JP7625249B2 - 集光装置 - Google Patents

Description

本発明は集光装置に関する。

光照射により生体組織を焼灼する際、一般的には赤外領域の光が用いられる（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された光源においては、赤外領域の光は直接的な熱を生体組織に伝えることになる。これは、生体組織を構成する細胞の成分の７割は水分である一方、生体組織の光の吸収／散乱特性を水の吸収／散乱特性で置換えられると仮定した場合、赤外領域における水の光吸収係数は、可視光領域における水の光吸収係数に比べて高いことが理由である。

米国特許第６５３０９１９号明細書

ところで、「“生体組織の光学特性値計測・算出”粟津邦男、大阪大学大学院生命機能研究科、光学４１巻８号（２０１２)」によれば、生体組織を構成する細胞においては、可視光領域における光吸収係数は、近赤外領域における光吸収係数に比べて高くなっている。すなわち、赤外線領域の光の波長の熱を直接的に使用して生体組織を焼灼することは効率が悪く、水の吸収／散乱特性をそのまま代用できないことを示している。

また、生体組織の焼灼を行うには、生体組織へ光が照射された部位の温度が６０℃以上に上昇させる必要がある。このためには光源から発光される光の光量や波長特性を極力損なわずに焼灼部位へ集める必要がある。

更に、インターネットサイト＜https://www.mext.go.jp/b#menu/shingi/gijyutu/gijyutu3/toushin/attach/1333543.htm＞によれば、ヘモグロビンを含む生体組織においては、紫外、可視光領域における光吸収係数は、近赤外領域における光吸収係数よりも２桁程度高い。

従って、光照射により生体組織を焼灼する際、ヘモグロビンを含む生体組織の光吸収／散乱特性や、生体組織を構成する細胞の光吸収／散乱特性に合わせた光（光の波長域）を用いることで、生体組織が光を吸収／散乱することで発生する熱により、効率的に焼灼できると考えられる。

本発明の目的は、生体組織を焼灼するための光を効率よく伝達することが可能な集光装置を提供することにある。

上記目的を達成するための発明は、生体組織が有する光吸収／散乱特性に合わせた光域の波長の光を照射する光源素子及び光学系を有する集光装置であって、前記光学系は、前記光源素子の出射面から出射された光を、導光体に導くための光学系であって、前記光を前記導光体の端部近傍に集光するための第１の反射面を有する器状の第１のミラーと、前記第１のミラーの内部に配置され、前記第１の反射面で反射した光の一部を、前記導光体に向けて反射させる第２の反射面を有する第２のミラーと、を備え、前記第１の反射面の形状は、前記光源素子から前記導光体に向かう第１の軸上に長軸を有する回転楕円体の表面のうち、前記回転楕円体の原点に対して前記導光体側の半分の表面と同様の形状であることを特徴とする集光装置である。本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、生体組織を焼灼するための光を効率よく伝達することが可能な集光装置を提供することができる。

第１実施形態の照射装置の構成を説明するための断面図である。 第２実施形態の照射装置の構成を説明するための断面図である。 第３実施形態の照射装置の構成を説明するための断面図である。 第３のミラーの構成を説明するための斜視図である。 第３のミラーの構成を説明するための図である。 第３実施形態の変形例による照射装置の構成を説明する図である。 第４実施形態の照射装置の構成を説明する図である。 第４のミラーの構成を説明する図である。 第５実施形態の照射装置の構成を説明する図である。 第６実施形態の照射装置の構成を説明する図である。

＜第１実施形態＞
＝＝照射装置＝＝
図１は、本実施形態の照射装置１０の構成を説明するための断面図である。本実施形態の照射装置１０は、光源素子２０と、導光体３０と、光学系４０とを備える。なお、光源素子２０と、光学系４０とによって、集光装置５０が構成される。

以下では、説明の便宜上、図１に示すように、第１の軸Ｘ１が定義される。第１の軸Ｘ１は、光源素子２０から導光体３０に向かう方向の軸である（詳細は後述）。図１は、照射装置１０を、第１の軸Ｘ１を通る任意の平面で切断したときの断面を示す図である。

［光源素子］
光源素子２０は、照射装置１０に可視光領域の光を照射させるための装置である。光源素子２０は、可視光領域の光を生成する。具体的には、光源素子２０は、４００～７５０ｎｍの波長領域の光を生成する。なお、光源素子２０が生成する光は、焼灼する組織の光吸収／散乱特性に合わせて、光の波長領域を選択することが可能である。

