JP6572065B2 - 内視鏡用光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数種の内視鏡が着脱可能に接続される内視鏡用光源装置に関する。

近年の医療においては、電子内視鏡（以下、内視鏡という）、内視鏡用光源装置（以下、光源装置という）、及びプロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断等が広く行われている。光源装置は、照明光を発生する。内視鏡は、光源装置から照明光が供給され、この照明光を先端部から検体に照射させる。また、内視鏡は、照明光が照射された検体内を、先端部に内蔵された撮像素子により撮像して撮像信号を生成する。プロセッサ装置は、内視鏡が生成した撮像信号を画像処理して、モニタに表示するための観察画像を生成する。

内視鏡は、複数の光ファイバを束ねることにより形成されたライトガイドを有している。光源装置から内視鏡に供給された照明光は、ライトガイド内を伝搬して、内視鏡の先端部に導かれる。また、内視鏡には、光源装置に接続されるコネクタ部に導光ロッド（ライトパイプ）が設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。導光ロッドは、ライトガイドの光源装置側に配置されており、ライトガイドに均一な照明光を入射させる。

光源装置には、従来、照明光として白色光を発するキセノンランプやハロゲンランプ等のランプ光源が使用されていたが、最近では、ランプ光源に代えて、特定の色の光を発するレーザダイオード（ＬＤ：Laser diode）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light emitting diode）等の半導体光源が用いられつつある。

しかし、半導体光源は、ランプ光源に比べて輝度が低いため、高輝度化が望まれている。半導体光源では、赤色光、緑色光、及び青色光の少なくとも３色の光を混合して白色光が生成されるが、これらのうち、輝度に最も起因するのは緑色光であるので、緑色光の光量の増加を図ることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、青色レーザ光源と緑色蛍光体とを設け、緑色蛍光体を青色レーザ光により励起させることで、緑色光の光量を増加させている。

また、内視鏡には、上部消化器官内視鏡、下部消化器官内視鏡、気管支鏡等の機能が異なる複数の種類が存在する（例えば、特許文献３参照）。光源装置やプロセッサ装置は、これらの複数種の内視鏡が接続可能に構成されている。内視鏡の挿入部の外径は、内視鏡の種類により異なっている。ライトガイドや導光ロッドの径は、内視鏡の挿入部の外径に応じて異なる。

特開２０１３−１７４９０５号公報 特開２０１３−２１５４３５号公報 特開２０１４−０００２０７号公報

半導体光源を用いた光源装置において、高輝度化を図るには、特許文献２に記載のように青色レーザ光源及び緑色蛍光体を用いることの他に、複数の発光素子を基板上に２次元アレイ状に配列して発光面を大面積化した光源を用いることが考えられる。このような光源は、プロジェクタ用途として製品化されており、例えば、発光素子としてＬＥＤチップを「２×２」の２次元アレイ配列としたものがある。

このように発光素子をアレイ状に配列した光源では、隣接する発光素子間に、少なからず発光が生じない不発光帯が生じる。特に、発光素子を行方向及び列方向に偶数個ずつ配列した場合には、発光面の中心が不発光帯に位置する。

このような光源を光源装置に適用すると、光源の発光面から発光された光（例えば、緑色光）は、集光光学系を介して、光源装置に接続された内視鏡の光入射面に導かれることになる。したがって、光入射面のうち、発光面の不発光帯に対応する部分は、入射光量が他の部分より低下してしまう。

内視鏡の光入射面（すなわち、導光ロッドの端面）の面積は、導光ロッドの径（光入射面の径）に依存し、内視鏡の種類によって異なる。したがって、光源装置に接続された内視鏡の導光ロッドの径が小さいほど、光入射面中の不発光帯に対応する部分の占める割合が大きくなり、光入射面への入射光量が低下するという問題がある。例えば、気管支鏡では、導光ロッドの径が、下部消化器官内視鏡等の導光ロッドの径の１／３程度と小さいため、入射光量の低下が特に問題となる。

本発明は、複数の発光素子が２次元アレイ状に配列された光源を有する内視鏡用光源装置において、接続される内視鏡の導光ロッドの径が小さい場合における内視鏡への入射光量の低下を低減することを可能とする内視鏡用光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡用光源装置は、第１光を発する第１発光素子が行方向及び列方向に偶数個ずつ配置された２次元アレイ状の第１発光面を有する第１光源と、円形の光入射面を有する導光ロッドを備えた内視鏡が接続される内視鏡接続部と、内視鏡接続部に接続された内視鏡の導光ロッドの光入射面の中心に光軸を合わせ、光入射面を含む領域に第１光を集光する集光光学系と、を備え、第１発光面の中心は、光軸に対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態であり、行方向及び列方向に隣接する第１発光素子の間には、第１光が発せられない不発光帯が存在しており、第１発光面の中心の光軸に対する行方向及び列方向へのオフセット量をそれぞれΔＳＸ，ΔＳＹとし、内視鏡接続部に接続可能な内視鏡の導光ロッドの光入射面の径のうち、最小の径をＤ１ＭＩＮとし、不発光帯の行方向及び列方向への幅をそれぞれＷＸ，ＷＹとした場合に、ΔＳＸ≧（Ｄ１ＭＩＮ＋ＷＸ）／２、及びΔＳＹ≧（Ｄ１ＭＩＮ＋ＷＹ）／２を満たし、且つ、オフセット量ΔＳＸ，ΔＳＹは、集光光学系の光軸が、不発光帯以外の領域に位置するように設定されている。

