DE102020203506A1 - Wellenlängenumwandlungselement, lichtquellenvorrichtung und beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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Yudai Shibata
Shintaro Hayashi
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Abstract

Ein Wellenlängenumwandlungselement (30) umfasst ein erstes Wellenlängenumwandlungsmaterial (34) und ein zweites Wellenlängenumwandlungsmaterial (36). Die Emissionswellenlänge des zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterials (36) ist länger als die Emissionswellenlänge des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials (34), und in dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial (36) ist die Zeit, ab der das Anregungslicht stoppt, bis zum Stoppen der Fluoreszenz eine Nachleuchtzeit, und die Nachleuchtzeit ist länger als die Emissionszeit des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials (34) und beträgt 1 s oder weniger. Eine Lichtquellenvorrichtung (15) umfasst das Wellenlängenumwandlungselement (30) und eine Lichtquelleneinheit (14). Eine Beleuchtungsvorrichtung (15) umfasst das Wellenlängenumwandlungselement (30), eine Lichtquellenvorrichtung (15) und einen Lichtleiter, der zwischen der Lichtquelleneinheit (14) und dem Wellenlängenumwandlungselement (30) angeordnet ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-063402 , die am 28. März 2019 eingereicht worden ist, einschließlich die Beschreibung, die Ansprüche, die Zeichnungen und die Zusammenfassung, ist in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wellenlängenumwandlungselement, eine Lichtquellenvorrichtung und eine Beleuchtungsvorrichtung.
  • In den letzten Jahren wurde in medizinischen Bildgebungsvorrichtungen, wie z.B. Endoskopen, ein Untersuchungsverfahren für eine Untersuchung mit einem speziellen Licht, das ein spezielles Licht nutzt, zusätzlich zu einer normalen Untersuchung, die weißes Licht nutzt, entwickelt. Beispielsweise emittiert in einer photodynamischen Diagnose (PDD), wenn eine wässrige Indocyaningrün (ICG)-Lösung in ein Blutgefäß injiziert wird und der Energiezustand von ICG durch eine Bestrahlung mit Nahinfrarot-Licht erhöht wird, die Lösung eine Nahinfrarot-Fluoreszenz mit einer Wellenlänge, die geringfügig länger ist als diejenige des abgestrahlten Infrarot-Lichts, die zum Untersuchen des Zustands von Lymphdrüsen und dergleichen verwendet werden kann. Dabei werden eine Untersuchung mit weißem Licht und eine Untersuchung mit Nahinfrarot-Licht durchgeführt.
  • Zum Abgeben von Licht mit verschiedenen Wellenlängen, wie z.B. weißem Licht und Nahinfrarot-Licht, ist eine Mehrzahl von Lichtquellen erforderlich, und herkömmlich wurde eine Kombination aus einer Entladungslampe und eines Farbfilters und dergleichen verwendet. In den letzten Jahren gab es Entwicklungen bezüglich Lichtquellenvorrichtungen und Beleuchtungsvorrichtungen als Lichtquellen, bei denen ein Wellenlängenumwandlungselement verwendet wird, das Licht, das von lichtemittierenden Festkörperelementen, wie z.B. LEDs und Laserdioden, abgegeben wird, in rotes, grünes und blaues Licht umwandelt, um die drei Primärfarben von Licht zu erhalten, und das diese als Licht mit gewünschten Farbwiedergabeeigenschaften mittels einer Zeitteiltechnologie abgibt.
  • JP 2006-117857 A betrifft eine Lichtquellenvorrichtung, die für ein Endoskop verwendet werden kann. Dabei ist als herkömmliche Technologie ein Farbprojektor beschrieben, in dem ein lichtemittierendes Festkörperelement, das Violett- oder Ultraviolettlicht abgibt, als Pumpquelle verwendet wird, drei Leuchtstoffe, die Anregungslicht in eine rote, grüne und blaue Fluoreszenz umwandeln, verwendet werden, und das lichtemittierende Festkörperelement in einer zeitteilenden Weise angesteuert wird, um eine Fluoreszenz mit Farben abzugeben, die Bilddaten entsprechen. In diesem Fall unterscheiden sich die Lichtemissionszeiten der drei Leuchtstoffe abhängig von den Bilddaten, so dass sich die Temperaturanstiege der drei Leuchtstoffe unterscheiden und sich die Lichtemissionseffizienz ändert.
  • Der Stand der Technik, der jeden der drei Leuchtstoffe für einen rotierenden Körper bereitstellt und die Drehzahl des rotierenden Körpers zum Ausgleichen des Temperaturanstiegs einstellt, erfordert ein lichtemittierendes Festkörperelement und einen rotierenden Körper für jeden der drei Leuchtstoffe. Daher sind in JP 2006-117857 A rote, grüne, blaue und gelbe Leuchtstoffe in jedem von vier ringförmigen Bändern angeordnet, die in der radialen Richtung des rotierenden Körpers voneinander getrennt sind, so dass die rotierenden Körper zu einem kombiniert werden können.
