JP2014023630A - Light source unit and electronic endoscope apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To align more LEDs in an LED array, and to efficiently utilize light emitted by each LED.SOLUTION: A light source unit 13 comprises: an LED array 24 where a plurality of LEDs 31 are aligned; and a lens array 25. The lens array 25 is disposed between a light guide 22 and the LED array 24, and includes two types of lens parts 34 and 35 for condensing light of each LED 31 to an incident end face 22a of the light guide 22. The second lens part 35 is disposed adjacent to at least one or more of the first lens parts 34, and it has radius of curvature smaller than that of the first lens part 34.

Description

本発明は光源にLEDを用いた光源ユニット及び電子内視鏡装置に関する。   The present invention relates to a light source unit using an LED as a light source and an electronic endoscope apparatus.

従来の電子内視鏡装置の光源ユニットでは、主にキセノンランプが光源として用いられている。これは、キセノンランプの発光スペクトルが自然光に類似しており、演色性が良いからである。また、フィラメント方式のランプと比較して長寿命であることも、キセノンランプが使用される一つの要因である。しかし、長寿命とは言え、キセノンランプでもいわゆる球切れは発生する。電子内視鏡装置の使用中に球切れが発生すると、観察を中断あるいは中止しなければならないため、患者に多大な負担を強いることになる。また、不意な球切れによる観察中断を未然に防ぐためには、例えば、球切れが発生する前に定期的に新品に交換しておかなければならないので、ランニングコストがかさむ原因になっている。   In a light source unit of a conventional electronic endoscope apparatus, a xenon lamp is mainly used as a light source. This is because the emission spectrum of the xenon lamp is similar to that of natural light and has good color rendering. In addition, a longer life than a filament type lamp is one factor in using a xenon lamp. However, although it has a long life, a so-called ball breakage occurs even with a xenon lamp. If a ball break occurs during use of the electronic endoscope apparatus, observation must be interrupted or stopped, which imposes a great burden on the patient. Moreover, in order to prevent the observation interruption due to unexpected ball breakage, for example, it must be periodically replaced with a new one before the ball breakage occurs, which increases running costs.

周知のように、LEDはキセノンランプよりも長寿命である。また、白色(あるいは擬似白色)を発するLEDも知られている。このため、LEDを用いればキセノンランプを使用する場合よりも球切れのリスクはさらに低く、ランニングコストも低減できるが、従来の白色LEDは電子内視鏡装置用としては輝度不足であり、実用化には至っていなかった。   As is well known, LEDs have a longer lifetime than xenon lamps. An LED that emits white (or pseudo white) is also known. For this reason, when using an LED, the risk of running out of the bulb is lower than when using a xenon lamp, and the running cost can be reduced. However, the conventional white LED is insufficient in luminance for use in an electronic endoscope device, and is practically used. It was not reached.

しかし、近年、高輝度白色LEDが登場し始めたため、キセノンランプを白色LEDに置き換えることが現実的になってきている。但し、白色LEDが高輝度化しつつあるといっても、1個(1チップ)のLEDから観察に十分な光量が得られるわけではないので、高輝度白色LEDを内視鏡用光源に用いるとしても、複数のLEDを配列したLEDアレイを用いる必要がある。   However, in recent years, high-intensity white LEDs have begun to appear, and it has become practical to replace xenon lamps with white LEDs. However, even if the white LEDs are becoming brighter, it is not possible to obtain a sufficient amount of light for observation from one (one chip) LED, so the high-brightness white LEDs are used as the light source for endoscopes. However, it is necessary to use an LED array in which a plurality of LEDs are arranged.

また、電子内視鏡装置は、内視鏡本体に挿通されたライトガイドによって光源ユニットからの光を被検体内に導光するので、LEDアレイの各LEDからの光をライトガイドの入射端面に入射させなければならない。しかし、通常、LEDアレイ全体としての大きさはライトガイドの入射端面よりも大きいので、ライトガイドの入射端面から見て角度のある位置に配置されたLEDからの光は、そのままではライトガイドの入射端面に上手く入射されないことがある。このため、光源ユニットにLEDアレイを用いる場合には、各LEDからの光をライトガイドの入射端面に効率良く入射させる工夫が必要になる。   Further, the electronic endoscope apparatus guides light from the light source unit into the subject by the light guide inserted into the endoscope main body, so that the light from each LED of the LED array is incident on the incident end face of the light guide. Must be incident. However, since the size of the entire LED array is usually larger than the incident end face of the light guide, the light from the LEDs arranged at an angle when viewed from the incident end face of the light guide remains as it is. It may not be incident on the end face well. For this reason, when an LED array is used for the light source unit, it is necessary to devise a method for efficiently making the light from each LED incident on the incident end face of the light guide.

例えば、LEDアレイの各LEDが発する光束をライトガイドに入射させるために、各LEDをライトガイドに向けて傾斜して配置したLEDアレイを用いた内視鏡が知られている(特許文献1)。また、各LED上にそれぞれマイクロレンズを形成し、マイクロレンズによってライトガイドに光を集光するようにしたもの(特許文献2)や、各LEDを凹面上に配列することにより各LEDの光束をライトガイドに向けたもの(特許文献3,4)も知られている。   For example, an endoscope using an LED array in which each LED is arranged to be inclined toward the light guide in order to cause a light beam emitted from each LED of the LED array to enter the light guide is known (Patent Document 1). . Also, a microlens is formed on each LED, and the light is condensed on the light guide by the microlens (Patent Document 2), or the light flux of each LED is arranged by arranging each LED on the concave surface. A light guide (Patent Documents 3 and 4) is also known.

特開2002−65604号公報JP 2002-65604 A 特開平5−146403号公報JP-A-5-146403 特開2002−360514号公報JP 2002-360514 A 特開2001−078961号公報JP 2001-078961 A

内視鏡用光源にLEDアレイを用いる場合、各LEDの光束を無駄なくライトガイドに入射させるためには、ライトガイドの開口数(NA)に対応する角度以下で全LEDの光束を入射させることが好ましい。このため、LEDを配列可能な範囲は、ライトガイドのNAによって概ね定まる。   When an LED array is used as an endoscope light source, in order to allow the luminous flux of each LED to enter the light guide without waste, the luminous flux of all LEDs should be incident at an angle corresponding to the numerical aperture (NA) of the light guide. Is preferred. For this reason, the range in which the LEDs can be arranged is generally determined by the NA of the light guide.

また、各々のLEDの発光量は小さいので、例えば特許文献2のように、各LEDの光をライトガイドの入射端面に集光するレンズを設けなければならないが、各LEDから十分に光を集めるためには、LEDチップと比べて比較的大きなレンズが必要である。このため、単純にLEDの配置間隔を狭めてLEDの使用数を増大させても、レンズ同士が物理的に干渉して有効径が犠牲になってしまうので、かえって必要な光量が得られ難くなることがある。すなわち、LEDアレイの各LEDの最小間隔は、必要なレンズの大きさによって概ね決められていると言って良い。   Moreover, since the light emission amount of each LED is small, a lens for condensing the light of each LED on the incident end face of the light guide must be provided as in Patent Document 2, for example, but sufficient light is collected from each LED. For this purpose, a relatively large lens is required as compared with the LED chip. For this reason, even if the arrangement interval of the LEDs is simply reduced to increase the number of LEDs used, the lenses physically interfere with each other and the effective diameter is sacrificed, so that it becomes difficult to obtain a necessary light amount. Sometimes. That is, it can be said that the minimum interval between the LEDs of the LED array is roughly determined by the required lens size.

これらのことから、例えば、ライトガイドの入射端からLEDアレイが近い場合には、LEDアレイに使用できるLEDの個数が少なく、高輝度白色LEDを使用しても光量不足になることがある。一方、LEDの配列個数の制限による光量不足を補うためには、ライトガイドの入射端からLEDアレイを離し、より多くのLEDを用いる必要があり、光源ユニットの大型化が避けられない。特に、既存のキセノンランプを使用した内視鏡装置用の光源ユニットにおいて、キセノンランプをLEDアレイに置き換える場合、ライトガイドの入射端面に対してLEDアレイを配置可能な距離を任意に拡張することができないので、LEDアレイへの置き換えができないこともある。   For these reasons, for example, when the LED array is close to the incident end of the light guide, the number of LEDs that can be used in the LED array is small, and even if a high-intensity white LED is used, the amount of light may be insufficient. On the other hand, in order to compensate for the shortage of light quantity due to the limitation on the number of LEDs arranged, it is necessary to separate the LED array from the incident end of the light guide and use more LEDs, and an increase in the size of the light source unit is inevitable. In particular, in a light source unit for an endoscope apparatus using an existing xenon lamp, when the xenon lamp is replaced with an LED array, the distance at which the LED array can be arranged with respect to the incident end face of the light guide can be arbitrarily extended. Since it is not possible, the LED array may not be replaced.

特許文献1〜4は、前述のようにLEDアレイ中にあるLEDの個数で内視鏡観察に必要な光量が得られることを前提として、ライトガイドへの入射効率を上げる構成を開示しているが、上述のような問題点及びその解決方法には何ら言及していない。   Patent Documents 1 to 4 disclose a configuration for increasing the incident efficiency to the light guide on the premise that the light quantity necessary for endoscopic observation can be obtained by the number of LEDs in the LED array as described above. However, no mention is made of the above-mentioned problems and solutions.

本発明は、ライトガイドのNAと、ライトガイドの入射端面からLEDアレイまでの距離が所定値である場合に、LEDアレイにより多くのLEDを配列し、かつ、各LEDの発する光を効率良く利用可能にすることを目的とする。   In the present invention, when the NA of the light guide and the distance from the incident end surface of the light guide to the LED array are predetermined values, more LEDs are arranged in the LED array and light emitted from each LED is efficiently used. The purpose is to make it possible.

本発明の光源ユニットは、複数のLEDを配列したLEDアレイと、第1レンズ部及び第2レンズ部を備える。第1レンズ部は、ライトガイドと前記LEDアレイの間に設けられ、複数のLEDのうちの所定のLEDから出射される光を前記ライトガイドの入射端面に集光する。第2レンズ部は、第1レンズ部に対応するLEDに隣接して配置されたLEDが出射する光を入射端面に集光させるとともに、第1レンズ部と1箇所以上で隣接し、第1レンズ部よりも曲率半径が小さい。   The light source unit of the present invention includes an LED array in which a plurality of LEDs are arranged, a first lens unit, and a second lens unit. The first lens unit is provided between the light guide and the LED array, and condenses light emitted from a predetermined LED of the plurality of LEDs on the incident end surface of the light guide. The second lens unit condenses the light emitted from the LED disposed adjacent to the LED corresponding to the first lens unit on the incident end surface, and is adjacent to the first lens unit at one or more locations, The radius of curvature is smaller than the part.

第1レンズ部と第2レンズ部は一体となったレンズアレイである。   The first lens unit and the second lens unit are an integrated lens array.

複数のLEDに、白色光を発する白色LEDが含まれていることが好ましい。   It is preferable that the plurality of LEDs include white LEDs that emit white light.

白色LEDは、励起光を発するLEDと、励起光が通過することによって蛍光を発する蛍光体とを有し、蛍光と前記蛍光体を透過した励起光によって白色光を生成することが好ましい。   The white LED preferably includes an LED that emits excitation light and a phosphor that emits fluorescence when the excitation light passes through, and generates white light by the excitation light that has passed through the fluorescence and the phosphor.

複数のLEDとして、面積が大きい大面積LEDと面積が小さい小面積LEDの2種類のLEDを有することが好ましい。   As the plurality of LEDs, it is preferable to have two types of LEDs, a large area LED having a large area and a small area LED having a small area.

