JP6417014B2 - 内視鏡用光源装置、およびこれを用いた内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡に照明光を供給する内視鏡用光源装置、およびこれを用いた内視鏡システムに関する。

医療分野において、内視鏡システムを用いた内視鏡診断が普及している。内視鏡システムは、内視鏡と、内視鏡に照明光を供給するための内視鏡用光源装置（以下、単に光源装置という）と、内視鏡が出力する画像信号を処理するプロセッサ装置とを備えている。内視鏡は生体内に挿入される挿入部を有し、挿入部の先端には、観察部位（被写体）に照明光を照射する照明窓と、観察部位を撮影するための観察窓が配されている。内視鏡には、光ファイバをバンドル化したファイババンドルからなるライトガイドが内蔵されている。ライトガイドは、光源装置から供給された照明光を照明窓に導光する。観察窓の奥にはＣＣＤ等の撮像素子が配されている。照明光が照射された観察部位は撮像素子で撮像され、撮像素子が出力する画像信号に基づいてプロセッサ装置で観察用の表示画像が生成される。表示画像がモニタに表示されることで、生体内の観察が行われる。

従来、光源装置には、白色光を発するキセノンランプやハロゲンランプが光源として使用されてきたが、最近では、これらに代えて、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子を有する半導体光源を用いたものが提案されている（特許文献１、２参照）。

特許文献１には、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｇ）の各色光を発する３つのＬＥＤでそれぞれ構成された青色、緑色、赤色の３色の半導体光源を用い、３つの各ＬＥＤから出射される３色の光を合成して白色光を生成する光源装置が記載されている。

キセノンランプやハロゲンランプは、白色光に含まれる青色成分、緑色成分、赤色成分の割合が一定で、各色成分の割合を変化させることはできない。対して、青色、緑色、赤色の３色の半導体光源は、青色、緑色、赤色の各色の光量を独立に制御することができ、各色の光量の割合を自由に変化させることが可能であるため、多様な発光スペクトルをもつ複数種類の照明光を容易に生成することができる。

緑色、赤色の半導体光源としては、緑色、赤色の各色の光を発する発光素子を有する半導体光源の他に、励起光を発する励起光発光素子と、励起光によって励起されて、緑色または赤色のいずれかの蛍光を発する蛍光体とを有する蛍光型半導体光源がある。例えば特許文献２の段落［００４０］には、紫色から青色の波長帯域の励起光を発する青色励起光ＬＥＤと、この青色励起光により緑色の波長帯域の緑色蛍光を発する緑色蛍光体とで構成した蛍光型緑色半導体光源が記載されている。

現在製品化されているＬＥＤには、緑色の光を発するＬＥＤと比較して、紫色から青色の波長帯域の光を発するＬＥＤのほうが、より発光効率が高くかつ価格が安いものが多い。そのため、光源装置の緑色半導体光源として、緑色の光を発するＬＥＤを有する半導体光源よりも、特許文献２に記載されているような蛍光型緑色半導体光源が利用される場合がある。

特開２００７−０６８６９９号公報 特開２００９−２９７２９０号公報

しかしながら、例えば特許文献１の光源装置の緑色半導体光源として、特許文献２に記載の蛍光型緑色半導体光源を用いた場合、目標とする発光スペクトルの照明光を安定して得ることができないという問題が生じる。というのも、蛍光型緑色半導体光源では、青色励起光は蛍光体で大部分が吸収されるが、一部は蛍光体で吸収されずに蛍光体を透過して蛍光とともに観察部位に照射されるので、緑色光の光量を変化させることは、それに伴って青色励起光の光量も変化することを意味する。青色励起光の波長帯域は、青色半導体光源が発する青色光の波長帯域と重なるため、緑色光の光量の変化が、青色光の光量に影響を与えてしまうことになる。

内視鏡診断においては、観察目的に応じて、青色光、緑色光、赤色光の光量を特定の割合に定めて、目標とする発光スペクトルの照明光を生成する場合がある。一方で、表示画像全体の光量が不足している場合（露出アンダー）には照明光の光量を上げ、光量が高すぎる場合（露出オーバー）には照明光の光量を下げるように制御する露出制御が行われている。

各色光の光量の割合を定めて目標とする発光スペクトルの照明光を生成する場合の露出制御においては、照明光の発光スペクトルは変えずに全体的な光量を増減させなければならない。しかし、蛍光型半導体光源を用いた場合には、蛍光型半導体光源の出力を上げて蛍光の光量を変化させたときに、上述のように励起光によって励起光と波長帯域が重なる光の光量に影響が及ぶので、照明光の発光スペクトルが変化してしまう。こうした理由から、蛍光型半導体光源を用いた場合には目標とする発光スペクトルの照明光を安定して得ることができない。この問題の解決策として、蛍光の光量変化に伴う励起光の変化分を加味して、励起光と波長帯域が重なる光の光量を増減することが考えられるが、制御が複雑になるため採用しがたい。

特許文献１、２には、蛍光型半導体光源を用いた場合に目標とする発光スペクトルの照明光を安定して得ることができないという問題は記載されておらず、当然ながらその解決策も記載されていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、蛍光型半導体光源を使用した場合でも、目標とする発光スペクトルをもつ照明光を、簡単な制御で安定して得ることができる内視鏡用光源装置、およびこれを用いた内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明は、内視鏡のライトガイドに照明光を供給する内視鏡用光源装置において、照明光の波長帯域と少なくとも一部が重なる波長帯域の励起光を発する励起光発光素子、および励起光で励起されて、照明光に含まれる緑色または赤色の波長帯域のうちの少なくとも１つの波長帯域を含む蛍光を発する蛍光体を有する蛍光型半導体光源を備える複数の半導体光源と、励起光発光素子とライトガイドとの間の光路上に設けられ、励起光をカットする励起光カットフィルタと、蛍光型半導体光源が発する前記蛍光が通る光路と、複数の半導体光源のうち蛍光型半導体光源以外の半導体光源が発する光が通る光路とを統合する光路統合用光学部材を備える。

励起光カットフィルタは、光路統合用光学部材に設けられていることが好ましい。光路統合用光学部材にはダイクロイックフィルタが形成されており、ダイクロイックフィルタが励起光カットフィルタを兼ねることが好ましい。蛍光型半導体光源以外の半導体光源が発する光は、励起光と波長帯域が重なることが好ましい。励起光カットフィルタは、光路統合用光学部材と蛍光型半導体光源の間に設けられていることが好ましい。

複数の半導体光源は、青色、緑色、赤色の各波長帯域の光を発する３つの半導体光源であり、蛍光型半導体光源は、３つの半導体光源のうちの少なくとも１つであり、蛍光体は、緑色または赤色のいずれかの蛍光を発することが好ましい。蛍光型半導体光源は、紫色から青色の波長帯域の青色励起光を発する青色励起光発光素子、および青色励起光で励起されて緑色の波長帯域の緑色蛍光を発する緑色蛍光体で構成された緑色半導体光源であることが好ましい。蛍光型半導体光源は、紫色から青色の波長帯域の青色励起光を発する青色励起光発光素子または緑色の波長帯域の緑色励起光を発する緑色励起光発光素子、および青色励起光または緑色励起光で励起されて赤色の波長帯域の赤色蛍光を発する赤色蛍光体で構成された赤色半導体光源であることが好ましい。

複数の半導体光源は、生体組織の粘膜表層の血管を強調表示するための紫色の波長帯域の光を発する紫色半導体光源をさらに含むことが好ましい。励起光発光素子は、発光ダイオードであることが好ましい。

本発明の内視鏡システムは、照明光を導光するライトガイドを有する内視鏡と、ライトガイドに照明光を供給する内視鏡用光源装置とを備える内視鏡システムにおいて、内視鏡用光源装置は、照明光の波長帯域と少なくとも一部が重なる波長帯域の励起光を発する励起光発光素子、および励起光で励起されて、照明光に含まれる緑色または赤色の波長帯域のうちの少なくとも１つの波長帯域を含む蛍光を発する蛍光体を有する蛍光型半導体光源を備える複数の半導体光源と、励起光発光素子とライトガイドとの間の光路上に設けられ励起光をカットする励起光カットフィルタと、蛍光型半導体光源が発する蛍光が通る光路と、複数の半導体光源のうち蛍光型半導体光源以外の半導体光源が発する光が通る光路とを統合する光路統合用光学部材を備える。

