JP2024002600A - 内視鏡用照明装置及び内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の色むらを抑えること。
【解決手段】内視鏡用照明装置は、励起光を発する発光素子と、励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、を含み、励起光と蛍光とが混合する照明光を放射する光源部と、光源部より入射された照明光を射出する射出面を有する配光レンズと、を備える。射出面は、射出面内の異なる領域に形成された第１の射出面と第２の射出面を含む。この内視鏡用照明装置は、光源部より同じ角度で放射されて配光レンズに入射された励起光、蛍光が、それぞれ、第１の射出面又は第２の射出面から略同じ方向に射出されるように、発光素子の厚さと蛍光体の厚さが規定される。
【選択図】図５

Description

本発明は、内視鏡用照明装置及び内視鏡に関する。

ライトガイドファイバを備えない内視鏡が知られている。例えば特許文献１に、この種の内視鏡の具体的構成が記載されている。

特許文献１に記載の内視鏡は、体腔内を照明する光源チップを挿入管の先端部に備える。光源装置から供給される照明光を挿入管の先端部に導光する必要がないため、ライトガイドファイバが不要となっている。

この種の内視鏡に備えられる光源チップは、例えば、青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）と蛍光体（青色光で励起されて黄色光を発する蛍光体等）を有する。光源チップは、青色光と黄色光とを混合させることによって作り出された白色光を照射する。

特開２０１９－１３６２４８号公報

例えば大腸用内視鏡では、大腸のヒダの裏側まで撮影可能な性能が求められる。そのためには、光源チップからの照明光を広い範囲に配光できる配光レンズが必要である。しかし、光源チップから発せられる、波長の異なる複数の光（例えば青色光と黄色光）を含む照明光を広い範囲に配光できるように配光レンズを設計すると、照明光の色むらが大きくなり、撮影画像の色むらが大きくなる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、照明光の色むらを抑えることができる内視鏡用照明装置及びこのような内視鏡用照明装置を備える内視鏡を提供することである。

本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明装置は、励起光を発する発光素子と、励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、を含み、励起光と蛍光とが混合する照明光を放射する光源部と、光源部より入射された照明光を射出する射出面を有する配光レンズと、を備える。射出面は、射出面内の異なる領域に形成された第１の射出面と第２の射出面を含む。この内視鏡用照明装置は、光源部より同じ角度で放射されて配光レンズに入射された励起光、蛍光が、それぞれ、第１の射出面又は第２の射出面から略同じ方向に射出されるように、発光素子の厚さと蛍光体の厚さが規定される。

本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明装置は、光源部が設置される設置面を有する支持体を備える構成としてもよい。この場合、光源部は、蛍光体が発光素子を覆う構成となっている。発光素子の厚さは、設置面と接触する、発光素子の第１面から、発光素子の第１面と反対側に位置し且つ配光レンズと対向する、発光素子の第２面までの厚さである。蛍光体の厚さは、設置面と接触する、蛍光体の第１面から、蛍光体の第１面と反対側に位置し且つ配光レンズと対向する、蛍光体の第２面までの厚さである。発光素子の厚さをＤ１とし、蛍光体の厚さをＤ２としたとき、本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明装置は、次式
Ｄ２／Ｄ１≦３．５
を満たす構成としてもよい。

本発明の一実施形態において、支持体、光源部が順に並ぶ方向を前方向とし、前方向と直交する方向を側方向としたとき、第１の射出面は、例えば、光源部の前方向に位置し、第２の射出面は、例えば、光源部の側方向に位置する。射出面は、例えば、第１の射出面と第２の射出面とを接続する接続面を含む。

第１の射出面と第２の射出面とを接続する接続面は、例えば曲面で形成される。

本発明の一実施形態において、前方向と反対側の方向を後方向としたとき、第２の射出面は、光源部の後方向まで延びて形成されてもよい。

本発明の一実施形態において、配光レンズは、例えば、第２面と対向する入射面を有し、入射面に入射された照明光を射出面から射出し、照明光の配光角を拡げるための凹状の曲面が入射面に形成される。

配光レンズの入射面に形成された凹状の曲面は、例えば、曲率半径の異なる複数の曲面を含む。

上記の複数の曲面のうち、接続面に最も近くに形成された第１曲面の曲率中心と、光源部の中心位置と、の前方向における距離をＺとしたとき、本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明装置は、次式
Ｚ／Ｄ２≧０．１
を満たす構成としてもよい。

上記において、第１曲面は、例えば、接続面をなす曲面の中心位置と光源部の中心位置とを結ぶ線分と交差する位置に形成される。

配光レンズは、環状に形成され、接続面をなす曲面の曲率半径をＲｅとし、第１曲面の曲率半径をＲ１としたとき、
環状に形成された配光レンズの少なくとも一部の角度範囲において、本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明装置は、次式
Ｒｅ／Ｒ１≦１．６
を満たす構成としてもよい。

