JP5864870B2

JP5864870B2 - 光源システム

Info

Publication number: JP5864870B2
Application number: JP2011043892A
Authority: JP
Inventors: 山本　英二; 英二山本; 伊藤　毅; 毅伊藤; 真博西尾; 駒崎　岩男; 岩男駒崎
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2031-03-01
Also published as: EP2682046A4; US9445477B2; CN103402420B; US20130342110A1; CN103402420A; WO2012118095A1; JP2012179225A; EP2682046A1

Description

本発明は、光源モジュールを用いた光源システムに関する。

半導体レーザ（ＬＤ）等の１次光ユニットから出射した１次光を光ファイバを経由して波長変換部材に導光し、該波長変換部材で所望の波長を持った２次光に変換し、その変換された２次光を照明光として出射する光源モジュールが知られている。

特許文献１は、このような光源モジュールにおいて、光ファイバを２本用いて、１次光ユニットから波長変換部材を複数配置した光変換ユニットに導光する構成とすることにより、一方の光ファイバが断線しても、あるいは波長変換部材の一つが脱落または破損等の故障が発生しても、完全には照明が停止しないファイバ光源構成を提案している。

特開２００９−１８９４６３号公報

上記特許文献１に開示の技術では、一方の光ファイバの断線や一つの波長変換素子の故障の異常が発生したときに、照明が完全停止しない状況を確保することができるが、その異常の発生を検知することはできなかった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、異常発生時にそのことを検知できる光源モジュールを用いた光源システムを提供することを目的とする。

本発明の光源システムの一態様は、
光源モジュールであって、
１次光を射出する１次光ユニットと、
前記１次光を受光して２次光に変換し、その変換された２次光を射出する光変換ユニットと、
光を検出する光検出ユニットと、
光を導光する複数本の光ファイバと、
複数の１次端子と複数の２次端子とを備え、前記複数の１次端子の一つに入射した光を分岐して前記複数の２次端子から射出し、前記複数の２次端子の一つに入射した光を分岐して前記複数の１次端子から射出する光分岐ユニットと、
を有し、
前記複数本の光ファイバを介して、前記１次光ユニットから前記光変換ユニットに向けて前記１次光を導光可能とすると共に、前記光変換ユニットから前記光検出ユニットに向けて前記変換された２次光及び１次光を導光可能とするように、前記１次光ユニット及び前記光検出ユニットは各々前記複数の１次端子の一つに光接続され、且つ、複数の前記光変換ユニットは前記光分岐ユニットの前記複数の２次端子に前記複数本の光ファイバを介して光接続され、
前記光検出ユニットが、入射する光の光スペクトルまたは偏光特性を分光する機能を有する分光検出器を備える、
光源モジュールと、
前記光検出ユニットの前記分光検出器の検出結果に基づいて、異常検出対象領域の異常の有無と異常の推定原因を診断する異常診断回路と、
を具備し、
前記異常診断回路は、前記光検出ユニットの前記分光検出器によって検出された１次光成分と２次光成分とに基づいて、前記診断を行うことを特徴とする。

本発明によれば、１次光ユニットと光検出ユニットは、光分岐ユニットを介して、複数本の光ファイバを経由して光変換ユニットと光接続されるので、異常発生時に、照明が完全停止しない状況を確保した上で、異常発生を検知できる光源モジュールを用いた光源システムを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る光源モジュールの構成を示す図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る光源システムの構成を示す図である。図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る光源モジュールの構成を示す図であり、図３（Ｂ）は異常検出対象領域の異常時の影響を説明するための図である。図４は、第１実施形態に係る光源モジュールの変形例の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る光源モジュールは、例えば内視鏡の照明装置として使用されるものであり、図１に示すように、１次光ユニット１０、光変換ユニット２０、光検出ユニット３０、複数本の光ファイバ４０、及び光分岐ユニット５０から構成されている。

ここで、１次光ユニット１０は、１次光を射出する光源である。
光変換ユニット２０は、上記１次光ユニット１０から複数本（本実施形態では２本）の光ファイバ４０を導光してきた１次光を受光して２次光に変換し、その変換した２次光を照明光として射出する。そのため、該光変換ユニット２０は、１次光ユニット１０からの１次光の光学特性を変換する機能を有する複数（本実施形態では２個）の光変換部材２１を有している。この「光学特性を変換する機能」とは、例えば、光スペクトルを変換する機能（蛍光体、エレクトロルミネッセンス、半導体発光、光フィルタ、２次高調波発生）、配光を変換する機能（光拡散、レンズ作用など）、偏光を変換する機能、などが該当する。従って、１次光は、該光変換部材２１によって所定の光学特性に変換された２次光とされた後、該光源モジュールの照射光として、図示しない照射対象に向かって射出される。なお、この２次光は、所定の集光構成を採用したとしても、その全てが照明対象に向かうものではなく、そのような２次光の一部が、上記複数本の光ファイバ４０によって、上記１次光とは逆方向の戻り光として導光されることとなる。