大面積LEDは第1レンズ部の下に配置され、小面積LEDは第2レンズ部の下に配置されることが好ましい。   The large area LED is preferably disposed under the first lens portion, and the small area LED is preferably disposed under the second lens portion.

複数のLEDに、所定の狭帯域光を発する狭帯域光用LEDを含むことが好ましい。   The plurality of LEDs preferably include a narrowband light LED that emits a predetermined narrowband light.

狭帯域光用LEDは第2レンズ部の下に配置されることが好ましい。   The narrowband light LED is preferably disposed under the second lens portion.

複数のLEDに、白色光を発する白色LEDと単色のLEDとを含むことが好ましい。   The plurality of LEDs preferably include a white LED that emits white light and a single-color LED.

単色のLEDは第2レンズ部の下に配置されることが好ましい。   The monochromatic LED is preferably disposed under the second lens portion.

LEDがライトガイドの入射端面の正面にない場合に、第1レンズ部及び第2レンズ部は、対応するLEDの直上から入射端面がある中心方向にずらして配置されていることが好ましい。   When the LED is not in front of the incident end face of the light guide, the first lens part and the second lens part are preferably arranged so as to be shifted from the position directly above the corresponding LED toward the center where the incident end face is located.

LEDは直線状に並んで配置されていても良い。   The LEDs may be arranged in a straight line.

LEDは2次元状に配列されていても良い。   The LEDs may be arranged two-dimensionally.

LEDは、ライトガイドの入射端面に対して凹面状に配列されていても良い。   The LEDs may be arranged in a concave shape with respect to the incident end face of the light guide.

全ての第2レンズ部が少なくとも1つの第1レンズ部に隣接していることが好ましい。   It is preferable that all the second lens parts are adjacent to at least one first lens part.

本発明の電子内視鏡装置は、上述の光源ユニットを備える。   The electronic endoscope apparatus of the present invention includes the above-described light source unit.

本発明によれば、曲率半径が異なるレンズ部を隣接して用いることによって、ライトガイドのNAとライトガイドの入射端面からLEDアレイまでの距離が所定値である場合に、LEDアレイにより多くのLEDを配列し、かつ、各LEDの発する光を効率良く利用することができる。   According to the present invention, by using adjacent lens portions having different curvature radii, when the distance from the light guide NA and the light guide incident end surface to the LED array is a predetermined value, more LEDs are provided in the LED array. And the light emitted from each LED can be used efficiently.

電子内視鏡装置の外観図である。It is an external view of an electronic endoscope apparatus. 光源ユニットの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a light source unit. LEDアレイとレンズアレイの構成を示す上面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of a LED array and a lens array. LEDの指向性を示すグラフである。It is a graph which shows the directivity of LED. シミュレーションの概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of simulation. シミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of simulation. 比較例のLEDアレイ及びレンズアレイの断面図である。It is sectional drawing of the LED array and lens array of a comparative example. 蛍光体を利用したLEDを用いる場合のLED光源の断面図である。It is sectional drawing of the LED light source in the case of using LED using a fluorescent substance. 蛍光体を利用したLEDの指向性を示すグラフである。It is a graph which shows the directivity of LED using a fluorescent substance. 変形例の電子内視鏡装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the electronic endoscope apparatus of a modification. 変形例の作用を示すグラフである。It is a graph which shows the effect | action of a modification. 面積が異なるLEDを併用する場合のLED光源の断面図である。It is sectional drawing of the LED light source in the case of using together LED from which an area differs. 面積が異なるLEDを併用する場合の作用を示すグラフである。It is a graph which shows an effect | action at the time of using together LED from which an area differs. 蛍光体を用いるLEDと蛍光体を用いないLEDを併用したLED光源の断面図である。It is sectional drawing of the LED light source which used together LED using a fluorescent substance, and LED which does not use a fluorescent substance. LEDを2次元配列する場合のLEDアレイ及びマイクレンズの上面図である。It is a top view of an LED array and a microphone lens when LEDs are two-dimensionally arranged. 5個のLEDを1次元配列する場合のLEDアレイ及びレンズアレイの断面図である。It is sectional drawing of an LED array and a lens array in the case of arrange | positioning five LED one-dimensionally. 5個のLEDチップを2次元配列する場合のLEDアレイ及びレンズアレイの断面図である。It is sectional drawing of an LED array and a lens array in the case of arranging five LED chips two-dimensionally. 3種類のマイクロレンズを用いる場合のLEDアレイ及びレンズアレイの上面図である。It is a top view of an LED array and a lens array when three types of microlenses are used. LEDを凹面上に配列した例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which arranged LED on the concave surface. ライトガイドの入射端面を変形させた例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which deform | transformed the incident end surface of the light guide. 周辺部分において各レンズ部の光軸の位置を調節した例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which adjusted the position of the optical axis of each lens part in a peripheral part. ライトガイドの出射端面の前に蛍光体を配置した電子内視鏡装置である。This is an electronic endoscope apparatus in which a phosphor is disposed in front of an emission end face of a light guide. 回転フィルタを用いた光源ユニットである。A light source unit using a rotary filter.

図1に示すように、電子内視鏡装置10は、内視鏡本体11、プロセッサユニット12、光源ユニット13、モニタ19等を備える。   As shown in FIG. 1, the electronic endoscope apparatus 10 includes an endoscope main body 11, a processor unit 12, a light source unit 13, a monitor 19, and the like.

内視鏡本体11は、挿入部14、操作部16、ユニバーサルコード17等を有する。挿入部14は、被検体内に挿入される部分であり、可撓性である。また、挿入部14の先端14aには、撮像素子、撮影窓を通して入射する光を撮像素子に結像させるレンズやプリズム等の撮像光学系が設けられている。撮像素子は、例えばCMOS型やCCD型の周知のものである。   The endoscope body 11 includes an insertion unit 14, an operation unit 16, a universal cord 17, and the like. The insertion portion 14 is a portion that is inserted into the subject and is flexible. In addition, an imaging optical system such as a lens or a prism that forms an image on the imaging element of light incident through the imaging element and the imaging window is provided at the distal end 14 a of the insertion portion 14. The imaging element is a known type such as a CMOS type or a CCD type.

先端14aの端面には、撮影窓とともに、被検体内に照明光を照射するための照明窓や、鉗子等の処置具を突出させるための鉗子出口、空気や水を被検体内に噴出させるための送気/送水口等が設けられている。照明窓の奥には、ライトガイド(図2参照)を通じて光源ユニット13から導光される照明光を視野全体に照射するための投光光学系等が設けられている。鉗子出口は鉗子チャネルの端部であり、鉗子の挿入口である鉗子チャネルの他端は操作部16に設けられている。   On the end surface of the tip 14a, together with an imaging window, an illumination window for irradiating illumination light into the subject, a forceps outlet for projecting a treatment instrument such as a forceps, and air and water are jetted into the subject. Air supply / water supply ports are provided. A projection optical system for irradiating the entire field of view with illumination light guided from the light source unit 13 through a light guide (see FIG. 2) is provided behind the illumination window. The forceps outlet is an end of the forceps channel, and the other end of the forceps channel, which is a forceps insertion port, is provided in the operation unit 16.

操作部16は、挿入部14の基端部分に設けられており、挿入部14の先端14aを上下左右に自在に湾曲させるためのアングルノブや、送気/送水口から空気や水を噴出させるための送気/送水ボタン、静止画像を記録するためのフリーズボタン、モニタ19に表示する観察画像を拡大/縮小を指示するためのズームボタン等が設けられている。また、操作部16の内部には撮像素子の動作を制御するための制御回路等も設けられている。   The operation unit 16 is provided at a proximal end portion of the insertion unit 14, and ejects air and water from an angle knob for bending the distal end 14a of the insertion unit 14 vertically and horizontally, and an air / water supply port. An air / water button for recording, a freeze button for recording a still image, a zoom button for instructing enlargement / reduction of an observation image to be displayed on the monitor 19, and the like are provided. In addition, a control circuit for controlling the operation of the image sensor is provided inside the operation unit 16.

内視鏡本体11は、ユニバーサルコード17と、ユニバーサルコード17の端部に設けられたコネクタ18を介してプロセッサユニット12や光源ユニット13に接続される。ユニバーサルコード17内には、プロセッサユニット12との間で制御信号や画像を送受信するための伝送ケーブルや、ライトガイドが挿通されている。   The endoscope body 11 is connected to the processor unit 12 and the light source unit 13 via a universal cord 17 and a connector 18 provided at an end of the universal cord 17. In the universal cord 17, a transmission cable for transmitting and receiving control signals and images to and from the processor unit 12 and a light guide are inserted.

プロセッサユニット12は、内視鏡本体11及び光源ユニット13と電気的に接続されており、電子内視鏡装置10の動作を統括的に制御する。例えば、プロセッサユニット12には、内視鏡本体11から送信される撮像信号を画像化するためのDSPや、撮影した画像に電子変倍、色強調処理、エッジ強調処理等の各種画像処理を施すためのDIP等が設けられている。また、プロセッサユニット12には、光源駆動部21(図2参照)によって光源ユニット13の各部の動作を制御することにより、照明光の光量調節等を行う。光源駆動部21は、光源ユニット13の各部の動作を制御するための制御回路である。   The processor unit 12 is electrically connected to the endoscope main body 11 and the light source unit 13 and comprehensively controls the operation of the electronic endoscope apparatus 10. For example, the processor unit 12 performs various image processing such as a DSP for imaging an imaging signal transmitted from the endoscope body 11 and electronic scaling, color enhancement processing, and edge enhancement processing on the captured image. A DIP or the like is provided. The processor unit 12 adjusts the amount of illumination light by controlling the operation of each part of the light source unit 13 by the light source driving unit 21 (see FIG. 2). The light source driving unit 21 is a control circuit for controlling the operation of each unit of the light source unit 13.

また、プロセッサユニット12は、モニタ19に接続されている。モニタ19には、内視鏡本体11で撮像した画像や、被検体の情報、DIPで行う画像処理の詳細設定をする設定画面等が表示される。   The processor unit 12 is connected to the monitor 19. The monitor 19 displays an image captured by the endoscope main body 11, information on the subject, a setting screen for performing detailed settings for image processing performed by DIP, and the like.

図2に示すように、光源ユニット13は、ライトガイド22やLED光源23を備える。   As shown in FIG. 2, the light source unit 13 includes a light guide 22 and an LED light source 23.

ライトガイド22は、例えば複数の光ファイバを束ねたものであり、一端(入射端面22a)に入射した光をほぼ損失なく導光して他端から出射させる。ライトガイド22の入射端面22aはLED光源23の正面(真正面でなくても良い)に露呈されており、LED光源23が発した光が入射される。入射端面22aは、LED光源23とほぼ平行である。入射端面22aの形状は、例えば円形である。   The light guide 22 is a bundle of, for example, a plurality of optical fibers, and guides light incident on one end (incident end face 22a) with almost no loss and emits it from the other end. The incident end face 22a of the light guide 22 is exposed to the front (not necessarily the front) of the LED light source 23, and the light emitted from the LED light source 23 is incident thereon. The incident end face 22 a is substantially parallel to the LED light source 23. The shape of the incident end face 22a is, for example, a circle.

