JP4317478B2 - 蛍光体型発光装置及びそれを照明源とする内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は蛍光体型発光装置及びそれを照明源とする内視鏡装置、特に半導体発光素子で発生した励起光を蛍光体に与え、演色性に優れた白色光等を出力するための構成に関するものである。

従来から、各種の照明装置或いは表示装置として、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子が用いられており、この半導体発光素子は、軽量、小型で、消費電力も小さいという利点があることから、各種の分野で利用されている。

また、体腔内或いは航空機エンジン内等の深奥部内を外部から観察するために、内視鏡が広く用いられており、この内視鏡としては、近年、対物光学系を介して結像される被観察部の光学像を光学繊維束或いはリレーレンズ光学系からなる像伝送光学系を介して伝送される光学像を接眼光学系で観察する光学式観察手段に代わり、ＣＣＤ等の固体撮像素子を利用し対物光学系による光学像を光電変換し外部に設置のモニタに画像表示する、所謂電子内視鏡が普及してきている。そして、この内視鏡では、外部設置の光源装置からの照明光を内視鏡内に配置したライトガイド（光学繊維束）を介して内視鏡先端部へ導光し、これによって被観察部を照明しており、このような光源装置の照明装置として、ハロゲンランプ或いはキセノンランプ等の光源を用いたものが使用されている。

ところで、上述した発光ダイオード等の半導体発光素子の開発が進むにつれて、高い安全性、長寿命、水銀等を含まず地球環境に優しく且つ消費電流が小さい等の特徴を活かし、固体照明用光源として期待され様々な機器の照明光源に搭載される提案がなされている。内視鏡においても、従前のランプ形態の照明装置に代えて、発光ダイオードを上記ランプ光源に代えて活用する提案がなされている。

このような提案としては、緑（Ｇ）色光、青（Ｂ）色光、赤（Ｒ）色光を各別に発光する発光ダイオードを内視鏡の挿入部先端に配設した形態の照明手段、或いは白色光を発光する白色発光ダイオードを配設した形態の照明手段が提案されている（例えば下記特許文献１参照）。この照明手段は、青色発光ダイオードと、この青色発光ダイオードの青色光により励起され白色光を発光する蛍光体と、からなる蛍光体型白色発光装置を照明光源としたものである。

ところが、上記従来の白色発光ダイオード或いは蛍光体型白色発光装置は、図１１のグラフに示されるように、緑色（波長４８０〜５１０ｎｍ）相当の照度が低く、演色性が悪く色再現性が低いものとなる。従って、例えば体腔内を対象とする医療用内視鏡において、このような色再現性の低い光源を採用した場合は、診断・治療に際しての病理判断が困難になる可能性があり得る。

このようなことから、内視鏡を含めた各種の照明装置において、演色性の高い白色発光装置の出現が望まれており、最近では、演色性の優れた蛍光体型白色発光装置、即ち発光ダイオード及びこの発光ダイオードを励起光源として白色光を発光させる蛍光体とからなる３波長蛍光体型白色発光装置が提案されている（下記非特許文献１参照）。

この３波長蛍光体型白色発光装置は、近紫外光発光ダイオードを利用し、このダイオードから出力された近紫外光により励起され可視光を発光する蛍光体とから構成されてなるものである。この発光装置は、図１２のグラフに見られるように、可視域全体に亘っての比較的フラットな発光をするものであり、演色性に優れた光源としての利用価値の高いものといえる。

しかしながら、上記の３波長蛍光体型白色発光装置のように蛍光体を利用する発光装置では、発光により得られる光強度がそれ程高くないという問題があり、出力光の照度を高めることが望まれている。

