特開 2024-130712 光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024130712

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】光源装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20240920BHJP

   F21V 9/30 20180101ALI20240920BHJP

   F21V 9/08 20180101ALI20240920BHJP

   F21V 7/28 20180101ALI20240920BHJP

   F21V 13/00 20060101ALI20240920BHJP

   F21W 131/20 20060101ALN20240920BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240920BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240920BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 340

F21S2/00 610

F21V9/30

F21V9/08 100

F21V7/28 240

F21V13/00 100

F21W131:20

F21Y115:10

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023040587

(22)【出願日】2023-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】西山 壘

(72)【発明者】

【氏名】長島 賢治

(57)【要約】

【課題】レーザ光源により生成した蛍光とＬＥＤ光との合波光を出射する光源装置において、合波光のスペクトルが所望の波長範囲において均一化されるようにする。
【解決手段】光源装置１０は、レーザ光ＬＤｂを出射するレーザダイオード１２と、レーザ光ＬＤｂから一次蛍光ＦＬ１を生成する蛍光体１８と、一次蛍光ＦＬ１から二次蛍光ＦＬ２を生成するノッチフィルタ３８と、ＬＥＤ光ＬＥｂを出射するＬＥＤ３０と、二次蛍光ＦＬ２とＬＥＤ光ＬＥｂとを合波するダイクロイックミラー４０とを備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１波長より短い波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光により励起され前記第１波長より長い波長の一次蛍光を出射する蛍光体と、
前記第１波長より長い波長を含む減衰波長範囲において前記蛍光体から前記一次蛍光を減衰した二次蛍光を出射するノッチフィルタと、
波長が前記第１波長より短いＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光源と、
前記ノッチフィルタからの前記二次蛍光と前記ＬＥＤ光源からの前記ＬＥＤ光を合波した合波光を出射するダイクロイックミラーと、
を備えている光源装置。

【請求項2】

前記ノッチフィルタは、前記一次蛍光を、前記ノッチフィルタを透過する二次蛍光と、反射する反射蛍光とに分ける請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記蛍光体と前記ノッチフィルタとの間の光路における前記一次蛍光の光量を検出する光センサを備え、
前記ノッチフィルタは、前記反射蛍光を前記光センサから反れる方向に反射する向きで前記光路に配設されている請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記ダイクロイックミラーは、一方の面において前記ノッチフィルタから入射した前記二次蛍光を直進させて他方の面から出射し、前記他方の面において前記ＬＥＤ光源から入射した前記ＬＥＤ光を前記二次蛍光の出射方向と同一の方向に反射する請求項１に記載の光源装置。

【請求項5】

前記ノッチフィルタと前記ダイクロイックミラーとは、同一の透明基板の一方の面及び他方の面にそれぞれ成膜されている請求項１～４のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項6】

前記合波光において前記二次蛍光の最大光量と前記ＬＥＤ光の最大光量とが等しい請求項１～４のいずれか１項に記載の光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば撮像診断装置の照明などに使用される光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば眼底カメラによる撮像診断に用いられる照明光は、所定の波長範囲で均一な強度（光量）を有することが望ましい。

【0003】

例えば眼底カメラによる撮像診断に用いられる照明光は、所定の波長範囲で均一な強度（光量）を有することが望ましい。

【0004】

特許文献１は、内視鏡用光源装置を開示する。この光源装置によれば、蛍光とＬＥＤ光源とは、ダイクロイックミラーにより合波された後、ノッチフィルタを通過してから、出射されている。

【0005】

特許文献２は、被測定粒子に照射する光源装置を備える生物粒子評価装置を開示する。この生物粒子評価装置によれば、光源装置のレーザ光源から出射されたレーザ光は、その光量を検出するために光路の途中に設けられた検出ポイントで検出光が分岐する。分岐した検出光は、ノッチフィルタを通ってから、ダイクロイックミラーにおいて分波される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５－１７１４４２号公報

【特許文献2】特許第５６８１６００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の光源装置では、レーザ光により生成された蛍光とＬＥＤ光源からのＬＥＤ光とが先にダイクロイックミラーにより合波され、次にノッチフィルタを通過することになる。したがって、ＬＥＤ光源の強度が大幅に低下してしまい、すなわち不足してしまい、合波光の強度の均一性を十分な波長範囲において確保することができない。