集光光学系は、第１光源から発せられた第１光を集光して平行光とするコリメータレンズを有し、コリメータレンズの中心は、光軸と一致していることが好ましい。

行方向及び列方向に隣接する第１発光素子の間には、第１光が発せられない不発光帯が存在しており、光軸は、第１発光面中の不発光帯以外の領域に位置していることが好ましい。

第１発光面の中心の光軸に対する行方向及び列方向へのオフセット量をそれぞれΔＳ_Ｘ，ΔＳ_Ｙとし、内視鏡接続部に接続可能な内視鏡の導光ロッドの光入射面の径のうち、最小の径をＤ１_ＭＩＮとし、不発光帯の行方向及び列方向への幅をそれぞれＷ_Ｘ，Ｗ_Ｙとした場合に、ΔＳ_Ｘ≧（Ｄ１_ＭＩＮ＋Ｗ_Ｘ）／２、及びΔＳ_Ｙ≧（Ｄ１_ＭＩＮ＋Ｗ_Ｙ）／２を満たすことが好ましい。

導光ロッドの径が最小の内視鏡が内視鏡接続部に接続された場合に、複数の第１発光素子のうち、光軸が位置する第１発光素子のみを駆動して発光させることが好ましい。

第１光とは発光波長帯域の少なくとも一部が異なる第２光を発する１つの第２発光素子を有する第２光源を備え、集光光学系は、第１光と第２光とのうち一方を透過させ、他方を反射させることにより第１光の光路に第２光の光路を統合させる第１ダイクロイックミラーを有することが好ましい。

第１光及び第２光とは発光波長帯域の少なくとも一部が異なる第３光を発する１つの第３発光素子を有する第３光源を備え、集光光学系は、第１光及び第２光と、第３光とのうち一方を透過させ、他方を反射させることにより第１光及び第２光の光路に第３光の光路を統合させる第２ダイクロイックミラーを有することが好ましい。

第２光源の発光面の中心と、第３光源の発光面の中心とはそれぞれ、光軸に一致していることが好ましい。

第１光は緑色光であり、第２光は青色光であり、第３光は赤色光であることが好ましい。

本発明によれば、第１発光素子が行方向及び列方向に偶数個ずつ配置された２次元アレイ状の第１発光面の中心が、集光光学系の光軸に対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態であるので、内視鏡接続部に接続される内視鏡の導光ロッドの径が小さい場合における内視鏡への入射光量の低下を低減することができる。

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。 ライトガイド及び導光ロッドの構成を示す図である。 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。 カラーフィルタアレイの構成を示す図である。 光源部の構成を示す図である。 照明光の波長スペクトルを示すグラフである。 緑色光源の構成を示す図である。 発光面の中心が集光光学系の光軸に一致している場合の問題点を説明する図である。 発光面の中心を集光光学系の光軸に対してオフセットさせた場合の効果を説明する図である。 オフセット量について説明する図である。 導光ロッドの径に応じた緑色ＬＥＤチップの選択方法について説明するフローチャートである。 照明光の波長スペクトルの変形例を示すグラフである。

図１において、内視鏡システム１０は、検体として生体内の観察部位を撮像する電子内視鏡（以下、単に内視鏡という）１１と、撮像により得られた撮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に供給する内視鏡用光源装置（以下、単に光源装置という）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１１は、生体内（消化器官や気管支内）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をプロセッサ装置１２及び光源装置１３に接続するためのユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６は、先端部１９、湾曲部２０、及び可撓管部２１で構成されており、先端側からこの順番に連結されている。

先端部１９の先端面には、図２に示すように、観察部位に照明光を照射する２つの照明窓２２と、観察部位の像を取り込むための観察窓２３と、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と、鉗子や電気メス等の処置具を突出させて各種処置を行うための鉗子出口２５とが設けられている。観察窓２３の奥には、撮像素子３５（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で構成されており、操作部１７のアングルノブ２６の操作に応じて、上下左右方向に湾曲する。湾曲部２０を湾曲させることにより、先端部１９が所望の方向に向けられる。可撓管部２１は、可撓性を有しており、食道や腸等の曲がりくねった管道に挿入可能である。挿入部１６には、信号ケーブル（図示せず）や、導光ロッド３２及びライトガイド３３（図３参照）が挿通されている。信号ケーブルは、撮像素子３５を駆動するための駆動信号や、撮像素子３５が出力する撮像信号を伝達する。導光ロッド３２及びライトガイド３３は、光源装置１３から供給される照明光を照明窓２２まで導光する。導光ロッドは、ライトパイプとも称される。

