(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアの外周に配置されるクラッドとを有し、レーザ光源部から出射された１次光を導光する単線の光ファイバと、
前記光ファイバの前記コアの内部で少なくとも一部は、前記コアの中心軸上に形成される、または前記コアの内部と前記クラッドの内部とに形成され、前記光ファイバによって導光された前記１次光を照射され、照射された前記１次光の少なくとも一部の光学特性を変換して前記光ファイバのＮＡ以上の配光角で出射される２次光を生成する光変換部と、
前記レーザ光源部とは逆側の前記光ファイバの端部に配置され、前記２次光を照明光として外部に出射する出射端部と、を備え、
前記コアの半径をｄと称し、前記光ファイバが前記２次光を受け入れ可能な角度をＮＡと称し、前記光ファイバの外部空間の屈折率をｎと称し、前記出射端部と前記光変換部との間の距離をＬと称したとき、前記Ｌは下記式を満たす、
【数１】
0006710275.tif 000004
照明ユニット。
【請求項２】
前記光変換部は、前記２次光の生成のために前記１次光の少なくとも一部を拡散する少なくとも１つの拡散構造を有し、
前記拡散構造は、前記拡散構造が密接する密接部材の屈折率とは異なる屈折率を有する請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項３】
前記拡散構造は、孔部と、前記密接部材の屈折率よりも高い屈折率を有する屈折率改質部と、略球形状と、略柱形状と、クラック部と、の何れかを有する請求項２に記載の照明ユニット。
【請求項４】
前記光変換部は、前記１次光の少なくとも一部の光学特性を変換する光変換部材を有する請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項５】
前記光変換部材は、前記１次光の少なくとも一部を拡散する拡散部材と、前記１次光の少なくとも一部の波長を変換する波長変換部材との少なくとも１つを有する請求項４に記載の照明ユニット。
【請求項６】
前記光変換部は、前記２次光の生成のために前記１次光の少なくとも一部を拡散する複数の前記拡散構造を有し、
前記複数の拡散構造の密度は、互いに異なる請求項２に記載の照明ユニット。
【請求項７】
前記出射端部の近くに配置される第１拡散構造の密度は、前記出射端部から離れて配置される第２拡散構造の密度よりも高い、または
前記第１拡散構造の密度は、前記第２拡散構造の密度よりも低い請求項６に記載の照明ユニット。
【請求項８】
前記光ファイバの中心軸に垂直な断面において、第３拡散構造と前記第３拡散構造よりも密度が低い第４拡散構造とが配置される請求項６に記載の照明ユニット。
【請求項９】
前記光ファイバの前記垂直な断面において、前記第３拡散構造は前記コアの中心軸上に配置され、第４拡散構造は前記中心軸の周囲に配置される請求項８に記載の照明ユニット。
【請求項１０】
前記第３拡散構造と前記第４拡散構造とは、前記コアの中心軸を含む縦断面を中心に互いに対して対称に配置される請求項８に記載の照明ユニット。
【請求項１１】
前記拡散構造は、前記コアの中心軸を含む前記コアの縦断面の表面側に配置される請求項２に記載の照明ユニット。
【請求項１２】
前記出射端部は、前記端部における前記光ファイバの先端面として機能する、または前記先端面及び前記先端面と前記光変換部との間における前記光ファイバの外周面として機能する請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項１３】
前記出射端部は、前記光ファイバの前記先端面における前記コアの先端面に配置され且つ前記照明光を出射する端面出射構造を有する請求項１２に記載の照明ユニット。
【請求項１４】
前記端面出射構造は、平面形状と、前記レーザ光源部に向かって窪む凹状のレンズ形状と、クサビ形状と、先細のペンシル形状と、凹凸部と、反射防止コートとのいずれか１つを有する請求項１３に記載の照明ユニット。
【請求項１５】
前記出射端部は、前記光ファイバの前記先端面と前記光変換部との間における前記光ファイバの前記外周面に配置され、前記光ファイバの前記外周面から前記照明光を出射する周面出射構造を有し、
前記周面出射構造は、前記クラッドに配置され、前記コアの外周面を露出させる切欠き部を有する請求項１２に記載の照明ユニット。
【請求項１６】
前記切欠き部は、前記クラッドの外周面全周に渡ってリング状に配置される、または前記クラッドの前記外周面においてドット状に配置される請求項１５に記載の照明ユニット。
【請求項１７】
前記周面出射構造は、前記クラッドが除去されて外部に露出する前記コアの外周面として機能する請求項１５に記載の照明ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単線の光ファイバを有する照明ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１は、単線の光ファイバを有する照明システムを開示している。この照明システムは、光ファイバによって導光された１次光であるレーザ光を照明光として広範囲に照射するために、光ファイバの先端面に配置される光変換部としての楕円状の拡散体を有する。拡散体は、光ファイバとは別部材である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４８０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される照明システムが内視鏡に組み込まれる場合、レーザ光の発光点は小さく、レーザ光のエネルギ密度は高いため、レーザ光に対する、内視鏡の使用者の安全確保が重要である。特許文献１では、レーザ光は拡散体によって拡散されるため、アイセーフが確保される。【０００５】
しかしながら、例えば、内視鏡が使用、運搬または洗浄される際、照明システムには、熱的、物理的または化学的に様々な負荷が外部から印加する。したがって、拡散体が負荷によって光ファイバから脱落し、レーザ光が拡散されず直接外部に出射されてしまう虞が生じ、内視鏡の使用に不具合が生じる可能性がある。特に、内視鏡が洗浄される際、滅菌・消毒処理によって、例えば、温度変化、急激な加減圧、衝撃などといった負荷が繰り返し印加されることが考えられる。このような状況では、拡散体の脱落の抑制は難しい。また、樹脂である拡散体がガラスである光ファイバの先端面に配置される構成において、熱的な負荷が樹脂とガラスとに印加された際、樹脂とガラスとの線膨張差によって、光ファイバの先端面にて剥離が発生し、拡散体の脱落に繋がり、内視鏡の使用に不具合が生じる可能性がある。このような観点から、特許文献１の照明システムが内視鏡に組み込まれる場合、外部から加わる負荷に対して、信頼性が得られない。【０００６】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、外部から加わる負荷に対して高い信頼性が得られる照明ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の照明ユニットの一態様は、コアと、前記コアの外周に配置されるクラッドとを有し、レーザ光源部から出射された１次光を導光する単線の光ファイバと、前記光ファイバの前記コアの内部で少なくとも一部は、前記コアの中心軸上に形成される、または前記コアの内部と前記クラッドの内部とに形成され、前記光ファイバによって導光された前記１次光を照射され、照射された前記１次光の少なくとも一部の光学特性を変換して前記光ファイバのＮＡ以上の配光角で出射される２次光を生成する光変換部と、前記レーザ光源部とは逆側の前記光ファイバの端部に配置され、前記２次光を照明光として外部に出射する出射端部と、を備え、前記コアの半径をｄと称し、前記光ファイバが前記２次光を受け入れ可能な角度をＮＡと称し、前記光ファイバの外部空間の屈折率をｎと称し、前記出射端部と前記光変換部との間の距離をＬと称したとき、前記Ｌは下記式を満たす。
【数１】
0006710275.tif 000002
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、外部から加わる負荷に対して高い信頼性が得られる照明ユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態の照明ユニットを有する照明装置の概略図である。
【図２】図２は、光変換部と出射端部とが形成される光ファイバの先端部の一例を示す図である。