例えば、上記の少なくとも一部の角度範囲において、上記接続面をなす曲面が光源部の前方向に位置する。

本発明の一実施形態において、照明光の配光角は、例えば１８０°以上である。

光源部より放射される照明光は、例えば白色光である。

本発明の一実施形態に係る内視鏡は、挿入管と、挿入管の先端部に設けられた撮像部と、撮像部の周囲に設けられた、上記の内視鏡用照明装置と、を備える。配光レンズは、撮像部を取り囲うように環状に形成される。光源部は、撮像部の周囲に間隔を空けて複数配置される。

本発明の一実施形態によれば、照明光の色むらを抑えることができる内視鏡用照明装置及びこのような内視鏡用照明装置を備える内視鏡が提供される。

本発明の一実施形態に係る内視鏡の外観図である。 本発明の一実施形態に係る内視鏡の先端部の外観斜視図である。 図２Ａの矢印Ｂに対応する矢視図である。 本発明の一実施形態に係る内視鏡の先端部の内部構造を示す図である。 本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明装置の各要素を説明するための、内視鏡の先端部の模式的な内部構造図である。 図４の一部を拡大して示す拡大図である。 照明光の色むらを定量化するための照明モデルを示す図である。 配光角と指標値との関係を示す図である。 図２ＢのＹ１－Ｙ１線断面に含まれる配光キャップ及び光源チップの断面を示す図である。 図２ＢのＸ１－Ｘ１線断面に含まれる配光キャップ及び光源チップの断面を示す図である。 数値実施例１～４における色むら評価値と式（１）との関係を示すグラフである。 数値実施例５～４４における色むら評価値と式（２）との関係を示すグラフである。 数値実施例４５～５６における色むら評価値と式（３）との関係を示すグラフである。 青色ＬＥＤと黄色蛍光体の配光特性を示す図である。 配光キャップから射出される際の、青色光と黄色光の光線角度を示す図である。 配光キャップから射出される際の、青色光と黄色光の光線角度を示す図である。 配光キャップから射出される際の、青色光と黄色光の光線角度を示す図である。 照明光の色むらを示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る内視鏡用照明装置及び内視鏡について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡１の外観図である。図１に示されるように、内視鏡１は、挿入管２、操作部３、ユニバーサルチューブ４及びコネクタ部５を備える。

挿入管２は、体腔内に挿入される部分であり、軟性部２０、湾曲部２１及び先端部２２を含む。先端部２２は、軟性部２０の先端に湾曲部２１を介して連結される。軟性部２０の基端は、円筒形の連結部２３を介して操作部３に連結される。

ユニバーサルチューブ４は、一端が操作部３に連結され、挿入管２と異なる向きに延びて形成される。コネクタ部５は、ユニバーサルチューブ４の他端に連結される。

術者が把持する操作部３には、各種操作を行うための操作部材が設けられる。操作部３は、操作部材として、湾曲操作ノブ３０、複数の操作ボタン３１等を含む。

湾曲操作ノブ３０は、連結部２３及び軟性部２０の内部に通されたワイヤ（図示せず）により湾曲部２１に連結される。湾曲部２１は、湾曲操作ノブ３０の操作により軸断面内で互いに直交する２方向に湾曲する。これにより、体腔内に挿入された先端部２２の向きが変わる。

図２Ａは、先端部２２の外観斜視図である。図２Ｂは、図２Ａの矢印Ｂに対応する矢視図である。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、対物レンズ２５の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向と直交し互いに直交する２方向をそれぞれＸ、Ｙ方向とする。

図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、先端部２２は、楕円状に形成されており、先端が略円錐状に突出する。

図３は、先端部２２の内部構造を示す図である。図３に示される断面は、先端部２２のＹＺ断面である。

先端部２２に、体腔内を撮像する撮像部が設けられる。撮像部は、撮像素子６及び対物レンズ２５を含む。

撮像素子６は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等である。また、対物レンズ２５は、広角レンズである。

撮像素子６及び対物レンズ２５を含む撮像部は、１８０°（±９０°）以上の視野角での撮像が可能となるように構成される。図３中、２点鎖線は、撮像部の撮像視野を示す。

本実施形態に係る内視鏡用照明装置は、撮像部の周囲に設けられており、配光キャップ２６及び光源チップ２７を含む。

配光キャップ２６は、光源部より入射された照明光を射出する射出面を有する配光レンズの一例である。配光キャップ２６は、キャップ状レンズ部２６ａと筒状レンズ部２６ｂを含む。

キャップ状レンズ部２６ａは、先端部２２の先端を塞ぐキャップ状に形成され、また、撮像部を取り囲うように環状に形成される。

附言するに、配光キャップ２６は、キャップ状レンズ部２６ａが対物レンズ２５の周縁部から先端部２２の径方向外方に広がり、曲面に形成された部分（後述）を経て、先端部２２の側壁の一部をなす筒状レンズ部２６ｂに連続する形状となっている。