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フリーズボタン（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、導光ロッド３２及びライトガイド３３が挿通されており、プロセッサ装置１２及び光源装置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とは、プロセッサ装置１２と光源装置１３とにそれぞれ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置されている。光源用コネクタ２９ｂには導光ロッド３２が配置されている。

図３において、導光ロッド３２は、ライトガイド３３の光源装置１３側に配置されている。導光ロッド３２の入射端面３２ａは、光源装置１３で発せられた照明光が入射する光入射面（以下、光入射面３２ａという）である。導光ロッド３２は、中実な透明材料（ポリカーボネート等の透明樹脂材や、透明ガラス）で形成されている。導光ロッド３２は、円筒状であり、その中心光路Ｌ１に直交する断面形状は円形である。すなわち、光入射面３２ａの形状は円形である。ここで、中心光路Ｌ１とは、導光ロッド３２内を伝搬する光の光路の中心軸（すなわち、導光ロッド３２の中心軸）を指している。

ライトガイド３３は、複数の光ファイバ３４が束ねられたファイババンドルであり、その中心光路Ｌ２に直交する断面形状は円形である。ライトガイド３３には、数百〜数千本の光ファイバ３４が含まれている。導光ロッド３２の射出端面３２ｂとライトガイド３３の入射端面３３ａとは、互いに対向した状態で光学的に接合されている。導光ロッド３２の中心光路Ｌ１とライトガイド３３の中心光路Ｌ２とは、ほぼ一致している。ここで、「光学的に接合」とは、導光ロッド３２とライトガイド３３とが当接された状態で保持されている状態や、導光ロッド３２とライトガイド３３とが透明な接着剤を用いて接合されている状態をいう。ここで、中心光路Ｌ２とは、ライトガイド３３内を伝搬する光の光路の中心軸（すなわち、ライトガイド３３の中心軸）を指している。

導光ロッド３２の径（断面の直径）Ｄ１と、ライトガイド３３の径（断面の直径）Ｄ２とは、Ｄ１≧Ｄ２の関係を満たすように設定されている。すなわち、導光ロッド３２の射出端面３２ｂは、ライトガイド３３の入射端面３３ａを覆っている。これは、導光ロッド３２からライトガイド３３の各光ファイバ３４に均一な光を供給するためである。

ライトガイド３３は、２つの照明窓２２にそれぞれ光を導光させるように、入射端面３３ａとは逆の射出端面側が２本に分岐している。

以上のように構成される内視鏡１１は、その種類に応じて、挿入部１６の外径、導光ロッド３２の径Ｄ１、ライトガイド３３の径Ｄ２等が異なる。光源装置１３には、複数種類の内視鏡１１が接続可能に構成されている。内視鏡１１の種類には、上部消化器官内視鏡、下部消化器官内視鏡、気管支鏡等がある。

図２に示した照明窓２２、観察窓２３、送気・送水ノズル２４、及び鉗子出口２５の配置は、ある内視鏡１１の一例である。照明窓２２、観察窓２３、送気・送水ノズル２４、及び鉗子出口２５の配置や、照明窓２２の数は、内視鏡１１の種類によって異なる。

図４において、プロセッサ装置１２には、内視鏡１１の通信用コネクタ２９ａが着脱自在に接続される内視鏡接続部１２ａが設けられている。光源装置１３には、内視鏡１１の光源用コネクタ２９ｂが着脱自在に接続される内視鏡接続部１３ａが設けられている。

光源装置１３は、光源部３０と、光源制御部３１とを有している。光源部３０は、光源制御部３１の制御に基づき、照明光を生成して出力する。光源部３０から出力された照明光は、内視鏡接続部１３ａに接続された内視鏡１１の光源用コネクタ２９ｂの光入射面３２ａに入射する。

内視鏡１１は、導光ロッド３２と、ライトガイド３３と、撮像素子３５と、撮像駆動部３６と、アナログ処理回路（ＡＦＥ： Analog front end）３７と、照射レンズ３８と、対物光学系３９と、ＩＤ（Identification）情報記憶部４０とを有している。光源用コネクタ２９ｂが内視鏡接続部１３ａに接続されたときに、光源用コネクタ２９ｂに配置された導光ロッド３２の入射端面（光入射面）３２ａが光源部３０の射出端に対向する。

照射レンズ３８は、各照明窓２２に対応して配置されている。光源装置１３から供給された照明光は、導光ロッド３２及びライトガイド３３を介して、各照射レンズ３８へ導光される。照射レンズ３８は、凹レンズであり、ライトガイド３３から射出される照明光を、照明窓２２を介して、観察部位の広い範囲に照射する。

対物光学系３９は、観察窓２３に対応して配置されている。撮像素子３５は、対物光学系３９に対応して配置されている。照明光が照射された観察部位の光像（反射光）は、観察窓２３を通して対物光学系３９に入射し、対物光学系３９によって撮像素子３５の撮像面３５ａに結像される。

