JPWO2013150897A1 - 光源装置 - Google Patents

Abstract

光を発光する各色ＬＥＤ（２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ）と、発光された光を受けて出射するコリメータレンズ（２４）と、各色ＬＥＤ（２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ）から発光された光の内の照明光としては使用されない漏れ光と、各色ＬＥＤ（２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ）から発光されコリメータレンズ（２４）により反射された光と、の両方を受光可能な位置に配置された照度センサ（２７ｒ，２７ｇ，２７ｂ）とを備えた、内視鏡に供給する光を発生する光源装置。

Description

本発明は、内視鏡に供給する光を発光素子により発生しつつ、発光強度の検出を行う光源装置に関する。

内視鏡から被検体へ照射する照明光の光源装置として、従来よりキセノンランプ等が用いられているが、ＬＥＤの普及に伴い、低消費電力性や耐久性を考慮してＬＥＤ等の発光素子を利用するものが実用化されてきている。

ＬＥＤは、単体で白色光を発光し得るキセノンランプ等に比べて狭帯域の発光を行う光源であるために、単体では白色光を発光することができず、ＬＥＤを光源として用いて白色光を発生する方法として、例えば以下のような３種類の方法が知られている。

（１）ＬＥＤとして青色ＬＥＤを用い、青色ＬＥＤから発光された光を蛍光体に当てて黄色の光を出力し、青色ＬＥＤから発光された青色光と、蛍光体から発光された黄色光とを混色することにより白色光を構成する方法。

（２）ＬＥＤとして近紫外ＬＥＤを用い、近紫外ＬＥＤから発光された光を複数種類の蛍光体に当てて複数色の光を出力し、出力された複数色の光を混色することにより白色光を構成する方法。

（３）ＬＥＤとして赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを用い、赤色ＬＥＤから発光された赤色光と、緑色ＬＥＤから発光された緑色光と、青色ＬＥＤから発光された青色光とを混色することにより白色光を構成する方法。

これらの内の（１）と（２）は白色光そのものを被検体に照射する同時照明にしか用いることができないが、（３）は同時照明だけでなくＲ光、Ｇ光、Ｂ光を時系列的に照射する面順次照明にも用いることができる。

ただし、（３）の構成を採用する場合には、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの発光強度の比を調整しないと、より純粋な白色光に近付けることができない。そこで、光源装置の出荷調整として、このようなカラーバランス調整が行われる。

ところで、ＬＥＤの発光強度は経時変化（経年変化）することが知られている。この点について、本願に係る図４を参照して説明する。

図４に示すように、各色ＬＥＤの発光強度は時間と共に例えば低下し、しかも、低下の度合いが色毎に異なっている。

従って、工場出荷時にカラーバランスを調整したとしても、そのままでは時間の経過と共にカラーバランスが崩れてくることになる。

そこで、各色ＬＥＤの発光輝度を検出するセンサを設けて、センサの検出結果に基づき適宜のタイミングでカラーバランスを再調整する技術が提案されている。ただし、センサを照明光の光路上に固定的に配置すると、被検体へ到達する照明光の光量が少なくなってしまう。

このため、例えば特開２０１０−１５８４１５号公報には、照明光として用いられない漏れ光を利用して検出を行う技術が記載されている。まず、該公報に記載の技術においては、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを面順次に発光させて、１つの受光部により測定し、各色に対する受光部からの出力電圧が、使用者により設定された明るさに応じた各色毎の基準電圧値になるようにすることで、明るさ調整を行っている（段落［００２０］〜［００２８］、図１、図２等参照）。ここに、各色毎の基準電圧値は、赤色光、緑色光、青色光の発光強度が一定の比率になるように算出される（段落［００２７］、［００２８］等参照）。そして、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤからの光を受光部で受光して出射光量に関する情報を取得し、経年変化や温度変化などによる出射光量の変動を考慮して、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの駆動量ひいては出射光量を正確に調整する旨が記載されている（段落［００５０］等参照）。

