JP2011224042A - 光源装置及びこれを用いた内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光体からの出射光を確実に導光部材に導入して、高効率でしかも高輝度な照明光を得る。
【解決手段】支持体７１に複数の発光体７３を配置した発光部７５と、発光部７５からの光を一端側の入射面に導入して他端側の出射面から照明光を出射する導光部材ＬＧと、発光部７５と導光部材ＬＧとの間に配置され、導光部材ＬＧの入射面に発光部７５からの光を集光させる集光部材７７と、を有する光源装置であって、集光部材７７が、導光部材ＬＧの入射面に向けて先細りとなる複数のテーパ状柱体７９からなり、テーパ状柱体７９の各基端部を、それぞれ発光体７３の発光面に対面して配置し、複数のテーパ状柱体７９の先端部を結束した光出射窓８９を、導光部材ＬＧの入射面に対面する側に形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置及びこれを用いた内視鏡装置に関する。

一般に、医療用、工業用の内視鏡装置の照明光源としてキセノンランプが広く用いられているが、最近になって、光源の交換寿命が長く、省電力でしかも小型である発光ダイオード素子（ＬＥＤ）が、キセノンランプに置き換わる発光素子として注目されるようになった。例えば、図１８に示すように、複数のＬＥＤ１が支持体２上に配置され、各ＬＥＤ１の出射光をレンズ３により集光して、ライトガイドＬＧの光ファイババンドルに導入する内視鏡装置が提案されている（特許文献１）。

しかしながら、光源装置側からの光を内視鏡プローブ側のライトガイドＬＧ端面に導入する際、レンズ３の収差によって光ファイババンドルの外周を覆う金属スリーブの端面等に光が漏れることがある。ライトガイドＬＧは、内視鏡プローブの種類によって必要な光量が異なるため、バンドル径も異なり、そのため金属スリーブの直径も内視鏡プローブの種類毎に異なる。例えば経口内視鏡装置や下部消化器官用の内視鏡では図１９（Ａ）のような太径のライトガイドＬＧとなり、例えば経鼻内視鏡や気管支鏡では図１３（Ｂ）に示すような細径のライトガイドとなる。従って、これら直径の異なるライトガイドＬＧがコネクタを介して光源装置に接続された際、細径のライトガイドＬＧほど、金属スリーブ４に漏れ光が照射されやすくなり、光損失が大きくなる。

そこで、照明光の光量を稼ぐために発光素子の数を増やすことが考えられるが、各発光素子からの全ての出射光をライトガイドに集光させることは難しく、光利用効率を高めることには限界があった。

特開２０００−６６１１５号公報

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、複数の発光体からの出射光を確実に導光部材に導入して、高効率でしかも高輝度な照明光が得られる光源装置及びこれを用いた内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明は下記構成からなる。
（１） 支持体に複数の発光体を配置した発光部と、該発光部からの光を一端側の入射面に導入して他端側の出射面から照明光を出射する導光部材と、前記発光部と前記導光部材との間に配置され、前記導光部材の入射面に前記発光部からの光を集光させる集光部材と、を有する光源装置であって、
前記集光部材が、前記導光部材の入射面に向けて先細りとなる複数のテーパ状柱体からなり、
前記複数のテーパ状柱体の基端部が、それぞれ前記発光体の発光面に対面して配置され、
前記複数のテーパ状柱体の先端部を結束した光出射窓が、前記導光部材の入射面に対面する側に形成された光源装置。
（２） 上記の光源装置と、
前記光源装置から出射される光を前記導光部材を介して被観察領域に照射する内視鏡と、を備えた内視鏡装置。

