JPS6141431A - 内視鏡用光源装置の絞り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は照明光量を可変するのに適した内視鏡用光源装
置の絞り装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、内視鏡においても固体撮像素子を用いてブラウン
管等の表示装置に被写体の映像を表示可能とするものが
実現化される状況にある。

上記固体撮像素子を用いた電子式の内視鏡は、イメージ
ガイドファイバに光学像を結像するものに比べ、映像を
記録することも容易であるし、高集積化技術の進展と共
に、今後ますます小型にできるという利点を有する。

しかしながら上記固体撮像素子を用いた場合、撮像面の
受光素子に入射される光量が大きすぎると、過大な電荷
が周辺に漏れ、再生画面上においてはにじんでブルーミ
ング現象が生じ、その部分は像を忠実に再生できなくな
ると共に、正規の状態に復帰するまで撮像不能になると
いう問題がある。

上記ブルーミング覗象が生じないように照明光の強度を
光源装置側で制御するだめの絞り装置の従来例として第
　６図に示すようなものがある。

即ち、光源としての放電ランプ５１の光を凹面状の反射
面５２で反射して略平行光束にし、この平行光束を集光
レンズ５３で照明光伝達手段としてのライトガイドファ
イバ５４の入射端に照射する光学系において、集光レン
ズ５３とライトガイドファイバ５４との間の光路上に第
、ｑ　図に示すように円板の中心部を切欠くと共に、該
円板の一部を略扇状に切欠いた形状の絞り５５を配設し
、この絞り５５を（第Ｖ図では下方に）平行移動又は回
転移動することによって、その移動量に応じて光束の一
部を遮光してライトガイドファイバ５４への入射光量を
可変し、このライトガイドファイバ５４の他端から被写
体側に出射される照明光量を調整するものである。

しかしながら、この従来例は、絞り５５で絞りこんでい
くと、光束が周辺部から遮光されるので、ライトガイド
ファイバ５４の先端面から被写体（対象物）側に出射さ
れる照明光の配光角分布が変化するため配光特性が変化
し、視野内の各部分の照明強度が不均一に変えられてし
まうことになる。又、この形状では、絞り動作の応答速
度が遅くなり、自動的に調光する場合には適さないとい
う欠点があった。

又、ライトガイド１０は通常伝達可能となる最大入射角
が波長に依存する、つまり開口数が波長によって異る。

このため、上記従来例のように集光された光がライトガ
イド１０の入射端に照射される場合におけるその途中の
光路上に絞り５５によって絞ると、波長依存性の大きい
周辺部側から遮光されるため、ライトガイド１０の出射
端側から被写体側に照射される照明光の分光特性も（絞
り量によって）変化してしまうという欠点があった。

又、上記絞り５５を平行光束部分に配設しても、配光特
性が変化してしまうという欠点があった。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかＩυがみてなされたもので、絞
り量によって被写体側に出射される照明光の配光特性及
び分光特性が変化することなく、且つ応答速度も良好な
内視鏡用光源装置の絞り装置を提供することを目的とす
る。

［発明の概要］ 本発明は照明用光源から発せられた光が、略１点に集光
された位置近傍に、回転駆動されることによって同心円
状に開口面積が可変できる絞りを配設することによって
、ライトガイドの出射端から出射される照明光の配光特
性及び分光特性の変化が生じることなく、応答速度の良
好な絞り装置を実現している。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第４図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例を設けた光源装置の光学系を示し、第２図は
上記光源装置を備えた内視鏡を示し、第３図は上記光源
装置に用いられている回転カラーフィルタを示し、第４
図は１実施例の絞り装置を示す。