しかし、上記特開２０１０−１５８４１５号に記載された受光部は、どのように配置するかが具体的に記載されておらず、しかも照明光として用いられない漏れ光を利用して検出を行うものであるために、受光部に入射する光の強度が十分とはいえない。従って、発光素子の発光強度検出を、より高い発光強度の光の下で行い、より精度の高い検出が可能となることが望まれている。

一方、より高い発光強度の光を受光して検出を行うために、照明光の光路上に発光強度検出部を設ける場合には、上述したように、内視鏡へ供給する照明光の光量が減少することとなり、好ましくない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡へ供給する照明光の光量を減少させることなく、発光素子の発光強度を、より高い発光強度の光の下で検出することができる光源装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様による光源装置は、内視鏡に供給する光を発生する光源装置であって、光を発光する発光素子と、前記発光素子により発光された光を受けて出射する光学素子と、前記発光素子から発光された光の内の照明光としては使用されない漏れ光と、前記発光素子から発光され前記光学素子により反射された光と、の両方を受光可能な位置に配置された発光強度検出部と、を具備している。

本発明の実施形態１の内視鏡システムの構成を示す図。 上記実施形態１において、光源装置の各色ＬＥＤから発光される光のスペクトルの様子を示す図。 上記実施形態１において、面順次照明を行うときの各色ＬＥＤの発光タイミングを示すタイミングチャート。 上記実施形態１において、光源装置の各色ＬＥＤの発光強度の経時変化の様子を示す線図。 上記実施形態１における照度センサの配置を示す図。 上記実施形態１における照度センサのより詳細な配置の例を示す図。 上記実施形態１において、各色ＬＥＤから発光される光の射出方向に応じた光強度分布と照度センサの配置との関係を説明するための線図。 上記実施形態１において、所定の配置制限の下での各色ＬＥＤと照度センサとのレイアウトを示す図。 上記実施形態１において、所定の配置制限の下で各色ＬＥＤを中心とした照度センサの配置角度を変化させたときの受光能力を示す線図。 上記実施形態１の照度センサの配置における変形例を示す図。 上記実施形態１の照度センサの配置の変形例において、ミラーの形状を照度検出に最適化した例を示す図。 上記実施形態１の照度センサの配置の変形例において、ミラーの形状を照度検出に最適化した例の変形例を示す図。 本発明の実施形態２の内視鏡システムの構成を示す図。 上記実施形態２において、照明光の光路上に挿脱可能に設けられた光学フィルタの辺縁にカラーセンサを配置した例を示す図。 上記実施形態２において、照明光の光路上に挿脱可能に設けられた光学フィルタの辺縁にカラーセンサを配置した他の例を示す図。 上記実施形態２におけるモノクロセンサの追加配置の一例を示す図。 上記実施形態２におけるモノクロセンサの追加配置の他の例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［実施形態１］
図１から図１２は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は内視鏡システムの構成を示す図である。

内視鏡システム１は、スコープ２と、光源装置３と、ビデオプロセッサ４と、モニタ５と、通信ケーブル６とを備えている。

光源装置３は、光源として複数色の発光素子を用いたものとなっていて、複数色の発光素子は、例えば白色光を構成する３色の光を発光するための発光素子、具体的には、赤色（Ｒ）発光素子である赤色ＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ）２３ｒと、緑色（Ｇ）発光素子である緑色ＬＥＤ（Ｇ−ＬＥＤ）２３ｇと、青色（Ｂ）発光素子である青色ＬＥＤ（Ｂ−ＬＥＤ）２３ｂと、を備えている。各発光素子の発光スペクトルはそれぞれ異なり、図２に示すように、赤色ＬＥＤ２３ｒから発光される光が赤色光Ｒの帯域のスペクトル、緑色ＬＥＤ２３ｇから発光される光が緑色光Ｇの帯域のスペクトル、青色ＬＥＤ２３ｂから発光される光が青色光Ｂの帯域のスペクトルである。