本発明の照明装置及びこれを用いた内視鏡装置によれば、複数の発光体からの出射光を確実に導光部材に導入して、高効率でしかも高輝度な照明光を得ることができる。

本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡装置の概念的なブロック構成図である。 図１に示す内視鏡装置の一例としての外観図である。 照明装置の模式的な構成図である。 一つのテーパ状柱体による集光の様子を示した説明図である。 （Ａ）は集光部材の配置例で白色ＬＥＤを支持体上の縦横に４×４個配置して、各白色ＬＥＤの光出射面にテーパ状柱体の基端部を対面させ、先端部を束ねて光出射窓とした概略的な構成図で、（Ｂ）は光出射窓の位置を拡大して示す部分拡大図である。 凹面状の支持体を用いた場合の構成図である。 隣接するテーパ状柱体の間に、光出射方向を光出射窓に向けた補助発光体を配置した場合の構成図である。 ＬＥＤを実装した支持体上に蛍光体層が形成された発光部の概略的な断面図である。 蛍光体をテーパ状柱体に分散させた場合の構成図である。 ＬＥＤの出射光と蛍光体との組み合わせ、及びレーザ光と蛍光体との組み合わせのスペクトルを示すグラフである。 （Ａ）は複数のテーパ状柱体からなる集光部材の光出射窓として赤外線吸収体を設けた一例を示す構成図、（Ｂ）は集光部材の光出射窓に赤外線成分を選択的に反射する多層反射膜を有するスタブを設けた一例を示す構成図、（Ｃ）は（Ｂ）のダイクロイックプリズムに代えて赤外線反射機能を有するスタブを設けた一例を示す構成図である。 （Ａ）は大径のライトガイドＬＧが光源装置に接続されたときの、ライトガイドへの光導入の様子を模式的に示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）に示す点灯された支持体上のＬＥＤを示す平面図である。 （Ａ）は小径のライトガイドＬＧが光源装置に接続されたときの、ライトガイドへの光導入の様子を模式的に示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）に示す点灯された支持体上のＬＥＤを示す平面図である。 発光部の結線回路を単純化して示した回路図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、光出射窓における出射光パターンの例を模式的に示す説明図である。 内視鏡の先端部とコネクタ部を示す概略構成図である。 分岐された光ファイバをスキュー処理した状態を示す概略的な断面図である。 従来の光源装置と内視鏡プローブの接続構造を示す説明図である。 従来の大径のライトガイドの接続状態（Ａ）と小径のライトガイドとの接続状態（Ｂ）を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡装置の概念的なブロック構成図、図２は図１に示す内視鏡装置の一例としての外観図である。
図１、図２に示すように、内視鏡装置１００は、内視鏡１１と、この内視鏡１１が接続される制御装置１３とを有する。制御装置１３には、画像情報等を表示する表示部１５と、入力操作を受け付ける入力部１７が接続されている。内視鏡１１は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部１９（図２参照）の先端から照明光を出射する照明光学系と、被観察領域を撮像する撮像素子２１（図１参照）を含む撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。

また、内視鏡１１は、内視鏡挿入部１９と、内視鏡挿入部１９の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部２３（図２参照）と、内視鏡１１を制御装置１３に着脱自在に接続するコネクタ部２５Ａ，２５Ｂを備える。なお、図示はしないが、操作部２３及び内視鏡挿入部１９の内部には、組織採取用処置具等を挿入する鉗子チャンネルや、送気・送水用のチャンネル等、各種のチャンネルが設けられる。

内視鏡挿入部１９は、図２に示すように、可撓性を持つ軟性部３１と、湾曲部３３と、先端部（以降、内視鏡先端部とも呼称する）３５から構成される。内視鏡先端部３５には、図１に示すように、被観察領域へ光を照射する照射口３７と、被観察領域の画像情報を取得するＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像素子２１が配置されている。また、撮像素子２１の受光面側には観察像を結像する対物レンズユニット３９が配置される。

図２に示す湾曲部３３は、操作部２３に配置されたアングルノブ４１の回動操作により湾曲自在にされている。この湾曲部３３は、内視鏡１１が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲でき、内視鏡先端部３５の照射口３７及び撮像素子２１の観察方向を、所望の観察部位に向けることができる。

また、内視鏡１１は、医療分野においては経鼻内視鏡、経口内視鏡、下部消化器官用の内視鏡、気管支鏡等、使用用途に応じて異なるタイプのものが用意され、内視鏡の術者は、例えば指示された内視鏡検査オーダに基づいて適切な内視鏡を制御装置１３に装着する。内視鏡１１には夫々、そのタイプや撮像素子の分光感度特性や照明光に関する各種個体情報が記憶されるメモリ（個体情報保持手段）４３を有しており、制御装置１３は接続された内視鏡１１の個体情報をメモリ４３から読み出し、制御部４５により内視鏡１１のタイプを識別して、適切な条件で術式や表示が行われるように各部を制御する。

制御装置１３は、内視鏡先端部３５の照射口３７に供給する照明光を発生する光源装置４７と、撮像素子２１からの画像信号を画像処理するプロセッサ４９を備え、コネクタ部２５Ａ，２５Ｂを介して内視鏡１１に接続される。また、プロセッサ４９は、内視鏡１１の操作部２３や入力部１７からの指示に基づいて、内視鏡１１から伝送されてくる撮像信号を画像処理し、表示用画像を生成して表示部１５へ供給する。

撮像素子２１には、プロセッサ４９に設けられた増幅器（以下、ＡＭＰと略す）５１及び撮像素子ドライバ５３が接続されている。ＡＭＰ５１は、撮像素子２１から出力された撮像信号に所定のゲインで増幅を施し、これを相関二重サンプリング／プログラマブルゲインアンプ（以下、ＣＤＳ／ＰＧＡ回部と略す）５５に出力する。

ＣＤＳ／ＰＧＡ５５は、ＡＭＰ５１から出力された撮像信号を、撮像素子２１の各受光セルの電荷蓄積量に対応したＲ、Ｇ、Ｂの画像データとして出力し、この画像データに増幅を施してＡ／Ｄ変換器５７に出力する。Ａ／Ｄ変換器５７は、ＣＤＳ／ＰＧＡ回路５５から出力されたアナログの画像データを、デジタルの画像データに変換する。画像処理部５９は、Ａ／Ｄ変換器５７でデジタル化された画像データに対して各種画像処理を施し、表示部１５に体腔内の観察画像を出力する。

撮像素子ドライバ５３には、制御部４５によって制御されるタイミングジェネレータ（以下、ＴＧと略す）６１が接続されている。撮像素子ドライバ５３は、ＴＧ６１から入力されるタイミング信号（クロックパルス）により、撮像素子２１の撮像信号（電荷蓄積量）の読み出しタイミング、撮像素子２１の電子シャッタのシャッタ速度等を制御する。

