JP5841691B2 - 光源装置及び内視鏡装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内視鏡に好適な光源装置及び内視鏡装置に関する。
従来より、体腔内等へ細長の内視鏡を挿入して被検部位の観察や各種処置を行うようにした内視鏡が広く用いられている。このような内視鏡においては、腔内の撮影を行うために光源装置が採用される。近年、発光部としてＬＥＤ等の半導体光源を採用した光源装置が用いられることがある。このような光源装置は、駆動パルスのデューティ比を変化させるＰＷＭ制御やＬＥＤ電流を変化させる電流制御によって、ＬＥＤを調光制御することができる。
このようなＬＥＤ光源を利用した光源装置は、発光量に応じて発熱し、発熱時の温度変化によって光量が変動する。そこで、日本国特開２００７−１４９４６９号公報（以下、文献１という）においては、ペルチェ素子を利用してＬＥＤを冷却する装置が開示されている。文献１の装置は、ＬＥＤの駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも早く立ち上がる周期的なパルス電流によってペルチェ素子を駆動することで、パルス点灯するＬＥＤの発熱に追随した冷却が行われることを可能にしている。
しかしながら、文献１の提案におけるＬＥＤ光源は、直視型の表示装置やプロジェクタに採用されるものであり、光量変化は比較的小さい。これに対し、内視鏡に採用される光源においては、観察モードによって照明光量の変化が比較的大きく、ＬＥＤ光源の発熱量の変化も比較的大きい。このため、文献１の提案を採用したとしても、ＬＥＤ光源の温度変化に追随した冷却制御を行うことができず、冷却不足によってＬＥＤの寿命等に悪影響を及ぼしたり、過冷却によって結露が生じることがあるという問題があった。
本発明は、光量変化及び温度変化が比較的大きい場合でも、温度変化に対して追従性に優れた冷却を行うことができる光源装置及び内視鏡装置を提供することを目的とする。
本発明に係る一態様の光源装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、前記半導体発光素子に光を出射させるための半導体発光素子駆動信号を前記半導体発光素子に供給する半導体発光素子駆動部と、前記冷却素子に前記半導体発光素子を冷却させるための冷却素子駆動信号を前記冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、前記半導体発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記半導体発光素子の発光量を制御する半導体発光素子駆動制御部と、前記半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、前記半導体発光素子駆動制御部により設定された前記半導体発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ前記半導体発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する前記冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部と、を具備する。
また、本発明に係る一態様の内視鏡装置は、内視鏡と、前記内視鏡に供給する照明光を発生する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、前記半導体発光素子に光を出射させるための半導体発光素子駆動信号を前記半導体発光素子に供給する半導体発光素子駆動部と、前記冷却素子に前記半導体発光素子を冷却させるための冷却素子駆動信号を前記冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、前記半導体発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記半導体発光素子の発光量を制御する半導体発光素子駆動制御部と、前記半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、前記半導体発光素子駆動制御部により設定された前記半導体発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ前記半導体発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する前記冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部と、を具備する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る光源装置を示すブロック図である。本実施の形態は、光源装置を内視鏡、ビデオプロセッサ及びモニタを有する内視鏡システムに適用したものである。
