JP2023013239A - 内視鏡用光源装置、内視鏡システム、及び内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】部品コストを抑えて照明光の光利用効率を向上させつつ、発光素子の発光に伴う発熱に対し効率的な冷却を行うことのできる内視鏡用光源装置を提供する。【解決手段】内視鏡用光源装置は、基板と、発光素子が設けられた第１の構造体と、第２の構造体と、を備える。第１の構造体は、第２の主表面の側に配置され、発光により発熱した発光素子から基板に伝わる熱の一部を外部に放出する。第２の構造体は、第１の構造体との間に、基板の少なくとも一部が配置されるよう第１の構造体と接続され、第１の構造体に伝わる熱の一部を外部に放出する。第２の構造体は、発光素子を覆う覆い部を有している。覆い部は、発光素子から射出された光を反射する反射面と、発光素子から射出した光の一部及び反射面で反射した反射光の一部を外部に射出する開口部と、を有する。【選択図】 図４

Description

本発明は、発光素子が設けられた基板を備える内視鏡用光源装置、内視鏡システム、及び内視鏡に関する。

内視鏡用の光源装置として、キセノンランプの代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の発光素子を用いるものが知られている。例えば、特許文献１には、白色ＬＥＤと紫色ＬＥＤを有する内視鏡装置が開示されている。特許文献１の内視鏡装置では、各ＬＥＤから射出された光がレンズによって集光され、電子スコープの光ファイバに入射される。この装置において、光ファイバに入射された光は、電子スコープの先端部から射出され、被写体に照射される。

従来、内視鏡用光源装置において、ＬＥＤから射出される光の射出角を絞るために、光路上に、反射膜が形成された半球状のレンズが配置される場合がある。反射膜は、レンズの球面に蒸着により形成され、レンズを透過したＬＥＤ光の一部及び反射膜により反射されたＬＥＤ光の一部を射出するよう、反射膜の一部の領域が開口している。このようなレンズは、例えば、基板上に設けられたＬＥＤのカバーガラスに接着剤を用いて貼り付けられ、あるいは、基板上に設けられたレンズを保持する部品（レンズ保持部品）を用いてＬＥＤの発光面近傍に配置される。このようなレンズを用いることで、光源装置の光学系を大型化することなく、照明光の光利用効率を向上させることができる。

国際公開第２０１２／１０８４２０号パンフレット

反射膜を蒸着により形成した上記のレンズは高価である。また、このようなレンズを用いた光源装置では、ＬＥＤの発光により発生した熱によって、接着剤が劣化したり、レンズとレンズ保持部品との熱膨張量の違いに起因してレンズが破損したりする場合がある。その結果、ＬＥＤの射出光の照明光としての光利用効率は低下してしまう。ＬＥＤを備える光源装置では、発光に伴って発熱したＬＥＤ及び基板を効率よく冷却する必要がある。

そこで、本発明は、部品コストを抑えて照明光の光利用効率を向上させつつ、発光素子の発光に伴う発熱に対し効率的な冷却を行うことのできる内視鏡用光源装置、内視鏡システム、及び内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、内視鏡用光源装置である。当該内視鏡用光源装置は、
発光素子が設けられた第１の主表面と、前記第１の主表面と反対側の第２の主表面と、を有する基板と、
前記基板の前記第２の主表面の側に配置され、発光により発熱した前記発光素子から前記基板に伝わる熱の一部を外部に放出するよう構成された第１の構造体と、
前記第１の構造体との間に、前記発光素子が設けられた前記第１の主表面上の位置を含む前記基板の少なくとも一部が配置されるよう前記第１の構造体と接続され、前記第１の構造体に伝わる前記熱の一部を外部に放出するよう構成された第２の構造体と、
を備え、
前記第２の構造体は、前記発光素子から間隔を空けた状態で前記発光素子を覆う覆い部を有し、
前記覆い部は、
前記発光素子から射出された光を反射するように構成された反射面と、
前記発光素子から射出した光の一部及び前記反射面で反射した反射光の一部を外部に射出するように構成された開口部と、
を有する、ことを特徴とする。

前記第２の構造体は、前記第１の主表面、及び、前記第１の主表面と前記第２の主表面とを接続する前記基板の端面、の少なくとも一方から離間して配置されている、ことが好ましい。

前記第１の主表面及び前記端面の前記少なくとも一方と前記第２の構造体との間に介在するよう配置され、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である放熱部材をさらに備える、ことが好ましい。

前記放熱部材の抵抗率は、１０^－６Ω・ｍ以上である、ことが好ましい。

前記第２の構造体は、前記反射面を囲み前記第１の主表面と対向する対向表面をさらに有している、ことが好ましい。

前記開口部から射出された光を集光するレンズをさらに備え、
前記第２の構造体は、前記レンズを保持し、前記開口部から射出された光が前記レンズを透過して前記第２の構造体の外側に射出されるよう構成された保持部をさらに有している、ことが好ましい。