【図３】図３は、光ファイバの先端部に形成される光変換部の一例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、光変換部の拡散構造の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、拡散構造の一例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、拡散構造の一例を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、拡散構造の一例を示す図である。
【図５】図５は、光ファイバのコアの中心軸を含む断面における拡散構造の位置を説明する図である。
【図６】図６は、光ファイバのコアの中心軸を含む断面における複数の拡散構造の配置の一例を示す図である。
【図７】図７は、光ファイバのコアの中心軸を含む断面における拡散構造の配置の一例を説明する図である。
【図８Ａ】図８Ａは、光ファイバのコアの中心軸を含む断面における複数の拡散構造の配置の一例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示す８Ｂ−８Ｂ線における断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、光ファイバのコアの中心軸を含む断面における拡散構造の配置の一例を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、図８Ｃに示す８Ｄ−８Ｄ線における断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、光ファイバのコアの中心軸を含む断面において、中心軸方向における複数の拡散構造の配置と垂直方向における複数の拡散構造の配置との組み合わせを説明する図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示す組み合わせの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、ミー散乱を説明する図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、出射端部の端面出射構造の一例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、端面出射構造の一例を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、端面出射構造の一例を示す図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、端面出射構造の一例を示す図である。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、端面出射構造の一例を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、出射端部の周面出射構造の一例を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、周面出射構造の一例を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、周面出射構造の一例を示す図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、周面出射構造の一例を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、照明装置を有する内視鏡システムの概略斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａに示す内視鏡システムの構成を示す図である。
【図１４】図１４は、光変換部の光変換部材の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、一部の図面では図示の明瞭化のために部材の一部の図示を省略する。コア５１の中心軸Ｃは、光ファイバ５０の中心軸とみなす。中心軸Ｃ方向とは、例えば、入射端部５０ａから先端面５１ｃに向かう方向を示す。出射端部７０から出射された照明光ＩＬの中心軸を、光軸と称する。図１に示す照明装置１０は、例えば、図１３Ａに示す内視鏡システム１１０に搭載される内視鏡用照明装置であることを一例に説明する。なお照明装置１０は、内視鏡以外の機器、例えば顕微鏡に搭載されてもよいし、装置単独として機能してもよい。
【００１１】
図１に示すように、照明装置１０は、例えば、レーザ光である１次光ＰＬを出射するレーザ光源部２０と、レーザ光源部２０に光学的に接続され、レーザ光源部２０から出射された１次光ＰＬの少なくとも一部の光学特性を変換して照明光ＩＬを生成し、生成した照明光ＩＬを照明ユニット４０の外部に出射する照明ユニット４０とを有する。
【００１２】
図１３Ｂに示すように、レーザ光源部２０は、例えば、レーザダイオード２２Ｖ，２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒを有する。レーザ光源部２０は、指向性の高い光を出射すればよく、例えばＬＥＤを有してもよい。レーザ光源部２０の詳細な構成については、後述する。
【００１３】
図１と図２とに示すように、照明ユニット４０は、レーザ光源部２０から出射された１次光ＰＬを導光する導光部材である単線の光ファイバ５０と、光ファイバ５０の内部に形成され、光ファイバ５０によって導光された１次光ＰＬの少なくとも一部を照射され、照射された１次光ＰＬの少なくとも一部の光学特性を変換して２次光を生成する光変換部６０とを有する。また照明ユニット４０は、レーザ光源部２０とは逆側に配置される光ファイバ５０の端部として機能し、２次光を照明光ＩＬとして光ファイバ５０の外部に出射する出射端部７０を有する。言い換えると、光ファイバ５０は、光変換部６０と出射端部７０とを有し、光変換部６０と出射端部７０と同体である。つまり、光変換部６０と出射端部７０とは、光ファイバ５０の一部である。本実施形態では、２次光は、光学特性を変換されることなく、外部に出射される。したがって、光変換部６０は、１次光ＰＬの光学特性を変換した光である２次光を照明光ＩＬとして生成する。
【００１４】
光ファイバ５０は、例えば、石英のマルチモードファイバを用いる。１次光ＰＬとしてレーザ光が用いられるため、光ファイバ５０は、バンドルファイバを用いるのではなく、単線の光ファイバを用いる。光ファイバ５０は、外力によって湾曲可能な細長い部材である。光ファイバ５０は、レーザ光源部２０に光学的に接続され且つレーザ光源部２０から出射された１次光ＰＬが入射する入射端部５０ａと、入射端部５０ａとは逆側に配置され且つ照明光ＩＬを出射する出射端部７０とを有する。入射端部５０ａは、レーザ光源部２０に、直接的に接続されてもよいし、間接的に接続されてもよい。光ファイバ５０は、入射端部５０ａから出射端部７０に向かって１次光ＰＬを導光する。図２に示すように、光ファイバ５０は、１次光ＰＬと１次光ＰＬの光学特性を変換した光（例えば２次光、照明光ＩＬ）とを導光するコア５１と、コア５１の外周に配置されるクラッド５３とを有する。クラッド５３の屈折率は、コア５１の屈折率よりも低い。コア５１の屈折率とクラッド５３の屈折率との差によって、クラッド５３は、１次光ＰＬと１次光ＰＬの光学特性を変換した光（例えば２次光、照明光ＩＬ）とをコア５１に閉じ込める機能を有する。例えば、コア５１の先端面５１ｃとクラッド５３の先端面５３ｃとは、互いに同一平面上に配置され、コア５１の中心軸Ｃに対して直交する平面である。なお図示はしないが、光ファイバ５０は、クラッド５３の外周に配置されるジャケットを有してもよい。ジャケットは、例えば、引っ張り耐性及び曲げ耐性といった光ファイバ５０の機械的な強度を向上する。ジャケットは、例えば、ナイロン、アクリル、ポリイミド、ＥＴＦＥといった樹脂を用いる。
【００１５】
図２に示すように、本実施形態では、光変換部６０は、コア５１の内部に形成される。なお図３に示すように光変換部６０は、コア５１の内部とクラッド５３の内部とに形成されてもよい。このように光変換部６０の少なくとも一部は、コア５１の中心軸Ｃ上に形成されればよい。光変換部６０は、光ファイバ５０のＮＡ以上の配光角で出射される２次光を生成する。
【００１６】
図２に示すように、光変換部６０は、例えば、２次光の生成のためにコア５１の内部を進行する１次光ＰＬの少なくとも一部を拡散する少なくとも１つの拡散構造６１を有する。ここでは、１つの拡散構造６１が配置されるものとして説明する。
【００１７】
配光が非常に狭い１次光ＰＬが拡散構造６１を照射した際、１次光ＰＬは拡散構造６１によって拡散されて、広い配光を有する照明光ＩＬである拡散光が生成される。１次光ＰＬの拡散のためには、拡散構造６１と拡散構造６１が密接する密接部材であるコア５１との界面において、屈折率差が必要となる。したがって、拡散構造６１は、コア５１の屈折率とは異なる屈折率を有する。また拡散構造６１のサイズは、１次光ＰＬの波長と略同一または１次光ＰＬの波長よりも小さい。具体的には、拡散構造６１のサイズは、例えば、数十μｍ以下である。