ここに、図２は光源装置の各色ＬＥＤから発光される光のスペクトルの様子を示す図である。

光源装置３に設けられたＬＥＤ駆動部２２は、赤色ＬＥＤ２３ｒと緑色ＬＥＤ２３ｇと青色ＬＥＤ２３ｂとに電流をそれぞれ供給して駆動する発光素子駆動部である。

光源装置３に設けられた制御部２１は、ＬＥＤ駆動部２２から供給する電流を制御することにより、赤色ＬＥＤ２３ｒ、緑色ＬＥＤ２３ｇ、青色ＬＥＤ２３ｂそれぞれの出射光の強度を調節する。この制御部２１の制御は、後述する照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂからの入力に基づき、または通信ケーブル６を介してビデオプロセッサ４と通信を行って取得した被写体の明るさ情報に基づき、あるいは操作パネル２８を介したユーザからの照明光の明るさ設定に基づき、行われる。

光源装置３には、照明光を伝送する光学系として、３つのコリメータレンズ２４と、２つのダイクロイックフィルタ２５ａ，２５ｂと、１つの集光レンズ２６とが設けられている。

３つのコリメータレンズ２４は、赤色ＬＥＤ２３ｒ、緑色ＬＥＤ２３ｇ、青色ＬＥＤ２３ｂそれぞれの出射光の光路上に配設されていて、入射された光を平行光として射出する光学素子である。

第１のダイクロイックフィルタ２５ａは、赤色ＬＥＤ２３ｒからの赤色光Ｒを透過し、緑色ＬＥＤ２３ｇからの緑色光Ｇを反射する光学素子である。

第２のダイクロイックフィルタ２５ｂは、赤色ＬＥＤ２３ｒからの赤色光Ｒおよび緑色ＬＥＤ２３ｇからの緑色光Ｇを透過し、青色ＬＥＤ２３ｂからの青色光Ｂを反射する光学素子である。

集光レンズ２６は、第２のダイクロイックフィルタ２５ｂからの平行光束を、スコープ２のライトガイド１１の基端の入射端面に集光する光学素子である。

そして、もし３つの発光素子、つまり赤色ＬＥＤ２３ｒと緑色ＬＥＤ２３ｇと青色ＬＥＤ２３ｂとを同時に発光させたときには、それぞれの発光強度が所定範囲内にある場合には、集光レンズ２６から射出される光は、図２に示すように、ＲＧＢの３色が揃った白色照明光ＷＬとなる。

さらに、光源装置３には、複数色の発光素子の発光強度を検出する発光強度検出部として、赤色ＬＥＤ２３ｒの発光強度を検出する照度センサ２７ｒと、緑色ＬＥＤ２３ｇの発光強度を検出する照度センサ２７ｇと、青色ＬＥＤ２３ｂの発光強度を検出する照度センサ２７ｂと、が設けられている。これらの照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、例えばモノクロセンサとして構成されていて、後で詳しく説明するように、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから射出される光束の内の、ライトガイド１１の入射端面には至らない漏れ光を検知する位置（照明光をけることがない位置）（本実施形態においては、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの近傍）に配設されている。そして、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、光強度を検出した結果を制御部２１へ出力する。

制御部２１は、ビデオプロセッサ４からの明るさ情報（または、ユーザからの照明光の明るさ設定）に基づきＬＥＤ駆動部２２を制御して発光輝度（明るさ）の調整を行うとともに、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの検出結果に基づきＬＥＤ駆動部２２を制御して照明光のカラーバランス調整を行う。

また、光源装置３に設けられた操作パネル２８は、光源装置３に対する操作をユーザが行うためのものであり、光源装置３の電源オン／オフ操作や、観察モードの設定操作、照明光の明るさ設定操作等を行うことができるようになっている。操作パネル２８から入力された観察モードは、制御部２１および通信ケーブル６を介してビデオプロセッサ４へ送信され、ビデオプロセッサ４において観察モードに応じた画像処理が行われる。