光源素子２０は、出射面２０ａを有している。光源素子２０で生成された光は、出射面２０ａから光源素子２０の外部へ出射される。このとき、光源素子２０で生成された光は、出射面２０ａの法線方向に対して多様な方向に均等に出射されることが好ましい。つまり、光源素子２０は、所謂、拡散光源素子であることが好ましい。光源素子２０から出射した光が均等でなくても、第１の反射面４０１ａの形状が楕円形状であれば、第１の焦点Ｆ１に光源素子２０から出射した光は集光される。

光源素子２０についての制約は上記の他は特に無いが、レーザ光源、ＬＥＤ光源、ハロゲンランプ、キセノンランプ等を用いた光源素子２０を用いることができる。また、本実施形態では、出射面２０ａは、第１の軸Ｘ１に対して垂直となっている。

［導光体］
導光体３０は、例えば光ファイバーのような、光源素子２０からの光を生体組織まで伝搬する部材である。導光体３０の一端には、光学系４０からの光を入射させるための入射面３０ａが設けられている。入射面３０ａから入射した光は、導光体３０内を伝搬し、導光体３０の他端（図示せず）から出射される。導光体３０の他端から出射された光によって、生体組織が焼灼される。なお、本実施形態では、入射面３０ａの面積は、出射面２０ａの面積よりも小さい。

［光学系］
光学系４０は、光源素子２０の出射面２０ａから出射された光を、導光体３０の入射面３０ａに導く。本実施形態の光学系４０は、第１のミラー４０１と、第２のミラー４０２とを備えている。

（第１のミラー）
第１のミラー４０１は、器状の部材である。本実施形態において、第１のミラー４０１の内部は、楕円関数に基づく形状をしている。なお、前記、楕円関数に基づく形状を近似する直線の組み合わせで代行してもよい。第１のミラー４０１の外周面の形状は限定されない。本実施例では簡略化のため、外周面の形状は、内周面の形状と同じである。

第１のミラー４０１は、楕円関数に基づく形状をした第１の反射面４０１ａ及び出射口部４０１ｂを有する。出射口部４０１ｂは導光体３０を取り付ける部分であるが、導光体３０が無い場合は、光源素子２０の光を集光した光の出射光の出口となる。

第１の反射面４０１ａは、第１のミラー４０１の内周面に設けられている。第１の反射面４０１ａは、出射面２０ａから出射された光を、導光体３０の入射面３０ａ、又は入射面３０ａの近傍に集光するための反射面であるが、第１の反射面４０１aが楕円形状であれば、その楕円形状が持つ第１の焦点Ｆ１の位置に集光する。なお、本実施形態において、「入射面３０ａの近傍」は、入射面３０ａも含む。

ここで、第１の反射面４０１ａの形状について説明する。第１の反射面４０１ａの形状は、回転楕円体の表面のうち、回転楕円体の半分の表面と同様の形状である。

具体的には、図１に示すような回転楕円体Ｅを定義した場合、第１の反射面４０１ａは、回転楕円体Ｅの表面のうち、回転楕円体Ｅの原点に対して導光体３０側の半分の表面と同様の形状である。なお、回転楕円体Ｅの長軸は第１の軸Ｘ１となる。つまり、回転楕円体Ｅは、第１の軸Ｘ１に対して軸対称である。また、図１には、回転楕円体Ｅの長軸を通る平面で切断したときの断面を破線で示している。

出射口部４０１ｂは、円筒状の部分である。出射口部４０１ｂの一端は、回転楕円体Ｅの導光体３０側の半分の表面と、第１の軸Ｘ１と交わる位置の近傍に位置している。出射口部４０１ｂの内部には、導光体３０が挿通されている。

ここで、第１のミラー４０１と、導光体３０の入射面３０ａとの位置関係について説明する。導光体３０の入射面３０ａは、第１の焦点Ｆ１の位置、又は第１の焦点Ｆ１の近傍の位置に配置されればよい。

