JP6485656B2 - 照明導光装置及び内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明導光装置及びそれを用いた内視鏡装置に関する。

先端部を被検体の体内に挿入することによって体内の被観察対象の映像を体外のモニタ等で見ることができる内視鏡装置がある（例えば特許文献１）。

特許文献１では、被観察体からの光を結像する対物レンズと、撮像素子及び被観察体に光を照射する照明手段とを有する先端部の構成が開示されている。特許文献１に開示される技術によれば、対物レンズの周囲に同軸的に光ファイバ束または固体発光素子の照明手段を配設することで先端部内の照明手段に要するスペースを削減できる。

特開昭６０−６９６１６号公報

しかしながら、上記の従来技術では、照明手段が複数の固体発光素子である場合、複数の固体発光素子それぞれの出射光強度が同一でない場合には、照射ムラが発生してしまうという問題がある。また、照明手段が光ファイバ束である場合、光ファイバ束を分割した上でそれぞれに配置される光源からの出射光強度にバラつきがある場合、照射ムラが発生してしまうという問題がある。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたもので、内視鏡装置に用いられる場合に被観察体への照射ムラの発生を抑制することのできる照明導光装置及びそれを用いた内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る照明導光装置は、入射された所定波長のレーザ光を分岐する光学部材と、前記光学部材で分岐された前記レーザ光を略平行の光にするレンズと、透光性を有し、前記レンズで略平行にされた前記光が一面側に入射される基板と、前記基板の前記一面側と反対の他面側に配置され、前記基板を透過して一面側に入射された前記光を波長変換する蛍光体層と、前記蛍光体層の前記一面側と反対の他面側に並行に立設される複数の光ファイバであって、それぞれ前記蛍光体層で波長変換された前記光を導光する複数の光ファイバからなる出射側ファイバとを備える。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る内視鏡装置は、被検体の体腔に挿入可能な挿入部と、上記態様の照明導光装置とを備え、前記挿入部の先端部には、前記被検体の体腔における被観察体からの光を結像する対物レンズ系と、前記出射側ファイバの少なくとも一部とが構成されており、前記出射側ファイバは、前記対物レンズ系の周囲に、一端側が同軸的に配設され、導光した前記光のそれぞれを前記被観察体に照明する。

本発明の一態様に係る照明導光装置は、内視鏡装置に用いられる場合に被観察体への照射ムラの発生を抑制することができる。

実施の形態１における照明導光装置が用いられる内視鏡装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態１における照明導光装置の先端部の先端面の外観を示す斜視図である。 図２Ａに示す先端部を先端面側から見たときの平面図である。 実施の形態１における照明導光装置の構成の一例を示す図である。 図３に示す光学部材の上面図である。 図４Ａに示す光学部材の一部断面図である。 実施の形態１における照明導光装置の動作を説明するための図である。 比較例における照明導光装置の構成とその動作を示す図である。 実施の形態２における照明導光装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態２における光学部材の上面図である。 図８Ａに示す光学部材の断面図を示す図である。 図８Ａに示す光学部材の断面図および一部上面図である。 実施の形態２における照明導光装置の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
［内視鏡装置］
以下では、まず、本実施の形態における照明導光装置が用いられる応用製品として、内視鏡装置を例に挙げて、その全体構成について図１〜図２Ｂを用いて説明する。図１は、本実施の形態における照明導光装置１０が用いられる内視鏡装置１の外観を示す斜視図である。図２Ａは、実施の形態１における照明導光装置１０の先端部２の先端面２ａの外観を示す斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示す先端部２を先端面２ａ側から見たときの平面図である。

内視鏡装置１は、図１に示すように、先端部２と、挿入部３と、操作部４と、光源装置５とを備える。内視鏡装置１は、例えば医療分野における手術または検査等に用いられ、先端部２と挿入部３の一部を被検体の体内に挿入することによって体内の被観察対象の映像または画像を体外のモニタで見ることができる。

＜先端部２＞
先端部２は、挿入部３の一部すなわち挿入部３の先端部分を構成し、硬質である。先端部２は、被観察体からの光を結像する対物レンズ系２１を有する。先端部２は、照明導光装置１０を含むとしてもよい。照明導光装置１０の詳細については後述する。

先端部２の先端面２ａには、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、対物レンズ系２１の周囲に、複数の光ファイバである出射側ファイバ１６の一端側が同軸的に配設されている。複数の光ファイバは、導光した複数の光のそれぞれを被観察体に照明する。

なお、図２Ａおよび図２Ｂでは、４つの光ファイバ１６ａ〜１６ｄの一端側が出射側ファイバ１６の一端側として同軸的に配設されているが、４つに限らない。２以上であればよい。

＜挿入部３＞
挿入部３は、例えば挿入チューブからなり、被検体の体腔に挿入可能である。挿入部３は、先端部２と、先端部２に連接される湾曲部３１と、湾曲部３１に連接される可撓部３２とを有する。先端部２、湾曲部３１及び可撓部３２とは一列に連結されている。湾曲部３１は、操作部４の操作レバー（不図示）の操作によって所定方向に湾曲変形する。可撓部３２は、一定以上の外力を加えることによって追従的に撓み、かつ復元する可撓性を有する。

ここで、先端部２に照明導光装置１０が含まれる場合、挿入部３の内部には、先端部２に含まれる照明導光装置１０に所定波長のレーザ光を導光する一本の光ファイバからなる入射側ファイバが収容される。一方、後述する光源装置５に照明導光装置１０が含まれる場合、挿入部３の内部には、照明導光装置１０の一部の出射側ファイバすなわち先端部２の先端面２ａから被観察体を照明する光を導光する複数の光ファイバからなる出射側ファイバが収容される。入射側ファイバおよび出射側ファイバについては後述する。