【0008】

特許文献２の光源装置に装備されているダイクロイックミラーは、光を合波するのではなく、分波するために用いられている。この光源装置の光路において、ノッチフィルタ及びダイクロイックミラーの順番で配置されている理由は、もしダイクロイックミラーがノッチフィルタより光路の上流側に配設すると、各分波光を処理するために、ノッチフィルタが計２個必要となり、コストが増大するので、それを回避するためであって、強度の均一性とは無関係である。

【0009】

特許文献１，２の光源装置は、共に、ノッチフィルタ及びダイクロイックミラーを分離して装備している。この構成は、光源装置の小型化及び軽量化上、不利である。

【0010】

本発明の目的は、レーザ光源により生成した蛍光とＬＥＤ光との合波光を出射する光源装置において、合波光のスペクトルが所望の波長範囲において均一化されるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の光源装置は、
第１波長より短い波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光により励起され前記第１波長より長い波長の一次蛍光を出射する蛍光体と、
前記第１波長より長い波長を含む減衰波長範囲において前記蛍光体から前記一次蛍光を減衰した二次蛍光を出射するノッチフィルタと、
波長が前記第１波長より短いＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光源と、
前記ノッチフィルタからの前記二次蛍光と前記ＬＥＤ光源からの前記ＬＥＤ光を合波した合波光を出射するダイクロイックミラーと、
を備えている。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、レーザ光の励起により生成された蛍光は、ノッチフィルタを通過して、減衰してからダイクロイックミラーにおいて、ＬＥＤ光と合波される。この結果、ＬＥＤ光がノッチフィルタを通過することにより強度が不足する事態を回避しつつ、ノッチフィルタにより一次蛍光から強度を低下させた二次蛍光を生成して、合波光のスペクトルを二次蛍光の波長範囲とＬＥＤ光の波長範囲とで均一化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】眼底カメラによる撮像診断に用いられる光源装置の全体図である。

【図2】光源装置における種々の光の生成及び流れを示す図である。

【図3】光源装置における合波光や各素子のスペクトル特性を示す図である。

【図4A】ダイクロイックミラーについて波長と透過率との関係を示す図である。

【図4B】ノッチフィルタについて波長と透過率との関係を示す図である。

【図4C】レーザダイオードからの出射時のレーザ光ＬＤｂと蛍光体からの出射時の一次蛍光ＦＬとを合成したときの波長と任意強度との関係を示す図である。

【図4D】ＬＥＤが出射するＬＥＤ光ＬＥｂについて波長と任意強度との関係を示す図である。

【図4E】レーザダイオードが出射するレーザ光ＬＤｂについての波長と任意強度との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、実施形態に限定されないことは言うまでもない。なお、複数の実施形態間で共通する構成要素については、全図を通して同一の符号を使用する。

【0015】

（構成）
図１は、眼底カメラによる撮像診断に用いられる光源装置１０の全体図である。実施形態の光源装置１０は、眼底カメラと一緒に使用される。光源装置１０は、青のレーザ光ＬＤｂを出射するレーザダイオード１２と、青のＬＥＤ光ＬＥｂを出射するＬＥＤ３０とを備えている。レーザ光ＬＤｂは、順番に一次蛍光ＦＬ１及び二次蛍光ＦＬ２に変換される。そして、二次蛍光ＦＬ２とＬＥＤ光ＬＥｂとの合波がモジュールケース４６のスリット４７から外部へ出射される。レーザ光ＬＤｂ、ＬＥＤ光ＬＥｂ、一次蛍光ＦＬ１及び二次蛍光ＦＬ２の詳細な特性については、図２及び図３で説明する。

【0016】

レーザダイオード１２の光軸は、直線で延在し、モジュールケース４６のスリット４７を貫通している。この光軸に沿って、レーザダイオード１２からスリット４７の方へ順番に、コリメータレンズ１６、蛍光体１８、コリメータレンズ２２、光学素子３６及びコリメータレンズ４４が配設されている。レーザダイオード１２とは別の光源としてのＬＥＤ３０は、ＬＥＤ基板３１に実装されている。ＬＥＤ３０の光軸は、光学素子３６に達し、コリメータレンズ３２がＬＥＤ３０と光学素子３６との間の光軸上に配設されている。

【0017】

光学素子３６は、ガラス基板３９と、ガラス基板３９において一次蛍光ＦＬ１の入射面側に成膜により形成されているノッチフィルタ３８と、ガラス基板３９においてＬＥＤ光ＬＥｂの入射面側に成膜により形成されているダイクロイックミラー４０を有している。光学素子３６は、ノッチフィルタ３８側の面の法線及びダイクロイックミラー４０側の面の法線がそれぞれレーザダイオード１２の光軸及びＬＥＤ３０の光軸に対して４５°の傾斜角となるように、両光軸の交点に配置されている。

