JPS6141432A - 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
置の絞り装置に閏する。

［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。

上記ブルーミング現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ための絞り装置の従来例として第
１１図に示すようなものがある。

即ち、光源どしての放電ランプ５１の光を四面　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１２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１２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、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ん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］ 本発明は移動可能な複数の絞り片の間で光の通過可能と
する多数の開口を形成し、これら絞り片を可動させるこ
とによって、前記各開口面積を等量ずつ可変して光束全
体の通過光量を略均−に可変できる絞り装置を形成する
ことによって、絞り量を変えても配光特性及び分光特性
が変化しないようにしている。

［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５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の絞り装置を示し、第２図は第１実施例
が設けられた光源装置の光学系部分を示し、第３図は第
１実施例が設けられた光源装置を備えた内視鏡を示し、
第４図は回転カラーフィルタを示し、第５図は第１図と
絞り量が異る状態での第１実施例を示す。

第３図に示すように第１実施例を備えた内視鏡１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
クロック信号の印加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プレクサで切換え
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−〇　　− され、カラー画像として表示可能と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の手元側後端は第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が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。上記平行光束の光路上、つまり放電ランプ１２と
凸レンズ１４との間の光路上で、例えば凸レンズ１４の
瞳位置に配設された第１実施例を構成する絞り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
、カム１６を介してモータ１７で駆動されることによっ
て、絞り量を可変できる第１実施例の絞り装置が形成さ
れている。

上記絞り１５を通し第１の凸レンズ１４で集光された光
束は該凸レンズ１４の焦点距離だけ進んだ光軸上の位置
で略１点に集光し、その後再び拡開し、第２の凸レンズ
１８で前記平行光束より小径の平行光束にされ、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、この拡間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２０の瞳位置
に配設され、第４図に示すように赤、緑。

青の各波長の光のみを透過する赤透過フィルタ１９Ｒ，
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。

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。

ところで第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
号に基づいて第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成分がとり出され
、この輝度信号成分を１フレ一ム期間程度の時定数を有
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、上記第１実施例の絞り装置は第１図に拡大し
て示すように絞り１５と、その駆動手段とで構成されて
いる。

即ち、（例えば）縦方向がその長手方向となる帯状の絞
り片３１，３１．・・・、３１が所定間隔隔てて、平行
に配列され、各絞り片３１の各端部（近傍）は水平方向
がその長手方向となる可動片３２及び該可動片３２と平
行な固定片３３とにピン等用いて回動自在に枢支されて
いる。上記一方の固定片３３は固定され、他方の可動片
３２はモータ１７と共に駆動手段を形成するカム１６と
係合している。しかして、モータ１７で回転されるカム
１６の回転と共に、可動片３２は水平方向く横方向）に
移動し、（縦方向にも若干移動する）、この横方向に移
動されることによって、各絞り片３１．３１．・・・、
３１も上端側が一様に可動し、隣接する絞り′片３１．
３１間の（光が通過可能となる）各開口部３４の面積が
等量ずつ変化し、従って、絞り１５が配設された光路に
おける光束全　１２一 体の通過光量を略一様に可変できるようになっている。

尚、可動片３２におけるカム１６と係合する端部の反対
側の端部（第１図では右側端部）が図示しないばね等で
、通常第１図に示す状態を保持するように（左方向）に
付勢している。

第１図は隣接する絞り片３１．３１の間の各開口部３４
の面積が最大で、従って通過光量が最大となる絞り１５
の開放状態であり、第５図は第１図の状態からカム１６
が回転されて可動片３２がかなり横方向（及び若干縦方
向）に移動された通過光量が比較的小さい状態、つまり
絞り１５をかなり絞った状態を示す。

上記絞り１５は、第１図に示す状態からモータ１７の回
転と共に、可動片３２が移動して通過光量を次第に小さ
くできるようになっているので、応答性の良い絞りを実
現できる。又、通過光量は、各絞り片３１で略均−に絞
ることになるため、配光特性を変化させることなく、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
光の強度を一様に変化できる。さらに分光特性も絞り量
に依存しないようにしである。

このように構成された第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
等の被写体に近づけて拡大観察したり、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示が変化し
、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
が小さずぎると、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の回転量に応じてカム１６を介して可動片３
２の移動量が異り、従って開口部３４の面積も変化し通
過光量が可変される、つまり絞られる。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フレ一ム分撮像され
ると、その照明強度は適正値に十分近い状態である。