また、ライトガイド22は、内視鏡本体11に挿通されたライトガイドとコネクタ18によって接続される。このため、光源ユニット13に内視鏡本体11が接続されている場合、ライトガイドの22の出射端面(図示しない)は、挿入部14の先端14aにある。ライトガイド22が出射端面から出射する光はレンズ等の投光光学系(図示しない)を介し、照明光として被検体内に照射される。投光光学系には、所定波長帯の光を透過する光学フィルタや、ライトガイド22が出射する光によって蛍光を発生する蛍光体等が含まれることがある。このため、ライトガイド22が導光した光と、被検体内に照射される照明光とは色等が異なることがある。本実施形態では、LED光源23が発した光がそのまま照明光として利用されるものとする。   The light guide 22 is connected to the light guide inserted through the endoscope body 11 by the connector 18. For this reason, when the endoscope main body 11 is connected to the light source unit 13, the emission end face (not shown) of the light guide 22 is at the distal end 14 a of the insertion portion 14. Light emitted from the exit end face of the light guide 22 is irradiated into the subject as illumination light through a projection optical system (not shown) such as a lens. The light projecting optical system may include an optical filter that transmits light in a predetermined wavelength band, a phosphor that generates fluorescence by light emitted from the light guide 22, and the like. For this reason, the color etc. may differ between the light which the light guide 22 guided and the illumination light irradiated in a subject. In this embodiment, the light emitted from the LED light source 23 is used as illumination light as it is.

ライトガイド22の入射端面22aから受け入れることができる光の角度(開口角)は所定角2αであり、NAはsinαである。開口角2α及びNAは、ライトガイド22を形成する光ファイバのコア及びクラッドの屈折率によって予め決まっている。また、ライトガイド22の直径は例えば1mm程度であり、LED光源23の大きさWよりも小さい。   The angle (opening angle) of light that can be received from the incident end face 22a of the light guide 22 is a predetermined angle 2α, and NA is sin α. The aperture angles 2α and NA are determined in advance by the refractive indexes of the core and clad of the optical fiber forming the light guide 22. The diameter of the light guide 22 is about 1 mm, for example, and is smaller than the size W of the LED light source 23.

LED光源23は、複数のLED31(図3参照)を所定配列で並べて配置したLEDアレイ24と、LEDアレイ24の各LED31から発せられる光をライトガイド22の入射端面22aに集光させるレンズアレイ25等を備える。各LEDの点灯や消灯、発光量等は、光源駆動部21によって一括して制御される。   The LED light source 23 includes an LED array 24 in which a plurality of LEDs 31 (see FIG. 3) are arranged in a predetermined arrangement, and a lens array 25 that condenses light emitted from each LED 31 of the LED array 24 on the incident end face 22a of the light guide 22. Etc. The lighting and extinction of each LED, the light emission amount, and the like are collectively controlled by the light source driving unit 21.

また、LED光源23の幅(実質的な有効径)W、及び、ライトガイド22の入射端面22aを基準としたLED光源23の配置距離Dは、ライトガイド22のNAによって制約される。具体的には、LED光源23の幅W及び入射端面22aからの距離Dは、概ねtanα≦W/2Dを満たすように設定されている。この範囲内に概ね収まるようにLED光源23の幅Wや配置距離Dを定められていれば、LEDアレイ24の各LEDが発する光はライトガイド22の出射端面に導光される。一方、LED23の幅Wが大きすぎたり、配置距離Dが入射端面22aに近すぎたりする場合には、ライトガイド22のNAの範囲外にあるLED31が発した光はレンズアレイ25で入射端面22aに入射させても、ライトガイド22a外に漏れ出し、出射端面まで導光されないことがある。   In addition, the width (substantially effective diameter) W of the LED light source 23 and the arrangement distance D of the LED light source 23 with respect to the incident end face 22 a of the light guide 22 are restricted by the NA of the light guide 22. Specifically, the width W of the LED light source 23 and the distance D from the incident end face 22a are set so as to generally satisfy tan α ≦ W / 2D. If the width W and the arrangement distance D of the LED light source 23 are determined so as to be generally within this range, the light emitted from each LED of the LED array 24 is guided to the emission end face of the light guide 22. On the other hand, when the width W of the LED 23 is too large or the arrangement distance D is too close to the incident end face 22a, the light emitted from the LED 31 outside the NA of the light guide 22 is incident on the incident end face 22a by the lens array 25. May leak out of the light guide 22a and may not be guided to the exit end face.

すなわち、光源ユニット13の筐体サイズに応じて、LED光源23を入射端面22aの近くに配置する場合には、LED光源23の幅Wを相応に小さくしなければならないのでLEDアレイ24に配列可能なLED31の個数が減少する。また、照明光の光量を増加するためには、LEDアレイ24に配列するLEDの個数を増加させれば良いが、その分、LED光源23の幅Wが大きくなるので、相応に配置距離Dを大きくしなければならない。   That is, when the LED light source 23 is arranged near the incident end face 22a according to the housing size of the light source unit 13, the width W of the LED light source 23 has to be reduced accordingly, so that it can be arranged in the LED array 24. The number of LEDs 31 is reduced. Further, in order to increase the amount of illumination light, the number of LEDs arranged in the LED array 24 may be increased. However, since the width W of the LED light source 23 is correspondingly increased, the arrangement distance D is accordingly increased. Must be bigger.

もちろん、使用するライトガイドの材料を変更可能な場合や、光源ユニット13の筐体サイズを任意に定められる場合には、ライトガイド22のNA、LED光源23の幅W、LED光源23の配置距離Dに任意性があるが、以下では、ライトガイド22のNA、LED光源23の幅Wや配置距離Dは、必要な照明光の光量、光源ユニット13の筐体サイズ等によって予め定められているものとする。   Of course, when the material of the light guide to be used can be changed, or when the housing size of the light source unit 13 can be arbitrarily determined, the NA of the light guide 22, the width W of the LED light source 23, and the arrangement distance of the LED light source 23 In the following, the NA of the light guide 22, the width W of the LED light source 23, and the arrangement distance D are determined in advance according to the required amount of illumination light, the housing size of the light source unit 13, and the like. Shall.

図3に示すように、LEDアレイ24は、複数のLED31と、これらのLED31を駆動するための基板32を備える。本実施形態では、LED31は4個であり、基板32上に直線状に等間隔に並べて配置される。4個のLED31は全て同じものであり、例えば1mm四方の正方形に形成され、全て同じ所定波長帯の光(例えば白色光)を発する。基板32は平面状であり、LED31を駆動するための配線等(図示しない)が設けられており、光源駆動部21に接続される。   As shown in FIG. 3, the LED array 24 includes a plurality of LEDs 31 and a substrate 32 for driving these LEDs 31. In the present embodiment, the number of LEDs 31 is four, and they are arranged on the substrate 32 in a straight line at equal intervals. The four LEDs 31 are all the same, for example, are formed in a 1 mm square, and all emit light of the same predetermined wavelength band (for example, white light). The substrate 32 has a planar shape, is provided with wiring and the like (not shown) for driving the LEDs 31, and is connected to the light source driving unit 21.

レンズアレイ25には、2つのレンズ部34,35が隣接するように設けられている。第1レンズ部34及び第2レンズ部35はどちらも半球状であるが曲率半径が異なるマイクロレンズである。また、レンズアレイ25は、4個のLED31にそれぞれ対応するように、第1レンズ部34と第2レンズ部35を2個ずつ有している。4個の各レンズ部34,35は、直下のLED31からの光を入射端面22aに集光させる。例えば、図3において左から2番目に配置されたLED31が発した光のうち、左から2番目に設けられた第2レンズ部35を通過した部分は入射端面22aに集光される。左から2番目のLED31からの光の一部は、左右に隣接するLED31に対応するように設けられた第1レンズ部34に入射するが、第1レンズ部34を通過しても入射端面22aには集光されない。   The lens array 25 is provided with two lens portions 34 and 35 adjacent to each other. The first lens unit 34 and the second lens unit 35 are microlenses that are hemispherical but have different radii of curvature. The lens array 25 has two first lens portions 34 and two second lens portions 35 so as to correspond to the four LEDs 31 respectively. Each of the four lens portions 34 and 35 condenses light from the LED 31 directly below the incident end face 22a. For example, in the light emitted from the LED 31 arranged second from the left in FIG. 3, the portion that has passed through the second lens part 35 provided second from the left is condensed on the incident end face 22a. A part of the light from the second LED 31 from the left enters the first lens part 34 provided so as to correspond to the LEDs 31 adjacent to the left and right, but even if it passes through the first lens part 34, the incident end face 22a. Is not collected.

第1レンズ部34の曲率半径Rは、LED31を1個だけ配置距離Dの位置に置く場合に、LED31の光をライトガイド22の入射端面22aに最も無駄無く集光させることができるように、LED光源23の配置距離DやLED31の指向性に基づいて決定される曲率半径である。例えば、第1レンズ部34は、ちょうど入射端面22aの大きさにLED31が発した光を集光させる。   The radius of curvature R of the first lens unit 34 is such that when only one LED 31 is placed at the arrangement distance D, the light of the LED 31 can be collected most efficiently on the incident end face 22a of the light guide 22. The radius of curvature is determined based on the arrangement distance D of the LED light source 23 and the directivity of the LED 31. For example, the first lens unit 34 condenses the light emitted from the LED 31 just to the size of the incident end face 22a.

一方、第2レンズ部35の曲率半径rは、第1レンズ部34の曲率半径Rよりも小さい(R<r)。このためLED31を1個だけ配置距離Dに置く場合に第2レンズ部35を用いれば、例えば入射端面22aよりも手前で焦点を結び、入射端面22aの位置では入射端面22aよりも大きく拡散するので、第1レンズ部34を用いる場合よりも集光効率は劣る。しかし、後述するように、第2レンズ部35は、第1レンズ部34よりも曲率半径が小さいことによって、複数のLED31を配列し、かつ第1レンズ部34と隣接させて併用する場合に、LED光源23全体としての入射端面22aへの集光効率を向上させる。   On the other hand, the radius of curvature r of the second lens portion 35 is smaller than the radius of curvature R of the first lens portion 34 (R <r). For this reason, if the second lens unit 35 is used when only one LED 31 is placed at the arrangement distance D, for example, the focal point is focused in front of the incident end face 22a, and the position of the incident end face 22a is larger than the incident end face 22a. The light collection efficiency is inferior to the case where the first lens unit 34 is used. However, as will be described later, when the second lens unit 35 has a smaller radius of curvature than the first lens unit 34, a plurality of LEDs 31 are arranged and used adjacent to the first lens unit 34. The light collection efficiency to the incident end face 22a as the whole LED light source 23 is improved.

なお、隣接する第1レンズ部34と第2レンズ部35の端部分(境界部分)は重畳し、一体化している。このため、レンズアレイ25は、4個のレンズ部34,35が連なって一体化したものの全体である。第1レンズ部34と第2レンズ部35の端部分が重畳しているのは、第1レンズ部34の曲率半径Rと等しい配置間隔dでLED31を配列しているからである(d=R)。   In addition, the edge part (boundary part) of the adjacent 1st lens part 34 and the 2nd lens part 35 overlaps, and is integrated. For this reason, the lens array 25 is the whole of the four lens portions 34 and 35 connected and integrated. The end portions of the first lens portion 34 and the second lens portion 35 overlap each other because the LEDs 31 are arranged at an arrangement interval d equal to the radius of curvature R of the first lens portion 34 (d = R). ).

前述のように、曲率半径Rは、LED光源23を配置距離Dに置く場合に、1個のLED31から入射端面22aに最も無駄無く光を集光させるための曲率半径であるから、4個全てのLED31の光を全く無駄無く利用する場合には、各LED31上にそれぞれ曲率半径Rの第1レンズ部34を配置し、かつ、第1レンズ部34が隣接するLED31の第1レンズ部34と重ならないようにしなければならない。このためには、LED31の配置間隔dは曲率半径Rの1/2倍にする必要があるので(d=R/2)、幅Wの範囲内には2個のLED31しか配置できない。具体的には、図3において、レンズアレイ25を第1レンズ34の部分だけで形成し、第1レンズ部34下のLED31だけを配置した状態である。   As described above, the radius of curvature R is a radius of curvature for condensing light from one LED 31 to the incident end face 22a most efficiently when the LED light source 23 is placed at the arrangement distance D. When the light of the LED 31 is used without any waste, the first lens part 34 having the radius of curvature R is disposed on each LED 31 and the first lens part 34 of the LED 31 adjacent to the first lens part 34 is disposed. It must not overlap. For this purpose, the arrangement interval d of the LEDs 31 needs to be ½ times the radius of curvature R (d = R / 2), so that only two LEDs 31 can be arranged within the range of the width W. Specifically, in FIG. 3, the lens array 25 is formed by only the portion of the first lens 34 and only the LEDs 31 below the first lens portion 34 are arranged.

