのレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出された前記レーザ光が入射する光ファイバと、
前記光ファイバから射出された前記レーザ光を拡散させることで2次光源を生成する拡散部材と、
を備え、
前記レーザ光は、前記光ファイバの入射端面に、当該入射端面の法線に対して斜め方向から入射する、照明装置。
(2)
前記レーザ光は、
集光レンズを少なくとも有する結合光学系を介して前記光ファイバへと入射し、
前記集光レンズに、前記集光レンズ及び前記光ファイバからなる光軸に対して平行に、かつ、当該光軸の中心から外れた位置に入射する、(1)に記載の照明装置。
(3)
前記レーザ光は、
当該レーザ光を平行光束とするコリメートレンズと、当該コリメートレンズの後段に設けられた集光レンズと、を少なくとも有する結合光学系を介して、前記光ファイバへと入射し、
前記集光レンズに、前記集光レンズ及び前記光ファイバからなる光軸に対して平行に、かつ、当該光軸の中心から外れた位置に入射する、(1)に記載の照明装置。
(4)
複数の前記レーザ光源が設けられ、
少なくとも前記平行光束のビーム幅が狭い前記レーザ光は、前記集光レンズ及び前記光ファイバからなる光軸に対して平行に、かつ、当該光軸の中心から外れた位置に入射する、(3)に記載の照明装置。
(5)
前記光ファイバと前記拡散部材との間に、前記光ファイバから射出された前記レーザ光を平行光束とするコリメートレンズが配置される、(1)〜(4)の何れか1つに記載の照明装置。
(6)
前記光ファイバの入射許容角をθfiberとし、前記光ファイバの入射端面における前記レーザ光の集光角をθbeamとし、前記光ファイバの入射端面における当該光ファイバの光軸と前記レーザ光の中心光軸とのなす角をθとした場合に、以下の式1で表わされる関係が成立する、(1)〜(5)の何れか1つに記載の照明装置。
(θ+θbeam) ≦ θfiber ・・・(式1)
(7)
前記光ファイバの入射端面における前記レーザ光の集光角をθbeamとし、前記光ファイバの入射端面における当該光ファイバの光軸と前記レーザ光の中心光軸とのなす角をθとした場合に、以下の式1−2で表わされる関係が成立する、(1)〜(6)の何れか1つに記載の照明装置。
θ ≦ θbeam ・・・(式1−2)
(8)
前記平行光束のビーム幅をWAとし、前記集光レンズの焦点距離をfとし、前記光ファイバの入射許容角をθfiberとし、前記光軸の中心からのシフト量をDAとした場合に、以下の式2で表わされる関係が成立する、(3)〜(5)の何れか1つに記載の照明装置。
(WA/2)+DA ≦ (f×sin(θfiber)) ・・(式2)
(9)
前記平行光束のビーム幅をWAとし、前記光軸の中心からのシフト量をDAとした場合に、以下の式2−2で表わされる関係が成立する、(3)〜(5)、(8)の何れか1つに記載の照明装置。
DA ≦ (WA/2) ・・・(式2−2)
(10)
前記光軸に対して直交する断面において、それぞれの前記平行光束は前記光軸を中心とする一つの円に内接する、(4)、(5)、(8)の何れか1つに記載の照明装置。
(11)
前記光軸に対して直交する断面において、それぞれの前記平行光束は前記光軸を内包する、(4)、(5)、(9)の何れか1つに記載の照明装置。
(12)
前記複数のレーザ光源から射出された前記レーザ光の波長は、少なくとも白色光を構成する、(4)、(5)、(10)、(11)の何れか1つに記載の照明装置。
(13)
前記拡散部材は、拡散板又はバンドルファイバである、(1)〜(12)の何れか1つに記載の照明装置。
(14)
前記レーザ光源は、半導体レーザ又は固体レーザである、(1)〜(13)の何れか1つに記載の照明装置。
(15)
少なくとも1つのレーザ光源から射出されたレーザ光を、光ファイバへと導光することと、
前記光ファイバから射出された前記レーザ光を拡散素子により拡散させて2次光源を生成することと、
を含み、
前記レーザ光は、前記光ファイバの入射端面に、当該入射端面の法線に対して斜め方向から入射する、照明方法。
(16)
レーザ光を射出する少なくとも1つのレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出された前記レーザ光が入射する光ファイバと、
前記光ファイバから射出された前記レーザ光を拡散させることで2次光源を生成する拡散素子と、
を備え、
前記レーザ光は、前記光ファイバの入射端面に、当該入射端面の法線に対して斜め方向から入射する照明装置を備える、内視鏡。
100,200,300 レーザ光源
