JP7371267B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なるスペクトルで被写体を照明するための照明装置に関する。とくには、本発明は、内視鏡、とりわけ広視野対物レンズを備える内視鏡の先端部に有用な照明装置に関する。

異なる色の光による撮像が、当技術分野で知られている。例えば、白色光撮像（ＷＬＩ）および「スペクトル撮像」が存在する。ＷＬＩにおいて、被写体（結腸など）は白色光で照明される。対照的に、スペクトル撮像において、被写体は、白色光のスペクトル分布とは異なるスペクトル分布を有する光で照明される。例えば、実質的に紫色および緑色の光のみを含むスペクトルを使用したスペクトル撮像が知られている。

図１が、ＷＬＩおよびスペクトル撮像の両方を可能にする先行技術による内視鏡用の照明システムを示している。この照明システムは、白色ＬＥＤ（ここでは、黄色リン光体で覆われた青色ＬＥＤとして示されている）と、白色ＬＥＤから分離された紫色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤとを備えている。スペクトル撮像においては、紫色および緑色ＬＥＤのみが光を発する。したがって、発せられる光は、左側の紫色から緑紫色を経て右側の緑色へと至る勾配を有する。ＷＬＩにおいては、白色ＬＥＤのみが光を発する。

このような照明システムは、いくつかの欠点を有し、紫色光および緑色光の相対強度が、被写体上の位置によって変動する。さらに、白色光による照明が、被写体において、紫色および緑色ＬＥＤによる照明と異なる位置に位置する。したがって、先行技術の内視鏡を使用する医師は、同じ位置を異なる照明下で容易に観察することができない。またさらに、内視鏡の先端部に３つのＬＥＤを収容するために、かなりのスペースが必要である。

先行技術による別の照明システムにおいては、図２に示されるように、複数のＬＥＤ（白色ＬＥＤなど）が対物レンズの周囲に配置される。このような構成において、対物レンズの直前のスペースは、対物レンズの影によって死角となる。さらに、対物レンズが１８０°程度またはさらに大きい広視野を有する場合、照明システムが視野の外側部分を照明しない。したがって、照明システムの外側にさらなる死角が存在する。

本発明の目的は、先行技術を改善することである。すなわち、本発明の一態様によれば、独立請求項に記載の照明システムが提供される。本発明のさらなる態様は、内視鏡の堅固な先端、および照明システムを備える内視鏡を提供する。さらなる詳細が、それぞれの従属請求項に記載される。

本発明のいくつかの実施形態によれば、以下の利点のうちの少なくとも１つを達成することができる。

・ＷＬＩおよびスペクトル照明の両方を可能にする照明装置に必要な空間が少なくて済む。
・死角が減少し、あるいは完全に回避することさえ可能である。
・容易に実施できる構成である。
・必要に応じて、光源がＬＥＤおよび／または光ファイバの出射端であってよい。
・色分布が、先行技術によるよりも均一である。
・医師が異なる照明下で位置を容易に観察することができる。

さらなる利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。

上記の修正および以下で説明される例のいずれも、代案を除外すると明確に述べられていない限り、それらが言及するそれぞれの態様に単独または組合せにて適用可能であることを理解されたい。

さらなる詳細、特徴、目的、および利点が、添付の図面と併せて検討されるべき本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかである。

先行技術による照明システムを示している。 先行技術による照明システムを示している。 スペクトル照明に使用される本発明のいくつかの実施形態による照明装置の単位セルの断面図を示している。 図３の照明装置をスペクトル照明に使用した場合の発光スペクトルを示している。 ＷＬＩに使用される図３による照明装置の単位セルを示している。 図５の照明装置をＷＬＩに使用した場合の発光のスペクトルを示している。 スペクトル照明に使用される本発明のいくつかの実施形態による別の照明装置の単位セルを示している。 スペクトル照明に使用される図７の照明装置の発光スペクトルを示している。 ＷＬＩに使用される図７の照明装置を示している。 ＷＬＩに使用される図９の照明装置の発光スペクトルを示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示している。 図１２の照明装置の平面図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示している。 図１６による照明装置の平面図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示している。 光源と出口層との間の最小距離をどのように計算できるかを示している。 本発明のいくつかの実施形態によって死角がどのように減少するかを示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の動作のタイミング図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の動作の別のタイミング図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の動作のタイミング図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の動作の別のタイミング図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の動作の別のタイミング図を示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の動作の別のタイミング図を示している。 ＷＬＩに使用される本発明のいくつかの実施形態による照明装置の発光スペクトルを示している。 近赤外照明に使用される本発明のいくつかの実施形態による照明装置の発光スペクトルを示している。 本発明のいくつかの実施形態による照明装置の平面図を示している。 図３０による照明装置の断面図を示している。