  • JP 6059406 B beschreibt eine Lichtquellenvorrichtung, die eine Mehrzahl von Laserlichtarten zu Licht mit einer Wellenlänge kombiniert, die für eine Prüfkörperuntersuchung in einem Mikroskopsystem geeignet ist, das einen Prüfkörper mit Laserlicht bestrahlt, so dass der Prüfkörper mit einem Mikroskop untersucht werden kann. Dabei wird ein Sperrfilter als optisches Wellenlängenauswahlelement verwendet, das nur das Laserlicht mit einer Wellenlänge reflektiert, das von der Laserlichtquelle emittiert wird, und Licht mit anderen Wellenlängen durchlässt. Beispielsweise werden drei Laserlichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen und drei Sperrfilter derart kombiniert, dass die optischen Reflexionsachsen der jeweiligen Sperrfilter so ausgerichtet werden, dass Licht in eine kleine Öffnung des Faserkerns der Lichtleitfaser eintritt, wodurch Laserlicht mit drei Wellenlängen kombiniert wird.
  • Bezüglich einer Technik, die mit der vorliegenden Offenbarung zusammenhängt, beschreibt JP 5543760 B eine Technik zum Verlängern der Nachleuchtzeit eines Leuchtmaterials. Dabei werden zwei Leuchtmaterialien verwendet und sobald sie mit Anregungslicht bestrahlt werden, erzeugen die zwei Leuchtmaterialien jeweils ein Nachleuchten für einen bestimmten Zeitraum, selbst nachdem die Bestrahlung mit dem Anregungslicht gestoppt worden ist. Es ist auch beschrieben, dass selbst nachdem die Bestrahlung mit dem Anregungslicht gestoppt worden ist, das Nachleuchten des Leuchtmaterials auf einer Seite das Leuchtmaterial auf der anderen Seite bestrahlt, so dass die Dauer des Nachleuchtens des Leuchtmaterials auf der anderen Seite verlängert wird. Es ist beschrieben, dass die Bestrahlungszeit des Anregungslichts abhängig von der Art der Lichtquelle, der Bestrahlungsintensität und dem Abstand von der Lichtquelle variiert und z.B. etwa 10 Minuten bis eine Stunde beträgt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Bei medizinischen Bildgebungsvorrichtungen, wie z.B. Endoskopen, wird vorzugsweise ein Rauschen zwischen weißem Licht und speziellem Licht vermindert, um einen Gegenstand unter Verwendung von weißem Licht und speziellem Licht für eine geeignete Untersuchung einer Bildgebung zu unterziehen. Eine Zeitteilungsemission wird als Verfahren zum Vermindern des Rauschens zwischen Lichtarten einer Mehrzahl von Wellenlängen verwendet und umfasst als Technik des Standes der Technik ein Verfahren, bei dem ein rotierender Körper mit einem Leuchtstoff und eine Antriebsvorrichtung für den rotierenden Körper verwendet werden, und ein Verfahren, bei dem eine Mehrzahl von Lichtquellen und eine Mehrzahl von optischen Spiegeln zum genauen Ausrichten von optischen Achsen verwendet werden, wobei beide komplex und teuer sind.
  • Es gibt daher einen Bedarf für ein Wellenlängenumwandlungselement, das ein Rauschen zwischen Lichtarten mit einer Mehrzahl von Wellenlängen mit einem billigen und sehr zuverlässigen Aufbau unterdrücken kann, eine Lichtquellenvorrichtung, die das Wellenlängenumwandlungselement nutzt, und eine Beleuchtungsvorrichtung, die das Wellenlängenumwandlungselement nutzt.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Ein Wellenlängenumwandlungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: Ein erstes Wellenlängenumwandlungsmaterial; und ein zweites Wellenlängenumwandlungsmaterial. Die Emissionswellenlänge des zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterials ist länger als die Emissionswellenlänge des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials, und in dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial ist die Zeit, ab der das Anregungslicht stoppt, bis zum Stoppen der Fluoreszenz eine Nachleuchtzeit, und die Nachleuchtzeit ist länger als die Emissionszeit des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials und beträgt 1 s oder weniger.
  • Eine Lichtquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Wellenlängenumwandlungselement und eine Lichtquelleneinheit. Eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Wellenlängenumwandlungselement, eine Lichtquelleneinheit und einen Lichtleiter, der zwischen dem Wellenlängenumwandlungselement und der Lichtquelle angeordnet ist.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement, der Lichtquellenvorrichtung und der Beleuchtungsvorrichtung mit einem solchen Aufbau kann ein Rauschen zwischen Lichtarten mit einer Mehrzahl von Wellenlängen mit einem billigen und sehr zuverlässigen Aufbau unterdrückt werden.