先端部２２内に、撮像部を取り囲う環状の基板２８が設けられる。基板２８の上面２８ａには、光源チップ２７が撮像部の周囲に間隔を空けて複数配置される。図２Ｂでは、一例として、７個の光源チップ２７が配置される。

光源チップ２７は、光源部の一例である。基板２８は、光源部が設置される設置面（上面２８ａ）を有する支持体の一例である。

光源チップ２７より放射された照明光は、配光キャップ２６を介して外部へ射出されて、撮像部の撮像視野を照明する。

広い撮像視野を照明するため、配光キャップ２６は、光源チップ２７からの照明光を広い範囲に配光できるように設計されている。図３中、破線は、配光キャップ２６による配光範囲を示す。配光キャップ２６による照明光の配光角は、例えば１８０°（±９０°）以上である。

光源チップ２７は、励起光を発する発光素子と、励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、を含む。光源チップ２７は、蛍光体が発光素子を覆う構成となっており、励起光と蛍光とが混合する照明光を放射する。

本実施形態において、発光素子は、青色光を発する青色ＬＥＤ（後述する図４の符号２７ｂ参照）である。蛍光体は、青色光で励起されて黄色光を発する黄色蛍光体（後述する図４の符号２７ｙ参照）である。光源チップ２７は、青色光と黄色光とを混合させることによって作り出された白色光を放射する。

白色光を放射する光源チップ２７の構成は上記のものに限らない。光源チップ２７は、青色ＬＥＤ、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含む構成としてもよく、また、紫外ＬＥＤ、青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を含む構成としてもよい。

図１２は、青色ＬＥＤと黄色蛍光体の配光特性を示す図である。図１２中、符号Ｉｂは、青色ＬＥＤの配光特性を示し、符号Ｉｙは、黄色蛍光体の配光特性を示す。

青色ＬＥＤと黄色蛍光体の配光特性は、何れも、発光面から角度θで射出される光の強度が垂直に射出される光の強度のＣＯＳθ倍となる特性、すなわち、ランバート配光となる。

球体の中心に光源チップ２７を配置し且つ光源チップ２７から十分に距離の離れた球体の内面を光源チップ２７で照明する場合を考える。

この場合、配光角０°方向にある球体上の点は、青色ＬＥＤから配光角０°で射出された強度Ｉｂ＿０の光と、黄色蛍光体から配光角０°で射出された強度Ｉｙ＿０の光で照明される。配光角０°方向にある球体上の点を照明する照明光が白色となるように、光の強度比Ｉｂ＿０／Ｉｙ＿０が設定される。

また、配光角θ方向にある球体上の点は、青色ＬＥＤから配光角θで射出された強度Ｉｂ＿θの光と、黄色蛍光体から配光角θで射出された強度Ｉｙ＿θの光で照明される。配光角θ方向にある球体上の点を照明する照明光が白色となるように、光の強度比Ｉｂ＿θ／Ｉｙ＿θが設定される。

すなわち、光源チップ２７は、広い範囲を白色光で照明できるように、強度比Ｉｂ＿０／Ｉｙ＿０と強度比Ｉｂ＿θ／Ｉｙ＿θとが略一致する特性に設定される。

図１３Ａ～図１３Ｃは、配光キャップ２６と光源チップ２７との位置関係を示す模式図である。図１３Ａ～図１３Ｃに示されるように、光源チップ２７は、青色ＬＥＤ２７ｂと黄色蛍光体２７ｙを含む。青色ＬＥＤ２７ｂより放射される青色光を「青色光Ｌｂ」と記し、黄色蛍光体２７ｙより放射される黄色光を「黄色光Ｌｙ」と記す。

図１３Ａ～図１３Ｃに示されるように、青色ＬＥＤ２７ｂより放射される各角度の青色光Ｌｂ及び黄色蛍光体２７ｙより放射される各角度の黄色光Ｌｙは、配光キャップ２６に入射され、配光キャップ２６の射出面より外部へ射出される。

図１３Ａには、青色ＬＥＤ２７ｂ、黄色蛍光体２７ｙの発光面に対して垂直に近い角度で放射される青色光Ｌｂ、黄色光Ｌｙを示す。このような青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙは、配光キャップ２６の、略同じ位置を通る。そのため、青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙは、配光キャップ２６から射出される際の光線角度が略同じになり、被照射面上の略同じ領域を照明する。従って、強度比Ｉｂ＿θ／Ｉｙ＿θが強度比Ｉｂ＿０／Ｉｙ＿０に近い値となり、被照明面がほぼ白色で照明される。

図１３Ｂには、青色ＬＥＤ２７ｂ、黄色蛍光体２７ｙの発光面に対して垂直に近くない角度（例えば４５°）で放射される青色光Ｌｂ、黄色光Ｌｙを示す。このような青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙは、配光キャップ２６の、比較的離れた位置を通る。そのため、青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙは、配光キャップ２６から射出される際の光線角度が大きく異なり、被照射面上の異なる領域を照明する。青色光Ｌｂが到達する被照射面上の領域は、青みを帯びた色で照明され、また、黄色光Ｌｙが到達する被照射面上の領域は、黄みを帯びた色で照明される。