以下で、本発明の特定の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明するが、実施形態の特徴は、とくに記載のない限り、互いに自由に組み合わせることが可能である。しかしながら、特定の実施形態の説明が、例として与えられているにすぎず、本発明を開示された詳細に限定するものとして理解されることを決して意図していないことを、明確に理解すべきである。

図面において、同じ数字は、類似する構成要素を指し示しており、それらは異なるアルファベットによって区別される。図面は概略図にすぎない。とくには、サイズは一定の縮尺ではない。例えば、光源（ＬＥＤまたは光ファイバの出射端）は、実質的に点であってよい。

図３が、本発明のいくつかの実施形態による照明装置の単位セルを示している。単位セルは、第１の種類の第１のＬＥＤ２ａ（ＵＶ光を発するＬＥＤなど）と、白色ＬＥＤなどの異なるスペクトルを発する第２のＬＥＤ３ａとを備える。これらのＬＥＤの各々は、光源の一例である。単位のＬＥＤは、出口層１ａを照明する。リン光体が、出口層に配置される。リン光体は、第１のＬＥＤからの光（第１の光）の少なくとも一部分を第１の変換光に変換する。さらに、リン光体は、第２のＬＥＤからの光（第２の光）の少なくとも一部分を第２の変換光に変換することができる。第１の変換光は、第１の光とは異なるスペクトルを有する。第２の変換光は、第２の光とは異なるスペクトルを有する。

例えば、図４に示されるように、スペクトル照明の場合、ＵＶ ＬＥＤ２ａのみが出口層を照明する一方で、白色ＬＥＤは消灯する。この場合、発光スペクトルは、波長（ピーク波長）λ３付近（例えば、４００～４３０ｎｍ）のＬＥＤ２ａからの紫色または深青色光（ＵＶ光と呼ばれることもある）と、出口層１ａのリン光体による変換からの緑色光（例えば、λ２：５２０～５８０ｎｍの付近の波長）とを含む。

白色光照明においては、第２のＬＥＤ３ａのみが出口層１ａを照明する一方で、第１のＬＥＤ２ａは光を発しない。この場合、白色ＬＥＤは、図６に破線で示されるような発光スペクトルを有するリン光体で覆われた青色ＬＥＤである。すなわち、青色領域（約４４０～４６０ｎｍの付近のλ１）に高いピークを有し、λ２の付近の緑色領域に広い極大値を有する。出口層１ａのリン光体による変換により、λ１の付近の青色光の強度が低下し、λ２の付近の広い極大値が強められ、広げられる。このようにして、白色光照明が行われる。

図４および図６に示したスペクトルは、あくまでも例にすぎない。異なる種類のリン光体と組み合わせられた異なる種類のＬＥＤの他の組合せも、本発明の範囲に含まれる。１種類のリン光体ではなく、複数の種類のリン光体を出口層に用いてもよい。これらの異なる種類のリン光体は、混合されても、異なる層に配置されてもよい。

図７～図１０が、図３および図５の白色ＬＥＤ３ａが４４０～４６０ｎｍの範囲の光を発する青色ＬＥＤ３ｂによって置き換えられている点を除いて図３～図６に対応する本発明のいくつかの実施形態による単位の別の例を示している。この例において、第１のＬＥＤ２ｂおよび出口層１ｂ内のリン光体は図３および図５と同じであるため、図８に示されるスペクトル照明の場合のスペクトルは、図４に示したものと同じである。

しかしながら、白色光照明の場合、青色ＬＥＤ３ｂは、図３および図５の白色ＬＥＤ３ａよりもさらにリン光体を励起する。したがって、白色光照明の場合の発光スペクトルは、図１０に示されるように、λ２の付近のより大きくてより広いピークを有する。