図１３には、上述した蛍光体を利用する発光装置の構成が示されており、この発光装置は、近紫外光発光ダイオード１で発光した近紫外光ｒを励起光として蛍光体２に照射することにより、この蛍光体２から白色光Ｌ_１，Ｌ_２が発光することになる。しかし、この図１１からも分かるように、この蛍光体２から出力される光には指向性がなく、被観察部３の方へ向かう発光Ｌ_１のみならず、励起光源である近紫外発光ダイオード１の方へ向かう発光Ｌ_２の割合も高いため、照明光として利用されない光が損失として存在する。従って、近紫外発光ダイオード１の方へ向かう光を照明光として効率よく利用することができれば、発光装置の照度を高めることができる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、照明光としての利用効率を飛躍的に向上させ、照度を高めることができる蛍光体型発光装置及びそれを照明源とする内視鏡装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る蛍光体型発光装置は、反射凹面を持つ反射体と、この反射凹面の中に配置され、励起光を発生させる半導体発光素子と、この半導体発光素子からの上記励起光によって励起され、この励起光の波長とは異なる波長の蛍光を発生させる平面板状又はレンズ形状の蛍光体と、上記半導体発光素子と上記蛍光体との間に上記半導体発光素子から離して配置され、上記励起光に対する反射率が上記蛍光に対する反射率よりも低い特性を持ち、上記蛍光体よりも径の小さい平面板状の第１光学フィルタ（波長選択フィルタで、蛍光反射用フィルタとして機能する）と、を備え、上記反射体の反射凹面と上記第１光学フィルタの外周との間に、この第１光学フィルタから後側へ透過し上記反射体で反射された蛍光を通過させるための開口部（間隙）を設けたことを特徴とする。上記半導体発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）を用いることができる。
請求項２に係る発明は、反射凹面を持つ反射体と、励起光を発生させる半導体発光素子と、この半導体発光素子からの上記励起光によって励起され、この励起光の波長とは異なる波長の蛍光を発生させる蛍光体と、上記半導体発光素子と上記蛍光体との間に上記半導体発光素子から離して配置され、上記励起光に対する反射率が上記蛍光に対する反射率よりも低い第１光学フィルタと、を備え、上記第１光学フィルタの面内に、この第１光学フィルタから後側へ透過し上記反射体で反射された蛍光を通過させるための開口部を設けたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、反射凹面を持つ反射体と、この反射凹面の中に配置され、励起光を発生させる半導体発光素子と、上記反射体の凹部に蓋をするように配置され、上記半導体発光素子からの上記励起光によって励起され、この励起光の波長とは異なる波長の蛍光を発生させる蛍光体と、上記半導体発光素子と上記蛍光体との間に上記半導体発光素子から離して配置され、上記励起光に対する反射率が上記蛍光に対する反射率よりも低い第１光学フィルタと、を備え、上記反射体の反射凹面と上記第１光学フィルタとの間及び／又は上記第１光学フィルタの面内に、この第１光学フィルタから後側へ透過し上記反射体で反射された蛍光を通過させるための開口部を設けたことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、上記第１光学フィルタよりも前側へ配置される前置レンズを上記蛍光体にて形成したことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、上記第１光学フィルタよりも前側へ配置される前置レンズの内面に上記蛍光体を塗布したことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、上記半導体発光素子は励起光として近紫外光を発光し、上記蛍光体は近紫外光の励起により可視光を発光することを特徴とする。
請求項７に係る発明は、上記蛍光体の前側に、上記励起光に対する反射率が上記蛍光に対する反射率よりも高い第２光学フィルタ（波長選択フィルタで、励起光反射用フィルタとして機能する）を配置したことを特徴とする
請求項８に係る発明は、被観察部の照明装置として、上記請求項１乃至７の蛍光体型発光装置を設けたことを特徴とする。ここで、上記請求項４の蛍光体で構成した前置レンズを内視鏡の照明窓として用いる場合は、外側が略平面で内側が凹形状のレンズであることが望ましい。

上記構成によれば、蛍光反射用の第１光学フィルタにより、例えば励起光である近紫外光を透過させ、かつ蛍光体で発光した可視光を反射させ、特に波長選択フィルタの反射作用（反射ミラーの機能）を利用し、かつ反射体を設けることにより、主に後側（装置の光照射方向が前側）へ向かう蛍光体の光を前側へ導くことができる。

また、この後向きの蛍光のうち、入射角依存性が原因で第１光学フィルタを透過する光を反射体で反射させ、第１光学フィルタ（の外周）と反射凹面との間、及び／又は第１光学フィルタの面内に設けた開口部（間隙）から前側へ戻すことができる。即ち、蛍光体で発生する蛍光には方向性がなく、しかも光学フィルタでの反射においては入射角依存性があることから、蛍光体から後側へ向かう蛍光が大きな入射角度で光学フィルタへ入射するとこれを透過してしまう。例えば、入射角度（θ_１）が３０度では７５０ｎｍ近辺の光を約７０％透過し、角度が増加するに従って短波長側へシフトし、５５度では６５０ｎｍ近辺の光を約７０％透過する。この蛍光は、反射体で反射されるが、反射凹面の端部（周縁部）の全体を覆うように第１光学フィルタを配置した場合は、この反射した蛍光が光学フィルタで遮られることになる。そこで、本願発明は、第１光学フィルタを透過し反射体で反射した蛍光を上記開口部から前側へ戻すことにより、蛍光利用の促進を図ったものである。

また、請求項７の構成によれば、励起光反射用の第２光学フィルタにより、蛍光体を通過し前方へ向かう励起光を再び蛍光体へ戻すことができ、これによって蛍光体での発光効率を更に向上させることが可能となる。