【0018】

フォトディテクタ２４は、コリメータレンズ２２から出射する一次蛍光ＦＬ１の強度を検出する。詳細には、コリメータレンズ２２のホルダの裏面側（コリメータレンズ２２の入射面及び出射面をそれぞれ表面及び裏面という。）に孔を形成し、この孔内にフォトディテクタ２４を挿入して、ＬＥＤ光ＬＥｂの強度を検出している。同様に、フォトディテクタ３４も、コリメータレンズ３２のホルダの裏面側の孔内に挿入されて、コリメータレンズ３２から出射するＬＥＤ光ＬＥｂの強度を検出する。

【0019】

光源駆動装置５０は、フォトディテクタ２４，３４の出力に基づいてレーザダイオード１２及びＬＥＤ３０の駆動電圧を制御する。レーザダイオード１２が出射するレーザ光ＬＤｂの強度及びＬＥＤ３０が出射するＬＥＤ光ＬＥｂの強度は、それぞれレーザダイオード１２及びＬＥＤ３０の駆動電圧により増減する。

【0020】

ノッチフィルタ３８は、一次蛍光ＦＬ１が４５°の入射角で入射する向きで配置されている。これにより、一次蛍光ＦＬ１のうちノッチフィルタ３８において透過せずに反射する反射光（図２で後述する反射蛍光ＦＬｃ）は、一次蛍光ＦＬ１の光軸に対する垂直方向にフォトディテクタ２４の配置側とは反対側に反射することになる。

【0021】

図２は、光源装置１０における種々の光の生成及び流れを示す図である。図３は、光源装置１０における合波光や各素子のスペクトル特性を示す図である。図３において、λ１，λ２，λ３，λ４は、それぞれ所定の波長（値）であり、λ１＜λ２＜λ３＜λ４となっている。実線は、ダイクロイックミラー４０の出射光としての二次蛍光ＦＬ２とＬＥＤ光ＬＥｂとの合波のスペクトルを示している。

【0022】

目標値は、上側と下側の２本の破線で示されている。上側の目標値の破線は、波長λ３（例：５００ｎｍ）－λ４（例：６１０ｎｍ）の波長範囲で合波スペクトルが確保しなければならない最小強度を示している。下側の目標値の破線は、波長λ３－λ４の波長範囲の外側で合波スペクトルが確保しなければならない最小強度を示している。さらに、一点鎖線及び二点鎖線は、それぞれノッチフィルタ３８及びダイクロイックミラー４０の透過率の特性を示している。

【0023】

図３において、λ１（例：４６０ｎｍ）は、ＬＥＤ３０が出射するＬＥＤ光ＬＥｂの最大強度の波長である。λ２は、合波スペクトルの最小強度の波長（例：４７０ｎｍ－４８０ｎｍの波長）である。なお、図３の強度の単位は任意強度（ａ．ｕ．）である。

【0024】

図４Ａ～図４Ｅについて先に説明する。図４Ａは、ダイクロイックミラー４０について波長と透過率との関係を示す図である。ダイクロイックミラー４０の透過率の特性は、透過率がほぼ０％の短波長の下側フラット領域と、ほぼ１００％の長波長の上側フラット領域と、両者の中間の立ち上り領域とに三分される。図３のλ２は、立ち上がり領域において上側フラット領域からほぼ３ｄｂダウンの箇所の波長（例：４７０ｎｍ－４８０ｎｍ内の波長）に相当する。

【0025】

図４Ｂは、ノッチフィルタ３８について波長と透過率との関係を示す図である。ノッチフィルタ３８の透過率の特性は、所定の波長範囲（例：約５００ｎｍ～約６００ｎｍ）において透過率が大きく落ち込む減衰領域となっている。

【0026】

図４Ｃは、レーザダイオード１２からの出射時のレーザ光ＬＤｂと蛍光体１８からの出射時の一次蛍光ＦＬ１とを合成したときの波長と任意強度との関係を示す図である。レーザダイオード１２から出射時のレーザ光ＬＤｂの任意強度は、波長λが４５０ｎｍである近辺において集中しており、図４Ｃでは、その任意強度は、１．３近辺になっているが、実際には、それより大きく、分光器で測定し切れず、飽和のため、頂上がフラットになっている。