図１に示したように、回転楕円体Ｅの２つの焦点である第１の焦点Ｆ１及び第２の焦点Ｆ２は、第１の軸Ｘ１上に配置される。第１の焦点Ｆ１は、回転楕円体Ｅの２つの焦点のうち導光体３０側の焦点である。第２の焦点Ｆ２は、第１の焦点Ｆ１の他方の焦点である。なお、以下では、「焦点Ｆ１の近傍」とは、焦点Ｆ１を含むこととする。

入射面３０ａを第１の焦点Ｆ１の位置に配置することにより、入射する光の強度が最も高くなる。一方、入射面３０ａを第１の焦点Ｆ１の位置の近傍に配置することにより、入射面３０ａでの発熱を抑えることができる。

図１に示したように、本実施形態では、入射面３０ａは、第１の焦点Ｆ１の近傍の位置に配置されている。

（第２のミラー）
第２のミラー４０２は、円板状の部材である。本実施形態における第２のミラー４０２は、第１の軸Ｘ１に対して垂直に配置されている。

第２のミラー４０２は、第２の反射面４０２ａを有する。第２の反射面４０２ａは、第１の反射面４０１ａで反射した光の一部を、導光体３０の入射面３０ａ側に向けて反射させる反射面である。第２の反射面４０２ａは、第２のミラー４０２の互いに平行な２つの表面のうち、導光体３０側の表面に設けられている。また、本実施形態において、第２の反射面４０２ａは、図１で定義した回転楕円体Ｅの短軸を通る平面上に配置されている。

このような第２のミラー４０２を設けることによって、光学系４０内において、進行する経路の延長線が第２の焦点Ｆ２を通る光は、第２の反射面４０２ａで反射した後に、第１の焦点Ｆ１に到達する。つまり、第２のミラー４０２を設けることによって、仮に第２のミラー４０２が存在しない場合に第２の焦点Ｆ２に集光する光を、第２の反射面４０２ａで反射させることによって第１の焦点Ｆ１に集光させることができる。

以上から明らかなように、本実施形態の照射装置１０において、第１の反射面４０１ａの形状は、第１の軸Ｘ１上に長軸を有する回転楕円体Ｅの表面のうち、回転楕円体Ｅの原点に対して導光体３０側の半分の表面と同様の形状である。

このような構成によって、出射面２０ａから出射された光の一部は、第１の焦点Ｆ１に直接集光する。また、出射面２０ａから出射された光の他の一部は、第１の反射面４０１ａで反射する。第１の反射面４０１ａで反射した光の一部は、第１の焦点Ｆ１に集光する。また、第１の反射面４０１ａで反射した光の他の一部は、第２の反射面４０２ａで反射する。第２の反射面４０２ａで反射した光の一部は、直接、又は第１の反射面４０１ａでさらに反射した後に第１の焦点Ｆ１に集光する。

つまり、出射面２０ａから出射された光は、直接、又は第１の反射面４０１ａ若しくは第２の反射面４０２ａで反射した後、第１の焦点Ｆ１の近傍に集光する。これによって、光源素子２０の出射面２０ａから出射された光を効率的に入射面３０ａへ入射させることができる。従って、集光装置５０は、生体組織を焼灼するための光を効率よく伝達することが可能となる。ここで、出射面２０ａの面積に対する入射面３０ａの面積の比をＲとする。照射装置１０によれば、出射面２０ａから出射する光の強度に対する入射面３０ａに入射する光の強度の比は、Ｒよりも大きくなる。そのため、照射装置１０は、入射面３０ａよりも大きな面積を有する出射面２０ａから出射された光源の光を導光体３０へ、前記面積比Ｒより、大きな値を得ることができ、生体組織へ照射される光の強度を上げることができる。

＜第２実施形態＞
図２は、本実施形態の照射装置１１を説明する図である。本実施形態の照射装置１１は、第１実施形態の照射装置１０と比べると、光学系４１の構成が異なっている。具体的には、本実施形態の光学系４１は、凸レンズ４０６を更に備える。なお、光源素子２０と、光学系４１とによって、集光装置５１が構成される。

（凸レンズ）
凸レンズ４０６は、出射面２０ａと、第１の焦点Ｆ１と、の間に配置されている。凸レンズ４０６は、第１の軸Ｘ１を光軸とするように配置されている。ここでの凸レンズ４０６とは、両凸レンズ、平凸レンズ、コンデンサレンズ等を含む。本実施形態では、凸レンズ４０６として、平凸レンズが用いられている。