すなわち、図１３Ｂの場合、照明光の色むらが大きいため、撮影画像に色むらが生じる。

図１３Ｃには、青色ＬＥＤ２７ｂ、黄色蛍光体２７ｙの発光面に対して互いに異なる角度で放射された青色光Ｌｂ、黄色光Ｌｙ（配光角θで射出された青色光Ｌｂと、配光角θ’で射出された黄色光Ｌｙ）を示す。

図１３Ｃに示されるように、互いに異なる配光角で射出された青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙのなかには、配光キャップ２６から射出される際の光線角度が略同じになり、被照射面上の略同じ領域を照明するものもある。但し、強度比がＩｂ＿θ／Ｉｙ＿θ’となり、Ｉｂ＿０／Ｉｙ＿０と異なる。そのため、被照射面上の領域は、青みを帯びた色又は黄みを帯びた色で照明される。

配光キャップ２６の入射面や射出面の形状によっては、配光キャップ２６を透過後の青色光Ｌｂと黄色蛍光体２７ｙとの光線角度の差が増加して色むらが大きくなったり、光線角度の差が減少して色むらが小さくなったりする。また、照明光の配光角を１８０°以上にするために、図１３Ａ～図１３Ｃに示されるように、配光キャップ２６の入射面や射出面を複雑な形状にすると、配光キャップ２６を透過後の青色光Ｌｂ、黄色蛍光体２７ｙの光線角度がそれぞれ複雑に変化する。そのため、照明光の色むらが発生しやすい。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、青色ＬＥＤ２７ｂの発光位置と黄色蛍光体２７ｙの発光位置とが高さ方向にずれていることが、照明光に色むらを生じさせる要因の１つであるとの知見を得た。

そこで、本実施形態では、青色ＬＥＤ２７ｂの発光位置と黄色蛍光体２７ｙの発光位置を適切に設定（言い換えると、青色ＬＥＤ２７ｂの厚さと黄色蛍光体２７ｙの厚さを適切に規定）することにより、被照射面内の広い範囲で、色むらが生じにくいようにした。

具体的には、本実施形態に係る内視鏡用照明装置は、光源チップ２７より同じ角度で放射されて配光キャップ２６に入射された青色光Ｌｂ、黄色光Ｌｙが、それぞれ、第１の射出面（一例として、キャップ状レンズ部２６ａの射出面１２６ａ）又は第２の射出面（一例として、筒状レンズ部２６ｂの射出面１２６ｂ）から略同じ方向に射出されるように、青色ＬＥＤ２７ｂの厚さと黄色蛍光体２７ｙの厚さを規定した構成となっている。

図１４は、照明光の色むらを示す図である。図１４中、符号Ｃは、内視鏡の先端部から一定距離離れた球体の内面を撮像した場合の画像例を示す。図１４中、符号Ｅ１は、従来の内視鏡で撮像された画像例Ｃの線ＤにおけるＲＧＢの強度分布を示す。図１４中、符号Ｅ２は、本実施形態に係る内視鏡１で撮像された画像例Ｃの線ＤにおけるＲＧＢの強度分布を示す。

強度分布Ｅ１とＥ２とを比較すると判るように、本実施形態に係る内視鏡１では、撮影画像の色むらが従来と比べて抑えられる。

図４は、本実施形態に係る内視鏡用照明装置の各要素を説明するための、先端部２２の模式的な内部構造図である。図５は、図４の一部を拡大して示す拡大図である。

符号Ｄ１は、青色ＬＥＤ２７ｂの厚さを示す。青色ＬＥＤ２７ｂの厚さＤ１は、基板２８の上面２８ａと接触する、青色ＬＥＤ２７ｂの底面（発光素子の第１面の一例）から、当該底面と反対側に位置し且つ配光キャップ２６と対向する、青色ＬＥＤ２７ｂの発光面（発光素子の第２面の一例）までの厚さである。

符号Ｄ２は、黄色蛍光体２７ｙの厚さを示す。黄色蛍光体２７ｙの厚さＤ２は、基板２８の上面２８ａと接触する、黄色蛍光体２７ｙの底面（蛍光体の第１面の一例）から、当該底面と反対側に位置し且つ配光キャップ２６と対向する、黄色蛍光体２７ｙの発光面（蛍光体の第２面の一例）までの厚さである。

配光キャップ２６の内面は、青色光Ｌｂ及び黄色光Ｌｙが入射される入射面である。図４及び図５に示されるように、配光キャップ２６の入射面は、断面視において、凹状の曲面部２２６ａと、筒状レンズ部２６ｂの射出面１２６ｂと平行な内周部２２６ｂを含む。

配光キャップ２６の入射面（少なくとも曲面部２２６ａ）は、青色ＬＥＤ２７ｂ及び黄色蛍光体２７ｙの発光面と対向して位置する。曲面部２２６ａは、照明光の配光角を拡げるため、凹状に形成される。

