JP5238123B2 - Fiber light source, fiber light source device, and endoscope using the same - Google Patents

Fiber light source, fiber light source device, and endoscope using the same Download PDF

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本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いたファイバ光源装置とこれを用いた内視鏡、ファイバ用の光源に関するものである。   The present invention relates to a fiber light source device using a light emitting element such as a light emitting diode, an endoscope using the same, and a light source for fiber.

医療用の内視鏡では白色光で体内を照らし(照明光学系)CCDカメラなどにて体内画像を得ている。その照明は、キセノンランプ等の高輝度ランプ、ランプ出力を集光する集光レンズ(反射ミラー等も含まれる)、集光した光を体内に導く光ファイバで構成された光ガイド、さらには光ガイドからの出力を体内に照射するための照明レンズで構成されている。   Medical endoscopes illuminate the inside of the body with white light (illumination optical system) and obtain an in-vivo image with a CCD camera or the like. The illumination includes a high-intensity lamp such as a xenon lamp, a condensing lens (including a reflection mirror) that condenses the lamp output, a light guide composed of an optical fiber that guides the collected light into the body, and light. It consists of an illumination lens for irradiating the body with the output from the guide.

上記のように照明光学系で用いられる高輝度ランプは発熱や、消費電力が大きい、また寿命が短いなどの問題があるため、高出力LEDを用いた照明光学系も提案されている。
特許文献1では複数のLED用いた内視鏡用照明光源が提案されている。複数のLEDを並べ反射鏡を用いてLEDの出射光を光ガラスファイバに導入する組み立て方法が提案されている。このように複数のLEDを用いることで高出力化を試みているが、集光効率が十分高いとは言えない。
As described above, since the high-intensity lamp used in the illumination optical system has problems such as heat generation, large power consumption, and short life, an illumination optical system using high-power LEDs has also been proposed.
Patent Document 1 proposes an endoscope illumination light source using a plurality of LEDs. There has been proposed an assembling method in which a plurality of LEDs are arranged and light emitted from the LEDs is introduced into an optical glass fiber using a reflecting mirror. As described above, attempts have been made to increase the output by using a plurality of LEDs, but it cannot be said that the light collection efficiency is sufficiently high.

また、図6に、特許文献2に開示されている照明光学装置を示す。この装置は、光源と該光源の背後(周囲)に設けられた楕円面鏡により構成され、該光源の発光部の投影像を光軸に対して垂直になるように構成され、代表的光源としてはハロゲンランプを想定している。   FIG. 6 shows an illumination optical device disclosed in Patent Document 2. This device is composed of a light source and an ellipsoidal mirror provided behind (around) the light source, and is configured so that the projected image of the light emitting part of the light source is perpendicular to the optical axis. Assumes a halogen lamp.

また、図7に、特許文献3で開示されている3色のLEDを用いた内視鏡の光源装置を示す。LED発光部としてのR(赤色)30R、G(緑色)30G、B(青色)30Bの3色と各々に対応する光ファイバを3本(31R,31G,31B)用意し、LED発光部に前記光ファイバを接続している。
特開2003−235796号公報 特許第3058251号 特許第3088165号
FIG. 7 shows a light source device for an endoscope using three-color LEDs disclosed in Patent Document 3. Prepare three colors (31R, 31G, 31B) corresponding to each of the three colors of R (red) 30R, G (green) 30G, B (blue) 30B as LED light emitting parts, and the LED light emitting part An optical fiber is connected.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-235796 Japanese Patent No. 3058251 Japanese Patent No. 3088165

しかしながら、従来の光源装置は、発光ダイオードを使用しているものであっても、複数の発光ダイオードをアレイ状に配列して用いる等により光学系の構成が複雑で大きくなるという問題があった。   However, even if the conventional light source device uses light emitting diodes, there is a problem that the configuration of the optical system is complicated and large due to the use of a plurality of light emitting diodes arranged in an array.

そこで、本発明は、構成が簡単でかつ小型の光源装置であってしかも光源部と伝達部間の着脱が容易なファイバ光源装置とそれを用いた内視鏡を提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、光ファイバへの着脱が容易でかつ構成が簡単な小型の光源を提供することを第2の目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a first object of the present invention is to provide a fiber light source device having a simple configuration and a small light source device that can be easily attached and detached between the light source unit and the transmission unit, and an endoscope using the fiber light source device. And
A second object of the present invention is to provide a small light source that can be easily attached to and detached from an optical fiber and has a simple configuration.