【００１８】
拡散構造６１は、拡散のために、様々な部位または形状を有する。図２に示すように、拡散構造６１は、孔部６３ａを有してもよい。図４Ａに示すように、拡散構造６１は、密接部材の屈折率よりも高い屈折率を有する屈折率改質部６３ｂを有してもよい。拡散構造６１は、例えば、略球形状（図４Ｂ参照）または略柱形状（図３，４Ｃ参照）を有する、またはクラック部６３ｃ（図４Ｄ参照）を有してもよい。このような拡散構造６１は、例えばレーザ加工によって形成される。
【００１９】
例えば、レーザ加工がコア５１内部の一部のみに実施された際、この一部は蒸散し、気孔のような孔部６３ａ（図２参照）が形成される。孔部６３ａは、気体が充填される空間部または真空の空間部である。孔部６３ａの形状及びサイズは、レーザ加工に用いられるレーザ光の、集光スポット径、エネルギ密度及び照射時間に応じて調整される。なお拡散構造６１が孔部６３ａを有する場合、図３に示すように、拡散構造６１は、コア５１及びクラッド５３に配置され、且つ光ファイバ５０の径方向且つコア５１及びクラッド５３において同一直線上に配置されてもよい。
【００２０】
例えば、レーザ加工がコア５１内部の一部のみに実施された際、一部は改質され、一部の屈折率はレーザ加工が実施されていないコア５１の他の部位の屈折率に比べて高まる。図４Ａに示す屈折率改質部６３ｂは、レーザ加工によって改質されたコア５１の一部である。屈折率改質部６３ｂの形状は、特に限定されない。屈折率は、レーザ加工に用いられるレーザ光の、集光スポット径、エネルギ密度及び照射時間に応じて調整される。なお拡散構造６１が屈折率改質部６３ｂを有する場合、図３に示すように、拡散構造６１は、コア５１及びクラッド５３に配置され、且つ光ファイバ５０の径方向且つコア５１及びクラッド５３において同一直線上に配置されてもよい。
【００２１】
例えば、レーザ加工がコア５１内部の一部のみに実施された際、この一部の形状は、レーザ加工によって略球形状（図４Ｂ参照）または略柱形状（図４Ｃ参照）に変化する。形状が変化した部位が略球形状または略柱形状を有する拡散構造６１として機能する。この場合の拡散構造６１は、コア５１によって覆われ、コア５１の内部に形成される空間部６３ｄである。なお拡散構造６１が略柱形状（例えば略円柱形状）を有する場合、コア５１の径方向において、図３に示すように、拡散構造６１はコア５１を貫通してもよい。また拡散構造６１は、図３に示すように、コア５１及びクラッド５３に配置され、且つ光ファイバ５０の径方向且つコア５１及びクラッド５３において同一直線上に配置されてもよい。この場合、拡散構造６１は、コア５１を貫通し、且つクラッド５３の内部に配置される。また図３に示すよう拡散構造６１は、コア５１とクラッド５３とを同一直線上において貫通してもよい。拡散構造６１の形状及びサイズは、レーザ加工に用いられるレーザ光の、集光スポット径、エネルギ密度及び照射時間に応じて調整される。拡散構造６１が略柱形状（例えば略円柱形状）を有する場合、拡散構造６１の中心軸は、中心軸Ｃに対して直交する必要もない。
【００２２】
例えば、レーザ加工がコア５１の一部のみに実施された際、この一部に、レーザ加工によってクラックが発生する。クラックが発生した部位がクラック部６３ｃ（図４Ｄ参照）として機能する。クラック部６３ｃのサイズ及び形状は、レーザ加工に用いられるレーザ光の、集光スポット径、エネルギ密度及び照射時間に応じて調整される。
【００２３】
孔部６３ａと略球形状または略柱形状とクラック部６３ｃとにおける拡散構造６１の屈折率は、レーザ加工に用いられるレーザ光の、集光スポット径、エネルギ密度及び照射時間に応じて調整される。このようなレーザ加工によって、拡散構造６１は、コア５１の屈折率とは異なる屈折率を有し且つ拡散構造６１のサイズを調整された状態で、形成される。
【００２４】
次に、図５を参照して、コア５１の中心軸Ｃ方向における光変換部６０（拡散構造６１）の配置について説明する。  
マルチモードの光ファイバ５０は、シングルモードの光ファイバ５０に比べて、導光する光の配光角を広げることができる。したがって、拡散構造６１が用いられなくても、光ファイバ５０固有のＮＡによって規定される配光角が広い照明光を出射できる。しかしながら、本実施形態では、拡散構造６１が用いられるために、配光角がさら広い照明光ＩＬを出射できる。このため、照明光ＩＬの配光角は、光ファイバ５０のＮＡよりも広くなる。
【００２５】
すると、照明光ＩＬの配光角が光ファイバ５０のＮＡよりも広くなるために、照明光ＩＬはコア５１とクラッド５３との界面においてコア５１に閉じ込めることができなくなってしまう。つまり照明光ＩＬの一部は、出射端部７０に到達する前に光ファイバ５０におけるクラッド５３から光ファイバ５０の外部に漏れ出てしまう。したがって、照明光ＩＬがクラッド５３から外部に漏れずに出射端部７０に到達するためには、コア５１の中心軸Ｃ方向における光変換部６０（拡散構造６１）と出射端部７０との間の距離が重要となる。
【００２６】
ここで、出射端部７０を例えばコア５１の先端面５１ｃと規定し、コア５１の半径をｄと称し、光ファイバ５０が２次光を受け入れ可能な角度をＮＡと称し、光ファイバ５０の外部空間の屈折率をｎと称し、直線Ｓ１とコア５１の中心軸Ｃとの間に形成される角度をθと称する。直線Ｓ１は、コア５１の中心軸Ｃ上に配置された拡散構造６１と先端面５１ｃの縁部とを結ぶ線分である。またコア５１の中心軸Ｃ方向における光変換部６０（拡散構造６１）と出射端部７０（先端面５１ｃ）との間の距離をＬと称する。ここで、ｄとＮＡとｎとθとＬとによって、下記式（１），（２）が成り立つ。  
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ  ・・・式（１）
Ｌ≦ｄ／ｔａｎθ  ・・・式（２）
Ｌは、式（１），（２）からθを消去することで、下記式（３）を満たす。  
【００２７】
【数１】
0006710275.tif 000003
【００２８】
本実施形態では、コア５１の中心軸Ｃ上において式（３）を満たすように拡散構造６１が配置される。したがって、光ファイバ５０のＮＡよりも広い配光角を有する照明光ＩＬは、クラッド５３から外部に漏れずに出射端部７０に到達し、出射端部７０（先端面５１ｃ）からのみ外部に出射される。
【００２９】
このような位置に配置される光変換部６０は、図１３Ｂに示すように、内視鏡１２０の挿入部１２１（図１３Ｂ参照）の先端部の内部に配置されており、レーザ光源部２０から離れて配置される。
【００３０】
なお式（３）が満たされていれば、図６に示すように、コア５１の中心軸Ｃ方向において、複数の拡散構造６１が配置されてもよい。式（３）が満たされていれば、拡散構造６１の配置位置は特に限定される必要はない。拡散構造６１の数は、拡散構造６１それぞれの大きさ、または光ファイバ５０の太さに応じて、数個から数百個または数千個といったように、所望に調整される。拡散構造６１の数に応じて、照明光ＩＬの配光が調整される。例えば、複数の拡散構造６１がコア５１の中心軸Ｃ上に配置される場合、１次光ＰＬは拡散構造６１それぞれで拡散されるため、拡散が複数回実施される。したがって、より広い配光角を有する照明光ＩＬを提供でき、出射端部７０（コア５１の先端面５１ｃ）における照明光ＩＬの強度分布を調整できる。
【００３１】
複数の拡散構造６１が配置される場合、複数の拡散構造６１の密度は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。例えば、コア５１の中心軸Ｃ方向において、出射端部７０（先端面５１ｃ）の近くに配置される第１拡散構造６１ａの密度は、出射端部７０（先端面５１ｃ）から離れて配置される第２拡散構造６１ｂの密度よりも高くてもよい。またはコア５１の中心軸Ｃ方向において、第１拡散構造６１ａの密度は、第２拡散構造６１ｂの密度よりも低くてもよい。密度とは拡散の度合いを示し、密度が高いと配光を広げる効果が大きく、密度が低いと配光を広げる効果が小さい。密度は、例えば、拡散構造６１のサイズ、拡散構造６１の形状、レーザ加工に用いられるレーザ光の、集光スポット径、エネルギ密度及び照射時間によって調整される。なお、互いに密度が異なる複数の拡散構造６１の数は、特に限定されない。
複数の拡散構造６１によって、中心軸Ｃ方向において、段階的にて言い換えると拡散構造６１それぞれにて１次光を拡散でき、且つ拡散構造６１それぞれの拡散度合を調整でき、結果的に所望の広さの配光を実現できる。ここで、同じ広さの配光を実現するために設計された１つの拡散構造６１と複数の拡散構造６１とを比較したとする。この場合、複数の拡散構造６１は、１つの拡散構造６１に比べて、設計次第で拡散に伴う局所的な発熱を分散させることができる、後述する後方照明光ＢＩＬの発生による照明光ＩＬのロスを低減できる、という効果を有する。