図１１が、本発明のいくつかの実施形態による照明装置を示している。図１１の照明装置においては、下面および上面を有する出口層１ｃが存在する。ＬＥＤ２ｃおよび３ｃからの光が下面を照らし、出口層に配置されたリン光体によって変換され、ＬＥＤ２ｃおよび３ｃから発せられた光の残りの部分と変換光との合成光が、出口層の上面から発せられる。

照明装置は、第１の種類の複数のＬＥＤ２ｃ（第１のＬＥＤ）と、第２の種類の複数のＬＥＤ３ｃ（第２のＬＥＤ）とを備える。第１および第２の種類のＬＥＤは、異なる発光スペクトルを有する。ＬＥＤは、単位セル２３内に配置され、各々の単位セルは、少なくとも１つの第１のＬＥＤと、少なくとも１つの第２のＬＥＤとを含む。図１１の例において、各々の単位セル２３は、１つの第１のＬＥＤ２ｃおよび１つの第２のＬＥＤ３ｃを備える。それぞれの第１および第２のＬＥＤの配置は、全ての単位セルにおいて同じである。説明のために、いくつかのＬＥＤの円錐状の照明が図１１に示されている。

照明装置は、複数の単位セルを備える。単位セルは、ベース面２１ｃに周期的に配置されている。ベース面２１ｃは、単位セルの対応する点同士を結んだ平面である。図１１の例において、ベース面２ｃ１は、ＬＥＤ２ｃおよび３ｃの発光面を含む。

全ての第１のＬＥＤ２ｃおよび第２のＬＥＤ３ｃは、出口層１ｃから離されている。したがって、これらのＬＥＤの各々は、リン光体を含む出口層１ｃのかなり大きな部分を照らすことができる。とくに、出口層１ｃの下面の領域３３において、下面の各位置が少なくとも２つのＬＥＤ３ｃによって照明される。これに対応して、下層の領域２２において、下層の各位置が少なくとも２つの第１のＬＥＤ２ｃによって照明される。したがって、領域２２および３３において、それぞれの光による照明に関して、出口層内のリン光体の比較的均一な照明を達成することができる。領域２２および３３の重複領域２２３３においては、第１のＬＥＤおよび第２のＬＥＤの両方による照明が、比較的均一である。

「比較的均一」という用語は、出口層の下面を照明するそれぞれの光の総強度が、２０％を超えて変動しないことを意味する。変動は１０％未満、さらには５％未満であることが好ましい。出口層の下面の照明は、表面全体にわたって実質的に均一であることが好ましい。しかしながら、いくつかの実施形態によれば、照明強度は、２つの隣接する単位セル内の対応する点を下面上に投影することによって得られる下面上の線上で実質的に均一であれば充分である。投影は、ベース層が平面である場合、ベース面（ベース層）に対して垂直であってよい。

出口層１ｃは、少なくとも重複領域２２３３において、ベース面に垂直な方向におけるリン光体の量が、下面上の位置に依存しなくてよい。あるいは、ベース面に垂直な方向におけるリン光体の量が、単位セルの配置の周期にて変動してもよい。

本発明のいくつかの実施形態は、ＬＥＤを制御するためにコントローラを備える。第１のＬＥＤ２ｃおよび第２のＬＥＤ３ｃは、別々に制御されてよい。すなわち、例えば、スペクトル照明の場合に、全ての単位セルの第１のＬＥＤ２ｃのみが出口層１ｃの下面を照明する一方で、白色光照明においては、第２のＬＥＤ３ｃのみが出口層の下面を照明する。随意による第３のモードにおいて、第１のＬＥＤ２ｃおよび第３のＬＥＤ３ｃの両方が、出口層の下面を照明することができる。制御は、オンおよびオフを含むことができるが、光強度を変動させるなどの他の動作も含むことができる。さらに、いくつかの例において、第１のＬＥＤ２ｃのうちの特定のいくつか、および／または第２のＬＥＤ３ｃのうちの特定のいくつかを、別々に制御してもよい。

図１２～図１８が、図１１に示した基本概念の変形例を示している。別段の記載がない限り、図１１の基本概念に関して説明した特性は、図１２～図１８にも相応に当てはまる。実質的に、図１１の概念との違いのみを、以下で説明する。