曲面部２２６ａは、曲率半径の異なる複数の曲面を含む。曲面部２２６ａは、環状に形成された配光キャップ２６の一部の角度範囲で２つの曲面よりなり、他の角度範囲で３つの曲面よりなる。

図４及び図５に示されるように、内周部２２６ｂと接続される第１曲面は、曲率半径Ｒ１で形成され、且つ符号Ａ１で示される角度範囲に形成される。第１曲面と接続される第２曲面は、曲率半径Ｒ２で形成され、且つ符号Ａ２で示される角度範囲に形成される。第２曲面と接続される第３曲面は、曲率半径Ｒ３で形成され、且つ符号Ａ３で示される角度範囲に形成される。図５に示されるように、便宜上、第１曲面、第２曲面、第３曲面のそれぞれに、符号ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３を付す。

図４及び図５では、曲面部２２６ａが３つの曲面よりなる形状を示す。曲面部２２６ａが２つの曲面よりなる形状の場合、第１曲面ＣＳ１が角度範囲Ａ１に形成され、第２曲面ＣＳ２が角度範囲Ａ２及びＡ３に形成される。

配光キャップ２６の外面は、入射面に入射された青色光Ｌｂ及び黄色光Ｌｙが射出される射出面である。配光キャップ２６は、射出面内の異なる領域に形成された第１の射出面と第２の射出面を含む。より詳細には、配光キャップ２６の射出面は、キャップ状レンズ部２６ａの射出面１２６ａ、筒状レンズ部２６ｂの射出面１２６ｂ、射出面１２６ａと射出面１２６ｂとを接続する射出面１２６ｃ（接続面の一例）を含む。

筒状レンズ部２６ｂの射出面１２６ｂは、Ｚ方向に延びて形成される。これに対し、キャップ状レンズ部２６ａの射出面１２６ａは、Ｚ方向に対して角度をなして形成される。図４及び図５中、符号Ａｅは、射出面１２６ａと射出面１２６ｂとがなす角度を示す。

射出面１２６ｃは、曲率半径Ｒｅの曲面で形成される。

基板２８、光源チップ２７が順に並ぶ方向を前方向（図４中、上方向で且つＺ方向）とし、前方向と直交する方向を側方向（図４中、横方向で且つＹ方向）としたとき、第１の射出面の一例である射出面１２６ａは、光源チップ２７の前方向に位置し、第２の射出面の一例である射出面１２６ｂは、光源チップ２７の側方向に位置する。

上記前方向と反対側の方向を後方向（図４中、下方向で且つＺ方向）としたとき、第２の射出面の一例である射出面１２６ｂは、光源チップ２７の後方向まで延びて形成される。

図４及び図５中、線分ＬＳは、射出面１２６ｃの中心位置と光源チップ２７の中心位置とを結ぶ。第１曲面ＣＳ１は、線分ＬＳと交差する位置に形成される。附言するに、第１曲面ＣＳ１は、曲面部２２６ａをなす複数の曲面のうち、接続面の一例である射出面１２６ｃに最も近くに形成される。

図４及び図５中、距離Ｙ１は、配光キャップ２６の中心軸（対物レンズ２５の光軸と一致）から、筒状レンズ部２６ｂの射出面１２６ｂまでの、Ｙ方向の距離を示す。

図４及び図５中、距離Ｙ２は、配光キャップ２６の中心軸から、配光キャップ２６の内周部２２６ｂまでの、Ｙ方向の距離を示す。

図４及び図５中、距離Ｙ３は、配光キャップ２６の中心軸から、光源チップ２７の中心位置までの、Ｙ方向の距離を示す。

図４及び図５中、距離Ｚ１は、光源チップ２７の底面（言い換えると、青色ＬＥＤ２７ｂの底面又は黄色蛍光体２７ｙの底面若しくは基板２８の上面２８ａ）から、配光キャップ２６の先端面までの、Ｚ方向の距離を示す。

図４及び図５中、距離Ｚ２は、光源チップ２７の底面から、曲面部２２６ａと内周部２２６ｂとの境界位置までの、Ｚ方向の距離を示す。

図４及び図５中、距離Ｚ３は、光源チップ２７の底面から、射出面１２６ｂと射出面１２６ｃとの境界位置までの、Ｚ方向の距離を示す。

図４及び図５中、距離Ｚ４は、光源チップ２７の底面から、光源チップ２７の中心位置までの、Ｚ方向の距離を示す。

照明光の色むらの定量化について説明する。図６は、照明光の色むらを定量化するための照明モデルを示す。図６に示される照明モデルでは、球体の中心に先端部２２が配置され、先端部２２から十分に距離の離れた球体の内面が照明光で照明される。この照明モデルでは、Ｚ軸方向を０°とし、Ｙ軸方向を９０°とする。