  • Figurenliste
  • Die Figuren zeigen eine oder mehrere Implementierung(en) gemäß der vorliegenden Lehre lediglich beispielhaft und nicht beschränkend. In den Figuren beziehen sich entsprechende Bezugszeichen auf die gleichen oder ähnliche Elemente.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird auf der Basis der folgenden Figuren beschrieben, wobei:
    • 1 eine perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung ist, die ein Wellenlängenumwandlungselement gemäß einer Ausführungsform umfasst;
    • 2 eine Querschnittsansicht des Teils A in der 1 ist;
    • 3 ein Diagramm ist, das die Komponenten der Lichtquellenvorrichtung der Ausführungsform zeigt, die ein Teil der Beleuchtungsvorrichtung von 1 ist;
    • 4 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen den Emissionszeiten von weißem Licht und Nahinfrarot-Licht zeigt, die festgestellt wird, wenn das Wellenlängenumwandlungselement in der Lichtquellenvorrichtung gepumpt wird, die in der 3 gezeigt ist;
    • 5 ein Aufbaudiagramm ist, das den Fall zeigt, bei dem eine Beleuchtungsvorrichtung, die das Wellenlängenumwandlungselement gemäß der Ausführungsform umfasst, auf ein Endoskopsystem angewandt wird; und
    • 6 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Emissionssequenz des Beleuchtungslichts der Beleuchtungsvorrichtung und der Bildgebungssequenz der Bildgebungsvorrichtung auf derselben Zeitachse in dem Aufbau zeigt, der in der 5 gezeigt ist.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Wellenlängen und dergleichen veranschaulichen lediglich die Beschreibung und können in einer geeigneten Weise abhängig von den Spezifikationen des Wellenlängenumwandlungselements, der Lichtquellenvorrichtung und der Beleuchtungsvorrichtung verändert werden. Bezüglich der nachstehenden Beschreibung werden dieselben Komponenten in allen Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine überlappende Beschreibung ist weggelassen.
  • Die 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung 10, die ein Wellenlängenumwandlungselement umfasst. Bei der Anwendung auf ein Endoskopsystem 50 (vgl. die 5) ist die Beleuchtungsvorrichtung 10 eine Vorrichtung zum Beleuchten eines Untersuchungsziels mit Licht. Die Beleuchtungsvorrichtung 10 umfasst eine Rippeneinheit 12 zur Wärmeableitung, eine Lichtquelleneinheit 14, in der eine Pumpquelle angeordnet ist, eine Wellenlängenumwandlungseinheit 16, in der Wellenlängenumwandlungselemente, die bei einer Anregung eine Mehrzahl von Lichtarten mit verschiedenen Wellenlängen abgeben, angeordnet sind, und eine Lichtleitfaser-Verbindungseinheit 18, die den Verbindungsanschluss zu einer Lichtleitfaser 56 (vgl. die 5) in dem Endoskopsystem 50 umfasst.
  • Die 2 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts A, der einen Abschnitt der Lichtquelleneinheit 14, der Wellenlängenumwandlungseinheit 16 und der Lichtleitfaser-Verbindungseinheit 18, die in der 1 gezeigt sind, umfasst.
  • Die Lichtquelleneinheit 14 umfasst eine Laserlichtquelle 52 als Pumpquelle und ein Kondensorlinsensystem 54 (vgl. die 5). Ein blauer Laser wird als die Laserlichtquelle 52 verwendet. Dies dient lediglich der Veranschaulichung zur Erläuterung und die Pumpquelle der Lichtquelleneinheit 14 kann jedwede Lichtquelle sein, die den Leuchtstoff anregen kann. Alternativ kann eine Laserlichtquelle 52, die von dem blauen Laser verschieden ist, oder eine LED-Lichtquelle abhängig von den Spezifikationen der Beleuchtungsvorrichtung 10 und des Endoskopsystems 50 verwendet werden. Das Kondensorlinsensystem 54 ist ein optisches Element, das den Laserstrahl, der von einer Laserlichtquelle 52 emittiert wird, fokussiert und ihn bei einer vorgegebenen Fokuslage 22 kondensiert. Das Laserlicht 20, das durch das Kondensorlinsensystem 54 fokussiert wird, fällt auf die Wellenlängenumwandlungseinheit 16.
  • Die Wellenlängenumwandlungseinheit 16 ist ein Element, welches das Wellenlängenumwandlungselement 30 umhüllt. Das Wellenlängenumwandlungselement 30 ist angrenzend an die Lichtleitfaser-Verbindungseinheit 18 in der Wellenlängenumwandlungseinheit 16 angeordnet. Die Fokuslage 22 des einfallenden Laserlichts 20, das durch das Kondensorlinsensystem 54 in der Lichtquelleneinheit 14 fokussiert wird, grenzt an die Lichtquelleneinheit 14 in der Wellenlängenumwandlungseinheit 16 an. Der Lichtleiter 24 ist ein Lichtleiterelement, welches das Laserlicht 20 von der Fokuslage 22 des Laserlichts 20 angrenzend an die Lichtquelleneinheit 14 zu dem Wellenlängenumwandlungselement 30 leitet, während das Laserlicht 20 einheitlich gemacht wird. Beispielsweise kann ein zylindrischer Körper, in dem vier Spiegel, die als Spiegelstäbe bezeichnet werden, verbunden sind, als der Lichtleiter 24 verwendet werden. Der Lichtleiter 24 ist vorzugsweise zwischen dem Wellenlängenumwandlungselement 30 und der Lichtleitfaser-Verbindungseinheit 18 bereitgestellt.