本発明によれば、蛍光型半導体光源を使用した場合でも、目標とする発光スペクトルをもつ照明光を、簡単な制御で安定して得ることができる。

本発明の内視鏡システムの外観図である。 内視鏡の先端部の正面図である。 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。 青色半導体光源を示す図である。 緑色半導体光源を示す図である。 青色半導体光源が発する青色光の発光スペクトルを示すグラフである。 赤色半導体光源が発する赤色光の発光スペクトルを示すグラフである。 紫色半導体光源が発する紫色光の発光スペクトルを示すグラフである。 緑色半導体光源が発する青色励起光および緑色蛍光の発光スペクトルを示すグラフである。 ヘモグロビンの吸収スペクトルを示すグラフである。 生体組織の散乱係数を示すグラフである。 青色光、緑色蛍光、赤色光により構成される白色光の発光スペクトルを示すグラフである。 撮像素子のマイクロカラーフイルタの分光特性を示すグラフである。 通常観察モードにおける照明光の照射タイミングおよび撮像素子の動作タイミングを示す説明図である。 血管強調観察モードにおける照明光の照射タイミングおよび撮像素子の動作タイミングを示す説明図である。 通常観察モードにおける画像処理手順を示す説明図である。 血管強調観察モードにおける画像処理手順を示す説明図である。 各半導体光源の配置と光路統合部の詳細構成を示す図である。 第１ダイクロイックミラーのダイクロイックフィルタの透過特性を示すグラフである。 第２ダイクロイックミラーのダイクロイックフィルタの透過特性を示すグラフである。 第３ダイクロイックミラーのダイクロイックフィルタの透過特性を示すグラフである。 第２実施形態の励起光カットフィルタの機能を有するダイクロイックフィルタが形成された第１ダイクロイックミラーを設けた光路統合部を示す図である。 第１ダイクロイックミラーのダイクロイックフィルタの透過特性を示すグラフである。 第３実施形態の励起光カットフィルタを設けた光路統合部を示す図である。 励起光カットフィルタの透過特性を示すグラフである。 第４実施形態の光量測定センサを設けた光路統合部を示す図である。 緑色光量測定センサの前に配置されたフィルタの透過特性を示すグラフである。 赤色光量測定センサの前に配置されたフィルタの透過特性を示すグラフである。 光量測定センサを用いた光量制御を行う場合の構成図である。 励起光カットフィルタおよび光量測定センサを設けた光路統合部を示す図である。 第５実施形態の白色半導体光源を設けた光源部を示す図である。 第６実施形態の緑色半導体光源の他の例を示す図である。 第６実施形態の白色半導体光源の他の例を示す図である。

[第１実施形態]
図１において、内視鏡システム１０は、生体内の観察部位を撮像する内視鏡１１と、撮像により得られた画像信号に基づいて観察部位の表示画像を生成するプロセッサ装置１２と、観察部位を照射する照明光を内視鏡１１に供給する光源装置１３と、表示画像を表示するモニタ１４とを備えている。プロセッサ装置１２には、キーボードやマウス等の操作入力部１５が接続されている。

内視鏡システム１０は、観察部位を観察するための通常観察モードと、観察部位の粘膜内部に存在する血管を強調して観察するための血管強調観察モードとを備えている。血管強調観察モードは、血管情報として血管のパターンを取得して、腫瘍の良悪鑑別等の診断を行うためのモードである。血管強調観察モードでは、血中ヘモグロビンに対する吸光度が高い特定の波長帯域の光の成分を多く含む照明光を観察部位に照射する。通常観察モードでは、観察部位の全体の性状の観察に適した通常観察画像が表示画像として生成され、血管強調観察モードでは、血管のパターンの観察に適した血管強調観察画像が表示画像として生成される。

内視鏡１１は、生体の消化管内に挿入される挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、内視鏡１１とプロセッサ装置１２および光源装置１３を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。

挿入部１６は、先端から順に連設された、先端部１９、湾曲部２０、可撓管部２１で構成される。図２に示すように、先端部１９の先端面には、観察部位に照明光を照射する照明窓２２、観察部位の像を取り込むための観察窓２３、観察窓２３を洗浄するために送気・送水を行う送気・送水ノズル２４、鉗子や電気メスといった処置具を突出させて各種処置を行うための鉗子出口２５が設けられている。観察窓２３の奥には、撮像素子５６や結像用の対物光学系６０（ともに図３参照）が内蔵されている。

湾曲部２０は、連結された複数の湾曲駒からなり、操作部１７のアングルノブ２６を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部２０が湾曲することにより、先端部１９の向きが所望の方向に向けられる。可撓管部２１は、食道や腸等曲がりくねった管道に挿入できるように可撓性を有している。挿入部１６には、撮像素子５６を駆動する駆動信号や撮像素子５６が出力する画像信号を通信する通信ケーブル、光源装置１３から供給される照明光を照明窓２２に導光するライトガイド５５（図３参照）等が挿通されている。

操作部１７には、アングルノブ２６の他、処置具を挿入するための鉗子口２７、送気・送水ノズル２４から送気・送水を行う際に操作される送気・送水ボタン２８、静止画像を撮影するためのレリーズボタン（図示せず）等が設けられている。

ユニバーサルコード１８には、挿入部１６から延設される通信ケーブルやライトガイド５５が挿通されており、プロセッサ装置１２および光源装置１３側の一端には、コネクタ２９が取り付けられている。コネクタ２９は、通信用コネクタ２９ａと光源用コネクタ２９ｂからなる複合タイプのコネクタである。通信用コネクタ２９ａと光源用コネクタ２９ｂはそれぞれ、プロセッサ装置１２と光源装置１３に着脱自在に接続される。通信用コネクタ２９ａには通信ケーブルの一端が配設されており、光源用コネクタ２９ｂにはライトガイド５５の入射端５５ａ（図３参照）が配設されている。

図３において、光源装置１３は、青色、緑色、赤色、紫色の４つの半導体光源３５、３６、３７、３８で構成される光源部４０と、各半導体光源３５〜３８の各色光の光路を統合する光路統合部４１と、各半導体光源３５〜３８の駆動を制御する光源制御部４２とを備えている。

青色、赤色、紫色半導体光源３５、３７、３８は、発光素子として、青色の波長帯域の光を発する青色ＬＥＤ４３、赤色の波長帯域の光を発する赤色ＬＥＤ４５、紫色の波長帯域の光を発する紫色ＬＥＤ４６をそれぞれ有している。対して緑色半導体光源３６は、紫色から青色の波長帯域の青色励起光を発する青色励起光ＬＥＤ（以下、単に励起光ＬＥＤという）４４、および青色励起光で励起されて緑色の波長帯域の緑色蛍光を発する緑色蛍光体４７を有する。

各ＬＥＤ４３〜４６は、周知のようにＰ型半導体とＮ型半導体を接合したものである。そして、電圧を掛けるとＰＮ接合部付近においてバンドギャップを超えて電子と正孔が再結合して電流が流れ、再結合時にバンドギャップに相当するエネルギーを光として放出する。各ＬＥＤ４３〜４６は、供給電力の値を増加させると、発する光の光量が増加する。励起光ＬＥＤ４４と緑色蛍光体４７を組み合わせた蛍光型半導体光源である緑色半導体光源３６では、励起光ＬＥＤ４４からの青色励起光の光量の増加に応じて、緑色蛍光体４７による緑色蛍光の光量も増加する。

図４に示すように、青色半導体光源３５は、青色ＬＥＤ４３が実装される基板３５ａと、基板３５ａ上に形成され、青色ＬＥＤ４３を収容するキャビティが形成されたモールド３５ｂと、キャビティに封入された樹脂３５ｃとで構成される。キャビティの内面は光を反射するリフレクタとして機能する。樹脂３５ｃには光を拡散する拡散材が分散されている。青色ＬＥＤ４３は配線３５ｄによって基板３５ａと導通可能に接続される。このような青色半導体光源３５の実装形態は、一般的に表面実装型と呼ばれる。なお、緑色半導体光源３６を除く各半導体光源３５、３７、３８は基本的に同じ構成であるため、青色半導体光源３５を例として挙げて説明し、赤色、紫色半導体光源３７、３８の説明は省略する。

図５に示すように、緑色半導体光源３６も、他の各半導体光源３５、３７、３８と同様に基板３６ａとモールド３６ｂを有し、励起光ＬＥＤ４４を表面実装型でパッケージングしたものである。各半導体光源３５、３７、３８との相違点は、モールド３６ｂのキャビティに緑色蛍光体４７が封入されている点である。緑色蛍光体４７は、励起光ＬＥＤ４４を封止する封止樹脂内に、蛍光物質や拡散剤を分散したものである。なお、符号３６ｄは、基板３６ａと励起光ＬＥＤ４４を接続する配線である。