又、多数の絞り片３１．・・・、３１それぞれで、絞り
１５が配設された部分を通る平行光束を略均−に遮光す
ることによって絞られるため、絞り量によって配光特性
及び分光特性も変化しないという利点を有する。又、モ
ータ１７の回転と共に、可動片３２が可動され、この可
動片３２の動きと共に通過光量も変化する。従って、応
答性の良い絞りを実現できる。

又、上記自動調光手段によって、適切な照明強度を自動
的に設定されるので、ブルーミング等が生じることを防
止できることは勿論、術者はいちいち照明強度を調整す
る手間が省け、診断あるいは治療処置に専念できる。

又、上記光源装置１１においては、第１の凸レンズ１４
で集光し、第２の凸レンズ１８で面積の小さい平行光束
にして、耐熱性を有する干渉フィルタで形成した回転フ
ィルタ１９を通過させることにより色面順次照明手段を
形成しているので、回転フィルタ１９として小さい形状
のものを用いることができると共に、該回転フィルタ１
９を回転駆動するトルクも小さくて済み、小さなトルク
のモータ２１で十分駆動できる。従って、光源装置１１
を小型化でき、低コスト化することもできる。又、色面
順次照明方式であるので、解像度が低下することなく、
微細な部位まで鮮明にカラー撮像及びカラー表示の照明
手段を形成でき、診断する場合に非常に役立つ。

第６図は第２実施例の絞り装置を示す。

同図に示すように例えば横方向がその長手方向となる細
長の絞り変３６，３６．・・・、３６が、それらの各両
端をそれぞれ略くの字状のばね材３７を介して連結され
て絞り３８が形成されている。

隣接する絞り片３６．３６は、ばね材３７によって、離
間する方向への付勢力が与えられ、通常は第６図に示す
ように隣接する絞り片３６．３６間の間隔は比較的広く
しである。しかして、各隣接する絞り片３６．３６の間
の部分が光の通過できる開口部３９となっている。

しかして、駆動手段としてのモータ１７を回転させると
、最上部の絞り片３６に当接するカム１６が回転されて
、各絞り片３６は最下部の固定された絞り片３６側に全
体的に下方に抑圧移動され、各開口部３９の面積が小さ
く（各絞り片３６が遮光される部分の面積が大きく）な
り、通過光量を可変できるようになっている。第７図は
第６図の状態からモータ１７を回転させて、絞り３８を
絞って通過光量を小さくした状態を示す。

尚、第６図及び第７図に示す円は、上記絞り（装置）が
配設された光路における平行光束の範囲を示し、上記第
２実施例は、上記第１実施例と同様の光路に配置するこ
とができる。

上記第２実施例の作用効果は上記第１実施例と略同様で
ある。

第８図は上記第２実施例における絞り３８．３８を２組
直角方向に組み合わせた第３実施例の絞り装置を示す。

各絞り３８はそれぞれカム１７を介してモータ１６で駆
動できるようにしである。

上記第３実施例の作用効果は上記第２実施例と略同様で
あるが、絞り片３６が交差した部分で多数且つ微小な開
口部４０に区分されることになるので絞り量を可変して
も、配光特性及び分光特性の変化はより少くできる。

上記第３実施例は、第２実施例を２組用いて構成したが
、同様に第１実施例を２組用いて絞り及び絞り装置を構
成することもできる。

上記各実施例は、色面順次照明方式の光源装置１１に用
いであるが、本発明は白色照明用の光源装置にも適用で
きる。

第９図は白色照明用の光源装置を有する内視鏡４１を示
す。

上記内視鏡４１においては、白色照明用の光源装置４２
を備えている。又、カラー撮像として、固体撮像素子４
の前面にはモザイク状配列のカラーフィルタ４Ａが配設
されている。

上記光源装置４２は、第１図に示すものと同様に放電ラ
ンプ１２と集光用の凸レンズ１４との間の光路上で、例
えば凸レンズ１４の瞳位置に第４実施例における絞り４
３が配設されている。しかして、この凸レンズ１４で集
光された光束は、その焦点位置近傍にその入射端が配設
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の入射端に照射された白色照明光
は、その出射端から配光レンズ９を経て被写体側に出射
される。この白色照明光で照明された被写体は、カラー
フィルタ４を経て各色の画素として各受光素子で受光さ
れ、読み出し信号の印加によって順次読み出され、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′に取り込まれた信号は、例えば
サンプル・ホールド回路によって各色の画素信号ごとに
分離されて色信号Ｒ，Ｇ、Ｂとして出力され、増幅され
た後モニタ用のカラーテレビジョン８側に出力されるよ
うになっている。