以上の目的を達成するためには、本発明に係るファイバ光源装置は、先端面と貫通孔とを有するファイバ保持部と、入射端面を有しその入射端面が前記先端面と同一平面上に位置するように前記貫通孔に挿入された光ファイバとを有してなる光伝達ユニットと、
前記光ファイバの直径と等しい一辺の長さを有する正方形状の発光素子と、前記発光素子が設けられる底面及び前記入射端面に対向する開口端部を有する凹部と前記凹部の周りに位置する平坦面とを有するマウント部とを含んでなるファイバ用光源とを備え、
前記凹部は側壁が傾斜して前記開口端部側が底面より広がっており、かつ
前記ファイバ保持部の先端面に前記平坦面を圧接させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fiber light source device according to the present invention includes a fiber holding portion having a tip surface and a through hole, an incident end surface, and the incident end surface is located on the same plane as the tip surface. An optical transmission unit having an optical fiber inserted into the through hole,
A square-shaped light emitting element having a side length equal to the diameter of the optical fiber, a bottom surface on which the light emitting element is provided, a concave portion having an open end facing the incident end surface, and a flat surface positioned around the concave portion And a fiber light source comprising a mount portion having
The recess is characterized in that a side wall is inclined and the opening end side is wider than the bottom surface, and the flat surface is pressed against the tip surface of the fiber holding portion.

本発明に係るァイバ光源装置では、前記凹部の開口端部の形状と前記光ファイバの入射端面の形状とが実質的に同一形状であることが好ましい。 In full Aiba light source apparatus according to the present invention, it is preferable that the shape of the incident end face of the shape and the optical fiber open end of the recess are substantially the same shape.

また、本発明に係るァイバ光源装置において、前記光伝達ユニットは、前記ファイバ保持部が挿入される貫通孔が設けられた底部と円筒部とを有するカップ状の締め付け具を含んでなり、
前記ファイバ用光源は、前記マウント部が先端部に設けられた円柱形状の光源保持部を含んでなり、
前記締め付け具の円筒部の内周に形成されたねじ部と前記光源保持部の外周に形成されたねじ部によって、前記ファイバ保持部の先端面に前記平坦面を圧接させるようにすることが好ましい。
Further, in full Aiba light source apparatus according to the present invention, the light transmission unit comprises a cup-shaped clamp having said fiber holding section is the bottom through-hole is provided which is inserted a cylindrical portion,
The fiber light source comprises a cylindrical light source holding part in which the mount part is provided at a tip part,
Preferably, the flat surface is brought into pressure contact with the distal end surface of the fiber holding portion by a screw portion formed on the inner periphery of the cylindrical portion of the fastening tool and a screw portion formed on the outer periphery of the light source holding portion. .

上記ァイバ光源装置は、前記ファイバ保持部は、先端部分に前記先端面を含んでなる鍔部を有してなり、前記締め付け具の底面と前記鍔部の間に弾性体を設けることがさらに好ましい。 The full Aiba light source apparatus, the fiber holding section is made with a flange portion comprising said tip surface to the tip portion, the provision of the elastic member between the flange portion and the bottom surface of the fastener is further preferable.

本発明に係るァイバ光源装置では、前記凹部内に蛍光体を設け、前記発光素子の発光する光を前記蛍光体を介して前記光ファイバに入射させるようにしてもよい。 In full Aiba light source apparatus according to the present invention, a phosphor is provided in the recess, the light emitted in the light emitting element may be caused to incident on the optical fiber through the phosphor.

また、本発明に係るァイバ光源装置では、前記光ファイバの出射端面に蛍光体を設けるようにしてもよい。 Further, in full Aiba light source apparatus according to the present invention may be provided with a phosphor emitting end face of the optical fiber.

本発明に係るァイバ光源装置において、前記光ファイバは複数のファイバを束ねたバンドル光ファイバであることが好ましい。 In full Aiba light source apparatus according to the present invention, the optical fiber is preferably a bundle fiber formed by bundling a plurality of fibers.

本発明に係るァイバ光源装置では、前記凹部の内面に、前記発光素子から出射される光を反射させる反射部を有することがさらに好ましい。 In full Aiba light source apparatus according to the present invention, the inner surface of the recess, and more preferably a reflective portion for reflecting the light emitted from the light emitting element.

本発明に係る内視鏡は、本発明に係るァイバ光源装置を用いてなることを特徴とする。 The endoscope according to the present invention is characterized by using a full Aiba light source apparatus according to the present invention.

本発明に係る光源は、先端面と貫通孔とを有するファイバ保持部と、入射端面を有しその入射端面が前記先端面と同一平面上に位置するように前記貫通孔に挿入された光ファイバとを有してなる光伝達ユニットに光を入射する光源であって、
前記光ファイバの直径と等しい一辺の長さを有する正方形状の発光素子と、前記発光素子が設けられる底面と前記入射端面に対向する開口端部とを有する凹部と、前記凹部の周りの平坦面とを有するマウント部とを有し、
前記凹部は側壁が傾斜して前記開口端部側が底面より広がっており、かつ
前記ファイバ保持部の先端面に前記平坦面を圧接させるファイバ用の光源である。
The light source according to the present invention includes a fiber holding portion having a tip surface and a through-hole, and an optical fiber inserted into the through-hole so that the incident end surface is located on the same plane as the tip surface. A light source for entering light into a light transmission unit comprising:
A square-shaped light emitting element having a side length equal to the diameter of the optical fiber, a recess having a bottom surface on which the light emitting element is provided, and an opening end facing the incident end surface, and a flat surface around the recess And a mount portion having
The concave portion is a light source for a fiber in which a side wall is inclined and the opening end portion side is wider than a bottom surface, and the flat surface is pressed against the tip surface of the fiber holding portion.