凸レンズ４０６のサイズは、その外周が第１のミラー４０１の内周面に接触するサイズである。凸レンズ４０６は、その外周が第１のミラー４０１の内周面に固定されることによって、第１のミラー４０１に支持されている。なお、凸レンズ４０６は、第１のミラー４０１に支持されていればよく、サイズはこの例に限定されない。

凸レンズ４０６を設けることによって、出射面２０ａから出射された光のうち、第１の反射面４０１ａや第２の反射面４０２ａで反射することなく第１の焦点Ｆ１に直接集光する光の割合が増加する。これによって、第１の反射面４０１ａ又は第２の反射面４０２ａでの反射による光の損失が減少する。

＜第３実施形態＞
図３は、本実施形態の照射装置１２を説明する図である。本実施形態の照射装置１２は、第２実施形態の照射装置１１と比べると、光学系４２の構成が異なっている。具体的には、本実施形態の光学系４２は、第３のミラー４０３を更に備える。なお、光源素子２０と、光学系４２とによって、集光装置５２が構成される。

（第３のミラー）
第３のミラー４０３は、出射面２０ａと、凸レンズ４０６と、の間に配置されている。第３のミラー４０３は、遮光部４０３ｂを有する。第３のミラー４０３の光源素子２０側の面は遮光面となり、凸レンズ４０６の吸収係数による温度上昇を下げる効果があり、第３の反射面４０３ａは、第１の反射面４０１aから反射された光の一部を反射させる反射面である。

図４Ａは、本実施形態の第３のミラー４０３を説明するための斜視図である。図４Ｂは、本実施形態の第３のミラー４０３を説明するための、導光体３０側から第１の軸Ｘ１の方向に第３のミラー４０３を見た図である。本実施形態の第３のミラー４０３は、第３の反射面４０３ａと、遮光部４０３ｂと、支持部４０３ｃとを有する。

第３の反射面４０３ａは、円板状の部材である。第３の反射面４０３ａは、第１の軸Ｘ１上に中心を有し、第１の軸Ｘ１に対して垂直に配置されている。遮光部４０３ｂは、第３の反射面４０３ａの互いに平行な２つの表面のうち、光源素子２０側の表面に設けられている。

支持部４０３ｃは、遮光部４０３ｂを支持するための部材である。本実施形態では、支持部４０３ｃは、円周状のフレーム４０３ｄと、４本のアーム４０３ｅとから構成されており、表面は反射面を構成してもよい。円周状のフレーム４０３ｄは、遮光部４０３ｂの周りに、遮光部４０３ｂと同心円状に配置されている。４本のアーム４０３ｅの各々は、一端が遮光部４０３ｂに接続され、他端がフレーム４０３ｄに接続されている。４本のアーム４０３ｅは、遮光部４０３ｂの中心に対して放射状に配置されている。遮光部４０３ｂの光による熱の拡散を行うためでもある。円周状のフレーム４０３ｄは、第１のミラー４０１の内周面に固定されている。これによって、第３のミラー４０３は、第１のミラー４０１に対して固定されている。

第３のミラー４０３を設けることによって、出射面２０ａから出射された光のうち、凸レンズ４０６に直接入射する光の割合が減少する。これによって、凸レンズ４０６に入射する光の強度が局所的に高くなることによる発熱を抑えることができる。

なお、出射面２０ａから出射された光のうち、第３の反射面４０３ａに到達する光以外の光は、第３のミラー４０３に吸収されて損失しないことが好ましい。そのため、フレーム４０３ｄやアーム４０３ｅの太さは細く、アーム４０３ｅの本数は少ないほど好ましい。また、第３のミラー４０３のうち、第３の反射面４０３ａの一方の表面に形成された遮光部４０３ｂのみではなく、例えば、第３のミラー４０３の全表面に反射面が形成されてもよい。

また、図５は、本実施形態の変形例による照射装置１２´の構成を説明する図であり、遮光部４０３ｂを反射面としたとした場合の第３の反射面４０３ｂ´の形状を拡大して示している。図５に示すように、第３の反射面４０３ｂ´は、光源素子２０側に凸であってもよい。図５の例では、第３の反射面４０３ｂ´の形状は、第１の軸Ｘ１に対して軸対称な円錐面である。