内視鏡システム１は、内視鏡１０、ビデオプロセッサ２０、モニタ３０及び光源装置４０によって構成される。内視鏡１０は、先端側に、管腔内等に挿入可能な細長の挿入部１１を有しており、基端側は、コネクタ１２によって光源装置４０に着脱自在に接続されるようになっている。
また、内視鏡１０はケーブル１７及びコネクタ１８によってビデオプロセッサ２０に着脱自在に接続されるようになっている。このように、光源装置４０及びビデオプロセッサ２０には、異なる種別の内視鏡を装着することができるようになっている。
挿入部１１の先端には、管腔内等の被写体の映像を撮像するための撮像素子１３及び光源装置４０からの光を被写体に照射するためのレンズ１４が配設されている。レンズ１４によって、光源装置４０からライトガイド１５を介して伝送された照明光が被写体に照射される。撮像素子１３は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等によって構成されており、被写体からの戻り光が撮像面に入射され、入射した被写体光学像を光電変換し、蓄積した電荷に基づく撮像出力を順次出力する。
撮像素子１３は、ビデオプロセッサ２０から同期信号を含む駆動信号が供給されて動作し、撮像出力を信号線１６を介してビデオプロセッサ２０に供給する。
ビデオプロセッサ２０は、撮像出力に対して所定の信号処理を施してモニタ３０に表示可能な映像信号を生成する。ビデオプロセッサ２０からの映像信号は、ケーブル２１を介してモニタ３０に供給される。こうして、モニタ３０の表示画面上において、撮像出力に基づく内視鏡画像が表示可能である。
また、ビデオプロセッサ２０は、撮像画像の明るさが目標の明るさとなるように、光源装置４０を制御することができるようになっている。ビデオプロセッサ２０は、撮像画像から得られる明るさと目標明るさとの比率の情報を明るさ制御情報として光源装置４０に出力するようになっている。明るさ制御情報はケーブル２２を介して光源装置４０の制御部４１に供給される。
光源装置４０は、赤色光を発生するＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ）４２、緑色光を発生するＬＥＤ（Ｇ−ＬＥＤ）４３、青色光を発生するＬＥＤ（Ｂ−ＬＥＤ）４４及び紫色光を発生するＬＥＤ（Ｖ−ＬＥＤ）４５を有している。なお、本実施の形態においては、４色の光を発生するＬＥＤを採用する例について説明するが、色の種類及び色数は本実施の形態に限定されるものではなく、例えば図１に琥珀色（アンバー）光を発生するＬＥＤを追加してもよい。
各ＬＥＤ４２〜４５の出射光の光軸上にはそれぞれレンズ４２ａ〜４５ａが配置されている。各レンズ４２ａ〜４５ａは、それぞれＬＥＤ４２〜４５の出射光を略平行光に変換して出射する。Ｒ−ＬＥＤ４２からの光を出射するレンズ４２ａの光軸上には、光路部を構成するダイクロイックフィルタ４７〜４９が配置されている。ダイクロイックフィルタ４７には、レンズ４３ａを介してＧ−ＬＥＤ４３からの光も入射される。また、ダイクロイックフィルタ４８には、レンズ４４ａを介してＢ−ＬＥＤ４４からの光も入射され、ダイクロイックフィルタ４９には、レンズ４５ａを介してＶ−ＬＥＤ４５からの光も入射される。
ダイクロイックフィルタ４７は、Ｇ−ＬＥＤ４３からの光を反射して、Ｒ−ＬＥＤ４２からの光を透過させる。ダイクロイックフィルタ４８は、Ｂ−ＬＥＤ４４からの光を反射して、ダイクロイックフィルタ４７の透過光を透過させる。ダイクロイックフィルタ４９は、Ｖ−ＬＥＤ４５からの光を反射して、ダイクロイックフィルタ４８の透過光を透過させる。
こうして、ＬＥＤ４２〜４５の光がダイクロイックフィルタ４７〜４９によって合成される。ダイクロイックフィルタ４９からの合成光は、レンズ５０を介してライトガイド１５に入射するようになっている。なお、ダイクロイックフィルタ４７〜４９の特性を適宜設定することによって、ＬＥＤ４２〜４５の配置順を変更することも可能であるが、ＬＥＤ４２〜４５を出射光の波長帯域順に配置した方がダイクロイックフィルタの特性の設定が容易である。
各ＬＥＤ４２〜４５は、ＬＥＤ駆動部４６によって駆動されて点灯する。ＬＥＤ駆動部４６は、制御部４１に制御されて、各ＬＥＤを駆動するための駆動信号であるＰＷＭパルスを発生するようになっている。なお、各ＬＥＤ４２〜４５は、ＬＥＤ駆動部４６からのＰＷＭパルスのデューティ比及び電流量に応じた発光量で発光するようになっている。制御部４１は、各ＬＥＤ４２〜４５を制御するための調光情報をＬＥＤ駆動部４６に出力することで、ＰＷＭパルスのデューティ比を制御して、各ＬＥＤ４２〜４５を調光制御する。
制御部４１は、各ＬＥＤ４２〜４５の発光量が、所定のカラーバランスを維持できるように、調光情報を発生する。各ＬＥＤ４２〜４５のカラーバランスは、内視鏡１０の分光感度特性によって決定する必要がある。光源装置４０のメモリ部５１には、最適なカラーバランスを得るために内視鏡１０の分光感度特性に応じて各ＬＥＤ４２〜４５に発生させる光量比の情報が格納されている。制御部４１は、メモリ部５１に記憶された光量比の情報に基づいて各ＬＥＤ４２〜４５を制御するための制御情報をＬＥＤ駆動部４６に出力するようになっている。