以上の本発明に係るァイバ光源装置によれば、構成が簡単でかつ小型の光源装置であってしかも光源部と伝達部間の着脱が容易なファイバ光源装置が提供できる。
また、本発明に係る光源によれば、光ファイバとの着脱が容易でかつ構成が簡単な小型の光源を提供することができる。
According to the above full Aiba light source apparatus according to the present invention, the configuration can provide detachable easy fiber light source device between the transmitting portion a in addition the light source unit is simple and compact light source device.
Moreover, according to the light source which concerns on this invention, the small light source which is easy to attach or detach with an optical fiber and whose structure is simple can be provided.

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態のファイバ光源装置について説明する。
実施の形態1.
本発明に係る実施の形態1のファイバ光源装置は、光伝達ユニットとファイバ用光源部とからなっており、両者の着脱が極めて簡単にできる構造となっている。
本実施の形態1において、光伝達ユニットは、光ファイバ9と、光ファイバ9が挿入される貫通孔を有するファイバ保持部8とを有しており、光ファイバ9は、その入射端面がファイバ保持部8の先端面と同一平面上に位置するようにファイバ保持部8の貫通孔に挿入される。尚、ファイバ保持部8の貫通孔は、光ファイバ9を保持するために光ファイバ9の縦断面形状に実質的に等しい断面形状を有している。また、ファイバ保持部材8は例えば、ステンレス材で出来ており、光ファイバ9とは接着材で接合される。
Hereinafter, a fiber light source device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
The fiber light source device according to the first embodiment of the present invention includes a light transmission unit and a fiber light source unit, and has a structure in which both can be attached and detached very easily.
In the first embodiment, the light transmission unit has an optical fiber 9 and a fiber holding portion 8 having a through-hole into which the optical fiber 9 is inserted. It is inserted into the through hole of the fiber holding portion 8 so as to be positioned on the same plane as the tip surface of the portion 8. Note that the through hole of the fiber holding portion 8 has a cross-sectional shape substantially equal to the vertical cross-sectional shape of the optical fiber 9 in order to hold the optical fiber 9. The fiber holding member 8 is made of, for example, a stainless material, and is bonded to the optical fiber 9 with an adhesive.

また、実施の形態1において、ファイバ用光源部は、発光素子1と、発光素子1が設けられる底面を有する凹部が設けられたマウント部25とを有しており、マウント部25の凹部の開口端部が光ファイバ9の入射端面に対向し、凹部の周りに位置する平坦面がファイバ保持部8の先端面に圧接される。このようにして、本発明に係る実施の形態1のファイバ光源装置では、発光素子1の出射面と光ファイバ9の入射端面とを近接して対向させて配置し、レンズを介することなく発光素子1の光が光ファイバ9に効率良く入射されるように構成している。   In the first embodiment, the fiber light source unit includes the light emitting element 1 and the mount part 25 provided with the concave part having the bottom surface on which the light emitting element 1 is provided. The end portion faces the incident end surface of the optical fiber 9, and a flat surface positioned around the recess is pressed against the distal end surface of the fiber holding portion 8. As described above, in the fiber light source device according to Embodiment 1 of the present invention, the emission surface of the light-emitting element 1 and the incident end surface of the optical fiber 9 are disposed to face each other in close proximity, and the light-emitting element does not pass through the lens 1 light is efficiently incident on the optical fiber 9.

また、本実施の形態1では、マウント部25はマウント基板2と凹部を構成するための側壁部5が接合されることにより構成されているが、ここで特に本実施の形態1では、側壁部5を、放熱性が良くしかも発光素子の光を効果的に反射させることが可能な例えばアルミ材などの金属で構成し、発光素子1の発熱を効果的に放出でき、かつ発光素子1の側面又は横方向に出射される光を効率良く光ファイバ9に結合させている。本発明では、凹部の側壁を傾斜させて、開口端部側が凹部の底面より広がっている方が好ましく、これによって、発光素子1の側面又は横方向に出射される光をより効率良く光ファイバ9に結合させることができる。   Further, in the first embodiment, the mount portion 25 is configured by joining the mount substrate 2 and the side wall portion 5 for forming the concave portion. Here, particularly in the first embodiment, the side wall portion is formed. 5 is made of a metal such as an aluminum material that has good heat dissipation and can effectively reflect the light of the light emitting element, and can effectively release the heat generated by the light emitting element 1, and the side surface of the light emitting element 1. Alternatively, the light emitted in the lateral direction is efficiently coupled to the optical fiber 9. In the present invention, it is preferable that the side wall of the recess is inclined and the opening end side is wider than the bottom surface of the recess, whereby the light emitted from the side surface or the lateral direction of the light emitting element 1 is more efficiently optical fiber 9. Can be combined.