本発明の蛍光体型発光装置によれば、蛍光反射用の第１光学フィルタにより、主に後側へ向かう蛍光体の光を前側へ導き、照明光としての利用効率を飛躍的に向上させ、装置の照度を高めることができる。また、励起光反射用の第２光学フィルタにより、蛍光体を通過した励起光を再び蛍光体へ戻し、蛍光体における発光効率を向上させることにより、更なる照度向上を図ることが可能となる。
特に、３波長蛍光体型白色発光装置の場合は、演色性に優れた明るい照明が行われることになり、例えば内視鏡装置では、照明された被観察部の画像の色再現性が高く、診断等において極めて有利な画像が得られる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１には、実施例に係る蛍光型発光装置の概略構成が示されており、この図１（Ａ）の発光装置１０Ａでは、励起光としての近紫外光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）１２と、励起光に対する反射率が蛍光に対する反射率よりも低い特性を持ち、近紫外光（ｒ）を透過し、白色（可視）光（Ｌ）を反射する第１光学フィルタ（波長選択フィルタ）１４ａと、３波長型の蛍光体１６ａとが光軸Ｏに沿って順次配設され、上記発光ダイオード１２と第１光学フィルタ１４を内包するように、内面全体が反射凹面となる反射体１８ａが設けられる。なお、上記第１光学フィルタ１４ａは蛍光体１６ａの表面に一体的に形成することができる。

上記蛍光体１６ａは、蛍光材料により平行平面板状に形成されたもので上記光軸Ｏに垂直に交わるように配置され、近紫外光で励起されることにより白色光を発光する。上記発光ダイオード１２及び上記蛍光体１６ａは、上記非特許文献１に開示されたものと同等のものとすることができ、上記近紫外の発光ダイオード１２の発光波長は３８０ｎｍをピークとする特性を備え、上記蛍光体１６ａは３８０ｎｍ近辺の励起波長において良好な蛍光強度を示すＲ（赤色）／Ｇ（緑色）／Ｂ（青色）の３波長型の蛍光体である。

上記の近紫外光透過−可視光反射の第１光学フィルタ１４ａは、蛍光体１６ａと平行に配置され、例えば平行平面透過基板（ガラス板等）に表１に示す多層膜構成からなる干渉膜（基板側を第１層として表記）が形成されている（以下の光学フィルタ１４ｂ〜１４ｅ，１４ｈも同じ）。このような第１光学フィルタ１４ａによれば、図２のグラフに示される透過率特性が得られ、上記発光ダイオード１２から発せられる近紫外光域（波長約４２０ｎｍ以下で９０％以上）を透過し、かつ上記蛍光体１６ａから発光する白色光（波長約４３０〜７００ｎｍで略１００％）を反射することができる。第１光学フィルタの面内に上記開口部を設けるには、第１光学フィルタを形成する基板そのものに開口部を設けてもよいし、基板の面内に、部分的に第１光学フィルタを形成しない領域を設けることによってもよい。なお、この光学フィルタ１４ａは、かかる多層膜構成に限定されるものではなく、図２のような透過率特性、即ち近紫外光を透過し、可視域光を反射するものであればよい。

図１（Ａ）に示されるように、上記反射体（パッケージ）１８ａは、円錐の上側を切り離した形状（又は半球形状）とされ、その内面が反射面（凹面）に形成されており、この反射凹面の中に、上記発光ダイオード１２と第１光学フィルタ１４ａが配置される。そして、この第１光学フィルタ１４ａの径を蛍光体１６ａの径よりも小さくし（フィルタ及び蛍光体を円形とした場合で、これらを角形とした場合は縦幅及び横幅を小さくする）、反射体１８ａの反射凹面と第１光学フィルタ１４ａの外周との間に、開口部（間隙）Ｋが形成されるように構成する。なお、上記第１光学フィルタ１４ａは、反射体１８ａ（反射凹面）の周縁部（端部）から外側（図の左側）へ出してもよく、反対にこの反射体１８ａ（周縁部）を蛍光体１６ａまで伸ばして大きくし、蛍光体１６ａで反射体１８ａの凹部を塞いで蓋をするような形にしてもよい。

以上のように構成された発光装置１０Ａでは、発光ダイオード１２に所定の注入電流を流すと、励起光である近紫外光（ｒ）が発光し、この近紫外光は上記光学フィルタ１４ａを透過して蛍光体１６ａに到達する。この結果、蛍光体１６ａは励起され、図３のグラフＧ_２に示すスペクトル分布線の良好な白色光を発光する。そして、この蛍光体１６ａから発光した白色光は、装置の前側（被観察部側）へ進む光Ｌ_１の他に、後側（発光ダイオード１２側）へ進む光Ｌ_２に大別されるが、この後側に進む光Ｌ_２は光学フィルタ１４ａにより反射され、光Ｌ_１と同一方向に指向される。