撮像素子３５は、単板カラー方式のＣＣＤ（Charge-coupled device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide-semiconductor）イメージセンサであり、光電変換により画素信号を生成する複数の画素が撮像面３５ａに形成されている。撮像面３５ａには、図５に示すカラーフィルタアレイ４１が設けられている。このカラーフィルタアレイ４１は、赤色（Ｒ）フィルタ４１ａと、緑色（Ｇ）フィルタ４１ｂと、青色（Ｂ）フィルタ４１ｃとで構成されている。各フィルタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、１つの画素に対応して、その光入射側に配置されている。カラーフィルタアレイ４１の色配列は、ベイヤー配列と呼ばれるものである。さらに、カラーフィルタアレイ４１上には、各画素に対応してマイクロレンズ（図示せず）が設けられている。

撮像素子３５は、撮像駆動部３６により駆動され、撮像面３５ａに結像された像を、カラーフィルタアレイ４１を介して複数の画素により撮像して撮像信号を出力する。撮像信号は、画素毎にＲ，Ｇ，Ｂのうちのいずれかの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）を有する。

ＡＦＥ３５は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated double sampling）回路、自動ゲイン制御（ＡＧＣ：Automatic gain control）回路、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ：Analog-to-digital）変換器等で構成されている。ＣＤＳ回路は、撮像素子３５から入力された撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施してノイズを除去する。ＡＧＣ回路は、ＣＤＳ回路によりノイズが除去された撮像信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、ＡＧＣ回路により増幅された撮像信号を、所定ビット数のデジタル信号に変換してプロセッサ装置１２に入力する。

ＩＤ情報記憶部４０は、内視鏡１１の種類を表す種類情報や、使用可能な検査項目情報等を含むＩＤ情報を記憶している。ここで、種類情報には、導光ロッド３２の径Ｄ１を表す情報が含まれている。ＩＤ情報記憶部４０は、内視鏡１１がプロセッサ装置１２に接続された際に、プロセッサ装置１２内のコントローラ５０によって読み取られる。

プロセッサ装置１２は、制御部としてのコントローラ５０と、ＤＳＰ（Digital signal processor）５１と、フレームメモリ５２と、画像処理部５３と、表示制御部５４とを有している。コントローラ５０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）や、制御プログラムをロードする作業メモリとしての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の各部と、光源制御部３１と、撮像駆動部３６とを制御する。

ＤＳＰ５１は、通信用コネクタ２９ａを介して、内視鏡１１内のＡＦＥ３７から入力される撮像信号に対して、画素補間処理、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の信号処理を施す。画素補間処理は、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の各信号について画素補間処理を行う。ＤＳＰ５１は、信号処理を施した撮像信号を、１フレーム周期毎に画像データとして、フレームメモリ５２に記憶させる。

画像処理部５３は、フレームメモリ５２から画像データを読み出して、所定の画像処理を施し、観察画像を生成する。表示制御部５４は、画像処理部５３により生成された画像を、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６において、光源部３０は、緑色光源６０と、青色光源６１と、赤色光源６２と、集光光学系６３とを有している。緑色光源６０は、４つの矩形状の緑色ＬＥＤチップ６０ａと、緑色ＬＥＤチップ６０ａが実装された基板６０ｂとにより構成されている。緑色光源６０には、高輝度化を図るために複数の緑色ＬＥＤチップ６０ａを設けている。

これに対して、青色光源６１は、１つの矩形状の青色ＬＥＤチップ６１ａと、青色ＬＥＤチップ６１ａが実装された基板６１ｂとにより構成されている。同様に、赤色光源６２は、１つの矩形状の赤色ＬＥＤチップ６２ａと、赤色ＬＥＤチップ６２ａが実装された基板６２ｂとにより構成されている。

緑色光源６０、青色光源６１、及び赤色光源６２は、それぞれ光源制御部３１により駆動制御される。緑色ＬＥＤチップ６０ａは、図７に示すように、発光波長帯域が約５００ｎｍ〜５８０ｎｍであり、ピーク波長が約５４０ｎｍである緑色光ＬＧを発する。青色ＬＥＤチップ６１ａは、発光波長帯域が約４３０ｎｍ〜４８０ｎｍであり、ピーク波長が約４５５ｎｍである青色光ＬＢを発する。赤色ＬＥＤチップ６２ａは、発光波長帯域が約５８０ｎｍ〜６４０ｎｍであり、ピーク波長が約６２０ｎｍである赤色光ＬＲを発する。

集光光学系６３は、第１〜第３コリメータレンズ６４〜６６と、集光レンズ６７と、第１及び第２ダイクロイックミラー（ＤＭ）６８，６９とを有している。第１コリメータレンズ６４は、緑色光源６０から発せられた緑色光ＬＧを集光し、集光した緑色光ＬＧを平行光として射出する。第２コリメータレンズ６５は、青色光源６１から発せられた青色光ＬＢを集光し、集光した青色光ＬＢを平行光として射出する。第３コリメータレンズ６６は、赤色光源６２から発せられた赤色光ＬＲを集光し、集光した赤色光ＬＲを平行光として射出する。なお、第１〜第３コリメータレンズ６４〜６６が平行化する光は、完全に平行光でなくてもよく、実質的に平行とみなせる程度であれば良い。この平行光の平行度は、第１〜第３コリメータレンズ６４〜６６の各レンズ位置から、集光レンズ６７の位置までの距離が長いほど、高いことが好ましい。

