JP2015136468A

JP2015136468A - 内視鏡用光源装置

Info

Publication number: JP2015136468A
Application number: JP2014009135A
Authority: JP
Inventors: 祐哉増川; Yuya Masukawa
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2015-07-30

Abstract

【課題】照明範囲（配光）を可変する内視鏡用光源装置において、汎用的なスコープに対応するものがなかった。【解決手段】内視鏡用光源装置を、照明光を射出するランプと、内視鏡のライトガイドを支持するライトガイド支持手段と、焦点距離の異なる複数の集光レンズを支持する集光レンズ支持手段と、集光レンズ支持手段を動かすことにより、複数の集光レンズの各々を照明光の光路上に択一的に配置し、且つ光路上に択一的に配置された集光レンズによる照明光の集光位置がライトガイド支持手段に支持されたライトガイドの入射端面に合うように配置する集光レンズ配置手段と、から構成する。【選択図】図４

Description

本発明は、病変部等の被写体を照明するための照明光を内視鏡に供給する内視鏡用光源装置に関する。

病変部等の被写体を観察するための内視鏡システムが医療現場にて使用されている。内視鏡システムには、自然光の届かない体腔内を電子スコープやファイバスコープ等のライトガイドを通じて照明する光源装置が備えられている。この種の光源装置の具体的構成は、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の光源装置は、ランプより射出された照明光を収束レンズを介してライドガイドに入射させる。特許文献１に記載の光源装置は、収束レンズを光軸方向にスライドさせて、広域用照明光学系をなすライトガイドへの入射光量と、中心域用照明光学系をなすライドガイドへの入射光量とのバランスを変えることにより、被写体への実質的な照明範囲（配光）を変化させる。

特開２００９−２２３７５号公報

しかし、特許文献１に記載の光源装置は、広域用照明光学系及び中心域用照明光学系を備える特殊なスコープにしか対応していない。そこで、本発明においては、汎用的なスコープに対応する内視鏡用光源装置であって、照明範囲（配光）を変化させることが可能なものを提供する。

本発明の実施形態に係る内視鏡用光源装置は、内視鏡のライトガイドと接続される装置であり、照明光を射出するランプと、ライトガイドを支持するライトガイド支持手段と、焦点距離の異なる複数の集光レンズを支持する集光レンズ支持手段と、集光レンズ支持手段を動かすことにより、複数の集光レンズの各々を照明光の光路上に択一的に配置し、且つ光路上に択一的に配置された集光レンズによる照明光の集光位置がライトガイド支持手段に支持されたライトガイドの入射端面に合うように配置する集光レンズ配置手段とを備える。

本実施形態によれば、光路上に配置される集光レンズを切替えると、その焦点距離に応じた入射角の照明光がライトガイドの入射端面に入射される。ライトガイド内に入射された照明光は、ライトガイド内で同じ反射角で繰り返し反射されながら進み、入射角と同じ角度で射出される。そのため、体腔内は、ライトガイドに入射される照明光の入射角に応じた範囲が照射される。このように、光路上に配置された各集光レンズを介した照明光は、共通のライトガイドに入射される。そのため、本実施形態の内視鏡用光源装置と組み合わせて用いられる内視鏡は、広域用照明光学系及び中心域用照明光学系等の用途（配光）毎に分けられた複数の照明光学系を持つ特殊なものでなく、用途毎に分けられてない共通の一系統の照明光学系を持つ一般的な構成であればよい。

集光レンズ支持手段は、複数の集光レンズが円周方向に並べて配置された回転盤を有する構成としてもよい。この場合、集光レンズ配置手段は、回転盤を集光レンズの光軸と直交する面内で回転させることにより、複数の集光レンズの各々を照明光の光路上に択一的に配置する。また、回転盤は、複数の集光レンズの各々を、光路上に配置されたときの照明光の集光位置が入射端面に合うように、光軸方向において互いの焦点距離の差だけずらした位置で支持している。