尚、本実施の形態1では、マウント部25をマウント基板2と凹部を構成するための側壁部5とを接合することにより構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、底部と側壁部とを一体で構成してもよく、例えば、マウント部25を一体化されたセラミックで構成する場合には、例えば、凹部の側面に金属層を形成することにより、前述の反射機能を持たせることができる。   In the first embodiment, the mount portion 25 is configured by joining the mount substrate 2 and the side wall portion 5 for forming the recess. However, the present invention is not limited to this, and the bottom portion and the side wall are formed. For example, when the mount portion 25 is made of an integrated ceramic, for example, a metal layer is formed on the side surface of the recess to provide the above-described reflection function. be able to.

また、本実施の形態1において、凹部の周りに位置する平坦面とファイバ保持部8の先端面とを圧接させるための構造として、以下の構造を採用している。
すなわち、光伝達ユニットは、底部と円筒部を有するカップ状の締め付け具10をさらに有していて、ファイバ保持部8が締め付け具10の底部に形成された貫通孔に挿入されている。ここで、締め付け具10の円筒部の内周にめねじ部が設けられている。また、図1に示されている符号13を付して示すものは、ファイバ保持部8が締め付け具10の貫通孔から抜け落ちるのを防止するための止め金具である。
In the first embodiment, the following structure is adopted as a structure for press-contacting the flat surface positioned around the recess and the tip surface of the fiber holding portion 8.
That is, the light transmission unit further includes a cup-shaped fastening tool 10 having a bottom part and a cylindrical part, and the fiber holding part 8 is inserted into a through hole formed in the bottom part of the fastening tool 10. Here, a female thread portion is provided on the inner periphery of the cylindrical portion of the fastening tool 10. Further, what is indicated by reference numeral 13 shown in FIG. 1 is a stopper for preventing the fiber holding portion 8 from falling out of the through hole of the fastening tool 10.

一方、ファイバ用光源は、マウント部25をその先端部分で保持できるようにした円柱形状の光源保持部を含んでいて、その外周部分には、おねじ部が形成されている。
そして、締め付け具に形成されためねじ部と光源保持部6に形成されたおねじ部によって、前記ファイバ保持部の先端面に前記平坦面を圧接させることがてきるようになっている。
On the other hand, the fiber light source includes a cylindrical light source holding part 6 that can hold the mount part 25 at its tip part, and an external thread part is formed on the outer peripheral part thereof.
The flat surface can be brought into pressure contact with the distal end surface of the fiber holding portion by the screw portion and the male screw portion formed on the light source holding portion 6 because it is formed on the fastening tool.

また、本実施の形態1では、ファイバ保持部は、先端部分に鍔部を含むことにより、先端面の面積を大きくしており、光源側のマウント部平坦面により確実に圧接させるようにしている。
さらに、本実施の形態1では、ファイバ保持部の鍔部と前記締め付け具10の底面の間に弾性体であるコイルバネを設けて、ファイバ保持部の先端面と光源側のマウント部平坦面により確実にかつ一定の力で圧接させると同時に、該先端面と該平坦面の間に必要以上の力がかからないようにして破損を防止している。
Further, in the first embodiment, the fiber holding portion 8 includes a flange portion at the tip portion so that the area of the tip surface is increased and is surely brought into pressure contact with the flat surface of the mount portion on the light source side. Yes.
Further, in the first embodiment, a coil spring, which is an elastic body, is provided between the flange portion of the fiber holding portion 8 and the bottom surface of the fastening tool 10 so that the tip surface of the fiber holding portion 8 and the flat surface of the mount portion on the light source side are provided. Thus, the pressure contact is surely performed with a constant force, and at the same time, an excessive force is not applied between the tip surface and the flat surface to prevent breakage.

本実施の形態1では、マウント部25の凹部の開口端部の形状と、光ファイバの入射端面の形状とを実質的に同一形状に設定することが好ましく、これにより、効率よく発光素子が発光する光が光ファイバ9に入射される。ここで、本発明において、光ファイバ9は、例えば、数千本の石英系の光ファイバを束ねて作られたバンドル光ファイバであり、その径は1〜2mm程度であり、発光素子1として角型の発光ダイオードチップ(ベアチップ)を使用する場合には、一辺が光ファイバの径と同程度のものを使用する。   In the first embodiment, it is preferable to set the shape of the opening end of the concave portion of the mount portion 25 and the shape of the incident end face of the optical fiber to substantially the same shape, whereby the light emitting element emits light efficiently. The incident light enters the optical fiber 9. Here, in the present invention, the optical fiber 9 is, for example, a bundle optical fiber made by bundling thousands of silica-based optical fibers, and has a diameter of about 1 to 2 mm. When using a type of light emitting diode chip (bare chip), use one having one side of the same diameter as the optical fiber.