LED光源23は、照明光量を増大させるために、上述の2個しかLED31を配列できない状態からさらに2個のLED31を間に配置し、LED31の配列間隔dを曲率半径Rに等しくしている。但し、単にLED31の個数を追加しても、追加したLED31からの光をレンズによって入射端面22aに集光させなければ、照明光量は増加しないので、追加したLED31上には第2レンズ部35を配置している。   In order to increase the amount of illumination light, the LED light source 23 further arranges two LEDs 31 from the state where only the two LEDs 31 can be arranged, and makes the arrangement interval d of the LEDs 31 equal to the curvature radius R. However, even if the number of LEDs 31 is simply added, the amount of illumination does not increase unless the light from the added LEDs 31 is collected on the incident end face 22a by the lens. Therefore, the second lens portion 35 is provided on the added LEDs 31. It is arranged.

以下、上述のように構成される電子内視鏡装置10の作用を説明する。まず、図4に示すように、LED光源23に搭載する各LED31の発光量は、cosθに比例するI(θ)の分布を有するものとする。この場合、各LED31の発光量は、Z方向で極大値I(0)であり、Z方向からの角度が増加して、LED31が配列された面内方向(X(またはY)方向)に近づくにつれて発光量が減少する。面内方向(θ=0)でLED31の発光量は0である。 Hereinafter, the operation of the electronic endoscope apparatus 10 configured as described above will be described. First, as shown in FIG. 4, it is assumed that the light emission amount of each LED 31 mounted on the LED light source 23 has a distribution of I 1 (θ) proportional to cos θ. In this case, the light emission amount of each LED 31 is the maximum value I 1 (0) in the Z direction, and the angle from the Z direction increases, and in the in-plane direction (X (or Y) direction) in which the LEDs 31 are arranged. As it approaches, the amount of light emission decreases. The light emission amount of the LED 31 is 0 in the in-plane direction (θ = 0).

また、前述のように実際に電子内視鏡装置10に搭載するLED光源23は4個のLED31を有するが、ここでは原理と作用を明確にするため、図5に示すように、配置間隔dでLED31が2個配列されており、一方のLED31上には第1レンズ部34を配置し、他方のLED31上には第2レンズ部35を配置する最もシンプルな場合を考える。そして、第1レンズ部34の曲率半径Rは入射端面22aに対するLED光源23の配置距離Dによって定まる固定値とし、第2レンズ部35の曲率半径rを第1レンズ部34と等しい曲率半径Rから徐々に小さくしながら、第1レンズ部34により集光される光量S1、第2レンズ部35により集光される光量S2、及び、2個のLED31から入射端面22aに集光される総光量S1+S2をシミュレーションにより求めた。   Further, as described above, the LED light source 23 actually mounted on the electronic endoscope apparatus 10 includes four LEDs 31. Here, in order to clarify the principle and operation, as shown in FIG. In the simplest case, two LEDs 31 are arranged, and the first lens portion 34 is disposed on one LED 31 and the second lens portion 35 is disposed on the other LED 31. The curvature radius R of the first lens portion 34 is a fixed value determined by the arrangement distance D of the LED light source 23 with respect to the incident end face 22a, and the curvature radius r of the second lens portion 35 is equal to the curvature radius R equal to the first lens portion 34. While gradually decreasing, the amount of light S1 collected by the first lens unit 34, the amount of light S2 collected by the second lens unit 35, and the total amount of light S1 + S2 collected from the two LEDs 31 onto the incident end face 22a. Was obtained by simulation.

図6に示すように、第2レンズ部35の曲率半径rを直線的に減少させると、第2レンズ部35による集光量S2は直線的に減少するが、第1レンズ部34による集光量S1は、sin関数にしたがって増大する。このため、2個のLED31から第1レンズ部34及び第2レンズ部35によって集光される総光量S1+S2は、r≒0.518[R/d]で極大値1.12|I|であった。なお、第2レンズ部35の曲率半径rの単位は、LED31の配置間隔dの具体的な大きさによらないようにR/dを単位としている。また、光量S1,S2,S1+S2は、LED31の規格化した発光量|I|=∫I(θ)dθ/I(0)を単位としている。 As shown in FIG. 6, when the radius of curvature r of the second lens unit 35 is linearly decreased, the amount of light collected S2 by the second lens unit 35 decreases linearly, but the amount of light collected by the first lens unit 34 is S1. Increases according to the sin function. Therefore, the total light amount S1 + S2 collected from the two LEDs 31 by the first lens unit 34 and the second lens unit 35 is r≈0.518 [R / d] and a maximum value 1.12 | I 1 |. there were. The unit of the radius of curvature r of the second lens unit 35 is R / d so that it does not depend on the specific size of the arrangement interval d of the LEDs 31. Further, the light amounts S1, S2, S1 + S2 are based on the normalized light emission amount | I 1 | = ∫I 1 (θ) dθ / I 1 (0) of the LED 31.

図6から分かるように、LED31の配置間隔がdの場合、第2レンズ部35の曲率半径rを第1レンズ部34の曲率半径Rを等しくすると(r=1.0[R/d])、総光量S1+S2は1.0|I|であり、LED31を2個配置しているにもかかわらず、入射端面22aには1個分のLED31の光量しか集光されない。また、第1レンズ部34だけを設けて、第2レンズ部35を設けない場合(r=0.0[R/d])は、第1レンズ部34を設けたLED31からの光しか集光することができないので、総光量S1+S2は1.0|I|である。しかし、第2レンズ部35の曲率半径rを0.518R/dにすれば、LED31を増大させることができる。 As can be seen from FIG. 6, when the arrangement interval of the LEDs 31 is d, the curvature radius r of the second lens portion 35 is made equal to the curvature radius R of the first lens portion 34 (r = 1.0 [R / d]). The total light amount S1 + S2 is 1.0 | I 1 |, and even though two LEDs 31 are arranged, only the light amount of one LED 31 is collected on the incident end face 22a. When only the first lens portion 34 is provided and the second lens portion 35 is not provided (r = 0.0 [R / d]), only the light from the LED 31 provided with the first lens portion 34 is collected. The total light amount S1 + S2 is 1.0 | I 1 |. However, if the radius of curvature r of the second lens portion 35 is 0.518 R / d, the number of LEDs 31 can be increased.

すなわち、LED31を配置間隔d(=R)で配列し、一方に曲率半径Rの第1レンズ部34を配置する場合には、他方の第2レンズ部35の曲率半径rを第1レンズ部34の曲率半径よりも小さくした方がライトガイド22の入射端面22aに集光させることができる光量(すなわち照明光量)を増大させることができるのである。2個の隣接するレンズ部34,35において示した上述の結果は、レンズ部34,35が複数配列されていることにより、隣接箇所が複数ある場合も同様である。   That is, when the LEDs 31 are arranged at the arrangement interval d (= R) and the first lens part 34 having the curvature radius R is arranged on one side, the curvature radius r of the other second lens part 35 is set to the first lens part 34. The amount of light that can be condensed on the incident end face 22a of the light guide 22 (that is, the amount of illumination light) can be increased by making it smaller than the radius of curvature. The above-described results shown in the two adjacent lens portions 34 and 35 are the same when there are a plurality of adjacent portions by arranging a plurality of lens portions 34 and 35.

したがって、図7(A)に示すようにLED31を配置間隔dで4個配列し、全てのLED31上に全て曲率半径Rの第1レンズ部34を配置した場合や、図7(B)に示すように、レンズ部の重畳による欠損がないように4個のLED31に対して1個置きにだけ配置する場合と比較して、電子内視鏡装置10で使用する大小のレンズ部34,35を配列したLED光源23は入射端面22aへの集光量及び照明光量を増大させることができる。   Therefore, as shown in FIG. 7A, when four LEDs 31 are arranged at the arrangement interval d and the first lens portions 34 having the curvature radius R are arranged on all the LEDs 31, or as shown in FIG. 7B. As described above, the large and small lens portions 34 and 35 used in the electronic endoscope apparatus 10 are compared with the case where only every other four LEDs 31 are arranged so that there is no defect due to the overlapping of the lens portions. The arranged LED light sources 23 can increase the amount of condensed light and the amount of illumination light on the incident end face 22a.

また、LED31の配置間隔をd=Rにするという条件は、曲率半径Rの第1レンズ部34の端が重畳しないようにLED31を配列する場合(d=R/2)よりもさらにLED31の配列個数を増加させたものであるが、曲率半径Rの第1レンズ部34の端が重畳しないようにLED31を配列する条件は、図5において第2レンズ部35下のLED31を配列しない場合、あるいは、第2レンズ部35を設けない場合(図7(B)及び図6におけるr=0.0[R/d])に相当する。このため、電子内視鏡装置10で使用する大小のレンズ部34,35を配列したLED光源23は、LED31の配列個数を増やし、かつ、隣接するLED31上に大小のレンズ部34を配置したことによって、全てのLED31上に重畳による欠損がないように曲率半径Rの第1レンズ部34を配置するためにLED31の配列個数が少なくなってしまう場合よりも、入射端面22aへの集光量及び照明光量を増大させることができる。   Further, the condition that the arrangement interval of the LEDs 31 is set to d = R is that the arrangement of the LEDs 31 is more than that in the case where the LEDs 31 are arranged so that the ends of the first lens portions 34 having the radius of curvature R do not overlap (d = R / 2). Although the number is increased, the condition for arranging the LEDs 31 so that the ends of the first lens portions 34 having the radius of curvature R do not overlap is that the LEDs 31 below the second lens portions 35 in FIG. This corresponds to the case where the second lens portion 35 is not provided (r = 0.0 [R / d] in FIG. 7B and FIG. 6). For this reason, in the LED light source 23 in which the large and small lens portions 34 and 35 used in the electronic endoscope apparatus 10 are arranged, the arrangement number of the LEDs 31 is increased, and the large and small lens portions 34 are arranged on the adjacent LEDs 31. As a result, the amount of light collected on the incident end face 22a and the illumination are reduced as compared with the case where the number of LEDs 31 is reduced in order to arrange the first lens portions 34 having a radius of curvature R so that there is no overlap defect on all the LEDs 31. The amount of light can be increased.

なお、上述の実施形態では、ライトガイド22のNAに応じてLED光源23の配置距離D及び幅Wを所定値としたことからも分かるように、従来の光源ユニットのキセノンランプをLED光源23に置き換える場合にも好適である。例えば、キセノンランプの位置距離D及びキセノンランプの配置スペースの幅Wに合わせつつ、照明光量を確保することが可能である。   In the above-described embodiment, the xenon lamp of the conventional light source unit is used as the LED light source 23 as can be understood from the fact that the arrangement distance D and the width W of the LED light source 23 are set to predetermined values according to the NA of the light guide 22. It is also suitable for replacement. For example, it is possible to secure the amount of illumination light while matching the position distance D of the xenon lamp and the width W of the xenon lamp arrangement space.