球面上のある角度位置に入射される青色光Ｌｂの光量をＢとし、これと同じ角度位置に入射される黄色光Ｌｙの光量をＹとしたとき、光量Ｂ／光量Ｙは、上記角度位置における青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙとの光量比を示す。光量Ｂ／光量Ｙは、波長が互いに異なる青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙとを混合した照明光の色味を示す指標値となる。以下、この指標値を「指標値Ｉ」と記す。

指標値Ｉは、角度位置に応じて変化する。これは、被照射面上で照明光の色むらが生じていることを示す。指標値Ｉ（すなわち光量Ｂ／光量Ｙ）が大きいほど、照明光が青みを帯びる。指標値Ｉが小さいほど、照明光が黄みを帯びる。

図７は、角度位置（言い換えると、配光角（°））と指標値Ｉとの関係を示す。図７中、縦軸は、指標値Ｉを示し、横軸は、配光角（°）を示す。図７の例では、配光角０°（Ｚ軸上の位置）の指標値Ｉを１に規格化する。内視鏡用照明装置がなす照明光学系は、配光角０°の軸に対して概ね回転対称である。そのため、図７では、プラスの配光角の指標値Ｉのみを示す。

図７中、実線は、配光角０°から１２４°までを４°ピッチでつないだものであり、破線は、この実線を２次式で近似したものである。

近似線（破線）に対する実線の偏差のＰＶ（Peak-to-valley）をＰＶａとし、近似線のＰＶをＰＶｂとする。本実施形態では、ＰＶｂを２で除算した値にＰＶａを加算した値（すなわち、ＰＶａ＋（ＰＶｂ／２））を、色むらを定量的に評価するための「色むら評価値」と定義する。

色むら評価値が小さいほど、全配光角に亘って照明光の色の差、すなわち、色むらが小さい。なお、人の眼は、急激に変化する色むらに比べて、緩やかに変化する色むらに対する許容度が高い（言い換えると、緩やかな変化であれば色むらを知覚しにくい）。このような人の眼の特性に合わせて、色むら評価値を定義する上記式では、緩やかな色ムラに対応する値ＰＶｂを２で除算する一方、急激な色ムラに対応する値ＰＶａを除算しない内容とした。

本実施形態では、許容可能な色むら評価値を０．５以下とする。なお、０．４以下の色むら評価値がより望ましい。また、０．３以下の色むら評価値が更に望ましい。

上述したように、本実施形態では、被照射面内の広い範囲に亘って照明光の色むらを抑えるべく、光源チップ２７より同じ角度で放射されて配光キャップ２６に入射された青色光Ｌｂ、黄色光Ｌｙが、それぞれ、第１の射出面（一例として、キャップ状レンズ部２６ａの射出面１２６ａ）又は第２の射出面（一例として、筒状レンズ部２６ｂの射出面１２６ｂ）から略同じ方向に射出されるように、青色ＬＥＤ２７ｂの厚さと黄色蛍光体２７ｙの厚さを規定した構成となっている。

より具体的な例示として、青色ＬＥＤ２７ｂの厚さＤ１と、黄色蛍光体２７ｙの厚さＤ２は、次式（１）
Ｄ２／Ｄ１≦３．５・・・（１）
を満たす。

青色ＬＥＤ２７ｂと黄色蛍光体２７ｙの厚さを同じにすると、照明光の色むらを小さく抑えられる。但し、青色ＬＥＤ２７ｂからの励起光を黄色蛍光体２７ｙに効率よく入射させるためには、黄色蛍光体２７ｙが青色ＬＥＤ２７ｂを覆うように光源チップ２７を構成する必要がある。そのため、青色ＬＥＤ２７ｂと黄色蛍光体２７ｙの厚さを同じにするのは難しい。

一方で、青色ＬＥＤ２７ｂ及び黄色蛍光体２７ｙが厚さ方向と直交する幅及び奥行方向（例えば図４中、Ｚ方向と直交するＸ及びＹ方向）にもある程度の大きさを有することから、被照射面上での色むらもある程度平均化される。

これらを考慮して上記式（１）が規定される。上記式（１）を満たすことにより、色むら評価値を０．５以下に抑えやすくなり、照明光の色むらが良好に抑えやすい（後述の数値実施例１～５６参照）。

ここで、配光キャップ２６の内面（入射面）形状や外面（射出面）形状によっても照明光の色むらの程度が変化する。

例えば、上述したように、配光キャップ２６の射出面１２６ｃは、曲面で形成される。射出面１２６ｃは、配光キャップ２６の射出面１２６ａと射出面１２６ｂとを接続するため、緩やかな曲面にはならない。曲率半径が小さいほど（急な曲面であるほど）、光の通過位置によって屈折角が変わりやすい。そのため、射出面１２６ｃは、照明光の色むらを生じさせる要因となりやすい。しかし、本実施形態では、上記式（１）を満たすことにより、配光キャップ２６の射出面が局所的な曲面（射出面１２６ｃ）を有する形状であっても、照明光の色むらが良好に抑えられる。

