JP7133648B2 - 内視鏡用光源装置、及びこれを有する内視鏡 - Google Patents

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Description

本発明は、内視鏡用光源装置、及びこれを有する内視鏡に関する。
内視鏡の観察において、内視鏡先端部は、被写体を照明する照明光を照射する。照明光は、光源が供給する。光源から供給された光は、レンズにより光ファイバの端面に集光する。
光ファイバの端面に入射した光は、光ファイバにより内視鏡先端部まで導光される。内視鏡の先端部から出射する光は、照明光として被写体に照射される。
光源から出射された光を、光ファイバにより照明光として導光する構成は、例えば、以下の特許文献１に示されている。
近年、撮像素子の高画素化に伴い、照明光はより明るくなる傾向にある。このため、光源も高出力化している。このような光をレンズにより、光ファイバの端面に集光すると、集光位置において光ファイバの端面が発熱する。
特許文献１に開示された構成は、半導体レーザからの光に起因する発熱を低減するために、光源からの光の一部を遮光するためのプレートを有する。このプレートは吸熱部を有する。
特開２００５－２３７５４２号公報
特許文献１に開示された構成では、プレートが照明光の照射により発熱をする。そして、プレートの発熱は、熱伝導性が良好な吸熱部を用いて低減される。しかしながら、吸熱部に伝わった熱は、吸熱部の周辺雰囲気に発散されてしまう。この結果、光源のケーシング自体の温度が上昇してしまうおそれがある。
また、光源からの光を導光する光ファイバは、中心のコアの周囲をクラッドが囲んでいる。クラッドは接着剤を用いて被覆材に被覆されている。このため、光ファイバの端面の温度が上昇すると、接着剤を溶かしてしまう。溶けた接着剤は、コアを含む光ファイバの端面を汚してしまう。この結果、光源からの光を光ファイバへ入射させる結合効率が低下してしまう。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、光ファイバへの不要な入射光を遮光するとともに、その遮光によって発生する熱を、装置の外部へ排出できる内視鏡用光源装置、及びこれを有する内視鏡を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡用光源装置は、
光を出射する光源と、
光源から出射された光を集光する集光レンズと、
光源から出射された光の少なくとも一部を遮光し、遮光されない光を透過光として透過する遮光部材と、
遮光部材を透過した透過光が入射する光ファイバと、
断熱部材で構成されて、光源と、集光レンズと、遮光部材との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する保持部材と、遮光部材において発生した熱を、保持部材の外部へ排熱する排熱部材と、を有し、
遮光部材の熱経路における熱抵抗値は、断熱部材の熱抵抗値よりも小さく、
遮光部材と排熱部材との接続部の熱経路における熱抵抗値は、断熱部材の熱抵抗値よりも小さく、
排熱部材の熱経路における熱抵抗値は、断熱部材の熱抵抗値よりも小さいことを特徴とする。
本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡は、上述の内視鏡用光源装置と、
操作部と、を有し、
内視鏡用光源装置は、操作部に内蔵されていることを特徴とする。
本発明によれば、効率良く放熱でき、光ファイバへ入射させる結合効率が良好な内視鏡
用光源装置、及びこれを有する内視鏡を提供することができる。
（ａ）は第１実施形態の内視鏡用光源装置の断面図、（ｂ）は光ファイバ端面の斜視図である。 （ａ）はプレートの正面図、（ｂ）は他のプレートの正面図である。 第１実施形態のプレートからフェルールまでの断面図である。 （ａ）は第２実施形態の内視鏡用光源装置の断面図、（ｂ）は光源からプレートまでの断面図である。 第３実施形態の内視鏡用光源装置の断面図である。 第４実施形態の内視鏡用光源装置の断面図である。 第４実施形態の変形例の内視鏡用光源装置の断面図である。 第４実施形態の他の変形例の内視鏡用光源装置の断面図である。 第５実施形態の内視鏡用光源装置の断面図である。 第６実施形態の内視鏡用光源装置の断面図である。 第７実施形態の内視鏡用光源装置の断面図である。 第８実施形態の内視鏡用光源装置の断面図である。 第９実施形態の内視鏡用光源装置の断面図である。 第１０実施形態のワイヤレス内視鏡の概略構成図である。
以下、実施形態に係る内視鏡用光源装置、及びこれを有すると内視鏡について、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。
（第１実施形態）
本実施形態に係る内視鏡用光源装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を集光する集光レンズと、光源から出射された光の少なくとも一部を遮光し、遮光されない光を透過光として透過する遮光部材と、遮光部材を透過した透過光が入射する光ファイバと、光源と、集光レンズと、遮光部材との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する保持部材と、遮光部材において発生した熱を、保持部材の外部へ排熱する排熱部材と、を有することが好ましい。