また、本実施の形態1では、マウント部25の凹部内に蛍光体を設け、発光素子1の発光する光を光体を介して前記光ファイバに入射させている。これにより、例えば、青色で発光する発光ダイオードを発光素子1として用い、蛍光体を通過することで白色にしてその白色光を光ファイバ9に入射させることができる。尚、発光素子1の発光面の中心が光ファイバ9の光軸上に位置するように発光素子1がマウントされていることが好ましいことは言うまでもない。 In the first embodiment, the phosphor 4 provided in the recess of the mount portion 25, and the light emitted in the light emitting device 1 through the fluorescent body 4 to be incident on the optical fiber. Accordingly, for example, a light emitting diode that emits blue light can be used as the light emitting element 1, and the white light can be incident on the optical fiber 9 by passing through the phosphor 4 to be white. Needless to say, the light emitting element 1 is preferably mounted so that the center of the light emitting surface of the light emitting element 1 is positioned on the optical axis of the optical fiber 9.

図1の実施形態1のレンズを介することなく光源と光ファイバ9とを直接接続することが他の方式に比べて集光効率が良いことをシミュレーションにて確認した。
尚、ここでいう直接接続とは、発光素子1上に封止材3を介して形成された蛍光体4に光ファイバ9の入射端面を接触させた場合をいう。
以下、シミュレーションの結果について説明する。
It was confirmed by simulation that the direct connection between the light source and the optical fiber 9 without using the lens of Embodiment 1 in FIG. 1 has better light collection efficiency than other methods.
The direct connection here refers to the case where the incident end face of the optical fiber 9 is brought into contact with the phosphor 4 formed on the light emitting element 1 via the sealing material 3.
Hereinafter, the results of the simulation will be described.

図3Aは、径が2mmの光ファイバ9に対して、発光素子1である発光ダイオードチップのチップサイズを変化させたときの集光効率の変化をシミュレーションしたものである。その結果を系列1として図3Aに示す。系列2〜4は比較するために用いた光学系であり、その内容は以下の通りである。
系列2は図4Aに示す、放物面鏡と集光レンズを用いる場合、
系列3は図4Bに示す、楕円面鏡と集光レンズを用いる場合、
系列4は図4Cに示す、コンデンサーレンズを用いた場合である。
FIG. 3A is a simulation of the change in light collection efficiency when the chip size of the light-emitting diode chip that is the light-emitting element 1 is changed with respect to the optical fiber 9 having a diameter of 2 mm. The result is shown in FIG. Series 2 to 4 are optical systems used for comparison, and their contents are as follows.
Series 2 uses a parabolic mirror and a condenser lens shown in FIG.
Series 3 uses an ellipsoidal mirror and a condenser lens shown in FIG. 4B.
Series 4 is a case where a condenser lens shown in FIG. 4C is used.

図3Aに示すように、上記4つの系列のうち、最も集光効率の良いのは本発明に係るファイバ直接接続方式の系列1であることがわかる。尚、このシミュレーションでは、蛍光体4の表面と光ファイバ9の入射端面間の空隙は0.22mmとし、発光素子1である発光ダイオード(LED光源)の配光パターンはランバーシャンであるとした。また、各部品(レンズ、楕円面鏡、放物面鏡、光ファイバ)による損失は無視(損失が無い)している。
また、発光素子チップの形状は、正方形とし、1mm角、2mm角、3mm角、4mm角のものについてそれぞれシミュレーションをした。また、光ファイバはφ2mm、NA0.6のガラス棒とした。
As shown in FIG. 3A, it can be seen that, among the above four series, the series 1 of the fiber direct connection system according to the present invention has the best light collection efficiency. In this simulation, the gap between the surface of the phosphor 4 and the incident end face of the optical fiber 9 was 0.22 mm, and the light distribution pattern of the light emitting diode (LED light source) as the light emitting element 1 was a lumbar shank. Moreover, the loss by each component (a lens, an ellipsoidal mirror, a parabolic mirror, an optical fiber) is ignored (no loss).
Moreover, the shape of the light-emitting element chip was a square, and simulations were performed for 1 mm square, 2 mm square, 3 mm square, and 4 mm square. The optical fiber was a glass rod having a diameter of 2 mm and NA of 0.6.