このようにして、蛍光体１６ａが発光する白色光のうち、後側に発光される光Ｌ_２が、前側へ指向することになり、これによって図３の従来のスペクトル分布線Ｇ_１に示す状態からスペクトル分布線Ｇ_２に示すように、可視光域全体に亘り光量が増加する。実験的試算によれば、約４０％の増加となる。

また、この発光装置１０Ａでは、図１（Ｂ）に示されるように、大きな入射角度で第１光学フィルタ１４ａを後向きで透過する蛍光も、照明光として利用することができる。即ち、後側に進む光Ｌ_２が第１光学フィルタ１４ａに対し角度θ_１（例えば３０度）以上の角度で入射すると、この第１光学フィルタ１４ａを透過し、例えば反射体１８ａにより図示の軌跡で反射された後再びフィルタ１４ａ面に直角に近い角度で入射するものがある。この場合に、反射体１８ａの反射凹面が鎖線のように第１光学フィルタ１４ａで閉鎖されていると、上記光Ｌ_２は光学フィルタ１４ａを透過することができない（第１光学フィルタ１４ａが蛍光を強く反射するように設定されているため）。実施例では、この反射体１７ａと第１光学フィルタ１４ａとの間に開口部Ｋを設け、この開口部Ｋを介して上記光Ｌ_２が通過できるようにしており、これによって照明光量を更に増やすことができる。

他方、励起光ｒも、直角に近い角度で第１光学フィルタ１４ａ面に入射するものは、第１光学フィルタ１４ａをよく透過するが、大きな入射角で入射するものは反射され易くなる。発光装置１０Ａでは、励起光ｒのうち第１光学フィルタ１４ａ面に大きな角度で入射する成分は、開口部Ｋを透過して蛍光体１６ａに到達し得るために、この点でも効率の向上が図られる。なお、反射体１８ａの反射凹面と第１光学フィルタ１４ａの外周との間の間隙として開口部Ｋを設ける代わりに、第１光学フィルタ１４ａの面内に開口部（第１光学フィルタが部分的に存在しない領域）を設けた場合も、上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。

図４乃至図７には、実施例の発光装置の他の構成例が示されており、これらの発光装置では、反射体を省略して説明する。図４（Ａ）の発光装置１０Ｂは、前置レンズを蛍光体で形成したものである。即ち、この発光装置１０Ｂは、図１で説明したものと同様の構成の発光ダイオード１２及び第１光学フィルタ１４ｂと、前側が平面で後側が凹状球面となる平凹レンズに形成した蛍光体（例えば３波長型で白色発光のもの）１６ｂとから構成される。なお、この蛍光体１６ｂのレンズ形状は、平凹以外の他の形状とすることができる。

この発光装置１０Ｂによっても、蛍光体１６ｂから後側へ進む光Ｌ_２が第１光学フィルタ１４ｂで反射されて前側へ向かうことになり、図３で示したグラフＧ_２のように、照度アップを図ることができ、しかもレンズ全体を蛍光体とするので、大きな発光量が得られるという利点がある。また、平凹レンズとされた蛍光体１６ｂの凹状球面による拡散作用によって装置から照射される光が周辺部に拡散されるという効果がある。

図４（Ｂ）の発光装置１０Ｃは、前置レンズの内面に白色光用の蛍光体を塗布したものであり、この発光装置１０Ｃでは、平凹の前置レンズ１８が設けられ、この前置レンズ１８の内面である凹状球面に膜状の蛍光体１６ｃが塗布形成される。また、第１光学フィルタ１４ｃも、後側に突出する球面状（前側が凹、後側が凸）に形成される。なお、上記前置レンズ１８の形状は、平凹以外の他の形状とすることができる。

この発光装置１０Ｃによれば、蛍光体１６ｃから後側へ進む光Ｌ_２を第１光学フィルタ１４ｃにて前側へ反射させながら、蛍光体１６ｃで発生した光Ｌ_１，Ｌ_２が前置レンズ１８を介して出力される。そして、この場合は、球面状の第１光学フィルタ１４ｃで反射光を集束するので、図４（Ａ）の場合とは異なる配光分布の照明光が得られる。

上記の図１及び図４（Ａ），（Ｂ）の発光装置１０Ａ〜１０Ｃにおいて、蛍光体１６ａ〜１６ｃ又は前置レンズ１８は、樹脂に蛍光材料を分散させたものでもよく、また第１光学フィルタ１４ａ〜１４ｃは、蛍光体１６ａ〜１６ｃに接着したり或いは一体的に形成したりしてもよい。