このような構成によれば、出射面２０ａから出射した光のうち、第３の反射面４０３ｂ´で反射した光が出射面２０ａから光源素子２０内に戻ることを抑えることができる。

＜第４実施形態＞
図６は、本実施形態の照射装置１３を説明する図である。本実施形態の照射装置１３は、第２実施形態の照射装置１１と比べると、光学系４３の構成が異なっている。具体的には、本実施形態の光学系４３は、第４のミラー４０４を更に備える。なお、光源素子２０と、光学系４３とによって、集光装置５３が構成される。

（第４のミラー）
第４のミラー４０４は、凸レンズ４０６と、第１の焦点Ｆ１と、の間に配置されている。

図７は、本実施形態の第４のミラー４０４を説明するための斜視図である。本実施形態の第４のミラー４０４は、第４の反射面４０４ａと、凸部４０４ｂと、支持部４０４ｃとを有する。第４の反射面４０４ａは、光源素子２０側に凸である。

凸部４０４ｂは、本実施形態では、円錐状の部材である。凸部４０４ｂは、第１の軸Ｘ１を回転軸とする円錐状である。第４の反射面４０４ａは、凸部４０４ｂの錐面に設けられている。

支持部４０４ｃは、凸部４０４ｂを支持するための部材である。本実施形態では、支持部４０４ｃは、円周状のフレーム４０４ｄと、アーム４０４ｅとから構成されている。円周状のフレーム４０４ｄは、凸部４０４ｂの周りに、凸部４０４ｂの底面と同心円状に配置されている。アーム４０４ｅは、一端が凸部４０４ｂに接続され、他端がフレーム４０４ｄに接続されている。円周状のフレーム４０４ｄは、第１のミラー４０１の内周面に固定されている。これによって、第４のミラー４０４は、第１のミラー４０１に対して固定されている。

なお、第１の焦点Ｆ１に向かって進行する光のうち、第４の反射面４０４ａに到達する光以外の光は、第４のミラー４０４に吸収されて損失しないことが好ましい。そのため、アーム４０４ｅの太さは細く、アーム４０４ｅの本数は少ないほど好ましい。また、第４のミラー４０４のうち、凸部４０４ｂの錐面に形成された第４の反射面４０４ａのみではなく、例えば、第４のミラー４０４の全表面に反射面が形成されてもよい。

第４のミラー４０４を設けることによって、第１の焦点Ｆ１に集光する光の割合が減少する。これによって、導光体３０に入射する光の強度が局所的に高くなることによる発熱を抑えることができる。

＜第５実施形態＞
図８は、本実施形態の照射装置１４を説明するための断面図である。本実施形態の照射装置１４は、第３実施形態の照射装置１２と比べると、光学系４４の構成が異なっている。具体的には、本実施形態の光学系４４は、第５のミラー４０５を更に備える。なお、光源素子２０と、光学系４４とによって、集光装置５４が構成される。

（第５のミラー）
第５のミラー４０５は、円筒状の部材であり、第５の反射面４０５ａを有する。第５の反射面４０５ａは、第５のミラー４０５の内周面に設けられている。

第５の反射面４０５ａの形状は、第１の軸Ｘ１に対して軸対称であって、回転楕円体Ｅの短軸の長さを直径とする円柱体の表面と同様の形状である。つまり、第５のミラー４０５の内周面の、第１の軸Ｘ１に直交する平面における断面形状は、回転楕円体Ｅの短軸を直径とする円である。若しくは、第５の反射面４０５ａの形状は、第１の軸Ｘ１に対して複数回回転対称であって、回転楕円体Ｅの短軸の長さを直径とする円柱体を内包する柱体の表面と同様の形状であってもよい。つまり、第５のミラー４０５の内周面の、第１の軸Ｘ１に直交する平面における断面形状は、多角形であってもよい。多角形としては特に制限されないが、例えば正６角形であってもよい。

第５のミラー４０５は、第１のミラー４０１と、第２のミラー４０２と、の間に配置される。従って、第５の反射面４０５ａは、第１の反射面４０１aと、第２の反射面４０２aと、の間に配置される。第５の反射面４０５ａは、一端が、回転楕円体Ｅの表面のうち、回転楕円体Ｅの短軸が通る円周上で第１の反射面４０１ａと接続される。第５の反射面４０５ａは、他端が、第２の反射面４０２ａと円周上で接続される。