光源装置４７には、内視鏡１１の照射口３７に照明光を供給する光源部６３と、光源部６３の出射光量を制御する光源ドライバ６５等が搭載されている。光源部６３からの出射光は、多数の光ファイバ束からなるライトガイドＬＧを通じて、照射口３７を介して被観察領域に照射される。なお、本構成例では、光源部６３の発光素子として、中心発振波長が例えば４５０〜４７０ｎｍの複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を用いており、ＬＥＤの光出射面には、このＬＥＤから出射される青色光により励起される蛍光体を含有する蛍光体層が配置される。

蛍光体は、ＬＥＤからの出射光の一部を吸収して緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体物質（例えばＹＡＧ系蛍光体、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇）等の蛍光体）を含んで構成される。これにより、青色光を励起光とする緑色〜黄色の励起発光光と、蛍光体により吸収されず透過したＬＥＤからの出射光とが合わされて、白色（疑似白色）の照明光が生成される。生成された白色の照明光は、ライトガイドＬＧにより導光されて照射口３７から被観察領域に照射されることになる。

ここで、本明細書でいう白色光とは、厳密に可視光の全ての波長成分を含むものに限らず、例えば、基準色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等、特定の波長帯の光を含むものであればよく、例えば、緑色から赤色にかけての波長成分を含む光や、青色から緑色にかけての波長成分を含む光等も広義に含むものとする。

上記の蛍光体は、蛍光体を構成する蛍光物質と、充填剤となる固定・固化用樹脂との屈折率差を考慮して、蛍光物質そのものと充填剤に対する粒径を、赤外域の光に対して吸収が小さく、かつ散乱が大きい材料で構成することが好ましい。これにより、赤色や赤外域の光に対して光強度を落とすことなく散乱効果が高められ、光学的損失を小さくできる。

また、光源ドライバ６５には、制御部４５、及びＴＧ６１が接続されている。光源ドライバ６５は、ＴＧ６１からの固体撮像素子４２の撮像信号（蓄積電荷）の読み出しタイミングを司る読み出しパルス、及び電子シャッタパルスで規定される露光期間内に、制御部４５の制御に応じたパルス状の駆動電流を供給する。つまり、光源ドライバ６５は、撮像素子２１の撮像タイミングと同期して任意の照明光を被観察領域に照射させることができる。

上記のように各ＬＥＤ（白色ＬＥＤとも呼称する）からの出射光と蛍光体からの励起発光光による白色光は、内視鏡１１の先端部３５から被観察領域に向けて照射される。そして、照明光が照射された被観察領域の様子は、対物レンズユニット３９により被検体像を撮像素子２１に結像させることで撮像画像として取得される。

撮像後に撮像素子２１から出力される撮像画像の画像信号は、前述したように信号処理されて画像処理部５９に入力される。画像処理部５９は、デジタル信号に変換された撮像素子２１からの撮像画像信号に対して、ホワイトバランス補正、ガンマ補正、輪郭強調、色補正等の各種処理を施し、各種情報と共に内視鏡観察画像にされ、表示部１５に出力される。また必要に応じて、内視鏡観察画像はメモリやストレージ装置からなる図示しない記憶部に記憶する。

次に、上記構成の内視鏡装置１００の光源装置について詳細に説明する。
図３に照明装置の模式的な構成図を示した。
照明装置２００は、前述の光源装置４７に搭載された光源部６３と、光源部６３の光出射口に一端側を接続して他端側から照明光を出射する導光部材としてのライトガイドＬＤとを有する。光源部６３は、支持体７１上に複数の白色ＬＥＤ（発光体）７３を配置して、光源ドライバ６５からの電力供給を受けて発光する発光部７５と、この発光部７５とライトガイドＬＧの一端側との間に配置され、ライトガイドＬＧの光入射面に発光部７５からの出射光を集光させる集光部材７７とを有する。

ライトガイドＬＧは、多数本の光ファイバ束と、この光ファイバ束の外周を覆うスリーブ８１とを有する長尺状の導光部材である。ライトガイドＬＧは、光源装置４７に対してコネクタ部２５Ａを接続することで、スリーブ８１の外周を覆う保護パイプ８３が係合孔８５にガイドされつつ挿入され、ライトガイドＬＧ先端のガラス窓８７が、光源部６３の光出射窓８９に対面した状態で固定される。

スリーブ８１は、円筒状であって、例えば、ステンレスや銅合金等の金属、セラミックス、結晶化ガラス、樹脂等を利用できるが、特に、ジルコニアセラミックス（酸化ジルコニウム：ＺｒＯ_２）が、光に対する半透過性を有して好ましい。スリーブ８１をジルコニアセラミックスで形成することにより、仮にスリーブ端面に高強度の光が照射されても、照射光がスリーブ端面から内部に浸透して光照射範囲を拡大できる。これにより、スリーブ端面で局所的な温度上昇が発生することを防止できる。

