JP4590095B2

JP4590095B2 - Light source device

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Publication number: JP4590095B2
Application number: JP2000372211A
Authority: JP
Inventors: 豊越川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: JP2002175702A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内視鏡等のライトガイドに照明光を供給するための光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡は、幅広い分野で使用され、例えば、医療分野に用いられることにより、体腔内の様子を無血的に観察、検査でき、また、工業分野に用いられることにより、機械内部の様子を非破壊、非分解で観察、検査できるようになっており、その役割は大きい。
一般に、内視鏡には、照明光を伝送するライトガイドが設けられており、ライトガイドの一端を光源装置に接続することによって、光源装置に設けられているランプからの光をライトガイドを介して伝送し、内視鏡の先端から被観察物を照明して、観察光学系を介して被観察物を観察することができるようになっている。
【０００３】
このような内視鏡観察に使用する光源装置には、一般に、照明光を調整するための調光用絞りが設けられている。
また、この種の光源装置の光源としては、キセノンランプやメタルハライドランプのような放電型のランプや、またはフィラメント型のハロゲンランプ等が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光源装置の光源に、これらの高輝度ランプを用いた場合には、光源からの光量を制限するか又は減光しないと、熱に弱いタイプのライトガイドや入射端付近に用いられる接着剤等が、その集光熱で劣化したり焼損してしまう恐れがある。
また、放電型ランプを用いた光源装置において、放電型ランプに取り付けられている反射鏡の光軸と電極の軸方向とが略一致している場合には、主に、電極自身が影となることと反射鏡の中心部にランプ挿入部の開口があることを原因として、図１９に示すように、出射光束の中心部の光量が低くなる現象、所謂、中抜け配光が生じる。また、密閉容器と反射鏡とが一体化して構成されている場合も、電極挿入の開口があるため、同様に、中抜け配光が生じてしまう。
他方、ハロゲンランプを用いた光源装置においても、フィラメントの長手方向と反射鏡の光軸方向が略一致している場合には、反射鏡の中心部にランプ挿入部の開口があるために、中抜け配光が生じてしまう。
このような中抜け配光が著しいと、照明範囲の中心が暗くなり観察に支障を来す。
【０００５】
これらの問題点を解決する従来技術としては、メッシュフィルタを光路中に挿入することによって、ライトガイドへの入射光量を減光して、ライトガイド端面における熱の問題を解決することが知られている。しかし、メッシュフィルタには、減光の作用はあっても中抜け配光を改善する効果はなかった。
また、特開平１１−３３７８４２号公報には、調光用の絞り羽板を利用することによって減光する技術が記載されているが、上記公報の実施例中に示されている形状の絞り羽根では、大きく絞り込むと中抜けがより顕著になってしまうという難点があった。さらに、特公平５−１０６４９号公報には、減光性のスリガラス等を用いることによって、減光及び配光を改善させるようにした内視鏡用光源装置が記載されているが、１種類のスリガラスを透過率制御を行なうことができるように構成することは困難であり、他方複数種類のスリガラスを準備しなければならないのでは、構成が煩雑化し、また、スペースが余計にとられてしまう。また、高輝度ランプからの光をスリガラスで減光させた場合には、スリガラスそのものがその熱により破損してしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で減光及び配光の改善が可能な光源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明による光源装置は、光を被観察物まで伝送するためのライトガイド（２）を光学的に接続及び取り外し可能に構成されていて、少なくとも、光源としてのランプ（１，１’）と、前記光源からの光を接続された前記ライトガイド（２）の一端面に集光させるための集光光学系（３）と、接続された前記ライトガイド（２）の種類を判別するライトガイド判別手段と、前記ライトガイド判別手段の判別情報に応じて光量変換部材を光路中に挿入し又は光路から除外することで光量を変換させる光量変換手段とからなる光源装置において、前記光量変換手段が、前記集光光学系（３）の瞳位置（Ｓ）における光量分布を平均化させるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、好ましくは、前記集光光学系（３）の光路中に光学フィルタを挿入又は光路から除外するためのターレット（９）を有し、前記光量変換手段が、遮光板（５）が設けられた前記ターレット（９）を回転させることにより前記集光光学系（３）の瞳位置（Ｓ）における光量分布を平均化させるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、好ましくは、前記遮光板（５）が、フィルタ固定部材（１１）であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
実施例１
本発明の第１実施例を図１に示す。図１は第１実施例にかかる光源装置の概略構成図である。
本実施例の光源装置は、光源であるキセノンランプ１と、キセノンランプ１からの光をライトガイド２に集光させるための集光光学系である集光レンズ３と、接続されるライトガイド２の種類を判別する図示しないライトガイド判別手段と、ライトガイド判別手段からの判別情報に応じて光量変換部材である金属製の遮光板５を光路中に挿入し又は光路から除外することで光量を変換させる光量変換手段（図１において省略）とで構成されている。
キセノンランプ１は、２つの電極を介して発せられる光をライトガイド２側に反射するリフレクタ部８とカバーガラス６とで密閉された空間ｂにキセノンガスを封入して一体型に構成されている。内視鏡などの光学装置においては、光を被観察物まで伝送するためのライトガイド２を光学的に接続及び取り外し可能に構成されている。遮光板５と集光レンズ３との間の光路上には、熱による破損を避けるため干渉フィルタ７がＩＲカットフィルタ及びＵＶカットフィルタとして配置されている。