図５には、実施例において励起光を導光体により供給する発光装置の構成例が示されており、この図５（Ａ）の発光装置１０Ｄは、装置の照射方向の厚みを薄くしたものである。この発光装置１０Ｄでは、図示されるように、白色光用で平板状の蛍光体１６ｄを上側に接着した第１光学フィルタ１４ｄの下側に、平板状の導光体２０を配置し、この導光体２０の側面部に近紫外光を出力する発光ダイオード１２を配置する。

この発光装置１０Ｄによれば、発光装置自体を薄型の平面板状に形成することが可能となり、発光ダイオード１２からの近紫外光ｒを励起光として導光体２０を介して蛍光体１６ｄに与えることにより、蛍光体１６ｄで発光した白色光（可視光）Ｌ（Ｌ_１＋Ｌ_２）が出力される。この際には、蛍光体１６ｄの下側へ向かう白色光も第１光学フィルタ１４ｄで上側（前側）へ反射し照明光として利用することができる。この場合、導光体２０の下面に曲面形状を加工して、そこに反射凹面を形成したもの、或いは導光体２０の下面及び側面から形成される凹面に反射凹面を形成すると共に、第１光学フィルタ１４ｄの面内に開口部を設けたものが、本発明の構成となる。

図５（Ｂ）の発光装置１０Ｅは、発光ダイオード１２とその他の部材とを離せるようにしたものであり、この発光装置１０Ｅでは、図１と同様の構成の蛍光体１６ｅと第１光学フィルタ１４ｅを接着し、この第１光学フィルタ１４ｅと発光ダイオード１２の間を、光ファイバ束からなる導光体２２で光学的に接続する。なお、この導光体２２は蛍光体１６ｅと第１光学フィルタ１４ｅとの間に配置してもよい。この発光装置１０Ｅによれば、上記発光装置１０Ｄと同様の作用で図３のグラフＧ_２で示した照度の照明光を得ることができ、内視鏡等に適用して、発光ダイオード１２を挿入部先端の照明部から遠く離すことができる。この場合、導光体２２の側面に反射凹面を形成すると共に、第１光学フィルタ１４ｅの面内に開口部を設けたものが、本発明の構成となる。

図６及び図７には、実施例において異なる波長の光を個別に発生させる複数の蛍光体を設けた発光装置の構成例が示されている。図６の発光装置１０Ｆでは、図示されるように、赤色光Ｌ_Ｒを発光する蛍光体１６Ｒ、緑色光Ｌ_Ｇを発光する蛍光体１６Ｇ、青色光Ｌ_Ｂを発光する蛍光体１６Ｂと、励起光ｒと赤色光Ｌ_Ｒを透過させ、緑色光Ｌ_Ｇ及び青色光Ｌ_Ｂを反射させる第１光学フィルタ１４ｆと、反射ミラー２４とが設けられ、励起光（近紫外光）ｒを出力する発光ダイオード１２が反射ミラー２４へ向けて後向きに配置される。なお、上記第１光学フィルタ１４ｆは、多層干渉膜の構成を適宜変えることにより上記の透過・反射特性を得ることができる。

この発光装置１０Ｆによれば、発光ダイオード１２の励起光ｒが蛍光体１６Ｒに照射されると共に、反射ミラー２４で反射された後、第１光学フィルタ１４ｆを介して蛍光体１６Ｇ，１６Ｂに供給されることにより、蛍光体１６Ｒから赤色光Ｌ_Ｒ、蛍光体１６Ｇから緑色光Ｌ_Ｇ、蛍光体１６Ｂから青色光Ｌ_Ｂが発光し、この結果、白色光が出力される。そして、このときの各蛍光体１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの後向きの光は前側へ指向する。

図７の発光装置１０Ｇでは、赤色光Ｌ_Ｒ、緑色光Ｌ_Ｇ、青色光Ｌ_Ｂのそれぞれを発光する蛍光体１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂと、励起光ｒを透過させ、赤色光Ｌ_Ｒを反射させる第１光学フィルタ１４gaと、励起光ｒ及び赤色光Ｌ_Ｒを透過させ、緑色光Ｌ_Ｇを反射させる第１光学フィルタ１４gbと、励起光ｒ、赤色光Ｌ_Ｒ及び緑色光Ｌ_Ｇを透過させ、青色光Ｌ_Ｂを反射させる第１光学フィルタ１４gcとが設けられ、励起光（近紫外光）ｒを出力する発光ダイオード１２が上記第１光学フィルタ１４gaの後側に配置される。なお、上記第１光学フィルタ１４ga，１４gb，１４gcは、多層干渉膜の構成を適宜変えることにより上記の透過・反射特性を得ることができる。

