内窥镜光源装置的制作方法

本发明涉及一种内窥镜光源装置。

背景技术：

已知一种通过将来自分别射出波长不同的光的多个半导体光源的光进行准直并进行合波来射出宽频带的照明光的光源装置(例如，参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-7057号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，如led那样的半导体光源由于具有面积，因此难以生成完全准直的光，由于光路长度不同等原因，存在与内窥镜的插入部内所配设的光导件的直径相应的光的传输效率针对各led而不同的情况。

即，在组合了光导件直径不同的镜体(scope)的情况下，基于光的传输效率的差异而各颜色的光量平衡发生变动，因此存在导致颜色再现性根据镜体而不同的问题。

本发明是鉴于上述的情形而完成的，其目的在于提供一种即使组合光导件直径不同的镜体也能够抑制从镜体的前端射出的光的光量平衡的变动的内窥镜光源装置。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明提供以下方案。

本发明的一个方式提供一种内窥镜光源装置，具备：多个固体光源；多个准直透镜，所述多个准直透镜使从各所述固体光源射出的光分别形成为大致平行光；合波光学构件，其将被各所述准直透镜形成为大致平行光后的光进行合波；光量调节机构，其配置于至少一个的所述固体光源与所述准直透镜之间，能够调节来自各所述固体光源的周边光量；以及聚光透镜，其使由所述合波光学构件进行了合波的来自各所述固体光源的光会聚并入射至内窥镜的光导件的端面。

根据本方式，从多个固体光源分别射出的光在被准直透镜分别变换为大致平行光之后，由合波光学构件进行合波，被聚光透镜会聚并入射至内窥镜的光导件的另一面。通过配置于至少一个的固体光源与准直透镜之间的光量调节机构，调节来自固体光源的周边光量后向准直透镜入射。由此，能够针对每个固体光源调节周边光量。

即，即使由于更换内窥镜的镜体而光导件的粗细发生变化，也能够避免使来自多个固体光源的光的光量平衡变化。特别地，在采用射出波长不同的光的光源来作为固体光源的情况下，能够防止根据光导件的粗细而射出色彩平衡不同的光，从而能够提高颜色再现性。

在上述方式中，也可以为，从各所述固体光源到所述聚光透镜的光路长度越短，所述光量调节机构将越多的周边光遮蔽。

通过这样，由于在光路长度长的情形下周边光未被导入聚光透镜，因此当不事先配置光量调节机构时，所安装的镜体的光导件越粗，则来自光路长度长的固体光源的光的光量越低，从而导致光量平衡越差。通过配置光量调节机构来事先构成为光路长度越短则将越多的周边光遮蔽，由此能够防止在所安装的镜体的光导件粗的情况下来自光路长度长的固体光源的光的光量平衡降低，从而能够将光量平衡维持为固定。

在上述方式中，也可以为，所述光量调节机构是按各所述固体光源与各所述准直透镜的组合而开口直径不同的光圈。

通过这样，通过以光路长度越短则将来自固体光源的周边光遮蔽得越多的方式减小所安装的光圈的开口直径，由此能够防止在所安装的镜体的光导件粗的情况下来自光路长度长的固体光源的光的光量平衡降低，从而能够将光量平衡维持为固定。

在上述方式中，也可以为，所述光量调节机构是按各所述固体光源与各所述准直透镜的组合而配置在距各所述固体光源的距离不同的位置处的光圈。

通过这样，通过以光路长度越短则将来自固体光源的周边光遮蔽得越多的方式使所安装的光圈的位置离开固体光源，由此能够防止在所安装的镜体的光导件粗的情况下来自光路长度长的固体光源的光的光量平衡降低，从而能够将光量平衡维持为固定。

在上述方式中，也可以为，所述光圈满足下面的条件式，

在此，φ为所述光圈的开口直径，na为所述光导件的数值孔径，β为所述固体光源在所述光导件上成像时的近轴倍率的绝对值，l为所述固体光源与所述光圈之间的光路长度。

通过这样，能够获得颜色不均匀少到不妨碍观察的程度的配光。

发明的效果

根据本发明，起到即使组合光导件直径不同的镜体也能够抑制从镜体的前端射出的光的色彩平衡的变动这样的效果。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的内窥镜光源装置的示意图。