なお、メモリ部５１には、最適なカラーバランスを得るための各ＬＥＤの光量比の情報が記憶されているものとして説明したが、内視鏡１０をビデオプロセッサ２０や光源装置４０に装着することによって、内視鏡１０からこの光量比に関する情報を読み出して制御部４１に設定するようにしてもよい。
また、最適なカラーバランスを得るためには、制御部４１に、各ＬＥＤの光量比の情報を入力すればよく、必ずしもメモリ部５１を設ける必要は無い。光源装置４０には、操作パネル５２が設けられており、操作パネル５２はユーザ操作に基づく信号を制御部４１に出力することができる。この操作パネル５２を用いることで、光量比の情報を入力することも可能である。また、操作パネル５２には、図示しない表示部が設けられており、現在の設定値等を表示することができるようになっている。
制御部４１は、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報に基づいて、最適なカラーバランスが得られる光量比を維持しながら、各ＬＥＤ４２〜４５の光量を制御する。例えば、メモリ部５１に、明るさ制御情報に応じて設定すべきＧ−ＬＥＤ４３の光量値に対応する調光情報を記憶させておき、制御部４１において、明るさ制御情報に基づいてメモリ部５１に記憶された調光情報を読み出すことで、Ｇ−ＬＥＤ４３を制御するための調光情報を取得することができる。更に、制御部４１は、メモリ部５１に記憶された光量比の情報に基づいて、他のＬＥＤ４２，４４，４５の調光情報を求めることができる。
制御部４１が求めた調光情報は、各ＬＥＤ４２〜４５に供給するＰＷＭパルスのデューティ比を制御するためのものである。ＬＥＤ駆動部４６は、調光情報によって指定されたデューティ比のＰＷＭパルスを発生して、各ＬＥＤ４２〜４５に供給するようになっている。これにより、各ＬＥＤ４２〜４５は、明るさ制御情報及び光量比に基づいくデューティ比でパルス駆動されて、所望の明るさで発光する。
本実施の形態においては、Ｒ−ＬＥＤ４２には、冷却のために熱電変換素子であるペルチェ素子５６が取り付けられている。Ｒ−ＬＥＤ４２は、図示しない基板及び基板上に配置された発光部を有しており、例えば、基板の裏面側にペルチェ素子５６が配設されている。ペルチェ素子５６は、ｐｎ接合に流れる電流によって生じる吸熱、放熱現象を利用した冷却部材であり、ペルチェ素子５６の冷却面をＲ−ＬＥＤ４２の基板の裏面に当接させることで、Ｒ−ＬＥＤ４２を冷却するようになっている。
ペルチェ素子５６の冷却効果は、ペルチェ素子５６に流れる駆動電流の電流値によって制御される。ペルチェ駆動部５５は、制御部４１に制御されて、ペルチェ素子５６に流す駆動電流の電流値を制御することで、Ｒ−ＬＥＤ４２の冷却を制御するようになっている。
本実施の形態においては、制御部４１は、Ｒ−ＬＥＤ４２を駆動するＰＷＭパルスのデューティ比に一致するデューティ比で且つＰＷＭパルスに同期した電流をペルチェ素子５６に流すようにペルチェ駆動部５５に制御信号を出力する。即ち、ペルチェ素子５６は、Ｒ−ＬＥＤ４２にパルス状のＬＥＤ電流が流れている期間において、駆動電流が流れて冷却効果を発揮する。このように、本実施の形態においては、Ｒ−ＬＥＤ４２の駆動とペルチェ素子の駆動とが完全に同期していることから、Ｒ−ＬＥＤ４２が点灯して発熱する期間においてペルチェ素子５６による冷却が行われるので、Ｒ−ＬＥＤ４２の発光による温度上昇を抑制することができる。
しかしながら、内視鏡照明用途では、Ｒ−ＬＥＤ４２の発光量は観察モード等によって著しく変化する。このため、ペルチェ素子５６による冷却効果が十分でない場合や、冷却しすぎてしまう場合が生じる可能性がある。
そこで、本実施の形態においては、実際の温度を計測し、計測結果に基づいてペルチェ素子５６の駆動電流の電流値を制御するようになっている。光源装置４０には、サーミスタ５３，５４が設けられている。サーミスタ５３は、Ｒ−ＬＥＤ４２の近傍に配設されて、Ｒ−ＬＥＤ４２の近傍の温度を計測し、計測結果を制御部４１に出力する。また、サーミスタ５４は、光源装置４０の筐体内の適宜の位置に配置されて、筐体内温度（室温）を計測し、計測結果を制御部４１に出力する。
制御部４１は、サーミスタ５３，５４から温度の計測結果が与えられ、温度の計測結果に応じてペルチェ素子５６の駆動電流の電流値を制御するようになっている。例えば、制御部４１は、サーミスタ５３からのＲ−ＬＥＤ４２の近傍の温度が高くなるほどペルチェ素子５６の駆動電流の電流値を大きくし、温度が低くなるほど駆動電流の電流値を小さくするように制御する。また、例えば、制御部４１は、サーミスタ５４の温度の計測結果を用いて、ペルチェ素子５６の駆動電流を制御してもよい。例えば、制御部４１は、サーミスタ５４によって得られる室温よりもＲ−ＬＥＤ４２の近傍の温度が低くならないように、ペルチェ素子５６の駆動電流を制御してもよい。