  • Die 3 ist ein Diagramm, das einen Teilaufbau der Lichtquellenvorrichtung 15 zeigt, wobei der Lichtleiter 24 und die Lichtleitfaser-Verbindungseinheit 18 von der Beleuchtungsvorrichtung 10 weggelassen sind. Die Lichtquellenvorrichtung 15 umfasst eine Lichtquelleneinheit 14 und ein Wellenlängenumwandlungselement 30.
  • Das Wellenlängenumwandlungselement 30 ist ein optisches Element, welches das Laserlicht 20, das eine einzelne Wellenlänge aufweist, in eine Mehrzahl von Arten von Licht mit verschiedenen Wellenlängen umwandelt und die Mehrzahl von Arten von Licht, die durch die Umwandlung erhalten worden sind, abgibt. Um durch die Umwandlung Licht mit zwei verschiedenen Wellenlängen zu erhalten, werden ein erstes Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 und ein zweites Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 auf das transparente Substrat 32 laminiert, wodurch das Wellenlängenumwandlungselement 30 mit einer einzelnen Platte laminiert wird.
  • Das transparente Substrat 32 ist ein optisches Substrat, auf dem ein Laminat des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials 34 und des zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterials 36 geträgert ist, und lässt das Laserlicht 20 durch. Ein Saphirsubstrat wird als das transparente Substrat 32 verwendet. In manchen Fällen kann ein Glassubstrat verwendet werden.
  • Das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 ist angrenzend an das transparente Substrat 32 angeordnet und ist die erste Komponente, die das Laserlicht 20 empfängt, das auf das transparente Substrat 32 fällt. Das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 ist auf dem ersten Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 gestapelt und empfängt das Laserlicht 20, das durch das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 hindurchgetreten ist.
  • Das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 und das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 enthalten jeweils ein fluoreszierendes Material, das durch das Laserlicht 20 angeregt wird, und die enthaltenen fluoreszierenden Materialien sind verschieden und sie weisen die folgende Beziehung abhängig von dem Unterschied bei den enthaltenen fluoreszierenden Materialien auf. Mit anderen Worten, die Emissionswellenlänge des zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterials 36 ist länger als die Emissionswellenlänge des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials 34 und die Emissionszeit des zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterials 36 ist länger als die Emissionszeit des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials 34.
  • Das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 enthält ein fluoreszierendes Material, das eine Fluoreszenz mit der Wellenlänge von gelb emittiert, das zu blau komplementär ist. Die Pyramidenzellen, welche die Farbe im menschlichen Auge erkennen, erkennen weißes Licht, wenn sie Licht mit einer gelben Wellenlänge erfassen, so dass das fluoreszierende Material, das eine Fluoreszenz mit einer gelben Wellenlänge emittiert, eine pseudo-weiße Fluoreszenz emittiert. Demgemäß wird eine weiße Fluoreszenz nachstehend als weißes Licht 44 bezeichnet, falls nichts Anderes angegeben ist. Ein Leuchtstoff auf YAG:Ce-Basis, der durch Licht mit einer blauen Wellenlänge von etwa 450 nm angeregt wird und gelbes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 550 nm emittiert, kann als das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 verwendet werden. Dies dient lediglich zur Veranschaulichung der Beschreibung und jedweder Leuchtstoff, der durch Licht angeregt wird, das von der Lichtquelleneinheit 14 emittiert wird, und der weißes Licht 44 emittiert, kann verwendet werden.
  • Das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 enthält ein fluoreszierendes Material, das eine Fluoreszenz mit einer Nahinfrarot-Wellenlänge emittiert, und die Emissionsdauer der Fluoreszenz nach dem Stoppen der Bestrahlung mit dem Laserlicht 20 ist länger als die Emissionsdauer des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials 34. Ein Leuchtstoff auf GSG (Ga, Sc, Ga)-Basis mit einer Zusammensetzung gemäß der Formel (1) wird als das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 verwendet.
    [Formel 1] ( Gd 1-x La x ) 3 ( Ga 1-y-z Sc y Cr z ) 2 Ga 3 O 12
    Figure DE102020203506A1_0001
  • Dabei liegen x, y und z vorzugsweise in dem Bereich, der durch die Formel (2) angegeben ist.
    [Formel 2] 0,1 ≤ x ≤ 0 ,6 0 ,4 ≤ y ≤ 0 ,8 0 ,001 ≤ z ≤ 0 ,1
    Figure DE102020203506A1_0002
  • Das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36, das die Zusammensetzung aufweist, die durch die Formel (1) dargestellt ist, emittiert eine Nahinfrarot-Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von etwa 770 nm bis etwa 820 nm als Peakwellenlänge λp beim Auswählen der Parameter, die durch die Formel (2) dargestellt sind. Nachstehend wird eine Nahinfrarot-Fluoreszenz als Nahinfrarot-Licht 46 bezeichnet, falls nichts Anderes angegeben ist. Durch das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 ist die Emissionsdauer des Nahinfrarot-Lichts 46 nach dem Stoppen der Bestrahlung mit dem Laserlicht 20 ausreichend länger als die Emissionsdauer des weißen Lichts 44 eines Leuchtstoffs auf YAG:Ce-Basis, welches das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 ist.