＜第６実施形態＞
図９は、本実施形態の照射装置１５を説明するための断面図である。本実施形態の照射装置１５は、第３実施形態の照射装置１２と比べると、集光装置５５の構成が異なっている。

本実施形態の第２のミラー４０２は、開口部４０２ｂを有している。光源素子２１は、開口部４０２ｂを介して光源からの光を光学系４５に入射させる。光源素子２１は、第１のミラー４０１の外側に配置される。

［光源側導光体］
本実施形態の集光装置５５は、光源側導光体２１０を更に備えている。光源側導光体２１０は、光源素子２１からの光を光学系４５に導く。光源側導光体２１０は、開口部４０２ｂを介して一端が第２のミラー４０２に接続される。本実施形態では、光源側導光体２１０の一端が出射面２１ａに相当する。光源側導光体２１０の他端には、光源素子２１からの光が入射する。

このような構成によれば、光源素子２１を第１のミラー４０１の内部に設ける必要がないため、光源素子２１のサイズ等の制約が緩和され、光源素子２１を選択する際の自由度が増す。

なお、本実施形態の集光装置５５は、光源側導光体２１０を備えるが、これに限られるものではない。例えば、光源側導光体２１０を省略し、光源素子２１からの光を、開口部４０２ｂから光学系４５に直接入射させてもよい。このような場合、開口部４０２ｂが出射面２１aに相当する。また、このような場合、開口部４０２ｂから光学系４５の内部へ埃等の異物が侵入することを防止するため、開口部４０２ｂを透明の部材で覆ったり、透明の部材で充填したりしてもよい。

以上、第１～６実施形態の集光装置５０～５５は、生体組織が有する光吸収／散乱特性に合わせた光を照射する光源素子２０、２１及び光学系４０～４５を有する集光装置５０～５５であって、光学系４０～４５は、光源素子２０、２１の出射面２０ａ、２１ａから出射された光を、導光体３０に導くための光学系４０～４５であって、光を導光体３０の端部近傍に集光するための第１の反射面４０１ａを有する器状の第１のミラー４０１と、第１の反射面４０１ａで反射した光の一部を、導光体３０に向けて反射させる第２の反射面４０２ａを有する第２のミラー４０２と、を備え、第１の反射面４０１ａの形状は、光源素子２０、２１から導光体３０に向かう第１の軸Ｘ１上に長軸を有する回転楕円体Ｅの表面のうち、回転楕円体Ｅの原点に対して導光体３０側の半分の表面と同様の形状である。

このような構成によれば、出射面２０ａ、２１ａから出射された光の一部は、第１の焦点Ｆ１に直接集光する。また、出射面２０ａ、２１ａから出射された光の他の一部は、第１の反射面４０１ａで反射する。第１の反射面４０１ａで反射した光の一部は、第１の焦点Ｆ１に集光する。また、第１の反射面４０１ａで反射した光の他の一部は、第２の反射面４０２ａで反射する。第２の反射面４０２ａで反射した光の一部は、直接、又は第１の反射面４０１ａでさらに反射した後に第１の焦点Ｆ１に集光する。

つまり、出射面２０ａ、２１ａから出射された光は、直接、又は第１の反射面４０１ａ若しくは第２の反射面４０２ａで反射した後に、第１の焦点Ｆ１の近傍に集光する。このため、第１の焦点Ｆ１の近傍に導光体３０の入射面３０ａを配置することにより、光源素子２０、２１の、入射面３０ａよりも大きな面積を有する出射面２０ａ、２１ａから出射された光を効率よく入射面３０ａに入射させることができる。すなわち、本実施形態に係る集光装置５０～５５によれば、出射面２０a、２１aから出射された光は、前記面積比Ｒより、大きな値を得ることができ、生体組織へ照射される光の強度を上げることができる。

また、第２～第６実施形態の集光装置５１～５５において、光学系４１～４５は、出射面２０ａ、２１ａと、回転楕円体Ｅの２つの焦点のうち導光体３０側の焦点である第１の焦点Ｆ１と、の間に配置された凸レンズ４０６を更に備える。このような構成によれば、出射面２０ａ、２１ａから出射されて凸レンズ４０６を通過した光のうち、第１の焦点Ｆ１に直接集光する光の割合が増加する。これによって、第１の反射面４０１ａ又は第２の反射面４０２ａでの反射による光の損失が減少する。従って、生体組織を焼灼するための光を更に効率よく伝達することが可能な集光装置５１～５５を提供することができる。