また、挿入部３の内部には、対物レンズ系２１による被観察体の像を伝達する光ファイバ束からなる図示外のイメージファイバと、操作部４の操作により湾曲部３１を湾曲させる操作ワイヤ等の図示外の作動機構などが収容されている。

＜操作部４＞
操作部４は、操作レバーを操作することで作動機構により湾曲部３１を湾曲させたり、先端部２から空気または水を送り込んだり、吸引したり、処置具を出し入れしたりすることができる。

＜光源装置５＞
光源装置５は、紫外光から可視光までの波長帯域のうち所定波長のレーザ光を発する光源を有する。光源装置５は、さらに、照明導光装置１０を含むとしてもよい。なお、光源は、光源装置５ではなく操作部４または先端部２に設けられてもよい。

本実施の形態では、光源は、例えば青色のレーザ光を発するレーザ光源として説明する。

［照明導光装置１０］
次に、本実施の形態における照明導光装置１０について説明する。図３は、実施の形態１における照明導光装置１０の構成の一例を示す図である。照明導光装置１０は、図３に示すように、入射側ファイバ１１と、光学部材１２と、レンズ１３と、基板１４と、蛍光体層１５と、出射側ファイバ１６とを備える。なお、照明導光装置１０は、入射側ファイバ１１を備えなくてもよい。この場合には、図３に示す入射側ファイバ１１の位置にくてもよい。

＜入射側ファイバ１１＞
入射側ファイバ１１は、所定波長のレーザ光を導光する一本の光ファイバからなる。入射側ファイバ１１は、光源が発した所定波長のレーザ光を離れた場所に光を伝える伝送路である。入射側ファイバ１１は、高屈折率のコアをコアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造で構成される。コアおよびクラッド層はともに光に対して透過率が非常に高い石英ガラスまたはプラスチックからなる。

なお、照明導光装置１０が入射側ファイバ１１を備えない場合には、図３に示す入射側ファイバ１１の位置にレーザ光源を配置し、配置したレーザ光源から直接光学部材１２に青色のレーザ光を入射してもよい。つまり、配置したレーザ光源が、空間結合方式で光学部材１２に青色のレーザ光を入射してもよい。レーザ光源と光学部材１２とは照明導光装置１０のサイズを小さくする観点で密着させてもよいし、熱的観点で一定の距離離してもよい。

＜光学部材１２＞
図４Ａは、図３に示す光学部材１２の上面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す光学部材１２の一部断面図である。

光学部材１２は、入射側ファイバ１１とレンズ１３との間に配置される。光学部材１２は、入射側ファイバ１１とレンズ１３と接触してもしなくてもよい。光学部材１２は、入射されたレーザ光を分岐する。光学部材１２により、分岐された光はレンズ１３に入射される。より具体的には、光学部材１２は、透過型の回折格子であり、入射されたレーザ光を複数の光に分岐する。

本実施の形態では、例えば光学部材１２は、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光またはレーザ光源から直接入射されたレーザ光を分割かつ分離することで、導光されたレーザ光を複数の光に分岐するマイクロレンズアレイで構成される。このマイクロレンズアレイは、レーザ光の入射面に垂直な面における形状の並び方向が同一領域では同じであり、異なる領域ではそれぞれ異なる複数の領域を有する。

図３に示す例では、光学部材１２は、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光を４つの光に分岐する。光学部材１２は、基板１４の入射面側と平行な基準面を有する透過型の回折格子であり、入射側ファイバ１１から導光された１本のレーザ光の光軸に、自身の構造上の中心を位置するように配置される。例えば光学部材１２は、回折型のマイクロレンズアレイで構成され、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、基材１２１と、回折型のレンズアレイ１２２とを備える。

基材１２１は、マイクロレンズアレイの基材である。基材１２１上には、レンズアレイ１２２が形成されている。なお、基材１２１を形成する材料としては、例えば、ガラス、プラスチックなど任意のものを用いることができる。ここで、ガラスとしては、例えば、ソーダガラス、無アルカリガラスなどを用いることができる。また、プラスチックとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などを用いることができる。また、基材１２１の材料は、耐熱性を考慮して選ぶ必要がある。さらに、基材１２１は、光の吸収が無く透明であることが好ましく、消衰係数がほぼ０の材料で形成されていることが好ましい。

レンズアレイ１２２は、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光を分割かつ分離することで、複数の光に分岐する。レンズアレイ１２２の、レンズ１３の入射面に垂直な面における断面形状は、例えば鋸歯状である。また、レンズアレイ１２２は、同一領域では鋸歯の並び方向が同じであり、異なる領域では鋸歯の並び方向がそれぞれ異なる複数の領域を有する。

例えば図４Ａに示す例では、レンズアレイ１２２は、並び方向がそれぞれ異なる４つの領域（領域１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）を有する。また、４つの領域（領域１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）それぞれの同一領域内では、直線状に並ぶレンズアレイが複数あり、複数のレンズアレイそれぞれの並び方向は同一である。ここで、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光の波長が例えば４６０ｎｍである場合、複数のレンズアレイの格子ピッチは、例えば５μｍであり、格子高さは１μｍである。