本発明の実施形態によれば、汎用的なスコープに対応する内視鏡用光源装置であって、照明範囲（配光）を変化させることが可能なものが提供される。

本発明の実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。本発明の実施形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施形態の電子内視鏡システムに備えられる光源ユニットの構成を示す正面図である。本発明の実施形態において電子スコープのＬＣＢの入射端面に入射される照明光の光路を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として電子内視鏡システムを例に取り説明する。

［電子内視鏡システム１の全体構成］
図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１の外観図である。図１に示されるように、本実施形態の電子内視鏡システム１は、電子スコープ１０及びプロセッサ２０を備えている。

図１に示されるように、電子スコープ１０は、可撓性を有するシースによって外装された挿入部可撓管１１を備えている。挿入部可撓管１１の先端部分（屈曲部１３）は、挿入部可撓管１１の基端に連結された手元操作部１４からの遠隔操作に応じて屈曲する。屈曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている周知の機構であり、手元操作部１４の湾曲操作ノブの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１３を屈曲させる。湾曲部１３の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１２の基端が連結している。先端部１２の方向が湾曲操作ノブの回転操作による屈曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１０による撮影領域が移動する。また、手元操作部１４からはユニバーサルケーブル１５が延びており、その基端にコネクタ部１６が接続されている。

コネクタ部１６は、硬質性を有する合成樹脂で成形されたコネクタケース１６ａを備えている。コネクタケース１６ａは、略対称形状を持つ表側ケースと裏側ケースからなり、表側ケースと裏側ケースとを嵌め合わせることによって規定される閉空間内に電子回路基板等の各種部品を収容し保持すると共に外部衝撃から保護している。コネクタケース１６ａは、電気接続用プラグ１６ｂ、光接続用プラグ１６ｃを保持している。

プロセッサ２０が持つ筐体２０ａのフロントパネル面には、コネクタ部が設けられている。コネクタ部は、電気接続用ジャック２０ｂ及び光接続用ジャック２０ｃを備えている。電気接続用ジャック２０ｂは、プロセッサ２０に内蔵されている画像処理装置と電気的に接続されており、光接続用ジャック２０ｃは、プロセッサ２０に内蔵されている光源装置と光学的に接続されている。

電気接続用ジャック２０ｂは、電気接続用プラグ１６ｂに対応する接続構造を有しており、光接続用ジャック２０ｃは、光接続用プラグ１６ｃに対応する接続構造を有している。電気接続用プラグ１６ｂ、光接続用プラグ１６ｃをそれぞれ、電気接続用ジャック２０ｂ、光接続用ジャック２０ｃと接続することにより、電子スコープ１０とプロセッサ２０とが電気的・光学的に接続される。

図２は、本実施形態の電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、電子内視鏡システム１にはモニタ３０が接続される。

図２に示されるように、プロセッサ２０は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４、メモリ２０６、操作パネル２０８、画像処理回路２１０及び光源ユニット２２０を有している。

システムコントローラ２０２は、メモリ２０６に記憶された各種プログラムを実行することにより、電子内視鏡システム１の全体を統括的に制御する。また、システムコントローラ２０２は、操作パネル２０８に入力されるユーザ（術者又は補助者）による指示に応じて電子内視鏡システム１の各種設定を変更する。タイミングコントローラ２０４は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各回路に出力する。

光接続用ジャック２０ｃには、光接続用プラグ１６ｃに設けられた光ファイバ束であるライトガイド（ＬＣＢ：Light Carrying Bundle）１０２が保持される。光接続用ジャック２０ｃに保持されたＬＣＢ１０２の入射端面１０２ａ（図4参照）には、光源ユニット２２０より射出された照明光が入射される。

入射端面１０２ａよりＬＣＢ１０２内に入射された照明光は、ＬＣＢ１０２内を伝播して電子スコープ１０の先端部内に配置されたＬＣＢ１０２の射出端面より射出され、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。このように、本実施形態の電子スコープ１０は、広域用照明光学系及び中心域用照明光学系等の用途（配光）毎に分けられた複数の照明光学系を持つ特殊なスコープでなく、用途毎に分けられてない共通の一系統の照明光学系を持つ一般的な構成のスコープとなっている。