図１２は、本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示しており、図１３は、対応する平面図を示している。図１３の断面図から見て取れるとおり、１つの単位セルを構成するＬＥＤ２ｄおよび３ｄが、円に配置されている。概念という点で見ると、図１３において、単位セル２３ｃの左端と右端とが接合されている。これに対応して、出口層１ｄは、ＬＥＤ２ｄおよび３ｄが配置された仮想の円と同じ中心を有する環状である。

図１４の変形例において、図１２および図１３と同様に、出口層１ｅは環状であるが、断面において、下面および上面の少なくとも一方が湾曲している。図１４の例においては、上面および下面の両方が湾曲している。したがって、出口層は、ＬＥＤ２ｅおよび３ｅからの光ならびにそれぞれの変換光を所望の方向に向けるために、レンズのように作用することができる。図１４の照明装置についての平面図は、図１３の平面図に一致する。

出口層をレンズ形状に形成することは、内視鏡の対物レンズが図１４の照明装置によって取り囲まれるように配置される場合にとくに有利である。好ましくは、対物レンズの光軸は、照明装置の中心線と一致する。対物レンズが広い視野（１８０°程度またはそれ以上、例えば２２５°以上、など）を有する場合に、出口層のレンズ形状は、広い立体角での照明を可能にする。さらに、出口層中のリン光体が、散乱中心として作用する。したがって、出口層は、１８０°を超える視野であっても対物レンズを取り囲む照明装置によって充分な照明が可能であるように、光拡散器として作用することができる。したがって、図２に示した内視鏡の先端以外の死角を低減でき、あるいは排除することさえ可能である。同じ光拡散の効果により、図２に示した対物レンズの前方の死角も減少させることができる。これが、図２１に示されており、図２１は、図２の先行技術の構成を左側に繰り返し、対物レンズの周りに配置された本発明のいくつかの実施形態による照明装置を右側に示している。

図１５は、図１１、図１２、および図１４の照明装置のさらに別の変形例を示している。図１５による照明装置においては、第１のＬＥＤ２ｆと第２のＬＥＤ３ｆとが、ベース面に対して異なる高さに配置されている。図１５の例において、ベース面は、第１のＬＥＤ２ｆの発光面によって定められ、第２のＬＥＤ３ｆの発光面は、この面から距離ｄ＞０だけ離れている。図１５の照明装置についての平面図は、図１３の平面図に一致する。

図１６は、図１１、図１２、図１４、および図１５の照明装置のさらに別の修正例を示している。図１６の実施形態において、各々の単位セルの第１のＬＥＤ２ｇおよび第２のＬＥＤ３ｇは、異なる半径を有する円上に配置されている。第１のＬＥＤ２ｇは、中心線を中心とする半径ｒ１の円上に配置され、第２のＬＥＤ３ｇは、中心線を中心とする半径ｒ２の円上に配置され、ｒ１とｒ２とは互いに異なる。出口層１ｇは、第１のＬＥＤおよび第２のＬＥＤの配置円と同じ中心線を有する環の形態に配置されている。図１６の照明装置の平面図が、図１７に示されている。

図１２、図１４、図１５、および図１６に示された変形例を、任意に組み合わせることが可能である。そのような組合せの例が、本発明のいくつかの実施形態による照明装置の断面図を示している図１８に示されている。この実施形態において、出口層１ｈは、中心線を中心とする環状の形状を有し、断面において、出口層１ｈの上面および／または下面は、図１４と同様に湾曲している。さらに、第１のＬＥＤ２ｈと第２のＬＥＤ３ｈとが、中心線を中心とする異なる半径ｒ１およびｒ２を有する円上に配置されている。図１８の例において、単位セルは、３つ以上のＬＥＤを備える。第１のＬＥＤ２ｈおよび第２のＬＥＤ３ｈに加えて、第３のＬＥＤ３ｈ’を備える。第３のＬＥＤ３ｈ’は、第２の種類の（第２のＬＥＤ３ｈと同じ種類の）ＬＥＤであってよく、あるいは第１の種類および第２の種類の両方とは異なるスペクトルを発する別の種類のＬＥＤであってもよい。

この第３のＬＥＤ３ｈ’は、中心線を中心とする半径Ｒ２’を有する第３の円上に配置される。さらに、第３のＬＥＤ３ｈ’は、ベースライン２１ｈと比較して高い高さに配置される。この例において、ベースライン２１ｈは、第１および第２のＬＥＤ２ｈおよび３ｈの発光面によって定められている。