なお、光源部６３にはヒートシンク９１が設けられ、ファン９３からの送風によって光源部６３の発熱を外部に逃している。

集光部材７７は、ライトガイドＬＧに向けて先細りとなる複数のテーパ状柱体７９の集合体であり、一つのテーパ状柱体７９が一つの白色ＬＥＤ７３に対応して配置されている。図４に一つのテーパ状柱体７９による集光の様子を示した。テーパ状柱体７９は、透光性を有するガラスや樹脂からなり、断面が光路前方に向けて縮小する楔型の柱体である。ここでは複数のテーパ状柱体７９をより高密度に束ねることができる三角柱形状としているが、この他にも、円柱形状や他の多角柱形状としてもよく、円錐体、多角錐体形状としてもよい。

テーパ状柱体７９は、その先端部７９ａが、ライトガイドＬＧの光入射面に対面する平面状の光出射窓８９に接続され、基端部７９ｂが白色ＬＥＤ７３の発光面に対面して配置されている。そして、白色ＬＥＤ７３からの出射光は、テーパ状柱体７９内で全反射を繰り返しながら先端部７９ａまで集光されつつ導光される。これにより、発光体からの出射光の殆どをライトガイドＬＧに有効な光として入射させることができ、光の利用効率を向上できる。

また、テーパ状柱体７９は、先端部７９ａ、基端部７９ｂの少なくともいずれかの光路途中に赤外線成分の透過を制限する選択透光部材が配置されている。この選択透光部材としては、例えば赤外線吸収体である赤外線カットフィルタが利用できる。また、テーパ状柱体７９全体が赤外線を選択的に除去する光学機能を有する部材であってもよい。

透過を制限する赤外線の波長は６５０ｎｍ以上であることが好ましく、これによれば、一般的な撮像素子によりカラー撮像画像を取得する際に、撮像素子のＲ（赤）光より長波長側の有感度域における受光成分が画像データに重畳されることがなくなり、混色の発生を防止できる。

本構成例の光源部６３の構成においては、図５（Ａ）に集光部材の配置例を示すように白色ＬＥＤ７３を支持体７１上の縦横に４×４個配置している。各白色ＬＥＤ７３の光出射面に、テーパ状柱体７９の基端部７９ｂを対面させた状態で、例えば透明接着剤や図示しない固定用治具等によってこれら基端部７９ｂを固定する。そして、複数のテーパ状柱体７９の先端部７９ａを、その配列を乱すことなく束ねて、微小サイズの光出射窓８９を形成する。光出射窓８９の一部を拡大すると、図５（Ｂ）に示すようにテーパ状柱体７９の先端部７９ａが高密度に密集した結束状態となっている。これら先端部７９ａのそれぞれは光出射窓８９を構成する。

ここで、上記の白色ＬＥＤ７３は、表面実装型（ＳＭＤ）、直接支持体上に実装するチップ・オン・ボード型（ＣＯＢ）が用いられ、その発光面のサイズは０．６ｍｍ²〜１０ｍｍ²程度の略正方形状で、好ましくは１ｍｍ²程度である。また、テーパ状柱体７９の先端部７９ａにおける光出射窓の面積は１〜５ｍｍ²、好ましくは２ｍｍ²程度であり、テーパ状柱体７９の長手方向の全長は２０ｍｍ程度とされている。

上記構成の光源装置１００によれば、複数の白色ＬＥＤ７３からの出射光がそれぞれテーパ状柱体７９の基端部７９ｂに導入され、テーパ状柱体７９内を全反射導光されて先端部７９ａから高密度の光束となって出射される。従って、複数のテーパ状柱体７９の先端部７９ａが結束された光出射窓８９からは、高効率で、しかも高強度の光が出射される。このように、光出射窓８９は多数のテーパ状柱体７９が光学的に接続されており、光出射側から覗いた場合に、万華鏡（カレイドスコープ）の如き、多数の鏡面によって発光体が無数に分散配置されたように見える。従って、各発光体からの出射光が外部に散乱することなく、殆どの出射光成分が光出射窓８９に集光され、高強度の光が出射される。

また、各テーパ状柱体７９の先端部７９ａは、白色ＬＥＤ７３の配置関係をそのまま維持して結束されているため、各白色ＬＥＤ７３の出射光量に対応した支持体７１上の配列通りの光出射パターンで光出射窓８９に集光させることができる。

なお、光出射窓８９から出射される光の強度分布は、光出射窓８９の中心部が最大となり、周辺に離れるにつれて強度が低下する傾向がある。このため、光源装置４７に接続される内視鏡の種類によってライトガイドＬＧの光入射面における直径（図３に示すガラス窓８７の直径に相当）が変化しても、出射光の殆どはライトガイドＬＧの光入射面に導入され、スリーブ８１に漏れることがない。

従って、スリーブ８１に高強度の光が照射され、その光が反射して光源側に戻されて、発光部７５の支持体７１や白色ＬＥＤ７３を昇温させたり、スリーブ８１に照射された光により、スリーブ８１が発熱してライトガイドＬＧを昇温させたりする等の、熱による影響を光源部６３やライトガイドＬＧが受けることはない。よって、光源装置４７に接続される内視鏡が、経鼻内視鏡、経口内視鏡や下部消化官内視鏡、気管支鏡、等の異なるタイプの内視鏡であっても、それぞれに対して高強度の照明光をライトガイドＬＧの光入射面内に確実に照射でき、光入射面以外のスリーブ８１等の周囲に照射されることを防止できる。