図６に示すように、複数の拡散構造６１が中心軸Ｃ方向において配置されている場合、第２拡散構造６１ｂは、１次光ＰＬの一部を拡散して拡散光である２次光を生成する。２次光の一部は、光学特性を変換されることなく、照明光ＩＬとして光ファイバ５０の外部に出射される。したがって、第２拡散構造６１ｂは、２次光を照明光ＩＬとして生成する。２次光の他の一部は、第１拡散構造６１ａを照射する。第１拡散構造６１ａは、２次光の一部の光学特性を変換して、詳細には２次光を拡散する。そして、拡散された２次光は、光学特性を変換されることなく、照明光ＩＬとして光ファイバ５０の外部に出射される。したがって、第１拡散構造６１ａは、拡散された２次光を照明光ＩＬとして生成する。このように、複数の拡散構造６１が中心軸Ｃ方向において配置されている場合、光変換部６０は、１次光ＰＬの光学特性を変換した光を照明光ＩＬとして生成する。
【００３２】
次に、図７を参照して、コア５１の中心軸Ｃに対して垂直な断面における光変換部６０（拡散構造６１）の配置の一例について説明する。垂直な断面とは、コア５１の径方向における平面を示す。
垂直な断面において、光ファイバ５０における１次光ＰＬの分布は、例えば、光ファイバ５０に入射した１次光ＰＬの光量といった入射履歴、曲がっているまたは直線状に延びているといった光ファイバ５０全体の形状等に依存する。このために分布は一概にはいえないが、一般的には、１次光ＰＬの強度は、コア５１の中心軸Ｃ上では強く、垂直な断面においてコア５１の中心軸Ｃから離れるほど弱まる。言い換えると、１次光ＰＬの中心部分における強度は強く、１次光ＰＬの中心部分の周辺部分における強度は弱い。したがって出射端部７０（コア５１の先端面５１ｃ）における強度が均一で配光が対称な照明光ＩＬを得るためには、拡散構造６１は、１次光ＰＬの周辺部分よりも１次光ＰＬの中心部分をより多く拡散する必要がある。
【００３３】
この場合、例えば、コア５１の中心軸Ｃに垂直な断面において、複数の拡散構造６１が配置されるとする。そして、垂直な断面において、第３拡散構造６１ｃと第３拡散構造６１ｃよりも密度が低い第４拡散構造６１ｄとが配置される。強度が均一な照明光ＩＬの出射と１次光ＰＬの強度を考慮すると、垂直な断面において、第３拡散構造６１ｃはコア５１の中心軸Ｃ上に配置され、第４拡散構造６１ｄはコア５１の中心軸Ｃの周囲に配置される。例えば、第４拡散構造６１ｄは、例えば、中心軸Ｃを中心にリング状に配置され且つ第３拡散構造６１ｃの周囲に配置される。この場合、第３拡散構造６１ｃは、リングの内側に配置される。なお図示はしないが、第４拡散構造６１ｄの周囲に、第４拡散構造６１ｄよりも密度が低い第５拡散構造が配置されてもよい。つまり、互いに密度が異なる複数の拡散構造６１の数は特に限定されず、各拡散構造６１はコア５１の中心軸Ｃに同心円状に配置されればよい。これにより、出射端部７０（コア５１の先端面５１ｃ）における強度が均一で、配光が対称な照明光ＩＬが得られる。また、マルチモードの光ファイバ５０によって導光される狭配光の１次光ＰＬにおいて、１次光ＰＬはコア５１の中心部分に多く分布している。したがって密度が高い拡散構造６１が中心部分に配置されることによって、狭配光の１次光ＰＬを効果的に拡散することができる。言い換えれば、中心部分に配置される密度が高い拡散構造６１は、もともとある程度広い配光を有した状態で光ファイバ５０を進行する１次光ＰＬを必要以上に拡散させずに、主に狭配光の１次光ＰＬを拡散できる。したがって、この拡散構造６１は、拡散に伴う発熱を低減できる、拡散による照明光ＩＬのロスを低減できる、という効果を有する。
図７に示すように、複数の拡散構造６１が中心軸Ｃに垂直な断面において配置されている場合、拡散構造６１ｃ，６１ｄは、１次光ＰＬの一部を拡散して２次光を生成する。２次光は、光学特性を変換されることなく、光ファイバ５０の外部に出射される。したがって、拡散構造６１ｃ，６１ｄは、２次光を照明光ＩＬとして生成する。このように、複数の拡散構造６１が中心軸Ｃに垂直な断面において配置されている場合、光変換部６０は、１次光ＰＬの光学特性を変換した２次光を照明光ＩＬとして生成する。
【００３４】
なお例えば、照明装置１０が内視鏡システム１１０に搭載される場合、出射端部７０は、例えばＣＭＯＳ等の図示しない撮像素子と共に内視鏡１２０の挿入部１２１の先端部に配置される。例えば、出射端部７０と撮像素子との互いの位置関係と、撮像素子の受光感度とに応じて、照明光ＩＬの強度が不均一であり、照明光ＩＬの配光がコア５１の中心軸Ｃを中心に非対称であることが好ましいこともある。このような場合、図８Ａと図８Ｂとに示すように、例えば、第３拡散構造６１ｃと第４拡散構造６１ｄとは、第３拡散構造６１ｃと第４拡散構造６１ｄとの間にコア５１の中心軸Ｃを含む断面である縦断面Ｓ２を挟んだ状態で、配置されてもよい。言い換えると、第３拡散構造６１ｃは縦断面Ｓ２の表面側に配置され、第４拡散構造６１ｄは縦断面Ｓ２の裏面側に配置されてもよい。ここでいう表面側とは縦断面Ｓ２で分けられた両側の一方側を示し、裏面側とは両側の残りの一方側を示す。言い換えると、両側の一方側を表面側としたとき、両側の残りの一方側は裏面側となる。第３拡散構造６１ｃと第４拡散構造６１ｄとは、縦断面Ｓ２を中心に互いに対して対称に配置されてもよい。または、図８Ｃと図８Ｄに示すように、１つの拡散構造６１（例えば第３拡散構造６１ｃ）が縦断面Ｓ２の片側である例えば表面側に配置されてもよい。これにより、強度が不均一で、配光がコア５１の中心軸Ｃを中心に非対称な照明光ＩＬが得られる。なお、互いに密度が異なる複数の拡散構造６１の数及び形状は、特に限定されない。
【００３５】
図９Ａに示すように、コア５１の中心軸Ｃ方向における拡散構造６１の配置と垂直方向における拡散構造６１の配置とが組み合わされてもよい。
【００３６】
図９Ａに示すように、例えば、コア５１の中心軸Ｃ方向において、拡散構造６１の密度は、レーザ光源部２０から出射端部７０に向かって、高くなるまたは低くなる。例えば、垂直方向において、拡散構造６１の密度は、コア５１の中心軸Ｃ上からクラッド５３に向かって、高くなるまたは低くなる。また例えば、レーザ光源部２０から出射端部７０に向かって、第６，７，８，９拡散構造６１ｆ，６１ｇ，６１ｈ，６１ｉが配置され、それぞれが１次光ＰＬを照射される第６，７，８，９照射領域６１１ｆ，６１１ｇ，６１１ｈ，６１１ｉを有するとする。照射領域は、第６，７，８，９照射領域６１１ｆ，６１１ｇ，６１１ｈ，６１１ｉの順で広くなる。照射領域は、第６，７，８，９照射領域６１１ｆ，６１１ｇ，６１１ｈ，６１１ｉの順で狭くなってもよい。
【００３７】
また図９Ｂに示すように、複数の拡散構造６１が配置され、拡散構造６１が略柱形状（例えば略円柱形状）を有するとする。拡散構造６１それぞれの中心軸は、互いに対して平行である必要はない。一方の拡散構造６１は、他方の拡散構造６１と交差してもよい。
【００３８】
次に、図１０を参照して、拡散現象について説明する。図１０では、説明を簡略化するために、１次光ＰＬが１つの拡散構造６１に入射した際における、１次光ＰＬの挙動を示す。
【００３９】
拡散現象は、図１０に示すミー散乱と図示しないレイリー散乱とに大きく分けられる。
図１０に示すミー散乱は、拡散構造６１の直径が１次光ＰＬの波長と略同一の場合に、発生する。ミー散乱において、１次光ＰＬが前方に散乱する成分を示す前方散乱成分ＦＳが多く、１次光ＰＬが後方に散乱する成分を示す後方散乱成分ＢＳが少ない。
図示しないレイリー散乱は、拡散構造６１の直径が１次光ＰＬの波長の略１/１０以下である場合に、発生する。レイリー散乱において、前方散乱成分ＦＳは、後方散乱成分ＢＳと略同一である。
【００４０】
出射端部７０から前方に向かって出射される前方照明光ＦＩＬの明るさを考慮すると、前方散乱成分ＦＳが後方散乱成分ＢＳよりも多いミー散乱を利用することが好ましい。一方で、多色の１次光ＰＬを散乱させる場合、散乱の波長依存性を考慮する必要がある。ミー散乱の波長依存性はレイリー散乱の波長依存性よりも大きいと一般的には考えられており、前方照明光ＦＩＬの色むらを無くすためには、レイリー散乱が好ましい。
【００４１】
このように拡散構造６１の直径の設定は、用途に応じて選択される。本実施形態では、照明装置１０は、ミー散乱を用いることとする。このため拡散構造６１の直径は、例えば、１次光ＰＬの波長の略１/１０以上である。具体的には、照明光ＩＬとして用いる１次光ＰＬの波長が例えば略４００ｎｍ〜略８００ｎｍである場合、拡散構造６１の直径は４０ｎｍ以上である。
【００４２】