110,210,310 結合光学系
120,220,320 光ファイバ
130,230,330 コリメート光学系
140,240,340 拡散部材
150,250,350 コンデンサ光学系
Claims (16)
- レーザ光を射出する少なくとも1つのレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出された前記レーザ光が入射する光ファイバと、
前記光ファイバから射出された前記レーザ光を拡散させることで2次光源を生成する拡散部材と、
を備え、
前記レーザ光は、前記光ファイバの入射端面に、当該入射端面の法線に対して斜め方向から入射する、照明装置。 - 前記レーザ光は、
集光レンズを少なくとも有する結合光学系を介して前記光ファイバへと入射し、
前記集光レンズに、前記集光レンズ及び前記光ファイバからなる光軸に対して平行に、かつ、当該光軸の中心から外れた位置に入射する、請求項1に記載の照明装置。 - 前記レーザ光は、
当該レーザ光を平行光束とするコリメートレンズと、当該コリメートレンズの後段に設けられた集光レンズと、を少なくとも有する結合光学系を介して、前記光ファイバへと入射し、
前記集光レンズに、前記集光レンズ及び前記光ファイバからなる光軸に対して平行に、かつ、当該光軸の中心から外れた位置に入射する、請求項1に記載の照明装置。 - 複数の前記レーザ光源が設けられ、
少なくとも前記平行光束のビーム幅が狭い前記レーザ光は、前記集光レンズ及び前記光ファイバからなる光軸に対して平行に、かつ、当該光軸の中心から外れた位置に入射する、請求項3に記載の照明装置。 - 前記光ファイバと前記拡散部材との間に、前記光ファイバから射出された前記レーザ光を平行光束とするコリメートレンズが配置される、請求項1に記載の照明装置。
- 前記光ファイバの入射許容角をθfiberとし、前記光ファイバの入射端面における前記レーザ光の集光角をθbeamとし、前記光ファイバの入射端面における当該光ファイバの光軸と前記レーザ光の中心光軸とのなす角をθとした場合に、以下の式1で表わされる関係が成立する、請求項1に記載の照明装置。
(θ+θbeam) ≦ θfiber ・・・(式1) - 前記光ファイバの入射端面における前記レーザ光の集光角をθbeamとし、前記光ファイバの入射端面における当該光ファイバの光軸と前記レーザ光の中心光軸とのなす角をθとした場合に、以下の式1−2で表わされる関係が成立する、請求項1に記載の照明装置。
θ ≦ θbeam ・・・(式1−2)
- 前記平行光束のビーム幅をWAとし、前記集光レンズの焦点距離をfとし、前記光ファイバの入射許容角をθfiberとし、前記光軸の中心からのシフト量をDAとした場合に、以下の式2で表わされる関係が成立する、請求項3に記載の照明装置。
(WA/2)+DA ≦ (f×sin(θfiber)) ・・(式2) - 前記平行光束のビーム幅をWAとし、前記光軸の中心からのシフト量をDAとした場合に、以下の式2−2で表わされる関係が成立する、請求項3に記載の照明装置。
DA ≦ (WA/2) ・・・(式2−2)
- 前記光軸に対して直交する断面において、それぞれの前記平行光束は前記光軸を中心とする一つの円に内接する、請求項4に記載の照明装置。
- 前記光軸に対して直交する断面において、それぞれの前記平行光束は前記光軸を内包する、請求項4に記載の照明装置。
- 前記複数のレーザ光源から射出された前記レーザ光の波長は、少なくとも白色光を構成する、請求項4に記載の照明装置。
- 前記拡散部材は、拡散板又はバンドルファイバである、請求項1に記載の照明装置。
- 前記レーザ光源は、半導体レーザ又は固体レーザである、請求項1に記載の照明装置。
- 少なくとも1つのレーザ光源から射出されたレーザ光を、光ファイバへと導光することと、
前記光ファイバから射出された前記レーザ光を拡散素子により拡散させて2次光源を生成することと、
を含み、
前記レーザ光は、前記光ファイバの入射端面に、当該入射端面の法線に対して斜め方向から入射する、照明方法。 - レーザ光を射出する少なくとも1つのレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出された前記レーザ光が入射する光ファイバと、
前記光ファイバから射出された前記レーザ光を拡散させることで2次光源を生成する拡散素子と、
を備え、
前記レーザ光は、前記光ファイバの入射端面に、当該入射端面の法線に対して斜め方向から入射する照明装置を備える、内視鏡。
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