前記第２の構造体には、前記保持部に保持された前記レンズと前記発光素子との間に、前記発光素子から射出された光が通過する中空の空間が形成されている、ことが好ましい。

前記第２の構造体は金属成形体である、ことが好ましい。

前記基板、前記第１の構造体、及び前記第２の構造体をそれぞれ含む複数の光源ユニットと、
前記光源ユニットの前記開口部から射出された光を合波し、外部に向けて射出するよう構成された光学部材と、
を備える、ことが好ましい。

前記光源ユニットの前記開口部から出射された光が前記光学部材により合波される空間を取り囲む筐体をさらに備え、
前記光源ユニットの前記第２の構造体は、前記筐体のうち当該空間を周状に囲む内側側壁の一部の周方向領域をなすよう配置され、
前記筐体は、前記内側側壁と共に前記空間を取り囲む天井面及び底面をなすよう前記光源ユニットの前記第２の構造体と接続され、互いに平行な方向に延在する上蓋体及び下蓋体をさらに備え、
前記上蓋体及び前記下蓋体は、前記第２の構造体に伝わる前記熱の一部を外部に放出するよう構成されている、ことが好ましい。

前記光源ユニットの前記基板は、前記第１の構造体と前記第２の構造体との間に配置された当該基板の前記一部と接続し、前記筐体の外側に延在する外側延在部、を有し、
前記外側延在部には、前記発光素子を外部電極と電気的に接続するよう前記基板に設けられた配線の端子を有する接続端子部が設けられている、ことが好ましい。

本発明の別の一態様は、内視鏡システムである。当該内視鏡システムは、
前記内視鏡用光源装置と、
前記内視鏡用光源装置と接続する接続部と、前記接続部から光ケーブルを介して伝送した被写体を照明する照明光として前記開口部から射出された光が射出するように構成された照明光射出口を有する先端部と、を備える内視鏡と、
を含むことを特徴とする。

本発明の別の一態様は、内視鏡である。当該内視鏡は、
前記内視鏡用光源装置の光源ユニットと、
前記光源ユニットの射出した光を被写体を照明する照明光として射出するように構成された照明光射出口を有する先端部と、を備えることを特徴とする。

上述の内視鏡用光源装置、内視鏡システム、及び内視鏡によれば、部品コストを抑えて照明光の光利用効率を向上させつつ、発光素子の発光に伴う発熱に対し効率的な冷却を行うことができる。

一実施形態の内視鏡用光源装置を備えた内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 光源装置の構成を示すブロック図である。 各光源ユニットから射出される照明光の分光強度分布を示す図である。 光源ユニットの一例を示す断面図である。 光源ユニットの変形例を示す断面図である。 光源ユニットの他の変形例を示す断面図である。 光源装置の内部構成を示す断面図である。 光源ユニットの一例を示す正面図である。

以下、本発明の一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内視鏡用光源ユニットを備える電子内視鏡システムを例に取り説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡用光源装置２０１を備えた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１に示されるように、電子内視鏡システム１は、医療用に特化されたシステムであり、電子スコープ（内視鏡）１００、プロセッサ２００及びモニタ３００を備えている。

プロセッサ２００は、システムコントローラ２１及びタイミングコントローラ２２を備えている。システムコントローラ２１は、メモリ２３に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ２１は、操作パネル２４に接続されている。システムコントローラ２１は、操作パネル２４に入力される術者からの指示に応じて、電子内視鏡システム１の各動作及び各動作のためのパラメータを変更する。タイミングコントローラ２２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。

プロセッサ２００は、光源装置２０１を備えている。図２に、光源装置２０１のブロック図を示す。光源装置２０１は、第１～第４の光源ユニット１１１～１１４を備えている。第１～第４の光源ユニット１１１～１１４はそれぞれ、第１～第４光源駆動回路１４１～１４４によって個別に発光制御される。

第１の光源ユニット１１１は、紫色の波長帯域（例えば、波長が３９５～４３５ｎｍ）の光を射出する紫色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を有している。第２の光源ユニット１１２は、青色の波長帯域（例えば、波長が４３０～４７０ｎｍ）の光を射出する青色ＬＥＤを有している。第３の光源ユニット１１３は、青色の波長帯域（例えば、波長が４２５～４５５ｎｍ）の光を射出する青色ＬＥＤと蛍光体を有している。蛍光体は、青色ＬＥＤから射出された青色ＬＥＤ光によって励起され、緑色の波長帯域（例えば、波長が４６０～６００ｎｍ）の蛍光を発する。第４の光源ユニット１１４は、赤色の波長帯域（例えば、波長が６２０～６８０ｎｍ）の光を射出する赤色ＬＥＤを有している。

各光源ユニット１１１～１１４の光の射出方向の前方にはそれぞれ、コリメートレンズ１２１～１２４が配置されている。第１の光源ユニット１１１から射出された紫色ＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２１によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３１に入射される。また、第２の光源ユニット１１２から射出されたＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２２によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３１に入射される。ダイクロイックミラー１３１は、第１の光源ユニット１１１から射出された光の光路と、第２の光源ユニット１１２から射出された光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３１は、波長４３０ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、第１の光源ユニット１１１から射出された紫色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー１３１を透過し、第２の光源ユニット１１２から青色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー１３１で反射される。これにより、紫色ＬＥＤ光と青色ＬＥＤ光の光路が合成される。ダイクロイックミラー１３１によって光路が合成された光は、ダイクロイックミラー１３２に入射される。