【００１１】
そして、本実施例では、ライトガイド２として、高輝度モード対応のライトガイドと、熱に弱く高輝度モードのライトガイドに比べて細いために入射光を制限する必要がある低輝度モード対応のライトガイドとの２種類のライトガイドが光源装置に対して光学的に接続可能に設けられている。
【００１２】
ライトガイド判別手段は、図示しないライトガイドのコネクタ部と光源側のソケットに設けられた電気接点を通じて、ライトガイド側に設けた識別用抵抗などを介してその抵抗値を光源装置側で検知することにより、ライトガイドの種類が検知されるように構成された回路を備えている。
そして、ライトガイド判別手段は、この２種類のライトガイドのいずれかが光源装置に対し光学的に接続された場合に、接続されたライトガイドの種類を識別し、識別したライトガイドの種類に応じてライトガイドへの入射光量を、そのライトガイドの耐熱性範囲内となるように調整する。
光量変換手段は、ライトガイド判別手段を介して、高輝度モード対応タイプのライトガイドを接続したことが検知された場合には、遮光板５を光路から除外された位置に来るようにして、ランプ１から発光される光の多くが集光レンズ３を介してライトガイド２の入射端面に集光されるようにし、他方、低輝度モード対応タイプのライトガイドを接続したことが検知された場合には、遮光板５を光路中に挿入された位置に来るようにして、ランプ１から発光される光量を所望の入射光量（本実施例では約５０％）に減光するように、図示しない駆動モータを介して遮光板５の位置を駆動制御することによって、光量制御を行うように構成されている。
【００１３】
また、本実施例の光源装置の光学系は、電極間の輝点をライトガイド２の入射端面２ａに結像させており、また、ランプ１のカバーガラス６近傍に瞳が位置していると考えることができるように構成されている。ここで、点光源がリフレクタ部８の焦点位置Ｃに置かれたものとして考えると、この点光源より発せられた光線が、リフレクタ部８を介して光軸に平行に反射され、集光レンズ３の後側（図において右側）焦点位置近傍に配置されたライトガイド２の入射端面２ａに集光される。このとき、電極による陰やリフレクタ部８に形成された開口部ｄのために、図中斜線で示す範囲ａには光線が通らない状態となる。よって、ライガイド２の入射端面２ａに入射する光束には、θ１以下の入射角度を持つ光線がないため、入射光の配光分布が、中抜け配光となる。
【００１４】
また、実際のランプの輝点はある程度の大きさを有しているため、例えば、図１におけるリフレクタ部８の焦点位置Ｃから外れたところから発せられる光線も存在し、その光線はリフレクタ部８で反射されたときには完全な平行光ではなく、ある程度の広がり角を持つ光線として出射される。リフレクタ部８で反射された平行光線は、ライトガイドの入射端面において光軸上に集光されるが（図２(a)参照）、上記の広がり角を持った光線はライトガイドの入射端面において光軸より離れた位置に集光する（図２(b)参照）。このような光線を図２(b)に示すような径の太いライトガイド（高輝度モード対応）では拾えるため、中抜け配光が目立たなくなるが、図２(a)に示すような径の細いライトガイド（低輝度モード対応）では拾うことができないため、径の細いライトガイド（低輝度モード対応）の方がより中抜け配光が顕著となる。このため、径の細いライトガイドを接続した場合には、中抜け配光を目立たないようにする必要がある。
【００１５】
次に配光と瞳との関係を図３を用いて説明する。図３において、符号Ｓの位置を瞳とすると、瞳位置Ｓにおいて光軸から夫々Ｈ１，Ｈ２離れた位置（ここでは、このように光軸から離れた位置を光線高と呼ぶ）を通る平行光線は、夫々理想レンズ３’を介して、θ１，θ２の入射角でもってライトガイド２の入射端面２ａへ入射される。この場合、理想レンズ３’の焦点距離ｆの位置にライトガイド２の入射端面２ａがあるものとして光線高Ｈを１として規格化すると、光線高Ｈと入射角θとは、Ｈ＝ｔａｎθの関係となる。仮に、理想レンズ３’を用いた場合の瞳位置Ｓにおける光の強度分布が図４に示されるように均一であるとした場合、理想レンズ３’を経た光は、配光状態（角度分布）が変換され、ライトガイド２の端面２ａにおける光の強度分布が図５に示すようになる。
【００１６】
図４、５から分かるように、ライトガイド２の入射端面２ａにおいて入射角がθ１〜θ２の範囲の光の強度分布を低減させることは、瞳位置Ｓでの光線高Ｈ１〜Ｈ２の範囲の光を軽減させることに相当する。そこで、例えば、入射角がθ１〜θ２の範囲の光の光量を１／２に減光するには、図６に示すような内側半径がＨ１で、外側半径がＨ２の半ドーナッツ状の遮光板を瞳位置Ｓ上に設ければ良い。
ライトガイド２は、繊維の細いオプティカルファイバーバンドルであり、特性として、図７に示すように、一方向から入射角θ０で入射端面２ａに入射した平行光を、ファイバー内を透過させることによって同じ角度θ０の頂角を持つ円錐状に出射され、平面上に投射すると同心円状に光強度が平均化される。よって、伝送手段としてオプティカルファイバーを使用することにより、瞳位置Ｓでの光の強度分布を平均化しなくてもオプティカルファイバーバンドルを介してムラのない照明光を得ることが可能となる。
以上述べたように、瞳位置Ｓにおける光の強度分布を制御すれば、配光分布を制御することができる。
【００１７】
そこで、次に本実施例の構成における遮光板５による配光制御について述べる。図８は遮光板５の光軸に平行な方向から見た場合の形状を示す図である。また、図９は遮光板５が挿入されていない場合（高輝度モード）の配光状態を点線で、遮光板５が挿入されている場合（低輝度モード）の配光状態を実線で、各々示すグラフである。なお、ライトガイド２の入射端面２ａの径は、集光レンズ３の焦点距離の約１／２０であり、入射端面２ａにおける光強度は高輝度モードの最大値を１００％として規格化してある。
【００１８】
図９に示すように、低輝度モードでは、遮光板５を光路中に挿入して瞳位置上の所定範囲を通る光の光量を減光することにより、中抜け配光分布が緩和されてほぼ均一な配光分布となる。遮光板５の形状の設定は、高輝度モードでの配光が平均化されるように各入射角度範囲毎の減光率を仮に定めて、低輝度モードでの配光分布を先に決め、その後、全体の減光率が所望の減光率（本実施例では約５０％）になるように全体を係数倍することで低輝度モードでの光の強度を決定する。ここで光の各入射角度範囲毎に対応する瞳位置Ｓ上の位置範囲が上述のように決まるため、先に定めた各入射角度毎の減光率より、瞳位置Ｓ上の各位置範囲毎の遮光板５を張る角度（ここでは張り角と呼ぶ。）が決まる。本実施例では遮光板５を同心円状に形成してあるため、減光率に応じて遮光板５の張り角が定まるとその形状が決定する。表１に諸データを示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