図６に示すように、青色ＬＥＤ４３は、例えば青色の波長帯域である４４０ｎｍ〜４７０ｎｍ付近の波長成分を有し、中心波長４５５±１０ｎｍの青色光ＬＢを発光する。また、図７に示すように、赤色ＬＥＤ４５は、例えば赤色の波長帯域である６１５ｎｍ〜６３５ｎｍ付近の波長成分を有し、中心波長６２０±１０ｎｍの赤色光ＬＲを発光する。さらに図８に示すように、紫色ＬＥＤ４６は、例えば紫色の波長帯域である３９５ｎｍ〜４１５ｎｍ付近の波長成分を有し、中心波長４０５±１０ｎｍの紫色光ＬＶを発光する。

図９において、緑色半導体光源３６は、励起光ＬＥＤ４４が発する青色励起光ＬＢｅと、この青色励起光ＬＢｅにより励起されて緑色蛍光体４７が発する緑色蛍光ＬＧｆとの混合光（ＬＢｅ＋ＬＧｆ）を発光する。青色励起光ＬＢｅは、例えば紫色から青色の波長帯域である４２０ｎｍ〜４４０ｎｍ付近の波長成分を有し、中心波長４３０±１０ｎｍの光である。緑色蛍光ＬＧｆは、例えば緑色の波長帯域である５００ｎｍ〜６００ｎｍ付近の波長成分を有し、中心波長５２０±１０ｎｍの光である。青色励起光ＬＢｅの波長帯域は、青色半導体光源３５が発する青色光ＬＢの波長帯域、および紫色半導体光源３８が発する紫色光ＬＶの波長帯域と一部重なっている（図１９等も参照）。

緑色蛍光体４７は、青色励起光ＬＢｅの大部分を吸収して緑色蛍光ＬＧｆを発するが、青色励起光ＬＢｅの一部は緑色蛍光体４７で吸収されずに緑色蛍光体４７を透過する。このため、緑色半導体光源３６が発する光の発光スペクトルには、図示のごとく緑色蛍光体４７を透過した一部の青色励起光ＬＢｅと、緑色蛍光ＬＧｆの２つの色成分が含まれる。

紫色半導体光源３８は、血管強調観察用の光源（血管情報取得用半導体光源）である。血中ヘモグロビンの吸光スペクトルを示す図１０において、血中ヘモグロビンの吸光係数μａは、波長依存性を有しており、４５０ｎｍ以下の波長帯域において急激に上昇し、４０５ｎｍ付近においてピークを有している。また、４５０ｎｍ以下の波長帯域と比較すると低い値ではあるが、５３０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長帯域においてもピークを有している。吸光係数μａが大きな波長帯域の光を観察部位に照射すると、血管においては吸収が大きいので、血管とそれ以外の部分とのコントラストに差がある画像が得られる。

また、図１１に示すように、生体組織の光の散乱特性にも波長依存性があり、短波長になるほど散乱係数μＳは大きくなる。散乱は生体組織内への光の深達度に影響する。すなわち、散乱が大きいほど、生体組織の粘膜表層付近で反射される光が多く、中深層に到達する光が少ない。そのため、短波長であるほど深達度は低く、長波長になるほど深達度は高い。こうしたヘモグロビンの吸光特性と生体組織の光の散乱特性を鑑みて、血管強調用の光の波長が選択される。

紫色ＬＥＤ４６が発する中心波長４０５±１０ｎｍの紫色光ＬＶは、比較的短波長で深達度が低いので、表層血管による吸収が大きい。このため紫色光ＬＶは表層血管強調用の光として用いられる。紫色光ＬＶを用いることにより、表層血管が高コントラストで描出された血管強調観察画像を得ることができる。また、中深層血管強調用の光としては、白色光ＬＷ（図１２参照）の緑色波長帯域の光が用いられる。図１０に示す吸光スペクトルにおいて、４５０ｎｍ以下の青色波長帯域と比較して、５３０ｎｍ〜５６０ｎｍの緑色波長帯域においては、吸光係数は緩やかに変化するので、中深層血管強調用の光は、紫色光ＬＶのように狭帯域であることは要求されない。そのため、後述するように、中深層血管強調用には、撮像素子５６のＧ色のマイクロカラーフイルタによって白色光から色分離した緑色の画像信号が用いられる。

図３において、各ＬＥＤ４３〜４６には、ドライバ５０、５１、５２、５３がそれぞれ接続されている。光源制御部４２は、これら各ドライバ５０〜５３を介して、各ＬＥＤ４３〜４６の点灯、消灯および光量の制御を行う。光量の制御は、プロセッサ装置１２から受信する露出制御信号に基づいて、各ＬＥＤ４３〜４６に供給する電力を変更することで行う。

各ドライバ５０〜５３は、光源制御部４２の制御の下、各ＬＥＤ４３〜４６に駆動電流を連続的に与えることで各ＬＥＤ４３〜４６を点灯させる。そして、プロセッサ装置１２から受信した露出制御信号に応じて、与える駆動電流値を変化させることにより各ＬＥＤ４３〜４６への供給電力を変更し、青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲ、紫色光ＬＶの光量をそれぞれ制御する。緑色蛍光ＬＧｆの光量制御は、励起光ＬＥＤ４４の青色励起光ＬＢｅの光量を制御することにより行われる。このため、緑色蛍光ＬＧｆの光量を増加させる場合は、青色励起光ＬＢｅの光量を増加させるために、ドライバ５１から励起光ＬＥＤ４４に与える駆動電流値が増やされる。なお、駆動電流を連続的に与えるのではなくパルス状に与え、駆動電流パルスの振幅を変化させるＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御や、駆動電流パルスのデューティ比を変化させるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行ってもよい。

光路統合部４１は、各半導体光源３５〜３８が発する各色光の光路を１つの光路に統合する。光路統合部４１の光出射部は、光源用コネクタ２９ｂが接続されるレセプタクルコネクタ５４の近傍に配置されている。光路統合部４１は、各半導体光源３５〜３８から入射された光を、内視鏡１１のライトガイド５５の入射端５５ａに出射する。なお、図示は省略するが、光源用コネクタ２９ｂとレセプタクルコネクタ５４にはそれぞれ保護ガラスが設けられている。

光路統合部４１で統合された青色、緑色、赤色半導体光源３５〜３７からの青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲの混合光の発光スペクトルを図１２に示す。この混合光は白色光ＬＷとして利用される。青色励起光ＬＢｅは、後述するように第３ダイクロイックミラー８１（図１８参照）でカットされるので、白色光ＬＷの発光スペクトルには青色励起光ＬＢｅの発光スペクトルは重畳されていない。なお、図１２に示す白色光ＬＷの発光スペクトルは一例であり、所望の表示画像の色味等に応じて目標とする白色光ＬＷの発光スペクトルを様々に変更してもよい。具体的には、青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲの光量の割合（各ＬＥＤ４３〜４５の駆動電流値の割合）を変更し、目標とする発光スペクトルの白色光ＬＷを生成する。

光源制御部４２は、目標とする発光スペクトルを維持しつつ、照明光の露出制御を行う。照明光を構成する各色光の光量の割合が変わると、照明光の発光スペクトルが変化して表示画像の色味が変わってしまう。このため光源制御部４２は、各色光の光量の割合が一定となるよう、各ドライバ５０〜５３を通じて各ＬＥＤ４３〜４６に与える駆動電流値を独立に変化させ、各色光の光量を増減させる。

また、光源制御部４２は、通常観察モードと血管強調観察モードとで、照明光の発光スペクトルを変更する。血管強調観察モードでは白色光ＬＷに加えて表層血管強調用の紫色光ＬＶが照射されるので、照明光の発光スペクトルは、白色光ＬＷに紫色光ＬＶが追加されたものとなる。光源制御部４２は、この白色光ＬＷと紫色光ＬＶの混合光の発光スペクトルにおいて、青色光ＬＢに比して紫色光ＬＶが支配的となるように、通常観察モードと比べて青色光ＬＢの光量の割合を下げる。

図３において、内視鏡１１は、ライトガイド５５、撮像素子５６、アナログ処理回路５７（ＡＦＥ：Analog Front End）、および撮像制御部５８を備えている。ライトガイド５５は、複数本の光ファイバをバンドル化したファイババンドルである。光源用コネクタ２９ｂが光源装置１３に接続されたときに、光源用コネクタ２９ｂに配置されたライトガイド５５の入射端５５ａが光路統合部４１の出射端と対向する。先端部１９に位置するライトガイド５５の出射端は、２つの照明窓２２に光が導光されるように、照明窓２２の前段で２本に分岐している。

照明窓２２の奥には、照射レンズ５９が配置されている。光源装置１３から供給された照明光は、ライトガイド５５により照射レンズ５９に導光されて照明窓２２から観察部位に向けて照射される。照射レンズ５９は凹レンズからなり、ライトガイド５５から出射する光の発散角を広げる。これにより、観察部位の広い範囲に照明光を照射することができる。