なお、Ｒ−ＬＥＤ４２は、ジャンクション（半導体Ｐ−ｎ接合部）の温度によって光量が比較的大きく変動し、高温になると光量が著しく低下してしまう。このため、赤色として十分な光量を確保するためには、Ｒ−ＬＥＤ４２を露点温度付近まで冷却することが必要である。このように、Ｒ−ＬＥＤ４２は、他の色のＬＥＤ４３〜４５に比べて、温度による影響を受けやすく、十分に冷却を行う必要がある。このため、本実施の形態においては、Ｒ−ＬＥＤ４２のみにペルチェ素子５６を配置する例を示したが、他のＬＥＤ４３〜４５の全て又は一部のＬＥＤにペルチェ素子を設けるようにしてもよいことは明らかである。この場合においても、各ＬＥＤを駆動する駆動パルスに完全に同期させて各ペルチェ素子に駆動電流を流すと共に、各ＬＥＤ近傍に配置したサーミスタの温度計測結果や筐体内温度等に基づいて、各ペルチェ素子に供給する駆動電流の電流値を決定する。
次に、このように構成された実施の形態の動作について図２及び図３を参照して説明する。図２は実施の形態の調光及び冷却制御を説明するためのフローチャートである。また、図３はＲ−ＬＥＤ４２に供給されるＰＷＭパルス及びペルチェ素子５６に供給される駆動電流を説明するための説明図である。
光源装置４０の電源が投入されると、制御部４１はメモリ部５１から光量比の情報を取得する（ステップＳ１）。制御部４１は、ステップＳ２において、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報を取得する。制御部４１は、明るさ制御情報に基づいてメモリ部５１にアクセスし、基準となるＧ−ＬＥＤ４３を制御するための制御値（デューティ比）を求め、更に、光量比の情報に従って他のＬＥＤ４２，４４，４５のデューティ比を算出する（ステップＳ４）。
制御部４１は、各ＬＥＤ４２〜４５について求めたデューティ比を指定するための調光情報を生成して（ステップＳ４）、ＬＥＤ駆動部４６に出力する（ステップＳ５）。ＬＥＤ駆動部４６は、調光情報に基づくデューティ比のＰＷＭパルスを発生して、各ＬＥＤ４２〜４５に供給する。これにより、ＬＥＤ４２〜４５は調光情報に基づく光量の光を発生する。ＬＥＤ４２〜４５の出射光は、ダイクロイックフィルタ４７〜４９によって合成され、照明光としてレンズ５０を介してライトガイド１５に入射する。ライトガイド１５を伝送された照明光は、レンズ１４から被写体に照射される。
撮像素子１３は、被写体からの反射光を受光して光電変換し、撮像画像を得る。この撮像画像は信号線１６を介してビデオプロセッサ２０に供給される。ビデオプロセッサ２０は、撮像画像に所定の信号処理を施して映像信号を生成し、ケーブル２１を介してモニタ３０に供給する。こうして、モニタ３０の表示画面上に内視鏡画像が表示される。
また、ビデオプロセッサ２０は、撮像画像の明るさと目標明るさとの比較によって明るさ制御情報を発生する。例えば、ビデオプロセッサ２０は、１フィールド毎に明るさ制御情報を発生して、光源装置４０の制御部４１に出力する。
こうして、制御部４１は、例えば１フィールド毎に明るさ制御情報に基づいて調光情報を発生し、ＬＥＤ４２〜４５からの出射光の合成光による照明光の光量が目標明るさに到達するように制御を行う。
また、制御部４１は、ステップＳ６において、サーミスタ５３，５４からＲ−ＬＥＤ４２の近傍の温度及び筐体内温度を取得する。制御部４１は、Ｒ−ＬＥＤ４２に供給するＰＷＭパルスの立ち上がり及び立ち下がりに同期した同一デューティ比の駆動電流であって、ステップＳ６において取得した温度に応じた電流値の駆動電流を発生するための制御信号を発生してペルチェ駆動部５５に出力する（ステップＳ７）。
ペルチェ駆動部５５は、制御部４１からの制御信号によって制御されて、ペルチェ素子５６の駆動電流を発生する。この駆動電流がペルチェ素子５６に流れて、ペルチェ素子５６の冷却面が冷却される。例えば、制御部４１は、図２の例のように、明るさ制御情報の発生周期と同じ周期で温度を取得して、制御信号を発生してもよい。この場合には、制御部４１は、例えば１フィールド毎に取得した温度に基づいて駆動電流を制御するための制御信号を発生し、Ｒ−ＬＥＤ４２近傍の温度が所定の目標の温度に到達するように制御を行う。
図３の符号ＩＬはＲ−ＬＥＤ４２に供給するＰＷＭパルスを示し、符号ＩＰは駆動電流を示している。図３に示すように、駆動電流はＰＷＭパルスに同期しており、Ｒ−ＬＥＤ４２にＬＥＤ電流が流れる期間、即ち、Ｒ−ＬＥＤ４２の発光期間と同じ期間にペルチェ素子５６に駆動電流が流れる。これにより、Ｒ−ＬＥＤ４２が発光して発熱しようとすると、ペルチェ素子５６によって冷却されることになる。更に、駆動電流の電流値は、サーミスタ５３，５４の温度に応じて変化しており、Ｒ−ＬＥＤ４２近傍の温度を略一定に維持することができる。