ここまでの説明において、１つの拡散構造６１の拡散現象を説明した。本実施形態の照明ユニット４０において、１つ以上の拡散構造６１が光ファイバ５０に包含され得る。このような照明ユニット４０の拡散現象も、１つの拡散構造６１の拡散現象と略同様である。
【００４３】
ミー散乱とレイリー散乱とのどちらが利用されても、照明光ＩＬが生成される際、前方散乱成分ＦＳだけでなく、後方散乱成分ＢＳが発生する。前方散乱成分ＦＳは前方照明光ＦＩＬとして利用されるが、後方散乱成分ＢＳは前方照明光ＦＩＬには寄与しない。ここで、例えば、光ファイバ５０は、内視鏡１２０の内部に配置されるとする。この場合、後方散乱成分ＢＳの一部は、後方照明光ＢＩＬとして、光ファイバ５０から光ファイバ５０の周囲に配置される周囲部材に漏れ出て周囲部材に吸収されてしまう。周囲部材とは、例えば、挿入部１２１の外装などである。吸収された後方照明光ＢＩＬは熱に変換されてしまい、周囲部材は発熱し、周囲部材の温度は上昇してしまう。挿入部１２１が挿入される図示しない管路部（例えば患者の腸管）の内壁に挿入部１２１が接触した際、管路部が熱によって傷つくことが考えられる。
【００４４】
しかしながら本実施形態では、拡散構造６１によって、後方照明光ＢＩＬの大部分は、コア５１に閉じ込められた状態で、光ファイバ５０を逆進し、レーザ光源部２０まで到達する。そして、後方照明光ＢＩＬは、拡散構造６１とは離れた位置に配置されるレーザ光源部２０から外部に熱として放出される。したがって、後方照明光ＢＩＬが周囲部材に吸収されることはないため、挿入部１２１の温度上昇が抑制される。つまり挿入部１２１が例えば管路部に挿入される際、挿入部１２１が管路部の内壁に直接接触しても、管路部が熱によって傷つく虞はない。このように本実施形態では、周囲部材の温度上昇が抑制され、熱は挿入部１２１の先端部から離れた位置に配置されるレーザ光源部２０から放出される。したがって、管路部への熱による影響が低減される。また拡散構造６１が１次光ＰＬを拡散する際、言い換えると、照明光ＩＬが生成される際、光変換部６０から発生する熱は最小限に抑制される。
【００４５】
拡散構造６１は、通常の光ファイバ５０の後加工において形成される。例えば、フェムト秒レーザを用いるレーザ加工によって、拡散構造６１は形成される。レーザ加工は、コア５１及びクラッド５３といった透明部材の内部に３次元的な形状を加工可能であり、レーザ加工に用いられるレーザ光のスポット径を絞ることによってコア５１のような極細の部材に対して微細な形状を加工可能といった特徴を有する。レーザ加工において、レーザ加工に用いられるレーザ光が被加工体である光ファイバ５０に照射される際、レーザ加工に用いられるレーザ光の集光点が光ファイバ５０の内部例えばコア５１に位置するように、集光点は図示しないレンズなどによって調整される。この集光点に、拡散構造６１が形成される。レーザ加工の原理の詳細については記載を控えるが、レーザ加工に用いられるレーザ光の例えばエネルギ密度が一定以上に到達した集光点部分のみが拡散構造６１として加工され、集光点部分周辺は加工されずまたレーザ加工に用いられるレーザ光によるダメージは少ない。集光スポット径、エネルギ密度及び照射時間の適切な調整によって、孔部６３ａ、屈折率改質部６３ｂ、略球形状、略円柱形状、クラック部６３ｃなどが拡散構造６１として適宜形成される。例えば、レーザ加工に用いられるレーザ光は、クラッド５３の外周面またはコア５１の先端面５１ｃからコア５１に向かって照射される。レーザ加工に用いられるレーザ光がクラッド５３の外周面からコア５１に向かって照射される際、図３に示すように拡散構造６１は、コア５１とクラッド５３とに形成されてもよい。
【００４６】
図１と図２とに示すように、光ファイバ５０の先端面はコア５１の先端面５１ｃとクラッド５３の先端面５３ｃとを有しており、出射端部７０は例えばこの光ファイバ５０の先端面の少なくとも一部として機能する。出射端部７０は、光ファイバ５０の先端面に配置され且つ照明光ＩＬを出射する端面出射構造７１を有する。例えば、端面出射構造７１は、強度が均一な照明光ＩＬを提供し、照明光ＩＬの大部分を利用するために機能する。例えば、端面出射構造７１は、光ファイバ５０の先端面がコア５１の中心軸Ｃに対して垂直に切断され、光ファイバ５０の先端面に対する研磨によって形成される。研磨によって、切断によって形成される局所的な凹凸またはうねりが光ファイバ５０の先端面から除去される。つまり端面出射構造７１は、平面形状の出射端面として機能する。なお照明光ＩＬは、コア５１の先端面５１ｃから出射されるものである。したがって、端面出射構造７１は、少なくともコア５１の先端面５１ｃに配置されればよい。言い換えると、コア５１の平面形状の先端面５１ｃが少なくとも出射端部７０（出射端面）として機能すればよい。
【００４７】
なお端面出射構造７１は、例えば、平面形状だけでなく、平面形状と、図１１Ａに示すレーザ光源部２０に向かって窪む凹状のレンズ形状と、図１１Ｂに示すクサビ形状と、図１１Ｃに示す先細のペンシル形状とのいずれか１つを有してもよい。図１１Ａに示すように端面出射構造７１がレンズ形状を有する場合、拡散と共により広い配光を効率よく実現できる。端面出射構造７１は、図１１Ｄに示すコア５１の先端面５１ｃに加工された凹凸部７１ａと、図１１Ｅに示す反射防止コート７１ｂとのいずれか１つを有してもよい。反射防止コート７１ｂは、例えばフッ化マグネシウムなどの単層のコートでもよいし、広い波長防止性能または高い反射防止性能が必要な場合は多層のコーティングを用いてもよい。
【００４８】
ここで、コア５１の先端面５１ｃにおける距離Ｌ（図５参照）の基準位置を基準位置Ｐと称する。図１１Ａに示すレンズ形状と図１１Ｄに示す凹凸部７１ａにおいて、基準位置Ｐは、レンズ形状と凹凸部７１ａとの底部に位置する。図１１Ｂに示すクサビ形状において、基準位置Ｐは、形状の先端部に位置する。図１１Ｃに示すペンシル形状において、基準位置Ｐは、先細のための加工の端点Ｅにおける横断面とコア５１の中心軸Ｃとの交点である。横断面とは、コア５１の中心軸Ｃに垂直な断面であり、コア５１の径方向における平面である。端点Ｅにおける横断面は、加工の裾野部分であり、ファイバの円柱部分とテーパ部分との境界部分に位置する。図１１Ｅにおいて、基準位置Ｐは、コア５１の先端面５１ｃに位置する。なお反射防止コート７１ｂは非常に薄いため、基準位置Ｐは反射防止コート７１ｂに配置されてもよい。
【００４９】
なお出射端部７０は、光ファイバ５０の先端面及びこの先端面と光変換部６０との間における光ファイバ５０の外周面として機能してもよい。先端面における出射端部７０の構造は、端面出射構造７１であるため、説明を控える。
【００５０】
図１２Ａに示すように、出射端部７０は、光ファイバ５０の先端面と光変換部６０との間における光ファイバ５０の外周面に配置され、光ファイバ５０の外周面から照明光ＩＬを出射する周面出射構造７３を有してもよい。周面出射構造７３は、光変換部６０と共に、配光が広い照明光ＩＬを提供するために機能する。周面出射構造７３は、レーザ加工によってクラッド５３に配置され、コア５１の外周面を露出させる切欠き部７３ａを有してもよい。切欠き部７３ａは、図１２Ｂに示すようにクラッド５３の外周面全周に渡ってリング状に配置される、または図１２Ｃに示すようにクラッド５３の外周面においてドット状に配置される。なお周面出射構造７３において、基準位置Ｐは、切欠き部７３ａとコア５１の中心軸Ｃを結ぶ線分Ｓ３とコア５１の中心軸Ｃとの交点である。線分Ｓ３は、切欠き部７３ａにおいてレーザ光源部２０に最も近い位置から中心軸Ｃに向かって延びる直線である。周面出射構造７３において、照明光ＩＬは、コア５１からコア５１の外周面と切欠き部７３ａとを介して外部に出射される。図１２Ｄに示すように、周面出射構造７３は、クラッド５３が除去されて外部に露出するコア５１の外周面として機能してもよい。照明光ＩＬは、コア５１からコア５１の外周面を介して外部に出射される。
【００５１】
図１３Ａと図１３Ｂとを参照して、照明装置１０を有する内視鏡システム１１０について説明する。
【００５２】
図１３Ａに示すような内視鏡システム１１０は、例えば検査室または手術室等などに備えられる。内視鏡システム１１０は、例えば患者等の管腔といった管路部内を撮像する内視鏡１２０と、この内視鏡１２０の図示しない撮像ユニットによって撮像された管路部内の画像を画像処理する画像処理装置１３０とを有する。内視鏡システム１１０は、画像処理装置１３０に接続され、画像処理装置１３０によって画像処理された画像を表示する表示部１４０と、内視鏡１２０から出射される照明光ＩＬのために１次光ＰＬを出射するレーザ光源部２０とを有する。
【００５３】
図１３Ａに示すような内視鏡１２０は、例えば、管路部に挿入される挿入機器として機能する。内視鏡１２０は、直視型の内視鏡であってもよいし、側視型の内視鏡であってもよい。