観察窓２３の奥には、対物光学系６０と撮像素子５６が配置されている。観察部位の像は、観察窓２３を通して対物光学系６０に入射し、対物光学系６０によって撮像素子５６の撮像面５６ａに結像される。

撮像素子５６は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等からなり、その撮像面５６ａには、フォトダイオード等の画素を構成する複数の光電変換素子がマトリックス状に配列されている。撮像素子５６は、撮像面５６ａで受光した光を光電変換して、各画素においてそれぞれの受光量に応じた信号電荷を蓄積する。信号電荷はアンプによって電圧信号に変換されて読み出される。電圧信号は画像信号として撮像素子５６からＡＦＥ５７に出力される。

ＡＦＥ（Analog Front End）５７は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ（Correlated Double Sampling））、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ（Auto Gain Circuit））、およびアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ（Analog / Digital））（いずれも図示省略）で構成されている。ＣＤＳは、撮像素子５６からのアナログの画像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、信号電荷のリセットに起因するノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズが除去された画像信号を増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣで増幅された画像信号を、所定のビット数に応じた階調値を持つデジタルな画像信号に変換してプロセッサ装置１２に入力する。

撮像制御部５８は、プロセッサ装置１２内のコントローラ６５に接続されており、コントローラ６５から入力される基準クロック信号に同期して、撮像素子５６に対して駆動信号を入力する。撮像素子５６は、撮像制御部５８からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで画像信号をＡＦＥ５７に出力する。

撮像素子５６は、カラー撮像素子であり、撮像面５６ａには、図１３に示すような分光特性を有するＢ、Ｇ、Ｒの３色のマイクロカラーフイルタが各画素に割り当てられている。マイクロカラーフイルタの配列は例えばベイヤー配列である。

Ｂフィルタが割り当てられたＢ画素は約３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長帯域の光に感応し、Ｇフィルタが割り当てられたＧ画素は約４５０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長帯域の光に感応する。また、Ｒフィルタが割り当てられたＲ画素は約５８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光に感応する。白色光ＬＷを構成する青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲは、青色光ＬＢに対応する反射光が主としてＢ画素、緑色蛍光ＬＧｆに対応する反射光が主としてＧ画素、赤色光ＬＲに対応する反射光が主としてＲ画素でそれぞれ受光される。血管強調観察用の紫色光ＬＶに対応する反射光は、Ｂ画素で受光される。なお、青色励起光ＬＢｅは第３ダイクロイックミラー８１によりカットされて観察部位には照射されないが、仮に青色励起光ＬＢｅが照射されたとすると、青色励起光ＬＢｅに対応する反射光にはＢ画素が感応する。

図１４および図１５に示すように、撮像素子５６は、１フレームの取得期間内で、画素に信号電荷を蓄積する蓄積動作と、蓄積した信号電荷を読み出す読み出し動作を行う。図１４において、通常観察モードでは、撮像素子５６の蓄積動作のタイミングに合わせて、紫色半導体光源３８を除く各半導体光源３５〜３７が点灯し、照明光として青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲの混合光からなる白色光ＬＷ（ＬＢ＋ＬＧｆ＋ＬＲ）が観察部位に照射され、その反射光が撮像素子５６に入射する。撮像素子５６は、白色光ＬＷの反射光をマイクロカラーフイルタで色分離する。青色光ＬＢに対応する反射光をＢ画素が受光し、緑色蛍光ＬＧｆに対応する反射光をＧ画素が、赤色光ＬＲに対応する反射光をＲ画素がそれぞれ受光する。撮像素子５６は、読み出しタイミングに合わせて、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画素の画素値が混在した１フレーム分の画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、通常観察モードが設定されている間、繰り返される。

図１５において、血管強調観察モードでは、撮像素子５６の蓄積動作のタイミングに合わせて、各半導体光源３５〜３７に加えて紫色半導体光源３８が点灯する。各半導体光源３５〜３８が点灯すると、通常観察モードと同じ白色光ＬＷとともに、紫色光ＬＶが追加されて、これらの混合光（ＬＷ＋ＬＶ）が照明光として観察部位に照射される。

通常観察モードと同様に、白色光ＬＷに紫色光ＬＶが追加された照明光は、撮像素子５６のマイクロカラーフイルタで分光される。Ｂ画素は、青色光ＬＢに対応する反射光に加えて、紫色光ＬＶに対応する反射光を受光する。Ｇ画素、Ｒ画素は、通常観察モードと同じく、緑色蛍光ＬＧｆに対応する反射光、赤色光ＬＲに対応する反射光をそれぞれ受光する。血管強調観察モードにおいても、撮像素子５６は、読み出しタイミングに合わせて、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、血管強調観察モードが設定されている間、繰り返される。

図３において、プロセッサ装置１２は、コントローラ６５の他、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６６と、画像処理部６７と、フレームメモリ６８と、表示制御回路６９とを備えている。コントローラ６５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムや制御に必要な設定データを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、プログラムをロードして作業メモリとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）等を有し、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより、プロセッサ装置１２の各部を制御する。

ＤＳＰ６６は、撮像素子５６が出力する画像信号を取得する。ＤＳＰ６６は、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画素に対応する信号が混在した画像信号を、Ｂ、Ｇ、Ｒの画像信号に分離し、各色の画像信号に対して画素補間処理を行う。この他、ＤＳＰ６６は、ガンマ補正や、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画像信号に対してホワイトバランス補正等の信号処理を施す。

また、ＤＳＰ６６は、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて露出値を算出して、画像全体の光量が不足している場合（露出アンダー）には照明光の光量を上げるように、一方、光量が高すぎる場合（露出オーバー）には照明光の光量を下げるように制御する露出制御信号をコントローラ６５に出力する。コントローラ６５は、光源装置１３の光源制御部４２に露出制御信号を送信する。

フレームメモリ６８は、ＤＳＰ６６が出力する画像データや、画像処理部６７が処理した処理済みの画像データを記憶する。表示制御回路６９は、フレームメモリ６８から画像処理済みの画像データを読み出して、コンポジット信号やコンポーネント信号等のビデオ信号に変換してモニタ１４に出力する。

図１６に示すように、通常観察モードにおいては、画像処理部６７は、ＤＳＰ６６によってＢ、Ｇ、Ｒの各色に色分離された画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて、通常観察画像を生成する。この通常観察画像がモニタ１４に出力される。画像処理部６７は、フレームメモリ６８内の画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒが更新される毎に、通常観察画像を更新する。

図１７に示すように、血管強調観察モードにおいては、画像処理部６７は、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて、血管強調観察画像を生成する。血管強調観察モードにおける画像信号Ｂには、白色光ＬＷを構成する青色光ＬＢに対応する反射光の成分に加えて、紫色光ＬＶに対応する反射光の成分が含まれているため、表層血管が高コントラストで描出される。癌等の病変においては、正常組織と比較して表層血管の密集度が高くなる傾向がある等、血管のパターンに特徴があるため、腫瘍の良悪鑑別を目的とする血管強調観察においては、表層血管が鮮明に描出されることが好ましい。

より表層血管を強調するために、例えば、画像信号Ｂに基づいて画像内の表層血管の領域を抽出して、抽出した表層血管の領域に対して輪郭強調処理等を施してもよい。そして、輪郭強調処理が施された画像信号Ｂを、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを元に生成したフルカラー画像に合成する。表層血管に加えて中深層血管に対しても同様の処理を行ってもよい。中深層血管を強調する場合には、中深層血管の情報が多く含まれている画像信号Ｇから中深層血管の領域を抽出して、抽出した中深層血管の領域に対して輪郭強調処理を施して、強調処理済みの画像信号Ｇを、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒから生成したフルカラー画像に合成する。

血管強調観察画像は、通常観察画像と同様に、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて生成されるため、観察部位をフルカラーで表示することが可能である。ただし、血管強調観察モードにおける画像信号Ｂは、通常観察モードにおける画像信号Ｂと比較すると、青色の濃度が高い。そのため、血管強調観察画像を生成する場合には、通常観察画像と同様の色味になるように青色の濃度を抑制する等の色補正を行ってもよい。画像処理部６７は、フレームメモリ６８内の画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒが更新される毎に、血管強調観察画像を生成する。

なお、血管強調観察画像を生成する方式としては、画像信号Ｒを使わずに、画像信号Ｂ、Ｇの２色のみで血管強調観察画像を生成して、画像信号Ｂをモニタ１４のＢチャンネルおよびＧチャンネルに、画像信号Ｇをモニタ１４のＲチャンネルに割り当てる方式等、観察部位を疑似カラーで表示する方式を採用してもよい。