被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。固体撮像素子１０８は、ＩＲ（Infra Red）カットフィルタ１０８ａ、ベイヤ配列カラーフィルタ１０８ｂの各種フィルタが受光面に配置された単板式カラーＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上で結像した光学像に応じたＲ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の各原色信号を生成する。

電子スコープ１０のコネクタ部１６内には、ドライバ信号処理回路１１２が備えられている。ドライバ信号処理回路１１２は、固体撮像素子１０８より入力される原色信号に対して色補間、マトリクス演算、Ｙ／Ｃ分離等の所定の信号処理を施して画像信号（輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒ）を生成し、生成された画像信号をプロセッサ２０の画像処理回路２１０に出力する。また、ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子スコープ１０の固有情報を読み出す。メモリ１１４に記録される電子スコープ１０の固有情報には、例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４より読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。

システムコントローラ２０２は、電子スコープ１０の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２０に接続中の電子スコープ１０に適した処理がなされるようにプロセッサ２０内の各回路の動作やタイミングを制御する。

タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１２及び画像処理回路２１０にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２０側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。

画像処理回路２１０は、システムコントローラ２０２による制御の下、ドライバ信号処理回路１１２より入力された画像信号に基づいて内視鏡画像等をモニタ表示するためのビデオ信号を生成し、生成されたビデオ信号をモニタ３０に出力する。これにより、術者は、モニタ３０の表示画面に表示された内視鏡画像を通じて例えば消化管内の診断等を行うことができる。

［光源ユニット２２０の構成］
次に、光源ユニット２２０の構成を詳細に説明する。図３は、光源ユニット２２０をＬＣＢ１０２側から視たときの正面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、ＬＣＢ１０２の入射端面１０２ａに入射される照明光の光路Ｌを示す図である。図４に示されるように、光源ユニット２２０は、ランプ２２２を有している。ランプ２２２は、図示省略されたランプ電源イグナイタによる始動後、白色の照明光（平行光）を射出する。ランプ２２２は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等である。

ランプ２２２の前段には、回転盤２２４が配置されている。回転盤２２４は、筐体２０ａ内に設けられた軸体２３４を通じて筐体２０ａ内で回転可能に支持されている。回転盤２２４は、不要な散乱光の発生を抑えると共に高い熱放射性を達成するため、表面全体が黒塗装されたアルミ材より形成されている。また、筐体２０ａには、ＤＣモータ２２８が取り付けられている。ＤＣモータ２２８の回転軸には、主動歯車２３０が圧入等により取り付けられている。主動歯車２３０は、ＤＣモータ２２８の回転軸と一体となり、ユーザによる操作パネル２０８の操作に応じて正転方向又は逆転方向に回転する。

回転盤２２４の外周縁沿いには、主動歯車２３０と噛み合う従動歯車２３２が取り付けられている。そのため、回転盤２２４は、主動歯車２３０の回転が従動歯車２３２に伝達されると、ランプ２２２より射出される照明光の光路Ｌと直交する面内で回転する。より詳細には、回転盤２２４は、主動歯車２３０が正転方向に回転したときに矢印Ａ方向（図３参照）に回転し、主動歯車２３０が逆転方向に回転したときに矢印Ｂ方向（図３参照）に回転する。

回転盤２２４には、円周方向において１８０°間隔で並ぶ位置に開口２２４ａ、２２４ｂが形成されている。開口２２４ａには集光レンズ２２６ａが取り付けられており、開口２２４ｂには集光レンズ２２６ｂが取り付けられている。回転盤２２４がユーザによる操作パネル２０８の操作に応じて矢印Ａ方向に回転することにより、光路Ｌ上に集光レンズ２２６ａが配置される。また、回転盤２２４がユーザによる操作パネル２０８の操作に応じて矢印Ｂ方向に回転することにより、光路Ｌ上に集光レンズ２２６ｂが配置される。