図１８は、図１２～図１７に示した種々の変形例の組合せの一例を示しているにすぎない。このような変形例の他の組合せも、本発明の範囲に含まれる。

図１９は、図１１の実施形態のさらに別の変形例である本発明の別の実施形態を示している。図１１～図１８において、単位セルは、ベース面に沿って配置されている。ベース面は、ベース領域の一例である。一般に、ベース領域は湾曲していてもよい。図１９の例においては、単位セル２３ｉが湾曲した支持層４ｉ上に配置されているため、ベース領域が湾曲している。ベース領域２１ｉは、各々の単位セル２３ｉの上端の対応する位置を結ぶように定められる。しかしながら、他の対応する点を結ぶことによって定められてもよい。したがって、支持層４ｉをベース領域と考えることも可能である。単位セル２３ｉの各々は、少なくとも１つの第１のＬＥＤおよび少なくとも１つの第２のＬＥＤを備える。

好ましくは、ベース層が湾曲している場合、出口層は、図１９に示されるように、ベース層に対応して湾曲している（湾曲した出口層１ｉ）。

図３０および図３１が、ベース層２１ｋが平面であり、出口層１ｋが湾曲した断面を有している本発明の一実施形態を示している。図３０は、ベース層２１ｋについての平面図を示し、図３１は、ベース層２１ｋおよび出口層１ｋの断面図を示している。

詳細には、ＬＥＤの種類を無視すれば、第１および第２のＬＥＤ２ｋおよび３ｋは、中心線の両側に対称に配置されている。中心線の各側において、第１および第２のＬＥＤ２ｋおよび３ｋは交互である。各々の第１のＬＥＤ２ｋは、中心線を介してそれぞれの第２のＬＥＤ３ｋと対向する。このようにして、２つの第１のＬＥＤ２ｋおよび２つの第２のＬＥＤ３ｋが、単位セル２３ｋを構成している。

リン光体を含む出口層１ｋは、ベース層２１ｋの上方で弧状（例えば、円弧状）に成形される。出口層１ｋの弧の頂点は、平面図において中心線と一致するように配置される。出口層１ｋは、中心線の方向に延びている。出口層１ｋは、出口層１ｋの中心線および頂点を含む対称面の周りで対称である。

ベース層と、対称面に交差する出口層１ｋの下面の中心線との距離が充分に大きい場合、第１のＬＥＤ２ｋおよび第２のＬＥＤ３ｋは、出口層１ｋの下面の中心線を実質的に均一に照明することができる。例えば、第１のＬＥＤ２ｋからの第１の光の総強度の変動が、２０％未満であってよく、第２のＬＥＤ３ｋからの第２の光の総強度の変動が、２０％未満であってよい。

図３０および図３１は、単位セル２３ｋが中心線に沿って直線的に配置され、出口層が同じ方向に直線的に延びている照明単位を示している。この直線状の配置に代えて、本発明のいくつかの実施形態においては、単位セル２３ｋが曲線状（例えば、円状）に配置され、出口層は対応する曲線（例えば、円）にて延びる。

「比較的均一」な照明を保証するために、出口層の下面上の特定の線（中心線など）の各位置が、少なくとも１つの単位セルの全てのＬＥＤによって照明されるべきである。単位セルの定義は、出口層の下面の特定の線上の位置に依存し得る。さらに、下面上の特定の線の各位置は、少なくとも２つの単位セルの対応するＬＥＤによって照明されるべきである。

図２０は、ＬＥＤの発光面が出口層の特定の線の下方に線状に配置される場合に、出口層が有するべきＬＥＤの発光面からの最小距離を示している。すなわち、図２０は、図１１の断面に対応する。異なる種類のＬＥＤ２ｊおよびＬＥＤ３ｊを各々が備えている２つの隣接する単位セル２３ｊが、図２０に示されている。

図２０において、ＬＥＤ２ｊについての最小距離が導出される。出口層１ｊの下面の特定の線上の各位置が、少なくとも１つのＬＥＤ２ｊによって、その最大放射パワーの半分で照明されることを保証するために、最小距離ｔ１は、