図１８において、光路統合部４１は、各半導体光源３５〜３８が発する各色光をコリメートするコリメータレンズ７５、７６、７７、７８と、第１ダイクロイックミラー７９、第２ダイクロイックミラー８０、第３ダイクロイックミラー８１（本発明の「光路統合用光学部材」に対応する）と、光路統合部４１から出射する光をライトガイド５５の入射端５５ａに集光する集光レンズ８２とで構成されている。各ダイクロイックミラー７９〜８１は、透明なガラス板に所定の透過特性を有するダイクロイックフィルタを形成した光学部材である。

緑色半導体光源３６は、その光軸がライトガイド５５の光軸と一致する位置に配置されている。そして、緑色半導体光源３６と赤色半導体光源３７は、互いの光軸が直交するように配置されている。これら緑色半導体光源３６と赤色半導体光源３７の光軸が直交する位置に、第１ダイクロイックミラー７９が設けられている。同様に、青色半導体光源３５と紫色半導体光源３８も、互いの光軸が直交するように配置され、これらの光軸が直交する位置に、第２ダイクロイックミラー８０が設けられている。また、第１、第２ダイクロイックミラー７９、８０の作用により、青色光ＬＢ、青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光、赤色光ＬＲ、紫色光ＬＶの全ての光路が最終的に交わる位置に第３ダイクロイックミラー８１が設けられている。第１ダイクロイックミラー７９は緑色半導体光源３６、赤色半導体光源３７の光軸、第２ダイクロイックミラー８０は青色半導体光源３５、紫色半導体光源３８の光軸、第３ダイクロイックミラー８１は青色半導体光源３５、緑色半導体光源３６の光軸に対して、それぞれ４５°傾けた姿勢で配置されている。

図１９に示すように、第１ダイクロイックミラー７９のダイクロイックフィルタは、約６１０ｎｍ以上の波長帯域の光を反射し、それ未満の波長帯域の光を透過する特性を有している。第１ダイクロイックミラー７９は、コリメータレンズ７６を介して緑色半導体光源３６から入射した青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光を下流側に透過させ、コリメータレンズ７７を介して赤色半導体光源３７から入射した赤色光ＬＲを反射させる。これにより青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光と、赤色光ＬＲの光路が統合される。

図２０に示すように、第２ダイクロイックミラー８０のダイクロイックフィルタは、約４３０ｎｍ未満の波長帯域の光を反射し、それ以上の波長帯域の光を透過する特性を有している。第２ダイクロイックミラー８０は、コリメータレンズ７５を介して青色半導体光源３５から入射した青色光ＬＢを下流側に透過させ、コリメータレンズ７８を介して紫色半導体光源３８から入射した紫色光ＬＶを反射させる。これにより青色光ＬＢと、紫色光ＬＶの光路が統合される。

第３ダイクロイックミラー８１のダイクロイックフィルタは、緑色半導体光源３６が発する図９に示す青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光の発光スペクトルから、少なくとも青色励起光ＬＢｅを除く透過特性を有する。すなわち、第３ダイクロイックミラー８１のダイクロイックフィルタは、青色励起光ＬＢｅをカットする励起光カットフィルタとして機能する。

具体的には、図２１に示すように、第３ダイクロイックミラー８１のダイクロイックフィルタは、約４９０ｎｍ未満の波長帯域の光を反射し、それ以上の波長帯域の光を透過する特性を有している。このため、第３ダイクロイックミラー８１は、第１ダイクロイックミラー７９を透過した青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光のうち、青色励起光ＬＢｅを反射させ、緑色蛍光ＬＧｆを透過させる。また、第３ダイクロイックミラー８１は、第１ダイクロイックミラー７９で反射した赤色光ＬＲを透過させる。さらに、第３ダイクロイックミラー８１は、第２ダイクロイックミラー８０を透過した青色光ＬＢと、第２ダイクロイックミラー８０で反射した紫色光ＬＶを反射させる。この第３ダイクロイックミラー８１により、青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲ、および紫色光ＬＶの全ての光路が統合される。また、青色励起光ＬＢｅがライトガイド５５の入射端５５ａに入射することはなく、青色励起光ＬＢｅの観察部位への照射が阻止される。

以下、上記構成による作用について説明する。内視鏡診断を行う場合には、内視鏡１１をプロセッサ装置１２と光源装置１３に接続し、プロセッサ装置１２と光源装置１３の電源を入れて、内視鏡システム１０を起動する。

内視鏡１１の挿入部１６を被検者の消化管内に挿入して、消化管内の観察を開始する。通常観察モードでは、紫色半導体光源３８を除く各半導体光源３５〜３７が点灯する。光源制御部４２は、各ＬＥＤ４３〜４５に与える駆動電流値を通常観察モード用の値に設定して、各半導体光源３５〜３７の点灯を開始する。そして、目標とする発光スペクトルを維持しつつ光量制御を行う。

青色、赤色半導体光源３５、３７は、青色、赤色ＬＥＤ４３、４５による青色光ＬＢ、赤色光ＬＲをそれぞれ発する。緑色半導体光源３６は、励起光ＬＥＤ４４による青色励起光ＬＢｅと、青色励起光ＬＢｅにより励起される緑色蛍光体４７による緑色蛍光ＬＧｆの混合光を発する。各色光は光路統合部４１のコリメータレンズ７５〜７７にそれぞれ入射する。

赤色光ＬＲは第１ダイクロイックミラー７９で反射し、第３ダイクロイックミラー８１を透過する。青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光は第１ダイクロイックミラー７９を透過する。そして、この混合光のうちの青色励起光ＬＢｅは第３ダイクロイックミラー８１で反射し、緑色蛍光ＬＧｆは第３ダイクロイックミラー８１を透過する。第１ダイクロイックミラー７９によって、赤色光ＬＲ、青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光の光路が統合される。また、第３ダイクロイックミラー８１によって、青色励起光ＬＢｅがカットされる。第３ダイクロイックミラー８１のダイクロイックフィルタが励起光カットフィルタとして機能するので、光路統合部４１の光学系の構成を簡略化することができる。

青色光ＬＢは、第２ダイクロイックミラー８０を透過し、第３ダイクロイックミラー８１で反射する。第２、第３ダイクロイックミラー８０、８１によって、青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲの光路が統合される。これら青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲは、集光レンズ８２に入射する。これにより、青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲで構成される白色光ＬＷが生成される。集光レンズ８２は、白色光ＬＷを内視鏡１１のライトガイド５５の入射端５５ａに集光し、白色光ＬＷを内視鏡１１に供給する。

内視鏡１１において、白色光ＬＷはライトガイド５５を通じて照明窓２２に導光されて、照明窓２２から観察部位に照射される。観察部位で反射した白色光ＬＷの反射光は、観察窓２３から撮像素子５６に入射する。撮像素子５６は画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒをプロセッサ装置１２のＤＳＰ６６に出力する。ＤＳＰ６６は画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを色分離して、画像処理部６７に入力する。撮像素子５６による撮像動作は所定のフレームレートで繰り返される。画像処理部６７は、入力された画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて通常観察画像を生成する。通常観察画像は表示制御回路６９を通じてモニタ１４に出力される。通常観察画像は撮像素子５６のフレームレートに従って更新される。

また、ＤＳＰ６６は、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて露出値を算出し、算出した露出値に応じた露出制御信号を光源装置１３の光源制御部４２に送信する。光源制御部４２は、受信した露出制御信号に基づいて、各色光の光量の割合が一定となるよう（目標とする発光スペクトルが変化しないよう）各半導体光源３５〜３７の駆動電流値を決定する。そして、決定した駆動電流値で各半導体光源３５〜３７を駆動する。これにより、各半導体光源３５〜３７による、白色光ＬＷを構成する青色光ＬＢ、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色光ＬＲの光量を、通常観察モードに適した割合に一定に保つことができる。

露出制御において緑色蛍光ＬＧｆの光量を変化させる場合は、励起光ＬＥＤ４４の青色励起光ＬＢｅの光量を変化させる。図１９等に示すように、青色励起光ＬＢｅの波長帯域は、青色光ＬＢの波長帯域と一部重なっている。このため、青色励起光ＬＢｅが照明光として出射されてしまうと、青色励起光ＬＢｅの光量変化に伴って、青色光ＬＢの光量も変化し、照明光の発光スペクトルが変化してしまう。しかし、第３ダイクロイックミラー８１によって青色励起光ＬＢｅがカットされるので、青色励起光ＬＢｅが青色光ＬＢの光量に影響を及ぼすことがなく、青色光ＬＢの光量を緑色蛍光ＬＧｆとは独立して制御することができる。したがって、露出制御を行っても、通常観察モードに適した発光スペクトルの照明光を常に内視鏡１１に供給することができ、通常観察画像の色味も変化することはない。