【0027】

図４Ｄは、ＬＥＤ３０が出射するＬＥＤ光ＬＥｂについて波長と任意強度との関係を示す図である。図４Ｅは、レーザダイオード１２が出射するレーザ光ＬＤｂについての波長と任意強度との関係を示す図である。ＬＥＤ光ＬＥｂとレーザ光ＬＤｂとでは、任意強度が最大となる波長λはほぼ等しいが、任意強度がピークから半分となるときの波長幅は、ＬＥＤ光ＬＥｂは広く確保されているのに対し、レーザ光ＬＤｂは、狭過ぎて、λ２以下である波長範囲において眼底カメラによる撮像診断に用いるときに必要な波長範囲で最小限必要な強度を確保できないことが理解できる。

【0028】

図３に戻って、ダイクロイックミラー４０の透過率の特性（ニ点鎖線）及びノッチフィルタ３８の透過率の特性（一点鎖線）は、それぞれ図４Ａ及び図４Ｂの特性を図３に転記したものである。ダイクロイックミラー４０の出射光としての二次蛍光ＦＬ２とＬＥＤ光ＬＥｂとの合波のスペクトル（実線は、波長λ＝λ２を境に、λ＜λ２の波長範囲は図４Ｄの同一波長範囲の特性を転記したものであり、λ＞λ２の波長範囲は、同一波長範囲において図４Ｂの透過率と図４Ｃの任意強度とを乗算してから、最大乗算値に対応する実際の強度が図４Ｄの任意強度の１に相当する強度に一致するように、λ＞λ２の波長範囲の各波長の強度を任意強度に変換して、図３に記載したものである。

【0029】

図３において、λ＜λ２の波長範囲における最大強度と、λ＞λ２の波長範囲における最大強度は、等しくなるように、合波スペクトルの両波長範囲における強度が調整される。また、目標値（上側の破線）以上の強度条件を充足しているとともに、λ３－λ４の波長範囲外の目標値（下側の破線）以上の強度条件を充足するように、ノッチフィルタ３８の特性が設定されている。

【0030】

（作用）
図２において、レーザダイオード１２は、レーザ光ＬＤｂを出射する。このレーザ光ＬＤｂは、青のコヒーレンス光としてλ２未満の波長を有し、ＬＥＤ光ＬＥｂに比して高い強度を有している。レーザ光ＬＤｂは、蛍光体１８を通過することに伴い、一次蛍光ＦＬ１に変換される。一次蛍光ＦＬ１の波長は、λ２以上になっている。レーザ光ＬＤｂの一部は、一次蛍光ＦＬ１に変換されることなく、蛍光体１８をそのまま通過する。

【0031】

一次蛍光ＦＬ１及びレーザ光ＬＤｂは、ノッチフィルタ３８に到達する。ノッチフィルタ３８の透過特性は、図３の一点鎖線で示されるとおりである。ノッチフィルタ３８は、一次蛍光ＦＬ１の光路に、所定の傾斜角で傾斜して配設されている。波長がλ２未満であるレーザ光ＬＤｂは、ノッチフィルタ３８をそのまま直進で透過する。

【0032】

また、波長がλ２以上である一次蛍光ＦＬ１は、ノッチフィルタ３８の透過特性に従い、ノッチフィルタ３８において反射光としての反射蛍光ＦＬｃと透過光としての二次蛍光ＦＬ２とに分離する。ノッチフィルタ３８からの反射蛍光ＦＬｃの出射方向は、一次蛍光ＦＬ１の光軸に対する所定の垂直方向にフォトディテクタ２４の配置側とは反対側となる。二次蛍光ＦＬ２は、波長がλ２未満であるレーザ光ＬＤｂと共に、ノッチフィルタ３８から直進で出射する。

【0033】

この二次蛍光ＦＬ２は、図３の合波スペクトル（実線）のλ２以上のスペクトル線に対応するものになっている。また、反射蛍光ＦＬｃは、ノッチフィルタ３８において９０°向きを変更して、一次蛍光ＦＬ１の光路に対してフォトディテクタ２４とは反対側に反射する。換言すると、反射蛍光ＦＬｃは、フォトディテクタ２４から反れる方向に、好ましくは遠ざかる方向に反射する。この結果、フォトディテクタ２４が、反射蛍光ＦＬｃを拾って、一次蛍光ＦＬ１の光量について間違った検出を行うことが防止される。