図１（ａ）は、第１実施形態の内視鏡用光源装置１００の断面構成図である。光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。光Ｌ１、Ｌ２が入射する集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。これにより、集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ１、Ｌ２を、収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’に変換して、集光させる。遮光部材であるプレート１２は、半導体レーザ１０から出射された光Ｌ１、Ｌ２の変換後の少なくとも一部Ｌ１’を遮光する。つまり、プレート１２は、半導体レーザ１０からの光束径の大きさを必要な大きさに絞る部材である。プレート１２により遮光されない光Ｌ２’は、透過光としてプレート１２を透過する。プレート１２を透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、集光レンズ１１と、プレート１２との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。さらに、ピグテイル１７は、プレート１２の位置を固定して保持する。排熱部材である放熱フィン１３は、プレート１２において発生した熱を、プレート１２の外部へ排熱する。発熱の詳細に関しては、プレート１２の説明と共に後述する。
プレート１２における遮光部１２ｂ（図２（ａ）の斜線で示す領域）には、集光性の光Ｌ１’が照射される。高出力の半導体レーザ１０を用いると、光Ｌ１’を遮光することにより、プレート１２が発熱してしまう。
プレート１２は、ピグテイル１７より熱抵抗値の低い材料、例えばアルミや真鍮、銅などで構成することが望ましい。ピグテイル１７は、熱抵抗値の高い材料、断熱材、例えば、ステンレスなどで構成する。
放熱フィン１３は、プレート１２において発生した熱を、ピグテイル１７の外部へ排熱できる。
本実施形態に係る内視鏡光源装置は、透過光の集光位置に基づき、光ファイバの入射端の位置を固定して保持する光ファイバ保持部材を有することが好ましい。
光ファイバ保持部材であるフェルール１４は、プレート１２を透過した光Ｌ２’の集光位置１８に基づき、光ファイバ１５の入射端である端面１５ｄの位置を固定して保持する。
フェルール１４をピグテイル１７に挿入することで、光Ｌ２’の集光位置１８と光ファイバ１５のコア１５ａとを一致させることができる。
図１（ｂ）は、光ファイバ１５の端面１５ｄの斜視図である。光ファイバ１５は、光を導光するコア１５ａと、コア１５ａの外周部に配置され、コア１５ａより屈折率が低いクラッド１５ｂを有する。光ファイバ保持部材であるフェルール１４は、光ファイバ１５のクラッドの少なくとも一部を接着材１５ｃにより接着することによって、光ファイバ１５を保持する。プレート１２は、半導体レーザ１０からの光のうち、光ファイバ１５の端面１５ｄにおいて所望の位置に、所望の角度で入射する光Ｌ２’を透過光として透過し、その他の光を遮光して吸収する。プレート１２を透過した透過光Ｌ２’は、コア１５ａ及びクラッド１５ｂへ入射する。
接着剤１５ｃは、光ファイバ１５をフェルール１４に固定するために使用する接着剤である。例えば、熱硬化型エポキシ接着剤である。また、光ファイバ１５の材質はガラス製、樹脂製のいずれでも良い。
このため、光ファイバ１５の端面１５ｄ、特にコア１５ａにのみ光Ｌ２’が入射する。光ファイバ１５の周囲の接着剤１５ｃは、光が照射されないため、熱により溶けることが無い。よって、コア１５ａを含む光ファイバ１５の端面の汚れを低減できる。この結果、半導体レーザ１０からの光を、光ファイバ１５へ効率良く入射できる。
ピグテイル１７は、断熱部材で構成される。放熱フィン１３は、プレート１２に熱的に接続されている。「熱的に接続」とは、放熱フィン１３は、プレート１２の熱が伝わるように、プレート１２に接触して接続されており、プレート１２と放熱フィン１３との間で熱の移動ができる状態をいう。また、プレート１２と放熱フィン１３は、ピグテイル１７によって保持されている。これにより、プレート１２からの熱は、放熱フィン１３へ効率良く伝えることできる。
ピグテイル１７は、熱抵抗値の高い部材（断熱部材）により形成される。これにより、プレート１２において発生した熱は、ピグテイル１７には伝わらない。さらに、プレート１２において発生した熱は、放熱フィン１３に伝えることができる。
プレート１２の熱経路における熱抵抗値は、ピグテイル１７を構成する断熱部材の熱抵抗値よりも小さい。プレート１２と放熱フィン１３との接続部１６の熱経路における熱抵抗値は、ピグテイル１７を構成する断熱部材の熱抵抗値よりも小さい。
放熱フィン１３の熱経路における熱抵抗値は、ピグテイル１７を構成する断熱部材の熱抵抗値よりも小さい。
これにより、プレート１２、接続部１６、放熱フィン１３における熱が、ピグテイル１７へ伝わることを低減できる。