図３の例ではＲ−ＬＥＤ４２に供給するＰＷＭパルスのデューティ比が小さくなって発光量が低下してＲ−ＬＥＤ４２近傍の温度が低くなると、駆動電流も低くなって冷却効果が抑制され、結果的に、Ｒ−ＬＥＤ４２近傍の温度が略一定に維持される。
例えば、内視鏡１０による観察シーンが遠点から近点に変化する場合には、制御部４１による明るさ制御によって、Ｒ−ＬＥＤ４２の光量は急激に減少して発熱量も急激に低下する。この場合でも、Ｒ−ＬＥＤ４２のＰＷＭパルスに同期して、ペルチェ素子５６の駆動電流が発生すると共に、駆動電流の電流値がサーミスタ５３，５４の計測結果に応じて急激に低下することから、ペルチェ素子５６の冷却効果が低下して、Ｒ−ＬＥＤ４２近傍の温度が低くなり過ぎることを防止することができる。これにより、ＬＥＤの冷やしすぎによる結露の発生を阻止することができる。
また、逆に、内視鏡１０による観察シーンが近点から遠点に変化する場合には、ＬＥＤ光量増加に応じて発熱量も急激に増加することになる。この場合でも、駆動電流の電流値がサーミスタ５３，５４の計測結果に応じて急激に増加することから、ペルチェ素子５６の冷却効果が急激に高くなって、Ｒ−ＬＥＤ４２近傍の温度が高くなり過ぎることを防止することができる。
このように本実施の形態においては、ＬＥＤの駆動パルスに一致したタイミングで対応するＬＥＤを冷却するためのペルチェ素子に電流を流すと共に、各ＬＥＤ近傍の温度や筐体内温度に基づいて各ペルチェ素子の駆動電流の電流値を決定する。これにより、ＬＥＤの発光期間においてペルチェ素子による冷却が行われると共に、各ＬＥＤ近傍の温度や筐体内温度に基づいてペルチェ素子の冷却効果が制御されるので、各ＬＥＤを適宜の温度になるように冷却制御することが可能である。これにより、光量変化及び温度変化が比較的大きい場合でも、温度変化に対して追従性に優れた冷却を行うことができる。
ところで、高湿度環境下では、露点温度が比較的高く、結露が生じやすい。例えば、湿度が８５ＲＨ％程度ある場合には、ＬＥＤの表面が露点温度以下になやりすく、結露が生じやすい。ＬＥＤの表面に結露が生じると、出射光量の低下や故障の原因となりやすい。そこで、ＬＥＤ光源の構造として、結露による影響を受けにくい構造を採用する。
（第１例）
図４は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の構造を示しており、図４（ａ）は側面図であり、図４（ｂ）は平面図である。図４においては重力方向を矢印にて示してある。ＬＥＤ６１は、基板６１ｂ及び基板６１ｂの前面上に配置された発光部６１ａを有する。ＬＥＤ６１の基板６１ｂ背面側には、熱拡散板６２を介してペルチェ素子６３（斜線部）が配設される。ペルチェ素子６３は、ヒートシンク６４上に配置されており、冷却面（上面及び側面）６３ａ側は熱拡散板６２によって覆われている。即ち、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａは熱拡散板６２に当接し、放熱面（底面）６３ｂはヒートシンク６４に当接している。
図４は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の構造を示しており、図４（ａ）は側面図であり、図４（ｂ）は平面図である。図４においては重力方向を矢印にて示してある。ＬＥＤ６１は、基板６１ｂ及び基板６１ｂの前面上に配置された発光部６１ａを有する。ＬＥＤ６１の基板６１ｂ背面側には、熱拡散板６２を介してペルチェ素子６３（斜線部）が配設される。ペルチェ素子６３は、ヒートシンク６４上に配置されており、冷却面（上面及び側面）６３ａ側は熱拡散板６２によって覆われている。即ち、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａは熱拡散板６２に当接し、放熱面（底面）６３ｂはヒートシンク６４に当接している。
ペルチェ素子６３に駆動電流を流すことによって、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａから放熱面６３ｂに熱が伝搬されて、冷却面６３ａが冷却される。ＬＥＤ基板６１ｂに発生した熱は、基板６１ｂ背面の熱拡散板６２を介して冷却されたペルチェ素子６３の冷却面６３ａに伝達され、更に、ペルチェ素子６３の放熱面６３ｂからヒートシンク６４に伝達されて放熱される。これにより、ＬＥＤ６１の温度を低下させることができる。
また、ヒートシンク６４には、ヒートシンク６４上に配設されたペルチェ素子６３、熱拡散板６２、ＬＥＤ６１を囲んで、密閉領域６５を構成する密閉部材６６が設けられている。密閉部材６６はＬＥＤ６１の発光部６１ａに対向する位置においてレンズ部６６ａが構成されており、発光部６１ａからの光を密閉領域６５の外部に照射することができるようになっている。なお、密閉部材６６を透明部材で構成して、レンズ部６６ａを省略してもよい。
図４の例においては、ペルチェ素子６３の重力方向の下方の一部の領域は熱拡散板６２が覆われておらず、冷却面６３ａは一部の領域において密閉領域６５内に露出して大気露出面６７が構成されている。