なお、図１に示すように、カバーガラス６から集光レンズ３までの間は略平行光であるために、この間に遮光板５を置くと瞳位置Ｓにおける光の強度分布を精度よく制御できる。
【００２１】
本実施例の構成は、輝点が非常に小さく点光源として扱える場合の光源装置の構成例である。近年高輝度化のニーズが強く、益々放電ランプはショートアーク化、言い換えると点光源化が進んでいるため、本実施例のようにショートアークランプを構成すれば、光の強度分布を精度よく制御することができる。
以上述べたように、本実施例によれば、低輝度モードの場合には、加工性もよく、コストも安価な遮光板を用いることにより、所望光量まで減光でき、且つ均一な配光を提供することが可能である。
【００２２】
実施例２
本発明の第２実施例を図１０に示す。図１０は第２実施例の光源装置の概略構成図である。
本実施例の光源装置は、光源と、光源からの光をライトガイド２の入射端面２ａ上に集光させるための集光光学系を構成する集光レンズ３を備えていて光源からの輝点像を伝送するリレー光学系１０と、接続されるライトガイド２の種類を判別する図示しないライトガイド判別手段と、ライトガイド判別手段からの判別情報に応じて光量変換部材である金属製の遮光板５を光路中に挿入し又は光路から除外することで光量を変換させる光量変換手段（図１０において省略）とで構成されている。
【００２３】
光源は、ランプバルブ１’と、ランプバルブ１’の電極から発せられる光をライトガイド２側に反射、集光する楕円リフレクタ部８と、楕円リフレクタ部８の前端部に設けられたカバーガラス６とで構成されている。また、光源は、内視鏡などの光学装置において、光を被観察物まで伝送するためのライトガイド２を光学的に接続及び取り外し可能に構成されている。
また、リレー光学系１０を構成するレンズ間には、フィルタや非常灯等を可変挿入するためのターレット９（図１１参照）が回転可能に設けられている。なお、本実施例の光源装置の光学系では、楕円リフレクタ部８の開口位置ｄと、リレー光学系１０を構成するレンズ間とに瞳が位置している。また、リレー光学系１０を構成するレンズ間は、アフォーカル系として構成されている。
【００２４】
ところで、一般的に光源の内部に用いられているＩＲ、ＵＶカットフィルタや、色補正フィルタには、熱による破損を避ける為に干渉フィルタを用いることが多いが、干歩フィルタの透過率または反射率の特性は、光束の入射角に依存するため、フィルタヘの入射角がある程度以上大きくなると、所望の特性が得られない。よって干渉フィルタは、光線の入射角が一定となる位置、即ち、略平行光となるような位置に配置するのが好ましい。
【００２５】
本実施例の光源装置の光学系では、リレー光学系１０のアフォーカル光学系中に干渉フィルタ７が配置されており、この干渉フィルタ7はターレット９にフィルタ固定部材１１で取り付け固定されている。
フィルタ固定部材１１は、図１２に示すように、点線で囲んだ部分（以下、遮光部と呼ぶ）１６のハッチングで示されていない部位でもって遮光板５を兼ね備えて構成されている。なお、図１２中ハッチングで示した部分は透過孔を示している。そして、フィルタ固定部材１１は、遮光部１６の遮光板５を兼ねた部位でもって低輝度モードの配光調整を行ない、全面が光束径よりも大きな径の透過孔で形成された透過孔部１７でもって高輝度モードに対応するように形成されている。そして、ターレット９には、高輝度用開口部１３と低輝度用開口部１４の２つの開口部がターレット９の回転方向に沿って形成されており、フィルタ固定部材１１がターレット９に取り付けられたときに、低輝度用開口部１４が遮光部１６に、高輝度用開口部１３が透過孔部１７に、夫々位置合わせされるようになっている。
また、フィルタ７は、図１３に示すように、小判型に形成されていて、高輝度モード用と低輝度モード用のいずれの配光に対しても１枚のフィルタ７でもって対応できるように構成され、高輝度モード用と低輝度モード用ごとに２枚に分けずに済むようになっていて、従来のものと比べてコスト面で有利になっている。
【００２６】
ライトガイド判別手段は、第１実施例と同様に構成されており、光量制御の方法は、接続されるライトガイド２に対して、図示しない駆動モータが同調するように駆動制御されていて、駆動モータがターレット９を回転させて開口部の位置を高輝度モード用開口部１３と低輝度モード用開口部１４のいずれかを光路中に挿入し得るようになっている。高輝度モードが選定された場合は、ターレット９が回転することによりフィルタ固定部材１１の透過孔部１７が光路中に入るが、この透過孔１７は、この位置を通る光束径よりも大きく形成されており、光源からの光線を遮ることなく集光レンズ３を介してライトガイド２ヘ集光させることができるようになっている。また、低輝度モード対応のライトガイド２が接続された場合には、ターレット９が回転することによりフィルタ固定部材１１の遮光部１６が光路中に入り、入射光量を高輝度モード時の約３５％に減光するようになっている。
【００２７】
図１４は本実施例の構成において遮光板５（即ち、遮光部１６）が光路中に挿入されていない場合（高輝度モード）の配光状態を点線で、遮光板５（即ち、遮光部１６）が光路中に挿入されている場合（低輝度モード）の配光状態を実線で、夫々示すグラフである。なお、図１０に示すライトガイド２の入射端面２ａの径は、リレー光学系１０の最終レンズ２０である集光レンズ３の焦点距離の約１／１５であり、グラフ中の光の強度は高輝度モードの最大値を１００％として規格化してある。
【００２８】
ところで、ランプがある程度大きな輝点を有する場合には、図１５に示すように、ライトガイドの入射端面２ａに入射する光の入射角Δθ１（θ１〜θ２）、Δθ２（θ２〜θ３）に対応する瞳位置上の光束の範囲ΔＨ１、ΔＨ２は重なりを持ち、その重なりは、輝点が大きくなるほど無視できない大きさになる。そこで、本実施例におけるターレット９の遮光部１６に設けられた遮光板５は、上記の重なりを考慮して減光を行なうために、図１６に示すように、瞳位置上の範囲をより細かく同心円の形状に分割し、分割した径の所定の部位ごとに張り角を定めて、図１２に示すような形状に形成されている。
【００２９】