プレート１２の形状について説明する。図２（ａ）は、プレート１２の正面図である。プレート１２は、一部に開口部１２ａを有する。プレート１２は、開口部１２ａを通った光のみを、プレート１２を透過して光ファイバ１５へ入射させる。
プレート１２は、開口部１２ａ以外の遮光部１２ｂに照射された半導体レーザ１０からの光を吸収する光吸収部材で形成されている。プレート１２は、部材の表面に黒色処理等を施して光を吸収するように構成する。例えば、プレート１２の素材がアルミニウムの場合、光吸収部材は黒アルマイトである。
また、プレート１２を構成する光吸収部材の表面は、半導体レーザ１０からの光の可視光帯域の波長に対して、吸収特性を有している。これにより、プレート１２において、遮光された光Ｌ１’の散乱を抑えることができ、効率良く遮光することができる。
これにより、被写体の照明に必要な光Ｌ２’のみが、光ファイバ１５に入射できる。
プレート１２は、半導体レーザ１０から光ファイバ１５までの間に配置されている。
特に、本実施形態では、プレート１２は、集光レンズ１１から光ファイバ１５までの間に配置されている。
遮光部１２ｂは、開口部１２ａを透過しない余剰な光Ｌ１’を遮光する形状である。
開口部１２ａは、半導体レーザ１０からの光の光軸ＡＸと一致する中心を有する円形形状である。
図３は、第１実施形態のプレート１２からフェルール１４までの断面図である。本実施形態において、好ましくは、開口部１２ａを透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５のコア１５ａ（図１（ｂ））へ入射する光であることが望ましい。これにより、光ファイバ１５に入射後にクラッド１５ｂから突き抜けた光により、接着剤１５ｃが溶けないようにできる。よって、コア１５ａを含む光ファイバ１５の端面１５ｄの接着剤１５ｃによる汚れを低減できる。この結果、半導体レーザ１０からの光を、光ファイバ１５へ効率良く入射できる。
さらに好ましくは、プレート１２を透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５の受け入れ角以下の角度で光ファイバ１５へ入射する。光Ｌ２’は、つまり、光ファイバ１５のＮＡ（開口数）で決まる角度であることが望ましい。これにより、半導体レーザ１０からの光を有効に用いることができる。
本実施形態では、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
β≦α＋２×Ｌ×ｔａｎθ （１）
ここで、
βは、プレートの開口部の直径、
αは、光ファイバのコアの直径、
θは、光ファイバのＮＡで決まる最大入射角度、
Ｌは、光ファイバ端面からプレートまでの光軸に沿った距離、
である。
条件式（１）を満足することで、半導体レーザ１０からの光を有効にコア１５ａへ導くことができる。従って、熱による接着剤１５ｃが溶けることを防止できる。
プレートの他の構成例を説明する。図２（ｂ）は、他のプレート２０の正面図である。
プレート２０は、ピグテイル１７の外部から移動可能に配置された２以上の遮光板２０ｕｐ、２０ｄｏｗｎによって形成された開口部２０ａ、２０ｂを有している。開口部２０ａ、２０ｂは、半導体レーザ１０からの光において、光束断面の長軸方向２２よりも短軸方向２１の光を多く透過させる。
開口部２０ａは、半導体レーザ１０からの光の光軸ＡＸに垂直な平面において、光軸ＡＸと交点を有する直線を対象軸とした、線対称の形状である。
半導体レーザ１０からの光束の断面形状（強度分布）が楕円形状である場合、その長軸方向にのみプレート２０ｕｐ、２０ｄｏｗｎを配置する。このように、２枚のプレートを上下方向（ｘ方向）から差し込めるようにすることで、断面が楕円形状の光束の短軸方向２１の光束を選択的に透過させることができる。これにより、半導体レーザ１０からの光を有効に光ファイバ１５へ導くことができる。
（第２実施形態）
以下に説明する各実施形態における遮光部材、保持部材、排熱部材の特性は、特に言及しない限り、第１実施形態において説明した特性と同じである。
図４（ａ）は、第２実施形態の内視鏡用光源装置２００の断面構成図である。光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。遮光部材であるプレート１２は、半導体レーザ１０から出射された光Ｌ１、Ｌ２の少なくとも一部の光Ｌ１を遮光する。プレート１２は、遮光されない光Ｌ２を透過光として透過する。集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ２を、収束性の光Ｌ２’に変換して、集光させる。集光レンズ１１で集光された光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、プレート１２と、集光レンズ１１との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、プレート１２の位置を固定して保持する。さらに、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。排熱部材である放熱フィン１３は、プレート１２において発生した熱を、ピグテイル１７の外部へ排熱する。