  • Wenn die Lichtquelleneinheit 14 in der Lichtquellenvorrichtung 15 intermittierend eingeschaltet wird, wird das Laserlicht 20 während des Einschaltzeitraums emittiert, so dass das Wellenlängenumwandlungselement 30 angeregt wird. Die 4 zeigt die Beziehung zwischen der Emissionszeit des weißen Lichts 44, das von dem ersten Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 emittiert wird, und der Emissionszeit des Nahinfrarot-Lichts 46, das von dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 emittiert wird, das festgestellt wird, wenn das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 und das zweite Wellenlängenumwandlungs-material 36 durch das Laserlicht 20 angeregt werden. In der 4 stellt die horizontale Achse die Zeit dar und die vertikale Achse stellt den EIN/AUS-Zustand des Anregungslichts 40 und die Lichtintensitäten des weißen Lichts 44 und des Nahinfrarot-Lichts 46 dar. Bezüglich EIN/AUS des Anregungslichts 40 bezieht sich EIN auf den eingeschalteten Zustand und AUS bezieht sich auf den Licht-aus-Zustand in dem Fall, bei dem die Laserlichtquelle 52 in der Lichtquelleneinheit 14 intermittierend eingeschaltet wird. Die Einheit der Lichtintensität ist willkürlich.
  • In der 4 ist die Zeit t1 die Zeit für das Anregungslicht 40 zum Umschalten von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand, und die Zeit t2 ist die Zeit für das Anregungslicht 40 zum Umschalten von dem EIN-Zustand in den AUS-Zustand. Der Zeitraum von der Zeit t1 zu der Zeit t2 ist ein Zeitraum, in dem das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 und das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 durch das Laserlicht 20 angeregt werden.
  • Wenn mit der Emission von weißen Licht 44 ab der Zeit t1 begonnen wird und die Lichtintensität des weißen Lichts 44 rasch zunimmt und einen Peak erreicht, behält das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 den Peak der Intensität des weißen Lichts 44 bis zu der Zeit t2 bei, bei der die Bestrahlung mit dem Anregungslicht 40 stoppt. Nach der Zeit t2 nimmt die Lichtintensität des weißen Lichts 44 im Zeitverlauf ab und bei der Zeit t3 wird im Wesentlichen kein Licht emittiert. Die Emissionszeit des weißen Lichts 44 ist der Zeitraum von der Zeit t1 zu der Zeit t3.
  • Das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 beginnt bei der Zeit t1 mit dem Emittieren des Nahinfrarot-Lichts 46 und die Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46 nimmt im Zeitverlauf zu, jedoch findet der Anstieg der Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46 verglichen mit dem Anstieg der Lichtintensität des weißen Lichts 44 nach und nach statt. Die Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46 erreicht einen Peak etwa bei der Zeit t2, bei der die Bestrahlung mit dem Anregungslicht 40 stoppt. Demgemäß wird, da die Bestrahlung mit dem Anregungslicht 40 etwa bei dem Peak stoppt, selbst nach dem Erreichen des Peaks das Nahinfrarot-Licht 46 nicht bei dem Peak aufrechterhalten, so dass die Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46 im Zeitverlauf abnimmt. Die Abnahme der Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46 weist einen viel stärker allmählichen Charakter auf als die Abnahme der Lichtintensität des weißen Lichts 44, und bei der Zeit t4, die viel später als die Zeit t3 ist, wird im Wesentlichen kein Licht emittiert. Die Emissionszeit des Nahinfrarot-Lichts 46 ist der Zeitraum von der Zeit t1 bis zu der Zeit t4.
  • Das gesamte Wellenlängenumwandlungselement 30, in dem das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 und das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 laminiert sind, liegt in dem Emissionszustand vor, in dem das weiße Licht 44 und das Nahinfrarot-Licht 46 gemischt sind. Wie es in der 4 gezeigt ist, liegt das gesamte Wellenlängenumwandlungselement 30 in dem Emissionszustand vor, in dem während des Zeitraums von der Zeit t1 zu der Zeit t2 die Lichtintensität des weißen Lichts 44 höher ist als die Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46, und der weiße Lichtzustand ist für menschliche Augen vorherrschend. Im Gegensatz dazu wird, da die Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46 unmittelbar nach der Zeit t2 höher wird als die Lichtintensität des weißen Lichts 44, der Nahinfrarot-Licht-Zustand vorherrschend. Mit anderen Worten, während des Zeitraums, in dem das Nahinfrarot-Licht 46 vorherrscht, liegt ein Zustand vor, in dem die Lichtintensität des weißen Lichts 44 in Bezug auf die Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46 vernachlässigbar ist, und ein Rauschen zwischen dem Nahinfrarot-Licht 46 und dem weißen Licht 44 wird unterdrückt. Zum Bewirken, dass die Lichtintensität des weißen Lichts 44 bezüglich der Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46 vernachlässigbar ist, beträgt abhängig von den Spezifikationen des S/N (Signal/Rausch)-Verhältnisses des Nahinfrarot-Lichts 46 zu dem weißen Licht 44 z.B. die Lichtintensität des weißen Lichts 44 50 % oder weniger, vorzugsweise 10 % oder weniger, in Bezug auf die Lichtintensität des Nahinfrarot-Lichts 46.
  • Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird der Leuchtstoff, der in dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 enthalten ist, durch das Laserlicht 20 angeregt und emittiert das Nahinfrarot-Licht 46. Alternativ wird, wie es in der 4 gezeigt ist, während des Zeitraums von der Zeit t1 bis zu der Zeit t3 der Leuchtstoff des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials 34 mit dem weißen Licht 44 bestrahlt, das durch den Leuchtstoff emittiert wird. Der Leuchtstoff des zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterials 36 wird auch durch diese Bestrahlung mit dem weißen Licht 44 angeregt. Unter dem Einfluss der Anregung durch das weiße Licht 44 wird die Emissionseffizienz des Nahinfrarot-Lichts 46 geringfügig vermindert, während die Emissionszeit länger ist als bei der Anregung durch das Laserlicht 20 allein.
  • Gemäß der vorstehenden Beschreibung weist das Wellenlängenumwandlungselement 30 einen Aufbau auf, bei dem das transparente Substrat 32, das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 und das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 in dieser Reihenfolge von der Seite, auf der das Laserlicht 20 einfällt, laminiert sind. Diese Reihenfolge des Laminierens stellt eine Struktur bereit, in der das Nahinfrarot-Licht 46, das von dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 emittiert wird, nicht durch das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 absorbiert wird. Wenn das transparente Substrat 32, das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 und das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 in dieser Reihenfolge von der Seite, auf der das Laserlicht 20 einfällt, laminiert sind, wird das Nahinfrarot-Licht 46, das von dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 emittiert wird, absorbiert, wenn es durch das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 hindurchtritt, so dass die Emissionseffizienz des Nahinfrarot-Lichts 46 abnimmt.
  • Sowohl die Emissionszeit des weißen Lichts 44 (t3 - t1) als auch die Emissionszeit des Nahinfrarot-Lichts 46 (t4 - t1) werden auf etwa einen Rahmen („frame“)-Zeitraum TF von Bilddaten in dem Endoskopsystem 50 eingestellt. Obwohl ein Rahmenzeitraum TF von Bilddaten in einem Bildgebungssystem, wie z.B. einer Hochgeschwindigkeitskamera, z.B. (1/60) s beträgt, kann er abhängig von den Spezifikationen in dem Endoskopsystem 50 (1/30) s oder (1/15) s betragen. Wenn die Zeit, ab der das Anregungslicht stoppt, bis zum Stoppen der Fluoreszenz die Nachleuchtzeit ist, betragen die Nachleuchtzeit des fluoreszierenden Materials, das in dem ersten Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 enthalten ist, und die Nachleuchtzeit des fluoreszierenden Materials, das in dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 enthalten ist, höchstens 1 s oder weniger, was sehr viel kürzer ist als die Emissionszeit oder Nachleuchtzeit des Leuchtmaterials, die mehrere Stunden beträgt.
  • Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist das Wellenlängenumwandlungselement 30 ein Plattenelement, in dem das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 und das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 laminiert sind. Alternativ kann ein Gemisch aus einem ersten Leuchtstoff, der bei der Anregung durch das Laserlicht 20 weißes Licht 44 emittiert, und einem zweiten Leuchtstoff, der Nahinfrarot-Licht 46 emittiert, zu einer Plattenform als das Wellenlängenumwandlungselement 30 geformt werden. Das Wellenlängenumwandlungselement 30 in der Form eines Laminats ist bezüglich der Form eines Gemischs in Bezug auf die Zusammenbaugenauigkeit der Lichtquellenvorrichtung 15 und der Beleuchtungsvorrichtung 10 verbessert. In Bezug auf die Kosten ist jedoch die Verwendung des Gemischs verglichen mit der Verwendung des Laminats bevorzugt.
  • Die 5 ist ein Aufbaudiagramm des Endoskopsystems 50, das die Beleuchtungsvorrichtung 10 umfasst, bei der die Wellenlängenumwandlungseinheit 16 verwendet wird. In dem Endoskopsystem 50 werden das weiße Licht 44 und das Nahinfrarot-Licht 46, die von der Beleuchtungsvorrichtung 10 emittiert werden, durch die Lichtleitfaser 56 auf einen Gegenstand 8 eingestrahlt. In diesem System wird Licht, das von der Form oder dergleichen des bestrahlten Gegenstands 8 abhängt, mittels der Lichtleitfaser 56 zu der Bildgebungsvorrichtung 60 zurückgeführt und mittels der Bildumwandlungseinheit 62 auf der Anzeige 64 gezeigt.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung 10 umfasst eine Laserlichtquelle 52 und ein Kondensorlinsensystem 54 als Lichtquelleneinheit 14. Durch die Steuerung mittels einer Steuereinheit (nicht gezeigt) flimmert die Laserlichtquelle 52 für jeden vorgegebenen Rahmenzeitraum TF, und emittiert das blaue Laserlicht 20 als Anregungslicht 40 in den Einschaltzeiträumen. Bei den Einschaltzeiträumen handelt es sich um einen EIN-Zeitraum des Anregungslichts 40 in der 4 (von der Zeit t1 bis zu der Zeit t2). Das Laserlicht 20 wird durch das Kondensorlinsensystem 54 fokussiert und tritt über den Lichtleiter 24 der Wellenlängenumwandlungseinheit 16 in das Wellenlängenumwandlungselement 30 ein. Wie es in Bezug auf die 3 beschrieben ist, ist ein Abschnitt, in dem der Lichtleiter 24 weggelassen ist und die Lichtquelleneinheit 14 und das Wellenlängenumwandlungselement 30 einbezogen sind, die Lichtquellenvorrichtung 15. Das weiße Licht 44 und das Nahinfrarot-Licht 46 werden von der Wellenlängenumwandlungseinheit 16 in der Emissionsbeziehung, die in Bezug auf die 4 beschrieben ist, emittiert, und werden auf den Gegenstand 8 eingestrahlt. Der Gegenstand 8 ist ein lebender Körper.