光検出ユニット３０は、上記複数本の光ファイバ４０によって導光されてきた戻り光を検出する。

光分岐ユニット５０は、複数（本実施形態では２個）の１次端子と複数（本実施形態では２個）の２次端子とを備え、１次端子の一つに入射した光をその複数の２次端子から射出し、２次端子の一つに入射した光をその複数の１次端子から射出する光分岐機能を有している。そして、本実施形態では、１次光ユニット１０及び光検出ユニット３０が該光分岐ユニットの１次端子側に配置され、光変換ユニット２０が該光分岐ユニット５０の２次端子側に配置されるように、それぞれ光接続されている。これにより、複数本の光ファイバ４０を介して、１個の１次光ユニット１０からの１次光を光変換ユニット２０に向けて導光可能となり、且つ、光変換ユニット２０からの２次光（戻り光）を１個の光検出ユニット３０へ向けて導光可能となる。

このような構成の光源モジュールにおいて、もし、何れかの光ファイバ４０の破断等の異常が発生すると、光変換ユニット２０への１次光が減少するため、光変換ユニット２０からの光変換後の光出力が低下する。このとき、その異常発生箇所（破断など）にて反射され、その反射された１次光が光ファイバ４０を逆方向の戻り光として導光されて、光分岐ユニット５０を介して光検出ユニット３０によって検出される状態となる。また、このような異常が発生すると、１次光が異常発生箇所（破断など）から抜け出るおそれがある。すなわち、異常発生箇所の近傍からの１次光の漏れ、さらにはこれが引き起こす局所発熱などが発生し、当該光源モジュールの使用者にとって好ましくない現象や機器の損傷などが起こる。特に、１次光が紫外光やレーザ光などの場合は、一定の規定光量以上が人体の目などの所定部位に照射される可能性があるため、装置としての安全性が低下する。

また、光変換ユニット２０又はその光変換部材２１の脱落や損傷等の異常が発生しても、光変換ユニット２０からの光変換後の光出力が低下すると共に、１次光が光変換ユニット２０から抜け出るおそれがある。すなわち、１次光が光変換されずに光変換部材２１を突き抜けて照射光に混ざり、さらにはこれが引き起こす局所発熱などが発生し、当該光源モジュールの使用者にとって好ましくない現象や機器の損傷などが起こる。特に、１次光が紫外光やレーザ光などでの場合は、一定の規定光量以上が人体の目などの所定部位に照射される可能性があるため、装置としての安全性が低下する。

本実施形態に係る光源モジュールにおいては、上記光分岐ユニット５０の２次端子側の領域である異常検出対象領域、つまり光変換ユニット２０及び光ファイバ４０に前述の異常が発生した場合、異常発生箇所からの１次光及び２次光の戻り光が光ファイバ４０から光分岐ユニット５０を経て光検出ユニット３０に導光される。これにより、異常検出領域において異常が発生したならば、光検出ユニット３０にて検知できる光量やスペクトルが変化するので、上述の故障を検出することができる。なお、異常発生箇所が２本の光ファイバ４０に同時に、あるいは２つの光変換部材２１に同時に、発生していなければ、光量は光変換ユニット２０からの光変換後の光出力が低下するが、停止することなく所定の出力は維持できる。

以上のように、２つの光ファイバ４０の両方からの戻り光を検出するために、１次光ユニット１０から光変換部材２１に光が導光する間に、光分岐ユニット５０を設けると共に、光分岐ユニット５０の１次光ユニット１０と並列する１次端子側に、光検出ユニット３０を設けることで、光ファイバ４０の破断、光変換ユニット２０／光変換部材２１の脱落、これらの部材損傷等の異常発生時に、光ファイバ４０が異常発生箇所からの戻り光を光分岐ユニット５０を介して光検出ユニット３０に導光するので、このような異常発生時に光検出ユニット３０にて検出する光の光学特性（光量やスペクトルなど）の変化から、異常を検知したり、異常個所を推定したり、異常の推定原因を診断することが可能となる。また、この時、異常発生箇所が複数本の光ファイバ４０や複数の光変換部材２１に渡って発生してなければ、光変換ユニット２０からの光変換後の光出力は低下するが停止することなく所定の出力は維持することができる。