また、図3Aから明らかなように、レンズ及び/又は鏡を用いて構成した系列2〜4では、発光ダイオードの発光面が大きくなるにしたがって、集光効率が低下するのに対して、本発明の構成に係る系列1では、発光ダイオードの発光面の一辺と光ファイバの径が等しい場合に集光効率が最も高くなるというと特徴的に特性を示した。一般的に発光面が大きい大面積発光ダイオードは輝度が高いので、本発明の直接接続方式による構成は、発光面が大きい高輝度の発光ダイオードを用いる場合に特に有効であることが示された。
また、内視鏡に要求される光ファイバからの出力輝度はかなり大きなものであり、それを実現するためには大きなLEDが必要になるが、図3Aに示すように、光ファイバ9の径より発光ダイオードチップを大きくしても集光効率が低下してしまうので、発光ダイオードチップの一辺の長さは光ファイバの直径をほぼ等しくすることが好ましい。
In addition, as apparent from FIG. 3A, in the series 2 to 4 configured using lenses and / or mirrors, the light collection efficiency decreases as the light emitting surface of the light emitting diode increases, whereas the present invention. In the series 1 according to the configuration, the characteristic is characteristic that the light collection efficiency is highest when one side of the light emitting surface of the light emitting diode is equal to the diameter of the optical fiber. Since a large area light emitting diode having a large light emitting surface generally has high luminance, it has been shown that the configuration of the direct connection method of the present invention is particularly effective when a light emitting diode having a large light emitting surface is used.
Further, the output luminance required from the optical fiber required for the endoscope is considerably large, and a large LED is necessary to realize this, but as shown in FIG. Even if the light emitting diode chip is enlarged, the light collection efficiency is lowered. Therefore, it is preferable that the length of one side of the light emitting diode chip is approximately equal to the diameter of the optical fiber.

尚、ここでいう、集光効率とはLEDの出力が光ファイバ4からの出力度合いを示したもので、例えば、集光効率50%ならば発光ダイオードの出力光のうち、半分の50%が光ファイバ9の出射端面から出力されていることを示している。 Here, the light collection efficiency indicates the output level of the LED from the optical fiber 4. For example, if the light collection efficiency is 50%, 50% of the output light from the light emitting diode is 50%. It shows that the light is output from the emission end face of the optical fiber 9.

また、図3Bは、発光ダイオードチップの形状を、円形とした場合において、径を順次変化させてシミュレーションした結果を示すものである。図3Aと図3Bとを比較することによりわかるように、発光ダイオードチップの形状は、正方形あるいは円形でもほぼ同様の値を示すことがわかる。 FIG. 3B shows the result of simulation by changing the diameter sequentially when the shape of the light emitting diode chip is circular. As can be seen from a comparison between FIG. 3A and FIG. 3B, it can be seen that the shape of the light-emitting diode chip shows substantially the same value even when it is square or circular.

図5は、蛍光体表面と光ファイバ9の入射端面間のギャップを変化させた場合における集光効率の変化をシミュレーションしたものである。光ファイバ9の入射端面とのギャップが0.1mmずれることで集光効率が2〜3%ずれることがわかる。また、ギャップを0.2〜0.3mmに保持できれば集光効率は40%確保できることがわかった。但しギャップは蛍光体4と同じ屈折率の透明材が充填されているものとしている。 FIG. 5 is a simulation of the change in light collection efficiency when the gap between the surface of the phosphor 4 and the incident end face of the optical fiber 9 is changed. It can be seen that the condensing efficiency is shifted by 2 to 3% when the gap with the incident end face of the optical fiber 9 is shifted by 0.1 mm. Further, it was found that if the gap can be maintained at 0.2 to 0.3 mm, the light collection efficiency can be secured by 40%. However, the gap is assumed to be filled with a transparent material having the same refractive index as that of the phosphor 4.

このことから、発光面と光ファイバ9の入射端面とは突き当てることが必要である。また、本実施の形態1のファイバ光源装置は、例えば、複数種類の内視鏡に適用可能であり、容易に光ファイバを着脱できることが必要となるが、図1に示すように構成すれば、光ファイバの着脱が容易であり、かつ発光素子1及び光ファイバ9の端面間ギャップを一定に保つことができ、安定した出力が得られる。 Therefore, the light emitting surface and the incident end face of the optical fiber 9 is necessary to shed come collision. Further, the fiber light source device of the first embodiment can be applied to, for example, a plurality of types of endoscopes, and it is necessary to be able to easily attach and detach the optical fiber, but if configured as shown in FIG. The optical fiber can be easily attached and detached, and the gap between the end faces of the light emitting element 1 and the optical fiber 9 can be kept constant, and a stable output can be obtained.