なお、上述の実施形態では、4個のLED31に対して第1レンズ部34と第2レンズ部35を2個ずつ交互に配列したが、第1レンズ部34に隣接して第2レンズ部35が少なくとも1以上あれば上述の効果が得られる。2または3個のLED31を用いる場合や5個以上のLED31を配列する場合も同様である。   In the above-described embodiment, two first lens portions 34 and two second lens portions 35 are alternately arranged for four LEDs 31, but the second lens portion 35 is adjacent to the first lens portion 34. If there is at least 1 or more, the above-described effect can be obtained. The same applies when two or three LEDs 31 are used or when five or more LEDs 31 are arranged.

なお、上述の実施形態では、LED31の配置間隔dを第1レンズ部34の曲率半径Rに等しくしたが、配置間隔dは任意である。但し、LED31の発光量が所定値である場合、電子内視鏡装置10の照明光量を増加させるためには、LED31の配列個数を多くする必要があるので、d>R/2の範囲内で任意である。   In the above-described embodiment, the arrangement interval d of the LEDs 31 is set equal to the curvature radius R of the first lens unit 34, but the arrangement interval d is arbitrary. However, when the light emission amount of the LED 31 is a predetermined value, in order to increase the illumination light amount of the electronic endoscope apparatus 10, it is necessary to increase the number of LEDs 31 arranged, so that the range of d> R / 2 is satisfied. Is optional.

なお、LED31の具体的な構成は任意であり、例えば、図8に示すLED光源40のように、所定波長の単色の光を発生するLED31を、励起光を発生するLED41と、励起光の一部を吸収して所定波長帯の蛍光を発する蛍光体42とで形成しても良い。例えば、励起光用LED41は紫色〜青色の光を発し、蛍光体42を緑色〜黄色の蛍光を発生するようにすれば、蛍光体42で発生した蛍光と、蛍光体42を透過した励起光とが合わさって擬似白色光が発生する。   The specific configuration of the LED 31 is arbitrary. For example, as in the LED light source 40 shown in FIG. 8, an LED 31 that generates monochromatic light having a predetermined wavelength is replaced with an LED 41 that generates excitation light and an excitation light. Alternatively, it may be formed with a phosphor 42 that absorbs the portion and emits fluorescence of a predetermined wavelength band. For example, if the excitation light LED 41 emits purple to blue light and the phosphor 42 emits green to yellow fluorescence, the fluorescence generated in the phosphor 42 and the excitation light transmitted through the phosphor 42 Are combined to generate pseudo white light.

このように、上述の実施形態のLED31を、励起光用LED41と蛍光体42で形成する場合、図9に示すように、励起光の光量分布(指向性)は、上述の実施形態のLED31(図4参照)と同様のI(θ)=cosθであるが、蛍光の光量分布I(θ)はθ=45°方向に極大を持つ分布になる。これは、励起光の光量分布I(θ)と、励起光が蛍光体42を透過する長さのバランスによるものである。したがって、LED31として、励起光用LED41と蛍光体42を用いる場合には、図9の光量分布I(θ)及びI(θ)を考慮して、第2レンズ部35の曲率半径rを算出しなければならない。 As described above, when the LED 31 of the above-described embodiment is formed by the excitation light LED 41 and the phosphor 42, as shown in FIG. 9, the light amount distribution (directivity) of the excitation light is the LED 31 of the above-described embodiment ( Although I 1 (θ) = cos θ, which is the same as that in FIG. 4, the fluorescence light quantity distribution I 2 (θ) has a maximum in the θ = 45 ° direction. This is due to the balance between the light amount distribution I 1 (θ) of the excitation light and the length of the excitation light transmitted through the phosphor 42. Therefore, when the excitation light LED 41 and the phosphor 42 are used as the LED 31, the curvature radius r of the second lens portion 35 is set in consideration of the light quantity distributions I 1 (θ) and I 2 (θ) of FIG. Must be calculated.

なお、上述の実施形態では、LEDアレイ24に配列する全てのLED31を一律に制御するが、第1レンズ部34下のLED31と、第2レンズ部35下のLED31とをそれぞれ組みにして別個に制御しても良い。この場合、例えば、図10に示すように、第1レンズ部34下のLED31の点灯/消灯、及び光量を制御する第1光源駆動部46と、第2レンズ部35下のLED31の点灯/消灯、及び光量を制御する第2光源駆動部47をプロセッサユニット12に設ける。   In the above-described embodiment, all the LEDs 31 arranged in the LED array 24 are uniformly controlled. However, the LED 31 under the first lens unit 34 and the LED 31 under the second lens unit 35 are individually assembled into separate sets. You may control. In this case, for example, as shown in FIG. 10, the LED 31 under the first lens unit 34 is turned on / off, and the first light source driving unit 46 that controls the amount of light, and the LED 31 under the second lens unit 35 is turned on / off. And a second light source driving unit 47 for controlling the light quantity is provided in the processor unit 12.

そして、図11に示すように、照明光量が小さい範囲E1においては、第2レンズ部35下のLED31を点灯し、その駆動電流を制御することで光量S2によって照明光量を調節する。また、範囲E1では第1レンズ部34下のLED31は消灯しておく。次に、照明光量が中程度の範囲E2においては、第2レンズ部35下のLED31を消灯し、第1レンズ部34下のLED31を点灯し、その駆動電流を制御することによって光量S1によって照明光量を調節する。そして、照明光量が大きい範囲E3においては、第1レンズ部34下のLED31を最大駆動電流で点灯させ、さらに第2レンズ部35下のLED31の駆動電流を調節することで光量S1(最大)と光量S2(可変)の合計によって、照明光量を調節する。   Then, as shown in FIG. 11, in the range E1 where the illumination light quantity is small, the LED 31 below the second lens unit 35 is turned on, and the illumination light quantity is adjusted by the light quantity S2 by controlling the drive current. In the range E1, the LED 31 below the first lens unit 34 is turned off. Next, in the range E2 where the amount of illumination light is medium, the LED 31 below the second lens unit 35 is turned off, the LED 31 below the first lens unit 34 is turned on, and the drive current is controlled to control the illumination with the light amount S1. Adjust the light intensity. In the range E3 where the amount of illumination light is large, the LED 31 under the first lens unit 34 is lit with the maximum drive current, and further the drive current of the LED 31 under the second lens unit 35 is adjusted to obtain the light amount S1 (maximum). The illumination light quantity is adjusted by the total of the light quantity S2 (variable).

LED31を演色性良く駆動可能な駆動電流の範囲G1は、ほぼLED31の面積によって定まっており、この所定範囲G1よりも小さい駆動電流で駆動するとLED31が発する光の色が変化してしまうことがある。また、所定範囲G1を超える大きな駆動電流で駆動するとLED31が発熱等により破損することがある。このため、図11に二点鎖線で示すように、LEDアレイ24の全てのLED31を同時に一律に制御すると、実質的に所定範囲G1範囲E2の中程から範囲E3の間でしか所望の色での照明をすることができず、照明光量のレンジはR0程度である。一方、上述のように、第1レンズ部34下のLED31と第2レンズ部35下のLED31のグループに分けて、各グループで別個に点灯/消灯、及び光量を制御すれば、駆動電流を所定範囲G1の範囲内で制御しつつ、照明光量のレンジをR1に拡大することができる。   The drive current range G1 that can drive the LED 31 with good color rendering is substantially determined by the area of the LED 31, and the color of the light emitted by the LED 31 may change when driven by a drive current smaller than the predetermined range G1. . Further, when the LED 31 is driven with a large drive current exceeding the predetermined range G1, the LED 31 may be damaged due to heat generation or the like. For this reason, as shown by a two-dot chain line in FIG. 11, when all the LEDs 31 of the LED array 24 are uniformly controlled at the same time, the desired color is substantially only in the middle of the predetermined range G1 range E2 to the range E3. The illumination light quantity range is about R0. On the other hand, as described above, if the LED 31 under the first lens unit 34 and the LED 31 under the second lens unit 35 are divided into groups, and lighting / extinguishing and light quantity are controlled separately in each group, the drive current is predetermined. While controlling within the range G1, the range of the illumination light quantity can be expanded to R1.

また、図11においては、E1〜E3の各範囲でみれば、第1レンズ部34下のLEDの31、または、第2レンズ部35下のLED31のいずれかのグループの駆動電流の調節によって光量を実質的に変化させているが、このようなグループ毎の点灯/消灯による範囲分けを行わず、何れの範囲においても第1レンズ部34下のLEDの31と第2レンズ部35下のLED31をともに点灯し、これらの各グループの発光量を調節することによって照明光量を調節しても良い。   In FIG. 11, in each range of E1 to E3, the light amount is adjusted by adjusting the drive current of either the LED 31 below the first lens portion 34 or the LED 31 below the second lens portion 35. However, the LED 31 below the first lens unit 34 and the LED 31 below the second lens unit 35 are not divided in any range without performing such range division by turning on / off each group. May be lit together and the amount of illumination light may be adjusted by adjusting the amount of light emitted from each of these groups.

なお、上述の実施形態では、LEDアレイ24に配列するLED31が全て同じものであるが、複数種類のLEDを用いても良い。例えば、図12に示すLED光源50のように、第1レンズ部34下のLEDを面積が大きいLED51にし、第2レンズ部35下のLEDを面積が小さいLED52にしても良い。   In the above-described embodiment, the LEDs 31 arranged in the LED array 24 are all the same, but a plurality of types of LEDs may be used. For example, as in the LED light source 50 shown in FIG. 12, the LED 51 under the first lens unit 34 may be an LED 51 with a large area, and the LED under the second lens unit 35 may be an LED 52 with a small area.

LEDの面積が大きいほど大電流で駆動可能であり、大光量が得られるが、低駆動電流で所望の色が得られないことがある。一方、LEDの面積が小さいほど発光量が小さくなるが、低駆動電流でも所望の色が得られる。このため、図13に示すように、範囲E1’では第2レンズ部35下の小面積LED52による光量S2によって照明光量を調節し、範囲E2’では第1レンズ部34下の大面積LED51による光量S1によって照明光量を調節する。そして、範囲E3’では、第1レンズ部34下の大面積LED51を最大駆動電流で駆動しつつ、第2レンズ部35下の小面積LED52の駆動電流を調節することによって照明光量を調節する。   As the area of the LED is larger, the LED can be driven with a larger current, and a larger amount of light can be obtained. On the other hand, the smaller the LED area, the smaller the amount of light emitted, but a desired color can be obtained even with a low drive current. For this reason, as shown in FIG. 13, in the range E1 ′, the illumination light amount is adjusted by the light amount S2 from the small area LED 52 below the second lens portion 35, and in the range E2 ′, the light amount from the large area LED 51 below the first lens portion 34. The amount of illumination light is adjusted by S1. In the range E3 ', the amount of illumination light is adjusted by adjusting the drive current of the small area LED 52 below the second lens unit 35 while driving the large area LED 51 below the first lens unit 34 with the maximum drive current.

こうすると、二点鎖線で示すように全てのLED31を同一のものにし、一律に制御する場合の照明光量のレンジR0と比較して、大面積LED51と小面積LED52をそれぞれ所望の色が得られる駆動電流の範囲G1,G2で駆動しながら、照明光量のレンジをR1に拡大することができる。特に、前述のように、全てに同じLED31を用いながら第1レンズ部34のグループと第2レンズ部35のグループに分けて駆動する場合(図11参照)と比較すれば、最大照明光量は下るが、照明光量が小さい範囲で、所望の色が得られる照明光量のレンジを伸ばすことができる。   In this way, as shown by the two-dot chain line, all the LEDs 31 are made the same, and a desired color can be obtained for each of the large area LED 51 and the small area LED 52 as compared with the range R0 of the illumination light quantity when uniformly controlled. While driving in the drive current range G1, G2, the range of illumination light quantity can be expanded to R1. In particular, as described above, the maximum amount of illumination light is reduced as compared with the case where the first LED unit 34 and the second lens unit 35 are separately driven while using the same LED 31 (see FIG. 11). However, it is possible to extend the range of the illumination light amount for obtaining a desired color in a range where the illumination light amount is small.