すなわち、１次光ユニット１０と光検出ユニット３０は、光分岐ユニット５０を介して、複数組の「光ファイバ４０と光変換部材２１」と光接続される構成とすることにより、「光ファイバ４０と光変換部材２１」の一組が故障しても、所定の光出力を維持すると同時に、故障の程度や故障状態の推定が可能となる。

また、光変換ユニット２０の光変換部材２１として、１次光の光スペクトル、光量、配光特性、偏光特性、の何れかを変換または制御することで２次光を発生するものを使用用途に応じて採用することで、その使用用途に応じた異なる光スペクトル、配光、偏光の照明光を射出できる照明装置を実現できる。

なお、光分岐ユニット５０は、図１に示すように光ファイバ４０に対して１次光ユニット１０側でなく、光変換ユニット側に配置する構成であっても良いことは勿論である。また、光ファイバ４０は、光分岐ユニット５０を挟むように、１次光ユニット１０側と光変換ユニット側の両方に配置する構成であっても良いことは無論である。

ただし、本光源モジュールの使用用途によっては、図１に示すように光分岐ユニット５０を、異常検出対象部位に対して１次光ユニット１０及び光検出ユニット３０側に配置する構成であることが好ましい場合がある。例えば、本光源モジュールを内視鏡の照明装置として使用する場合、光変換ユニット２０は観察対象の内部に挿入される内視鏡の挿入部の先端に配置されて、光ファイバ４０がその内視鏡挿入部内を延在されることが想定される。この内視鏡の挿入部は、被検体内部の形状や挿入経路に応じて自在に湾曲などできるように可動構成となっている。したがって、挿入部の繰り返しの可動により、光ファイバ４０が断線する可能性が、他の使用用途に比較して高い。そのため、光分岐ユニット５０を１次光ユニット１０及び光検出ユニット３０側に配置し、前記挿入部に挿通される複数本の光ファイバ４０を検出対象領域として機能するように構成することが望ましい。同じ理由により、前記光分岐ユニット５０の前記２次端子と前記光変換ユニット５０との間に配置される前記複数本の光ファイバ４０の長さは、前記１次光ユニット１０から前記光分岐ユニット５０の前記１次端子に至る長さよりも長いことが望ましい。

さらに、１次光ユニット１０及び光検出ユニット３０と光分岐ユニット５０との間で断線の異常が発生すると光変換ユニット２０からの照明光が完全停止するか、異常検出機能が停止してしまう。そこで、１次光ユニット１０及び光検出ユニット３０と光分岐ユニット５０との間の光接続は、断線などすることが無いように、図１に示すように、１次光ユニット１０、光検出ユニット３０及び光分岐ユニット５０を、同一の基板６０上に構成する等、それらの相対位置が固定されていることが望ましい。

次に、上記のような構成の光源モジュールを用いた、本発明の第１実施形態に係る光源システムを説明する。

本光源システムは、上記光源モジュールに加えて、図２に示すように、１次光源ドライブ回路７１、光検出回路７２、異常診断回路７３、１次光源ドライブ制御回路７４、及び異常報知部７５を更に備えている。

ここで、１次光源ドライブ回路７１は、上記光源モジュールの１次光ユニット１０を駆動する。

光検出回路７２は、上記光源モジュールの光検出ユニット３０の出力を増幅するアンプ等である。

異常診断回路７３は、光検出回路７２を介して入力された光検出ユニット３０の検出結果に基づいて、異常検出対象領域の異常の有無を診断する。

１次光源ドライブ制御回路７４は、異常診断回路７３の診断結果に基づいて、１次光源ドライブ回路７１による上記光源モジュールの１次光ユニット１０の駆動を制御すると共に、異常の発生を当該光源システムの使用者に報知するための異常報知部７５を駆動制御する。

このような構成の光源システムにおいては、光検出ユニット３０の出力を光検出回路７２を経て、異常診断回路７３に入力し、異常の程度の推定を行なう。そして、１次光源ドライブ制御回路７４は、照明光に含まれる１次光の突き抜けや光ファイバ４０、あるいは、光ファイバ４０の先端部における光漏れや発熱が懸念される場合は、推定した異常の程度に応じて、異常報知部７５にて、異常発生状況を使用者に報知することができる。