また、上記の支持体７１は平板状に限らず、図６に示すような凹面状の支持体７１Ａとしてもよい。集光部材７７側を凹面状に形成した支持体７１Ａの表面に白色ＬＥＤ７３を配置すると、白色ＬＥＤ７３から光出射窓８９までの距離を白色ＬＥＤ７３の配置位置によらずに均等化でき、テーパ状柱体７９の全長を短く揃えることができる。その結果、各白色ＬＥＤ７３からの出射光がそれぞれ同一条件の下で光出射窓８９に到達し、支持体７１上における白色ＬＥＤ７３の配置位置の違いによる光量差がなくなる。しかも各テーパ状柱体７９の先端部７９ａを、白色ＬＥＤ７３の配置関係をそのまま維持して束ねることが容易に行える。

テーパ状柱体７９と白色ＬＥＤ７３との関係は、一つのテーパ状柱体に対して一つの白色ＬＥＤを設けることに加え、図７に示すように、支持体７１上の隣接するテーパ状柱体７９Ａ，７９Ｂの間で、光補助発光体としての白色ＬＥＤ９５を、出射方向を光出射窓８９へ向けて配置してもよい。この場合の白色ＬＥＤ９５からの出射光は、図５（Ｂ）に示すテーパ状柱体７９の先端部７９ａを束ねたときに生じる隙間から出射され、光出射窓８９の出射光量が更に増加する。

また、図７に示すように、テーパ状柱体７９Ａが隣接するテーパ状柱体７９Ｂに接合面９７を介して接合すれば、一つのテーパ状柱体７９Ａの先端部から複数の白色ＬＥＤ７３の光を合わせて出射できる。これにより、一つの発光体に対する光出射窓８９の占有面積を小さくでき、光出射窓８９に束ねられるテーパ状柱体７９の数を増やすことができる。よって、照明光の生成に寄与する発光体の数を増やしてより高輝度な照明光を生成できる。

次に、発光部７５の他の態様を以下に示す。
図８はＬＥＤを実装した支持体上に蛍光体層が形成された発光部の概略的な断面図である。この構成では、支持体７１上に複数の青色ＬＥＤ７３Ａを配置して、支持体７１と青色ＬＥＤ７３Ａの表面に前述の蛍光体を含む蛍光体層１０１を形成している。蛍光体層１０１は、蛍光体が結合剤（バインダ）中に分散されてなる液体の塗布後に乾燥・固化させることで形成される。

このように支持体７１の表面全体に蛍光体層１０１を形成することで、青色ＬＥＤ７３Ａの発光により支持体７１の全体が均一に発光して、光出射窓８９における光量ムラが発生しにくくなる。また、仮にテーパ状柱体７９先端の光出射窓８９から反射光が戻り来た場合でも、蛍光体層１０１により反射光が遮断されて、支持体７１や青色ＬＥＤ７３Ａの昇温を防止できる構成にできる。

また、蛍光体は図９に示すように、テーパ状柱体７９Ｃに分散させた構成としてもよい。この場合、青色ＬＥＤ７３Ａからの出射光がテーパ状柱体７９Ｃ内で全反射導光される途中で蛍光体が励起発光し、この蛍光体の発光成分の殆どが光出射窓８９に到達して出射される。これにより、蛍光体の発光成分を効率良く取り出すことができ、出射光量の増加に寄与できる。

さらに、上記のようにＬＥＤの出射光と蛍光体との組み合わせにより白色光を生成することで、レーザ光と蛍光体との組み合わせによる白色光と比較して演色性を高めることができる。つまり、図１０に発光スペクトルの一例を示すように、レーザ光と蛍光体との組み合わせにより白色光を生成する場合は、図中点線で示すように短波長のレーザ光の波長帯域が狭く、蛍光体からの蛍光のスペクトルとの間に波長欠損が生じやすい。

一方、ＬＥＤは、ＬＥＤの発光スペクトルの幅Ｗがレーザ光よりも広く、蛍光体からの蛍光のスペクトルも種々の波長帯が励起光として寄与するためブロードな波長光となる。しかも、ＬＥＤの発光と、蛍光体からの発光との間の波長成分が強度増加分Ｈによって波長欠損が改善される。これにより、ＬＥＤと蛍光体との組み合わせによる白色光は演色性が高く、より観察に適した照明光となる。

次に、光源部６３とライトガイドＬＧとの接続部における発熱を防止するため、発光部７５の出射光から赤外線成分を除去してからライトガイドＬＧに導入する構成例について説明する。
図１１（Ａ）は、複数のテーパ状柱体７９からなる集光部材７７の光出射窓として赤外線吸収体を設けた一例を示す構成図である。本構成例では、集光部材７７とライトガイドＬＧとの間に赤外線吸収体である赤外線カットフィルタ１０５を設け、この赤外線カットフィルタ１０５により集光部材７７で集光される光から赤外線（熱線）を除去し、赤外線カットフィルタ２０５を透過した光成分のみをライトガイドＬＧに導入している。これにより、ライトガイドＬＧ側では、光導入に起因する昇温が防止される。

