JP4512257B2

JP4512257B2 - 内視鏡用光源部

Info

Publication number: JP4512257B2
Application number: JP2000353785A
Authority: JP
Inventors: 準二宇佐美; 素子川村; 浩佐野; 哲也宇津井
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP2002153423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のＬＥＤを光源として用いる内視鏡用光源部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体内を観察する内視鏡装置において観察部位を照射する光源としてハロゲンランプやキセノンランプを用いるものが知られている。これらのランプは単体で生体内を照射する光源として十分の光量を発生するが、相対的に高価である。
【０００３】
そこで相対的に安価である発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いると、ＬＥＤはハロゲンランプ等と比較して光量が少ないため、ハロゲンランプ等と同等の光量を得るには多数のＬＥＤを同時に用いる必要がある。しかし多数のＬＥＤを同時に点灯させると、点灯するＬＥＤの数に比例して多くの熱が発生し、この熱によりＬＥＤが劣化してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の問題点を解決するものであり、複数のＬＥＤを光源として用いた内視鏡用光源装置において、熱劣化を防ぎ光源の寿命を延ばすことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡用光源部は、生体内の観察部位に照射される照明光を導くライトガイドに対し、照明光を出射する複数のＬＥＤと、ＬＥＤが配設され、通気孔が形成される基板と、基板の近傍に冷却風を発生させる冷却機構とを具備することを特徴とする。
【０００６】
好ましくは、通気孔が複数形成され、各通気孔が一定の間隔で、かつ基板のＬＥＤが配設される面全体に形成される。
【０００７】
例えば冷却機構が、基板に対して冷却風を送風する放熱用ファン、または基板の近傍から吸気することにより、冷却風を発生させる放熱用ファンである。
【０００８】
好ましくは、３つのＬＥＤによって１組のＬＥＤ群が形成され、基板において、ＬＥＤ群が配設される領域内に少なくとも１つの通気孔が形成される。
【０００９】
例えば、ＬＥＤ群が赤色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、青色発光ダイオードからなり、面順次方式に従って赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードが順次発光する。
【００１０】
例えば、ＬＥＤが白色発光ダイオードである。
【００１１】
好ましくは、基板が、基板上に配設されるＬＥＤから出射される光がライトガイドの端部に集光するように形成される。
【００１２】
例えば、ＬＥＤが基板において円形領域内に配設され、かつ基板がライトガイドの入射端付近を曲率中心として湾曲し、通気孔が前記ライトガイドの入射端付近の一点を中心として放射状に形成される。
【００１３】
好ましくは、ＬＥＤが基板において円形領域内に配設され、かつ基板が階段状に形成され、通気孔が、ＬＥＤから放射される光軸に対して垂直方向に形成される。
【００１４】
例えば、ＬＥＤから出射される光の光量を調節してライトガイドを照射する絞り機構をさらに有し、ＬＥＤが基板において円形領域内に配設され、かつライトガイドの光軸に対して垂直な板状に形成され、ＬＥＤから放射される光が基板から平行に光軸方向に進み、絞り機構を介してライトガイドを照射する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本実施形態である光源部の内部を上面から見た断面図であり、図２は側面から見た断面図である。
【００１６】
光源部１０には内視鏡スコープ２０が着脱自在に装着されている。内視鏡スコープ２０内部にはライトガイド２１が設けられる。後述する光源部からの光がライトガイド２１の入射端２１Ａに照射されると、ライトガイド２１内を伝わって、内視鏡スコープ２０の先端（図示せず）から出射される。内視鏡スコープ２０が生体内に挿入されると、内視鏡スコープ２０の先端から出射される光が観察部位を照らし、内視鏡スコープ２０に設けられたＣＣＤ(図示せず)において被写体像が結像される。