第１コリメータレンズ６４から射出された緑色光ＬＧの光路と、第２コリメータレンズ６５から射出された青色光ＬＢの光路とは直交しており、この交点に第１ＤＭ６８が配置されている。第１ＤＭ６８の一方の面に緑色光ＬＧが４５°の角度で入射し、他方の面に青色光ＬＢが４５°の角度で入射する。第１ＤＭ６８は、緑色光ＬＧの波長帯域と青色光ＬＢの波長帯域との間に閾値を有し、緑色光ＬＧを透過させて、青色光ＬＢを反射させる。したがって、第１ＤＭ６８は、青色光ＬＢとの光路を、緑色光ＬＧの光路に統合する。

第１ＤＭ６８により統合された緑色光ＬＧの光路と、第３コリメータレンズ６６から射出された赤色光ＬＲの光路とは直交しており、この交点に第２ＤＭ６９が配置されている。第２ＤＭ６９の一方の面に緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが４５°の角度で入射し、他方の面に赤色光ＬＲが４５°の角度で入射する。第２ＤＭ６９は、赤色光ＬＲの波長帯域と緑色光ＬＧの波長帯域との間に閾値を有し、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを透過させて、赤色光ＬＲを反射させる。したがって、第２ＤＭ６９は、赤色光ＬＲの光路を、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの光路に統合する。

第２ＤＭ６９から射出された緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、及び赤色光ＬＲは、照明光として集光レンズ６７に入射する。集光レンズ６７は、入射した照明光を、内視鏡接続部１３ａに接続された内視鏡１１の光入射面３２ａを含む領域Ｒ１に集光する。集光光学系６３の光軸Ｌｃは、光入射面３２ａの中心（中心光路Ｌ１）にほぼ一致するように設定されている。したがって、集光光学系６３は、光入射面３２ａの中心に光軸Ｌｃを合わせ、光入射面３２ａを含む領域Ｒ１に照明光を集光する。なお、第１コリメータレンズ６４の中心は、集光光学系６３の光軸Ｌｃと一致している。

領域Ｒ１は、集光光学系６３により、緑色光源６０、青色光源６１、及び赤色光源６２のそれぞれから射出された光の光像が投影される領域であるので、以下、投影領域Ｒ１と呼ぶ。

投影領域Ｒ１は、内視鏡接続部１３ａに接続可能な内視鏡１１のうち、導光ロッド３２の径Ｄ１が最も大きい内視鏡１１の光入射面３２ａよりも大きい。すなわち、集光光学系６３は、内視鏡接続部１３ａに接続可能な全種類の内視鏡１１の光入射面３２ａを含む投影領域Ｒ１に照明光を入射させる。

図８において、緑色光源６０に含まれる４つの緑色ＬＥＤチップ６０ａは、それぞれ同一形状であって、基板６０ｂ上に２次元アレイ状に配列されている。具体的には、緑色ＬＥＤチップ６０ａは、集光光学系６３の光軸Ｌｃに直交し、かつ互いに直交する行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）にそれぞれ２個ずつ並べられている。緑色光源６０の発光面（第１発光面）６０ｃは、２次元アレイ状に配列された４つの緑色ＬＥＤチップ６０ａにより構成されている。発光面６０ｃには、光軸Ｌｃが直交している。

４つの緑色ＬＥＤチップ６０ａは、可能な限り敷き詰めて配置されているが、行方向及び列方向に隣接する２つの緑色ＬＥＤチップ６０ａの間には、わずかに隙間が存在する。また、隣接する緑色ＬＥＤチップ６０ａの隙間を完全になくすように実装したとしても、緑色ＬＥＤチップ６０ａの周縁部は不発光であるので、発光面６０ｃ内において、隣接した２つの緑色ＬＥＤチップ６０ａの境界には、緑色光ＬＧが発せられない不発光帯Ｂが生じる。本実施形態では、緑色ＬＥＤチップ６０ａは、「２×２」の２次元アレイ配列であるので、不発光帯Ｂはクロス状に生じる。なお、不発光帯Ｂとは、緑色光ＬＧが完全にゼロである領域に限られず、周囲より光量が低下した領域も含まれる。

緑色光源６０は、発光面６０ｃの中心Ａｃが、集光光学系６３の光軸Ｌｃに対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態で配置されている。すなわち、光軸Ｌｃは、発光面６０ｃ中の不発光帯Ｂ以外の領域に位置している。これは、発光面６０ｃ中の集光光学系６３により集光される集光領域Ｒ２の中心に、不発光帯Ｂが存在することを防止するためである。発光面６０ｃ中の集光領域Ｒ２から集光された緑色光ＬＧの光像は、集光光学系６３によりほぼ等倍で、光入射面３２ａに位置する投影領域Ｒ１に投影される。