【００５４】
本実施形態の内視鏡１２０は、例えば医療用の内視鏡として説明するが、これに限定される必要はない。内視鏡１２０は、パイプ等の工業用の管路部に挿入される工業用の内視鏡、照明光学系のみを有する例えばカテーテルなどの挿入器具であってもよい。
【００５５】
図１３Ａに示すように、内視鏡１２０は、例えば管腔等の管路部に挿入される中空の細長い挿入部１２１と、挿入部１２１の基端部に連結され、内視鏡１２０を操作する操作部１２３とを有する。内視鏡１２０は、操作部１２３に接続され、操作部１２３の側面から延出されるユニバーサルコード１２５を有する。
【００５６】
ユニバーサルコード１２５は、画像処理装置１３０とレーザ光源部２０とに着脱可能な接続部１２５ｂを有する。接続部１２５ｂは、レーザ光源部２０と内視鏡１２０とを互いに対して着脱自在に接続させると共に、内視鏡１２０と画像処理装置１３０とを互いに対して着脱自在に接続させる。接続部１２５ｂは、内視鏡１２０と画像処理装置１３０との間でデータが送受信されるために、備えられる。
【００５７】
図示はしないが画像処理装置１３０とレーザ光源部２０とは、互いに電気的に接続される。
【００５８】
図１３Ａに示すように、レーザ光源部２０は、内視鏡１２０とは別体であり、内視鏡１２０の外部に備えられる。
【００５９】
図１３Ｂに示すように、内視鏡システム１１０は、挿入部１２１の先端部から外部に向かって照明光ＩＬを出射する照明装置１０をさらに有する。
【００６０】
レーザ光源部２０は、複数の光源を有する。以下において、各光源を、光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒと称する。光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒは光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒを個別に制御する光源制御部１５３を形成する制御基板（図示せず）上に実装されており、光源制御部１５３は制御部１５５と電気的に接続される。制御部１５５は、内視鏡１２０と表示部１４０とレーザ光源部２０とを含む内視鏡システム１１０の全体を制御する。制御部１５５は、画像処理装置１３０内に配置されてもよい。制御部１５５は、例えば、ＡＳＩＣなどを含むハードウエア回路によって構成される。制御部１５５は、プロセッサによって構成されても良い。制御部１５５がプロセッサで構成される場合、プロセッサがアクセス可能な図示しない内部メモリまたは外部メモリに、プロセッサが実行することで当該プロセッサを制御部１５５として機能させるためのプログラムコードを記憶させておく。
【００６１】
光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒは、光学的に互いに異なる波長を有する１次光ＰＬを出射する。光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒは、例えばレーザ光のような高いコヒーレンス性を有する１次光ＰＬを出射する。
光源２１Ｖは、例えば、紫色のレーザ光を出射するレーザダイオード２２Ｖを有する。レーザ光の中心波長は、例えば、４０５ｎｍとなっている。
光源２１Ｂは、例えば、青色のレーザ光を出射するレーザダイオード２２Ｂを有する。レーザ光の中心波長は、例えば、４４５ｎｍとなっている。
光源２１Ｇは、例えば、緑色のレーザ光を出射するレーザダイオード２２Ｇを有する。レーザ光の中心波長は、例えば、５１０ｎｍとなっている。
光源２１Ｒは、例えば、赤色のレーザ光を出射するレーザダイオード２２Ｒを有する。レーザ光の中心波長は、例えば、６３０ｍとなっている。
レーザダイオード２２Ｖ，２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒは、各光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒの筐体部２５Ｖ，２５Ｂ，２５Ｇ，２５Ｒの内部に配置される。そして筐体部２５Ｖ，２５Ｂ，２５Ｇ，２５Ｒそれぞれには、例えばレンズなどの集光部２３が配置される。
【００６２】
各光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒは、導光部材１７１ａを介して後述する合波部１５７に光学的に接続される。導光部材１７１ａは、例えば単線の光ファイバを有する。各レーザダイオード２２Ｖ，２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒから出射された１次光ＰＬは、集光部２３によって単線の導光部材１７１ａに集光される。そして１次光ＰＬは、導光部材１７１ａによって合波部１５７に導光される。光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒと光源制御部１５３と制御部１５５と単線の導光部材１７１ａとは、レーザ光源部２０の内部に備えられる。
【００６３】
例えば白色照明が実施される場合、光源２１Ｂと光源２１Ｇと光源２１Ｒとが用いられる。光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒといったように、光源が４つ以上備えられると、演色性の高い白色光を用いた白色光観察が実施可能となる。光源２１Ｖと光源２１Ｇとが用いられる場合、ヘモグロビンの光吸収特性を利用する特殊光観察が実施可能となる。特殊光観察では、血管が強調されて表示される。近赤外光を出射する光源が用いられる場合、近赤外光を利用する観察が実施可能となる。観察に応じて、光源が選択されてもよい。本実施形態では、可視光が用いられるが、これに限定される必要はない。
【００６４】
図１３Ｂに示すように、照明装置１０は、レーザ光源部２０の内部に備えられ、各光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒから出射された複数の１次光ＰＬを１つの光として合波する合波部１５７をさらに有する。
【００６５】
合波部１５７は、４本の導光部材１７１ａによって導光された１次光ＰＬを１本の導光部材１７１ｂに入射させる。このように本実施形態では、合波部１５７は、４つの入力ポートと、１つの出力ポートとを有する。入力ポートの数は、光源の数と同数である。出力ポートの数は、特に限定されない。入力ポートにおいて、導光部材１７１ａは細い光ファイバを有し、導光部材１７１ａ同士は束ねられる。出力ポートにおいて、導光部材１７１ｂは太い光ファイバを有する。太い導光部材１７１ｂは、束ねられた導光部材１７１ａよりも太い。太い導光部材１７１ｂが束ねられた導光部材１７１ａに光学的に接続されるように、太い導光部材１７１ｂは束ねられた導光部材１７１ａと融着する。合波部１５７は、光コンバイナとして機能する。
【００６６】
図１３Ｂに示すように、照明装置１０は、レーザ光源部２０の内部に備えられ、合波部１５７によって合波された１次光ＰＬを複数の１次光ＰＬに分波する分波部１５９をさらに有する。
【００６７】
分波部１５９は、１本の導光部材１７１ｂによって導光された１次光ＰＬを例えば２本の光ファイバ５０に入射させる。このように本実施形態では、分波部１５９は、１つの入力ポートと、２つの出力ポートとを有する。分波部１５９の入力ポートの数は、合波部１５７の出力ポートの数と同数である。出力ポートの数は、複数であれば、特に限定されない。言い換えると、光ファイバ５０の数は、複数であればよい。分波部１５９は、例えば所望の比率で、１次光ＰＬを分波する。本実施形態では、比率は、例えば、５０：５０となっている。比率は、各出力ポートに対して均一になる必要はない。分波部１５９は、カプラとして機能する。
【００６８】
分波部１５９の構造において、導光部材１７１ｂは、一方の光ファイバ５０と同体である。言い換えると、導光部材１７１ｂと一方の光ファイバ５０とは、同一の部材、例えば同一の光ファイバとして機能する。残りの一方の光ファイバ５０はこの光ファイバ５０に溶着され、さらに溶着部分が溶融延伸される。これにより、導光部材１７１ｂと、残りの一方の光ファイバ５０との間で、１次光ＰＬの受け渡しが実施される。
【００６９】
本実施形態では、分波部１５９の入力ポートは、合波部１５７の出力ポートに光学的に接続される。これにより、分波部１５９に入力された１次光ＰＬは、例えば５０：５０の比率で、２本の光ファイバ５０に分波される。
【００７０】
図１３Ｂに示すように分波部１５９がレーザ光源部２０に備えられる場合、導光部材１７１ｂはレーザ光源部２０の内部に備えられ、光ファイバ５０はレーザ光源部２０の内部と内視鏡１２０の内部とに備えられる。
【００７１】