実施の形態2.
本発明に係る実施の形態2のファイバ光源装置は、図2に示すように、蛍光体4が光ファイバ9の出射端面に設けられている以外は、実施の形態1と同様に構成される。
以上のように構成された本発明に係る実施の形態2のファイバ光源装置は、発光素子1と光ファイバ9を近づけることができ、集光効率を向上させることができる。
また、発光素子1と光ファイバ9の間に光を散乱させることになる蛍光体が無いので、集光効率をさらに向上させることができる。特に蛍光体を含む層を厚くする必要が在る場合には有効である。
Embodiment 2. FIG.
The fiber light source device according to the second embodiment of the present invention is configured in the same manner as in the first embodiment except that the phosphor 4 is provided on the emission end face of the optical fiber 9 as shown in FIG.
In the fiber light source device according to the second embodiment of the present invention configured as described above, the light emitting element 1 and the optical fiber 9 can be brought close to each other, and the light collection efficiency can be improved.
Further, since there is no phosphor that scatters light between the light emitting element 1 and the optical fiber 9, the light collection efficiency can be further improved. This is particularly effective when the layer containing the phosphor 4 needs to be thickened.

さらに、発光素子1と光ファイバ9の間に蛍光体4がある場合には、例えば、白色光のような比較的広い範囲の波長成分が含まれる光が光ファイバを通過することになり、光ファイバの伝送損失の波長依存性(分散特性)により、色調が変化する可能性がある。
しかしながら、本実施の形態2のように、蛍光体4を光ファイバ9の出射端面に設けるようにすると、光ファイバ9には発光ダイオードから出射される狭い波長範囲の光のみが伝送されることになり、光ファイバの波長依存性の影響を少なくでき、安定した色調の光が照射される。
Further, when the phosphor 4 is between the light emitting element 1 and the optical fiber 9, for example, light including a relatively wide range of wavelength components such as white light passes through the optical fiber. The color tone may change due to the wavelength dependence (dispersion characteristics) of the transmission loss of the fiber.
However, when the phosphor 4 is provided on the emission end face of the optical fiber 9 as in the second embodiment, only light in a narrow wavelength range emitted from the light emitting diode is transmitted to the optical fiber 9. Thus, the influence of wavelength dependency of the optical fiber can be reduced, and light with a stable color tone is irradiated.

以上詳細に説明したように、本発明のファイバ光源装置によれば、構成が簡単でかつ小型の光源装置であってかつ光源部と伝達部間の着脱が容易なファイバ光源装置を提供することができる。
また、本発明のファイバ光源装置は、発光素子と光ファイバの結合効率が高くかつ大面積の発光素子であっても効率よくその発光を光ファイバに導くことができるので、小型で高輝度であり内視鏡の光源に適している。
As described above in detail, according to the fiber light source device of the present invention, it is possible to provide a fiber light source device having a simple configuration and a small-sized light source device that can be easily attached and detached between the light source unit and the transmission unit. it can.
In addition, the fiber light source device of the present invention has high coupling efficiency between the light emitting element and the optical fiber and can efficiently guide the emitted light to the optical fiber even if the light emitting element has a large area. Suitable for endoscope light source.

本発明に係る実施の形態1のファイバ光源装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fiber light source device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2のファイバ光源装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fiber light source device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 角形の発光ダイオードチップの一辺の長さに対する集光効率を示すグラフである。It is a graph which shows the condensing efficiency with respect to the length of one side of a square-shaped light emitting diode chip. 丸形の発光ダイオードチップの径に対する集光効率を示すグラフである。It is a graph which shows the condensing efficiency with respect to the diameter of a round light emitting diode chip. 本発明との比較に用いた系列2の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the series 2 used for the comparison with this invention. 本発明との比較に用いた系列3の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the series 3 used for the comparison with this invention. 本発明との比較に用いた系列4の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the series 4 used for the comparison with this invention. 実施の形態1におけるギャップに対する集光効率を示すグラフである。6 is a graph showing the light collection efficiency with respect to the gap in the first embodiment. 特許文献2で開示されている光源と光ファイバ間の光学系を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical system between the light source currently disclosed by patent document 2, and an optical fiber. 特許文献3で開示されている光源と光ファイバ間の光学系を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical system between the light source currently disclosed by patent document 3, and an optical fiber.

符号の説明Explanation of symbols

1:発光素子、2:マウント基板、3:封止材、4:蛍光体、5:側壁部、6:光源保持部材、7:発光素子の配線、8:ファイバ保持、9:光ファイバ、10:締め付け部、11:コイルばね、25:マウント部。
1: light emitting element, 2: mounting board, 3: sealing member, 4: phosphor, 5: side wall portion, 6: light source holding member, 7: wiring of the light emitting element, 8: full Aiba holder, 9: optical fiber 10: Tightening part, 11: Coil spring, 25: Mount part.