であり、式中、ｒ１は、それぞれの単位セル２３ｊ１の対応するＬＥＤ間の距離を指し、θ１は、各々のＬＥＤ２ｊの放射パターン特性における最大放射パワーの半分の角度を指す。囲み２３ｊ２は、単位セル２３ｊ１の定義と同等の単位セルの別の可能な定義を示している。例示的な放射パターンが、図２０の下部に示されている。

しかしながら、ＬＥＤ２ｊおよびＬＥＤ３ｊは単位セル２３ｊ内に配置され、各々の単位セル２３ｊにおいてＬＥＤの配置が同じであるため、ＬＥＤ３ｊについても同じ考察が当てはまる。ＬＥＤが（図１５および図１８などのように）出口層の下面の特定の線に対して異なる距離にある場合、ＬＥＤの種類ごとに対応して最小距離を導出することができ、これらの最小距離のうちの最大のものが適用されるべきである。

好ましくは、出口層の下面上の各位置が、少なくとも１つの単位セルのＬＥＤによって、それぞれの最大放射パワーの半分で照明される。さらに、出口層の下面上の各位置が、好ましくは、少なくとも２つの単位セルの対応するＬＥＤによって照明される。

典型的な配置において、ＬＥＤと出口層の下面との間の距離は、１ｍｍと１０ｍｍとの間、好ましくは３ｍｍと８ｍｍとの間であってよい。

一種類のＬＥＤ（第１のＬＥＤ、第２のＬＥＤ）は、同じスペクトルを有する。それらが異なる最大放射パワーを有する場合、上述した最大放射パワーの半分を、最大放射パワーが最も小さいＬＥＤの最大放射パワーよりも小さい固定値で置き換えてよい。

図２２～図２７が、本発明のいくつかの実施形態による照明装置を、照明装置によって照明されたシーンの画像を取り込むための撮像素子と共に、どのように動作させることができるのかについての例を示している。

図２２によれば、第１および第２の光源（例えば、異なる発光波長のＬＥＤ）が、基本的に撮像素子の露光時間に同期して、交互にオンに切り替えられる。図２３によれば、光源のうちの一方のみが、撮像素子の露光時間に基本的に同期してオンに切り替えられる一方で、他方の光源はオフのままである。或る時間の後に、第１および第２の光源は、それぞれの役割を交換することができる。図２４によれば、光源のうちの一方が恒久的に（すなわち、撮像素子の読み出し時間の間も）オンにされる。他方の光源は、恒久的にオフにされる。図２３と同様に、或る時間の後に、第１および第２の光源は、それぞれの役割を交換することができる。図２５は、図２４に対応するが、ここでは、両方の光源が恒久的にオンにされる。したがって、シーンを、図２２～図２４に従って得られるスペクトルとは異なるスペクトルで照明することができる。

図２６および図２７の例においては、撮像素子がローリングシャッタによって露光され、一度に撮像素子の一部分のみが露光され、この部分が、センサ領域の全体にわたって移動（ロール）する。図２６によれば、ローリングシャッタの１回の掃引毎に、２つの光源のうちの一方が出口層を照明する一方で、他方の光源は光を発しない。光源は、交互にオンおよびオフに切り替えられる。したがって、いずれの光源もオンになっていない暗掃引が、異なる光源による２つの照明の間に挿入されている図２７と比べ、より高速に画像を取得することができる。図２７の照明方式は、図２２の照明方式に対応する。ローリングシャッタは、図２３～図２５の照明シーケンスにも適用可能である。

図２８および図２９は、出口層内のリン光体が混合リン光体（例えば、チッ化物および／またはＣａＡｌＳｉＮ_３（ＣＡＳＮ）、および／または（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３（ＳＣＡＳＮ））である場合の例示的な照明スペクトルを示している。図２８に、白色光照明用の照明スペクトルが示されており、λ１およびλ２（白色ＬＥＤの発光波長）にピークを有し、より長い波長λ４（例えば、６７５ｎｍ）に追加の広い極大値を有している。例えば、近赤外撮像および／または近赤外光免疫療法において、λ４のピーク波長で発光する光源（ＬＥＤ）を選択することができる。したがって、スペクトルは、λ４の付近のほぼ唯一の広いピーク（さらには、光源からの何らかのスペクトルに起因するより高い波長におけるλ３の別のより小さなピーク）を含む。