複数の単線の光ファイバ５０は互いに対して独立して備えられており、光ファイバ５０同士は互いに異なる系統の単線である。言い換えると光ファイバ５０同士は、互いに導光という同じ光学的な機能を有するが別部材である。導光部材１７１ａ，１７１ｂにおける各単線の光ファイバ同士は、互いに異なる系統の単線であり、言い換えると光ファイバ同士は互いに導光という同じ光学的な機能を有するが互いに別部材である。
【００７２】
図１３Ｂに示すように分波部１５９がレーザ光源部２０に備えられる場合、レーザ光源部２０に備えられる光ファイバ５０は、接続部１２５ｂ側に備えられる光ファイバ５０とは別部材である。
【００７３】
ここで図１３Ｂに示すレーザ光源部２０側に備えられる光ファイバ５０が接続部１２５ｂ側に備えられる光ファイバ５０に光学的に接続される方法について簡単に説明する。
【００７４】
レーザ光源部２０と接続部１２５ｂとには、プラグユニット１９１が備えられる。レーザ光源部２０に備えられる光ファイバ５０は、レーザ光源部２０側のプラグユニット１９１に挿し込まれる。接続部１２５ｂ側に備えられる光ファイバ５０は、接続部１２５ｂ側のプラグユニット１９１に挿し込まれる。
【００７５】
図１３Ｂに示すように、レーザ光源部２０は、レーザ光源部２０に固定される光アダプタ１９３を有する。レーザ光源部２０側のプラグユニット１９１は予め光アダプタ１９３に取り付けられる。接続部１２５ｂがレーザ光源部２０に接続されると、接続部１２５ｂ側のプラグユニット１９１が光アダプタ１９３に挿し込まれる。これにより、レーザ光源部２０側の光ファイバ５０は、接続部１２５ｂ側の光ファイバ５０に光学的に接続される。接続部１２５ｂ側のプラグユニット１９１は、レーザ光源部２０の光アダプタ１９３に対して着脱自在である。
【００７６】
１次光ＰＬは、レーザダイオード２２Ｖ，２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒそれぞれから出射され、集光部２３によって導光部材１７１ａに集光される。１次光ＰＬは、導光部材１７１ａによって合波部１５７にまで導光され、合波部１５７によって合波される。合波された１次光ＰＬは、導光部材１７１ｂによって分波部１５９にまで導光され、分波部１５９によって分波される。分波された１次光ＰＬは、光ファイバ５０によって光変換部６０にまで導光される。
【００７７】
そして配光が非常に狭く指向性が強いレーザ光である１次光ＰＬは光変換部６０の拡散構造６１を照射し、拡散構造６１は１次光ＰＬを拡散する。拡散構造６１が例えばコア５１の中心軸Ｃ上に形成される場合、拡散構造６１は１次光ＰＬの一部を拡散する。拡散構造６１が例えば、コア５１の内部のみ、またはコア５１の内部とクラッド５３の内部とに形成される場合、拡散構造６１は光ファイバ５０によって導光された１次光ＰＬ全てを拡散する。このように、拡散構造６１は、１次光ＰＬの少なくとも一部を拡散する。そして、拡散現象によって、後方照明光ＢＩＬと、指向性が低減され広い配光を有する前方照明光ＦＩＬとが生成される。
【００７８】
後方照明光ＢＩＬは、光ファイバ５０によって分波部１５９にまで導光され、合波部の機能も有する分波部１５９によって合波され、導光部材１７１ｂによって合波部１５７にまで導光される。後方照明光ＢＩＬは、分波部の機能も有する合波部１５７によって分波され、導光部材１７１ａによって光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒにまで戻る。このように後方照明光ＢＩＬは、１次光ＰＬとは逆向きに導光され、１次光ＰＬの進行方向に対して光ファイバ５０と導光部材１７１ｂ，１７１ａとを逆走し、光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒにまで戻る。
【００７９】
後方照明光ＢＩＬは、光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒにおいて、集光部２３によって、レーザダイオード２２Ｖ，２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒに集光する。レーザダイオード２２Ｖ，２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒは、後方照明光ＢＩＬを吸収し、吸収した後方照明光ＢＩＬを熱に変換する。この熱は、外部に放出される。この外部は、例えば、レーザ光源部２０の外部環境またはレーザ光源部２０内の雰囲気を示す。
【００８０】
レーザダイオード２２Ｖ，２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒは、照明ユニット４０の光変換部６０から離れた位置で後方照明光ＢＩＬを熱に変換し、光変換部６０から離れた位置で熱を放出する。このため、本実施形態では、照明時における光変換部６０が備えられる挿入部１２１の先端部から発生する熱は最小限に抑制される。
【００８１】
前方照明光ＦＩＬにおいて、拡散によって、１次光ＰＬの強い指向性は低減され、照明光ＩＬの配光は広がる。そして前方照明光ＦＩＬは、出射端部７０において、図２に示すように端面出射構造７１（例えばコア５１の先端面５１ｃ）のみから出射される、または図１２Ａと図１２Ｂと図１２Ｃと図１２Ｄとに示すように端面出射構造７１と周面出射構造７３（切欠き部７３ａ，コア５１の外周面）とから出射される。そして、前方照明光ＦＩＬは、図示しない被照明部を照射する。このとき、拡散によって、照明ユニット４０と内視鏡１２０とを有する内視鏡システム１１０の使用者に安全な照明光ＩＬが提供され、レーザ光特有の現象であるスペックルは拡散によって低減される。
【００８２】
本実施形態では、光ファイバの先端面に、光ファイバとは別体であり照明光ＩＬを生成する拡散体が配置されるのではない。本実施形態では、照明光ＩＬを生成する光変換部６０は光ファイバ５０の内部に形成され、出射端部７０は光ファイバ５０の端部として機能する。言い換えると、光変換部６０と出射端部７０とは、光ファイバ５０の一部であり、光ファイバ５０と同体である。したがって熱的、物理的または化学的に様々な負荷が外部から照明ユニット４０に印加されても、負荷によって光ファイバ５０から光変換部６０と出射端部７０は脱落しない。よって、レーザ光である１次光ＰＬを常に確実に拡散でき、レーザ光が直接外部に出射されることを防止でき、拡散光を広い配光を有する照明光ＩＬとして利用できる。このように本実施形態では、外部から加わる負荷に対して高い信頼性が得られる照明ユニット４０を提供できる。光変換部６０と出射端部７０とが光ファイバ５０の一部であり、単線の光ファイバ５０が用いられる。したがって、照明ユニット４０自体の部品点数を削減でき、挿入部１２１を細くできる。バンドルファイバが用いられるのではなく、またバンドルファイバにおける１本の光ファイバが用いられるのではなく、光ファイバ５０は単線の光ファイバを用いる。したがって、挿入部１２１を細くできる。
【００８３】
光変換部６０は、１次光ＰＬを導光する光ファイバ５０のコア５１の内部に形成される、またはコア５１の内部とクラッド５３の内部とに形成される。したがって、１次光ＰＬの少なくとも一部の光学特性を確実に変換でき、照明光ＩＬを確実に生成できる。
【００８４】
一般的に、１次光ＰＬの強度は、コア５１の中心軸Ｃ上では強く、コア５１の径方向においてコア５１の中心軸Ｃから離れるほど弱まる。本実施形態では、コア５１の中心軸Ｃ上に形成される光変換部６０の少なくとも一部によって、出射端部７０（コア５１の先端面５１ｃ）における強度が均一で配光が対称な照明光ＩＬを得ることができる。
【００８５】
またマルチモードの光ファイバ５０は、導光する光の配光角を広げることができる。したがって、拡散構造６１が用いられなくても、光ファイバ５０固有のＮＡによって規定される配光角が広い照明光ＩＬを出射できる。また本実施形態では、光変換部６０は、光ファイバ５０のＮＡ以上の配光角で出射される２次光（照明光ＩＬ）を生成する。したがって、配光角がさら広い２次光（照明光ＩＬ）を出射できる。
【００８６】
照明光ＩＬの配光角が光ファイバ５０のＮＡよりも広くなると、照明光ＩＬの一部は、出射端部７０に到達する前に光ファイバ５０におけるクラッド５３から外部に漏れ出てしまうことが考えられる。しかしながら、本実施形態では、式（３）を満たすように光変換部６０が構成されることによって、光ファイバ５０のＮＡよりも広い配光角を有する２次光（照明光ＩＬ）を、クラッド５３から光ファイバ５０の外部に漏らさずに確実に出射端部７０に導光でき、出射端部７０からのみ光ファイバ５０の外部に出射できる。したがって、照明光ＩＬの無駄を抑制でき、照明光ＩＬの大部分を利用できる。
【００８７】