通常観察モードで病変部と疑わしき観察部位が発見された場合、通常観察モードから血管強調観察モードに切り替える。血管強調観察モードでは、各半導体光源３５〜３７に加えて、紫色半導体光源３８が点灯する。各半導体光源３５〜３７からの各色光は、上述した光路統合部４１の作用によって白色光ＬＷとなり、内視鏡１１に供給される。

紫色半導体光源３８は、紫色ＬＥＤ４６による紫色光ＬＶを発する。紫色光ＬＶはコリメータレンズ７８に入射する。紫色光ＬＶは、第２、第３ダイクロイックミラー８０、８１で反射する。第２、第３ダイクロイックミラー８０、８１によって、紫色光ＬＶは白色光ＬＷと同じ光路に統合される。これら紫色光ＬＶ、白色光ＬＷは、集光レンズ８２に入射する。集光レンズ８２は、紫色光ＬＶ、白色光ＬＷを内視鏡１１のライトガイド５５の入射端５５ａに集光し、紫色光ＬＶ、白色光ＬＷを内視鏡１１に供給する。こうして、紫色光ＬＶ、白色光ＬＷが同時に観察部位に照射される。この際も通常観察モードの場合と同様に第３ダイクロイックミラー８１によって青色励起光ＬＢｅがカットされるので、血管強調観察モードに適した発光スペクトルの照明光を常に内視鏡１１に供給することができる。

撮像素子５６は、白色光ＬＷおよび紫色光ＬＶの観察部位での反射光を受光し、ＤＳＰ６６にＢ、Ｇ、Ｒの画像信号を出力する。ＤＳＰ６６は、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを分離して、画像処理部６７に入力する。画像処理部６７は、Ｂ、Ｇ、Ｒの画像信号に基づいて、血管強調観察画像を生成する。血管強調観察画像はモニタ１４に出力される。血管強調観察画像は撮像素子５６のフレームレートに従って更新される。

血管強調観察モードに適した発光スペクトルの照明光が常に照射されるため、血管強調観察画像の信頼性が高まる。血管強調観察画像は腫瘍の良悪鑑別等に用いられるため、血管強調観察画像の信頼性が高まれば、腫瘍の良悪鑑別の結果も信頼性がおけるものとなる。

青色光ＬＢおよび紫色光ＬＶの光量に影響を及ぼす青色励起光ＬＢｅを第３ダイクロイックミラー８１でカットするので、緑色蛍光ＬＧｆの光量変化に伴う青色励起光ＬＢｅの変化分を加味して、青色光ＬＢや紫色光ＬＶの光量を増減するといった複雑な制御をすることなしに、目標とする発光スペクトルをもつ照明光を安定して得ることができる。
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、緑色半導体光源３６が発する青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光と、青色半導体光源３５が発する青色光ＬＢの光路を統合する第３ダイクロイックミラー８１のダイクロイックフィルタが励起光カットフィルタの機能を果たしているが、第３ダイクロイックミラー８１とは別のダイクロイックミラーのダイクロイックフィルタに励起光カットフィルタの機能を担わせてもよい。

例えば図２２に示す光路統合部９０のように、励起光カットフィルタの機能を、緑色半導体光源３６が発する青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光と、赤色半導体光源３７が発する赤色光ＬＲの光路を統合する第１ダイクロイックミラー９１（上記第１実施形態の第１ダイクロイックミラー７９に相当する。本発明の「光路統合用光学部材」に対応する）のダイクロイックフィルタに担わせてもよい。なお、図２２の光路統合部９１は、上記第１実施形態の第１ダイクロイックミラー７９を、第１ダイクロイックミラー９１に代えた他は、上記第１実施形態の光路統合部４１と同じである。

この場合、第１ダイクロイックミラー９１のダイクロイックフィルタには、図２３に示すように、約６１０ｎｍ以上の波長帯域の光、および約４９０ｎｍ未満の波長帯域の光を反射し、それ以外の波長帯域の光を透過する特性をもたせる。つまり、上記第１実施形態の第１ダイクロイックミラー７９と第３ダイクロイックミラー８１の透過特性を合わせたバンドパス特性とする。ただし、こうしたバンドパス特性をもたせた場合、長波長側の光を反射して短波長側の光を透過するショートパス、またはその逆のロングパス特性をもたせたものよりも製造コストが嵩むので、上記第１実施形態のように、ロングパス特性を有する第３ダイクロイックミラー８１のダイクロイックフィルタに励起光カットフィルタの機能を担わせたほうがコスト面で有利である。
［第３実施形態］
上記各実施形態では、ダイクロイックミラーが励起光カットフィルタを兼ねる例を説明したが、図２４に示す第３実施形態の光路統合部９５のように、励起光カットフィルタをダイクロイックミラーとは別に設けてもよい。光路統合部９５は、緑色半導体光源３６と第１ダイクロイックミラー７９の間に励起光カットフィルタ９６が配置されている。励起光カットフィルタ９６は、例えば図２５に示すように、約４５０ｎｍ未満の紫色、青色の波長帯域の光を反射し、それ以外の緑色、赤色の波長帯域の光を透過する特性を有する。また、図示は省略するが、第１ダイクロイックミラー７９と第３ダイクロイックミラー８１の間に励起光カットフィルタ９６を設けてもよい。要するに、青色励起光ＬＢｅのライトガイド５５の入射端５５ａへの入射を阻止すればよく、励起光カットフィルタは、励起光ＬＥＤ４４とライトガイド５５との間の光路上、より具体的には、緑色半導体光源３６が発する青色励起光ＬＢｅと緑色蛍光ＬＧｆの混合光と、青色半導体光源３５が発する青色光ＬＢの光路を統合する位置、またはその位置の上流側の光路上に設けられていればよい。
［第４実施形態］
上記第１実施形態では、プロセッサ装置１２からの露出制御信号に基づいて、各ＬＥＤ４３〜４６に与える駆動電流値を変化させることで各色光の光量制御を行っているが、ＬＥＤや蛍光体の発熱の影響や経時劣化の影響により、半導体光源は駆動電流値に対する出力光量が変動する場合がある。そこで、各色光の光量を測定する光量測定センサを設けて、光量測定センサが出力する光量測定信号に基づいて、各色光の光量が目標値に達しているか否かを監視してもよい。

図２６において、光路統合部１００は、上記第１実施形態の図１８に示す光路統合部４１の構成に加えて、各半導体光源３５〜３８が発する各色光の光量を測定する青色、緑色、赤色、紫色の各光量測定センサ１０１、１０２、１０３、１０４と、各半導体光源３５〜３８の直前に設けられ、各半導体光源３５〜３８が発する各色光の一部を反射して各光量測定センサ１０１〜１０４に導光するガラス板１０５、１０６、１０７、１０８とを備えている。

各ガラス板１０５〜１０８は、各半導体光源３５〜３８の光軸に対して、例えば３５°傾けた姿勢で配置されている。各ガラス板１０５〜１０８は、各半導体光源３５〜３８が発する各色光を透過する。各ガラス板１０５〜１０８に各色光が入射すると、フレネル反射が生じる。各ガラス板１０５〜１０８は、このフレネル反射を利用して、各半導体光源３５〜３８が発する各色光の一部（４％〜８％程度）の光を各光量測定センサ１０１〜１０４に導光する導光部材である。なお、ガラス板に代えて光ファイバ等の他の導光部材を用いてもよい。

緑色光量測定センサ１０２、赤色光量測定センサ１０３の前には、フィルタ１０９、１１０がそれぞれ設けられている。フィルタ１０９は、緑色光量測定センサ１０２に入射する光を、最終的に内視鏡１１に供給する白色光ＬＷの一部を構成する緑色蛍光ＬＧｆの波長帯域の光のみに制限するためのもので、図２７に示すように、約６１０ｎｍ以上の赤色の波長帯域の光、および約４９０ｎｍ未満の紫色、青色の波長帯域の光を反射し、それ以外の緑色の波長帯域の光を透過する特性を有する。すなわち、フィルタ１０９は、第２実施形態の第１ダイクロイックミラー９１と同じく、上記第１実施形態の第１ダイクロイックミラー７９と第３ダイクロイックミラー８１の透過特性を合わせたバンドパス特性を有する。フィルタ１０９により、緑色光量測定センサ１０２には、青色励起光ＬＢｅがカットされた、最終的に白色光ＬＷの一部として出射される緑色蛍光ＬＧｆのみが入射する。緑色蛍光ＬＧｆの純粋な光量を測定することができる。