また、１次光源ドライブ制御回路７４は、異常の程度に応じて、１次光源ドライブ回路７１のドライブレベルを予め設定した規準や演算方法によって設定することにより、光源モジュールからの光出力を必ずしも停止しなくても、機器損傷や使用者に対する安全性を確保することができる。なお、１次光ユニット１０のドライブを所定のレベルに制限する方法には、ＤＣ的にドライブレベルを制限するつまり駆動強度を制御する他にも、パルス幅やパルス周期を制御する方法なども適用できる。

以上のように、本光源システムでは、照明が完全停止しないだけでなく、安全性と明るさを適切に設定することができるため、異常発生の影響を最小限に止めることが可能となる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る光源モジュールは、図３（Ａ）に示すように、上記第１実施形態に係る光源モジュールにおける光検出ユニット３０に、光スペクトルや偏光などの分光機能を備える分光検出器３１を導入したものである。

このように、光検出ユニット３０の分光検出器３１にて、１次光成分と２次光成分を分光して検出することにより、典型的には、図３（Ｂ）に示すような現象が推定される。

すなわち、光ファイバ４０に破断またはヒビが入ると、光検出ユニット３０の分光検出器３１で検出される１次光成分は光量が中程度増加し、２次光成分は光量が減少する。これは、光ファイバ４０にヒビや破断が発生した場合、光ファイバ４０の破断した端面は鏡面状態にはならないので、その端面による１次光の反射光量は中程度の増加となるものである。このとき、光源モジュールの光出力に関しては、１次光成分の変動は少ないが、２次光成分の光量は減少する。したがって、２次光成分が低下する、すなわち照明光が暗くなるという影響が発生すると共に、光導光路である光ファイバ４０の途中での発熱、または、光漏れの影響が発生する。

一方、光変換ユニット２０の光変換部材２１が欠落すると、光検出ユニット３０の分光検出器３１で検出される１次光成分は光量が大きく増加し、２次光成分は光量が減少する。これは、光変換部材２１の欠落により露出する光ファイバ４０の端面は鏡面状態になることが多いので、１次光は非常に強く反射するからである。このとき、光源モジュールの光出力に関しては、１次光成分は突き抜け成分が増加し、２次光成分の光量は減少する。したがって、２次光成分が低下する、すなわち照明光が暗くなるという影響が発生すると共に、光源モジュールからの１次光出力が増加するという影響が発生する。

また、光変換ユニット２０の光変換部材２１が損傷を受けたとき（例えば焼け焦げ）には、光検出ユニット３０の分光検出器３１で検出される１次光成分の変動は少ないが、２次光成分の光量は減少する。これは、焼け焦げ部分では、１次光の反射は殆ど発生しないからである。このとき、光源モジュールの光出力に関しては、１次光成分の変動は少ないが、２次光成分の光量は減少する。したがって、２次光成分が低下する、すなわち照明光が暗くなるという影響が発生すると共に、光源モジュール先端部が発熱するという影響が発生する。

したがって、光検出ユニット３０に、入射する光の光スペクトルまたは偏光特性を分光する機能を有する分光検出器３１を設けることにより、該分光検出器３１で検出した１次光成分と２次光成分の状態に基づいて、発生した異常の原因を推定できるようになる。

なお、図３（Ｂ）に示した異常の原因とその影響は、一例であり、これに限定するものではないことは勿論である。

次に、上記のような構成の光源モジュールを用いた、本発明の第２実施形態に係る光源システムを説明する。

本光源システムの構成は、上記第１実施形態のそれと同様であるので、図示は省略する。

ただし、本実施形態においては、光検出回路７２は、上記光源モジュールの光検出ユニット３０が備える分光検出器３１の出力を増幅する。また、異常診断回路７３は、光検出回路７２を介して入力された分光検出器３１の検出結果に基づいて、異常検出対象領域の異常の有無や異常の推定原因の診断を行なう。そして、１次光源ドライブ制御回路７４は、照明光に含まれる１次光の突き抜けや光ファイバ４０、あるいは、光ファイバ４０の先端部における光漏れや発熱が懸念される場合は、推定した異常の程度や異常の原因に応じて、異常報知部７５にて、異常発生状況を使用者に報知することができる。

また、１次光源ドライブ制御回路７４は、異常の程度や故障の推定原因に応じて、１次光源ドライブ回路７１のドライブレベルを予め設定した規準や演算方法によって設定することにより、光源モジュールからの光出力を必ずしも停止しなくても、機器損傷や使用者に対する安全性を確保することができる。なお、１次光ユニット１０のドライブを所定のレベルに制限する方法には、ＤＣ的にドライブレベルを制限するつまり駆動強度を制御する他にも、パルス幅やパルス周期を制御する方法なども適用できる。