【００１７】
光源部１０には光を出射する光源１１が配設される。光源１１は固定板１２に密着して固定される。固定板１２は光源部１０のハウジング１０ａに一体形成される。すなわち光源１１は固定板１２、ハウジング１０ａにより所定位置に固定され、ライトガイド２１が接続される方向に向かって光を出射するように位置決めされる。
【００１８】
光源１１から出射された光は絞り１３等を介してライトガイド２１に集光する。絞り１３には軸受け付き絞り支持フランジ１３ａが設けられる。この軸受け付き絞り支持フランジ１３ａをライトガイド２１の光軸に平行に取りつけられたステッピングモータ１４の出力軸１４ａが挿通し、絞り１３と出力軸１４ａが固定される。すなわち、ステッピングモータ１４の駆動により出力軸１４ａが回転すると、これに伴って絞り１３がライトガイド２１の光軸を横切るようにして回転駆動する。ステッピングモータ１４は連結板１５を介して固定板１２に固定される。
【００１９】
光源部１０には放熱用ファン３０が設けられる。放熱用ファン３０は光源１１を挟んでライトガイド２１が装着される面と反対側の面において、ハウジング１０ａ内に設けられた支持板１０ｂに固定されている。放熱用ファン３０はファン(図示せず)を回転駆動させることにより、光源１１方向に冷却風を供給する。放熱用ファン３０は、冷却風が光源１１にあたるような位置に設置される。
【００２０】
図３は光源１１を示す図である。
光源１１にはＬＥＤ光源１７が設けられる。ＬＥＤ光源１７は、環状に形成された固定部材１６の一方の端部に固定される。固定部材１６の内部は空洞であり、固定部材１６の端部に固定されたＬＥＤ光源１７から出力された光は、固定部材１６内部を進み、他方の端部から出射される。
【００２１】
固定部材１６の両端にはフランジ状の第１、第２の結合部１６ａ、１６ｂが形成される。第１の結合部１６ａは、固定板１２（図１参照）に一体的に結合され、ライトガイド２１に向かって光を出射するように設けられる。第２の結合部１６ｂの下方部には、固定用板バネ１８が配置される。固定用板バネ１８は、結合部１６ｂの外周に沿うように形成され、結合部１６ｂの内周側に近接した部分には２つのスリットＳ１、Ｓ２が設けられる。このスリットＳ１、Ｓ２に挟まれた板バネ１８Ａは、バネ力を有する。固定用板バネ１８はねじＮ１、Ｎ２により第２の結合部１６ｂに固定されることにより、ＬＥＤ光源１７は板バネ１８Ａにより背面から付勢され、結合部１６ｂに固定される。
【００２２】
一方、第２の結合部１６ｂの上方部には押さえ用バネ１９が設けられる。押さえ用バネ１９は、第２の結合部１６ｂに螺着されたねじ部１９ａに支持されており、一方の端部は、第２の結合部１６ｂに固定され、他方の端部は係止部材１６ｂに形成された切込に係止する。このような押さえ用バネ１９により、ＬＥＤ光源１７はその背面から支持される。
【００２３】
図４は、絞り１３をライトガイド２１側から見た図である。
光源１１から出射される光の量は、絞り１３により調整される。絞り１３は光源１１から出射される光を遮るように光軸に対して垂直方向に移動可能に設けられる。
【００２４】
絞り１３は、ステッピングモータ１４の出力軸１４ａに固定され、ステッピングモータ１４の駆動に連動して、出力軸１４ａの軸心周りを回転する（図１、２参照）。絞り１３には光量調整部１３ｂが設けられ、光量調整部１３ｂは、駆動方向Ｘに向かって幅が広くなる切込部１３ｃを有する。すなわち、絞り１３が駆動方向Ｘに駆動すると、切込部１３ｃを通過してライトガイド２１に到達する光量が少なくなり、駆動方向Ｘと反対方向に駆動すると、通過してライトガイド２１に到達する光量が多くなる。
【００２５】
このように、絞り１３はステッピングモータ１４の出力軸の駆動に連動して駆動し、ライトガイド２１に入射する光の量を調節する。従って、ステッピングモータ１４の駆動量を調節することにより、観察部位を照射する光量を自在に調節することが可能である。
【００２６】
図５および図６を用いて、ＬＥＤ光源１７について説明する。
図５はＬＥＤ光源１７をライトガイド２１（図１参照）側から見た図であり、図６はＬＥＤ光源１７上の発光ダイオードＬおよび通気孔Ｈの配置を示す図である。なお図５は、発光ダイオードＬおよび通気孔Ｈの配置を正確に示すものではない。
【００２７】
ＬＥＤ光源１７は、ライトガイド２１側から見て円形状の基板１７ｂを有する。基板１７ｂの面上には、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）Ｌが配置される。発光ダイオードＬは、一定の間隔で配置され、基板１７ｂの面全体に設けられる。また基板１７ｂには、複数の通気孔Ｈが形成され、一定の間隔で、面全体において設けられる。