また、第３実施形態の集光装置５２において、第３のミラー４０３は、出射面２０ａと、凸レンズ４０６と、の間に配置され、出射面２０ａから出射された光の一部を反射させる第３の反射面４０３ａを有する。このような構成によれば、第１の反射面４０１ａで反射した光の一部が第３の反射面４０３ａで反射し、遮光部４０３ｂにより、出射面２０ａからの直接光を遮光する。これによって、凸レンズ４０６に直接入射する光の割合が減少する。従って、凸レンズ４０６に入射する光の強度が局所的に高くなることによる発熱を抑えることができ、かつ、出射面２０ａに戻ろうとする光を第３の反射面４０３ａで反射して、光源素子２０の発熱を抑えることができる。

また、第３実施形態の集光装置５２の光学系４２において、遮光部４０３ｂは、光源側に凸で、かつ、反射面あってもよい。このような構成によれば、出射面２０ａから出射した光のうち、遮光部４０３ｂで反射した光が、出射面２０ａから光源素子２０内に戻ることを抑えることができる。これによって、凸レンズ４０６に入射する光の強度が局所的に高くなることによる発熱を抑えつつ、生体組織を更に効率的に焼灼することが可能な光学系４２を提供することができる。

また、第３実施形態の集光装置５２の光学系４２において、遮光部４０３ｂは、第１の軸Ｘ１に対して軸対称な円錐面を構成してもよい。このような構成によれば、出射面２０ａから出射した光のうち、遮光部４０３ｂで反射した光が出射面２０ａから光源素子２０内に戻ることを抑え、更に、第１の反射面４０１aへ光を導光することができる。これによって、凸レンズ４０６に入射する光の強度が局所的に高くなることによる発熱を更に抑えつつ、生体組織を更に効率的に焼灼することが可能な光学系４２を提供することができる。

また、第４実施形態の集光装置５３において、光学系４３は、凸レンズ４０６と、第１の焦点Ｆ１と、の間に配置され、光源側に凸である第４の反射面４０４ａを有する第４のミラー４０４を更に備える。このような構成によれば、出射面２０ａから出射した光の一部が第４の反射面４０４ａで反射する。これによって、凸レンズ４０６を通過した後に第１の焦点Ｆ１に直接集光する光の割合が減少する。従って、導光体３０に入射する光の強度が局所的に高くなることによる発熱を抑えることができる。

また、第５実施形態の集光装置５４において、光学系４４は、第１の反射面４０１ａと、第２の反射面４０２ａと、の間に配置される第５の反射面４０５ａを有する第５のミラー４０５を更に備え、第５の反射面４０５ａの形状は、第１の軸Ｘ１に対して軸対称であって、回転楕円体Ｅの短軸の長さを直径とする円柱体の表面と同様の形状、若しくは上記円柱体を内包する多角形であり、一端が、回転楕円体Ｅの表面のうち、短軸が通る円周上で第１の反射面４０１ａと接続される第５の反射面４０５ａを有する第５のミラー４０５を更に備える。このような構成によれば、第５の反射面４０５ａの、第１の軸Ｘ１方向の長さを調節することにより、出射面２０ａから出射された光の、第１のミラー４０１を基準とするときの集光する位置を調節することができる。これによって、光学系４４の設計の自由度が増す。

また、第６実施形態の集光装置５５において、光学系４５は、第２のミラー４０２は、開口部４０２ｂを有し、光源素子２１は、開口部４０２ｂを介して光源素子２１からの光を光学系４５に入射させる。このような構成によれば、光源素子２１を光学系４５の内部に設ける必要がないため、光源素子２１のサイズ等の制約が緩和され、光源素子２１を選択する際の自由度が増す。

また、第６実施形態の集光装置５５は、開口部４０２ｂを介して一端が第２のミラー４０２に接続され、一端が出射面２１ａであり、他端から光源素子２１からの光が入射される光源側導光体２１０を更に備える。このような構成によれば、光源素子２１を光学系４５の内部に設ける必要がないため、光源素子２１のサイズ等の制約が緩和され、光源素子２１を選択する際の自由度が増す。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。