また、第３の光源ユニット１１３から射出された光、すなわち、青色ＬＥＤ光及び緑色の蛍光は、コリメートレンズ１２３によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３２に入射される。ダイクロイックミラー１３２は、ダイクロイックミラー１３１から入射された光の光路と、第３の光源ユニット１１３から射出された光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３２は、波長５００ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、ダイクロイックミラー１３１から入射された紫色ＬＥＤ光及び青色ＬＥＤ光と、第３の光源ユニット１１３から射出された光のうち、緑色の蛍光は、ダイクロイックミラー１３２によってその光路が合成される。ダイクロイックミラー１３２によって光路が合成された光は、ダイクロイックミラー１３３に入射される。

また、第４の光源ユニット１１４から射出された赤色ＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２４によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３３に入射される。ダイクロイックミラー１３３は、ダイクロイックミラー１３２から入射された光の光路と、第４の光源ユニット１１４から射出され赤色ＬＥＤ光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３３は、波長６００ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、ダイクロイックミラー１３２から入射された光と、第４の光源ユニット１１４から射出された赤色ＬＥＤ光は、ダイクロイックミラー１３３によってその光路が合成され、光源装置２０１から照明光Ｌとして射出される。

光源装置２０１から射出された照明光Ｌは、集光レンズ２５によりＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１１の入射端面に集光されてＬＣＢ１１内に入射される。

ＬＣＢ１１内に入射された照明光Ｌは、ＬＣＢ１１内を伝播する。ＬＣＢ１１内を伝播した照明光Ｌは、電子スコープ１００の先端部１０６に配置されたＬＣＢ１１の射出端面から射出され、配光レンズ１２を介して被写体に照射される。配光レンズ１２からの照明光Ｌによって照明された被写体からの戻り光は、対物レンズ１３を介して固体撮像素子１４の受光面上で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１４は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。固体撮像素子１４は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の画像信号を生成して出力する。なお、固体撮像素子１４は、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやその他の種類の撮像装置に置き換えられてもよい。固体撮像素子１４はまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。

電子スコープ１００の接続部内には、ドライバ信号処理回路１５が備えられている。ドライバ信号処理回路１５には、固体撮像素子１４から被写体の画像信号が所定のフレーム周期で入力される。フレーム周期は、例えば、１／３０秒である。ドライバ信号処理回路１５は、固体撮像素子１４から入力される画像信号に対して所定の処理を施してプロセッサ２００の前段信号処理回路２６に出力する。

ドライバ信号処理回路１５はまた、メモリ１６にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。メモリ１６に記録される電子スコープ１００の固有情報には、例えば、固体撮像素子１４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１５は、メモリ１６から読み出された固有情報をシステムコントローラ２１に出力する。

システムコントローラ２１は、電子スコープ１００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２１は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続されている電子スコープ１００に適した処理がなされるようにプロセッサ２００内の各種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２２は、システムコントローラ２１によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１５にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１５は、タイミングコントローラ２２から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１４をプロセッサ２００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。

前段信号処理回路２６は、ドライバ信号処理回路１５から１フレーム周期で入力される画像信号に対してデモザイク処理、マトリックス演算、Ｙ／Ｃ分離等の所定の信号処理を施して、画像メモリ２７に出力する。

画像メモリ２７は、前段信号処理回路２６から入力される画像信号をバッファし、タイミングコントローラ２２によるタイミング制御に従い、後段信号処理回路２８に出力する。

後段信号処理回路２８は、画像メモリ２７から入力される画像信号を処理してモニタ表示用の画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、モニタ３００に出力される。これにより、被写体の画像がモニタ３００の表示画面に表示される。

図３は、各光源ユニット１１１～１１４から射出される照明光Ｌの分光強度分布Ｄ１１１～Ｄ１１４を示している。図３に示される分光強度分布の横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は照明光Ｌの強度を示している。なお、縦軸は、強度の最大値が１となるように規格化されている。また、図３には、各ダイクロイックミラー１３１～１３３のカットオフ波長λ１３１～λ１３３が点線で示されている。図３に示す分光強度分布のうち、実線で示される領域が、光源装置２０１から射出され、照明光Ｌとして使用される領域である。また、破線で示される領域が、光源装置２０１から射出されず、照明光Ｌとして使用されない領域である。

図３に示すように、ダイクロイックミラー１３１～１３３によって各光源ユニット１１１～１１４から射出された光の光路が合成されることにより、光源装置２０１からは、紫外領域（近紫外の一部）から赤色領域にかけて広い波長帯域を有する照明光Ｌが射出される。この照明光Ｌの分光強度分布は、図３に示す分光強度分布Ｄ１１１～Ｄ１１４のうち、実線で示される領域を足し合わせたものになる。なお、各光源ユニット１１１～１１４は個別に制御可能である。そのため、各光源ユニット１１１～１１４から射出される光の強度は、被写体に合わせて変更することができる。