本発明のいくつかの実施形態は、スペクトル撮像におけるさらなる問題も解決する。従来からの内視鏡において、先端部は、赤外線ＬＥＤおよび白色ＬＥＤを備えることができ、白色ＬＥＤは、紫色（ＵＶ）ＬＥＤと、紫色ＬＥＤからの光によって励起されるリン光体とを含む。リン光体は、紫色ＬＥＤを覆っている。そのような従来からの先端部において、白色ＬＥＤのリン光体が、赤外線ＬＥＤによって発せられ、内視鏡の部材によって反射された紫色光成分によって励起される可能性がある。白色ＬＥＤのリン光体からのこのスペクトル部分が、スペクトル撮像においてノイズとして受光される可能性がある。この問題は、紫色光について高い効率を有するリン光体（ＣＡＳＮまたはＳＣＡＳＮなど）が白色ＬＥＤに使用される場合に、とくに関連する。

従来からの内視鏡とは対照的に、本発明のいくつかの実施形態において、出口層は、白色ＬＥＤと照明される被写体との間に配置される。出口層内のリン光体が紫色光を生成する場合、白色ＬＥＤに到達するのはごく小さな部分であり、このリン光体からの光のさらに小さな部分が出口層を通過する。したがって、ノイズが低減される。別の選択肢として、本発明のいくつかの実施形態において、白色光を生成するリン光体は、紫色ＬＥＤを覆わなくてよく、出口層のみに存在してよい。このリン光体が出口層のＬＥＤへと向いた側に設けられる場合、被写体の照明への寄与をやはり低減することができる。

当然ながら、この効果は、上記の赤外線ＬＥＤと白色ＬＥＤとの組合せに限定されず、一方のＬＥＤのリン光体が内視鏡の部材から反射された他方のＬＥＤからの光によって励起される可能性がある他の組合せにおいても、達成可能である。

本発明は、ＬＥＤを光源として説明されている。しかしながら、ＬＥＤの代わりに、光ファイバの出射端を使用してもよい。この場合、光ファイバの入力端が、それぞれの光を発する発光光源に接続される。より詳細には、光ファイバが光ファイバを通過する光のスペクトルを変化させる場合、発光光源は、このスペクトルの変化を補償しなければならない。同じ種類の光源の光ファイバを、単一の発光光源に接続してもよく、あるいは一部を別々の発光光源に接続してもよい。発光光源の例は、ＬＥＤおよびレーザである。光ファイバの場合に、第１の光および第２の光の発光を制御するコントローラは、発光光源の発光を制御しても、発光光源から光ファイバの出射端への光の伝送を有効または無効にするシャッタを制御してもよい。

図１１～図１９において、単位セルは、例えば線または円にて一次元的に配置されている。しかしながら、本発明のいくつかの例示的な実施形態において、単位セルは、例えば、矩形の格子、正方形の格子、または六角形の格子など、二次元的に配置されてもよい。

出口層の形状は、好ましくは単位セルの配置に対応してよいが、この配置とは異なってもよい。

上述したように、照明装置は、好ましくは、人体の管腔へと挿入される内視鏡の堅固な先端に配置される。そのような堅固な先端は、対物レンズを備えることができ、照明装置は、対物レンズの周りに配置されてよい。さらに、堅固な先端は、撮像素子、作業チャネル、などを備えることができる。堅固な先端は、本発明の実施形態が内視鏡も包含するように可撓管と接続されてよい。いくつかの実施形態において、堅固な先端は、単独で（すなわち、内視鏡の可撓管に接続されることなく）使用されてもよい。したがって、照明装置を、いわゆる「カプセル型内視鏡検査」に使用することが可能である。

Claims (11)