また、本実施例での遮光板５の形状の設定は、第１実施例と同様、表２に示すように、まず、高輝度モードでの配光が平均化されるように各入射角度範囲毎の減光率を仮に定めて、低輝度モードでの配光分布を決める。この配光分布から各入射角度毎の減光率が決まるため、遮光板における各入射角度に相当する位置範囲、即ち遮光部の張り角を決める。上記のようにして設定した遮光板５のスペックを表３に示す。本実施例では、配光を平均化するために遮光する範囲を同心円上の位置に制限するように設定してあるとともに、全体の遮光率が約３５％となるように設定してある。なお、リレー光学系１０を構成するレンズ間が平行光であるため、その間に遮光板５を配置することで、瞳位置に対する光の強度分布を精度よく制御することができる。
本実施例の構成は、輝点がある程度大きく、点光源として扱うのが困難な場合の光源装置の構成例である。
【００３０】
本実施例によれば、低輝度モードのライトガイドが接続された場合においても、フィルタを小判型に形成し、また、ターレットに取り付けるフィルタ固定部材を高輝度と低輝度との２つのモードに対応可能に形成したので、フィルタを増やさずに済み、コストを抑えて所望光量に減光し、且つ均一な配光を提供することが可能となる。
【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
実施例３
本発明の第３実施例を図１７に示す。図１７は、第３実施例の光源装置に用いられるターレットに取り付けるフィルタ固定部材１１を示す図である。
フィルタ固定部材１１の点線部で囲われた範囲（遮光部）１６’内のハッチング以外の部位は、本実施形態の遮光板５を示している。本実施例では、フィルタ固定部材１１に形成される遮光板５の形状が第２実施例と異なっている。その他の構成は実施例２と同様である。
【００３４】
本実施例の遮光部１６’は、光強度がピークとなる入射角度θｍに対応する瞳位置上の光線高Ｈｍ近傍に遮光部が円周状に設けられていて、その部分で遮光し配光分布のピーク値を下げるとともに、中心孔１８が設けられていて、中心位置近傍の周辺光線を遮光することなく中抜け配光を緩和させている。さらに、遮光部１６’は、周辺部の同心円上に周辺透過孔１９が形成されていて、周辺部の配光を調整して、全体の遮光率が約３０％となるように形状が設定されている。図１８は本実施例において遮光板５が挿入されていない場合（高輝度モード）の配光分布を点線で、遮光板５が挿入されている場合（低輝度モード）の配光分布を実線で、各々示すグラフである。なお、ライトガイド２の入射端面２ａの径は、リレー光学系１０の最終レンズ２０である集光レンズ３の焦点距離ｆの約１／１５であり、グラフ中の光の強度は高輝度モードの最大値を１００％として規格化してある。
【００３５】
本実施例によれば、低輝度モードのライトガイドが接続された場合において、従来からあるフィルタ固定部材を簡単に改良することで、より加工性も良く、コストも安価な遮光板として用いることができ、所望光量まで減光し、且つ均一な配光を提供することが可能となる。
【００３６】
以上説明したように、本発明による光源装置は、特許請求の範囲に記載された特徴のほかに下記に示すような特徴も備えている。
（１）前記光量変換手段は、前記ターレットに取り付けられる１枚のみの光学フィルタで光量変換に対応させることができるように前記光学フィルタを形成して備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光源装置。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、従来からあるフィルタ固定部材を改良することで、より加工性も良く、コストも安価な遮光板として用いることができ、所望光量まで減光し、且つ均一な配光を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例にかかる光源装置の概略構成図である。
【図２】中抜け配光を説明するための説明図であり、(a)は平行光線が低輝度用ライトガイドの入射端面に集光される状態、(b)は広がり角を持った光線が高輝度用ライトガイドの入射端面に集光された状態を示している。
【図３】配光と瞳との関係を説明するための説明図である。
【図４】瞳の位置に対する強度分布図である。
【図５】ライトガイドの入射端面への入射角に対する強度分布図である。
【図６】遮光板の一例を示す図である。
【図７】オプティカルファイバーの特性を示す説明図である。
【図８】第１実施例の遮光板を示す図である。
【図９】第１実施例における各モードでの配光分布を示すグラフである。
【図１０】第２実施例にかかる光源装置の概略構成図である。
【図１１】第２実施例に用いられるターレットの平面図である。
【図１２】第２実施例に用いられる遮光板の平面図である。
【図１３】第２実施例に用いられるフィルタの平面図である。
【図１４】第２実施例における各モードでの配光分布を示すグラフである。
【図１５】第２実施例での配光と瞳位置との相関図である。
【図１６】第２実施例において遮光板の位置範囲を定めるための瞳の分割図である。
【図１７】第３実施例にかかる光源装置に用いられる遮光板の平面図である。
【図１８】第３実施例における各モードでの配光分布を示すグラフである。
【図１９】光源装置における中抜け配光分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１’ ランプ
２ライトガイド
２ａライトガイドの（入射）端面
３集光レンズ
３’ 理想レンズ
５遮光板
６（ランプの）カバーガラス
７干渉フィルタ
８リフレクタ部
９ターレット
１０リレー光学系
１１フィルタ固定部材
１３高輝度用開口部
１４低輝度用開口部
１６、１６’ 遮光部
１７透過孔
１８中心部透過孔
１９周辺部透過孔
２０最終レンズ
Ｓ瞳[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source device for supplying illumination light to a light guide such as an endoscope.
[0002]
[Prior art]
Endoscopes are used in a wide range of fields.For example, they can be used in the medical field to observe and inspect the inside of a body cavity without blood. It can be observed and inspected without destruction and non-decomposition, and its role is great.