仮に、図９に示すように、発光面６０ｃの中心Ａｃが集光光学系６３の光軸Ｌｃに一致し、集光領域Ｒ２の中心に不発光帯Ｂが存在する場合には、導光ロッド３２の径Ｄ１が小さく、光入射面３２ａの大きさが小さいほど、光入射面３２ａ中の不発光帯Ｂに対応する部分の占める割合が大きくなり、光入射面３２ａへの照明光の入射光量が低下してしまう。

しかし、本実施形態では、発光面６０ｃの中心Ａｃが、集光光学系６３の光軸Ｌｃに対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態で配置されているので、図１０に示すように、導光ロッド３２の径Ｄ１が小さく、光入射面３２ａの大きさが小さくなると、逆に、光入射面３２ａ中の不発光帯Ｂに対応する部分の占める割合が小さくなり、不発光帯Ｂによる光入射面３２ａへの照明光の入射光量の低下が低減される。

本実施形態では、発光面６０ｃの中心Ａｃの光軸Ｌｃに対するオフセット量は、光軸Ｌｃが、発光面６０ｃ内の不発光帯Ｂ以外の領域に位置するように設定されている。また、オフセット量は、内視鏡接続部１３ａに接続可能な内視鏡１１のうち、導光ロッド３２の径Ｄ１が最小のものが接続された場合に、この内視鏡１１の光入射面３２ａに、集光領域Ｒ２中の不発光帯Ｂに対応する部分が導かれることがないように設定されている。

具体的には、図１１に示すように、行方向成分及び列方向成分へのオフセット量ΔＳ_X，ΔＳ_Yは、それぞれ「ΔＳ_X≧（Ｄ１_MIN＋Ｗ_X）／２」、及び「ΔＳ_Y≧（Ｄ１_MIN＋Ｗ_Y）／２」の関係式を満たしている。ここで、Ｄ１_MINは、内視鏡接続部１３ａに接続可能な内視鏡１１の導光ロッド３２の径（光入射面３２ａの径）Ｄ１のうちの最小の径（以下、最小ロッド径という）である。Ｗ_X，Ｗ_Yは、それぞれ不発光帯Ｂの行方向及び列方向への幅である。

これに対して、青色光源６１は、１つの青色ＬＥＤチップ６１ａのみを有するので、図６に示すように、青色光源６１は、その発光面（第２発光面）６１ｃの中心が、集光光学系６３の光軸Ｌｃに一致するように配置されている。同様に、赤色光源６２は、その発光面（第３発光面）６２ｃの中心が、集光光学系６３の光軸Ｌｃに一致するように配置されている。

次に、内視鏡システム１０の作用を説明する。医師等のユーザは、内視鏡診断を行う場合に、複数種の内視鏡１１から診断に応じたものを選択し、選択した内視鏡１１をプロセッサ装置１２及び光源装置１３に接続する。プロセッサ装置１２及び光源装置１３の電源が投入されると、内視鏡システム１０が起動する。

内視鏡システム１０が起動すると、プロセッサ装置１２内のコントローラ５０が、内視鏡１１のＩＤ情報記憶部４０からＩＤ情報を読み取る。コントローラ５０は、読み取ったＩＤ情報に基づき、内視鏡１１の種類や診断の種類に適した制御方式で、光源部３０の発光動作、撮像素子３５の撮像動作、画像処理部５３の画像処理動作等を制御する。

コントローラ５０の制御に基づき、緑色光源６０、青色光源６１、及び赤色光源６２が駆動される。このとき、緑色光源６０に含まれる４つの緑色ＬＥＤチップ６０ａは、全て同時に駆動される。これにより、光源部３０で緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、及び赤色光ＬＲが発光される。これらの光は、集光光学系６３により集光され、混合されることにより白色の照明光となって、内視鏡１１の光入射面３２ａを含む投影領域Ｒ１に集光される。投影領域Ｒ１に集光された照明光のうち、光入射面３２ａに対応する部分の光は、光入射面３２ａから導光ロッド３２内に入射する。

内視鏡１１では、照明光が導光ロッド３２及びライトガイド３３を介して照明窓２２に導光され、照明窓２２から観察部位に照射される。照明光が照射された観察部位の光像（反射光）は、観察窓２３から対物光学系３９を介して撮像素子３５に入射する。撮像素子３５は、１フレーム周期毎に入射光を光電変換して撮像信号を生成する。この撮像信号は、ＡＦＥ３７により、ＣＤＳ、ＡＧＣ、Ａ／Ｄ変換等の処理が施され、デジタル信号としてプロセッサ装置１２のＤＳＰ５１に入力される。

ＤＳＰ５１は、内視鏡１１から入力されたデジタルの撮像信号に対して、フレーム単位で、画素補間処理、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の信号処理を施して画像データとし、この画像データをフレームメモリ５２に記憶させる。画像処理部５３は、フレームメモリ５２に記憶された画像データに対して所定の画像処理を施して観察画像を生成する。この観察画像は、表示制御部５４を介してモニタ１４に表示される。モニタ１４に表示される観察画像は、１フレーム毎に更新される。