1. 照明光のスペクトルを切り替え可能な照明装置であって、
   下面および前記下面の反対側の上面を備えており、リン光体が配置されている出口層と、
   各々がそれぞれの発光面から第１の発光スペクトルの第１の光を発するように構成されている複数の第１の光源と、
   各々がそれぞれの発光面から前記第１の発光スペクトルとは異なる第２の発光スペクトルの第２の光を発するように構成されている複数の第２の光源と
   を備え、
   前記第１の光源および前記第２の光源は、複数の単位セルに配置され、
   前記単位セルの各々は、前記第１の光源のうちの少なくとも１つと、前記第２の光源のうちの少なくとも１つとを備え、
   前記単位セルの各々内における、前記第１の光源のうちの少なくとも１つと、前記第２の光源のうちの少なくとも１つとの配置は、すべての前記単位セルにおいて同じであり、
   前記複数の単位セルは、ベース領域内に第１の周期で周期的に配置され、
   前記複数の第１の光源は、前記複数の第２の光源とは別に前記照明装置の使用中に制御可能であり、
   前記第１および第２の光源は、前記第１および第２の光源が前記第１および第２の光をそれぞれ発する場合に、前記下面の各位置が前記単位セルのうちの少なくとも２つの単位セルの第１の光源からの第１の光および前記単位セルのうちの少なくとも２つの単位セルの第２の光源からの第２の光によって照明されるように、前記出口層から離して配置され、
   前記リン光体は、前記第１および第２の光源が前記第１および第２の光を発する場合に、合成光が前記出口層の前記上面から出るように、前記第１の光の少なくとも一部分を第１の変換光に変換するように構成され、
   前記リン光体が、前記第２の光の少なくとも一部分を第２の変換光に変換するように構成される場合に、前記合成光は、前記第１の光のうちの残りの部分、前記第２の光のうちの残りの部分、前記第１の変換光、および前記第２の変換光を含み、前記第１の変換光のスペクトルは、前記第２の変換光のスペクトルとは異なり、
   前記リン光体が、前記第２の光の少なくとも一部分を第２の変換光に変換するようには構成されない場合に、前記合成光は、前記第１の光のうちの残りの部分、前記第２の光、および前記第１の変換光を含み、
   前記第１および第２の光源が前記第１および第２の光をそれぞれ発する場合に、前記下面へと投影された前記複数の単位セルのうちの２つの隣接する単位セルの対応する位置同士を結ぶ線上で、前記第１の光の総強度の変動が２０％未満であり、前記第２の光の総強度の変動が２０％未満である、照明装置。
2. 前記単位セルの各々において、
   それぞれの単位セルの全ての前記第１の光源の前記発光面および全ての前記第２の光源の前記発光面が、前記ベース領域内に配置され、あるいは
   それぞれの単位セルの前記第１の光源および前記第２の光源のうちの少なくとも１つの前記発光面が、前記ベース領域とは異なる高められた領域に配置され、それぞれの単位セルの残りの第１の光源の前記発光面および残りの第２の光源の前記発光面が、前記ベース領域内に配置されている、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記ベース領域に対して垂直な方向における前記リン光体の量が、前記下面上の位置に依存せず、あるいは前記下面上の位置に応じて前記第１の周期で変化する、
   請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記第１および第２の光源が前記第１および第２の光をそれぞれ発する場合に、前記下面の全体における前記第１の光の総強度の変動が２０％未満であり、前記下面の全体における前記第２の光の総強度の変動が２０％未満である、請求項１～３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. ・前記第１の光源の各々が、それぞれのＬＥＤであるか、あるいは前記第１の光源の各々が、入力端が第１の光を発する発光光源に接続されたそれぞれの光ファイバの出射端である、および
   ・前記第２の光源の各々が、それぞれのＬＥＤであるか、あるいは前記第２の光源の各々が、入力端が第２の光を発する発光光源に接続されたそれぞれの光ファイバの出射端である、
   の少なくとも一方である、請求項１～４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記第１の光源による前記第１の光の発光および前記第２の光源による前記第２の光の発光を別々に制御するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記単位セルが、前記第１の周期で一次元的に前記ベース領域内に配置されるか、あるいは前記単位セルが、前記第１の周期を有する第１の次元および第２の周期を有する第２の次元にて前記ベース領域内に配置される、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記単位セルは、円にて一次元的に配置され、前記第１の周期は、角度周期である、請求項７に記載の照明装置。
9. 前記出口層は、前記合成光が前記円の中心の周りの１８０°を超える角度にて前記出口層を出るように、光拡散器として作用する、請求項８に記載の照明装置。
10. 人体の管腔へと挿入され、対物レンズと、前記対物レンズの周りに配置された請求項８または９に記載の照明装置とを備える内視鏡の堅固な先端またはカプセル型内視鏡。
11. 請求項１０に記載の堅固な先端と、前記人体の前記管腔へと挿入される可撓管とを備え、前記堅固な先端は、前記可撓管に接続されている内視鏡。

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