また、図示はしないが、赤外線カットフィルタ１０５の表面に反射防止膜（ＡＲコート層）を形成することで、赤外線カットフィルタ１０５の界面における反射をなくすことができ、光源側への戻り光の発生を防止できる。

図１１（Ｂ）は、集光部材７７の光出射窓８９に赤外線成分を選択的に反射する多層反射膜を有するスタブを設けた一例を示す構成図である。本構成例では、集光部材７７とライトガイドＬＧとの間に多層反射膜を有するダイクロイックプリズム１０７を設け、このダイクロイックプリズム１０７により集光部材で集光される光から赤外線ＩＲを除去し、ダイクロイックプリズム１０７を透過した光成分のみをライトガイドＬＧに導入している。これにより、上記同様にライトガイドＬＧ側の昇温が防止される。また、透明ガラスからなる光出射窓８９を図１１（Ａ）に示す赤外線カットフィルタにすることで、赤外線成分をより確実に除去できる。なお、ダイクロイックプリズム１０７に代えて、ダイクロイックミラーとしても同様の効果が得られる。

図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）のダイクロイックプリズムに代えて赤外線反射機能を有するスタブを設けた一例を示す構成図である。本構成例では、赤外線反射ガラス１０９を集光部材７７とライトガイドＬＧとの間に設けている。赤外線反射ガラス１０９は、例えば透明ガラス体の表面に酸化チタンと酸化ケイ素を主原料とする積層構造を形成して構成される。これにより、上記同様にライトガイドＬＧ側の昇温が防止される。

次に、複数のＬＥＤの出射光量制御を行うことで、ライトガイドＬＧに導入される光の照射範囲を変更する発光部７５の制御例について説明する。図１２（Ａ）は大径のライトガイドＬＧが光源装置４７（図３参照）に接続されたときの、ライトガイドＬＧへの光導入の様子を模式的に示す説明図、図１２（Ｂ）は（Ａ）に示す点灯された支持体上のＬＥＤを示す平面図である。なお、ＬＥＤの数は一例として３３個として図示しているが、これに限らない。

図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、支持体７１上の複数の白色ＬＥＤ７３からの出射光は、集光部材７７により光出射窓８９の範囲に集光されてライトガイドＬＧに導入される。集光部材７７は、前述の各テーパ状柱体７９を配列を乱すことなく束ねることで、支持体７１上に配列された複数の白色ＬＥＤ７３の配置パターンが光出射窓８９にそのまま縮小して再現されるものとする。

この場合、支持体７１に配置された白色ＬＥＤ７３が全て点灯すると、配列パターンの中心から外周側までの全範囲で発光し、光出射窓８９の全体から光がライトガイドＬＧに向けて出射される。

図１３（Ａ）は小径のライトガイドＬＧが光源装置４７（図３参照）に接続されたときの、ライトガイドＬＧへの光導入の様子を模式的に示す説明図、図１３（Ｂ）は（Ａ）に示す点灯された支持体上のＬＥＤを示す平面図である。
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、図１２（Ａ），（Ｂ）とは異なるタイプの内視鏡（例えば経鼻内視鏡や気管支鏡等）が光源装置４７に接続されたとき、ライトガイドＬＧの径が小さくなる。その場合には、支持体７１に配置された複数の白色ＬＥＤのうち、最外縁に近い白色ＬＥＤ７３ＢＫに対しては供給電力を遮断又は減少制御し、中央部の白色ＬＥＤ７３ＢＬに対しては通常通り又は供給電力を増加制御する。

すると、中央部の白色ＬＥＤ７３ＢＬからの出射光の外縁が図１３（Ａ）に点線で示す中央側の範囲に狭められ、光出射窓８９の外縁側からの光出射が抑制される。これにより、小径のライトガイドＬＧであってもその光入射面に集中して光が導入され、ライトガイドＬＧの光入射面以外のスリーブ８１等に光が漏れることがない。

上記の図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように複数の発光体を選択的に出射光量制御する場合には、発光部７３を図１４に示すような結線構造にするとよい。図１４に発光部７５を４×４個の各白色ＬＥＤ７３の構成として、その結線回路を単純化して示した。
同図に示すように、複数の白色ＬＥＤ７３は格子状に配置されており、その外周側と内周側のＬＥＤ群に分割して、それぞれのＬＥＤ群を内周側ドライバ１１１と外周側ドライバ１１３により個別に制御する。図示例では内周側と外周側の２つに分割しているが、発光体の数に応じて、更に分割数を増やした結線構造としてもよく、その場合には、より細かに出射光パターンの制御が行える。