光変換部６０は拡散構造６１を有し、拡散構造６１は、コア５１の屈折率とは異なる屈折率を有する。したがって、本実施形態では、拡散構造６１とコア５１との界面とにおいて、確実に屈折率差が発生し、１次光ＰＬを確実に拡散でき、広い配光を有する照明光ＩＬ（拡散光）を生成できる。
【００８８】
本実施形態では、レーザ加工によって、拡散構造６１を安価且つ素早く作製できる。拡散構造６１の位置、屈折率、形状またはサイズなどによって、照明光ＩＬの配光を調整でき、出射端部７０（コア５１の先端面５１ｃ）における照明光ＩＬの強度分布を調整できる。
【００８９】
拡散構造６１の数は、特に限定されない。図６に示すように、例えば、複数の拡散構造６１がコア５１の中心軸Ｃ方向において配置されてもよい。したがって、拡散の回数を調整でき、照明光ＩＬの配光角を調整でき、より広い配光角を有する照明光ＩＬを提供でき、出射端部７０（コア５１の先端面５１ｃ）における照明光ＩＬの強度分布を調整できる。複数の拡散構造６１の密度は、互いに異なってもよい。図６に示すように、例えば、第１拡散構造６１ａの密度は、第２拡散構造６１ｂの密度よりも高いまたは低い。密度の差によって、照明光ＩＬの配光角を調整でき、照明光ＩＬの強度分布を調整できる。
【００９０】
また図７に示すように、例えば、複数の拡散構造６１が垂直な断面において配置されてもよい。例えば、第３拡散構造６１ｃがコア５１の中心軸Ｃ上に配置され、第３拡散構造６１ｃよりも密度が低い第４拡散構造６１ｄがコア５１の中心軸Ｃの周囲に配置される。一般的に、１次光ＰＬの強度は、コア５１の中心軸Ｃ上では強く、コア５１の径方向においてコア５１の中心軸Ｃから離れるほど弱まる。本実施形態では、第３，４拡散構造６１ｃ，６１ｄによって、出射端部７０（コア５１の先端面５１ｃ）における強度が均一で、配光が対称な照明光ＩＬを得ることができる。また図８Ａと図８Ｂとに示すように、第３拡散構造６１ｃが縦断面Ｓ２の表面側に配置され、第４拡散構造６１ｄが縦断面Ｓ２の裏面側に配置されてもよい。または図８Ｃと図８Ｄとに示すように、１つの拡散構造６１が縦断面Ｓ２の表面側に配置されてもよい。したがって、出射端部７０と撮像素子との互いの位置関係と、撮像素子の受光感度とに応じた、強度が不均一で、配光が非対称な照明光ＩＬを得ることができる。
【００９１】
出射端部７０は光ファイバ５０の先端面として機能し、先端面は端面出射構造７１を有する。端面出射構造７１が平面形状を有する場合、強度が均一な照明光ＩＬを提供でき、照明光ＩＬの大部分を利用できる。端面出射構造７１がレンズ形状を有する場合、拡散と共により広い配光を効率よく実現できる。
【００９２】
出射端部７０は先端面と光変換部６０との間における光ファイバ５０の外周面として機能し、外周面は周面出射構造７３を有する。したがって、配光が広い照明光ＩＬを提供できる。
【００９３】
なお図１４に示すように、光変換部６０は、１次光ＰＬの少なくとも一部の光学特性を変換する光変換部材６５を有してもよい。例えば、光変換部材６５は、コア５１とクラッド５３とを同一直線上に貫通する孔部５５に配置される。光変換部材６５は、孔部５５に隙間なく充填されてもよいし。孔部５５の一部に配置されてもよい。孔部５５は、例えば、レーザ加工によって形成される。
【００９４】
光変換部材６５は、例えば、透明である。光変換部材６５は、１次光ＰＬの少なくとも一部を拡散する１つ以上の拡散部材６５ａと、１次光ＰＬの少なくとも一部の波長を変換する１つ以上の波長変換部材６５ｂとの少なくとも１つを有する。また光変換部材６５は、光変換部材６５が有する部材である拡散部材６５ａと波長変換部材６５ｂとの少なくとも１つをまとめて包含する包含部材６５ｃを有する。光変換部材６５が有する部材６５ａ，６５ｂは、包含部材６５ｃの内部に分散され、包含部材６５ｃによって封止される。
【００９５】
拡散部材６５ａは、例えば、金属または金属化合物によって形成される微粒子である。このような拡散部材６５ａは、例えばアルミナ、酸化チタン、硫酸バリウム等である。拡散部材６５ａの粒径は、数百ｎｍ〜数十μｍである。拡散部材６５ａの屈折率は、包含部材６５ｃの屈折率とは異なる。例えば、拡散部材６５ａの屈折率は、包含部材６５ｃの屈折率よりも高いことが好ましい。これにより、拡散部材６５ａは、１次光ＰＬの拡散性を向上可能となる。
【００９６】
波長変換部材６５ｂは、１次光ＰＬを吸収して当該１次光ＰＬとは異なる波長の光（例えば蛍光）を発生する。波長変換部材６５ｂは、例えば、蛍光粒子である。なお発生した蛍光は前方以外の方向にも進行するため、波長変換部材６５ｂは広義の拡散部材６５ａと言うこともできる。
【００９７】
包含部材６５ｃは、１次光ＰＬが透過する部材によって形成される。このような包含部材６５ｃは、例えば、透明なシリコーン系の樹脂または透明なエポキシ系の樹脂である。包含部材６５ｃは、１次光ＰＬに対して高い透過率を有する。包含部材６５ｃは、包含している部材を封止する。
【００９８】
光変換部材６５の配光角は、例えば、包含部材６５ｃに対する拡散部材６５ａと波長変換部材６５ｂとの少なくとも１つの濃度と、光変換部材６５の厚み等によって制御される。
【００９９】
本実施形態では、光変換部材６５によって、照明光ＩＬの配光角をさらに広げることができる。また光変換部材６５が孔部５５の一部に配置される場合、１次光ＰＬの一部は孔部５５とコア５１と界面において拡散され、１次光ＰＬの残りの一部は光変換部材６５によって拡散または波長変換される。つまり、１次光ＰＬは、光学特性を２回変換される。したがって、照明光ＩＬの配光角をさらに広げることができる。光変換部材６５は、コア５１とクラッド５３とを同一直線上において貫通する略柱形状の拡散構造６１（図３参照）に配置されてもよい。
【０１００】
なお包含部材６５ｃは省略されてもよく、例えば拡散部材６５ａと例えば蛍光体である波長変換部材６５ｂとの少なくとも１つが孔部５５に配置されてもよい。また拡散部材６５ａが波長変換部材６５ｂに積層した状態で、拡散部材６５ａは孔部６３ａに配置されてもよい。
【０１０１】
なお図示はしないが、内視鏡１２０は、ワイヤレスタイプとなってもよい。この場合、内視鏡１２０は、無線信号が操作部１２３と画像処理装置１３０との間で送受信される無線タイプとなっている。
【０１０２】
照明装置１０はワイヤレスタイプの内視鏡１２０に内蔵されることとなり、光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒは操作部１２３の内部に配置される。また内視鏡１２０は、画像処理装置１３０から出力された無線信号を受信する図示しない無線部と、無線部が受信した無線信号を基に光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒを制御する図示しない制御部とを有する。無線部と制御部とは、例えば、操作部１２３の内部に配置される。内視鏡１２０は、無線部と制御部と光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒとにエネルギを供給する図示しない供給部と、図示しない合波分波部とを有する。供給部は、例えば電力であるエネルギを供給するバッテリーを有する。供給部は、内視鏡１２０の各部材にもエネルギを供給する。供給部と合波分波部とは、操作部１２３の内部に配置される。合波分波部は、合波部１５７の機能と分波部１５９の機能とを有する。合波分波部は、光コンバイナ及びカプラとして機能する。合波分波部は、光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒそれぞれと図示しない導光部材を介して光学的に接続される。合波分波部は、光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒそれぞれから出射された１次光ＰＬを合波する。合波分波部は、挿入部１２１に配置される光ファイバ５０に光学的に接続される。合波分波部は、合波した１次光を、光ファイバ５０の数だけ分波する。合波分波部は、例えば所望の比率で、１次光ＰＬを分波する。２本の光ファイバ５０が配置されている場合、比率は、例えば、５０：５０となっている。比率は、各光ファイバ５０に対して均一になる必要はない。
なお図１３Ｂに示す有線タイプの内視鏡１２０であっても、光源２１Ｖ，２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒは操作部１２３の内部に配置されてもよい。
【０１０３】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0006710275.tif 000009
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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