放熱フィン１３は、プレート１２の遮光部において発生した熱を、ピグテイル１７の外部へ排熱する。遮光部１２ｂの例を、図２（ａ）において斜線を付して示す。また、遮光部２０ｂの例を、図２（ｂ）において斜線を付して示す。
フェルール１４は、プレート１２を透過した光Ｌ２’の集光位置１８に基づき、光ファイバ１５の入射端である端面１５ｄの位置を固定して保持する。
フェルール１４をピグテイル１７に挿入することで、光Ｌ２’の集光位置１８と光ファイバ１５のコア１５ａとを一致させることができる。
本実施形態では、プレート１２が、半導体レーザ１０から集光レンズ１１までの間に配置されている点が第１実施形態と異なる。
図４（ｂ）は、第２実施形態の半導体レーザ１０からプレート１２までの断面図である。半導体レーザ１０は、発散性の光を出射する。
本実施形態では、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
β≦α＋２×（Ｌ＋ｔ）×ｔａｎθ （２）
ここで、
βは、プレートの開口部の直径、
αは、光ファイバのコアの直径、
θは、光ファイバのＮＡで決まる最大入射角度、
ｔは、プレートの光軸の厚さ、
Ｌは、光ファイバ端面からプレートまでの光軸に沿った距離、
である。
条件式（２）を満足することで、半導体レーザ１０からの光のうち、プレート１２で遮光されない光Ｌ２’を有効にコア１５ａへ導くことができる。さらに、プレート１２の熱により接着剤１５ｃ（図１（ｂ））が溶けることを防止できる。
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の内視鏡用光源装置３００の断面構成図である。光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ１、Ｌ２を、収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’に変換して、集光させる。遮光部材であるプレート１２は、光Ｌ１、Ｌ２の変換後の少なくとも一部Ｌ１’を遮光する。プレート１２により遮光されない光Ｌ２’は、透過光として透過する。プレート１２を透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、集光レンズ１１と、プレート１２との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。さらに、ピグテイル１７は、プレート１２の位置を固定して保持する。
本実施形態における排熱部材は、熱交換部材と熱発散部材と、の少なくとも一方である。熱交換部材は、プレート１２からの熱を能動的に移動させる。熱発散部材は、受け取った熱を周辺雰囲気へ発散させる。熱交換部材の例は、ペルチェ素子である。熱発散部材の例は、ヒートシンク、放熱フィンである。本実施形態では、ペルチェ素子３０と放熱フィン１３とを接続して用いている。
本実施形態では、プレート１２に接続部１６を経由してペルチェ素子３０と放熱フィン１３とが固定されている。ペルチェ素子３０に電流を流し、吸熱側をプレート１２の接続部１６に接続し、発熱側を放熱フィン１３に接続する。放熱フィン１３は、ペルチェ素子３０からの熱を周辺雰囲気へ発散させる。
本実施形態では、半導体レーザ１０からの光のうち、プレート１２で遮光されない光Ｌ２’を有効にコア１５ａ（図１（ｂ））へ導くことができる。さらに、プレート１２の熱により接着剤１５ｃ（図１（ｂ））が溶けることを防止できる。
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の内視鏡用光源装置４００の断面構成図である。排熱部材は、プレート４３ａ、４３ｂの機能を兼用する構成である。
光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ１、Ｌ２を、収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’に変換して、集光させる。遮光部材であるプレート４３ａ、４３ｂは、半導体レーザ１０から出射された光Ｌ１、Ｌ２の変換後の少なくとも一部Ｌ１’を遮光する。プレート４３ａ、４３ｂにより遮光されない光Ｌ２’を透過光として透過する。プレート４３ａ、４３ｂを透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、集光レンズ１１と、プレート４３ａ、４３ｂとの少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。
本実施形態では、プレート４３ａ、４３ｂは、ピグテイル１７の一部である。これにより、プレート４３ａ、４３ｂとピグテイル１７とを一体化して部品点数を低減できる。
プレート４３ａ、４３ｂにはそれぞれ空間が存在する。これにより、プレート４３ａ、４３ｂが放熱する面積が広くなる。よって、プレート４３ａ、４３ｂの熱を、ピグテイル１７の外部へ効率良く放熱できる。
また、本実施形態では、排熱部材は、プレート４３ａ、４３ｂの機能を兼用する。これによって、部品点数を低減できる。
（第４実施形態の変形例１）