したがって、一実施形態の内視鏡システムは、光源ユニット１１１，１１２，１１４を含む内視鏡用の光源装置２０１と接続する接続部１０４（図１参照）と、接続部１０４からＬＣＢ１１（光ケーブル）を介して伝送した被写体を照明する照明光Ｌが射出するように構成された照明光射出口１０５を有する先端部１０６と、を備える電子スコープと、を含む。

図４～図６は、各光源ユニット１１１～１１４のうち代表して第２の光源ユニット１１２の構成を説明するための図である。図４は、第２の光源ユニット１１２の一例の断面図を示す。図５は、第２の光源ユニット１１２の変形例の断面図を示す。図６は、第２の光源ユニット１１２の他の変形例の断面図を示す。これらの断面図は、後述する基板３０の板厚方向の断面を表す。なお、第３の光源ユニット１１３の構成は、蛍光体を有していること、及び、ＬＥＤの発光波長が異なること以外は、第２の光源ユニット１１２の構成と同じである。また、第１及び第４の光源ユニット１１１、１１４の構成は、ＬＥＤの発光波長が異なること以外は、第２の光源ユニット１１２の構成と同じである。

第２の光源ユニット１１２は、基板３０と、第１の構造体５０と、第２の構造体６０と、を備える。

基板３０は、互いに平行な一対の主表面３０ａ，３０ｂを有している。主表面３０ａ（第１の主表面）には、発光素子３１が実装されている。発光素子３１は、ＬＥＤ光を発する。発光素子３１は、基板３０に形成された配線（不図示）を介して供給された駆動電流に応じて発光する。発光素子３１には、例えば、光量の大きい高出力なものが用いられる。そのような発光素子３１の出力は、例えば１０００～３５０００ｍＷである。

第１の構造体５０は、基板３０の主表面３０ｂ（第２の主表面）の側に配置されている。図４に示す例の第１の構造体５０は、主表面３０ｂと接するよう基板３０と接続されているが、基板３０との絶縁性を確保するために、第１の構造体５０と基板３０との間に、絶縁性を有する部材、例えば、後述する放熱シートが介在するよう配置されていてもよい。

第１の構造体５０は、発光により発熱した発光素子３１から基板３０に伝わる熱の一部を外部に放出するよう構成されている。第１の構造体５０は、例えば、多数のフィンを備えるヒートシンクである。第１の構造体５０は、熱伝導率の高い金属材料あるいはセラミック材料からなる。金属材料は、例えば、アルミニウム、鉄、銅のいずれか１種を含む材料である。セラミック材料は、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等である。

第２の構造体６０は、第１の構造体５０と接続されている。図４に示す例の第２の構造体６０には、ネジ穴６０ｄが形成されており、ネジ穴６０ｄに配置したネジ（不図示）により第１の構造体５０にネジ留めされることで、第１の構造体５０と接続される。第２の構造体６０は、基板３０の外側において第１の構造体５０と接している。第２の構造体６０と第１の構造体５０との間には、発光素子３１が設けられた主表面３１ｂの位置を含む基板３０の少なくとも一部が配置されている。第２の構造体６０は、図４に示すように、基板３０が配置される基板配置空間６０ａを有していることが好ましい。これにより、第２の構造体６０と第１の構造体５０との間に基板３０を挟み込みつつ、第２の構造体６０と第１の構造体５０とを接触させることができる。基板３０の主表面３０ａ，３０ｂと平行な方向の第２の構造体６０の寸法は、図４に示すように、第１の構造体５０と同じ寸法であることが好ましい。

第２の構造体６０は、第１の構造体５０に伝わる熱の一部を外部に放出するよう構成されている。第２の構造体６０は、例えば、第１の構造体５０に用いられる上記材料と同様の材料からなる。第２の構造体６０は、効率よく冷却を行うことができるとともに一体的な成形が容易である点で、金属成形体であることが好ましい。

第２の構造体６０は、発光素子３１から間隔を空けた状態で発光素子３１を覆う覆い部４０を有している。

覆い部４０は、発光素子３１から射出された光を反射するように構成された反射面４１を有している。反射面４１は、ＬＥＤ光に対して比較的高い反射率を有する。図４に示す例において、反射面４１は、基板配置空間６０ａと連通し、かつ、発光素子３１から離れる側に形成されるドーム状の空間４３と接する湾曲面である。

覆い部４０には、発光素子３１から射出した光の一部及び反射面４１で反射した反射光の一部を外部に射出する開口４２が形成されている。開口４２は、覆い部４０のうち、発光素子３１と対向する領域の一部に形成されている。開口４２は、覆い部４０の内側と外側とを繋ぐ貫通穴である。この開口４２の面積は、発光素子３１の発光面３１ａ（主表面３０ａと平行な面）の面積よりも小さく設定されている。