  • Das weiße Licht 45 und das Nahinfrarot-Licht 47, die dem weißen Licht 44 und dem Nahinfrarot-Licht 46 entsprechen, werden von dem bestrahlten Gegenstand 8 zu der Lichtleitfaser 56 geleitet.
  • Die Bildgebungsvorrichtung 60 umfasst vier Arten von Bildgebungselementen, die durch R, G, B und IR in der 5 dargestellt sind. Das Bildgebungselement, das durch R dargestellt ist, erfasst rotes Licht, das Bildgebungselement, das durch G dargestellt ist, erfasst grünes Licht, das Bildgebungselement, das durch B dargestellt ist, erfasst blaues Licht, und das Bildgebungselement, das durch IR dargestellt ist, erfasst Nahinfrarot-Licht. Die Intensitäten von vier Arten von Licht, die durch die vier Arten von Bildgebungselementen erfasst werden, werden zu der Bildumwandlungseinheit 62 übertragen, werden einer geeigneten Bildsignalverarbeitung unterzogen, werden als Bilddaten, welche die Form oder dergleichen des Gegenstands 8 angeben, zu der Anzeige 64 übertragen und als Bild angezeigt. Die Bilddaten werden für jeden Rahmenzeitraum TF übertragen.
  • Die Bildumwandlungseinheit 62 kann die Form oder dergleichen, die durch das Bildgebungselement, das durch IR dargestellt ist, erfasst worden ist, zu der Anzeige 64 als Bilddaten mit einer speziellen Färbung übertragen. Beispielsweise wenn eine wässrige Indocyaningrün (ICG)-Lösung in ein Blutgefäß eines lebenden Körpers injiziert wird, welcher der Gegenstand 8 ist, und mit dem Nahinfrarot-Licht 46 bestrahlt wird, wird der Energiezustand des ICG erhöht und Nahinfrarot-Licht 47 mit einer Wellenlänge, die geringfügig länger ist als diejenige des abstrahlten Nahinfrarot-Lichts 46, wird emittiert. Dies kann zum Untersuchen des Zustands der Lymphdrüsen und dergleichen verwendet werden. Auf der Anzeige 64, die in der 5 gezeigt ist, sind bezüglich des lebenden Körpers, welcher der Gegenstand 8 ist, die geformten Teile der Lymphdrüsen auf der Basis des Nahinfrarot-Lichts 47 durch den gefärbten Abschnitt 68 zusammen mit der Form 66 von inneren Organen und dergleichen auf der Basis des weißen Lichts 45 dargestellt.
  • Die 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem zeitlichen Ablauf der Erfassung durch jede der vier Arten von Bildgebungselementen in der Bildgebungsvorrichtung 60 und dem zeitlichen Ablauf der Bestrahlung durch die Beleuchtungsvorrichtung 10 in dem Endoskopsystem 50 zeigt. In der 6 stellt die horizontale Achse die Zeit dar und die Zeitachse stellt den Rahmenzeitraum TF dar. Die vertikale Achse stellt von oben nach unten in der Zeichnung den zeitlichen Ablauf der Erfassung durch das Bildgebungselement, den zeitlichen Ablauf der Bestrahlung durch die Beleuchtungsvorrichtung 10 und die Lichtintensitäten des weißen Lichts 44 und des Nahinfrarot-Lichts 46, die von der Wellenlängenumwandlungseinheit 16 emittiert werden, dar. Das unten angegebene Eigenschaftsdiagramm ist mit demjenigen in der 4 identisch.
  • In der Bildgebungsvorrichtung 60 arbeiten während des Rahmenzeitraums TF von den vier Arten von Bildgebungselementen das Bildgebungselement, das durch R dargestellt ist, das Bildgebungselement, das durch G dargestellt ist, das Bildgebungselement, das durch B dargestellt ist, und dann das Bildgebungselement, das durch IR dargestellt ist, in dieser Reihenfolge und rotes Licht, grünes Licht, blaues Licht und dann Nahinfrarot-Licht werden in dieser Reihenfolge im zeitlichen Ablauf erfasst. Entsprechend emittiert die Beleuchtungsvorrichtung 10 das weiße Licht 44 während des Betriebszeitraums des Bildgebungselements, das durch R dargestellt ist, des Betriebszeitraums des Bildgebungselements, das durch G dargestellt ist, und des Betriebszeitraums des Bildgebungselements, das durch B dargestellt ist, in der Bildgebungsvorrichtung 60. Ferner emittiert die Beleuchtungsvorrichtung 10 Nahinfrarot-Licht 46 während des Betriebszeitraums des Bildgebungselements, das durch IR dargestellt ist, in der Bildgebungsvorrichtung 60.