【００２８】
図６に示すように、発光ダイオードＬは赤色光を発光する赤色発光ダイオードＲＬ、緑色光を発光する緑色発光ダイオードＧＬおよび青色光を発光する青色発光ダイオードＢＬの３種類の発光ダイオードからなる。
【００２９】
基板１７ｂ上では、赤色発光ダイオードＲＬ、緑色発光ダイオードＧＬ、青色発光ダイオードＢＬの３つの発光ダイオードを１組とするＬＥＤ群Ｄが形成され、全ての発光ダイオードＬは、いずれかのＬＥＤ群Ｄに属する。ＬＥＤ群Ｄを形成する各発光ダイオードＬは、正三角形状に配置され、三角形の各頂点において、上方には赤色発光ダイオードＲＬ、左下方には緑色発光ダイオードＧＬ、右下方には青色発光ダイオードＢＬが位置する。全てのＬＥＤ群Ｄではこのパターンにより発光ダイオードＬが配置される。従って、同色光を発光する発光ダイオードが、隣接して配置されることはない。
【００３０】
本実施形態においては、カラー撮像方式として面順次方式を採用する。各発光ダイオードＬは、面順次方式に従って赤色発光ダイオードＲＬ、緑色発光ダイオードＧＬ、青色発光ダイオードＢＬの順番で、それぞれ一定時間発光する。
【００３１】
発光ダイオードＬは発光すると、これに伴って熱を発生する。この熱量は、発光ダイオードＬの発光時間に比例して増加する。したがって順番で発光するは光ダイオードＬからはそれぞれ熱が発生し、各発光ダイオードＬから発生した熱は、基板１７ｂに伝達する。
【００３２】
基板１７ｂにおいて、ＬＥＤ群Ｄが配置される正三角形状の領域には、その中心部分に通気孔Ｈが形成される。すなわち、各発光ダイオードＬは、通気孔Ｈから同一距離ｒの位置に配置される。通気孔Ｈは後述する冷却風の供給口となり、近傍の発光ダイオードＬを冷却する。この通気孔Ｈと同一距離の位置に、熱を発生する各発光ダイオードＬが設置されるので、各発光ダイオードＬを均等に冷却することができる。
【００３３】
なお冷却効果を向上させるために、ＬＥＤ群Ｄ以外の、３つの発光ダイオードＬが形成する正三角形状の領域において、その中心に通気孔Ｈを設けてもよい。
【００３４】
図７はＬＥＤ光源１７、ライトガイド２１、放熱用ファン３０の位置関係を模式的に示す図である。ＬＥＤ光源１７に対して、ライトガイド２１の光軸方向ＬＰの前方には、絞り１３、集光レンズＳ、ライトガイド２１が設けられ、光軸方向ＬＰの後方には放熱用ファン３０が設置される。
【００３５】
発光ダイオードＬの発光により発生する熱は、発光ダイオードＬ自体、基板１７ｂおよび近傍の空気を温める。通気孔Ｈが基板１７ｂに形成されることにより、基板１７ｂの表面積は大きくなり、基板１７ｂの熱は空気中に発散されやすくなる。基板１７ｂに設けられる通気孔Ｈは、基板１７ｂを貫通しているので、基板１７ｂの前後の空気は、通気孔Ｈを介して基板１７ｂの反対側に流動可能である。
【００３６】
放熱用ファン３０は発光ダイオードＬの出射方向に対して後方に設置されている。放熱用ファン３０は基板１７ｂの背面に向かって空気（冷却風）を供給するように回転する。放熱用ファン３０が駆動すると、冷却風が発生し、基板１７ｂの通気孔Ｈを通過する。これにより、基板１７ｂが冷却される。
【００３７】
各発光ダイオードＬから発せられる熱は、ハロゲンランプ等から発せられる熱量と比較して、少量であるため、本実施形態において設置される放熱用ファン３０は、相対的に送風能力の低いものでよい。
【００３８】
このような第１の実施形態によれば、放熱用ファン３０から送られる冷却風は基板１７ｂの背面、正面および発光ダイオードＬに送られ、発光ダイオードＬを効果的に冷却可能である。
【００３９】
次に図８を用いて第２の実施形態について説明する。
図８は第２の実施形態におけるＬＥＤ光源４０、ライトガイド２１、放熱用ファン３０の位置関係を模式的に示す図である。なお、第１の実施形態と同じ構成の部分は同符号を付している。
【００４０】
第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ光源４０に対して、ライトガイド２１の光軸方向ＬＰの前方には、ライトガイド２１が設けられ、光軸方向ＬＰの後方には放熱用ファン３０が設置される。
【００４１】
ＬＥＤ光源４１には、ライトガイド２１の入射端２１Ａ付近を曲率中心として、湾曲する基盤４１が設けられ、この基板４１上には、複数の発光ダイオードＬが配設される。各発光ダイオードＬは、出射する光がライトガイド２１に入射するように、ライトガイド２１の入射端２１Ａ方向に向かって、それぞれ位置決めされる。