なお、図12では、第1レンズ部34下に大面積LED51を配置し、第2レンズ部35下には小面積LED52を配置したが、これとは逆に第1レンズ部34下に小面積LED52を配置し、第2レンズ部35下に大面積LED52を配置しても良い。但し、前述の図6からも分かるように、LEDが同じ物ならば、第1レンズ部34で集光される光量S1と第2レンズ部35で集光される光量S2は曲率半径が大きい第1レンズ部34の方が集光する光量が大きいので(S1>S2)、図12のように第1レンズ部34下に大面積LED51を、第2レンズ部35下に小面積LED52を配置した方が、集光効率が良い。逆に配置すれば、大光量を集光可能な第1レンズ部34では小面積LED52から発生する小光量しか集光されず、第2レンズ部35では小光量しか集光できないので、大面積LED51の光量の損失が大きいからである。   In FIG. 12, the large area LED 51 is disposed under the first lens portion 34 and the small area LED 52 is disposed under the second lens portion 35, but conversely, the small area LED 51 is disposed under the first lens portion 34. The LED 52 may be disposed, and the large area LED 52 may be disposed under the second lens portion 35. However, as can be seen from FIG. 6 described above, if the LEDs are the same, the amount of light S1 collected by the first lens unit 34 and the amount of light S2 collected by the second lens unit 35 have a large curvature radius. Since the amount of light collected by the one lens unit 34 is larger (S1> S2), the large area LED 51 is arranged below the first lens unit 34 and the small area LED 52 is arranged below the second lens unit 35 as shown in FIG. The light collection efficiency is better. If arranged in reverse, the first lens unit 34 capable of condensing a large amount of light can condense only a small amount of light generated from the small area LED 52 and the second lens unit 35 can condense only a small amount of light. This is because the loss of the amount of light is large.

また、図12では、LED光源50に配列されたLED51,52が励起光用LED41と蛍光体42によって形成されているが、LED51,52は、実施形態のLED31のように蛍光体42を併用しないLEDでも良い。   In FIG. 12, the LEDs 51 and 52 arranged in the LED light source 50 are formed by the excitation light LED 41 and the phosphor 42. However, the LEDs 51 and 52 do not use the phosphor 42 together with the LED 31 of the embodiment. An LED may be used.

また、図14のLED光源60のように、第1レンズ部34下には励起光用LED41と蛍光体42を有するLED51を配置し、第2レンズ部35下には蛍光体を用いないLED53を配置しても良い。そして、図14のように、蛍光体を用いるLED51と、蛍光体を用いないLED53を併用する場合には、第1レンズ部34下に蛍光体を用いるLED51を配置し、第2レンズ部52下に蛍光体を用いないLED53を配置することが好ましい。これは、蛍光体を用いたLED51の場合、発生する蛍光の光量分布I(θ)が傾斜しているので(図9参照)、蛍光を十分に集光するためには広角度から集光可能な第1レンズ部34を用いるのが好ましく、蛍光を用いないLED53の場合、光量分布I(θ)の極大点はZ方向にあるので(図4参照)、第2レンズ部35によって狭い角度範囲の光を集光するだけも蛍光に比べれば比較的大光量を集光することができるからである。 Further, like the LED light source 60 of FIG. 14, an LED 51 having an excitation light LED 41 and a phosphor 42 is disposed under the first lens portion 34, and an LED 53 that does not use a phosphor is disposed under the second lens portion 35. It may be arranged. As shown in FIG. 14, when the LED 51 using the phosphor and the LED 53 not using the phosphor are used in combination, the LED 51 using the phosphor is disposed under the first lens unit 34, and the second lens unit 52 is disposed below. It is preferable to arrange an LED 53 that does not use a phosphor. This is because, in the case of the LED 51 using a phosphor, the light quantity distribution I 2 (θ) of the generated fluorescence is inclined (see FIG. 9), so that the light is collected from a wide angle in order to sufficiently collect the fluorescence. It is preferable to use the possible first lens unit 34. In the case of the LED 53 that does not use fluorescence, the local maximum point of the light amount distribution I 1 (θ) is in the Z direction (see FIG. 4) and is narrower by the second lens unit 35. This is because it is possible to collect a relatively large amount of light as compared to fluorescence only by collecting light in the angle range.

さらに、図14のように、蛍光体を用いるLED51と蛍光体を用いないLED53を併用する場合、通常の観察に用いる白色光の照明光量が不足しなければ、蛍光体を用いるLED51を白色(擬似白色)のLEDにし、蛍光体を用いないLED53を狭帯域光用LEDにすることが好ましい。狭帯域光用LEDとは、例えば青色の狭帯域光(390〜445nm程度)や緑色の狭帯域光(530〜550nm)を発生するLEDであり、被検体の血管やピットパターンを強調して観察するいわゆる特殊光観察をするためのLEDである。このように、第2レンズ部35下に狭帯域光用LED53を配置すると、光量が不足しがちなLED光源23を用いる場合でも、レンズアレイ25に第1レンズ部34及び第2レンズ部35があることによって光量を補うことができるので、容易に白色光による通常の観察と、狭帯域光による特殊光観察を切り替えて行うことができる。   Furthermore, as shown in FIG. 14, when the LED 51 using the phosphor and the LED 53 not using the phosphor are used in combination, the LED 51 using the phosphor is white (pseudo) if the amount of illumination of white light used for normal observation is insufficient. It is preferable that the LED 53 for white band) and the LED 53 not using a phosphor be a narrow band light LED. An LED for narrow band light is an LED that generates, for example, blue narrow band light (about 390 to 445 nm) or green narrow band light (530 to 550 nm), and emphasizes a blood vessel and a pit pattern of a subject. This is an LED for observing so-called special light. As described above, when the narrowband light LED 53 is disposed under the second lens unit 35, the first lens unit 34 and the second lens unit 35 are provided in the lens array 25 even when the LED light source 23, which tends to have insufficient light amount, is used. Since the amount of light can be compensated for by this, it is possible to easily switch between normal observation with white light and special light observation with narrow-band light.

もちろん、特殊光観察を行えるようにする場合でも、第2レンズ部35下に配置するLEDを全て特殊光用LEDにする必要はなく、少なくとも1つを特殊光用LEDにすれば良い。また、第2レンズ部35が複数ある場合には、第2レンズ部35下に配置するLEDのうち一部を青色狭帯域光用LEDにし、その他を緑色狭帯域光用LEDにしても良い。さらに、白色光が十分に足りている場合には、第2レンズ部35下に配置するLEDだけでなく、第1レンズ部34下に配置するLEDの一部を特殊光用LEDにしても良い。   Of course, even when special light observation can be performed, it is not necessary that all the LEDs arranged under the second lens portion 35 be special light LEDs, and at least one of them may be special light LEDs. In addition, when there are a plurality of second lens portions 35, some of the LEDs arranged below the second lens portion 35 may be blue narrow-band light LEDs, and others may be green narrow-band light LEDs. Furthermore, when there is sufficient white light, not only the LED arranged under the second lens unit 35 but also a part of the LED arranged under the first lens unit 34 may be a special light LED. .

また、蛍光体を用いないLED53を特殊光用LEDにする代わりに、RGB(あるいは補色系のYMC)のいずれか、あるいはこれらのうち任意の混色を発生するLEDにしても良い。このように、図14において、蛍光体を用いないLED53として、RGBを発するLEDを用い、これらを、第1レンズ部34下のLED51とともに点灯すれば、照明光の演色性を向上させることができる。このようにLED53にRGB等を発生するLEDを用いる場合、第2レンズ部35下の全てのLEDに同色のLEDにしなくても良く、RGBを必要な比率で配置すれば良い。   Further, instead of the LED 53 not using a phosphor as a special light LED, any of RGB (or a complementary color YMC) or any color mixture of these may be used. As described above, in FIG. 14, if an LED emitting RGB is used as the LED 53 that does not use a phosphor, and these are turned on together with the LED 51 under the first lens portion 34, the color rendering property of the illumination light can be improved. . Thus, when using LED which generate | occur | produces RGB etc. for LED53, it is not necessary to make it LED of the same color to all LED under the 2nd lens part 35, and RGB should just be arrange | positioned in a required ratio.

なお、上述の実施形態では、LED光源23が4個のLEDを直線的に配列しているが、LED光源23のLEDの配列を2次元的にしても良い。例えば、図15に示すように、LED31を正方形状に配置しても良い。この場合、第1レンズ部34と第2レンズ部35は、LED31が配列された面内の2方向(X方向及びY方向)に隣接するので、第2レンズ部35の曲率半径rは図6で示した値とは一致しないことがあるが、算出方法は前述の実施形態と同様である。また、2つの第2レンズ部35の対角方向の長さよりも第1レンズ部34の対角方向の長さの方が長いので、図15のLED光源の幅Wは、第1レンズ部34の対角方向の長さである。   In the above-described embodiment, the LED light source 23 linearly arranges four LEDs, but the LEDs of the LED light source 23 may be arranged two-dimensionally. For example, as shown in FIG. 15, the LEDs 31 may be arranged in a square shape. In this case, since the first lens unit 34 and the second lens unit 35 are adjacent to each other in two directions (X direction and Y direction) in the plane in which the LEDs 31 are arranged, the radius of curvature r of the second lens unit 35 is as shown in FIG. However, the calculation method is the same as that of the above-described embodiment. In addition, since the diagonal length of the first lens portion 34 is longer than the diagonal length of the two second lens portions 35, the width W of the LED light source in FIG. Is the length in the diagonal direction.

また、上述の実施形態では、LED光源23に4個のLEDを用いているが、LED光源23に配列するLEDの個数は2個以上であれば任意である。例えば、図16に示すように、LED光源23に5個のLED31を配列しても良い。図16では、第1レンズ部34を3個使用し、その間に第2レンズ部35を2個用いているが、第2レンズ部35を3個使用し、その間に第1レンズ部34を用いても良い。さらに、図3や図16では、第1レンズ部34と第2レンズ部35を交互に配置しているが、第1レンズ部34と第2レンズ部35は必ずしも交互に配置されていなくても良い。図6の説明から分かるように、レンズアレイ25の中に第1レンズ部34と第2レンズ部35が隣接している箇所が少なくとも1箇所以上あれば、第1レンズ部34と第2レンズ部35の配列は任意である。具体的には、図16のように5個のLED31及びレンズ部34,35を用いる場合、左から第1レンズ部34,第2レンズ部35,第1レンズ部34,第1レンズ部34,第1レンズ部34のようにレンズ部を設けても良い。もちろん、第1レンズ部34及び第2レンズ部35が交互に配置され、全てのレンズ部34,35が、異なる曲率半径のレンズ部34または35と隣接している場合に最も光量向上効果は大きい。   In the above-described embodiment, four LEDs are used for the LED light source 23. However, the number of LEDs arranged in the LED light source 23 is arbitrary as long as it is two or more. For example, as shown in FIG. 16, five LEDs 31 may be arranged in the LED light source 23. In FIG. 16, three first lens portions 34 are used and two second lens portions 35 are used therebetween. However, three second lens portions 35 are used and the first lens portion 34 is used therebetween. May be. Further, in FIG. 3 and FIG. 16, the first lens unit 34 and the second lens unit 35 are alternately arranged. However, the first lens unit 34 and the second lens unit 35 are not necessarily arranged alternately. good. As can be seen from the description of FIG. 6, if there is at least one location where the first lens portion 34 and the second lens portion 35 are adjacent to each other in the lens array 25, the first lens portion 34 and the second lens portion. The arrangement of 35 is arbitrary. Specifically, when five LEDs 31 and lens units 34 and 35 are used as shown in FIG. 16, the first lens unit 34, the second lens unit 35, the first lens unit 34, the first lens unit 34, A lens part may be provided like the first lens part 34. Of course, when the first lens portions 34 and the second lens portions 35 are alternately arranged and all the lens portions 34 and 35 are adjacent to the lens portions 34 or 35 having different radii of curvature, the light quantity improvement effect is greatest. .