図４ＡのＺ１平面におけるレンズアレイ１２２の断面形状は、図４Ｂに示すように鋸歯状である。Ｚ１平面は、レンズ１３の入射面に垂直な面に該当する。図４Ｂでは、領域１２２ａにおけるレンズアレイ１２２の断面形状が示されているが、他の領域１２２ｂ、領域１２２ｃ及び領域１２２ｄも同様に、鋸歯状である。つまり、レンズアレイ１２２は、いわゆるブレーズド回折格子に該当する。これにより、レンズアレイ１２２は、一次回折効率を高くでき、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光のロス（光学ロス）を少なくすることができる。

また、レンズアレイ１２２は、例えば図４Ａの上面図に示されているように、４つの領域（領域１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）それぞれにおける鋸歯の並び方向が異なる。このように構成されることで、レンズアレイ１２２は、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光を分割かつ分離して、レンズ１３を介して蛍光体層１５の入射面に入射させたときに、蛍光体層１５の入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができる。

なお、レンズアレイ１２２の材料は、レンズアレイ１２２の形成方法や耐熱性、屈折率によって選択される。レンズアレイ１２２の形成方法としては、ナノインプリント、印刷、フォトリソ、ＥＢリソ、粒子配向などが挙げられる。レンズアレイ１２２の材料は、レンズアレイ１２２を、例えばナノインプリントや印刷により形成する場合、ＵＶ硬化樹脂としてエポキシ樹脂やアクリル樹脂など、熱可塑性樹脂としてポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などを選択すればよい。また、レンズアレイ１２２の材料は、耐熱性を考慮して、ガラスや石英を選択し、フォトリソやＥＢリソによりレンズアレイ１２２を形成してもよい。また、レンズアレイ１２２は、基材１２１からの光が入射しやすいように基材１２１と同程度の屈折率の材料で形成されていることが好ましい。さらに、レンズアレイ１２２は、基材１２１と同様に、光の吸収が無く透明であることが好ましく、消衰係数がほぼ０の材料で形成されていることが好ましい。

＜レンズ１３＞
レンズ１３は、例えばコリメータレンズであり、光学部材１２で分岐された光を略平行にする。レンズ１３により、略平行にされた光は基板１４に入射される。

本実施の形態では、レンズ１３は、光学部材１２で分岐された複数の光すなわち４つの光を略平行にして、基板１４に入射する。

＜基板１４＞
基板１４は、透光性を有し、レンズ１３で略平行にされた光が一面側に入射される。基板１４を透過した複数の光は蛍光体層１５に入射される。

本実施の形態では、基板１４は、レンズ１３で略平行にされ、入射された複数の光すなわち４つの光を透過させて蛍光体層１５に入射する。基板１４を形成する材料としては、透光性を有し、かつ、蛍光体層１５よりも熱伝導率が高ければ、例えば、サファイア、ＺｎＯ単結晶、ＡｌＮ、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、多結晶アルミナ、ＧａＮなど任意のものを用いてもよい。また、より放熱性を高めるべく、基板１４に対して、例えばヒートシンクを当接して取り付けていてもよいし、２つの基板１４で蛍光体層１５を挟んでもよい。

なお、基板１４の支持がなくても蛍光体層１５が形成できる場合には、照明導光装置１０は、基板１４を有しなくてもよい。

＜蛍光体層１５＞
蛍光体層１５は、基板１４の一面側と反対の他面側に配置され、基板１４を透過して一面側に入射された光を波長変換する。蛍光体層１５は、入射された光それぞれの一部を入射された光の波長帯域と異なる波長帯域に波長変換することで、光のそれぞれを当該光と異なる色の光に波長変換する。より具体的には、蛍光体層１５は、図３に示す左面である一面側（入射面）から入射された光の一部を波長変換する機能を有し、一面側に入射された複数の光を波長変換する。

本実施の形態では、蛍光体層１５は、複数の青色光が基板１４を透過して入射され、入射された複数の青色光それぞれの一部により励起された黄色光を出射する。また、蛍光体層１５は、入射された複数の青色光それぞれの他部を出射（透過）する。蛍光体層１５では、これら青色光および黄色光が混色されて出射されることになるので、蛍光体層１５は白色光を出射することになる。

蛍光体層１５は、図３に示すように基板１４上に例えば平板状に形成される。蛍光体層１５は、蛍光体を含み、当該蛍光体をシリコン、エポキシ等の樹脂で覆って形成される。なお、蛍光体層１５は、基板１４の支持がなくても形成できる場合には、単体として形成されてもよい。

蛍光体層１５において波長変換に伴う損失は熱に変わる。蛍光体層１５は温度が高くなると波長変換効率が下がる温度消光特性を有するため、蛍光体層１５の放熱は非常に重要である。ここでは特に図示しないが、蛍光体層１５を形成する樹脂に熱伝導率の高い材料、例えばＺｎＯ等の無機酸化物を混合することで放熱性を高めてもよい。また、蛍光体層１５の入射面に微小構造を設け、蛍光体層１５に光が入射しやすいように、または入射面から放熱されやすいようにしてもよい。

＜出射側ファイバ１６＞
出射側ファイバ１６は、蛍光体層１５の一面側と反対の他面側に並行に立設される複数の光ファイバであって、それぞれ蛍光体層１５で波長変換された光を導光する複数の光ファイバからなる。より具体的には、出射側ファイバ１６の複数の光ファイバはそれぞれ、蛍光体層１５で波長変換された複数の光のそれぞれを導光する伝送路である。