图2a是作为图1的内窥镜光源装置的参考例而在不具有光圈的情况下以使光路长度较短侧的光路笔直延伸的方式示出来自led各部的光线的图。

图2b是作为图1的内窥镜光源装置的参考例而以使光路长度较长侧的光路笔直延伸的方式示出来自led各部的光线的图。

图3是示出在图2a和图2b的情况下从内窥镜射出的光的光量平衡与光导件直径的关系的图。

图4是以使图1的内窥镜光源装置的光路长度较短侧的光路笔直延伸的方式示出来自led各部的光线的图。

图5是示出在图3和图2b的情况下从内窥镜射出的光的光量平衡与光导件直径的关系的图。

图6是示出满足数式(1)和数式(6)的情况下的光源射出光的配光的图。

图7是示出在图6的情况下从内窥镜射出的光的配光的图。

图8是示出图1的内窥镜光源装置的变形例的图。

图9是示出图1的内窥镜光源装置的第一实施例的图。

图10a是示出图9的内窥镜光源装置的光路长度较长侧的led的分光特性的图。

图10b是示出图9的内窥镜光源装置的光路长度较短侧的led的分光特性的图。

图11是示出图9的内窥镜光源装置的反射镜的反射率特性的图。

图12是示出图9的内窥镜光源装置的分色镜的透射率特性的图。

图13是示出图9的内窥镜光源装置的光源射出光的分光特性的图。

图14是示出图1的内窥镜光源装置的第二实施例的图。

图15a是示出图14的内窥镜光源装置的光路长度最长侧的led的分光特性的图。

图15b是示出图14的内窥镜光源装置的光路长度第二长侧的led的分光特性的图。

图15c是示出图14的内窥镜光源装置的光路长度最短侧的led的分光特性的图。

图16是示出图14的内窥镜光源装置的光路长度最长侧的分色镜的反射率特性的图。

图17a是示出图14的内窥镜光源装置的光路长度第二长侧的分色镜的透射率特性的图。

图17b是示出图14的内窥镜光源装置的光路长度最短侧的分色镜的透射率特性的图。

图18是示出图14的内窥镜光源装置的光源射出光的分光特性的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的内窥镜光源装置10进行说明。

如图1所示，本实施方式所涉及的内窥镜光源装置10具备：多个led(固体光源)1、2，该多个led(固体光源)1、2射出波长不同的光；多个准直透镜11，该多个准直透镜11使从各led1、led2射出的光分别形成为大致平行光；分色镜(合波光学构件)4，其将被各准直透镜11形成为大致平行光后的光进行合波；以及光圈(光量调节机构)5，其配置于光路长度较短一方的led2与准直透镜11之间。图中的标记6为反射镜。

从光路长度较长侧的led1射出的第一光在被准直透镜11形成为大致平行光之后，被反射镜6偏转方向，透过分色镜4，被聚光透镜7会聚，入射至内窥镜的镜体9的光导件8的入射端。

另一方面，从光路长度较短侧的led2射出的第二光在被准直透镜11形成为大致平行光之后，被分色镜4偏转方向，从而与第一光进行合波并被聚光透镜7会聚，入射至内窥镜的镜体9的光导件8的入射端。

在该情况下，由于led1、led2具有大小，因此各准直透镜11无法根据来自led1、led2的光生成完全准直的光，与如图2a那样光路长度短的情况相比，如图2b那样，在光路长度长的情形下周边光(图中的斜线部分)未被导入聚光透镜7。其结果是，如果不配置光圈5，则如图3所示那样在安装有具备连周边光都入射那样的粗的光导件8的镜体9的情况下，周边光未被导入聚光透镜7的光路长度较长侧的第一光的光量与光路长度较短侧的第二光的光量相比降低。