In general, an endoscope is provided with a light guide that transmits illumination light. By connecting one end of the light guide to a light source device, light from a lamp provided in the light source device is transmitted through the light guide. Then, the object to be observed is illuminated from the tip of the endoscope, and the object to be observed can be observed through the observation optical system.
[0003]
A light source device used for such endoscopic observation is generally provided with a dimming diaphragm for adjusting illumination light.
As a light source of this type of light source device, a discharge type lamp such as a xenon lamp or a metal halide lamp, a filament type halogen lamp, or the like is used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when these high-intensity lamps are used as the light source of the light source device, if the light amount from the light source is not limited or dimmed, it is a heat-sensitive light guide or an adhesive used near the incident end. May deteriorate or burn out due to the heat of condensing.
Further, in a light source device using a discharge lamp, when the optical axis of a reflecting mirror attached to the discharge lamp and the axial direction of the electrode substantially coincide with each other, the electrode itself mainly becomes a shadow. As shown in FIG. 19, a phenomenon in which the amount of light at the central portion of the emitted light beam decreases, so-called hollow light distribution, occurs due to the fact that there is an opening of the lamp insertion portion at the central portion of the reflecting mirror. In addition, even when the sealed container and the reflecting mirror are integrated, there is an opening for inserting the electrode, and similarly, a hollow light distribution occurs.
On the other hand, in a light source device using a halogen lamp, when the longitudinal direction of the filament and the optical axis direction of the reflecting mirror are substantially coincident with each other, the center of the reflecting mirror has an opening for the lamp insertion portion. Through light distribution occurs.
If such a hollow light distribution is remarkable, the center of the illumination range becomes dark, which hinders observation.
[0005]
As a conventional technique for solving these problems, it is known that the amount of light incident on the light guide is reduced by inserting a mesh filter in the optical path to solve the heat problem at the end face of the light guide. Yes. However, the mesh filter has no effect of improving the hollow light distribution even though it has a dimming effect.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-337842 describes a technique for dimming by using a diaphragm blade for dimming, but the diaphragm blade having the shape shown in the embodiment of the above-mentioned publication. Then, when narrowing down greatly, there was a difficulty that a hollow will become more remarkable. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 5-10649 discloses an endoscope light source device that uses a light-reducing ground glass or the like to improve light reduction and light distribution. It is difficult to configure the ground glass so that the transmittance can be controlled. On the other hand, if a plurality of types of ground glass must be prepared, the configuration becomes complicated and extra space is required. In addition, when the light from the high-intensity lamp is reduced with ground glass, the ground glass itself is damaged by the heat.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light source device capable of reducing light and improving light distribution with a simple configuration.
[0007]
[Means and Actions for Solving the Problems]
The light source device according to the present invention is configured such that a light guide (2) for transmitting light to an object to be observed can be optically connected and removed, and at least a lamp (1, 1 ′) as a light source, light guide discrimination for discriminating the connected light light guide (2) condensing optical system for converging on one end face of the (3), the type of the connected said light guide (2) from the light source And a light source device that converts the light amount by inserting or excluding the light amount conversion member in the optical path according to the determination information of the light guide determination unit, the light amount conversion unit, The light quantity distribution at the pupil position (S) of the condensing optical system (3) is averaged.
[0008]
In addition, the present invention preferably has a turret (9) for inserting or excluding an optical filter in the optical path of the condensing optical system (3) , and the light amount converting means includes a light shielding plate (5). The turret (9) provided with () is rotated to average the light amount distribution at the pupil position (S) of the condensing optical system (3) .
[0009]
Further, the present invention is preferably characterized in that the light shielding plate (5) is a filter fixing member (11) .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Example 1
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light source device according to a first embodiment.
The light source device of the present embodiment includes a xenon lamp 1 that is a light source, a condensing lens 3 that is a condensing optical system for condensing light from the xenon lamp 1 onto a light guide 2, and a light guide 2 connected thereto. The light guide discriminating means (not shown) for discriminating the type of light and the light shielding plate 5 made of metal as a light quantity conversion member according to the discrimination information from the light guide discriminating means is inserted into the optical path or excluded from the optical path. It is comprised with the light quantity conversion means (it abbreviate | omits in FIG. 1) to convert.
The xenon lamp 1 is configured as a single unit by enclosing xenon gas in a space b sealed by a reflector portion 8 that reflects light emitted through two electrodes toward the light guide 2 and the cover glass 6. . In an optical apparatus such as an endoscope, a light guide 2 for transmitting light to an object to be observed is configured to be optically connectable and detachable. On the optical path between the light shielding plate 5 and the condenser lens 3, an interference filter 7 is disposed as an IR cut filter and a UV cut filter in order to avoid damage due to heat.
[0011]
In this embodiment, the light guide 2 is a light guide compatible with the high brightness mode and a light guide compatible with the low brightness mode, which is thinner than the light guide that is weak against heat and has a high brightness mode. Two types of light guides with a guide are provided so as to be optically connectable to the light source device.
[0012]
The light guide discriminating means detects the resistance value on the light source device side through an identification contact provided on the light guide side through an electrical contact provided on the light guide connector portion and the light source side socket (not shown). Thus, a circuit configured to detect the type of the light guide is provided.
The light guide discriminating unit identifies the type of the light guide connected when one of the two types of light guides is optically connected to the light source device, and according to the type of the identified light guide. Adjust the amount of light incident on the light guide to be within the heat resistance range of the light guide.
When it is detected that the high-luminance mode compatible type light guide is connected via the light guide discriminating means, the light quantity converting means is arranged so that the light-shielding plate 5 is located at a position excluded from the light path. When it is detected that most of the light emitted from 1 is condensed on the incident end face of the light guide 2 via the condenser lens 3, and the light guide corresponding to the low luminance mode is connected. Is a drive (not shown) so that the light quantity emitted from the lamp 1 is reduced to a desired incident light quantity (about 50% in this embodiment) by bringing the light shielding plate 5 to the position inserted in the optical path. The light amount is controlled by driving and controlling the position of the light shielding plate 5 via a motor.