LED31及びレンズ部34,35を2以上設けていれば良いことは、LED31及びレンズ部34,35を2次元的に配置する場合も同様である。例えば、図17に示すように、5個のLED31を2次元的に配列する場合、中央のLED31上に第2レンズ部35を、その周囲の4個のLED31上に第1レンズ部34を用いれば良い。もちろん、中央のLED31上に第1レンズ部34を配置し、周囲の4個のLED31上に第2レンズ部35を配置しても良い。また、前述の通り、第1レンズ部34と第2レンズ部35が少なくとも1箇所で隣接していれば光量向上効果作用があるので、第1レンズ部34と第2レンズ部35が少なくとも1個ずつあり、これらが隣接して用いられていなければならないこと以外は、第1レンズ部34と第2レンズ部35を用いる個数や配列は任意である。   What is necessary is just to provide two or more LED31 and the lens parts 34 and 35, also when arranging LED31 and the lens parts 34 and 35 two-dimensionally. For example, as shown in FIG. 17, when five LEDs 31 are two-dimensionally arranged, the second lens unit 35 is used on the central LED 31 and the first lens unit 34 is used on the four surrounding LEDs 31. It ’s fine. Of course, the first lens unit 34 may be disposed on the central LED 31 and the second lens unit 35 may be disposed on the four surrounding LEDs 31. Further, as described above, if the first lens portion 34 and the second lens portion 35 are adjacent to each other at least at one place, there is an effect of improving the light amount. Therefore, at least one first lens portion 34 and two second lens portions 35 are provided. The number and arrangement of the first lens portion 34 and the second lens portion 35 are arbitrary, except that they must be used adjacent to each other.

さらに、上述の実施形態では、曲率半径Rの第1レンズ部34と曲率半径r(<R)の第2レンズ部35の2種類のレンズ部を用いるが、図18のLED光源70のように、レンズアレイ25に大中小のレンズ部71,72,73(曲率半径r>r>r)を用いても良い。この場合、図6で示した通り、大中のレンズ部71,72の関係において、あるいは中小のレンズ部72,73の関係において、光量向上効果がある。図18では、大中小の順にレンズ部が配列されているが、大小中の順にレンズ部を配置していても良い。また、LEDやレンズ部を2次元的に配列する場合も同様に3種類以上の曲率半径が異なるレンズ部を用いても良い。さらに、図18では、レンズアレイ25に3種類の曲率半径が異なるレンズ部を用いているが、4種類以上の曲率半径が異なるレンズ部を用いても良い。 Further, in the above-described embodiment, two types of lens portions are used, that is, the first lens portion 34 having the curvature radius R and the second lens portion 35 having the curvature radius r (<R), but as in the LED light source 70 of FIG. The lens array 25 may use large, medium, and small lens portions 71, 72, and 73 (curvature radius r 1 > r 2 > r 3 ). In this case, as shown in FIG. 6, there is an effect of improving the light amount in the relationship between the large and middle lens portions 71 and 72 or in the relationship between the small and medium lens portions 72 and 73. In FIG. 18, the lens portions are arranged in the order of large, medium and small, but the lens portions may be arranged in the order of large and small. Similarly, when two-dimensionally arranging LEDs and lens units, three or more types of lens units having different radii of curvature may be used. Further, in FIG. 18, three types of lens portions having different radii of curvature are used for the lens array 25, but four or more types of lens portions having different radii of curvature may be used.

なお、上述の実施形態では、平面状にLED31を配列しているが、図19のLED光源80のように、ライトガイド22側に凹の湾曲した面上にLED31を配列しても良い。このように、凹面状にLED31を配列すると、凹面の湾曲によって各レンズ部34,35の光軸を入射端面22aに向けられるので、各LED31の光をより入射端面22aに集光させやすい。   In the above-described embodiment, the LEDs 31 are arranged in a planar shape, but the LEDs 31 may be arranged on a curved surface that is concave on the light guide 22 side, as in the LED light source 80 of FIG. As described above, when the LEDs 31 are arranged in a concave shape, the optical axes of the lens portions 34 and 35 are directed to the incident end face 22a by the curvature of the concave face, so that the light of each LED 31 is more easily condensed on the incident end face 22a.

なお、上述の実施形態では、ライトガイド22の入射端面22aの形状を円形にしたが、入射端面22aの形状は任意である。例えば、図20に示すライトガイド97のように、LED光源23の全体的形状に応じて、LED光源23の長手方向が長径であり短手方向が短径になるように、入射端面97aの形状を楕円形にしても良い。LED光源23のようにLED31を横一列に配置する場合、LED光源23が全体として出射する光束の断面形状は楕円形に近い形状になるので、上述のようにLED光源23の全体的な光束の形状に応じた入射端面形状にしておくと、同じNAのライトガイドでもLED光源23の光束が入射されやすくなる。LED31を2次元配列する場合も同様である。また、ここでは、入射端面97aを楕円形にしたが、入射端面97aは長円形(スタジアム型)にしても良いし、長方形状等にしても良い。   In the above-described embodiment, the shape of the incident end face 22a of the light guide 22 is circular, but the shape of the incident end face 22a is arbitrary. For example, like the light guide 97 shown in FIG. 20, the shape of the incident end surface 97a is such that the longitudinal direction of the LED light source 23 has a long diameter and the short direction has a short diameter according to the overall shape of the LED light source 23. May be oval. When the LEDs 31 are arranged in a horizontal row as in the LED light source 23, the cross-sectional shape of the light beam emitted from the LED light source 23 as a whole is a shape close to an ellipse, so that the overall light flux of the LED light source 23 is as described above. If the incident end face shape is set in accordance with the shape, the light flux of the LED light source 23 is easily incident even with a light guide having the same NA. The same applies when the LEDs 31 are two-dimensionally arranged. Here, the incident end face 97a is elliptical, but the incident end face 97a may be oval (stadium type), rectangular, or the like.

このようにLED31を湾曲配置する代わりに、図21に示すように、入射端面22aの正面からずれた位置にあるLED31上のレンズ部34,35を、入射端面22a側(入射端面22aの正面がある中心方向)に適宜ずらして配置しても良い。こうすれば、入射端面22aの正面からずれた位置にあるLED31上のレンズ部34,35による集光光軸(一点鎖線で示す)を入射端面22a側に傾けることができるので、各LED31の光をより入射端面22aに集光させやすい。但し、第1レンズ部34のずらし量δと第2レンズ部35のずらし量δは、必ずしも同じ値にはならない。例えば、第1レンズ部34の曲率半径R及び第2レンズ部35の曲率半径rが入射端面22aの位置によらず一律の場合、第1レンズ部34の集光光軸と第2レンズ部35の集光光軸をほぼ平行にするにはδ>δにする必要がある。もちろん、レンズ部34,35の周辺部分でのずらし量δ,δを変える代わりに、中央部分の曲率半径R,rに対して周辺部分でのレンズ部34,35の曲率半径R,rを変更しても良い。なお、図21では便宜的に多数のLED31を配列しているが、LED31の個数によらず、上述のように入射端面22aの正面からずれた位置にあるレンズ部34,35の光軸を入射端面22aの側にずらして配置することが好ましい。 Instead of arranging the LED 31 in a curved manner as described above, as shown in FIG. 21, the lens portions 34 and 35 on the LED 31 at a position shifted from the front surface of the incident end surface 22a are connected to the incident end surface 22a side (the front surface of the incident end surface 22a is You may arrange | position by shifting suitably in a certain center direction). In this way, the converging optical axis (indicated by the alternate long and short dash line) by the lens portions 34 and 35 on the LED 31 at a position shifted from the front surface of the incident end face 22a can be tilted toward the incident end face 22a. Is more easily collected on the incident end face 22a. However, the shift amount of the first lens unit 34 [delta] 1 and the shift amount [delta] 2 of the second lens unit 35 is not necessarily the same value. For example, when the curvature radius R of the first lens unit 34 and the curvature radius r of the second lens unit 35 are uniform regardless of the position of the incident end face 22a, the condensing optical axis of the first lens unit 34 and the second lens unit 35 are uniform. It is necessary to satisfy δ 1 > δ 2 in order to make the condensed optical axes of Of course, instead of changing the shift amounts δ 1 and δ 2 in the peripheral portions of the lens portions 34 and 35, the curvature radii R and r of the lens portions 34 and 35 in the peripheral portion with respect to the curvature radii R and r of the central portion. May be changed. In FIG. 21, for the sake of convenience, a large number of LEDs 31 are arranged, but the optical axes of the lens portions 34 and 35 located at positions shifted from the front surface of the incident end face 22a as described above are incident regardless of the number of LEDs 31. It is preferable to displace the end face 22a.

なお、上述の実施形態及び変形例では、LED光源で発生した光をそのまま照明光として被検体内に照射するが、図22に示すように、例えば、LED光源23からは蛍光体91を励起する励起光を発生させ、先端部14aのライトガイド22の出射端面の前に配置した蛍光体91を通過させることによって、透過した励起光と蛍光体91による傾向によって白色光を生成し、投光光学系92を通して照明光として被検体内に照射しても良い。   In the above-described embodiment and modification, the light generated by the LED light source is irradiated as it is into the subject as illumination light. As shown in FIG. 22, for example, the phosphor 91 is excited from the LED light source 23. Excitation light is generated and allowed to pass through the phosphor 91 disposed in front of the light emitting end face of the light guide 22 at the tip end portion 14a, thereby generating white light by the propensity of the transmitted excitation light and the phosphor 91, and projecting optics The object may be irradiated as illumination light through the system 92.

また、図23に示すように、LED光源23で白色光を発生させ、ライトガイド22とLED光源23の間に複数のカラーフィルタを配置した回転自在な回転フィルタ93を配置することによって、LED光源23で発生した白色光から各カラーフィルタが透過する波長の光を選択的に照明光として用いるようにしても良い。回転フィルタに設けるカラーフィルタの数や種類は任意であるが、例えば、RGB(あるいは補色系)のカラーフィルタや、白色光を透過する白フィルタ、特殊光観察用の狭帯域光を透過する狭帯域フィルタ等を設けることができる。   Further, as shown in FIG. 23, the LED light source 23 generates white light, and a rotatable rotary filter 93 in which a plurality of color filters are arranged between the light guide 22 and the LED light source 23 is arranged, whereby the LED light source Alternatively, light having a wavelength that is transmitted by each color filter from the white light generated at 23 may be selectively used as illumination light. The number and type of color filters provided in the rotary filter are arbitrary. For example, RGB (or complementary color) color filters, white filters that transmit white light, and narrow bands that transmit narrow band light for special light observation A filter or the like can be provided.

また、LED光源23とライトガイド22の間に、さらにレンズ(あるいは複数のレンズ等からなるレンズ系)やロッドインテグレータ等を配置して、LED光源23で発生させた光を入射端面22aに集光させやすくしても良い。   Further, a lens (or a lens system composed of a plurality of lenses), a rod integrator, or the like is further disposed between the LED light source 23 and the light guide 22, and the light generated by the LED light source 23 is condensed on the incident end face 22a. You may make it easy.