図７は、第４実施形態の変形例１の内視鏡用光源装置４１０の断面構成図である。本変形例では、排熱部材は、プレート４３ａ、４３ｂの機能を兼用する。さらに、各プレート４３ａ、４３ｂは、さらに複数の放熱フィン４４を有している。放熱フィン４４は熱伝導性の高い材質で形成されている。これにより、プレート４３ａ、４３ｂが放熱する面積がさらに広くなる。よって、プレート４３ａ、４３ｂの熱を、ピグテイル１７の外部へさらに効率良く放熱できる。
（第４実施形態の変形例２）
図８は、第４実施形態の変形例２の内視鏡用光源装置４２０の断面構成図である。本変形例では、排熱部材は、プレート４５ａ、４５ｂ、４５ｃの機能を兼用する。プレート４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、それぞれ開口部の開口の直径が、光ファイバ１５に向かって小さくなるように構成されている。
本実施形態では、半導体レーザ１０から発散性の光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、集光レンズ１１により収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’、Ｌ４’に変換されて、プレート４５ａ、４５ｂ、４５ｃに入射する。
一番外側の光Ｌ１’は、プレート４５ａにより遮光される。光Ｌ２’は、プレート４５ｂにより遮光される。光Ｌ３’は、プレート４５ｃによって遮光される。いずれのプレート４５ａ、４５ｂ、４５ｃにより遮光されない透過光Ｌ４’は光ファイバ１５に入射する。これにより、各プレート４５ａ、４５ｂ、４５ｃにおいて遮光する光の光量を分担できるので、発熱をプレート毎に、分散できる。よって、ピグテイル１７の外部へ効率良く放熱できる。
（第５実施形態）
本実施形態に係る内視鏡用光源装置は、熱交換部材と熱発散部材は、光源と一体化され、遮光部材は、熱交換部材と熱発散部材との少なくとも一方に接続され、熱交換部材から受け取った熱を分散させることで温度を均一化してから熱発散部材へ熱を受け渡す熱分散部材を有することが好ましい。
図９は、第５実施形態の内視鏡用光源装置５００の断面構成図である。光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ１、Ｌ２を、収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’に変換して、集光させる。遮光部材であるプレート１２は、半導体レーザ１０から出射された光Ｌ１、Ｌ２の変換後の少なくとも一部Ｌ１’を遮光する。プレート１２により遮光されない光Ｌ２’を透過光として透過する。プレート１２を透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、集光レンズ１１と、プレート１２との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。さらに、ピグテイル１７は、プレート１２の位置を固定して保持する。
熱発散部材であるヒートシンク５２と熱交換部材であるペルチェ素子６１は、半導体レーザ１０と一体化されている。熱分散部材であるグラファイトシート５１は、プレート１２とペルチェ素子６１とを熱的に接続する。ここで、「熱的に接続」とは、プレート１２とペルチェ素子６１とが、グラファイトシート５１により熱が伝わるように、接続されている状態をいう。
ペルチェ素子６１は、グラファイトシート５１から受け取った熱を、放熱側へ放熱する。そして、ペルチェ素子６１の放熱側はシートシンク５２が接続されている。
これにより、ペルチェ素子６１とヒートシンク５２は、半導体レーザ１０自体の発熱を放熱する。さらに、プレート１２は、熱分散部材であるグラファイトシート５１によって、ペルチェ素子６１と半導体レーザ１０の間に接続されている。ペルチェ素子６１は、グラファイトシート５１から受け取った熱を分散させることで温度を均一化してからヒートシンク５２へ熱を受け渡すことができる。したがって、プレート１２の発熱をピグテイル１７の周辺雰囲気に発散できる。
（第６実施形態）
図１０は、第６実施形態の内視鏡用光源装置６００の断面構成図である。光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ１、Ｌ２を、収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’に変換して、集光させる。遮光部材であるプレート１２は、半導体レーザ１０から出射された光Ｌ１、Ｌ２の変換後の少なくとも一部Ｌ１’を遮光する。プレート１２により遮光されない光Ｌ２’を透過光として透過する。プレート１２を透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、集光レンズ１１と、プレート１２との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。さらに、ピグテイル１７は、プレート１２の位置を固定して保持する。
熱発散部材であるヒートシンク５２は、半導体レーザ１０と一体化されている。プレート１２は、熱分散部材であるグラファイトシート５１によって、半導体レーザ１０とヒートシンク５２との間に接続されている。ここで、「熱的に接続」とは、プレート１２とヒートシンク５２とは、グラファイトシート５１により熱が伝わるように、接続されている状態をいう。