例えば、図１に示すように内視鏡１１が光源装置４７に接続されたとき、制御部４５は、内視鏡のメモリ４３の有する個体情報を読み出し、この接続された内視鏡１１のタイプ（ライトガイドＬＧの直径に関する情報を含む）や各種特性の情報に基づいて光源ドライバ６５を制御する。光源ドライバ６５は、接続された内視鏡１１のライトガイドＬＧの直径に応じて、図１４に示す内周側のＬＥＤ群と外周側のＬＥＤ群の発光量を内周側ドライバ１１１及び外周側ドライバ１１３により制御する。つまり、大径のライトガイドＬＧの場合は内周側のＬＥＤ群と外周側のＬＥＤ群を同じ光量に設定し、小径のライトガイドＬＧの場合は内周側のＬＥＤ群の光量を増加させ、外周側のＬＥＤ群の光量を減少、或いは消灯制御する。光量制御は、電流制御、電圧制御、オンオフ制御の他、駆動信号のＰＷＭ制御、パルス数制御、パルス振幅制御、或いはこれらを組み合わせた制御により行うことができる。

なお、発光体の接続回路は、図１４に示すようにＬＥＤ群毎に光量制御する以外にも、各発光体をそれぞれ個別に光量制御する方式としてもよい。その場合、光出射窓８９からの出射光パターンを任意のパターンとして自在に作ることができる。

図１５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、光出射窓８９における出射光パターンの例を模式的に示している。出射光パターンは発光体である白色ＬＥＤ７３の配置パターンが光出射窓８９にそのまま縮小して再現されるものとして、図中に白色ＬＥＤ７３の配置位置と共に示している。
図１５（Ａ）は同心円状にブロック分割した出射光パターンの例であり、図中点線で区切られる中央ブロックとその外周の環状ブロックからなる。図１５（Ｂ）は円周方向にブロック分割した出射光パターンの例であり、所定の円周角で区切られる複数のブロックからなる。図１５（Ｃ）は半径方向と円周方向へのブロック分割を組み合わせて分割した例である。図１５（Ｄ）はランダムに光量を設定した例である。

これら出射光パターンによれば、上記ライトガイドＬＧの径の違いによる調整に加えて、光出射窓８９の中心から円周方向に光量を変化させる調整や、光出射窓８９全体の出射光量を均等に調整することも可能となる。

即ち、図１６に内視鏡１１Ａの先端部３５とコネクタ部２５Ａを示すように、ライトガイドＬＧが、内視鏡先端部３５で撮像素子２１と対物レンズユニット３９を有する撮像光学系を挟むようにＬＧ１とＬＧ２とに分岐して配置される場合、ＬＧ１とＬＧ２に接続される双方の照射口３７Ａ、３７Ｂから均等に照明光を出射させる必要がある。

コネクタ部２５Ａから突出する保護パイプ８３内に収容されたライトガイドＬＧは、一般にはＬＧ１の束とＬＧ２の束とが相互に混ざり合うことなく、それぞれが境界線Ｐ−Ｐを境に二分割して配置される。そのため、光出射窓８９の円周方向に光量分布が存在すると、照射口３７Ａ，３７Ｂからの出射光量が不均一になる。

その場合に、各ブロックの出射光量を個別に調整することで、ＬＧ１とＬＧ２とに均等な光量を供給でき、双方の照射口３７Ａ，３７Ｂから均等な照明光を出射させることができる。

また、ブロック毎に出射光量を個別に制御する以外にも、図１７に示すように、ＬＧ１とＬＧ２の光ファイバを均等に混在させるスキュー処理を施してもよい。この場合には、光出射窓８９を円周方向にブロック分割する必要がなくなる。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。即ち、上記説明では生体組織の観察や処置を行う医療用内視鏡装置への適用例を示しているが、これに限らず、工業用内視鏡装置であってもよく、また、内視鏡装置に限らず、ファイババンドルで導光する他の照明装置に対しても適用できる。また、上記構成では発光体としてＬＥＤを用いているが、レーザ光源からのレーザ光を、前述の支持体７１上の格子状発光位置にそれぞれ導光する構成としてもよい。さらに、テーパ状柱体７９は、多成分ガラスファイバ母材を加熱及び延伸して作られた、一端側から他端側に向けて次第に縮径する形状のテーパファイバであってもよい。また、テーパ状柱体７９に導入する発光体は単一に限らず、複数の発光体からの出射光を導入してもよい。その場合、それぞれの発光体を個別に出射光量制御することで、光出射窓８９の光強度のダイナミックレンジを拡大できる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 支持体に複数の発光体を配置した発光部と、該発光部からの光を一端側の入射面に導入して他端側の出射面から照明光を出射する導光部材と、前記発光部と前記導光部材との間に配置され、前記導光部材の入射面に前記発光部からの光を集光させる集光部材と、を有する光源装置であって、
前記集光部材が、前記導光部材の入射面に向けて先細りとなる複数のテーパ状柱体からなり、
前記複数のテーパ状柱体の基端部が、それぞれ前記発光体の発光面に対面して配置され、
前記複数のテーパ状柱体の先端部を結束した光出射窓が、前記導光部材の入射面に対面する側に形成された光源装置。
この光源装置によれば、集光部材によって高効率で発光体からの出射光を集光でき、高輝度な照明光を得ることができる。