  • Im Stand der Technik wird ein komplexer Aufbau für eine Zeitteilungsbestrahlung derart verwendet, dass die Bestrahlung mit Nahinfrarot-Licht 46 nach einer Bestrahlung mit weißem Licht 44 durchgeführt wird. Im Gegensatz dazu wird in der Beleuchtungsvorrichtung 10 die Wellenlängenumwandlungseinheit 16, die das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 34, das weißes Licht 44 emittiert, und das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial 36, das Nahinfrarot-Licht 46 emittiert, umfasst, derart verwendet, dass das Anregungslicht 40 von einer Laserlichtquelle 52 der Wellenlängenumwandlungseinheit 16 zugeführt wird. Dabei wird, um zu bewirken, dass die Emissionszeit des Nahinfrarot-Lichts 46, das von dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 emittiert wird, länger ist als die Emissionszeit des weißen Lichts 44, das von dem ersten Wellenlängenumwandlungsmaterial 34 emittiert wird, der Leuchtstoff in der Zusammensetzung, die durch (1) dargestellt ist, in dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial 36 verwendet. Dadurch liegen ein Zeitraum, in dem das weiße Licht 44 vorherrscht, und ein Zeitraum, in dem das Nahinfrarot-Licht 46 vorherrscht, vor. In der Beleuchtungsvorrichtung 10 wird der Zeitraum von der Zeit t1 zu der Zeit t2, in dem das weiße Licht 44 vorherrscht, dem Zeitraum während des Betriebszeitraums des Bildgebungselements, das durch R dargestellt ist, des Betriebszeitraums des Bildgebungselements, das durch G dargestellt ist, und des Betriebszeitraums des Bildgebungselements, das durch B dargestellt ist; in der Bildgebungsvorrichtung 60 zugeordnet. Folglich wird der Zeitraum von unmittelbar nach der Zeit t2 zu der Endzeit tFE des Rahmenzeitraums TF ein Zeitraum, in dem das Nahinfrarot-Licht 46 vorherrscht. Das Bildgebungselement, das durch IR in der Bildgebungsvorrichtung 60 dargestellt ist, arbeitet in einem Zeitraum, in dem das Nahinfrarot-Licht 46 vorherrscht.
  • Gemäß dem vorstehenden Aufbau wird die Emissionszeit als eine Materialeigenschaft des Leuchtstoffs unter Verwendung eines Leuchtstoffs mit einer geeigneten Zusammensetzung eingestellt, wodurch ein Zeitraum, in dem das weiße Licht 44 vorherrscht, und ein Zeitraum, in dem das Nahinfrarot-Licht 46 vorherrscht, vorliegen. Somit kann in dem Wellenlängenumwandlungselement 30, der Lichtquellenvorrichtung 15 und der Beleuchtungsvorrichtung 10 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ein Rauschen zwischen Lichtarten mit einer Mehrzahl von Wellenlängen mit einem billigen und sehr zuverlässigen Aufbau unterdrückt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • JP 2006117857 A [0005, 0006]
    • JP 6059406 B [0007]
    • JP 5543760 B [0008]

Claims (7)

  1. Wellenlängenumwandlungselement, umfassend: ein erstes Wellenlängenumwandlungsmaterial; und ein zweites Wellenlängenumwandlungsmaterial, wobei eine Emissionswellenlänge des zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterials länger ist als eine Emissionswellenlänge des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials, und in dem zweiten Wellenlängenumwandlungsmaterial die Zeit, ab der das Anregungslicht stoppt, bis zum Stoppen der Fluoreszenz eine Nachleuchtzeit ist, und die Nachleuchtzeit länger als die Emissionszeit des ersten Wellenlängenumwandlungsmaterials ist und 1 s oder weniger beträgt.
  2. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 1, wobei das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial und das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial in einer laminierten Struktur vorliegen.
  3. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 1, wobei das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial und das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial in einem Gemisch vorliegen.
  4. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 1, wobei das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial auch durch eine Emission durch das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial angeregt wird.
  5. Lichtquellenvorrichtung, umfassend: das Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und eine Lichtquelleneinheit.
  6. Lichtquellenvorrichtung nach Anspruch 5, wobei, wenn die Lichtquelleneinheit intermittierend eingeschalten wird, ein Zustand vorliegt, bei dem die Lichtintensität der Emission durch das erste Wellenlängenumwandlungsmaterial 50 % oder weniger der Lichtintensität der Emission durch das zweite Wellenlängenumwandlungsmaterial beträgt.
  7. Beleuchtungsvorrichtung, umfassend: das Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4; eine Lichtquelleneinheit; und einen Lichtleiter, der zwischen dem Wellenlängenumwandlungselement und der Lichtquelleneinheit bereitgestellt ist.
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