集光レンズ２２６ａは、例えば治具等により集光レンズ２２６ａの光軸ＡＸａ（照明光の光路Ｌと平行な軸）が開口２２４ａの中心と位置合わせされた状態で、ＬＣＢ１０２側に形成されたコバ面の全周が開口２２４ａのランプ２２２側の周縁部の全周と接着されている。開口２２４ａの直径は、集光レンズ２２６ａの有効光束径よりも大きい。そのため、ランプ２２２より射出された照明光は、集光レンズ２２６ａを透過後、回転盤２２４にケラレることなく開口２２４ａを通過する。

集光レンズ２２６ｂは、例えば治具等により集光レンズ２２６ｂの光軸ＡＸｂ（照明光の光路Ｌと平行な軸）が開口２２４ｂの中心と位置合わせされた状態で、コバ部外周面の全周が開口２２４ｂの周縁部内周面の全周と接着されている。開口２２４ｂの直径は、集光レンズ２２６ｂの有効光束径よりも大きい。そのため、ランプ２２２より射出された照明光は、集光レンズ２２６ｂを透過後、回転盤２２４にケラレることなく開口２２４ｂを通過する。

説明の便宜上、集光レンズ２２６ａ、２２６ｂの焦点距離にそれぞれ符号ｆａ、ｆｂを付す。集光レンズ２２６ａの焦点距離ｆａは、集光レンズ２２６ｂの焦点距離ｆｂよりも長い。

図４（ａ）に示されるように、集光レンズ２２６ａは、レンズ主点が光軸ＡＸａ方向にＬＣＢ１０２の入射端面１０２ａから焦点距離ｆａだけ離れる位置に配置されている。すなわち、集光レンズ２２６ａは、光路Ｌ上に配置されたときの照明光の集光位置が入射端面１０２ａに合うように回転盤２２４に取り付けられている。そのため、ランプ２２２より射出された照明光は、集光レンズ２２６ａが光路Ｌ上に配置されているとき、入射端面１０２ａで焦点を結び、焦点距離ｆａに応じた入射角α_ａでＬＣＢ１０２内に入射される。ＬＣＢ１０２内に入射された照明光は、ＬＣＢ１０２内で同じ反射角で繰り返し反射されながら進み、入射角α_ａと同じ角度α_ａで射出される。

図４（ｂ）に示されるように、集光レンズ２２６ｂは、レンズ主点が光軸ＡＸｂ方向にＬＣＢ１０２の入射端面１０２ａから焦点距離ｆｂだけ離れる位置に配置されている。すなわち、集光レンズ２２６ｂは、光路Ｌ上に配置されたときの照明光の集光位置が入射端面１０２ａに合うように回転盤２２４に取り付けられている。そのため、ランプ２２２より射出された照明光は、集光レンズ２２６ｂが光路Ｌ上に配置されているとき、入射端面１０２ａで焦点を結び、焦点距離ｆｂに応じた入射角α_ｂでＬＣＢ１０２内に入射される。ＬＣＢ１０２内に入射された照明光は、ＬＣＢ１０２内で同じ反射角で繰り返し反射されながら進み、入射角α_ｂと同じ角度α_ｂで射出される。

このように、集光レンズ２２６ａと集光レンズ２２６ｂは、回転盤２２４が光軸（ＡＸａ、ＡＸｂ）方向に不動であるにも拘わらず各々が光路Ｌ上に配置されたときの照明光の集光位置が常に入射端面１０２ａに合うように、光軸（ＡＸａ、ＡＸｂ）方向において焦点距離の差（＝ｆａ−ｆｂ）だけずらされた位置に取り付けられている。

集光レンズ２２６ａの焦点距離ｆａは集光レンズ２２６ｂの焦点距離ｆｂよりも長いため、射出角α_ａは、射出角α_ｂよりも狭い。そのため、図４（ａ）の例では、狭い範囲の被写体が照明され、図４（ｂ）の例では、広い範囲の被写体が照明される。

大腸等の管腔臓器を観察するケースを考える。管腔臓器を観察中、先端部１２が管腔路に向く状態では、観察視野の中央領域に管腔路が写り、観察視野の周辺領域に管壁が写る。

例えば、照明範囲（配光）が広くかつ配光レンズ１０４と管壁との距離が近い場合、管壁が照度の高い照明光によって照明されることにより、観察視野の周辺領域でハレーションが起きることがある。強いハレーションが起こった場合には、照明光量が自動調光機能によって過剰に低減されることにより露光不足を招き、管腔路を観察するのが却って難しくなることがある。