このような構成によっても、各蛍光体１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂで発光する赤色光Ｌ_Ｒ、緑色光Ｌ_Ｇ、青色光Ｌ_Ｂにおいて、後向きの光を前側へ指向させることにより、高い照度の白色光を得ることができる。なお、上記発光装置１０Ｆ（及び発光装置１０Ｇ）の発光ダイオード１２は、蛍光体１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂのそれぞれに対して配置してもよい。

図８には、上述した蛍光体型発光装置を内視鏡（電子内視鏡）に適用した場合の先端部３０の構成が示されている。この内視鏡は、体腔内或いは航空機エンジン等の深奥部内に挿入する挿入部と、この挿入部の基端側に設けられた操作部を備え、上記挿入部の先端に図８の先端部３０が配置される。そして、上記操作部に設けられた操作ツマミを操作することにより上記挿入部の先端側を任意の方向に曲げ、その先端部３０を観察目的とされる深奥部内への通路に沿って挿入しながら、観察部を観察するように構成される。

このような先端部３０の先端面には、観察窓３１が設けられ、この観察窓３１の内側に対物光学系３２及びＣＣＤ等からなる固体撮像素子３３が配置されており、この固体撮像素子３３は、その撮像面が上記対物光学系３２の結像面位置に配置されることにより、対物光学系３２で得られた被観察部の光学像を撮像する。この固体撮像素子３３の光電変換により得られた画像信号は、内視鏡に接続されたプロセッサ装置へ送られ、このプロセッサ装置にて画像処理が施されることにより、モニタ等に被観察部の画像を表示させることができる。なお、上記プロセッサ装置には光源電源及びその制御回路を備えている。

そして、この先端部３０に配置される照明手段として、発光装置１０Ｈが設けられる。即ち、上記先端部３０の先端面には、図４（Ｂ）で示した前置レンズ１８と同様に平凹レンズとなる照明窓３５が配置され、この照明窓３５の内側の凹状球面に膜状で白色を発光する蛍光体１６ｈが塗布形成される。また、この蛍光体１６ｈに励起光として近紫外光を与える発光ダイオード１２が設けられ、この発光ダイオード１２と蛍光体１６ｈとの間に、第１光学フィルタ１４ｈが配置され、この第１光学フィルタ１４ｈと発光ダイオード１２を内包するように、反射凹面を持つ反射体１８ｈが設けられる。なお、これらの部材の詳細な構成は、図１、図４（Ａ），（Ｂ）で説明したものと同様となる。

このように構成された先端部３０によれば、発光ダイオード１２から出力された近紫外光が第１光学フィルタ１４ｈを介して蛍光体１６ｈへ供給されると、この蛍光体１６ｈの励起により白色光が発光し、照明窓３５から外部へ照明光が照射される。このとき、蛍光体１６ｈから発光ダイオード１２側へ向かう光は、第１光学フィルタ１４ｈ及び反射体１８ｈにより反射され照明窓３５の方向へ指向されることになり、この反射光を含めて蛍光体１６ｈから発光する光は、照射窓３５のレンズ作用を受けて観察視野を広く照明する。同時に、入射角度が大きく第１光学フィルタ１４ｈを透過する蛍光についても、反射体１８ｈの反射凹面で反射させ、この反射凹面と光学フィルタ１４ｈとの間の開口部（隙間）Ｋから前側へ戻すことができる。そして、このようにして照明された観察部は、上記観察窓３１及び対物光学系３２を介して固体撮像素子３３で撮像されることになる。

以上のように、内視鏡では、演色性の優れた蛍光型発光装置１０Ｈを先端部３０の照明窓３５内に配設したことにより、図３で示したように、照明光量が増加するので、固体撮像素子３３により取得される画像は色再現性がよく、単なる観察時の観察画像が鮮明になるばかりでなく診断性能を高め、またその画像を処理・加工しての診断に際しても色再現性の高い画像形成をすることができる。また、小型で消費電力が小さくなる発光装置１０Ｈを先端部３０に配置するので、キセノンランプ等を用いた従来の外部設置の光源装置が不要となる。

なお、この内視鏡においては、上記発光装置１０Ｈの代わりに、上述した各種の発光装置１０Ａ〜１０Ｇを適用することができ、特に図４（Ａ）の蛍光体１６ｂを採用すれば、外径が１０ｍｍ程度となる先端部３０に配置する場合においても、比較的高い照射強度を得ることが可能である。