このように構成されたＬＥＤ光源においては、ペルチェ素子６３に駆動電流を流すことで、ＬＥＤ基板６１ｂの冷却が行われる。ペルチェ素子６３は熱拡散板６２を介してＬＥＤ基板６１ｂを冷却するようになっており、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａに対してＬＥＤ基板６１ｂの温度は高い。従って、ペルチェ素子６３の駆動時には、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａの一部である大気露出面６７はＬＥＤ基板６１ｂよりも低い温度となっている。
密閉領域６５内においては、表面温度が露点温度以下になった部分において先ず結露が発生し、この結露発生位置において、結露によって生じた水滴が集まる。図４の例では、ペルチェ素子６３の駆動時には、密閉領域６５内では冷却面６３ａが最も温度が低下する。従って、結露が生じる場合には、先ず大気露出面６７において結露による水滴（斜線部及び網線部）６８が生じる。また、大気露出面６７において結露が生じることで、密閉領域６５内の総水分量の多くがこの大気露出面６７近傍に集まることから、密閉領域６５内における湿度は低下する。これにより、密閉領域６５内においては、露点温度が低くなり、大気露出面６７以外の部分には結露が極めて生じにくく、ＬＥＤ６１部分には結露が発生しない。
更に、大気露出面６７が、密閉領域６５内の重力方向の最も下方側に位置することから、この部分に集まった水滴６８は他の部分に移動しにくい。結果的に、ＬＥＤ６１に結露による水滴が付着することを確実に防止することができる。
なお、熱拡散板６２として、高熱抵抗部材を採用することが考えられる。この場合には、冷却面６３ａとＬＥＤ基板６１ｂとの間の温度差が、一層大きくなる。即ち、ＬＥＤ６１の温度に比べて大気露出面６７の温度は一層低くなる。これにより、大気露出面６７の近傍において一層結露が発生しやすくなり、ＬＥＤ６１に結露が生じることを更に一層防止することが可能である。
（第２例）
図５は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の他の構造の例を示しており、図５（ａ）は側面図であり、図５（ｂ）は平面図である。図５においても重力方向を矢印にて示してある。ＬＥＤ６１は、基板６１ｂ及び基板６１ｂの前面上に配置された発光部６１ａを有する。ＬＥＤ６１の基板６１ｂ背面側には、熱拡散板７２を介してペルチェ素子７３（斜線部）が配設される。ペルチェ素子７３は、ヒートシンク７５上に配置されており、冷却面（上面及び側面）７３ａ側は熱拡散板７２によって覆われている。即ち、ペルチェ素子７３の冷却面７３ａは熱拡散板７２に当接し、放熱面（底面）７３ｂはヒートシンク７５に当接している。
図５は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の他の構造の例を示しており、図５（ａ）は側面図であり、図５（ｂ）は平面図である。図５においても重力方向を矢印にて示してある。ＬＥＤ６１は、基板６１ｂ及び基板６１ｂの前面上に配置された発光部６１ａを有する。ＬＥＤ６１の基板６１ｂ背面側には、熱拡散板７２を介してペルチェ素子７３（斜線部）が配設される。ペルチェ素子７３は、ヒートシンク７５上に配置されており、冷却面（上面及び側面）７３ａ側は熱拡散板７２によって覆われている。即ち、ペルチェ素子７３の冷却面７３ａは熱拡散板７２に当接し、放熱面（底面）７３ｂはヒートシンク７５に当接している。
ペルチェ素子７３に駆動電流を流すことによって、ペルチェ素子７３の冷却面７３ａから放熱面７３ｂに熱が伝搬されて、冷却面７３ａが冷却される。ＬＥＤ基板６１ｂに発生した熱は、基板６１ｂ背面の熱拡散板７２を介して冷却されたペルチェ素子７３の冷却面７３ａに伝達され、更に、ペルチェ素子７３の放熱面７３ｂからヒートシンク７５に伝達されて放熱される。これにより、ＬＥＤ６１の温度を低下させることができる。
また、ヒートシンク７５上には、ヒートシンク７５上に配設されたペルチェ素子７３、熱拡散板７２、ＬＥＤ６１を囲んで、密閉領域７６を構成する密閉部材７７が設けられている。密閉部材７７はＬＥＤ６１の発光部６１ａに対向する位置においてレンズ部７７ａが構成されており、発光部６１ａからの光を密閉領域７６の外部に照射することができるようになっている。なお、密閉部材７７を透明部材で構成して、レンズ部７７ａを省略してもよい。
図５の例においては、密閉領域７６内の重力方向の下方の一部の領域においては、密閉領域７６内に冷却面（上面及び側面）が露出して大気露出面７８を構成するペルチェ素子７４が配設されている。ペルチェ素子７４の放熱面（底面）はヒートシンク７５に当接している。