これにより、ヒートシンク５２は、半導体レーザ１０自体の発熱を放熱する。さらに、プレート１２は、熱分散部材であるグラファイトシート５１によって、ヒートシンク５２に接続されている。ヒートシンク５２は、グラファイトシート５１から受け取った熱を放熱する。したがって、プレート１２の発熱をピグテイル１７の周辺雰囲気に発散できる。
（第７実施形態）
図１１は、第７実施形態の内視鏡用光源装置７００の断面構成図である。光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ１、Ｌ２を、収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’に変換して、集光させる。遮光部材であるプレート１２は、半導体レーザ１０から出射された光Ｌ１、Ｌ２の変換後の少なくとも一部Ｌ１’を遮光する。プレート１２により遮光されない光Ｌ２’を透過光として透過する。プレート１２を透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、集光レンズ１１と、プレート１２との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。さらに、ピグテイル１７は、プレート１２の位置を固定して保持する。
熱交換部材であるペルチェ素子６１と熱発散部材であるヒートシンク５２は、半導体レーザと一体化されている。プレート１２は、熱分散部材であるグラファイトシート５１によって、ペルチェ素子６１とヒートシンク５２の間に接続されている。グラファイトシート５１は、ペルチェ素子６１から受け取った熱を分散させることで温度を均一化してからヒートシンク５２へ熱を受け渡すことができる。
これにより、プレート１２の発熱を効率良くピグテイル１７の外部（周辺雰囲気）へ放熱できる。
（第８実施形態）
図１２は、第８実施形態の内視鏡用光源装置８００の断面構成図である。光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ１、Ｌ２を、収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’に変換して、集光させる。遮光部材であるプレート１２は、半導体レーザ１０から出射された光Ｌ１、Ｌ２の変換後の少なくとも一部Ｌ１’を遮光する。プレート１２により遮光されない光Ｌ２’を透過光として透過する。プレート１２を透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、集光レンズ１１と、プレート１２との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。さらに、ピグテイル１７は、プレート１２の位置を固定して保持する。
プレート１２は、熱拡散シート８２に熱的に接続されている。また、プレート１２は、ピグテイル１７に接続部１６で固定されている。熱拡散シート８２は、例えば、後述する内視鏡の操作部の外装８１に接触して固定されている。外装８１は、熱発散部材の機能を兼用する。
これにより、プレート１２の発熱を効率良くピグテイル１７の外部（周辺雰囲気）へ放熱できる。
（第９実施形態）
次に、他の解決すべき課題を説明する。光源から光ファイバの端面までの部材の相対的な位置決めがとても重要である。この位置決めを容易かつ正確に行う必要がある。位置決めがずれると、光源からの光を有効に光ファイバのコアに集光させることができない。光源から光ファイバの端面までの部材の相対的な位置決めを容易かつ正確に行うことも解決すべき課題となる。
本実施形態は、この課題を解決することを目的としている。本実施形態の内視鏡用光源装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を集光する集光レンズと、光源から出射された光の少なくとも一部を遮光し、遮光されない光を透過光として透過する遮光部材と、遮光部材を透過した透過光が入射する光ファイバと、光源と、集光レンズと、遮光部材との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する保持部材と、透過光の集光位置に基づき、光ファイバの入射端の位置を固定して保持する光ファイバ保持部材と、有することが好ましい。
図１３は、第９実施形態の内視鏡用光源装置９００の断面構成図である。光源である半導体レーザ１０は、例えば、可視光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ１０は、発散性の光Ｌ１、Ｌ２を射出する。集光レンズ１１は、正の屈折力を有する。集光レンズ１１は、半導体レーザ１０からの発散性の光Ｌ１、Ｌ２を、収束性の光Ｌ１’、Ｌ２’に変換して、集光させる。遮光部材であるプレート９１は、半導体レーザ１０から出射された光Ｌ１、Ｌ２の変換後の少なくとも一部Ｌ１’を遮光する。プレート９１により遮光されない光Ｌ２’を透過光として透過する。プレート９１を透過した光Ｌ２’は、光ファイバ１５に入射する。保持部材であるピグテイル１７は、半導体レーザ１０と、集光レンズ１１と、プレート９１との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する。具体的には、ピグテイル１７は、半導体レーザ１０の位置を固定して保持する。また、ピグテイル１７は、集光レンズ１１の位置を固定して保持する。さらに、ピグテイル１７は、プレート９１の位置を固定して保持する。