本実施の形態では、出射側ファイバ１６を構成する複数の光ファイバは、４つの光ファイバ１６ａ〜１６ｄである。光ファイバ１６ａ〜１６ｄのそれぞれは並行に立設される。光ファイバ１６ａ〜１６ｄは平行に立設されてもよい。光ファイバ１６ａ〜１６ｄのそれぞれの一端は蛍光体層１５に入射された複数の光それぞれの位置に対応した位置に密着または接触して配置される。また、照明導光装置１０が内視鏡装置１に用いられる場合、４つの光ファイバ１６ａ〜１６ｄそれぞれの他端側は、内視鏡装置１の先端部２において、対物レンズ系２１の周囲に、同軸的に配設される。

なお、出射側ファイバ１６を構成する複数の光ファイバそれぞれは、入射側ファイバ１１を構成する光ファイバと同様である。すなわち、複数の光ファイバそれぞれは、高屈折率のコアをコアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造で構成される。コアおよびクラッド層は共に光に対して透過率が非常に高い石英ガラスまたはプラスチックからなる。

［効果等］
図５は、本実施の形態における照明導光装置１０の動作を説明するための図である。

図５に示すように、本実施の形態における照明導光装置１０では、入射側ファイバ１１より導光される青色のレーザ光１１ａは、光学部材１２で４つの光１２ａに分割かつ分離され、レンズ１３の入射面に向けて出射される。レンズ１３に入射された４つの光１２ａは、レンズ１３で略平行の４つの光１３ａにされ、基板１４に入射される。基板１４に入射された光１３ａは、基板１４を透過し、蛍光体層１５に入射される。蛍光体層１５では、入射された４つの光１３ａそれぞれの一部を黄色を示す波長帯域に波長変換することで、４つの光１３ａそれぞれを白色の光１５ａに波長変換する。蛍光体層１５で波長変換された４つの光１５ａは、それぞれ対応する位置に立設される出射側ファイバ１６である４つの光ファイバ１６ａ〜１６ｄの一端に入射される。そして、４つの光ファイバ１６ａ〜１６ｄはそれぞれ、光１５ａを導光して他端から出射する。

ここで、比較例について説明する。

図６は、比較例における照明導光装置９０の構成とその動作を示す図である。

照明導光装置９０は、図６に示すように、複数の入射側光ファイバ９１ａ〜９１ｄと、複数の基板９４ａ〜９４ｄと、複数の蛍光体層９５ａ〜９５ｄと、複数の出射側光ファイバ９６ａ〜９６ｄとを備える。つまり、比較例の照明導光装置９０は、光を分岐する光学部材を備えていない。そのため、入射側光ファイバ９１ａが導光する光は、基板９４ａを透過して蛍光体層９５ａに入射され、波長変換される。波長変換された光は、蛍光体層９５ａに入射された光の位置に対応した位置に立設される出射側光ファイバ９６ａの一端に入射され、導光されて他端から出射される。入射側光ファイバ９１ｂ〜９１ｄそれぞれが導光する光についても同様である。

このように、比較例における照明導光装置９０では、入射側光ファイバ９１ａ〜９１ｄと出射側光ファイバ９６ａ〜９６ｄとが一本ずつ対応するため、入射側光ファイバ９１ａ〜９１ｄそれぞれに導光される光源からの出射光強度にバラつきがある場合、照射ムラが発生してしまう。また、４本の出射側光ファイバ９６ａ〜９６ｄを有する照明導光装置９０が内視鏡装置１の先端部２に用いられる場合には、４本の入射側光ファイバ９１ａ〜９１ｄを必要となるため、それらを内部に含む挿入部３の径を細くすることができない。

一方、照明導光装置１０では、光学部材１２を備えることにより、入射側ファイバ１１が一本の光ファイバで構成された入射側ファイバ１１により導光されたレーザ光を例えば４つのレーザ光に分離かつ分割（分岐）させて、出射側ファイバ１６を構成する互いに並行な４つ光ファイバ１６ａ〜１６ｂに伝達することができる。つまり、照明導光装置１０では、入射側ファイバ１１を一本の光ファイバのみで構成できるので、出射側ファイバ１６を構成する互いに並行な４つ光ファイバ１６ａ〜１６ｂに伝達されるレーザ光の出射光強度はバラつかず同一である。また、照明導光装置１０は、内視鏡装置１の先端部２または光源装置５に用いられた場合、一つのレーザ光源のレーザ光を分離かつ分割（分岐）させて出射側ファイバ１６に入射させることができるので、出射側ファイバ１６の端側（出射側）から被観察体への照射ムラの発生を抑制することができる。そして、照明導光装置１０は、入射側ファイバ１１を一本の光ファイバのみで構成できるので、内視鏡装置１の先端部２に用いられる場合には、入射側ファイバ１１が内部に含まれる挿入部３の径をより細くできる。

さらに、照明導光装置１０では、入射側ファイバ１１により導光されたレーザ光１１ａのスポット径を大きく変えることなく４つの光１２ａに分割かつ分離して、蛍光体層１５に入射させることができる。また、蛍光体層１５では、入射面の異なる領域に、分割かつ分離され、略平行にされた光１３ａが入射されていることから、蛍光体層１５の入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができる。つまり、本実施の形態における照明導光装置１０は、さらに、蛍光体層１５の入射面におけるエネルギー集中を防ぎ、蛍光体層１５の温度上昇を抑制することができるので、入射側ファイバ１１により導光されたレーザ光１１ａをロスすることなく蛍光体層１５に全量出射することができる。このように、本実施の形態における照明導光装置１０によれば、さらに、入射側ファイバ１１により導光されるレーザ光１１ａのエネルギーを大きくしても蛍光体層１５の温度上昇を抑制できるので、高出力化を図ることができるという効果も奏する。