このように構成されたＬＥＤ光源においては、ペルチェ素子７３に駆動電流を流すことで、ＬＥＤ基板６１ｂの冷却が行われる。また、ペルチェ素子７４に駆動電流を流すことで、ペルチェ素子７４の冷却面が冷却される。ペルチェ素子７３は熱拡散板７２を介してＬＥＤ基板６１ｂを冷却するようになっており、ペルチェ素子７３の冷却面７３ａに対してＬＥＤ基板６１ｂの温度は高い。従って、ペルチェ素子７４の冷却効果がペルチェ素子７３の冷却効果と同等以上であれば、ペルチェ素子７３，７４の駆動時には、ペルチェ素子７４の冷却面である大気露出面７８はＬＥＤ基板６１ｂよりも低い温度となっている。
密閉領域７６内においては、表面温度が露点温度以下になった部分において先ず結露が発生し、この結露発生位置において、結露によって生じた水滴が集まる。従って、図５の例では、結露が生じる場合には、先ず大気露出面７８において結露による水滴（斜線部及び網線部）７９が生じる。また、大気露出面７８において結露が生じることで、密閉領域７６内の総水分量の多くがこの大気露出面７８近傍に集まることから、密閉領域７６内における湿度は低下する。これにより、密閉領域７６内においては、大気露出面７８以外の部分には結露が極めて生じにくく、ＬＥＤ６１部分には結露が発生しない。
更に、大気露出面７８が、密閉領域７６内の重力方向の最も下方側に位置することから、この部分に集まった水滴７９は他の部分に移動しにくい。結果的に、ＬＥＤ６１に結露による水滴が付着することを確実に防止することができる。
（第３例）
図６は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の他の構造の例を示しており、図６（ａ）は側面図であり、図６（ｂ）は平面図である。図６においても重力方向を矢印にて示してある。第３例は温度及び湿度センサ８１を設けた点が図５の第２例と異なるのみである。温度及び湿度センサ８１は、ＬＥＤ６１近傍の温度及び湿度を計測することができるようになっている。温度及び湿度センサ８１の計測結果は、ペルチェ素子７３，７４を駆動制御する図示しない制御部に供給される。この制御部は、初期状態ではペルチェ素子７３のみを駆動する。
図６は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の他の構造の例を示しており、図６（ａ）は側面図であり、図６（ｂ）は平面図である。図６においても重力方向を矢印にて示してある。第３例は温度及び湿度センサ８１を設けた点が図５の第２例と異なるのみである。温度及び湿度センサ８１は、ＬＥＤ６１近傍の温度及び湿度を計測することができるようになっている。温度及び湿度センサ８１の計測結果は、ペルチェ素子７３，７４を駆動制御する図示しない制御部に供給される。この制御部は、初期状態ではペルチェ素子７３のみを駆動する。
制御部は、計測結果の温度及び湿度から、露点温度を求め、ＬＥＤ６１近傍の温度が露点温度以下になろうとしているか否かを判定する。制御部は、ＬＥＤ６１近傍の温度が露点温度以下になろうとしている場合にのみ、ペルチェ素子７４を駆動するようになっている。これにより、ペルチェ素子７４の大気露出面７８部分が先に露点温度以下となり、この大気露出面７８において結露が生じる。これにより、ＬＥＤ６１における結露の発生を防止することができる。
本発明は、上記各実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
［付記］
１．
半導体発光素子と、
温度制御される冷却面を有して前記半導体発光素子を冷却する冷却素子と、
前記冷却素子の重力方向下側の部分以外の前記冷却面を覆うように設けられて、前記半導体発光素子と前記冷却素子との間に介在して前記半導体発光素子に発生する熱を前記冷却面に伝導する熱拡散部材と、
前記半導体発光素子、前記冷却素子及び前記熱拡散部材を気密空間内に収納する密閉部材と
を具備したことを特徴とする光源装置。
１．
半導体発光素子と、
温度制御される冷却面を有して前記半導体発光素子を冷却する冷却素子と、
前記冷却素子の重力方向下側の部分以外の前記冷却面を覆うように設けられて、前記半導体発光素子と前記冷却素子との間に介在して前記半導体発光素子に発生する熱を前記冷却面に伝導する熱拡散部材と、
前記半導体発光素子、前記冷却素子及び前記熱拡散部材を気密空間内に収納する密閉部材と
を具備したことを特徴とする光源装置。
２．
半導体発光素子と、
温度制御される第１の冷却面を有して前記半導体発光素子を冷却する第１の冷却素子と、
前記第１の冷却面を覆うように設けられて、前記半導体発光素子と前記第１の冷却素子との間に介在して前記半導体発光素子に発生する熱を前記第１の冷却面に伝導する熱拡散部材と、
前記半導体発光素子、前記第１の冷却素子及び前記熱拡散部材を気密空間内に収納する密閉部材と
温度制御される第２の冷却面を有し、前記気密空間内の前記半導体発光素子の重力方向下側に配置されて、前記第２の冷却面により前記気密空間の冷却を行う第２の冷却素子と、
を具備したことを特徴とする光源装置。
半導体発光素子と、
温度制御される第１の冷却面を有して前記半導体発光素子を冷却する第１の冷却素子と、