また、フィルタ１１０は、赤色光量測定センサ１０３に入射する光を、最終的に内視鏡１１に供給する白色光ＬＷの一部を構成する赤色光ＬＲの波長帯域の光のみに制限するためのもので、図２８に示すように、約６１０ｎｍ未満の緑色、青色の波長帯域の光を反射し、それ以上の赤色の波長帯域の光を透過する特性を有している。すなわち、フィルタ１１０は、上記第１実施形態の第１ダイクロイックミラー７９の図１９に示す透過特性を反転させた透過特性を有する。フィルタ１１０により、赤色光量測定センサ１０３には、最終的に白色光ＬＷの一部として出射される赤色光ＬＲのみが入射する。赤色光ＬＲの純粋な光量を測定することができる。

図２９において、各光量測定センサ１０１〜１０４は、ガラス板１０５〜１０８のフレネル反射により導光された各色光を受光して、受光した各色光の光量に応じた光量測定信号を出力し、これを光源制御部４２に出力する。光源制御部４２は、光量測定信号と目標とする光量とを比較し、この比較結果に基づいて、光量が目標値となるように、露出制御で設定した各半導体光源３５〜３８に与える駆動電流値を微調整する。このように各色光の光量を光量測定センサ１０１〜１０４で常に監視し、光量の測定結果に基づき与える駆動電流値を微調整することで、常に目標値に沿うように光量を制御することができる。このため目標とする発光スペクトルの照明光をより安定して得ることができる。

なお、図３０に示す光路統合部１１５のように、緑色半導体光源３６と第１ダイクロイックミラー７９の間の位置（第３実施形態の図２４に示す励起光カットフィルタ９６と同じ位置）に、フィルタ１０９と同じ透過特性を有する励起光カットフィルタ１１６を設けてもよい。こうすればフィルタ１０９は不要となる。ただし、フィルタ１０９に比べて励起光カットフィルタ１１６はサイズが大きくなるので、コスト面および省スペースの観点からいえば、励起光カットフィルタ１１６を設けるよりもフィルタ１０９を設けるほうが好ましい。

上記第４実施形態では、全ての半導体光源に対して光量測定センサを配置して光量を監視しているが、少なくとも白色光ＬＷを構成する光を発する青色、緑色、赤色半導体光源や、蛍光型半導体光源の光量を監視し、他の半導体光源については光量測定センサを配置しなくてもよい。また、青色、緑色、赤色半導体光源のうちでも、駆動電流値に対する出力光量の変動が特に大きい半導体光源（蛍光型半導体光源）の光量のみを選択的に監視してもよい。

蛍光型半導体光源は、上記各実施形態の緑色半導体光源３６に限らない。緑色半導体光源に代えて、あるいは加えて、赤色半導体光源を、紫色から青色の波長帯域の青色励起光を発する青色励起光発光素子、および青色励起光で励起されて赤色の波長帯域の赤色蛍光を発する赤色蛍光体で構成してもよい。この場合も上記各実施形態と同様に、励起光カットフィルタは、赤色半導体光源が発する青色励起光と赤色蛍光の混合光と、青色半導体光源が発する青色光の光路を統合する位置、またはその位置の上流側の光路上に設けられていればよい。例えば上記第１実施形態と同様に、第３ダイクロイックミラー８１のダイクロイックフィルタに励起光カットフィルタの機能を担わせてもよいし、第１ダイクロイックミラー７９と第３ダイクロイックミラー８１の間に励起光カットフィルタを設けてもよいし、赤色半導体光源と第１ダイクロイックミラー７９の間に励起光カットフィルタを設けてもよい。

赤色半導体光源を蛍光型半導体光源で構成する場合は、励起光発光素子は紫色から青色の波長帯域の青色励起光を発する青色励起光発光素子に限らず、緑色の波長帯域の緑色励起光を発する緑色励起光発光素子であってもよい。この場合、緑色励起光をカットし赤色蛍光を透過する透過特性を有する励起光カットフィルタが、例えば図１８の光路統合部４１において、赤色半導体光源と第１ダイクロイックミラー７９の間に配置される。
［第５実施形態］
また、図３１に示す光源部１２０のように、蛍光型半導体光源として白色半導体光源１２１を用いてもよい。光源部１２０は、上記第１実施形態の光源部４０から、緑色半導体光源３６、赤色半導体光源３７を除き、これらの代わりに白色半導体光源１２１を設けたものである。また、光路統合部１２２は、上記第１実施形態の光路統合部４１から、緑色半導体光源３６、赤色半導体光源３７に係るコリメータレンズ７７や第１ダイクロイックミラー７９を除いたものである。

白色半導体光源１２１は、青色の波長帯域の青色励起光ＬＢｅを発する青色励起光発光素子、および青色励起光ＬＢｅで励起されて緑色および赤色の波長帯域の緑色蛍光ＬＧｆおよび赤色蛍光ＬＲｆを発する緑色および赤色蛍光体で構成される。この場合、白色光ＬＷは、青色半導体光源３５が発する青色光ＬＢと、白色半導体光源１２１が発する緑色蛍光ＬＧｆ、赤色蛍光ＬＲｆの混合光により構成される。本実施形態においても、白色半導体光源１２１が発する青色励起光ＬＢｅの波長帯域は、青色半導体光源３５が発する青色光ＬＢの波長帯域と重なる。このため、上記各実施形態の３色の半導体光源３５〜３７を有する態様と同じく、本実施形態の青色半導体光源３５と白色半導体光源１２１を有する態様も、蛍光型半導体光源が発する励起光によって励起光と波長帯域が重なる光の光量に影響が及び、照明光の発光スペクトルが変化してしまうという課題が生じる。

各半導体光源３５、３８、１２１が発する光が最終的に交わる位置には、ダイクロイックミラー１２３が配置されている。ダイクロイックミラー１２３は、上記第１実施形態の第３ダイクロイックミラー８１に相当する。ダイクロイックミラー１２３のダイクロイックフィルタは、紫色光ＬＶ、青色励起光ＬＢｅ、および青色光ＬＢを反射し、緑色蛍光ＬＧｆ、赤色蛍光ＬＲｆを透過する特性を有し、青色励起光ＬＢｅをカットする励起光カットフィルタとして機能する。このダイクロイックミラー１２３により、各色光の全ての光路が統合され、かつ青色励起光ＬＢｅの透過が阻止される。

なお、本実施形態においても、上記第３実施形態と同様に、励起光カットフィルタをダイクロイックミラー１２３とは別に設けてもよい。また、第４実施形態のように、例えば白色半導体光源１２１に光量測定センサを設けて、光量を監視してもよい。

また、上記第１実施形態のＬＥＤの実装形態は１例であり、他の形態を採用してもよい。例えば、図４および図５における封止樹脂３５ｃや緑色蛍光体４７の光出射面に発散角を調整するマイクロレンズを設けてもよいし、あるいは表面実装型でなく、マイクロレンズが形成された砲弾型のケースにＬＥＤを収容した形態でもよい。また、緑色半導体光源３６として、励起光ＬＥＤ４４に加えて緑色蛍光体４７も基板３６ａに一体的に設けた例で説明したが、緑色蛍光体４７と基板３６ａとを別に設けてもよい。この場合には、励起光ＬＥＤ４４と緑色蛍光体４７の間にレンズや光ファイバ等の導光部材を追加して、導光部材を介して励起光ＬＥＤ４４の励起光を緑色蛍光体４７に導光する。
［第６実施形態］
さらに、発光素子としてＬＥＤを用いた例で説明したが、ＬＥＤの代わりにレーザダイオード（ＬＤ）を用いてもよい。例えば図３２に示すように、励起光発光素子として、青色励起光を発する励起光ＬＤ１３１と、励起光ＬＤ１３１の前面に配された緑色蛍光体１３２とで構成した緑色半導体光源１３０を、上記第１〜第４実施形態の緑色半導体光源３６の代わりに用いてもよい。

この場合、緑色蛍光体１３２は、円盤状の透明な回転板１３３の表面に、塗布等の方法で形成される。そして、この回転板１３３をモータ等の回転機構１３４で回転させつつ、励起光ＬＤ１３１からの青色励起光を回転板１３３の偏心した位置に照射させる。回転板１３３を回転させることで、緑色蛍光体１３２の一箇所に励起光の照射位置が集中することがなくなる。励起光の照射位置が一箇所に集中するとその箇所は高温になり、緑色蛍光体１３２の劣化を早めてしまうことになるが、そうしたことを防止することができる。なお、符号１３５は、励起光ＬＤ１３１が発する青色励起光を回転板１３３に集光する集光レンズである。

なお、回転板１３３の出射側の面に、励起光カットフィルタを一体的に形成してもよい。また、発光素子としては、ＬＥＤやＬＤの他に有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子を用いてもよい。蛍光型半導体光源に限らず、他の半導体光源（青色半導体光源３５、紫色半導体光源３８等）の発光素子に、ＬＤや有機ＥＬ素子を用いてもよい。