ところで第４実施例の絞り装置は次のように構成されて
いる。

即ち、第９図における紙面垂直方向が長さ方向となり、
厚さが薄く、且つ通常光軸と平行となる方向に適宜の大
きさの幅を有する遮光性の絞り片４４、・・・、４４は
その幅方向の両端がそれぞればね４５．４５を介して隣
接する絞り片４４と平行となるように連結されて絞り４
３が形成されている。この絞り４３を構成する最上段及
び最下段の絞り片４４の一端（第９図では左側端部）は
回動できるように固定され（（ｆ！ｉ　ｆａ側が傾斜で
きるように固定されている。）、一方、最上段の絞り片
４４の使方の端部（第９図では右側端部）はカム１６に
係合し、モータ１７の回転と共に、カム１６によって、
右側端部側が押圧されて下方に移動し、（第９図の通過
光量最大の状態から）第１０図のように傾斜し、隣接す
る絞り片４４．．４４の間の開口部を通る通過光量は矢
印で示す（範囲の）ように減少できるようになっている
。上記絞り４３は、伯の実施例と同様に反射面１３で略
平行光束にされた光路途上で、例えば凸レンズ１４の瞳
位置に配設されている。

上記第４実施例の作用効果は他の実施例と略同様である
が、光量を有効に利用できるという利点を有する。つま
り、最大通過状態では、各絞り片４４で遮光する割合を
少く、照明光量を大きくできる。

尚、本発明は絞りの駆動手段としてモータ１７が必要と
されるものに限定されるものでなく、手動で行っても良
い（つまり絞りで構成された絞り装置も本発明に含まれ
る。）。

尚、カム１６の形状を、モータ１７等の回転に比例して
リニアに通過面積を可変できるようにすることもできる
。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば移動可能な多数の絞り
片の間で光の通過可能とする開口部を多数形成し、これ
ら絞り片を移動させることによって、各開口部の面積を
変え、通過光量を各開口部ごとに変えるようにしている
ので、絞り量を変化させても配光特性及び分光特性が変
化しない優れた特徴を示す絞りを実現できる。又、応答
性が良く、自動調光手段の絞りとして適する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の絞り装置を示す正面図、第２図は第１
実施例の絞り装置を設けた光源装置の光学系を示す説明
図、第３図は第１実施例を設けた光源装置を備えた内視
鏡を示す説明図、第４図は回転カラーフィルタを示す正
面図、第５図は第１図とは異るしぼ絞り状態における第
１実施例を示す正面図、第６図は本発明の第２実施例を
示す正面図、第７図は、第６図とは異る絞り状態で＝　
２２− の第２実施例を示す正面図、第８図は本発明の第３実施
例を示す正面図、第９図は本発明の第４実施例を備えた
内視鏡を示す説明図、第１０図は、第９図における第４
実施例の一部を示す側面図、第１１図は従来の光源装置
の光学系を示す説明図、第１２図は第１１図に用いられ
ている従来の絞りを示す正面図である。 １．４１・・・内視鏡　　　２・・・挿入部４・・・固
体撮像素子 ７．７′・・・ビデオプロセス部 １０・・・ライトガイド　　１１．４２・・・光源装置
１５．３８．４３・・・絞り １９・・・回転（カラー）フィルタ ３１．３６．４４・・・絞り片

Claims (1)

【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内視鏡用光源装置にお
   ける光源の照明用光束を絞ってライトガイドの後端に照
   射することによって、被写体に照射される照明強度を適
   量に調整可能とする内視鏡用光源装置の絞り装置におい
   て、移動可能な複数の絞り片を適宜間隔で配設すると共
   に、隣接する絞り片の間でそれぞれ光の通過可能とする
   多数の開口部を形成して、前記絞り片を一様に可動する
   ことによって絞りが配設された光路における照明用光束
   を略一様に絞り込み可能としたことを特徴とする内視鏡
   用光源装置の絞り装置。