第２図に示すように１実施例を備えた内視ｆＡ１は、細
長の挿入部２の先端側に結像用の対物レンズ３が配設さ
れ、該対物レンズ３の結像位置にその撮像面が臨むよう
にＣＯＤ　（電荷結合素子）等の固体撮像素子４が配設
されている。この固体撮像素子４の撮像面には光電変換
機能を有する各受光素子が多数、規則正しく配列されて
いる。しかして、各受光素子で画素に分解して受光し、
光電変換された画素に対応する電気信号は、図示しない
クロック信号によって順次読み出され、この読み出され
た信号は低雑音指数の前置増幅器（プリアンプ）５で増
幅され、信号ケーブル６を経てビデオプロセス部７に取
り込まれるようになっている。このビデオプロセス部７
は取り込まれた信号をＡ／Ｄ変換し、後述する色面順次
照明による各色の画像をマチルブレクサで切換えて、そ
れぞれ専用のフレームメモリに書き込むようになってい
る。書き込まれた信号（データ）は読み出しモードの際
同時に読み出され、Ｄ／Ａ変換器でアナログ量の色信号
Ｒ，Ｇ、Ｂにされ、さらに増幅されて後、図示しない水
平及び垂直同期信号が付加されてモニタ用カラーテレビ
ジョン８に入力され、カラー画像として表示可能どする
撮像手段が構成されている。

上記挿入部２内には、対物レンズ３と隣接するように配
光レンズ９が配設され、該配光レンズ９内側にその出射
端が臨むようにしてライトガイド１０が挿通されている
。

上記ライトガイド１０の手元側後端は１実施例が設けら
れた光源装置１１に着脱自在で装着できるようになって
いる。

上記光源装置１１においては、第１図で拡大して示すよ
うに照明用の放電ランプ１２から発せられた照明用光が
その凹面状（放物面状）の反射面１３で反射されて殆ん
ど平行光束にされ、この平行光束にされた照明用光束は
集光用の第１の凸レンズ１４で集光されるようになって
いる。つまり上記凸レンズ１４を通った光束は、該凸レ
ンズ１４の焦点距離進んだ光軸上の収束点で略１点に集
光される（尚、反射面１３が放物面とは異る場合等、平
行光束でない場合には焦点位置からずれた点が収束点と
なる。）。しかして上記収束点には１実施例を形成する
絞り１５が配設されており、該絞り１５で通過光量が絞
られるようになっている。この絞り１５はギヤ１６を介
して駆動手段としてのモータ１７で駆動されることで１
実施例の絞り装置が構成されている。この絞り１５を通
った光束は拡開する光束となり、この絞り１５（又は収
束点）からのその焦点距離離れた光路上に配設された（
前記凸レンズ１４よりも）小径の第２の凸レンズ１８で
集光されて平行光束にされるようになっている。

この平行光束は回転（カラー）フィルタ１９を通されて
、所定の波長（色）の光束にされ、第３の凸レンズ２０
で集光されてこの焦点位置近傍にその入射端面が配設さ
れたライトガイド１０に照射されるようになっている。

このライトガイド１０の後端面に、最大入射角度が所定
角度にして照射された照明用光は、ライトガイド１０を
形成する各光学ファイバのコア部で伝送され、その際外
周のクラッド層の境界で全反射されながらライトガイド
１０の先端側に光を伝送するようになっている。しかし
て、ライトガイド１０の先端面から直接あるいは配光レ
ンズ９でさらに拡散されて対象物（被写体）側に照射さ
れ、この拡開して出射される照明光によって、対物レン
ズ３で結像可能となる範囲を略均−に照明できるように
なっている。

上記回転フィルタ１９は、例えば凸レンズ１８の瞳位置
に配設され、第３図に示すように赤、緑。

青の各波長の光のみをそれぞれ透過する赤透過フィルタ
１９Ｒ２緑透過フィルタ１９Ｇ、青透過フィルタ１９Ｂ
がそれぞれ１２０°の扇状に形成されており、回転駆動
手段としてのモータ２１によって回転駆動されるように
なっている。

尚、上記モータ２１は、モータ駆動回路２２から供給さ
れる電力で駆動されるようになっている。

−〇　− このモータ２１は例えば入力されるパルスによって、所
定角度ずつ回転するパルスモータが用いられ、各色透過
フィルタ１９Ｒ，１９Ｇ、１９Ｂが凸レンズ１８及び２
０の間の光路上にある場合には短い所定時間、（パルス
）モータ２１に駆動用パルスが供給されないで、所定の
照明時間たつと駆動パルスが供給されて、速やかに次の
色透過フィルタが凸レンズ１８と２０の間の光路上にあ
るようにしである。このようにして、３原色の各透過フ
ィルタ１９Ｒ，１９Ｇ、１９Ｂを順次通して被写体を各
色で順次照明する色面順次照明手段が形成されている。