以上のように、本実施の形態の照明導光装置１０によれば、内視鏡装置１に用いられる場合には被観察体への照射ムラの発生を抑制することができる。さらに、本実施の形態の照明導光装置１０が内視鏡装置１の先端部２に用いられる場合には挿入部３の径を細くすることができる。また、実施の形態の照明導光装置１０によれば、入射されたレーザ光を回折により分離かつ分割する光学部材１２を備えることで、蛍光体層１５への熱負荷を軽減しつつ、入射側ファイバ１１により導光されるレーザ光１１ａの高出力化を図ることができる。

より具体的には、本発明の一態様に係る照明導光装置１０は、入射されたレーザ光を複数の光に分岐する光学部材１２と、光学部材１２で分岐された複数の光を略平行にするレンズ１３と、透光性を有し、レンズ１３で略平行にされた複数の光が一面側に入射される基板１４と、基板１４の一面側と反対の他面側に配置され、基板１４を透過して一面側に入射された複数の光を波長変換する蛍光体層１５と、蛍光体層１５の一面側と反対の他面側に並行に立設される複数の光ファイバであって、それぞれ蛍光体層１５で波長変換された複数の光のそれぞれを導光する複数の光ファイバからなる出射側ファイバ１６とを備える。

これにより、照明導光装置１０が内視鏡装置１に用いられる場合には、被観察体への照射ムラの発生を抑制することができる。ここで、照明導光装置１０が内視鏡装置１の先端部２に用いられる場合には挿入部３の径を細くすることもできる。さらに、入射側ファイバ１１から導光される光のエネルギーを大きくしても蛍光体層１５の温度上昇を抑制できることから、入射側ファイバ１１で導光する光の高出力化を図ることができる。

ここで、例えば、光学部材１２は、透過型の回折格子であり、入射されたレーザ光を複数の光に分岐する。蛍光体層１５は、一面側に入射された複数の光を波長変換し、出射側ファイバ１６の複数の光ファイバはそれぞれ、蛍光体層１５で波長変換された光のそれぞれを導光する。

これにより、光学部材１２の厚みを極力薄く形成できる。照明導光装置１０が内視鏡装置１に用いられる場合には、先端部２の径をより細く形成することができる。

また、例えば、光学部材１２は、入射されたレーザ光を分割かつ分離することで、複数の光に分岐するマイクロレンズアレイで構成される。このマイクロレンズアレイは、レーザ光の入射面に垂直な面における形状の並び方向が同一領域では同じであり、異なる領域ではそれぞれ異なる複数の領域を有する透過型の回折格子である。

これにより、蛍光体層１５の入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができるので、入射側ファイバ１１で導光する光の高出力化を図ることができる。

また、レーザ光は、青色光であり、蛍光体層１５は、入射された複数の光の一部を黄色を示す波長帯域に波長変換することで、当該複数の光のそれぞれを白色光に波長変換してもよい。

この場合、照明導光装置１０が内視鏡装置１に用いられる場合には、被観察体を白色で照明することができる。その結果、被観察体のカラーの映像をモニタで見ることができる。

なお、実施の形態では、光学部材１２が並び方向がそれぞれ異なる４つの領域を有するマイクロレンズで構成されるとして説明したが、限らない。２以上の領域を有するマイクロレンズであればよい。この場合、出射側ファイバ１６を構成する光ファイバの数はこれらの領域数に応じて決定される。また、レンズアレイ１２２の大きさは、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光のスポット径よりも大きければよく、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光の光束を変化させないことを条件に任意の値を取ることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、光学部材１２は、並び方向がそれぞれ異なる複数の領域を有するマイクロレンズで構成されるとしたがこれに限らない。以下、実施の形態２として実施の形態１と異なるところを中心に説明する。

［照明導光装置１０Ａ］
本実施の形態における照明導光装置が用いられる応用製品は実施の形態１で説明した通りであるので、以下、本実施の形態における照明導光装置１０Ａについて説明する。

図７は、実施の形態２における照明導光装置１０Ａの構成の一例を示す図である。図３と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図７に示す照明導光装置１０Ａは、実施の形態１に係る照明導光装置１０に対して、光学部材１２Ａの構成と出射側ファイバ１６Ａの構成とが異なる。

＜光学部材１２Ａ＞
図８Ａは、実施の形態２における光学部材１２Ａの上面図である。図８Ｂは、図８Ａに示す光学部材１２Ａの断面図を示す図である。なお、図８Ｂには、図８Ａの光学部材１２ＡをＺ２Ｚ３平面で切断したときの断面図が示されている。図９は、図８Ａに示す光学部材１２Ａの断面図および一部上面図である。

光学部材１２Ａは、入射側ファイバ１１とレンズ１３との間に配置される回折格子であり、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光またはレーザ光源から直接入射されたレーザ光をリング状に配向することで導光されたレーザ光を分岐する。光学部材１２Ａにより、リング状に配向された光はレンズ１３に入射される。

本実施の形態では、光学部材１２Ａは、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光をリング状に配向する。ここで、光学部材１２Ａは、基板１４の入射面側と平行な基準面を有するリング状回折格子であり、入射側ファイバ１１から導光された１本のレーザ光の光軸に、自身の構造上の中心を位置するように配置される。光学部材１２Ａは、例えば回折型のマイクロレンズアレイで構成され、例えば図８Ａ及び図８Ｂに示すように、基材１２１と、レンズアレイ１２２Ａとを備える。

基材１２１は、回折型のマイクロレンズアレイの基材である。具体的には、基材１２１上には、レンズアレイ１２２Ａが形成されている。なお、基材１２１を形成する材料については、上述したので説明を省略する。