[0013]
Further, in the optical system of the light source device of this embodiment, the bright spot between the electrodes is imaged on the incident end face 2a of the light guide 2, and the pupil is located in the vicinity of the cover glass 6 of the lamp 1. It is structured so that it can be considered. Here, assuming that the point light source is placed at the focal position C of the reflector unit 8, the light beam emitted from the point light source is reflected through the reflector unit 8 in parallel with the optical axis, and the condenser lens 3. The light is focused on the incident end face 2a of the light guide 2 disposed in the vicinity of the rear side (right side in the figure) focal position. At this time, due to the shadow by the electrodes and the opening d formed in the reflector 8, the light beam does not pass through the range a indicated by the oblique lines in the figure. Therefore, the light beam incident on the incident end face 2a of the lie guide 2 does not have a light beam having an incident angle equal to or less than θ1, so that the light distribution distribution of the incident light is a hollow light distribution.
[0014]
In addition, since the actual bright spot of the lamp has a certain size, for example, there is a light ray emitted from a position deviating from the focal position C of the reflector unit 8 in FIG. When the light is reflected by the light beam, the light beam is emitted as a light beam having a certain divergence angle rather than a perfect parallel light beam. The parallel light beam reflected by the reflector 8 is collected on the optical axis at the incident end surface of the light guide (see FIG. 2A), but the light beam having the above divergence angle is reflected at the incident end surface of the light guide. The light is condensed at a position away from the optical axis (see FIG. 2B). Since such a light beam can be picked up by a light guide with a large diameter as shown in FIG. 2 (b) (corresponding to the high brightness mode), the light distribution in the middle becomes inconspicuous, but the diameter is small as shown in FIG. Since the light guide (corresponding to the low luminance mode) cannot be picked up, the light guide (corresponding to the low luminance mode) having a small diameter has a more noticeable hollow light distribution. For this reason, when a light guide with a small diameter is connected, it is necessary to make the light distribution in the middle not conspicuous.
[0015]
Next, the relationship between the light distribution and the pupil will be described with reference to FIG. In FIG. 3, when the position of the symbol S is a pupil, parallel rays passing through positions at H1 and H2 away from the optical axis at the pupil position S (here, the positions away from the optical axis are referred to as light beam heights). Are incident on the incident end face 2a of the light guide 2 with the incident angles of θ1 and θ2, respectively through the ideal lens 3 ′. In this case, assuming that the incident end face 2a of the light guide 2 is located at the focal length f of the ideal lens 3 ′ and normalizing the light beam height H as 1, the relationship between the light beam height H and the incident angle θ is H = tan θ. It becomes. If the light intensity distribution at the pupil position S when the ideal lens 3 ′ is used is uniform as shown in FIG. 4, the light passing through the ideal lens 3 ′ is in a light distribution state (angle distribution). Is converted, and the light intensity distribution on the end face 2a of the light guide 2 becomes as shown in FIG.
[0016]
As can be seen from FIGS. 4 and 5, reducing the light intensity distribution in the incident angle range θ1 to θ2 on the incident end face 2a of the light guide 2 is the light in the light beam height H1 to H2 range at the pupil position S. Is equivalent to reducing Therefore, for example, in order to reduce the amount of light having an incident angle in the range of θ1 to θ2 by half, a half-doughnut-shaped light shielding plate having an inner radius H1 and an outer radius H2 as shown in FIG. May be provided on the pupil position S.
The light guide 2 is an optical fiber bundle with thin fibers. As shown in FIG. 7, the light guide 2 has the same angle by transmitting parallel light incident on the incident end face 2a from one direction at an incident angle θ0 as shown in FIG. When the light is emitted in a conical shape having an apex angle of θ0 and projected onto a plane, the light intensity is averaged concentrically. Therefore, by using an optical fiber as the transmission means, it is possible to obtain uniform illumination light through the optical fiber bundle without averaging the light intensity distribution at the pupil position S.
As described above, by controlling the light intensity distribution at the pupil position S, the light distribution can be controlled.
[0017]
Therefore, light distribution control by the light shielding plate 5 in the configuration of the present embodiment will be described next. FIG. 8 is a diagram showing a shape of the light shielding plate 5 when viewed from a direction parallel to the optical axis. In FIG. 9, the light distribution state when the light shielding plate 5 is not inserted (high luminance mode) is indicated by a dotted line, and the light distribution state when the light shielding plate 5 is inserted (low luminance mode) is indicated by a solid line. It is a graph to show. The diameter of the incident end face 2a of the light guide 2 is about 1/20 of the focal length of the condenser lens 3, and the light intensity at the incident end face 2a is normalized with the maximum value in the high luminance mode as 100%.
[0018]
As shown in FIG. 9, in the low luminance mode, the light distribution through the predetermined area is reduced by inserting the light shielding plate 5 in the optical path to reduce the amount of light passing through a predetermined range on the pupil position. Uniform light distribution. The setting of the shape of the light-shielding plate 5 is such that the light distribution in the low-luminance mode is determined first by temporarily setting the light reduction rate for each incident angle range so that the light distribution in the high-luminance mode is averaged. Thereafter, the light intensity in the low luminance mode is determined by multiplying the whole coefficient so that the overall light attenuation rate becomes a desired light attenuation rate (about 50% in this embodiment). Here, since the position range on the pupil position S corresponding to each incident angle range of light is determined as described above, each position range on the pupil position S is determined based on the dimming rate for each incident angle determined previously. The angle at which the light shielding plate 5 is stretched (referred to herein as the tension angle) is determined. In this embodiment, since the light shielding plate 5 is formed concentrically, the shape is determined when the tension angle of the light shielding plate 5 is determined according to the light attenuation rate. Table 1 shows various data.
[0019]
[Table 1]

[0020]
As shown in FIG. 1, since the light from the cover glass 6 to the condenser lens 3 is substantially parallel light, the light intensity distribution at the pupil position S can be accurately controlled by placing the light shielding plate 5 therebetween. .
[0021]
The configuration of the present embodiment is a configuration example of the light source device when the bright spot is very small and can be handled as a point light source. In recent years, there has been a strong need for higher brightness, and more and more discharge lamps have become shorter arcs, in other words, point light sources. Therefore, if a short arc lamp is configured as in this embodiment, the light intensity distribution can be controlled with high accuracy. can do.