上記モータ駆動回路２２の駆動用パルスは、ビデオプロ
セス部７内の図示しないマルチプレクサの切換に用いら
れる制御信号に基づいて出力されるようになっている。

あるいは、駆動用パルスに同期してマルチプレクサが切
換えられるようになっている。

上記回転フィルタ１９を形成する各透過フィルタ１９Ｒ
，１９Ｇ、１９Ｂとして、例えばガラス基板の表面に、
真空蒸着等によって、誘電体の透明薄膜を、使用目的に
応じて多層に積み重ね、これら薄膜による光の干渉を利
用して特定の波長の光のみを透過させることのできる干
渉フィルタ（蒸着膜フィルタ）を用いている。この干渉
フィルタは耐熱性が良好であるので、上記光源装置１１
における集光した平行光束部分のように光のエネルギー
密度の比較的高い部分にも使用できる。

ところで１実施例を備えた内視鏡１においては被写体が
近すぎて照明強度が大きすぎたり、被写体に反射強度が
大きいハイライト部分等が存在する場合等、照明強度が
大ぎ（強）すぎて、ブルーミングが生じたり、全体的に
白っぽくなって、コントラストが十分用われなくなって
しまったりすること等を防止するために自動調光手段が
設けられている。しかしてこの自動調光手段の調光信号
に基づいて１実施例の絞り装置が制御されるようになっ
ている。

即ち、ビデオプロセス部７から出力される色信号Ｒ，Ｇ
、Ｂを加算器２３で加算して輝度信号酸分をとり出し、
この輝度信号成分を１フレ一ム期間程３度の時定数を有
する積分回路２４で積分して調光信号として、この調光
信号がモータ１７の駆動源としてのモータ駆動回路２５
の制御端に印加されるようになっている。

上記モータ駆動回路２５は制御端に印加されるバイアス
レベルが大きくなるにつれて、その出力電流あるいは出
力電圧が大きく可変されて、モータ１７の回転量を大き
くする電力増幅回路等を用いて構成することができる。

ところで１実施例の絞り装置は、例えば第４図に拡大し
て示す構造になっている。

この絞り１５は、カメラ等に広く用いられているもので
、中空の回転板３１に弧形の羽根３２を例えば６枚（１
枚だけを具体的に示す）設け、各羽根３２の一方の端部
側に植設したピン３３で回転板３１に回転自在に取付け
、他方の端部側を半径方向に設けたガイド溝３４に収納
したピン３５で支持するようにして（絞り１５を）構成
している。しかして、回転板３１の外周に形成した歯合
　１２　一 部に係合するギヤ１６を回転させることによって、回転
板３１が回転（回動）し、これと共に、各ピン３５は各
ガイド溝３４を半径方向に移動して、各羽根３２で囲ま
れた略円状の開口部３６の面積が変化し、通過光量を可
変できるようになっている。尚、開口部３６の中心が光
軸上にあるように設定されている。

この絞り１５は、その開口部３６の大きさを光軸を中心
として同心円状に絞り込むことによって、反射面１３で
反射された光束が平行光束とならない場合とか、放電ラ
ンプ１２の光が反射面１３で反射されることなく直接に
（平行光束からずれた入射角度で）凸レンズ１４に入射
された場合等、焦点位置で１点に集光されない光束にお
けるはずれが大きな（望ましくない）光束を遮光できる
ようになっている。しかして、このはずれの大きい光束
は次段の凸レンズ１８によって、平行光束からずれて、
回転フィルタ１９に入射される光束となるが、この入射
角が望ましい角度以内になるように、上記絞り１５によ
って、その開口部３６の最大径（開放径）が設定されて
いる。つまり、回転フィルタ１９は、干渉フィルタで形
成されているので、この回転フィルタ１９に入射される
角度が大きいと、透過波長の中心値が短波長側にシフト
してしまうため、カラー撮像用の照明光としては不都合
となるが、上記絞り１５の開放径を適宜値（例えば４ｍ
ｍ程度）に設定することによって、上記透過波長がシフ
トすることを防止できるようにしである。又、ライトガ
イド１０の入射端に照射される最大入射角度が適宜値に
以内にできるようにしである。このため、上記光源装置
１１に用いる光学系として加工精度の低い、低コストの
レンズ系等を用いても、上記絞り１５によって（絞り１
５を設けない場合に生じる不都合を）改善できるという
特徴を有している。