レンズアレイ１２２Ａは、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光をリング状に配向して、レンズ１３に入射させる。レンズアレイ１２２Ａは、光学部材１２Ａの出射面（図７で右側）に設けられる。レンズアレイ１２２Ａは、例えば図８Ａおよび図８Ｂに示すように、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光を回折させる複数の回折レンズ１２２ｅと入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光を直進させる直進部１２２ｆとを有する。

以下では、レンズアレイ１２２が１つの直進部１２２ｆを有する場合について説明するが、２以上の直進部を有してもよい。なお、レンズアレイ１２２Ａの中心は、図９の（ｂ）に示す例ではＸ軸とＹ軸との交点で示されており、図９の（ａ）に示す例ではＺ軸で示されている。また、図９の（ａ）に示す例では、レンズアレイ１２２Ａの中心から周辺に向かう方向は、Ｘ軸に沿ってＺ軸から離れる方向で示されているが、Ｙ軸に沿ってＺ軸から離れる方向も同様のため図示を省略している。また、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光のスポット径が３ｍｍ、基材１２１の厚みが１ｍｍ、レンズアレイ１２２Ａの直径が４ｍｍであるとして説明する。

直進部１２２ｆは、図８Ａに示すように、光学部材１２Ａを上面視したときの複数の回折レンズ１２２ｅが設けられていない円環領域に該当し、光学部材１２Ａの出射面と略平行な平坦面となるように設けられている。より具体的には、直進部１２２ｆは、図８Ｂおよび図９の（ａ）に示すように、レンズアレイ１２２Ａの表面のうち複数の回折レンズ１２２ｅが設けられていない領域に、基材１２１の上面（光学部材１２Ａの出射面）と略平行な平坦面となるように設けられている。図９の（ａ）に示すように、直進部１２２ｆは、Ｚ軸の−（マイナス）側から入射した光をそのまま（回折などさせずに）直進させる。なお、図９の（ａ）に示す例では、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光のスポット径が３ｍｍであることから、直進部１２２ｆは、レンズアレイ１２２Ａの中心（Z軸）を原点とした半径０．９ｍｍの円〜半径１．１ｍｍの円の間の領域に設けられている。

複数の回折レンズ１２２ｅは、図８Ａに示すように、光学部材１２Ａを上面視したとき、光学部材１２Ａの出射面において同心円状に設けられている。また、複数の回折レンズ１２２ｅは、図８Ｂおよび図９の（ａ）に示すように、当該出射面に垂直な面における複数の回折レンズの断面は鋸歯状である。ここで、複数の回折レンズ１２２ｅのピッチは、所定の区域ごとに異なる。

より具体的には、複数の回折レンズは、図８Ｂおよび図９の（ａ）に示すように、レンズアレイ１２２Ａの表面部分のうち直進部１２２ｆが設けられていない領域に所定の区域ごとに異なるピッチで同心円状に設けられている。複数の回折レンズ１２２ｅは、出射面に垂直な面における断面は鋸歯状であるため、レンズアレイ１２２Ａは、いわゆるブレーズド回折格子に該当する。これにより、レンズアレイ１２２Ａは、一次回折効率を高くでき、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光のロス（光学ロス）を少なくすることができる。

また、複数の回折レンズ１２２ｅのピッチは、上面視において光学部材１２Ａの中心から直進部１２２ｆに向かって広くなり、直進部１２２ｆから外側に向かって狭くなるように設けられている。より詳細には、図９の（ａ）に示すように、複数の回折レンズ１２２ｅのピッチは、同一区域内では同一であるが、区域１〜区域５のそれぞれ、および、区域６〜区域１０のそれぞれにおいて異なるように設けられている。さらに、複数の回折レンズのピッチは、区域１よりも区域２、区域２よりも区域３というように直進部１２２ｆから近づくほど大きくなるように設けられている。図９に示す例では、区域１はＺ軸を原点とした半径０ｍｍの円〜半径０．１ｍｍの円の間の領域であり、区域２はＺ軸を原点とした半径０．１ｍｍの円〜半径０．３ｍｍの円の間の領域である。区域３はＺ軸を原点とした半径０．３ｍｍの円〜半径０．５ｍｍの円の間の領域であり、区域４はＺ軸を原点とした半径０．５ｍｍの円〜半径０．７ｍｍの円の間の領域である。区域５はＺ軸を原点とした半径０．７ｍｍの円〜０．９ｍｍの円の間の領域であり、区域６はＺ軸を原点とした半径１．１ｍｍの円〜半径１．３ｍｍの円の間の領域である。区域７はＺ軸を原点とした半径１．３ｍｍの円〜１．５ｍｍの円の間の領域であり、区域８はＺ軸を原点とした半径１．５ｍｍの円〜半径１．７ｍｍの円の間の領域である。区域９はＺ軸を原点とした半径１．７ｍｍの円〜１．９ｍｍの円の間の領域であり、区域８はＺ軸を原点とした半径１．９ｍｍの円〜半径２ｍｍの円の間の領域である。つまり、区域２〜区域９のそれぞれは、２ｍｍ幅の円環領域として設けられている。

また、図９に示す例では、複数の回折レンズ１２２ｅの格子高さは０．９μｍである。そして、区域１および区域１０の格子ピッチは２．３μｍであり、区域２および区域９の格子ピッチは２．９μｍである。区域３および区域８の格子ピッチは３．８μｍであり、区域４および区域７の格子ピッチは５．６μｍである。また、区域５および区域６の格子ピッチは１１．３μｍであり、区域４および区域７の格子ピッチは５．６μｍである。このように、複数の回折レンズ１２２ｅのピッチは、上面視において光学部材１２Ａの中心から直進部１２２ｆに向かって広くなり、直進部１２２ｆから外側に向かって狭くなる。