図９には、図１の構成に加えて励起光反射用の第２光学フィルタを設けた実施例の構成が示されており、この図９（Ａ）の発光装置１０Ｉは、図１と同様に、発光ダイオード１２、第１光学フィルタ１４ａ、蛍光体１６ａ及び反射体１８ａを有し、上記蛍光体１６ａの前側に、励起光に対する反射率が蛍光に対する反射率よりも高い特性を持ち、白色光（Ｌ_１）を透過し近紫外光を反射（ｒ→ｒ_ｂ）する第２光学フィルタ１７ａが配置される。この第２光学フィルタ１７ａは、例えば平行平面透過基板（ガラス板等）に表２に示す多層膜構成からなる干渉膜（基板側を第１層として表記）が形成されたものである。このような第２光学フィルタ１７ａによれば、図１０のグラフに示される透過率特性が得られ、上記蛍光体１６ａから発光する白色（波長約４２０〜７００ｎｍで９５％以上）を透過し、かつ上記発光ダイオード１２から発せられる近紫外光域（波長約４１０ｎｍ以下で略１００％）を反射することができる。なお、この第２光学フィルタ１７ａは、かかる多層膜構成に限定されるものではなく、図１０のような透過率特性、即ち可視域光を透過し、励起光を反射するものであればよい。

図９（Ｂ）は、蛍光体１６ａの外周部から生じた白色光Ｌｅを第２光学フィルタ１７ａへ良好に導くようにしたものであり、この例のように、上記第２光学フィルタ１７ａの裏面側に、入射側媒体よりも高屈折率の層体５０を設けることができる（他の例にも適用できる）。この高屈折率の層体５０によれば、蛍光体１６ａの上下、左右の外周から斜め方向に入射する白色光Ｌの方向を、フィルタ１７ａ面に垂直となる方向に近づけることができる。この場合、白色光Ｌｅの出射角を広げるためのレンズを上記フィルタ１７ａの前側に設けてもよい。

このような図９（Ａ），（Ｂ）の発光装置１０Ｉによれば、蛍光体１６ａを透過した近紫外光が励起光反射用の第２光学フィルタ１７ａで反射され蛍光体１６ａへ戻り、この反射近紫外光ｒ_ｂによっても蛍光が発生する。従って、後側へ向かう光Ｌ_２を第１光学フィルタ１４ａで前側へ反射させるだけでなく、第２光学フィルタ１７ａにより反射させた近紫外光ｒ_ｂで蛍光体１６ａを再び励起することにより、白色光の更なる増量を図ることが可能となる。

上記実施形態の説明では、半導体発光素子を発光ダイオード（１２）としたが、この代わりにレーザーダイオード（ＬＤ）等を用いることができる。これらの半導体発光素子は、上記の１つだけでなく、複数個を配置してもよい。
また、発光装置１０Ａ〜１０Ｉでは、ＲＧＢ色の３波長で白色（可視光）を得る場合を説明したが、白色以外の波長域の色の光を得る発光装置に適用することもできる。例えば、青色の励起光を発光させる半導体発光素子と、この青色光で黄色光を発光させる蛍光体とを用い、黄色光を照明光（出力光）として出力したり、また同様にしてその他の色の光を出力したりすることができる。

更に、上記の蛍光体（１６ａ〜１６ｅ，１６ｈ，１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ）の発光は、励起光源によって一次励起された蛍光体が発生する蛍光によって他の蛍光体を二次励起するカスケード励起方式で行うようにすることができ、この場合、一次励起される蛍光体と二次励起される蛍光体とが混合されて分散される。このような蛍光体としては、無機、有機の各種の蛍光体があり、バインダーとしては、有機樹脂、低融点ガラスが使用できる。この有機樹脂の中では、紫外線に対する耐性が高いシリコーン樹脂、フッ素樹脂が好ましく、長寿命が必要とされない場合、或いは強い紫外線に曝されない部分に使用する場合は、エポキシ樹脂でもよい。

この蛍光体は、樹脂、ガラス等よりなる透明基板の上に膜や層として形成した成型体や、透明な有機樹脂又は低融点ガラスからなる板状構造体中に蛍光物質を分散させた成型体としてもよく、また半導体発光素子（又は光学フィルタを含んだもの）を覆う厚膜或いは発光装置内に充填する樹脂の中に蛍光物質を分散させて製作したものでもよい。また、基板上に塗布する場合は、特開２００３−２９８１２０号に示されているように、蛍光体層を小さなセル状に形成してもよい。

本発明は、室内灯、外灯、車内灯、前照灯、棚下灯（ショーケース照明）、懐中電灯等の一般的な照明装置、内視鏡、顕微鏡等の照明装置、或いはインジケータ、電光表示板、信号灯、サインボード、液晶表示装置等の各種表示装置等に適用することができる。