上述したように、第２の射出面の一例である射出面１２６ｂは、光源チップ２７の後方向まで延びて形成される。射出面１２６ｂを光源チップ２７の後方向まで延びて形成すると、配光キャップ２６からの照明光の射出範囲が拡がる。そのため、このような構成は、照明光の配光角を拡げることにつながる一方、照明光の色むらを生じさせる要因にもなり得る。しかし、本実施形態では、上記式（１）を満たすことにより、射出面１２６ｂが光源チップ２７の後方向まで延びて形成された場合にも、照明光の色むらが良好に抑えられる。

上述したように、配光キャップ２６の入射面は、凹状に形成された曲面部２２６ａを含む。照明光の配光角を拡げるため、曲面部２２６ａの曲率半径を小さくするほど（急な曲面にするほど）、光の通過位置によって屈折角が変わりやすい。そのため、曲面部２２６ａは、照明光の色むらを生じさせる要因となりやすい。しかし、本実施形態では、上記式（１）を満たすことにより、曲面部２２６ａの曲率半径が小さい場合にも、照明光の色むらが抑えやすい。

上述したように、曲面部２２６ａは、曲率半径の異なる複数の曲面を含む。曲面部２２６ａを曲率半径の異なる複数の曲面で形成することにより、照明光の配光角を拡げつつ照明光の色むらを抑制することができる。

第１曲面ＣＳ１の曲率中心と光源チップ２７の中心位置とのＺ方向の距離（より詳細には、距離Ｚ２から距離Ｚ４を減算した距離）をＺとしたとき、本実施形態に係る内視鏡用照明装置は、次式（２）
Ｚ／Ｄ２≧０．１・・・（２）
を満たす構成としてもよい。なお、距離Ｚは、距離Ｚ４が距離Ｚ２より長い場合、マイナスの値を取る。

上記式（２）を満たすことにより、色むら評価値を０．４以下に抑えやすくなり、照明光の色むらが良好に抑えやすい（後述の数値実施例５～４４参照）。

図８Ａは、図２ＢのＹ１－Ｙ１線断面に含まれる配光キャップ２６及び光源チップ２７の断面を示す。図８Ｂは、図２ＢのＸ１－Ｘ１線断面に含まれる配光キャップ２６及び光源チップ２７の断面を示す。

環状に形成された配光キャップ２６は、一部の角度範囲において射出面１２６ｃが光源チップ２７の前方向に位置し（図８Ａ参照）、他の角度範囲において射出面１２６ｃが光源チップ２７の後方向に位置する（図８Ｂ参照）。

射出面１２６ｃが光源チップ２７の前方向に位置する角度範囲において、本実施形態に係る内視鏡用照明装置は、次式（３）
Ｒｅ／Ｒ１≦１．６・・・（３）
を満たす構成としてもよい。

上記式（３）を満たすことにより、色むら評価値を０．３以下に抑えやすくなり、照明光の色むらが良好に抑えやすい（後述の数値実施例４５～５６参照）。

次に、具体的な数値実施例を示す。

表１は、数値実施例１～４に係る内視鏡用照明装置の各パラメータ値を示す。

（表１）

図９は、数値実施例１～４における色むら評価値と式（１）との関係を示すグラフである。図９中、縦軸が色むら評価値を示し、横軸がＤ２／Ｄ１の値を示す。

表１に示されるように、数値実施例１～２では、Ｄ２／Ｄ１の値が３．５を超える。この結果、色むら評価値が０．５を超える値となっている。これに対し、数値実施例３～４では、Ｄ２／Ｄ１の値が３．５以下である。この結果、色むら評価値が０．５以下となっている。

このように、数値実施例３～４では、青色ＬＥＤ２７ｂの厚さＤ１と黄色蛍光体２７ｙの厚さＤ２を適切に規定することにより、照明光の色むらが良好に抑えられることが判る。

表２Ａ～表２Ｄは、数値実施例５～４４に係る内視鏡用照明装置の各パラメータ値を示す。なお、数値実施例５～４４の何れにおいても、Ｄ２／Ｄ１の値は、３．０である。

（表２Ａ）

（表２Ｂ）

（表２Ｃ）

（表２Ｄ）

図１０は、数値実施例５～４４における色むら評価値と式（２）との関係を示すグラフである。図１０中、縦軸が色むら評価値を示し、横軸がＺ／Ｄ２の値を示す。

図１０に示されるように、Ｚ／Ｄ２の値が０．１以上の場合、殆どの数値実施例で色むら評価値が０．４以下となっている。すなわち、式（２）を満たすことにより、照明光の色むらが良好に抑えられることが判る。

表３Ａ～表３Ｂは、数値実施例４５～５６に係る内視鏡用照明装置の各パラメータ値を示す。なお、数値実施例４５～５６の何れにおいても、Ｄ２／Ｄ１の値は、３．０である。

（表３Ａ）

（表３Ｂ）

図１１は、数値実施例４５～５６における色むら評価値と式（３）との関係を示すグラフである。図１１中、縦軸が色むら評価値を示し、横軸がＲｅ／Ｒ１の値を示す。

図１１に示されるように、Ｒｅ／Ｒ１の値が１．６以下の場合、色むら評価値が０．３以下となっている。すなわち、式（３）を満たすことにより、照明光の色むらが良好に抑えられることが判る。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。