覆い部４０は、コリメートレンズ１２２を含む光学系において、ＬＥＤ光の利用効率を向上するよう機能する。発光素子３１から射出されたＬＥＤ光のうち、覆い部４０の開口４２に向かって射出されたＬＥＤ光は、開口４２を通過して第２の光源ユニット１１２から射出される。一方、発光素子３１から射出されたＬＥＤ光のうち、開口４２以外の方向に向かって射出されたＬＥＤ光は、覆い部４０の反射面４１により、基板３０又は発光素子３１に向かって反射される。反射面４１で反射されたＬＥＤ光は、基板３０又は発光素子３１により、開口４２又は覆い部４０向かって再び反射される。このように、ＬＥＤ光は、覆い部４０、基板３０及び発光素子３１で反射を繰り返すことにより、最終的に開口４２を通過して第２の光源ユニット１１２から射出される。

通常、広い角度範囲に亘って射出されるＬＥＤ光をコリメートレンズで効率よく取り込むためには、コリメートレンズの径を大きくする必要がある。これに対し、本実施形態では、射出角度の大きいＬＥＤ光であっても、第２の光源ユニット１１２内で多重反射されることにより開口４２から射出される際には射出角度の小さいＬＥＤ光に変換されている。そのため、本実施形態では、コリメートレンズ１２２の径を大きくすることなく、ＬＥＤ光の利用効率を向上させることができる。このように、本実施形態では、反射膜を蒸着した半球状のレンズのような高価な部品を用いることなく、照明光の利用効率を向上させることができる。すなわち、本実施形態によれば、部品コストを抑えて照明光の利用効率を向上させることができる。

また、第２の光源ユニット１１２は、第２の構造体６０を備えることで、第１の構造体５０とは別の放熱経路を有しているので、放熱性に優れる。このため、発光素子３１の発光に伴う発熱した発光素子３１及び基板３０を効率よく冷却することができる。
このように、本実施形態によれば、上述の第２の構造体６０を用いて、部品コストを抑えて照明光の利用効率を向上させつつ、発光素子３１の発光に伴う発熱に対して効率的な冷却を行うことができる。

基板３０は、図４に示すように、主表面３０ａと主表面３０ｂとを接続する端面３０ｃを有している。端面３０ｃは、基板３０の板厚方向に延びる基板３０の側面である。一実施形態によれば、第２の構造体６０は、主表面３０ａ及び端面３０ｃの少なくとも一方から離間して配置されていることが好ましく、図４に示すように、主表面３０ａ及び端面３０ｃの両方から離間していること、すなわち、基板３０から離間して配置されることがより好ましい。基板３０には、上述したように、配線が形成されており、さらに、発光素子３１のアノード及びカソードの電極が設けられている、あるいは、フレームグラウンドとなっている場合がある。このため、第２の構造体６０が金属材料等からなる導体である場合に、このような配線等と接触することは好ましくない。一方で、第２の構造体６０は、第１の構造体５０と接続されているため、発光素子３１から基板３０に伝わる熱を、少なくとも第１の構造体５０から間接的に逃がすことができる。このように、第２の構造体６０を主表面３０ａや端面３０ｃから離間させることで、第２の構造体６０と基板３０の配線等との接触を防止し、絶縁性を確保しつつ、効率的な冷却を行うことができる。

図５は、本実施形態の変形例における第２の光源ユニット１１２の断面図である。第２の構造体６０が、上述したように、主表面３０ａ又は端面３０ｃから離間している場合において、第２の光源ユニット１１２は、放熱部材７１を備えることが好ましい。放熱部材７１は、図５に示すように、主表面３０ａ及び端面３０ｃと第２の構造体６０との間に介在するよう配置される。放熱部材７１は、例えば、シート状の部材、液状の材料等からなり、基板３０と第２の構造体６０との間の隙間を埋めるように配置される。放熱部材７１は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である部材である。これにより、発光素子３１から基板３０に伝わる熱を、主表面３０ａの側から第２の構造体６０に直接伝達し、熱を逃がすことができる。このように、第２の構造体６０によって、第１の構造体５０から間接的に伝わる熱に加え、基板３０から直接伝わる熱を放熱することができるので、第２の光源ユニット１１２における冷却効率が増す。また、放熱部材７１が上記隙間に配置されていることは、基板３０を封止する点で有効である。

放熱部材７１の抵抗率は、１０^－６Ω・ｍ以上であることが好ましい。そのような放熱部材７１は、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の熱伝導率の高いセラミック材料、あるいは、アクリル系又はシリコーン系の樹脂、及び、任意に含まれるフィラー、を含む材料からなる。放熱部材７１の抵抗率が上記範囲にあることで、第２の構造体６０が導体である場合に、基板３０の配線等との接触を防止し、絶縁性を確保しつつ、効率よく冷却を行うことができる。

一実施形態によれば、図４及び図５に示すように、第２の構造体６０は、反射面４１を囲み主表面３０ａと対向する対向表面６０ｃを有していることが好ましい。図４及び図５に示す対向表面６０ｃは、基板配置空間６０ａと接する、主表面３０ａと平行な表面である。このような対向表面６０ｃが第２の構造体６０に形成されていることにより、基板３０の熱が、主表面３０ａの側から基板配置空間６０ａあるいは放熱部材７１を介して第２の構造体６０に伝達されやすく、速やかに熱を逃がすことができる。