As described above, according to the present embodiment, in the case of the low luminance mode, by using a shading plate that has good workability and low cost, the light can be reduced to a desired light amount and uniform light distribution can be achieved. It is possible to provide.
[0022]
Example 2
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the light source device of the second embodiment.
The light source device of the present embodiment includes a light source and a condensing lens 3 that constitutes a condensing optical system for condensing light from the light source on the incident end surface 2a of the light guide 2, and a bright spot from the light source. A relay optical system 10 for transmitting an image, a light guide discriminating means (not shown) for discriminating the type of the light guide 2 to be connected, and a metal light-shielding plate which is a light amount conversion member according to discrimination information from the light guide discrimination unit The light amount conversion means (not shown in FIG. 10) for converting the light amount by inserting 5 into the optical path or excluding it from the optical path.
[0023]
The light source includes a lamp bulb 1 ′, an elliptic reflector portion 8 that reflects and collects light emitted from the electrode of the lamp bulb 1 ′ toward the light guide 2, and a cover glass 6 provided at the front end portion of the elliptic reflector portion 8. It consists of and. The light source is configured to be optically connectable and detachable to a light guide 2 for transmitting light to an object to be observed in an optical device such as an endoscope.
A turret 9 (see FIG. 11) for variably inserting a filter, an emergency light, or the like is rotatably provided between the lenses constituting the relay optical system 10. In the optical system of the light source device of this embodiment, the pupil is located between the opening position d of the elliptical reflector unit 8 and between the lenses constituting the relay optical system 10. In addition, the lenses constituting the relay optical system 10 are configured as an afocal system.
[0024]
By the way, interference filters are often used for IR and UV cut filters and color correction filters that are generally used in light sources in order to avoid damage due to heat. Since the characteristics of the rate depend on the incident angle of the light beam, the desired characteristics cannot be obtained if the incident angle on the filter becomes larger than a certain level. Therefore, the interference filter is preferably arranged at a position where the incident angle of the light beam is constant, that is, a position where the light becomes substantially parallel light.
[0025]
In the optical system of the light source device of the present embodiment, an interference filter 7 is disposed in the afocal optical system of the relay optical system 10, and this interference filter 7 is attached and fixed to the turret 9 by a filter fixing member 11.
As shown in FIG. 12, the filter fixing member 11 also has a light shielding plate 5 in a portion not shown by hatching of a portion 16 (hereinafter referred to as a light shielding portion) surrounded by a dotted line. In FIG. 12, the hatched portion indicates a transmission hole. Then, the filter fixing member 11 performs light distribution adjustment in the low luminance mode at a portion that also serves as the light shielding plate 5 of the light shielding portion 16, and the transmission hole portion 17 that is formed with a transmission hole having a diameter larger than the light beam diameter on the entire surface. Therefore, it is formed to correspond to the high luminance mode. The turret 9 is formed with two openings, a high-luminance opening 13 and a low-luminance opening 14 along the rotation direction of the turret 9, and the filter fixing member 11 is attached to the turret 9. Sometimes, the low-luminance opening 14 is aligned with the light-shielding portion 16, and the high-luminance opening 13 is aligned with the transmission hole portion 17.
Further, as shown in FIG. 13, the filter 7 is formed in an oval shape so that the single filter 7 can cope with both the light distribution for the high luminance mode and the low luminance mode. It is configured so that it is not necessary to divide into two sheets for each of the high luminance mode and the low luminance mode, which is advantageous in terms of cost compared to the conventional one.
[0026]
The light guide discriminating means is configured in the same manner as in the first embodiment, and the light amount control method is controlled so that a drive motor (not shown) is synchronized with the connected light guide 2 and is driven. The motor rotates the turret 9 so that either the high luminance mode opening 13 or the low luminance mode opening 14 can be inserted into the optical path. When the high brightness mode is selected, the transmission hole 17 of the filter fixing member 11 enters the optical path by the rotation of the turret 9, and the transmission hole 17 is formed larger than the diameter of the light beam passing through this position. The light can be condensed on the light guide 2 via the condenser lens 3 without blocking the light from the light source. In addition, when the light guide 2 corresponding to the low luminance mode is connected, the light shielding portion 16 of the filter fixing member 11 enters the optical path by rotating the turret 9, and the incident light amount is about 35% in the high luminance mode. It is supposed to fade out.
[0027]
FIG. 14 shows the light distribution state when the light shielding plate 5 (that is, the light shielding portion 16) is not inserted in the optical path (high luminance mode) in the configuration of the present embodiment with a dotted line, and the light shielding plate 5 (that is, the light shielding portion 16). ) Is inserted in the optical path (low luminance mode), and the light distribution state is indicated by a solid line. The diameter of the incident end face 2a of the light guide 2 shown in FIG. 10 is about 1/15 of the focal length of the condenser lens 3 which is the final lens 20 of the relay optical system 10, and the light intensity in the graph is high. The maximum value of the luminance mode is standardized as 100%.
[0028]
By the way, when the lamp has a certain bright spot, as shown in FIG. 15, it corresponds to the incident angles Δθ1 (θ1 to θ2) and Δθ2 (θ2 to θ3) of the light incident on the incident end surface 2a of the light guide. The light flux ranges ΔH1 and ΔH2 on the pupil position have an overlap, and the overlap becomes larger as the bright spot becomes larger. Therefore, the light shielding plate 5 provided in the light shielding portion 16 of the turret 9 in the present embodiment has a finer range on the pupil position, as shown in FIG. It is divided into concentric circles, and a tension angle is determined for each predetermined portion of the divided diameter, and the shape shown in FIG. 12 is formed.
[0029]
In addition, the setting of the shape of the light-shielding plate 5 in this embodiment is performed in each incident angle range so that the light distribution in the high luminance mode is averaged as shown in Table 2, as in the first embodiment. The light distribution is determined in the low luminance mode by temporarily determining the light attenuation rate for each. Since the light attenuation rate for each incident angle is determined from this light distribution, the position range corresponding to each incident angle on the light shielding plate, that is, the tension angle of the light shielding portion is determined. Table 3 shows the specifications of the light shielding plate 5 set as described above. In this embodiment, in order to average the light distribution, the light shielding range is set to be limited to a concentric position, and the overall light shielding rate is set to about 35%. Since the lenses constituting the relay optical system 10 are parallel light, the light intensity distribution with respect to the pupil position can be accurately controlled by disposing the light shielding plate 5 therebetween.