このように設けられる複数の回折レンズ１２２ｅは、Z軸の−（マイナス）側から入射した入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光を、直進部１２２ｆを直進した光に向かうように回折することができる。

以上のように構成されるレンズアレイ１２２Ａは、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光をリング状に配向することができる。これにより、リング状に配向された光はレンズ１３で略平行にされ蛍光体層１５に入射されるので、蛍光体層１５の入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができる。

なお、レンズアレイ１２２Ａの材料は、レンズアレイ１２２と同様のため、説明を省略する。

＜出射側ファイバ１６Ａ＞
出射側ファイバ１６Ａは、蛍光体層１５の一面側と反対の他面側に並行に立設される複数の光ファイバであって、それぞれ蛍光体層１５で波長変換された光のそれぞれを導光する複数の光ファイバからなる。より具体的には、出射側ファイバ１６Ａの複数の光ファイバはそれぞれ、蛍光体層１５で波長変換されたリング状の光の一部を導光する伝送路である。

つまり、図７に示す出射側ファイバ１６Ａは、図３に示す出射側ファイバ１６と比較して、構成する光ファイバの数が異なっている。図７で示す例では、出射側ファイバ１６Ａは、８つの光ファイバで構成されているが、これに限らない。

出射側ファイバ１６Ａを構成する複数の光ファイバのそれぞれは並行に立設される。出射側ファイバ１６Ａを構成する複数の光ファイバは平行に立設されてもよい。出射側ファイバ１６Ａを構成する複数の光ファイバのそれぞれの一端は蛍光体層１５に入射されたリング状の光の一部の位置に対応した位置に密着または接着して配置される。また、照明導光装置１０Ａが内視鏡装置１に用いられる場合、出射側ファイバ１６Ａを構成する複数の光ファイバそれぞれの他端側は、内視鏡装置１の先端部２において、対物レンズ系２１の周囲に、同軸的に配設される。

なお、出射側ファイバ１６Ａを構成する複数の光ファイバそれぞれは、入射側ファイバ１１および出射側ファイバ１６Ａを構成する光ファイバと同様であるので、ここでの説明を省略する。

［効果等］
図１０は、実施の形態２における照明導光装置１０Ａの動作を説明するための図である。

図１０に示すように、本実施の形態における照明導光装置１０Ａでは、入射側ファイバ１１より導光される青色のレーザ光１１ａは、光学部材１２Ａでリング状の光１２ｂに配向され、レンズ１３の入射面に向けて出射される。レンズ１３に入射されたリング状の光１２ｂは、レンズ１３で略平行の光１３ｂにされ、基板１４に入射される。基板１４に入射された光１３ｂは、基板１４を透過し、蛍光体層１５に入射される。蛍光体層１５では、入射されたリング状の光１３ｂの一部を黄色を示す波長帯域に波長変換することで、リング状の光１３ｂを白色の光に波長変換する。蛍光体層１５で波長変換された白色の光は、それぞれ白色の光の一部に対応する位置に立設される出射側ファイバ１６Ａである複数の光ファイバの一端に入射される。そして、出射側ファイバ１６Ａである複数の光ファイバの一端に入射された光１５ｂは、導光された他端から出射される。

このように、照明導光装置１０Ａでは、光学部材１２Ａを備えることにより、入射側ファイバ１１が一本の光ファイバで構成された入射側ファイバ１１により導光されたレーザ光をリング状に配向（分岐）させて、出射側ファイバ１６を構成する互いに並行な複数の光ファイバに伝達することができる。つまり、照明導光装置１０Ａでは、入射側ファイバ１１を一本の光ファイバのみで構成できるので、出射側ファイバ１６Ａを構成する互いに並行な複数の光ファイバに伝達されるレーザ光の出射光強度はバラつかず同一である。また、照明導光装置１０Ａでは、入射側ファイバ１１を一本の光ファイバのみで構成できるので、内視鏡装置１の先端部２に用いられた場合には、挿入部３の径を細くでき、先端部２の内部の出射側ファイバ１６Ａの他端側（出射側）に近い側で配向（分岐）させることができるので、被観察体への照射ムラの発生をさらに抑制することができる。

以上のように、本実施の形態の照明導光装置１０Ａによれば、内視鏡装置１に用いられる場合には被観察体への照射ムラの発生を抑制することができ、また内視鏡装置１の先端部２に用いられる場合には当該挿入部３の径を細くすることができ、る。さらに、本実施の形態の照明導光装置１０Ａによれば、入射されたレーザ光をリング状に配向する光学部材１２Ａを備えることで、蛍光体層１５への熱負荷を軽減しつつ、入射側ファイバ１１により導光されるレーザ光１１ａの高出力化を図ることができる。

より具体的には、本発明の一態様に係る照明導光装置１０Ａは、入射されたレーザ光を分岐する光学部材１２Ａと、光学部材１２Ａで分岐された光を略平行にするレンズ１３と、透光性を有し、レンズ１３で略平行にされた光が一面側に入射される基板１４と、基板１４の一面側と反対の他面側に配置され、基板１４を透過して一面側に入射された光を波長変換する蛍光体層１５と、蛍光体層１５の一面側と反対の他面側に並行に立設される複数の光ファイバであって、それぞれ蛍光体層１５で波長変換された光を導光する複数の光ファイバからなる出射側ファイバ１６Ａとを備える。