図３３に示す白色半導体光源１４０は、図３２の緑色半導体光源１３０の白色バージョンである。白色半導体光源１４０は、緑色半導体光源１３０と同様に、青色励起光を発する励起光ＬＤ１４１と、励起光ＬＤ１４１の前面に配された緑色および赤色蛍光体１４２とで構成される。この白色半導体光源１４０を、第５実施形態の白色半導体光源１２１として用いてもよい。なお、回転板等の他の構成は図３２の緑色半導体光源１３０と同じであるので、図３２と同様の符号を付して説明を省略する。

上記各実施形態では、励起光を１００％カットする励起光カットフィルタを例示したが、本発明はこれに限定されない。励起光カットフィルタは励起光の光量を多少でも減光できるものであればよく、例えば励起光を５０％カットする透過特性を有するものも本発明に含まれる。ただし、１００％に近いほど効果が得られるため好ましい。

上記各実施形態における光路統合部の構成は１例であり、種々の変更が可能である。例えばダイクロイックフィルタを形成した光学部材としてダイクロイックミラーを用いているが、代わりにプリズムにダイクロイックフィルタを形成したダイクロイックプリズムを用いてもよい。また、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムといった、ダイクロイックフィルタを形成した光学部材の代わりに、例えば、各半導体光源に対峙する複数の入射端と、内視鏡のライトガイドの入射端に対峙する１つの出射端を有する分岐型ライトガイドを用いて光路を統合してもよい。分岐型ライトガイドは、光ファイバをバンドル化したファイババンドルであり、一端において光ファイバを所定本数ずつ複数に分割して、入射端を複数に分岐させたものである。この場合には、分岐した各入射端のそれぞれに対応させて各半導体光源を配置する。そして、蛍光型半導体光源と分岐型ライトガイドの入射端の間に励起光カットフィルタを配置する。

上記各実施形態では、生体組織の血管情報を取得するための血管情報取得用半導体光源として、紫色光ＬＶを発する紫色半導体光源３８を例示したが、紫色半導体光源３８とは別に、あるいは加えて、他の血管情報取得用半導体光源を設けてもよい。例えば、血管情報として血中ヘモグロビンの酸素飽和度を取得するために、中心波長４７３±１０ｎｍの狭帯域の青色光を発する半導体光源を設けてもよい。もちろん、血管情報観察を行わない場合は血管情報取得用半導体光源を設けず、青色、緑色、赤色半導体光源だけ設けてもよい。

また、上記第１実施形態では、通常観察モードでは白色光のみ、血管強調観察モードでは白色光ＬＷと紫色光ＬＶを同時に観察部位に照射し、いずれのモードにおいても白色光を用いているが、白色光を用いないモードを設けてもよい。例えば緑色半導体光源３６と紫色半導体光源３８、あるいは緑色半導体光源３６と青色半導体光源３５を点灯し、緑色蛍光ＬＧｆベースで血管強調観察画像を取得してもよい。

上記各実施形態では、撮像素子５６として、Ｂ、Ｇ、Ｒのマイクロカラーフイルタによって白色光を色分離するカラー撮像素子を有し、カラー撮像素子によってＢ、Ｇ、Ｒの画像信号を同時に取得する同時式の内視鏡システムおよびそれに用いられる光源装置を例に説明したが、モノクロ撮像素子を有し、青色、緑色、赤色の各色光を順次照射して、Ｂ、Ｇ、Ｒの画像信号を面順次で取得する面順次式の内視鏡システムおよびそれに用いられる光源装置に本発明を適用してもよい。

なお、言うまでもないが、上記各実施形態は、単独で実施することも、複合して実施することも可能である。

上記各実施形態では、光源装置とプロセッサ装置が別体で構成される例で説明したが、２つの装置を一体で構成してもよい。また、本発明は、照明光の観察部位の反射光をイメージガイドで導光するファイバスコープや、撮像素子と超音波トランスデューサが先端部に内蔵された超音波内視鏡を用いた内視鏡システムおよびそれに用いられる光源装置にも適用することができる。

１０ 内視鏡システム
１１ 内視鏡
１３ 光源装置
３５ 青色半導体光源
３６、１３０ 緑色半導体光源
３７ 赤色半導体光源
３８ 紫色半導体光源
４０、１２０ 光源部
４１、９０、９５、１００、１１５、１２２ 光路統合部
４２ 光源制御部
４３ 青色ＬＥＤ
４４ 励起光ＬＥＤ
４５ 赤色ＬＥＤ
４６ 紫色ＬＥＤ
４７、１３２ 緑色蛍光体
５５ ライトガイド
５６ 撮像素子
７９〜８１ 第１〜第３ダイクロイックミラー
９１ 第１ダイクロイックミラー
９６、１１６ 励起光カットフィルタ
１０１〜１０４ 光量測定センサ
１０５〜１０８ ガラス板
１０９ フィルタ
１２１、１４０ 白色半導体光源
１２３ ダイクロイックミラー
１３１、１４１ 励起光ＬＤ
１３３、１４３ 回転板
１４２ 緑色および赤色蛍光体

Claims (11)

1. 内視鏡のライトガイドに照明光を供給する内視鏡用光源装置において、
   前記照明光の波長帯域と少なくとも一部が重なる波長帯域の励起光を発する励起光発光素子、および前記励起光で励起されて、前記照明光に含まれる緑色または赤色の波長帯域のうちの少なくとも１つの波長帯域を含む蛍光を発する蛍光体を有する蛍光型半導体光源を備える複数の半導体光源と、
   前記励起光発光素子と前記ライトガイドとの間の光路上に設けられ、前記励起光をカットする励起光カットフィルタと、
   前記蛍光型半導体光源が発する前記蛍光が通る光路と、前記複数の半導体光源のうち前記蛍光型半導体光源以外の半導体光源が発する光が通る光路とを統合する光路統合用光学部材を備えることを特徴とする内視鏡用光源装置。
2. 前記励起光カットフィルタは、前記光路統合用光学部材に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
3. 前記光路統合用光学部材にはダイクロイックフィルタが形成されており、前記ダイクロイックフィルタが前記励起光カットフィルタを兼ねることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡用光源装置。
4. 前記蛍光型半導体光源以外の半導体光源が発する光は、前記励起光と波長帯域が重なることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の内視鏡用光源装置。
5. 前記励起光カットフィルタは、前記光路統合用光学部材と前記蛍光型半導体光源の間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の内視鏡用光源装置。
6. 前記複数の半導体光源は、青色、緑色、赤色の各波長帯域の光を発する３つの半導体光源であり、
   前記蛍光型半導体光源は、前記３つの半導体光源のうちの少なくとも１つであり、前記蛍光体は、緑色または赤色のいずれかの蛍光を発することを特徴とする請求項１ないし３及び請求項５のうちのいずれか１項に記載の内視鏡用光源装置。
7. 前記蛍光型半導体光源は、紫色から青色の波長帯域の青色励起光を発する青色励起光発光素子、および前記青色励起光で励起されて緑色の波長帯域の緑色蛍光を発する緑色蛍光体で構成された緑色半導体光源であることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用光源装置。
8. 前記蛍光型半導体光源は、紫色から青色の波長帯域の青色励起光を発する青色励起光発光素子または緑色の波長帯域の緑色励起光を発する緑色励起光発光素子、および前記青色励起光または前記緑色励起光で励起されて赤色の波長帯域の赤色蛍光を発する赤色蛍光体で構成された赤色半導体光源であることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用光源装置。
9. 前記複数の半導体光源は、生体組織の粘膜表層の血管を強調表示するための紫色の波長帯域の光を発する紫色半導体光源をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の内視鏡用光源装置。
10. 前記励起光発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の内視鏡用光源装置。
11. 照明光を導光するライトガイドを有する内視鏡と、
    前記ライトガイドに前記照明光を供給する内視鏡用光源装置とを備える内視鏡システムにおいて、
    前記内視鏡用光源装置は、
    前記照明光の波長帯域と少なくとも一部が重なる波長帯域の励起光を発する励起光発光素子、および前記励起光で励起されて、前記照明光に含まれる緑色または赤色の波長帯域のうちの少なくとも１つの波長帯域を含む蛍光を発する蛍光体を有する蛍光型半導体光源を備える複数の半導体光源と、
    前記励起光発光素子と前記ライトガイドとの間の光路上に設けられ、前記励起光をカットする励起光カットフィルタと、
    前記蛍光型半導体光源が発する前記蛍光が通る光路と、前記複数の半導体光源のうち前記蛍光型半導体光源以外の半導体光源が発する光が通る光路とを統合する光路統合用光学部材を備えることを特徴とする内視鏡システム。

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