図６は、本実施形態の他の変形例における第２の光源ユニット１１２の断面図である。一実施形態によれば、第２の光源ユニット１１２は、開口４２から射出されたＬＥＤ光を集光するレンズ８０を備える。レンズ８０は、例えば、半球レンズ等の平凸レンズであり、レンズ８０の平坦な面が基板３０の側を向くように配置される。レンズ８０は、集光したＬＥＤ光を平行光に変換する。このようなレンズ８０を透過し、射出されることで、ＬＥＤ光射出角が絞られ、照明光Ｌの利用効率を向上させることができる。コリメートレンズは、図６に示す光源装置２０２のように、光源ユニットに備えられていてもよく、図５に示す光源装置２０１のように、光源ユニットとは別に備えられていてもよい。
この場合に、第２の構造体６０は、図６に示すように、レンズ８０を保持する保持部６０ｇを有していることが好ましい。保持部６０ｇには、開口４２から射出され、レンズ８０を透過したＬＥＤ光が第２の構造体６０の外側に射出されるよう、開口６０ｈが形成されている。このように、第２の構造体６０にレンズ８０を保持させているので、レンズ保持部品（不図示）を用いる必要がなく、したがって、レンズ保持部品を用いた場合に発生するレンズ８０とレンズ保持部品との熱膨張量差に起因してレンズ８０が破損するという問題は起こらない。また、第２の構造体６０にレンズ８０を保持させているので、発光素子３１を保護するカバーガラス（不図示）を基板３０に設け、カバーガラスに接着剤を用いてレンズ８０を貼り付ける必要がない。このため、熱によって接着剤が劣化し、光利用効率が低下するという問題を回避できる。

第２の構造体６０には、保持部６０ｇに保持されたレンズ８０と発光素子３１との間に、発光素子３１から射出された光が通過する中空の空間（例えば上述した空間４３）が形成されていることが好ましい。このような空間４３を介して、レンズ８０を基板３０から離間して配置させることができ、レンズ８０の熱膨張量を低減できる。この点で、保持部６０ｇは、図６に示すように、覆い部４０の開口４２に対しさらに基板３０から離間した位置に形成されていることが好ましい。

以上の第２の光源ユニット１１２は、例えば、次の手順で組み立てることができる。第２の構造体６０の対向表面６０ｃに、放熱部材７１を介して基板３０の主表面３０ａを貼り付けて、基板３０を第２の構造体６０の基板配置空間６０ａ内に配置する。この作業を、発光素子３１の位置を、第２の構造体６０の開口６０ｈ，４２から確認しながら行って、発光素子３１を、開口４２を通る主表面３０ａの法線方向と交差する位置に位置決めする。次いで、第１の構造体５０を、第２の構造体６０のネジ穴６０ｄを介してネジ留めし、第２の構造体６０と接続する。これにより、基板３０の少なくとも一部が、第１の構造体５０と第２の構造体６０との間に挟み込まれる。このような手順で第２の光源ユニット１１２を組み立てることにより、第２の構造体６０、放熱部材７１、基板３０、及び第１の構造体５０の位置合わせを行うことができる。

図７は、上述した第２の光源ユニット１１２を備える光源装置２０２の内部構成を示す断面図である。光源装置２０２は、図２に示す光源装置２０１の変形例であり、第２の光源ユニット１１２に加え、第３の光源ユニット１１３及び第４の光源ユニット１１４を備える。すなわち、光源装置２０２は、光源装置２０１とは、第１の光源ユニット１１１を備えない点で異なっている。図７に示す断面は、後述する筐体の内側側壁の周方向に沿った断面であり、光源ユニット１１２，１１３，１１４は、後で参照する図８のＩＶ－ＩＶ線に沿って見た断面で表される。光源装置２０２は、第２の光源ユニット１１２のほかに、第３の光源ユニット１１３及び第４の光源ユニット１１４を備えている。

光源装置２０２は、光学部材として、ダイクロイックミラー１３２，１３３のほか、レンズ９１，９２，９３を備えることが好ましい。図７に示すレンズ９１～９３は、平凸レンズであり、筐体９０の内側側壁９０ａに形成された開口９０ｂ内に配置されている。これらの光学部材によって、光源ユニット１１２，１１３，１１４それぞれの開口６０ｈから射出された光は、光路が合成され（合波され）、外部に向けて射出される。