１ ：内視鏡
２ ：挿入管
３ ：操作部
４ ：ユニバーサルチューブ
５ ：コネクタ部
６ ：撮像素子
２０ ：軟性部
２１ ：湾曲部
２２ ：先端部
２３ ：連結部
２５ ：対物レンズ
２６ ：配光キャップ
２７ ：光源チップ
２７ｂ ：青色ＬＥＤ
２７ｙ ：黄色蛍光体
２８ ：基板
３０ ：湾曲操作ノブ
３１ ：操作ボタン

Claims (14)

1. 励起光を発する発光素子と、前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、を含み、前記励起光と前記蛍光とが混合する照明光を放射する光源部と、
   前記光源部より入射された前記照明光を射出する射出面を有する配光レンズと、を備え、
   前記射出面は、前記射出面内の異なる領域に形成された第１の射出面と第２の射出面を含み、
   前記光源部より同じ角度で放射されて前記配光レンズに入射された前記励起光、前記蛍光が、それぞれ、前記第１の射出面又は前記第２の射出面から略同じ方向に射出されるように、前記発光素子の厚さと前記蛍光体の厚さが規定された、
   内視鏡用照明装置。
2. 前記光源部が設置される設置面を有する支持体を備え、
   前記光源部は、前記蛍光体が前記発光素子を覆う構成となっており、
   前記発光素子の厚さは、前記設置面と接触する、前記発光素子の第１面から、前記発光素子の第１面と反対側に位置し且つ前記配光レンズと対向する、前記発光素子の第２面までの厚さであり、
   前記蛍光体の厚さは、前記設置面と接触する、前記蛍光体の第１面から、前記蛍光体の第１面と反対側に位置し且つ前記配光レンズと対向する、前記蛍光体の第２面までの厚さであり、
   前記発光素子の厚さをＤ１とし、前記蛍光体の厚さをＤ２としたとき、次式
   Ｄ２／Ｄ１≦３．５
   を満たす、
   請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
3. 前記支持体、前記光源部が順に並ぶ方向を前方向とし、前記前方向と直交する方向を側方向としたとき、
   前記第１の射出面は、前記光源部の前方向に位置し、
   前記第２の射出面は、前記光源部の側方向に位置し、
   前記射出面は、前記第１の射出面と前記第２の射出面とを接続する接続面を含む、
   請求項２に記載の内視鏡用照明装置。
4. 前記接続面は、曲面で形成される、
   請求項３に記載の内視鏡用照明装置。
5. 前記前方向と反対側の方向を後方向としたとき、
   前記第２の射出面は、前記光源部の後方向まで延びて形成される、
   請求項３に記載の内視鏡用照明装置。
6. 前記配光レンズは、
   前記第２面と対向する入射面を有し、
   前記入射面に入射された前記照明光を前記射出面から射出し、
   前記照明光の配光角を拡げるための凹状の曲面が前記入射面に形成される、
   請求項４に記載の内視鏡用照明装置。
7. 前記凹状の曲面は、曲率半径の異なる複数の曲面を含む、
   請求項６に記載の内視鏡用照明装置。
8. 前記複数の曲面のうち、前記接続面に最も近くに形成された第１曲面の曲率中心と、前記光源部の中心位置と、の前記前方向における距離をＺとしたとき、次式
   Ｚ／Ｄ２≧０．１
   を満たす、
   請求項７に記載の内視鏡用照明装置。
9. 前記第１曲面は、前記接続面をなす前記曲面の中心位置と前記光源部の中心位置とを結ぶ線分と交差する位置に形成された、
   請求項８に記載の内視鏡用照明装置。
10. 前記配光レンズは、環状に形成され、前記接続面をなす前記曲面の曲率半径をＲｅとし、前記第１曲面の曲率半径をＲ１としたとき、
    環状に形成された前記配光レンズの少なくとも一部の角度範囲において、次式
    Ｒｅ／Ｒ１≦１．６
    を満たす、
    請求項８に記載の内視鏡用照明装置。
11. 前記少なくとも一部の角度範囲において、前記接続面をなす前記曲面が前記光源部の前方向に位置する、
    請求項１０に記載の内視鏡用照明装置。
12. 前記照明光の配光角が１８０°以上である、
    請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
13. 前記照明光は、白色光である、
    請求項１に記載の内視鏡用照明装置。
14. 挿入管と、
    前記挿入管の先端部に設けられた撮像部と、
    前記撮像部の周囲に設けられた、請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の内視鏡用照明装置と、を備え、
    前記配光レンズは、前記撮像部を取り囲うように環状に形成され、
    前記光源部は、前記撮像部の周囲に間隔を空けて複数配置される、
    内視鏡。

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