上記の問題を解消するためには、図４（ａ）に示されるように、操作パネル２０８の操作によって集光レンズ２２６ａを光路Ｌ上に配置することにより照明光の射出角を小さくし、照明範囲（配光）を狭くする対応が考えられる。これにより、観察視野の中央領域の管腔路に対する露光不足を招くことなく、観察視野の周辺領域の管壁に対する照度を低減させてハレーションを防ぐことができる。

また、例えば、照明範囲（配光）が狭くかつ配光レンズ１０４と管壁との距離が遠い場合、観察視野の周辺領域で露光不足となることがある。この場合は、図４（ｂ）に示されるように、操作パネル２０８の操作によって集光レンズ２２６ｂを光路Ｌ上に配置することにより照明光の射出角を大きくし、照明範囲（配光）を広くする対応が考えられる。これにより、観察視野の周辺領域の管壁に対する照度を確保して露光不足を解消することができる。

このように、本実施形態によれば、撮影されている被写体の状態に応じて照明範囲（配光）を調節することにより、被写体を観察に適した明るさにすることができる。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。例として、回転盤２２４に取り付けられる集光レンズは２つに限らず、３つ以上であってもよい。

集光レンズ２２６ａ及び２２６ｂが取り付けられる部材として、本実施形態では、光路Ｌと直交する面内で回転する回転盤２２４が採用されているが、別の実施形態では、光路Ｌと直交する方向にスライドするスライダが採用されてもよい。別の実施形態によれば、スライダをスライドさせることにより、集光レンズ２２６ａ又は２２６ｂが光路Ｌ上に択一的に配置される。

また、光源ユニット２２０は、メインランプと補助ランプの２灯を搭載したものであってもよい。具体的構成として、メインランプと補助ランプは、例えば集光レンズ２２６ａ及び２２６ｂと同様の回転盤に取り付けられている。この回転盤がユーザによる操作パネル２０８の操作に応じて回転することにより、メインランプ又は補助ランプがＬＣＢ１０２と同軸上（図４（ａ）や図４（ｂ）に示される位置）に択一的に配置される。メインランプは例えばＬＥＤランプであり、補助ランプは例えばハロゲンランプである。

１電子内視鏡システム
１０電子スコープ
２０プロセッサ
１０２ＬＣＢ
１０２（ＬＣＢ１０２の）入射端面１０２ａ
２２０光源ユニット
２２２ランプ
２２４回転盤
２２４ａ、２２４ｂ開口
２２６ａ、２２６ｂ集光レンズ
２２８ＤＣモータ
２３０主動歯車
２３２従動歯車
２３４軸体

Claims

内視鏡のライトガイドと接続される内視鏡用光源装置において、
照明光を射出するランプと、
前記ライトガイドを支持するライトガイド支持手段と、
焦点距離の異なる複数の集光レンズを支持する集光レンズ支持手段と、
前記集光レンズ支持手段を動かすことにより、前記複数の集光レンズの各々を、前記照明光の光路上に択一的に配置し、且つ該光路上に択一的に配置された集光レンズによる該照明光の集光位置が前記ライトガイド支持手段に支持されたライトガイドの入射端面に合うように配置する、集光レンズ配置手段と、
を備える、
内視鏡用光源装置。
前記集光レンズ支持手段は、
前記複数の集光レンズが円周方向に並べて配置された回転盤
を有し、
前記集光レンズ配置手段は、
前記回転盤を前記集光レンズの光軸と直交する面内で回転させることにより、前記複数の集光レンズの各々を前記光路上に択一的に配置し、
前記回転盤は、
前記複数の集光レンズの各々を、前記光路上に配置されたときの前記照明光の集光位置が前記入射端面に合うように、前記光軸方向において互いの焦点距離の差だけずらした位置で支持している、
請求項１に記載の内視鏡用光源装置。