さらに、光ファイバ保持部材であるフェルール１４は、プレート９１を透過した光Ｌ２’の集光位置１８に基づき、光ファイバ１５の入射端である端面１５ｄの位置を固定して保持する。
フェルール１４をピグテイル１７に挿入することで、光Ｌ２’の集光位置１８と光ファイバ１５のコア１５ａとを一致させることができる。
（第１０実施形態）
本実施形態に係る内視鏡は、上述の内視鏡用光源装置と、操作部と、を有し、内視鏡用光源部は、操作部に内蔵されていることが好ましい。
図１４は、本実施形態に係る内視鏡９５０の概略構成図である。内視鏡９５０は、上述の内視鏡用光源装置１００と、操作部９６と、を有する。内視鏡用光源部１００は、操作部９６に内蔵されている。
図１４に示すように内視鏡システム９５０は、第１実施形態の内視鏡用光源装置１００と、ワイヤレス内視鏡９５から無線（ワイヤレス）で送信される撮像信号を受信部９８Ｂが受信して、標準的な映像信号（画像信号）を生成する信号処理装置としてのビデオプロセッサ９８と、ビデオプロセッサ９８で生成される標準的な映像信号が入力されることにより、標準的な映像信号に対応する画像を内視鏡画像として表示する表示装置としてのモニタ９９と、を有する。
図１４に示すようにワイヤレス内視鏡９５は、細長で可撓性を有する挿入部９２と、この挿入部９２の後端（基端）に設けられた操作部９６と、を有する。挿入部９２は、この挿入部９２の先端に設けられた先端部９２Ａと、先端部９２Ａの後端に設けられた湾曲部９２Ｂと、湾曲部９２Ｂの後端から操作部９６の前端まで延びる可撓管部９２Ｃと、を有する。
本実施形態では、内視鏡用光源装置１００を操作部９６内に設けている。このため、内視鏡用光源装置１００からの熱を操作部９６の外装に排熱できる。この結果、常に高効率の照明光により被写体を観察できる。
なお、上記各実施形態において、ピグテイル１７を複数の部品で構成してもよい。
本発明には、以下の発明が含まれる。
（付記項１）
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を集光する集光レンズと、
前記光源から出射された光の少なくとも一部を遮光し、遮光されない光を透過光として透過する遮光部材と、
前記遮光部材を透過した前記透過光が入射する光ファイバと、
前記光源と、前記集光レンズと、前記遮光部材との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する保持部材と、
前記透過光の集光位置に基づき、前記光ファイバの入射端の位置を固定して保持する光ファイバ保持部材と、有することを特徴とする内視鏡用光源装置。
なお、各実施形態の構成は単独で用いても、自由に組み合わせて用いてもよく、本発明の効果を奏する。また、各実施形態の構成をそれぞれ単独に変更した構成であってもよく、同様に本発明の効果を奏する。
以上のように、本発明は、光ファイバへの不要な入射光を遮光するとともに、その遮光
によって発生する熱を、装置の外部へ排出できる内視鏡用光源装置、及びこれを有する内
視鏡に有用である。
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 内視鏡光源装置
９５０ 内視鏡
１０ 半導体レーザ（光源）
１１ 集光レンズ
１２、２０，９１ プレート（遮光部材）
４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ プレート（遮光部材）
１２ａ 開口部
１２ｂ 遮光部
１３ 放熱フィン（排熱部材）
１４ フェルール（光ファイバ保持部材）
１５ 光ファイバ
１５ａ コア
１５ｂ クラッド
１５ｃ 接着剤
１５ｄ 端面
１６ 接続部
１７ ピグテイル（保持部材）
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’、Ｌ４’ 光
３０、６１ ペルチェ素子（熱交換部材）
５２ ヒートシンク（熱発散部材）
５１ グラファイトシート（分散部材）
８１ 外装
８２ 熱拡散シート
９２ 挿入部
９２Ａ 先端部
９２Ｂ 湾曲部
９２Ｃ 可撓管部
９５ ワイヤレス内視鏡
９６ 操作部
９８ ビデオプロセッサ
９８Ｂ 受信部
９９ モニタ

Claims (18)

  1. 光を出射する光源と、
    前記光源から出射された光を集光する集光レンズと、
    前記光源から出射された光の少なくとも一部を遮光し、遮光されない光を透過光として透過する遮光部材と、
    前記遮光部材を透過した前記透過光が入射する光ファイバと、
    断熱部材で構成されて、前記光源と、前記集光レンズと、前記遮光部材との少なくともいずれか１つを、各々の位置を固定して保持する保持部材と、
    前記遮光部材において発生した熱を、前記保持部材の外部へ排熱する排熱部材と、を有し、
    前記遮光部材の熱経路における熱抵抗値は、前記断熱部材の熱抵抗値よりも小さく、