これにより、照明導光装置１０Ａが内視鏡装置１に用いられる場合には被観察体への照射ムラの発生を抑制することのでき、内視鏡装置１の先端部２に用いられる場合には挿入部３の径をより細くすることができる。さらに、入射側ファイバ１１から導光される光のエネルギーを大きくしても蛍光体層１５の温度上昇を抑制できることから、入射側ファイバ１１で導光する光の高出力化を図ることができる。

ここで、例えば、光学部材１２Ａは、回折格子であり、入射側ファイバ１１から導光されたレーザ光をリング状に配向することでレーザ光を分岐する。出射側ファイバ１６Ａの複数の光ファイバはそれぞれ、蛍光体層１５で波長変換された光の一部を導光する。

これにより、光学部材１２の厚みを極力薄く形成できる。照明導光装置１０Ａが内視鏡装置１に用いられる場合には、先端部２の径をより細く形成することができる。

さらに、導光されたレーザ光をリング状に配向することで、出射側ファイバ１６Ａを構成する光ファイバの数を多数にできる。これにより、内視鏡装置１の先端部２の動きが大きくてもムラの無い光で被観察体を照明できるので、内視鏡装置１は、被観察体が暗闇のなかの腸内のものであっても、ムラの無い明るい映像を取得できる。

また、導光されたレーザ光をリング状に配向することで、蛍光体層１５への熱負荷を軽減すなわち蛍光体層１５の入射面におけるエネルギー集中を防ぐことができるので、入射側ファイバ１１で導光する光の高出力化を図ることができる。

（他の実施の形態等）
上述した実施の形態は一例にすぎず、各種の変更、付加、省略等が可能であることは言うまでもない。

また、上述した実施の形態で示した構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明の範囲に含まれる。その他、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態における照明導光装置１０（１０Ａ）を用いた内視鏡装置１も本発明に含まれる。具体的には、本発明の一態様に係る内視鏡装置１は、被検体の体腔に挿入可能な挿入部３と、照明導光装置１０（１０Ａ）とを備える。挿入部３の先端部２には、被検体の体腔における被観察体からの光を結像する対物レンズ系２１と、出射側ファイバの１６（１６Ａ）の少なくとも一部とが構成されている。出射側ファイバ１６（１６Ａ）は、対物レンズ系２１の周囲に、端側が同軸的に配設され、導光した光のそれぞれを被観察体に照明する。

上記実施の形態における照明導光装置１０（１０Ａ）を内視鏡装置１の光源装置５に用いて、照明導光装置１０（１０Ａ）の出射側ファイバ１６（１６Ａ）の一部を先端部２に構成する場合、被観察体への照射ムラの発生を抑制することのできる。また、上記実施の形態における照明導光装置１０（１０Ａ）を内視鏡装置１の先端部２に用いる場合、挿入部３の径を細くすることができ、被観察体への照射ムラの発生を抑制することのできる。

また、上記実施の形態における照明導光装置１０（１０Ａ）は、ロボットのカメラ部に用いてもよい。内視鏡装置１に用いる場合と同様に、照明導光装置１０（１０Ａ）が取りつけられるカメラ部を小型化できるだけでなく、被観察体への照射ムラの発生を抑制することのできる。

１ 内視鏡装置
２ 先端部
１０、１０Ａ 照明導光装置
１１ 入射側ファイバ
１２、１２Ａ 光学部材
１３ レンズ
１４ 基板
１５ 蛍光体層
１６、１６Ａ 出射側ファイバ
２１ 対物レンズ系

Claims (5)

1. 入射された所定波長のレーザ光を分岐する光学部材と、
   前記光学部材で分岐された前記レーザ光を略平行の光にするレンズと、
   透光性を有し、前記レンズで略平行にされた前記光が一面側に入射される基板と、
   前記基板の前記一面側と反対の他面側に配置され、前記基板を透過して一面側に入射された前記光を波長変換する蛍光体層と、
   前記蛍光体層の前記一面側と反対の他面側に並行に立設される複数の光ファイバであって、それぞれ前記蛍光体層で波長変換された前記光を導光する複数の光ファイバからなる出射側ファイバとを備える、
   照明導光装置。
2. 前記光学部材は、透過型の回折格子であり、入射された前記レーザ光を複数の光に分岐し、
   前記蛍光体層は、前記一面側に入射された前記複数の光を波長変換し、
   前記出射側ファイバの複数の光ファイバはそれぞれ、前記蛍光体層で波長変換された前記光のそれぞれを導光する、
   請求項１に記載の照明導光装置。
3. 前記光学部材は、入射された前記レーザ光を分割かつ分離することで、前記レーザ光を複数の光に分岐するマイクロレンズアレイで構成され、
   前記マイクロレンズアレイは、前記レーザ光の入射面に垂直な面における形状の並び方向が同一領域では同じであり、異なる領域ではそれぞれ異なる複数の領域を有する、
   請求項２に記載の照明導光装置。
4. 前記光学部材は、回折格子であり、入射された前記レーザ光をリング状に配向することで前記レーザ光を分岐し、
   前記出射側ファイバの複数の光ファイバはそれぞれ、前記蛍光体層で波長変換された前記光の一部を導光する、
   請求項１に記載の照明導光装置。
5. 被検体の体腔に挿入可能な挿入部と、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明導光装置とを備え、
   前記挿入部の先端部には、
   前記被検体の体腔における被観察体からの光を結像する対物レンズ系と、
   前記出射側ファイバの少なくとも一部とが構成されており、
   前記出射側ファイバは、前記対物レンズ系の周囲に、一端側が同軸的に配設され、導光した前記光のそれぞれを前記被観察体に照明する、
   内視鏡装置。

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