光源装置２０２は、図７に示すように、筐体９０を備えている。筐体９０は、光源ユニット１１２，１１３，１１４の開口から出射された光が光学部材９１，９２，９３により合波される空間９５を取り囲む構造体である。これにより、空間９５を密閉した封止構造が得られ、空間９５内に塵や埃が侵入することを防ぐことができる。光源ユニット１１２，１１３，１１４それぞれの第２の構造体６０は、筐体９０のうち当該空間９５を周状に囲む筐体９０の内側側壁９０ａの一部の周方向領域をなすよう配置されている。筐体９０は、上蓋体（不図示）及び下蓋体９６をさらに備えている。上蓋体及び下蓋体９６は、内側側壁９０ａと共に空間９５を取り囲む天井面及び底面をなすよう光源ユニット１１２，１１３，１１４の第２の構造体６０と接続され、互いに平行な方向に延在する構造体である。上蓋体及び下蓋体９６は、第２の構造体６０と、上下方向（図７の奥行方向）に隙間なく接していることが好ましい。また、上蓋体及び下蓋体９６は、第２の構造体６０に用いられる上記材料と同様の材料からなることが好ましい。このような構成によれば、第２の構造体６０と上蓋体及び下蓋体９６との接触面積が大きく、第２の構造体６０から上蓋体及び下蓋体９６に伝わる熱が速やかに放出されるので、光源装置２０２の冷却効率が向上する。

図８は、第２の光源ユニット１１２の一例を示す正面図であり、基板３０の主表面３０ａの側から見た図である。図８において、発光素子３１が設けられる主表面３０ａ上の位置は、破線の円内にある。一実施形態によれば、光源ユニット１１２，１１３，１１４それぞれの基板３０は、図８に示すように、外側延在部３０ｄを備えることが好ましい。外側延在部３０ｄは、第１の構造体５０と第２の構造体６０との間に配置された基板３０の一部（内側延在部３０ｅ）と接続し、筐体９０の外側に延在する基板３０の部分である。外側延在部３０ｄには、図８に示すように、接続端子部３３が設けられていることが好ましい。接続端子部３３は、発光素子３１を外部電極（不図示）と電気的に接続するよう基板３０に設けられた配線の端子（不図示）を有する。光源装置２０２の空間９５は、上述のように封止されるが、外側延在部３０ｄに接続端子部３３が設けられているため、光源装置２０２を組み立てた後、接続端子部３３を外部電極に接続することが容易になる。すなわち、光源装置２０２の組み立て性に優れる。

図８に示す第２の構造体６０には、ネジ穴６０ｅ，６０ｆが設けられている。ネジ穴６０ｅ，６０ｆは、第２の構造体６０を、上蓋体及び下蓋体９６と接続するようネジ留めするための穴である。

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発明の実施形態に含まれる。

図１に示す電子内視鏡システム１では、光源装置２０１は、プロセッサ２００に設けられているが、プロセッサ２００及び電子スコープ１００とは別体の装置として構成されてもよい。
また、一実施形態によれば、光源ユニット１１１～１１４を光源装置として電子スコープ１００に組み込んでもよい。このとき、一実施形態によれば、プロセッサ２００と接続される接続部１０４に組み込まれることが好ましい。接続部１０４に組み込むことにより、接続に伴う接続不良が回避できる。
また、一実施形態によれば、光源ユニット１１１～１１４は、電子スコープ１００の配光レンズ１２が設けられた先端部１０６に組み込まれてもよい。先端部１０６に組み込まれる場合、ＬＣＢ１１が不要になるので、照明光はＬＣＢ１１における伝送特性の影響を受けない他、体腔内に挿入される部分の径を細くすることができ、被験者への負担を軽減することができる。

また、一実施形態によれば、覆い部４０は、ドーム状以外の形状を有することも好ましい。一実施形態によれば、覆い部４０は角筒状を有していることが好ましく、一実施形態によれば、覆い部４０の断面は、発光素子３１から離れるに従って小さくなる角錐台状あるいは円錐台状を呈していることが好ましい。また、覆い部４０の、発光素子３１が配置されている端部とは反対の端部の開口４２の面積は、発光素子３１の発光面３１ａの面積よりも小さく設定されている。

また、一実施形態によれば、反射面４１は、ドーム状の空間４３の側の構造体の表面に形成した、金属（例えば、銀）の多層膜や誘電体の多層膜の表面であってもよい。

一実施形態によれば、レンズ８０は、開口４２の外側に配置されている必要はなく、開口４２内に開口４２を塞ぐように配置されていてもよい。

また、上述の実施形態では、発光素子３１としてＬＥＤを想定している。本発明はこれに限定するものではなく、一実施形態によれば、ＬＤ（Laser Diode）を発光素子３１として採用することも好ましい。