本実施形態では、緑色光源６０が４つの緑色ＬＥＤチップ６０ａを有するので、照明光の高輝度化が図られ、観察画像の明るさが向上する。

また、本実施形態では、緑色光源６０を、その発光面６０ｃの中心Ａｃが、集光光学系６３の光軸Ｌｃに対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態で配置しているので、導光ロッド３２の径Ｄ１が小さい内視鏡１１が光源装置１３に接続されても、光入射面３２ａ中の不発光帯Ｂに対応する部分の占める割合が小さく、不発光帯Ｂによる光入射面３２ａへの照明光の入射光量の低下が低減される。

なお、上記実施形態では、コントローラ５０は、４つの緑色ＬＥＤチップ６０ａを同時に駆動しているが、内視鏡接続部１３ａに接続された内視鏡１１の導光ロッド３２の径Ｄ１が最小ロッド径Ｄ１_MINである場合に、１つの緑色ＬＥＤチップ６０ａのみを駆動するよう構成しても良い。

具体的には、図１２のフローチャートに示すように、コントローラ５０は、内視鏡接続部１３ａに接続された内視鏡１１のＩＤ情報記憶部４０からＩＤ情報を取得し、内視鏡接続部１３ａに接続された内視鏡１１の導光ロッド３２の径Ｄ１が最小ロッド径Ｄ１_MINであるか否か（すなわち、Ｄ１＝Ｄ１_MINを満たすか否か）を判定する。Ｄ１＝Ｄ１_MINを満たす場合には、４つの緑色ＬＥＤチップ６０ａのうち、集光光学系６３の光軸Ｌｃが位置する緑色ＬＥＤチップ６０ａ（図１１中の右下の緑色ＬＥＤチップ６０ａ）のみを駆動して発光させる。一方、Ｄ１＝Ｄ１_MINを満たさない場合には、全ての緑色ＬＥＤチップ６０ａを駆動して、全て同時に発光させる。

Ｄ１＝Ｄ１_MINの場合には、図１１に示すように、光軸Ｌｃが位置する緑色ＬＥＤチップ６０ａから発光された緑色光ＬＧのみが光入射面３２ａに入射し、それ以外の緑色ＬＥＤチップ６０ａから発光された緑色光ＬＧは殆ど光入射面３２ａには入射しないので、これらの緑色ＬＥＤチップ６０ａを非駆動とすることで、消費電力を抑えることができる。

上記実施形態では、第１ＤＭ６８は、緑色光ＬＧを透過させて、青色光ＬＢを反射させる光学特性を有しているが、第１ＤＭ６８の透過と反射との関係を逆として集光光学系６３を構成しても良い。また、上記実施形態では、第２ＤＭ６９は、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを透過させて、赤色光ＬＲを反射させる光学特性を有しているが、第２ＤＭ６９の透過と反射との関係を逆として集光光学系６３を構成しても良い。すなわち、第１ＤＭ６８は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとのうち一方を透過させ、他方を反射させるものであれば良い。第２ＤＭ６９は、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢと、赤色光ＬＲとのうち一方を透過させ、他方を反射させるものであれば良い。

上記実施形態では、集光光学系６３において、緑色光ＬＧの光路に、青色光ＬＢの光路と赤色光ＬＲの光路とをこの順番に統合しているが、この順番を逆とするように、青色光源６１、赤色光源６２、第１ＤＭ６８、及び第２ＤＭ６９の配置を変更しても良い。

上記実施形態では、緑色ＬＥＤチップ６０ａの行方向への配列数と列方向への配列数とをそれぞれ「２」としているが、これらの配列数は、「２」には限定されず、偶数であれば良い。緑色ＬＥＤチップ６０ａの行方向及び列方向の配列数が偶数の場合には、発光面６０ｃの中心Ａｃに不発光帯Ｂが存在するので、本発明の適用により、不発光帯Ｂによる光入射面３２ａへの照明光の入射光量の低下が低減されるという効果が得られる。

上記実施形態では、プロセッサ装置１２内のコントローラ５０が、内視鏡１１のＩＤ情報記憶部４０から読み取ったＩＤ情報に基づいて、Ｄ１＝Ｄ１_MINを満たすか否かの判断を行っているが、この判断を、光源装置１３内の光源制御部３１で行っても良い。

上記実施形態では、原色型のカラーフィルタアレイ４１を用いているが、これに代えて、補色型のカラーフィルタアレイを用いても良い。

また、単板カラー方式の撮像素子３５に代えて、モノクロの撮像素子を用いても良い。この場合には、緑色光源６０、青色光源６１、赤色光源６２をそれぞれ個別に駆動し、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、赤色光ＬＲの各光をそれぞれ個別に発光させる。撮像素子は、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、赤色光ＬＲの各光により照明された観察部位からの反射光を、撮像素子で個別に撮像する。この撮像方式は、面順次方式と呼ばれる。