前記第１の冷却面を覆うように設けられて、前記半導体発光素子と前記第１の冷却素子との間に介在して前記半導体発光素子に発生する熱を前記第１の冷却面に伝導する熱拡散部材と、
前記半導体発光素子、前記第１の冷却素子及び前記熱拡散部材を気密空間内に収納する密閉部材と
温度制御される第２の冷却面を有し、前記気密空間内の前記半導体発光素子の重力方向下側に配置されて、前記第２の冷却面により前記気密空間の冷却を行う第２の冷却素子と、
を具備したことを特徴とする光源装置。
本出願は、２０１３年８月２３日に日本国に出願された特願２０１３−１７３５７０号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
Claims (6)
- 半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、
前記半導体発光素子に光を出射させるための半導体発光素子駆動信号を前記半導体発光素子に供給する半導体発光素子駆動部と、
前記冷却素子に前記半導体発光素子を冷却させるための冷却素子駆動信号を前記冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、
前記半導体発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記半導体発光素子の発光量を制御する半導体発光素子駆動制御部と、
前記半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、
前記半導体発光素子駆動制御部により設定された前記半導体発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ前記半導体発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する前記冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部と、
を具備したことを特徴とする光源装置。 - 前記冷却素子駆動制御部は、前記温度センサの測定結果が所定の温度範囲以内となるように、前記冷却素子駆動信号の信号レベルを調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 - 室温を測定する室温温度センサを具備し、
前記冷却素子駆動制御部は、前記温度センサ及び前記室温温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルを調整する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。 - 前記冷却素子駆動制御部は、前記温度センサの測定結果が前記室温温度センサの測定結果よりも高くなるように、前記冷却素子駆動信号の信号レベルを調整する
ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。 - 内視鏡と、
前記内視鏡に供給する照明光を発生する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、
前記半導体発光素子に光を出射させるための半導体発光素子駆動信号を前記半導体発光素子に供給する半導体発光素子駆動部と、
前記冷却素子に前記半導体発光素子を冷却させるための冷却素子駆動信号を前記冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、
前記半導体発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記半導体発光素子の発光量を制御する半導体発光素子駆動制御部と、
前記半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、
前記半導体発光素子駆動制御部により設定された前記半導体発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ前記半導体発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する前記冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部と、
を具備したことを特徴とする内視鏡装置。 - 前記内視鏡からの撮像出力に対して所定の信号処理を施して映像信号を生成すると共に、前記映像信号に基づく画像の明るさが目標の明るさとなるように、前記半導体発光素子駆動制御部を制御して前記半導体発光素子の発光量を変化させるビデオプロセッサ
を具備したことを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。
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