【００４２】
基板４１において形成される通気孔４０Ｈは、ライトガイド２１の入射端２１Ａを中心として放射状に形成される。すなわち、各通気孔４０Ｈは、近傍に配設される発光ダイオードＬの光軸と平行に形成されている。
【００４３】
このような第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同一の効果、すなわち効果的に、発光ダイオードから発せられる熱を冷却することができる。また、第２の実施形態においては、発光ダイオード４０Ｌから出射される光を集光する集光光学部材を設ける必要がない。
【００４４】
次に図９〜図１１を用いて第３の実施形態を説明する。
図９は第３の実施形態におけるＬＥＤ光源５０をライトガイド２１側から見た図である。
【００４５】
ＬＥＤ光源５０は、ライトガイド２１側から見て円形状の基板５１を有する。基板５１の面上には複数の発光ダイオード５０Ｌが配設される。各発光ダイオード５０Ｌは基板５０の中央部を中心とする同心円に沿って配置される。発光ダイオード５０Ｌは、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードの３種類からなり、１の同心円上に３種類の発光ダイオードが順番に配置される。すなわち、１の同心円上に配置される発光ダイオード５０Ｌは、同色光を発光する発光ダイオードが隣接することはなく、面順次方式にしたがって、１の同心円上に設けられる各発光ダイオード５０Ｌは、順次発光する。
【００４６】
図１０は第３の実施形態におけるＬＥＤ光源５０を破断して示す斜視図ある。基板５１はライトガイド２１の光軸に対して階段状に形成される。各発光ダイオード５０Ｌが設けられる面５０Ｓは、ライトガイド２１の入射端２１Ａの中心付近に対向するように形成される。従って、この面５０Ｓに設けられる発光ダイオード５０Ｌから平行に出射される光は、ライトガイド２１の入射端２１Ａに向かって入射する。
【００４７】
一方、階段の円筒状壁部５０Ｔには、通気孔５０Ｈが形成される。通気孔５０Ｈは、円筒状壁部５０Ｔにおいて一定の間隔で形成される。円筒状壁部５０Ｔには、発光ダイオードＬは設けられないため、第３の実施形態においては、第１、第２の実施形態と比較して、通気孔５０Ｈを多く形成すること、もしくは大きく形成することが可能である。
【００４８】
図１１は、第３の実施形態におけるＬＥＤ光源５０、ライトガイド２１、放熱用ファン３０の位置関係を模式的に示す図である。ＬＥＤ光源５０に対して、ライトガイド２１の光軸ＬＰの前方には、ライトガイド２１が設けられ、光軸ＬＰの後方には放熱用ファン３０が設置される。
【００４９】
このような第３の実施形態によっても、第１、第２の実施形態と同様に、発光ダイオード５０Ｌから発せられる熱を効果的に冷却することができる。また第２の実施形態と同様、発光ダイオード５０Ｌから出射される光を集光する集光光学部材を設ける必要はない。
【００５０】
第１〜第３の実施形態において、放熱用ファン３０は、基板１７ｂ（４１、５１）に向かって冷却風を供給するが、基板１７ｂの近傍から吸気するようにしてもよい。すなわち、基板１７ｂの近傍から吸気することにより、通気孔Ｈを介して基板１７ｂの前方から冷却風を発生させてもよい。
【００５１】
また、放熱用ファン３０は、発光ダイオードＬ、基板１７ｂを冷却し、発光ダイオードＬ近傍の空気を循環させるように設置されればよく、例えば、これらが可能であれば、基板１７ｂの上部に設けられてもよい。
【００５２】
第１〜第３の実施形態においてはカラー撮像方式として、面順次方式を採用し、赤色発光ダイオードＲＬ、緑色発光ダイオードＧＬ、青色発光ダイオードＢＬを順次点灯させるが、同時方式を採用し、各発光ダイオードを同時に点灯させてもよい。この場合、発光ダイオードＬには、白色光を発光する白色発光ダイオードを用いることは言うまでもない。またＬＥＤ光源の電流を制御することによりライトガイドへ入射する光量を制御しても良い。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＬＥＤを光源として用いた内視鏡用光源部において、熱劣化を防ぎ光源の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光源部を上面から見た断面図である。
【図２】光源部を側面から見た断面図
【図３】光源の外観を示す斜視図である。
【図４】絞りの外観を示す図である。
【図５】ＬＥＤ光源を正面から示す図である。
【図６】発光ダイオード、通気孔の配置を示す図である。
【図７】ＬＥＤ光源、ライトガイド、放熱用ファンの位置関係を示す図である。