上記実施形態では、図７に示すように、緑色光源６０、青色光源６１、及び赤色光源６２の各発光波長帯域は、互いに殆ど重なりを有していないが、各発光波長帯域は、互いに重なりを有するものであっても良い。例えば、図１３に示すように、緑色光源６０の発光波長帯域が広く、青色光源６１及び赤色光源６２の各発光波長帯域と重なりを有していても良い。すなわち、各光源の発光波長帯域は、少なくとも一部がその他の光源の発光波長帯域と異なっていれば良い。

上記実施形態では、光源部３０内に緑色光源６０、青色光源６１、及び赤色光源６２を設けているが、光源の種類はこれらに限られず、さらに紫色光源等を設けても良い。

上記実施形態では、光源装置とプロセッサ装置とを別体構成としているが、光源装置とプロセッサ装置と１つの装置で構成しても良い。

特許請求の範囲に記載の第１〜第３光源は、緑色光源６０、青色光源６１、及び赤色光源６２にそれぞれ対応する。第１〜第３光は、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、及び赤色光ＬＲにそれぞれ対応する。また、第１〜第３発光素子は、緑色ＬＥＤチップ６０ａ、青色ＬＥＤチップ６１ａ、及び赤色ＬＥＤチップ６２ａにそれぞれ対応する。

１０ 内視鏡システム
１１ 内視鏡
１２ プロセッサ装置
１３ 光源装置
３０ 光源部
３２ 導光ロッド
３２ａ 入射端面（光入射面）
３２ｂ 射出端面
３３ ライトガイド
３３ａ 入射端面
３４ 光ファイバ
６０ 緑色光源（第１光源）
６０ａ 緑色ＬＥＤチップ（第１発光素子）
６０ｃ 発光面（第１発光面）
６１ 青色光源（第２光源）
６１ａ 青色ＬＥＤチップ（第２発光素子）
６１ｃ 発光面（第２発光面）
６２ 赤色光源（第３光源）
６２ａ 赤色ＬＥＤチップ（第３発光素子）
６２ｃ 発光面（第３発光面）
６３ 集光光学系
６７ 集光レンズ

Claims (6)

1. 第１光を発する第１発光素子が行方向及び列方向に偶数個ずつ配置された２次元アレイ状の第１発光面を有する第１光源と、
   円形の光入射面を有する導光ロッドを備えた内視鏡が接続される内視鏡接続部と、
   前記内視鏡接続部に接続された前記内視鏡の前記導光ロッドの前記光入射面の中心に光軸を合わせ、前記光入射面を含む領域に前記第１光を集光する集光光学系と、を備え、
   前記第１発光面の中心は、前記光軸に対して、前記行方向及び前記列方向にオフセットされた状態であり、
   前記行方向及び前記列方向に隣接する前記第１発光素子の間には、前記第１光が発せられない不発光帯が存在しており、
   前記第１発光面の中心の前記光軸に対する前記行方向及び前記列方向へのオフセット量をそれぞれΔＳＸ，ΔＳＹとし、
   前記内視鏡接続部に接続可能な前記内視鏡の導光ロッドの前記光入射面の径のうち、最小の径をＤ１ＭＩＮとし、
   前記不発光帯の前記行方向及び前記列方向への幅をそれぞれＷＸ，ＷＹとした場合に、
   ΔＳＸ≧（Ｄ１ＭＩＮ＋ＷＸ）／２、及びΔＳＹ≧（Ｄ１ＭＩＮ＋ＷＹ）／２を満たし、且つ、前記オフセット量ΔＳＸ，ΔＳＹは、前記集光光学系の光軸が、前記不発光帯以外の領域に位置するように設定されている内視鏡用光源装置。
2. 前記集光光学系は、前記第１光源から発せられた前記第１光を集光して平行光とするコリメータレンズを有し、
   前記コリメータレンズの中心は、前記光軸と一致している請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
3. 前記第１光とは発光波長帯域の少なくとも一部が異なる第２光を発する１つの第２発光素子を有する第２光源を備え、
   前記集光光学系は、前記第１光と前記第２光とのうち一方を透過させ、他方を反射させることにより前記第１光の光路に前記第２光の光路を統合させる第１ダイクロイックミラーを有する請求項１または２記載の内視鏡用光源装置。
4. 前記第１光及び前記第２光とは発光波長帯域の少なくとも一部が異なる第３光を発する１つの第３発光素子を有する第３光源を備え、
   前記集光光学系は、前記第１光及び前記第２光と、前記第３光とのうち一方を透過させ、他方を反射させることにより前記第１光及び前記第２光の光路に前記第３光の光路を統合させる第２ダイクロイックミラーを有する請求項３に記載の内視鏡用光源装置。
5. 前記第２光源の発光面の中心と、前記第３光源の発光面の中心とはそれぞれ、前記光軸に一致している請求項４に記載の内視鏡用光源装置。
6. 前記第１光は緑色光であり、前記第２光は青色光であり、前記第３光は赤色光である請求項５に記載の内視鏡用光源装置。

Images