本発明の実施例に係る蛍光体型発光装置の基本的な構成を示す図である。 実施例の発光装置における第１光学フィルタの特性を示すグラフ図である。 実施例の発光装置の発光スペクトル分布を示すグラフ図である。 実施例の蛍光体型発光装置の他の構成（２例）を示す図である。 実施例の他の構成で、励起光を導光体により供給する発光装置の構成（２例）を示す図である。 実施例において異なる波長の光を個別に発生させる複数の蛍光体を設けた発光装置の構成を示す図である。 実施例において異なる波長の光を個別に発生させる複数の蛍光体を設けた発光装置の他の構成を示す図である。 実施例の発光装置を電子内視鏡に適用したときの内視鏡先端部の構成を示す図である。 図１の構成に加え励起光反射用光学フィルタを配置した発光装置を示す図である。 図９の実施例の発光装置における第２光学フィルタの特性を示すグラフ図である。 従来の蛍光体型白色発光装置の発光特性を示すグラフ図である。 ３波長蛍光体型白色発光装置の発光特性を示すグラフ図である。 従来の蛍光体型発光装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｉ…蛍光体型発光装置、
１２…発光ダイオード（近紫外光）、
１４ａ〜１４ｆ，１４ｈ，１４ga，１４gb，１４gc…第１光学フィルタ、
１６ａ〜１６ｅ，１６ｈ，１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ…蛍光体、
１７ａ…第２光学フィルタ、
１８ａ，１８ｈ…反射体、
２０，２２…導光体、
２４…反射ミラー、
３０…内視鏡先端部、 Ｋ…開口部。

Claims (8)

1. 反射凹面を持つ反射体と、
   この反射凹面の中に配置され、励起光を発生させる半導体発光素子と、
   この半導体発光素子からの上記励起光によって励起され、この励起光の波長とは異なる波長の蛍光を発生させる平面板状又はレンズ形状の蛍光体と、
   上記半導体発光素子と上記蛍光体との間に上記半導体発光素子から離して配置され、上記励起光に対する反射率が上記蛍光に対する反射率よりも低い特性を持ち、上記蛍光体よりも径の小さい平面板状の第１光学フィルタと、を備え、
   上記反射体の反射凹面と上記第１光学フィルタの外周との間に、この第１光学フィルタから後側へ透過し上記反射体で反射された蛍光を通過させるための開口部を設けるようにした蛍光体型発光装置。
2. 反射凹面を持つ反射体と、
   励起光を発生させる半導体発光素子と、
   この半導体発光素子からの上記励起光によって励起され、この励起光の波長とは異なる波長の蛍光を発生させる蛍光体と、
   上記半導体発光素子と上記蛍光体との間に上記半導体発光素子から離して配置され、上記励起光に対する反射率が上記蛍光に対する反射率よりも低い第１光学フィルタと、を備え、
   上記第１光学フィルタの面内に、この第１光学フィルタから後側へ透過し上記反射体で反射された蛍光を通過させるための開口部を設けるようにした蛍光体型発光装置。
3. 反射凹面を持つ反射体と、
   この反射凹面の中に配置され、励起光を発生させる半導体発光素子と、
   上記反射体の凹部に蓋をするように配置され、上記半導体発光素子からの上記励起光によって励起され、この励起光の波長とは異なる波長の蛍光を発生させる蛍光体と、
   上記半導体発光素子と上記蛍光体との間に上記半導体発光素子から離して配置され、上記励起光に対する反射率が上記蛍光に対する反射率よりも低い第１光学フィルタと、を備え、
   上記反射体の反射凹面と上記第１光学フィルタとの間及び／又は上記第１光学フィルタの面内に、この第１光学フィルタから後側へ透過し上記反射体で反射された蛍光を通過させるための開口部を設けるようにした蛍光体型発光装置。
4. 上記第１光学フィルタよりも前側へ配置される前置レンズを上記蛍光体にて形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の蛍光体型発光装置。
5. 上記第１光学フィルタよりも前側へ配置される前置レンズの内面に上記蛍光体を塗布したことを特徴とする請求項２又は３に記載の蛍光体型発光装置。
6. 上記半導体発光素子は励起光として近紫外光を発光し、上記蛍光体は近紫外光の励起により可視光を発光することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蛍光体型発光装置。
7. 上記蛍光体の前側に、上記励起光に対する反射率が上記蛍光に対する反射率よりも高い第２光学フィルタを配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の蛍光体型発光装置。
8. 被観察部の照明装置として、上記請求項１乃至７のいずれかに記載の蛍光体型発光装置を設けた内視鏡装置。

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