Claims (8)

先端面と貫通孔とを有するファイバ保持部と、入射端面を有しその入射端面が前記先端面と同一平面上に位置するように前記貫通孔に挿入された光ファイバとを有してなる光伝達ユニットと、
前記光ファイバの直径と等しい一辺の長さを有する正方形状の発光素子と、前記発光素子が設けられる底面及び前記入射端面に対向する開口端部を有する凹部と前記凹部の周りに位置する平坦面とを有するマウント部と前記凹部に設けられた蛍光体とを含んでなるファイバ用光源とを備え、
前記凹部は側壁が傾斜して前記開口端部側が底面より広がっており、かつ
前記ファイバ保持部の先端面に前記マウント部の平坦面を圧接させるとともに前記光ファイバに前記蛍光体が突き当てられているファイバ光源装置。
Consisting comprises a fiber holding portion having a front end surface and a through hole, and a optical fiber inserted into the through hole so that its entrance end face having the incident end surface is located on the distal end surface flush A light transmission unit;
A square-shaped light emitting element having a side length equal to the diameter of the optical fiber, a bottom surface on which the light emitting element is provided, a concave portion having an open end facing the incident end surface, and a flat surface positioned around the concave portion includes a mounting portion having bets, and a phosphor provided in the recess, and a fiber light source comprising,
The concave portion has a side wall inclined, and the opening end portion side is spread from the bottom surface, and the flat surface of the mount portion is pressed against the tip surface of the fiber holding portion, and the phosphor is abutted against the optical fiber. Fiber light source device.
前記凹部の開口端部の形状と前記光ファイバの入射端面の形状とが実質的に同一形状である請求項1記載のファイバ光源装置。   The fiber light source device according to claim 1, wherein a shape of an opening end portion of the concave portion and a shape of an incident end surface of the optical fiber are substantially the same shape. 前記光伝達ユニットは、前記ファイバ保持部が挿入される貫通孔が設けられた底部と円筒部とを有するカップ状の締め付け具を含んでなり、
前記ファイバ用光源は、前記マウント部が先端部に設けられた円柱形状の光源保持部を含んでなり、
前記締め付け具の円筒部の内周に形成されたねじ部と前記光源保持部の外周に形成されたねじ部によって、前記ファイバ保持部の先端面に前記平坦面を圧接させるようにした請求項1又は2に記載のファイバ光源装置。
The light transmission unit includes a cup-shaped fastening tool having a bottom part provided with a through-hole into which the fiber holding part is inserted and a cylindrical part,
The fiber light source comprises a cylindrical light source holding part in which the mount part is provided at a tip part,
The flat surface is brought into pressure contact with the distal end surface of the fiber holding portion by a screw portion formed on the inner periphery of the cylindrical portion of the fastener and a screw portion formed on the outer periphery of the light source holding portion. Or the fiber light source device of 2.
前記ファイバ保持部は、先端部分に前記先端面を含んでなる鍔部を有してなり、前記締め付け具の底面と前記鍔部の間に弾性体を設けた請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載のファイバ光源装置。   The said fiber holding part has a collar part which comprises the said front end surface in the front-end | tip part, The elastic body was provided between the bottom face of the said clamp, and the said collar part. The fiber light source device according to claim 1. 前記光ファイバは複数のファイバを束ねたバンドル光ファイバである請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載のファイバ光源装置。   The fiber light source device according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical fiber is a bundle optical fiber in which a plurality of fibers are bundled. 前記凹部の内面に、前記発光素子から出射される光を反射させる反射部を有する請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載のファイバ光源装置。   The fiber light source device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a reflection portion that reflects light emitted from the light emitting element on an inner surface of the recess. 請求項1〜6のうちのいずれか1つに記載のファイバ光源装置を用いてなる内視鏡。   The endoscope which uses the fiber light source device as described in any one of Claims 1-6. 先端面と貫通孔とを有するファイバ保持部と、入射端面を有しその入射端面が前記先端面と同一平面上に位置するように前記貫通孔に挿入された光ファイバとを有してなる光伝達ユニットに光を入射する光源であって、
前記光ファイバの直径と等しい一辺の長さを有する正方形状の発光素子と、
前記発光素子が設けられる底面と前記入射端面に対向する開口端部とを有する凹部と前記凹部の周りの平坦面とを有するマウント部と
前記凹部に設けられた蛍光体とを有し、
前記凹部は側壁が傾斜して前記開口端部側が底面より広がっており、かつ
前記ファイバ保持部の先端面に前記平坦面を圧接させるとともに前記光ファイバに前記蛍光体が突き当てられているファイバ用の光源。
Consisting comprises a fiber holding portion having a front end surface and a through hole, and a optical fiber inserted into the through hole so that its entrance end face having the incident end surface is located on the distal end surface flush A light source for injecting light into the light transmission unit,
A square light-emitting element having a side length equal to the diameter of the optical fiber ;
A mount portion having a recess having a bottom surface on which the light emitting element is provided and an opening end facing the incident end surface, and a flat surface around the recess ;
Anda phosphor provided in the recess,
The concave portion is for a fiber whose side wall is inclined and the opening end side is wider than the bottom surface, and the flat surface is pressed against the tip surface of the fiber holding portion and the phosphor is abutted against the optical fiber. Light source.
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