上述のように開放径が設定された絞り１５は、モータ１
７の回転と共に、開口部３６の面積が小さく可変される
。この場合、焦点位置で大きく拡がった光束は除去しで
あるので上記開口部３６の面積が可変されても、凸レン
ズ１８を通った光束は殆んど平行光束であり、絞り世に
よって波長のシフトが生じることは殆んどない。又、凸
レンズ１８を経た光束は殆んど平行光束にされるので、
ライトガイド１０の入射端面に集光照射される光束は絞
り量が変化しても光束全体の強度が一様に変化するのみ
であり、ライトガイド１０の出射端から被写体側に照射
される照明光の配光特性も変化しないし、分光特性も変
化しないようにしである。

このように構成された１実施例を備えた内視鏡１の動作
を以下に説明する。内視鏡１の挿入部２先端側を患部等
の被写体に近づりて拡大観察したり、あるいは全体的特
徴を把握するために遠ざけたりした場合、その距離に応
じて、照明された被写体から入射される光量が変化し、
従って最適となる照明強度が変化する。この状態で固体
撮像素子４から出力される各画素に対応する信号はビデ
オプロセス部７で取り込まれ、各色で１フレ一ム分ごと
にそれぞれの各フレームメモリに書き込まれる。しかし
て３種類の色での照明及び撮像がなされると、各色フレ
ームメモリのデータは同時に読み出され、Ｄ／Ａ変換さ
れて色信号Ｒ，Ｇ、にされ（さらに増幅されて）、カラ
ーテレビジョン８にカラー画像として表示されると共に
、自動調光手段を形成する加算器２３に入力される。

この加算器２３で輝度信号にされ、さらに積分回路２４
を経て調光信号にされ、この調光信号のレベルによって
、モータ駆動回路２５の出力を制御している。つまり、
照明強度が大きすぎて、調光信号のレベルが大きいと、
モータ駆動回路２５の出力は大きくされ、逆に照明強度
が小さすぎると、調光信号のレベルが小さくなり、この
調光信号によってモータ１７の回転量が制御され、この
モータ１７の回転量に応じて絞り１５の開口部３６の面
積が可変されて通過光量が制御される。つまり絞り量が
制御される。しかして、次の（カラーの）１フレ一ム期
間（各色フレームに対しては３フレ一ム分の期間）その
絞り量の状態で被写体側に照射される照明強度が保持さ
れる。適正な強度側に可変されたこの照明光のもとで引
き続き１フレーム分撮像されると、その照明強度は適正
値に十分近い状態である。

従って、次のフレームの撮像及びカラー表示された像は
適正なコントラストのものになる。つまり術者が、たえ
ず照明強度を調節することをしなくても、迅速且つ自動
的に適正な照明強度状態に設定される。従って術者は調
光することなく、診断及び治療処理に専念できる。絞り
１５は波長シフト等を生じる原因となる望ましくない光
束をあらかじめ除去しているので、絞り量によってライ
トガイド１０の出射端から被写体側に出射される照明光
の分光特性が変化しないし、配光特性も変化しない。従
って、絞り量によって色調が変化することがなく、被写
体の色調を忠実に反映するカラー撮像用の照明手段に適
したものとなる。

尚、モータ１７の回転と共に絞り１５の開口部３６の面
積を可変し、通過光量を可変できるので応答性の良好な
絞り装置であり、自動調光手段等応答性の速いものが要
求される場合に適する。