【0034】

ノッチフィルタ３８を通過した二次蛍光ＦＬ２及びレーザ光ＬＤｂは、ダイクロイックミラー４０に到達する。ダイクロイックミラー４０の透過特性は、図３のニ点鎖線で示しているとおりである。レーザ光ＬＤｂは、波長がλ２未満の光であるので、ダイクロイックミラー４０の通過が阻止されて、入射側の光軸に対して９０°の方向としての反射蛍光ＦＬｃと同一の反射方向に反射する。二次蛍光ＦＬ２は、波長がλ２以上の光であるので、ダイクロイックミラー４０を直進で出射する。

【0035】

ダイクロイックミラー４０における二次蛍光ＦＬ２の出射側の面は、同時に、ＬＥＤ３０からのＬＥＤ光ＬＥｂの入射面でもある。ＬＥＤ光ＬＥｂは、波長がλ２未満の光であるので、ダイクロイックミラー４０において向きをコリメータレンズ４４の方へ９０°変更して、反射し、二次蛍光ＦＬ２と合波して、コリメータレンズ４４に向かって出射する。図３の合波スペクトル（実線）は、この合波光の強度と波長との関係を示している。

【0036】

合波スペクトル（実線）において、二次蛍光ＦＬ２が寄与している波長範囲λ３－λ４（５００～６００ nm）における強度と、ＬＥＤ光ＬＥｂが寄与しているλ２未満の波長範囲（４４０～４７０ nm）における最大強度（図３の例ではλ１の強度）とが共に任意強度１には等しくなるように、光源駆動装置５０が、フォトディテクタ２４，３４の検出信号に基づいて、レーザダイオード１２及びＬＥＤ３０の駆動電圧を制御する。さらに、このとき、λ２における合波スペクトルの任意強度が、下側の目標値以上を確保するように、ノッチフィルタ３８及びダイクロイックミラー４０の透過特性が設定される。

【0037】

（補足及び変形例）
光源装置１０は、眼底カメラによる撮像診断の光源装置として用いられている。本発明の光源装置は、それ以外に、分析装置や撮像装置の光源装置として適用可能である。本発明の光源装置１０は、１つの光源モジュールとして構成されているが、モジュールとして構成されていなくてもよいし、複数のモジュールの組立品として構成されていてもよい。

【0038】

レーザダイオード１２及びＬＥＤ３０は、それぞれ本発明のレーザ光源及びＬＥＤ光源の実施例である。本発明のレーザ光源及びＬＥＤ光源は、青色以外の色を発光するものであってもよい。その場合、λ１－λ４の設定値は当業者により適用状況に応じて変更される。

【0039】

光源装置１０では、レーザ光ＬＤｂ及びレーザ光ＬＤｂ由来の各光（一次蛍光ＦＬ１及び二次蛍光ＦＬ２）の光路は、直線で延在しているが、光源装置１０の適用状況に応じて適宜折曲させてもよい。

【0040】

光源装置１０のλ２は、本発明の第１波長に相当する。λ２は、図３では、合成スペクトルの最小強度の波長に設定されているが、本発明の第１波長は、λ１＜第１波長＜λ３の範囲に設定することもできる。

【0041】

光源装置１０のλ１は、本発明のＬＥＤ光の極大強度波長に相当する。光源装置１０では、ＬＥＤ光の極大強度波長はλ１の１つのみであるので、λ１は、ＬＥＤ光の最大光量の波長でもある。

【0042】

光源装置１０のフォトディテクタ２４は、本発明の光センサに相当する。光源装置１０における各光軸は、対応する光の光路でもある。

【0043】

光源装置１０では、光学素子３６において、ノッチフィルタ３８及びダイクロイックミラー４０はガラス基板３９の一方及び他方の面に成膜により形成されている。本発明では、ノッチフィルタ及びダイクロイックミラーが被膜される透明基板をガラス基板３９とは別の透明基板にすることもできる。

【符号の説明】

【0044】

１０・・・光源装置、１２・・・レーザダイオード（レーザ光源）、１８・・・蛍光体、２４・・・フォトディテクタ、３０・・・ＬＥＤ（ＬＥＤ光源）、３８・・・ノッチフィルタ、３９・・・ガラス基板（透明基板）、４０・・・ダイクロイックミラー、ＬＤｂ・・・レーザ光、ＬＥｂ・・・ＬＥＤ光、ＦＬ１・・・一次蛍光、ＦＬ２・・・二次蛍光、ＦＬｃ・・・反射蛍光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】