The configuration of the present embodiment is a configuration example of the light source device when the bright spot is large to some extent and it is difficult to handle it as a point light source.
[0030]
According to this embodiment, even when a low-luminance mode light guide is connected, the filter is formed in an oval shape, and the filter fixing member attached to the turret is compatible with two modes of high luminance and low luminance. Since it is possible to form, it is not necessary to increase the number of filters, it is possible to reduce the cost to a desired amount of light at a reduced cost, and provide a uniform light distribution.
[0031]
[Table 2]

[0032]
[Table 3]

[0033]
Example 3
A third embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 17 is a view showing the filter fixing member 11 attached to the turret used in the light source device of the third embodiment.
A portion other than hatching in a range (light shielding portion) 16 ′ surrounded by a dotted line portion of the filter fixing member 11 indicates the light shielding plate 5 of the present embodiment. In the present embodiment, the shape of the light shielding plate 5 formed on the filter fixing member 11 is different from that of the second embodiment. Other configurations are the same as those of the second embodiment.
[0034]
In the light shielding part 16 ′ of this embodiment, a light shielding part is provided in the vicinity of the light beam height Hm on the pupil position corresponding to the incident angle θm at which the light intensity reaches a peak, and the light shielding is performed at that part. In addition to lowering the peak value of the distribution, a center hole 18 is provided to alleviate the hollow light distribution without blocking the peripheral rays near the center position. Further, the light shielding portion 16 'has a peripheral transmission hole 19 formed on a concentric circle in the peripheral portion, and the shape is set so that the light shielding ratio of the entire portion is about 30% by adjusting the light distribution in the peripheral portion. ing. FIG. 18 shows the light distribution in the present embodiment when the light shielding plate 5 is not inserted (high luminance mode) by a dotted line, and the light distribution when the light shielding plate 5 is inserted (low luminance mode) by a solid line. FIG. The diameter of the incident end face 2a of the light guide 2 is about 1/15 of the focal length f of the condenser lens 3 which is the final lens 20 of the relay optical system 10, and the light intensity in the graph is in the high luminance mode. The maximum value is normalized as 100%.
[0035]
According to this embodiment, when a low-luminance mode light guide is connected, a conventional filter fixing member can be simply improved so that it can be used as a light shielding plate with better workability and lower cost. It is possible to reduce the light amount to a desired amount and provide a uniform light distribution.
[0036]
As described above, the light source device according to the present invention has the following features in addition to the features described in the claims.
(1) The light quantity conversion means is provided with the optical filter formed so as to be able to cope with light quantity conversion with only one optical filter attached to the turret. 4. The light source device according to 3.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by improving the conventional filter fixing member, it can be used as a light shielding plate with better workability and low cost, and it can be reduced to a desired light amount. In addition, a uniform light distribution can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light source device according to a first embodiment.
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams for explaining hollow light distribution, in which FIG. 2A shows a state in which parallel rays are condensed on an incident end face of a low-intensity light guide, and FIG. 2B shows a ray having a spread angle; Shows a state in which light is focused on the incident end face of the high-intensity light guide.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a light distribution and a pupil.
FIG. 4 is an intensity distribution diagram with respect to pupil positions.
FIG. 5 is an intensity distribution diagram with respect to an incident angle to an incident end face of the light guide.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a light shielding plate.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing characteristics of an optical fiber.
FIG. 8 is a view showing a light shielding plate of the first embodiment.
FIG. 9 is a graph showing a light distribution in each mode in the first embodiment.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a light source device according to a second embodiment.
FIG. 11 is a plan view of a turret used in the second embodiment.
FIG. 12 is a plan view of a light shielding plate used in the second embodiment.
FIG. 13 is a plan view of a filter used in the second embodiment.
FIG. 14 is a graph showing a light distribution in each mode in the second embodiment.
FIG. 15 is a correlation diagram between light distribution and pupil position in the second embodiment.
FIG. 16 is a pupil division diagram for determining the position range of the light shielding plate in the second embodiment.
FIG. 17 is a plan view of a light shielding plate used in the light source device according to the third embodiment.
FIG. 18 is a graph showing a light distribution in each mode in the third embodiment.
FIG. 19 is a graph showing a hollow light distribution in the light source device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 'Lamp 2 Light guide 2a (Incoming) end face 3 of light guide 3 Condensing lens 3' Ideal lens 5 Light shielding plate 6 (Lamp) cover glass 7 Interference filter 8 Reflector part 9 Turret 10 Relay optical system 11 Filter fixing member 13 High-brightness opening 14 Low-

brightness opening

16, 16 ′ Light-shielding part 17 Transmission hole 18 Central transmission hole 19 Peripheral transmission hole 20 Final lens S Pupil

Claims

The light guide (2) for transmitting light to the object to be observed is configured to be optically connectable and detachable,
at least,
A lamp (1, 1 ') as a light source;
A condensing optical system (3) for condensing the light from the light source on one end face of the connected light guide (2) ;
A light guide discriminating means for discriminating the type of the connected light guide (2) ;
In the light source device comprising the light amount converting means for converting the light amount by inserting or excluding the light amount converting member in the optical path according to the determination information of the light guide determining means,
The light source device, wherein the light quantity conversion means is configured to average a light quantity distribution at a pupil position (S) of the condensing optical system (3) .

A turret (9) for inserting or excluding an optical filter in the optical path of the condensing optical system (3) ;
The light quantity conversion means is configured to average the light quantity distribution at the pupil position (S) of the condensing optical system (3) by rotating the turret (9) provided with a light shielding plate (5). The light source device according to claim 1, wherein:

The light source device according to claim 2, wherein the light shielding plate (5) is a filter fixing member (11) .