（２） （１）の光源装置であって、
前記複数のテーパ状柱体の各基端部に、前記発光部の発光体がそれぞれ１つずつ対面して配置された光源装置。
この光源装置によれば、一つのテーパ状柱体に対して一つの発光体が対応して配置されるため、各発光体からの出射光の殆どをテーパ状柱体に取り込むことができ、光利用効率を向上できる。

（３） （１）又は（２）の光源装置であって、
前記支持体上の隣接する一対の前記テーパ状柱体の間で、光出射方向を前記光出射窓へ向けて配置された補助発光体を有する光源装置。
この光源装置によれば、光出射窓に結束されたテーパ上錐体の各先端部の隙間から補助発光体の光が出射されて、より高輝度な照明が得られる。

（４） （１）〜（３）のいずれか１つの光源装置であって、
前記支持体が平板状である光源装置。
この光源装置によれば、平板状の支持体であることにより、発光体の支持体への実装を容易にでき、しかもコンパクトな構成にできる。

（５） （１）〜（３）のいずれか１つの光源装置であって、
前記支持体が前記集光部材側を凹面状に形成され、
前記発光体が前記凹面状の支持体表面に配置された光源装置。
この光源装置によれば、凹面状の支持体表面に発光体を配置すると、発光体から光出射窓までの距離を均等化でき、テーパ状柱体の全長を短く揃えることができる。その結果、支持体上における発光体の配置位置の違いによる光量差をなくすことができる。また、各テーパ状柱体の先端部を、発光体の配置関係をそのまま維持して束ねることが容易に行える。

（６） （１）〜（５）のいずれか１つの光源装置であって、
前記複数の発光体が配置された前記支持体の表面に、前記発光体からの光で励起発光する蛍光体層が形成された光源装置。
この光源装置によれば、支持体の全体が均一に発光して、光出射窓における光量ムラが発生しにくくなる。

（７） （１）〜（５）のいずれか１つの光源装置であって、
前記集光部材が、前記発光体からの光で励起発光する蛍光体を含む光源装置。
この光源装置によれば、発光体からの出射光がテーパ状柱体内で全反射導光される途中で蛍光体が励起発光し、この蛍光体の発光成分の殆どが光出射窓に到達して出射される。これにより、蛍光体の発光成分を効率良く取り出すことができ、出射光量の増加に寄与できる。

（８） （１）〜（７）のいずれか１つの光源装置であって、
前記発光体が発光ダイオードである光源装置。
この光源装置によれば、光源の交換寿命が長く、省電力でしかも小型の構成にでき、しかも、蛍光体と組み合わせて白色光を生成する場合に、スペクトルをブロードにできるため、照明光の演色性を向上できる。

（９） （１）〜（８）のいずれか１つの光源装置と、
前記光源装置から出射される光を前記導光部材を介して被観察領域に照射する内視鏡と、を備えた内視鏡装置。
この内視鏡装置によれば、高輝度の照明光を常に安定して被観察領域に照射でき、内視鏡による診断精度を一層向上できる。

１１ 内視鏡
１３ 制御装置
１９ 内視鏡挿入部
２５Ａ，２５Ｂ コネクタ部
３５ 内視鏡先端部
４５ 制御部
４７ 光源装置
４９ プロセッサ
６３ 光源部
６５ 光源ドライバ
７１ 支持体
７３ 白色ＬＥＤ（発光体）
７３Ａ 青色ＬＥＤ（発光体）
７５ 発光部
７７ 集光部材
７９ テーパ状柱体
７９ａ 先端部
８９ 光出射窓
９５ 白色ＬＥＤ（補助発光体）
１０１ 蛍光体層
ＬＧ ライトガイド

Claims (9)

1. 支持体に複数の発光体を配置した発光部と、該発光部からの光を一端側の入射面に導入して他端側の出射面から照明光を出射する導光部材と、前記発光部と前記導光部材との間に配置され、前記導光部材の入射面に前記発光部からの光を集光させる集光部材と、を有する光源装置であって、
   前記集光部材が、前記導光部材の入射面に向けて先細りとなる複数のテーパ状柱体からなり、
   前記複数のテーパ状柱体の基端部が、それぞれ前記発光体の発光面に対面して配置され、
   前記複数のテーパ状柱体の先端部を結束した光出射窓が、前記導光部材の入射面に対面する側に形成された光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置であって、
   前記複数のテーパ状柱体の各基端部に、前記発光部の発光体がそれぞれ１つずつ対面して配置された光源装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の光源装置であって、
   前記支持体上の隣接する一対の前記テーパ状柱体の間で、光出射方向を前記光出射窓へ向けて配置された補助発光体を有する光源装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の光源装置であって、
   前記支持体が平板状である光源装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の光源装置であって、
   前記支持体が前記集光部材側を凹面状に形成され、
   前記発光体が前記凹面状の支持体表面に配置された光源装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の光源装置であって、
   前記複数の発光体が配置された前記支持体の表面に、前記発光体からの光で励起発光する蛍光体層が形成された光源装置。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の光源装置であって、
   前記集光部材が、前記発光体からの光で励起発光する蛍光体を含む光源装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の光源装置であって、
   前記発光体が発光ダイオードである光源装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射される光を前記導光部材を介して被観察領域に照射する内視鏡と、を備えた内視鏡装置。