また、１次光源ドライブ制御回路７４は、光検出ユニット３０の分光検出器３１が検出した光スペクトル、光量、偏光特性の何れかと関連性を持たせて、１次光源ドライブ回路の駆動状態を設定することができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、光変換ユニット２０の光変換部材２１と光ファイバ４０の数は、図１に示すように一致している必要はなく、例えば図４に示すように複数本の光ファイバ４０を一つの光変換部材２１に接続しても構わない。

１０…１次光ユニット、２０…光変換ユニット、２１…光変換部材、３０…光検出ユニット、３１…分光検出器、４０…光ファイバ、５０…光分岐ユニット、６０…基板、７１…１次光源ドライブ回路、７２…光検出回路、７３…異常診断回路、７４…１次光源ドライブ制御回路、７５…異常報知部。

Claims

光源モジュールであって、
１次光を射出する１次光ユニットと、
前記１次光を受光して２次光に変換し、その変換された２次光を射出する光変換ユニットと、
光を検出する光検出ユニットと、
光を導光する複数本の光ファイバと、
複数の１次端子と複数の２次端子とを備え、前記複数の１次端子の一つに入射した光を分岐して前記複数の２次端子から射出し、前記複数の２次端子の一つに入射した光を分岐して前記複数の１次端子から射出する光分岐ユニットと、
を有し、
前記複数本の光ファイバを介して、前記１次光ユニットから前記光変換ユニットに向けて前記１次光を導光可能とすると共に、前記光変換ユニットから前記光検出ユニットに向けて前記変換された２次光及び１次光を導光可能とするように、前記１次光ユニット及び前記光検出ユニットは各々前記複数の１次端子の一つに光接続され、且つ、複数の前記光変換ユニットは前記光分岐ユニットの前記複数の２次端子に前記複数本の光ファイバを介して光接続され、
前記光検出ユニットが、入射する光の光スペクトルまたは偏光特性を分光する機能を有する分光検出器を備える、
光源モジュールと、
前記光検出ユニットの前記分光検出器の検出結果に基づいて、異常検出対象領域の異常の有無と異常の推定原因を診断する異常診断回路と、
を具備し、
前記異常診断回路は、前記光検出ユニットの前記分光検出器によって検出された１次光成分と２次光成分とに基づいて、前記診断を行うことを特徴とする光源システム。
前記光分岐ユニットの前記２次端子と前記光変換ユニットとの間に配置される前記複数本の光ファイバの長さは、前記１次光ユニットから前記光分岐ユニットの前記１次端子に至る長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
前記光分岐ユニットは、異常検出対象部位に対して前記１次光ユニット及び前記光検出ユニット側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
前記光変換ユニットは、前記１次光の光スペクトル、光量、配光特性、偏光特性、の何れかを変換または制御することで前記２次光を発生する機能を有する光変換部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
前記光源モジュールの前記１次光ユニットを駆動する１次光源ドライブ回路と、
前記異常診断回路の診断結果に基づいて、前記１次光源ドライブ回路による前記１次光ユニットの駆動を制御する１次光源ドライブ制御回路と、
を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
前記１次光源ドライブ制御回路は、前記１次光源ドライブ回路の駆動強度または駆動パルス幅を設定することを特徴とする請求項５に記載の光源システム。
異常の発生を報知するための異常報知部を更に具備し、
前記１次光源ドライブ制御回路は、前記異常診断回路の診断結果に基づいて、前記異常報知部を駆動制御することを特徴とする請求項５に記載の光源システム。
前記異常診断回路は、前記１次光成分の光量が増加するがその増分が所定量以下であり且つ前記２次光成分の光量が減少したことが検出されたとき、前記光ファイバの破断又はヒビが入ったことを診断することを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
前記異常診断回路は、前記１次光成分の光量が所定量よりも増加し且つ前記２次光成分の光量が減少したことが検出されたとき、前記光変換ユニットが欠落したことを診断することを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
前記異常診断回路は、前記１次光成分の光量の変動が所定量よりも少なく且つ前記２次光成分の光量が減少したことが検出されたとき、前記光変換ユニットが損傷を受けたことを診断することを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
前記１次光源ドライブ制御回路は、前記光検出ユニットの前記分光検出器が検出した光スペクトル、光量、偏光特性の何れかと関連性を持たせて、前記１次光源ドライブ回路の駆動状態を設定する機能を有することを特徴とする請求項５に記載の光源システム。
前記１次光源ドライブ制御回路は、前記１次光源ドライブ回路の駆動強度または駆動パルス幅を設定することを特徴とする請求項１１に記載の光源システム。