１ 電子内視鏡システム
１１ ＬＣＢ
１２ 配光レンズ
１３ 対物レンズ
１４ 固体撮像素子
１５ ドライバ信号処理回路
１６ メモリ
２１ システムコントローラ
２２ タイミングコントローラ
２３ メモリ
２４ 操作パネル
２５ 集光レンズ
２６ 前段信号処理回路
２７ 画像メモリ
２８ 後段信号処理回路
３０ 基板
３０ａ 第１の主表面
３０ｂ 第２の主表面
３０ｃ 端面（側面）
３０ｄ 外側延在部
３０ｅ 内側延在部
３１ 発光素子（ＬＥＤ）
３１ａ 発光面
３３ 接続端子部
４０ 覆い部
４１ 反射面
４２ 開口
４３ 空間
５０ 第１の構造体
６０ 第２の構造体
６０ａ 基板配置空間
６０ｂ 保持部
６０ｃ 対向表面
６０ｄ，６０ｅ，６０ｆ ネジ穴
６０ｇ 保持部
６０ｈ 開口
７１ 放熱部材
８０ レンズ
９０ 筐体
９０ａ 内側側壁
９０ｂ 開口
９１，９２，９３ レンズ
９５ 空間
９６ 下蓋体
１００ 電子スコープ
１０４ 接続部
１０５ 照明光射出口
１０６ 先端部
１１１～１１４ 光源ユニット
１２１～１２４ コリメートレンズ
１４１～１４４ 光源駆動回路
１３１～１３３ ダイクロイックミラー
２００ プロセッサ
２０１，２０２ 光源装置

Claims (13)

1. 発光素子が設けられた第１の主表面と、前記第１の主表面と反対側の第２の主表面と、を有する基板と、
   前記基板の前記第２の主表面の側に配置され、発光により発熱した前記発光素子から前記基板に伝わる熱の一部を外部に放出するよう構成された第１の構造体と、
   前記第１の構造体との間に、前記発光素子が設けられた前記第１の主表面上の位置を含む前記基板の少なくとも一部が配置されるよう前記第１の構造体と接続され、前記第１の構造体に伝わる前記熱の一部を外部に放出するよう構成された第２の構造体と、
   を備え、
   前記第２の構造体は、前記発光素子から間隔を空けた状態で前記発光素子を覆う覆い部を有し、
   前記覆い部は、
   前記発光素子から射出された光を反射するように構成された反射面と、
   前記発光素子から射出した光の一部及び前記反射面で反射した反射光の一部を外部に射出するように構成された開口部と、
   を有する、ことを特徴とする内視鏡用光源装置。
2. 前記第２の構造体は、前記第１の主表面、及び、前記第１の主表面と前記第２の主表面とを接続する前記基板の端面、の少なくとも一方から離間して配置されている、
   請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
3. 前記第１の主表面及び前記端面の前記少なくとも一方と前記第２の構造体との間に介在するよう配置され、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である放熱部材をさらに備える、
   請求項２に記載の内視鏡用光源装置。
4. 前記放熱部材の抵抗率は、１０^－６Ω・ｍ以上である、
   請求項３に記載の内視鏡用光源装置。
5. 前記第２の構造体は、前記反射面を囲み前記第１の主表面と対向する対向表面をさらに有している、
   請求項１から４の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置。
6. 前記開口部から射出された光を集光するレンズをさらに備え、
   前記第２の構造体は、前記レンズを保持し、前記開口部から射出された光が前記レンズを透過して前記第２の構造体の外側に射出されるよう構成された保持部をさらに有している、
   請求項１から５の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置。
7. 前記第２の構造体には、前記保持部に保持された前記レンズと前記発光素子との間に、前記発光素子から射出された光が通過する中空の空間が形成されている、
   請求項６に記載の内視鏡用光源装置。
8. 前記第２の構造体は金属成形体である、
   請求項１から７の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置。
9. 前記基板、前記第１の構造体、及び前記第２の構造体をそれぞれ含む複数の光源ユニットと、
   前記光源ユニットの前記開口部から射出された光を合波し、外部に向けて射出するよう構成された光学部材と、
   を備える、
   請求項１から８の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置。
10. 前記光源ユニットの前記開口部から出射された光が前記光学部材により合波される空間を取り囲む筐体をさらに備え、
    前記光源ユニットの前記第２の構造体は、前記筐体のうち当該空間を周状に囲む内側側壁の一部の周方向領域をなすよう配置され、
    前記筐体は、前記内側側壁と共に前記空間を取り囲む天井面及び底面をなすよう前記光源ユニットの前記第２の構造体と接続され、互いに平行な方向に延在する上蓋体及び下蓋体をさらに備え、
    前記上蓋体及び前記下蓋体は、前記第２の構造体に伝わる前記熱の一部を外部に放出するよう構成されている、
    請求項９に記載の内視鏡用光源装置。
11. 前光源ユニットの前記基板は、前記第１の構造体と前記第２の構造体との間に配置された当該基板の前記一部と接続し、前記筐体の外側に延在する外側延在部、を有し、
    前記外側延在部には、前記発光素子を外部電極と電気的に接続するよう前記基板に設けられた配線の端子を有する接続端子部が設けられている、
    請求項１０に記載の内視鏡用光源装置。
12. 請求項１から１１の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置と、
    前記内視鏡用光源装置と接続する接続部と、前記接続部から光ケーブルを介して伝送した被写体を照明する照明光として前記開口部から射出された光が射出するように構成された照明光射出口を有する先端部と、を備える内視鏡と、
    を含むことを特徴とする内視鏡システム。
13. 請求項９から１１の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置の光源ユニットと、
    前記光源ユニットの射出した光を被写体を照明する照明光として射出するように構成された照明光射出口を有する先端部と、を備えることを特徴とする内視鏡。

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