なお、上述の実施形態及び変形例では、LEDアレイ24と一体にLED上に半球状のレンズ部34,35を有するレンズアレイ25を設けたが、レンズアレイ25はLEDアレイ24と別体に設けられていても良い。レンズアレイ25をLEDアレイ24と別体に設ける場合には、各レンズ部34,35はライトガイド22側及びLEDアレイ24側に曲面を有していても良い。この場合、レンズ部34,35の曲率半径が小さい(あるいは大きい)とは、それぞれ同じ側の面で比較した大小である。すなわち、第1レンズ部34と第2レンズ部35のライトガイド22側の面の曲率半径を比較した場合に、第2レンズ部35の曲率半径は第1レンズ部34の曲率半径よりも小さい。LEDアレイ24側についても同様である。但し、第2レンズ部35の曲率半径は、両側で第1レンズ部34の曲率半径よりも小さくなっていなければならないわけではなく、少なくともライトガイド22側とLEDアレイ24側の一方の側で第1レンズ部34の曲率半径よりも小さくなって入れば良い。   In the above-described embodiment and modification, the lens array 25 having the hemispherical lens portions 34 and 35 is provided on the LED integrally with the LED array 24, but the lens array 25 is provided separately from the LED array 24. It may be done. When the lens array 25 is provided separately from the LED array 24, the lens portions 34 and 35 may have curved surfaces on the light guide 22 side and the LED array 24 side. In this case, that the curvature radii of the lens portions 34 and 35 are small (or large) is a size compared on the same side surface. That is, when comparing the curvature radii of the surfaces of the first lens portion 34 and the second lens portion 35 on the light guide 22 side, the curvature radius of the second lens portion 35 is smaller than the curvature radius of the first lens portion 34. The same applies to the LED array 24 side. However, the radius of curvature of the second lens portion 35 does not have to be smaller than the radius of curvature of the first lens portion 34 on both sides, and at least on one side of the light guide 22 side and the LED array 24 side. What is necessary is just to enter smaller than the curvature radius of the 1 lens part 34. FIG.

さらに、上述の実施形態及び変形例では、レンズアレイ25の各レンズ部34,35は球面であるが、各レンズ部34,35は非球面でも良い。   Furthermore, in the above-described embodiments and modifications, the lens portions 34 and 35 of the lens array 25 are spherical surfaces, but the lens portions 34 and 35 may be aspherical surfaces.

なお、上述の実施形態及び各種変形例では、LEDを用いる例を説明したが、LEDの代わりに、LD等、他の半導体光源を用いても良い。   In addition, although the example using LED was demonstrated in the above-mentioned embodiment and various modifications, other semiconductor light sources, such as LD, may be used instead of LED.

なお、上述の実施形態及び各種変形例では、第1レンズ部34の曲率半径Rが、入射端面22aに対するLED光源23の配置距離Dによって定まる固定値であるとしたが、LED光源23の配置距離Dが所定値である場合でも、曲率半径Rを可変値にしても良い。具体的には、第1レンズ部34の曲率半径をR’(R’<R)にし、この曲率半径R’にしたがって第2レンズ部35の曲率半径r’を定めても良い。第1レンズ部34の曲率半径Rを配置距離Dで定まる固定値にしている場合、具体的なLED31の配置間隔dやLED31の指向性によっては2レンズ部35の適切な曲率半径r(<R)が求められないことがあるが、このような場合には、上述のように第1レンズ部34の曲率半径R’を上述の曲率半径Rよりも小さくするすると、第2レンズ部35の曲率半径r’(<R’)を決定することができる。   In the above-described embodiment and various modifications, the curvature radius R of the first lens portion 34 is a fixed value determined by the arrangement distance D of the LED light source 23 with respect to the incident end face 22a. Even when D is a predetermined value, the radius of curvature R may be a variable value. Specifically, the radius of curvature of the first lens unit 34 may be R ′ (R ′ <R), and the radius of curvature r ′ of the second lens unit 35 may be determined according to the radius of curvature R ′. When the radius of curvature R of the first lens unit 34 is set to a fixed value determined by the arrangement distance D, an appropriate radius of curvature r (<R) of the two lens units 35 depends on the specific arrangement interval d of the LEDs 31 and the directivity of the LEDs 31. ) May not be required. In such a case, if the radius of curvature R ′ of the first lens portion 34 is made smaller than the radius of curvature R as described above, the curvature of the second lens portion 35 is obtained. The radius r ′ (<R ′) can be determined.

なお、上述の実施形態及び各種変形例では、LEDアレイ24に配列するLEDが正方形状であるが、LEDの形状は任意である。LEDは、長方形でも良いし、六角形状でも良い。長方形状のLEDを用いる場合等、LEDの形状が回転非対称な場合には、これに合わせてレンズ部34,35の形状を変形(例えば楕円形に)しても良い。また、複数種類の形状が異なるLEDを用いても良い。   In the above-described embodiment and various modifications, the LEDs arranged in the LED array 24 are square, but the shape of the LEDs is arbitrary. The LED may be rectangular or hexagonal. When the shape of the LED is rotationally asymmetric, such as when using a rectangular LED, the shape of the lens portions 34 and 35 may be modified (for example, elliptical) in accordance with this. Moreover, you may use LED from which multiple types of shapes differ.

なお、上述の実施形態及び各種変形例は任意に組み合わせることができる。例えば、大面積LED51と小面積LED52を用いる場合(図12参照)に、小面積LED52を励起光用LEDやRGBを発するLED(図14参照)にしても良い。また、LEDの各種配列方法(図3,図15〜図19参照)において、蛍光体を利用したLEDを使用しても良いし(図8参照)、面積の異なるLEDを併用しても良いし(図12参照)、白色のLEDと単色のLEDを併用しても良い(図14参照)。さらに、これらの任意のパターンにおいて、LEDを凹面状に配置しても良いし(図19参照)、レンズ部34,35の光軸をずらしても良く(図21参照)、LEDを凹面状に配置した上でさらにレンズ部34,35の光軸をずらしても良い。   In addition, the above-mentioned embodiment and various modifications can be combined arbitrarily. For example, when the large area LED 51 and the small area LED 52 are used (see FIG. 12), the small area LED 52 may be an excitation light LED or an LED emitting RGB (see FIG. 14). In various LED arrangement methods (see FIGS. 3 and 15 to 19), LEDs using phosphors may be used (see FIG. 8), or LEDs having different areas may be used in combination. (See FIG. 12) A white LED and a monochromatic LED may be used together (see FIG. 14). Furthermore, in these arbitrary patterns, the LEDs may be arranged in a concave shape (see FIG. 19), the optical axes of the lens portions 34 and 35 may be shifted (see FIG. 21), and the LEDs are made concave. After the arrangement, the optical axes of the lens portions 34 and 35 may be further shifted.

なお、上述の実施形態では、説明を省略したが、LED光源23は、LED31の発光させた場合の熱を冷却するためのヒートシンク等、その他LED光源23に必要な各種周知の部材を備えても良い。   In addition, although description was abbreviate | omitted in the above-mentioned embodiment, the LED light source 23 may be equipped with various well-known members required for the LED light source 23, such as a heat sink for cooling the heat when the LED 31 emits light. good.

10 電子内視鏡装置
11 内視鏡本体
12 プロセッサユニット
13 光源ユニット
22 ライトガイド
23,40,50,60,70,80 LED光源
24 LEDアレイ
25 レンズアレイ
31 LED
34 第1レンズ部
35 第2レンズ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electronic endoscope apparatus 11 Endoscope main body 12 Processor unit 13 Light source unit 22 Light guide 23, 40, 50, 60, 70, 80 LED light source 24 LED array 25 Lens array 31 LED
34 1st lens part 35 2nd lens part

Claims (16)

複数のLEDを配列したLEDアレイと、
ライトガイドと前記LEDアレイの間に設けられ、前記複数のLEDのうちの所定の前記LEDから出射される光を前記ライトガイドの入射端面に集光する第1レンズ部と、
前記第1レンズ部に対応する前記LEDに隣接して配置された前記LEDが出射する光を前記入射端面に集光させるとともに、前記第1レンズ部と1箇所以上で隣接し、前記第1レンズ部よりも曲率半径が小さい第2レンズ部と、
を備える光源ユニット。
An LED array in which a plurality of LEDs are arranged;
A first lens unit provided between a light guide and the LED array, and condensing light emitted from a predetermined LED of the plurality of LEDs on an incident end surface of the light guide;
The light emitted from the LED disposed adjacent to the LED corresponding to the first lens portion is condensed on the incident end surface, and adjacent to the first lens portion at one or more locations, the first lens A second lens portion having a smaller radius of curvature than the portion;
A light source unit comprising:
前記第1レンズ部と前記第2レンズ部は一体となったレンズアレイである請求項1記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the first lens unit and the second lens unit are an integrated lens array. 前記複数のLEDに、白色光を発する白色LEDを含む請求項1または2記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the plurality of LEDs include white LEDs that emit white light. 前記白色LEDは、励起光を発する励起光用LEDと前記励起光が通過することによって蛍光を発する蛍光体とを有し、前記蛍光と前記蛍光体を透過した前記励起光によって前記白色光を生成する請求項3記載の光源ユニット。   The white LED has an excitation light LED that emits excitation light and a phosphor that emits fluorescence when the excitation light passes through, and generates the white light by the excitation light that has passed through the fluorescence and the phosphor. The light source unit according to claim 3. 前記複数のLEDとして、面積が大きい大面積LEDと面積が小さい小面積LEDの2種類のLEDを有する請求項1〜4のいずれか1項記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the plurality of LEDs include two types of LEDs, a large area LED having a large area and a small area LED having a small area. 前記大面積LEDは前記第1レンズ部の下に配置され、前記小面積LEDは前記第2レンズ部の下に配置される請求項5記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 5, wherein the large area LED is disposed under the first lens portion, and the small area LED is disposed under the second lens portion. 前記複数のLEDに、所定の狭帯域光を発する狭帯域光用LEDを含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the plurality of LEDs include a narrowband light LED that emits predetermined narrowband light. 前記狭帯域光用LEDが前記第2レンズ部の下に配置される請求項7記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 7, wherein the narrowband light LED is disposed under the second lens portion. 前記複数のLEDに、白色光を発する白色LEDと単色のLEDとを含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the plurality of LEDs include a white LED that emits white light and a monochromatic LED. 前記単色のLEDは前記第2レンズ部の下に配置される請求項9記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 9, wherein the monochromatic LED is disposed under the second lens unit. 前記LEDが前記ライトガイドの入射端面の正面にない場合に、前記第1レンズ部及び前記第2レンズ部は、対応する前記LEDの直上から前記入射端面がある中心方向にずらして配置されている請求項1〜10のいずれか1項に記載の光源ユニット。   When the LED is not in front of the incident end face of the light guide, the first lens portion and the second lens portion are arranged so as to be shifted in the central direction where the incident end face is located from directly above the corresponding LED. The light source unit according to claim 1. 前記LEDが直線状に並んで配置されている請求項1〜11のいずれか1項に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the LEDs are arranged in a straight line. 前記LEDは2次元状に配列されている請求項1〜11のいずれか1項に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein the LEDs are arranged two-dimensionally. 前記LEDは、前記ライトガイドの入射端面に対して凹面状に配列されている請求項1〜13のいずれか1項に記載の光源ユニット。   The light source unit according to any one of claims 1 to 13, wherein the LEDs are arranged in a concave shape with respect to an incident end face of the light guide. 全ての前記第2レンズ部が少なくとも1つの前記第1レンズ部に隣接している請求項1〜14のいずれか1項に記載の光源ユニット。   The light source unit according to claim 1, wherein all the second lens portions are adjacent to at least one of the first lens portions. 請求項1〜15のいずれか1項に記載の光源ユニットを備える電子内視鏡装置。   An electronic endoscope apparatus comprising the light source unit according to claim 1.
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JP2018063901A (en) * 2016-10-14 2018-04-19 株式会社小糸製作所 Vehicular headlight
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