【図８】第２に実施形態におけるＬＥＤ光源、ライトガイド、放熱用ファンの位置関係を示す図である。
【図９】第３の実施形態におけるＬＥＤ光源を正面から示す図である。
【図１０】第３の実施形態におけるＬＥＤ光源を破断して示す斜視図である。
【図１１】第３の実施形態におけるＬＥＤ光源、ライトガイド、放熱用ファンの位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１１光源
１３絞り
１７ＬＥＤ光源
１７ｂ、４１、５１基板
２０内視鏡スコープ
２１ライトガイド
３０放熱用ファン
Ｌ発光ダイオード
Ｈ通気孔

Claims

生体内の観察部位に照射される照明光を導くライトガイドに対し、前記照明光を出射する複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤが配設され、通気孔が形成される基板と、
前記基板の近傍に冷却風を発生させる冷却機構とを具備し、
前記通気孔が複数形成され、各通気孔が一定の間隔で、かつ前記基板の前記ＬＥＤが配設される面全体に形成されることを特徴とする内視鏡用光源部。
前記冷却機構が、前記基板に対して冷却風を送風する放熱用ファンであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源部。
前記冷却機構が、前記基板の近傍から吸気することにより、前記冷却風を発生させる放熱用ファンであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源部。
生体内の観察部位に照射される照明光を導くライトガイドに対し、前記照明光を出射する複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤが配設され、通気孔が形成される基板と、
前記基板の近傍に冷却風を発生させる冷却機構とを具備し、
３つの前記ＬＥＤによって１組のＬＥＤ群が形成され、前記基板において、前記ＬＥＤ群が配設される領域内に少なくとも１つの通気孔が形成されることを特徴とする内視鏡用光源部。
前記ＬＥＤ群が赤色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、青色発光ダイオードからなり、面順次方式に従って前記赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードが順次発光することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡用光源部。
前記ＬＥＤが白色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源部。
生体内の観察部位に照射される照明光を導くライトガイドに対し、前記照明光を出射する複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤが配設され、通気孔が形成される基板と、
前記基板の近傍に冷却風を発生させる冷却機構とを具備し、
前記基板が、前記基板上に配設される前記ＬＥＤから出射される光が前記ライトガイドの端部に集光するように形成され、
前記ＬＥＤが前記基板において円形領域内に配設され、かつ前記基板が階段状に形成され、前記通気孔が、ＬＥＤから放射される光軸に対して垂直方向に形成されることを特徴とする内視鏡用光源部。
生体内の観察部位に照射される照明光を導くライトガイドに対し、前記照明光を出射する複数のＬＥＤと、
前記ＬＥＤが配設され、通気孔が形成される基板と、
前記基板の近傍に冷却風を発生させる冷却機構とを具備し、
前記通気孔が複数形成され、各通気孔が一定の間隔で、かつ前記基板の前記ＬＥＤが配設される面全体に形成され、
前記基板が、前記基板上に配設される前記ＬＥＤから出射される光が前記ライトガイドの端部に集光するように形成され、
前記ＬＥＤが前記基板において円形領域内に配設され、かつ前記基板が前記ライトガイドの入射端付近を曲率中心として湾曲し、前記通気孔が前記ライトガイドの入射端付近の一点を中心として放射状に形成されることを特徴とする内視鏡用光源部。
前記ＬＥＤから出射される光の光量を調節して前記ライトガイドを照射する絞り機構をさらに有し、前記ＬＥＤが前記基板において円形領域内に配設され、かつ前記ライトガイドの光軸に対して垂直な板状に形成され、前記ＬＥＤから放射される光が前記基板から平行に光軸方向に進み、前記絞り機構を介して前記ライトガイドを照射することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源部。