上記１実施例が設けられた光源装置１１は色面順次方式
の照明手段であるが、本発明は白色照明用の光源装置に
対しても適用できる。

第５図は白色照明方式の（光源装置を有する）内視鏡を
示す。

この内視鏡４１の光源装置４２は、第１図の光源装置の
光学系において回転カラーフィルタ１９（及びその駆動
手段）を用いない構成になっている。しかして、ライト
ガイド１０の出射端から配光レンズ９を経て被写体側に
照射され、照明された被写０休に対物レンズ３で３原色
フィルタをモザイク状に配列したフィルタ４Ａが前面に
取付けられた固体撮像素子４の撮像面に各色の画素に分
離されて結像されるようになっている。

この固体撮像素子４の各受光素子に取込まれた各色の画
素に対応する電気信号はクロック信号の印加によって読
み出され、プリアンプ５を経てビデオプロセス部７−に
入力されるようになっている。このビデオプロセス部７
′は、例えばサンプルホールド回路を備え、入力された
信号をサンプリングして３つの信号ラインに色信号Ｒ，
Ｇ、Ｂとして分離し、この分離された色信号Ｒ，Ｇ、Ｂ
は増幅された後、同期信号が付加されてカラーテレビジ
ョン８に入力されるようになっている。

その他の構成は第２図に示す内視鏡１と同様の構成であ
る。

又、この内視鏡４１の作用効果も前述のものと略同様の
ものとなる。

尚、本発明における絞り１５としては第４図に示すよう
な構造のものに限定されるものでなく、他の公知の絞り
機構を用いることができる。

又、本発明は自動調光手段を備えた内視鏡にその適用が
限定されるものでないし、又絞り１５ど、これを駆動す
る電気的駆動手段としてのモータ１７とから絞り装置が
構成されるものに限定されるものでなく、駆動手段とし
て手動の場合も含まれる（つまり絞りのみで絞り装置が
構成される場合も含まれる。）。

尚、照明用光源としては放電ランプ１２に限らず、伯の
光源例えば発光ダイオード等でも良い。

尚、ライトガイド１０の入射端に集光照射する凸レンズ
２０の手前に設けられ、収束点で略１点に集光するレン
ズ系は前述したものに限定されるものでない。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、照明用の光を発する
光源と、ライトガイドの入射端に集光照射する凸レンズ
との間の光路上に照明用光束を略１点に集光する光学系
を設けると共に、その集光された点に絞りを設けて、同
心円状に通過光束を可変できるようにしであるので、配
光特性及び分光特性が変化しない絞りを実現できる。又
、応答性が良く、自動調光手段における絞りとしても適
する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例を有する色面順次方式の光源装置の光学系を
示す説明図、第２図は第１図の光源装置を備えた内視鏡
を示す構成図、第３図は回転カラーフィルタを示す正面
図、第４図は１実施例の絞り装置を示す概略正面図、第
５図は１実施例を備えた他の内視鏡を示す構成図、第６
図は従来の絞りを備えた光源装置の光学系部分を示す説
明図、第７図は第６図に用いられている従来の絞りを示
す概略正面図である。 １．４１・・・内視鏡　　　　２・・・挿入部４・・・
固体撮像素子　　　１０・・・ライトガイド１１．４２
・・・光源装置　　１２・・・放電ランプ１４・・・凸
レンズ　　　　　１５・・・絞り１７・・・モータ １９・・・回転（カラー）フィルタ ２０・・・凸レンズ　　　　　３１・・・回転板３２・
・・羽根　　　　　　　３３．３５・・・ピン３４・・
・ガイド溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内視鏡の挿入部内を挿通されるライトガイドの先
   端側から被写体に向けて照明光が出射され、このライト
   ガイドの手元側後端が装着されると共に、光源から発せ
   られる照明用光束を凸レンズで集光して前記ライトガイ
   ドの後端に照射する内視鏡用光源装置において、前記光
   源と凸レンズとの間の光路上に集光するレンズ系を設け
   て収束点で略１点に集光すると共に、その収束点近傍に
   、同心円状に開口面積が可変できる絞りを配設したこと
   を特徴とする内視鏡用光源装置の絞り装置。
2. （２）前記絞りは、その開口面積がモータの回転量によ
   って可変されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の内視鏡用光源装置の絞り装置。
3. （３）前記モータは、撮像手段に用いられた固体撮像素
   子から出力される輝度信号レベルに応じてその回転量が
   自動的に制御されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の内視鏡用光源装置の絞り装置。