与此相对地，本实施方式所涉及的内窥镜光源装置10在光路长度较短侧的led2与准直透镜11之间设置有用于遮断第二光的周边光的光圈5，因此通过适当地调节光圈5的开口面积，能够如图4所示那样预先遮断第二光的周边光。即，即使在安装有具备连周边光都入射那样的粗的光导件8的镜体9的情况下，也能够如图5所示那样防止周边光未被导入聚光透镜7的光路长度较长侧的第一光的光量平衡降低。

相反地，在安装有具备不使周边光入射那样的细的光导件8的镜体9的情况下，只有轴上的光被入射至光导件8的入射端，因此如图3和图5所示那样，不论光路长度如何，都能够不受光圈5的影响地达成均一的光量平衡。

优选的是，光圈5满足下面的条件式(1)。

在此，

φ为光圈5的开口直径，

na为光导件8的数值孔径，

β为led2在光导件8上成像时的近轴倍率的绝对值，

l为led2与光圈5之间的光路长度。

在此，对条件式(1)的导出过程进行说明。

当将光导件8的na设为nalg时，作为光学系统而言，当以nalg进行聚光时效率高。nalg以上的光由于无法通过光导件8取得而成为损失，导致形成热能。

此时，当将发光面的面积设为sled、将由光导件8取得的光的光源侧na设为naled、将聚光面的成像面积设为sled′时，由于能够保持光学扩展量(etendue)，因此下面的条件式成立。

π×sled×naled²＝π×sled'×nalg²(2)

在此，为了即使在led2侧放入开口直径φ的光圈5也使上述成立，而需要使led2侧的na的光线被导入。为此，需要使用led2与光圈5的距离l来使下面的条件式成立。

当将条件式(2)代入到条件式(3)时，成为式(4)那样。

π×sled×(φ/2)²/(l²+(φ/2)²)≥π×sled′×nalg²(4)在此，当使用光学系统的近轴横向倍率的绝对值β时，成为下式。

sled′＝β²×sled(5)

通过将式(5)代入到式(4)来进行变形，由此能够获得条件式(1)。

此外，当光圈5的开口直径φ低于条件式(1)时，配光变窄，但是作为内窥镜图像，只要满足下面的条件式(6)，就能够获得不妨碍观察的配光特性。

在此，在满足条件式(1)的情况与满足条件式(6)的情况中，确认出从镜体9出来的配光的差异。

当设为光圈5的开口直径φ＝22mm、

led2与光圈5的距离l＝12.55mm、

光学系统近轴倍率的绝对值β＝0.98、

光导件8的数值孔径na＝0.5时，

满足条件式(1)。

在此，当计算正好满足条件式(6)的光圈5的开口直径φ时，φ＝13.68mm。

在光圈5的开口直径φ＝22mm和φ＝13.68mm的情况下光源射出光的配光如图6所示那样。

在光源射出光的配光如图6所示那样的情况下，当计算来自内窥镜的配光时，成为图7那样。

此外，作为内窥镜的照明光学系统，使用了日本特许05897224号的实施例1的透镜数据。

根据该图7，在满足条件式(1)的情况与满足条件式(6)的情况中，配光(能够照明的范围)不存在差异，因此即使在满足条件式(6)的情况下，也不妨碍观察。

此外，在本实施方式中，对将来自两个led1、led2的光进行合波的情况进行了说明，但是也可以应用于将来自三个以上的多个led1、led2、led3的光进行合波的情况。在该情况下，从led2、led3起的光路长度越短则使光圈5的开口直径越小，由此遮蔽更多的周边光，由此即使安装的镜体9的光导件直径变粗，也能够防止产生来自光路长度长的led1的光的光量平衡降低的问题。

另外，也可以在光路长度最长的led1与准直透镜11之间也配置光圈5。

另外，在本实施方式中，设为通过使光圈5的开口直径不同来调节周边光的射光量，但是也可以取而代之地，设为如图8所示那样使光圈5距led1、led2、led3的距离l不同。从led1、led2、led3起的光路长度越短则使光圈5距led1、led2、led3的距离l越大，由此能够遮蔽更多的周边光。

而且，通过这样，能够针对各led1、led2、led3使用相同形状的光圈5，具有能够降低成本的优点。

(第一实施例)