例えば、第５実施形態の照射装置１４及び第６実施形態の照射装置１５において、光学系４４は、凸レンズ４０６、第３のミラー４０３の少なくとも一方は備えなくてもよい。また、第５実施形態の照射装置１４及び第６実施形態の照射装置１５において、第４実施形態で説明した第４のミラーを更に備えてもよい。

１０：照射装置
１１：照射装置
１２：照射装置
１３：照射装置
１４：照射装置
１５：照射装置
２０：光源素子
２０ａ：出射面
２１：光源素子
２１ａ：出射面
２１０：光源側導光体
３０：導光体
３０ａ：入射面
４０：光学系
４１：光学系
４２：光学系
４３：光学系
４４：光学系
４５：光学系
４０１：第１のミラー
４０１ａ：第１の反射面
４０１ｂ：出射口部
４０２：第２のミラー
４０２ａ：第２の反射面
４０２ｂ：開口部
４０３：第３のミラー
４０３ａ：第３の反射面
４０３ｂ：遮光部
４０３ｂ´：第３の反射面
４０３ｃ：支持部
４０３ｄ：フレーム
４０３ｅ：アーム
４０４：第４のミラー
４０４ａ：第４の反射面
４０４ｂ：凸部
４０４ｃ：支持部
４０５：第５のミラー
４０５ａ：第５の反射面
４０６：凸レンズ
５０：集光装置
５１：集光装置
５２：集光装置
５３：集光装置
５４：集光装置
５５：集光装置
Ｘ１：第１の軸
Ｆ１：第１の焦点
Ｆ２：第２の焦点
Ｅ：回転楕円体

Claims (8)

1. 生体組織が有する光吸収特性及び光散乱特性に合わせた光を照射する光源素子及び光学系を有する集光装置であって、
   前記光学系は、前記光源素子の出射面から出射された光を、導光体に導くための光学系であって、
   前記光を前記導光体の端部近傍に集光するための第１の反射面を有する器状の第１のミラーと、
   前記第１のミラーの内部に配置され、前記第１の反射面で反射した光の一部を、前記導光体に向けて反射させる第２の反射面を有する第２のミラーと、
   を備え、
   前記第１の反射面の形状は、前記光源素子から前記導光体に向かう第１の軸上に長軸を有する回転楕円体の表面のうち、前記回転楕円体の短軸と前記長軸が交差する前記回転楕円体の中心に対して前記導光体側の半分の表面と同様の形状であることを特徴とし、
   前記光学系が、前記出射面と、前記回転楕円体の２つの焦点のうち前記導光体側の焦点である第１の焦点と、の間に配置された凸レンズを更に備える
   集光装置。
2. 前記光学系が、前記出射面と、前記凸レンズと、の間に配置され、前記出射面から出射された光の一部を反射させる第３の反射面を有する第３のミラーを更に備える
   請求項１に記載の集光装置。
3. 前記第３の反射面は、前記出射面側に凸であることを特徴とする
   請求項２に記載の集光装置。
4. 前記第３の反射面は、前記第１の軸に対して軸対称な円錐面を構成することを特徴とする
   請求項３に記載の集光装置。
5. 前記光学系は、前記凸レンズと、前記第１の焦点と、の間に配置され、前記出射面側に凸である第４の反射面を有する第４のミラーを更に備える
   請求項１～４のいずれか一に記載の集光装置。
6. 前記光学系は、前記第１の反射面と、前記第２の反射面と、の間に配置される第５の反射面を有する第５のミラーを更に備え、
   前記第５の反射面の形状は、前記第１の軸に対して軸対称であって、前記回転楕円体の短軸の長さを直径とする円柱体の表面と同様の形状、若しくは前記円柱体を内包する多角形であり、一端が、前記回転楕円体の表面のうち、前記短軸が通る円周上で前記第１の反射面と接続される第５の反射面を有する第５のミラーを更に備える
   請求項１～５のいずれか一項に記載の集光装置。
7. 前記第２のミラーは、前記光源素子からの光を前記光学系に入射させるための開口部を有することを特徴とする
   請求項１～６に記載の集光装置。
8. 前記開口部を介して一端が前記第２のミラーに接続され、前記一端が前記出射面であり、他端から前記光源素子からの光が入射される光源側導光体を更に備える
   請求項７に記載の集光装置。

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