    前記遮光部材と前記排熱部材との接続部の熱経路における熱抵抗値は、前記断熱部材の熱抵抗値よりも小さく、
    前記排熱部材の熱経路における熱抵抗値は、前記断熱部材の熱抵抗値よりも小さいことを特徴とする内視鏡用光源装置。
  2. 前記透過光の集光位置に基づき、前記光ファイバの入射端の位置を固定して保持する光ファイバ保持部材を有す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. 前記排熱部材は、前記遮光部材に熱的に接続されており、
    前記遮光部材と前記排熱部材は、前記保持部材によって保持さ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。
  4. 前記排熱部材は、
    前記遮光部材からの熱を能動的に移動させる熱交換部材と、
    前記遮光部材からの熱を周辺雰囲気への発散させる熱発散部材と、
    の少なくとも一方であること特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
  5. 前記熱交換部材と前記熱発散部材は、前記光源と一体化され、
    前記遮光部材は、前記熱交換部材と前記熱発散部材との少なくとも一方に接続され、前記熱交換部材から受け取った熱を分散させることで温度を均一化してから前記熱発散部材へ熱を受け渡す熱分散部材を有することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡用光源装置。
  6. 前記熱交換部材と前記熱発散部材の少なくとも一方は、前記光源の発熱を前記保持部材の周辺雰囲気に発散することを特徴とする請求項４または５に記載の内視鏡用光源装置。
  7. 前記遮光部材は、前記保持部材の一部であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
  8. 前記排熱部材は、前記遮光部材の機能を兼用す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。
  9. 前記光ファイバは、光を導光するコアと、前記コアの外周部に配置され、前記コアより屈折率が低いクラッドを有し、
    前記内視鏡用光源装置は、前記光ファイバのクラッドの少なくとも一部を接着材により接着することによって、前記光ファイバを保持する光ファイバ保持部材を有し、
    前記遮光部材は、前記光源からの光のうち、前記光ファイバの入射端において所望の位置に、所望の角度で入射する光を前記透過光として透過し、その他の光を遮光して吸収し、
    前記透過光は、前記コア及び前記クラッドへ入射することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
  10. 前記遮光部材は、一部に開口部を有し、
    前記遮光部材は、前記開口部を通った光のみが前記遮光部材を透過して前記光ファイバへと入射させ、
    前記遮光部材は、前記開口部以外に照射された前記光源からの光を吸収する光吸収部材であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
  11. 前記開口部は、前記開口部を透過しない余剰光を遮光する形状であることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡用光源装置。
  12. 前記開口部は、前記光源からの光の光軸と一致する中心を有する円形形状であることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡用光源装置。
  13. 前記遮光部材は、前記保持部材の外部から移動可能に配置された２以上の遮光板によって形成された開口部を有し、
    前記開口部は、前記光源からの光において、光束断面の長軸方向よりも短軸方向の光を多く透過させることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡用光源装置。
  14. 前記遮光部材は、前記光源から前記光ファイバまでの間に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡用光源装置。
  15. 前記遮光部材は、前記光源から前記集光レンズまでの間に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の内視鏡用光源装置。
  16. 前記遮光部材は、前記集光レンズから前記光ファイバまでの間に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の内視鏡用光源装置。
  17. 前記遮光部材は、前記光源からの光の波長に対して、吸収特性を有する前記光吸収部材で表面が構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡用光源装置。
  18. 請求項１に記載の内視鏡用光源装置と、
    操作部と、を有し、
    前記内視鏡用光源装置は、前記操作部に内蔵されていることを特徴とする内視鏡。
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