下面，对本实施方式所涉及的内窥镜光源装置10的第一实施例进行说明。

在本实施例中，如图9所示，具备两个led1、led2，并且在各led1、led2与同这些led1、led2对应的准直透镜11之间分别配置有光圈5。

使用具有图10a和图10b所示的分光特性的led作为led1、led2，使用具有图11所示的反射率特性的反射镜作为反射镜6，使用具有图12所示的透射率特性的分色镜作为分色镜4，射出具有图13所示的分光特性的光作为光源射出光。

通过设为在光路长度较长侧的光路上配置的光圈5的开口直径φ＝34mm、距离l＝12.55mm、近轴倍率绝对值β＝0.94，并设为内窥镜的光导纤维的数值孔径na＝0.5，由此φ/l＝2.71，满足条件式(6)。

另外，通过设为在光路长度较短侧的光路上配置的光圈5的开口直径φ＝22mm、距离l＝12.55mm、近轴倍率绝对值β＝0.98，并设为内窥镜的光导纤维的数值孔径na＝0.5，由此φ/l＝1.75，满足条件式(6)。

(第二实施例)

下面，对本实施方式所涉及的内窥镜光源装置10的第二实施例进行说明。

在本实施例中，如图14所示，具备三个led1、led2、led3，并且在各led1、led2、led3与同这些led1、led2、led3对应的准直透镜11之间分别配置有光圈5。

使用具有图15a至图15c所示的分光特性的led作为led1、led2、led3，使用具有图16所示的反射率特性的分色镜作为分色镜6，使用具有图17a和图17b所示的透射率特性的分色镜作为分色镜4，射出具有图18所示的分光特性的光作为光源射出光。

通过设为在光路长度最长侧的光路上配置的光圈5的开口直径φ＝34mm、距离l＝12.55mm、近轴倍率绝对值β＝0.91，并设为内窥镜的光导纤维的数值孔径na＝0.5，由此φ/l＝2.71，满足条件式(6)。

通过设为在光路长度第二长侧的光路上配置的光圈5的开口直径φ＝29mm、距离l＝12.55mm、近轴倍率绝对值β＝0.94，并设为内窥镜的光导纤维的数值孔径na＝0.5，由此φ/l＝2.31，满足条件式(6)。

另外，通过设为在光路长度最短侧的光路上配置的光圈5的开口直径φ＝21mm、距离l＝12.55mm、近轴倍率绝对值β＝0.94，并设为内窥镜的光导纤维的数值孔径na＝0.5，由此φ/l＝1.67，满足条件式(6)。

(第三实施例)

下面，对本实施方式所涉及的内窥镜光源装置10的第三实施例进行说明。

在本实施例中，如图8所示，具备三个led1、led2、led3，并且在各led1、led2、led3与同这些led1、led2、led3对应的准直透镜11之间分别配置有光圈5。

各led1、led2、led3的分光特性、反射镜6的反射率特性、各分色镜4的透射率特性及光源射出光的分光特性与第二实施例相同。

通过设为在光路长度最长侧的光路上配置的光圈5的开口直径φ＝21mm、距离l＝7.75mm、近轴倍率绝对值β＝0.91，并设为内窥镜的光导纤维的数值孔径na＝0.5，由此φ/l＝2.71，满足条件式(6)。

通过设为在光路长度第二长侧的光路上配置的光圈5的开口直径φ＝21mm、距离l＝9.09mm、近轴倍率绝对值β＝0.94，并设为内窥镜的光导纤维的数值孔径na＝0.5，由此φ/l＝2.31，满足条件式(6)。

另外，通过设为在光路长度最短侧的光路上配置的光圈5的开口直径φ＝21mm、距离l＝12.55mm、近轴倍率绝对值β＝0.94，并设为内窥镜的光导纤维的数值孔径na＝0.5，由此φ/l＝1.67，满足条件式(6)。

附图标记说明

1、2、3：led(固体光源)；4：分色镜(合波光学构件)；5：光圈(光量调节机构)；7：聚光透镜；8：光导件；10：内窥镜光源装置；11：准直透镜；l：距离。