このような光源装置３から照明光の供給を受ける内視鏡であるスコープ２は、ライトガイド１１と、レンズ１２と、ＣＣＤ１３と、信号線１４と、ライトガイドコネクタ１５と、ビデオコネクタ１６と、を備えている。

ライトガイド１１は、ライトガイドコネクタ１５から基端が延出しており、ライトガイドコネクタ１５を光源装置３に接続したときに、ライトガイド１１の基端の入射端面に上述した集光レンズ２６からの光が集光される。

ライトガイド１１はスコープ２の挿入部内を先端部まで挿通されており、先端の射出面から照明光を射出する。スコープ２の先端におけるこの照明光の光路上には、照明用のレンズ１２が配設されている。こうして、ライトガイド１１内を伝達された光源装置３からの照明光は、レンズ１２を介して挿入部の先端から被検体に照射される。

照明光を照射された被検体の光学像は、スコープ２の挿入部先端に配設された図示しない対物レンズを介して取り込まれ、撮像素子であるＣＣＤ１３上に結像する。このＣＣＤ１３は、カラーフィルタアレイ等が配設されたカラー撮像素子、あるいは面順次照明光を受光するモノクロ撮像素子などである。そして、ＣＣＤ１３は、被検体の光学像を電気信号に変換する撮像を行い、信号線１４を介して、ビデオコネクタ１６が接続されたビデオプロセッサ４へ電気信号を送信する。

ビデオプロセッサ４は、ＣＣＤ１３から受信した各色画像を同時化してカラーの画像信号を生成し、生成した画像信号のカラーバランス調整やガンマ変換、色変換等の画像処理を行った後に、モニタ５に表示するための信号形式に変換してモニタ５へ出力する。これにより、モニタ５には被写体のカラー画像が表示される。

また、ビデオプロセッサ４は、受信した各色画像から例えば輝度信号を抽出して、抽出した輝度信号に基づき明るさ情報を生成する。こうしてビデオプロセッサ４により生成された明るさ情報は、ビデオプロセッサ４と光源装置３とを接続する通信ケーブル６を介して、光源装置３の制御部２１へ送信される。

制御部２１は、受信した明るさ情報と照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの出力値とに基づき、ＬＥＤ駆動部２２を介して上述したように各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの発光強度の制御を行う。

次に、図３は面順次照明を行うときの各色ＬＥＤの発光タイミングを示すタイミングチャートである。

ＣＣＤ１３は、光を受光して電荷を蓄積する露光期間の動作と、蓄積した電荷を画素毎に順次読み出す読出期間の動作とを交互に行うようになっている。

そして、面順次照明の場合には、露光期間に何れか１色のＬＥＤのみを発光させて露光を行い、読出期間に全てのＬＥＤを消灯させて露光画像の読み出しを行うようになっている。すなわち、ある露光期間に例えば赤色ＬＥＤ２３ｒのみを発光させて露光を行い、その後の読出期間において赤色光Ｒを露光して得られたＲ画像の読み出しを行い、次の露光期間に例えば緑色ＬＥＤ２３ｇのみを発光させて露光を行い、その後の読出期間において緑色光Ｇを露光して得られたＧ画像の読み出しを行い、さらに次の露光期間に例えば青色ＬＥＤ２３ｂのみを発光させて露光を行い、その後の読出期間において青色光Ｂを露光して得られたＢ画像の読み出しを行う、といった１フレームのサイクルを繰り返して行うようになっている。

ここでは光源装置３の動作の一例として面順次照明を説明したが、以下に説明するような照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂによる各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの発光強度の検出は、面順次照明のときだけでなく、同時照明のときにも同様に行われる。

次に、図４は、光源装置３の各色ＬＥＤの発光強度の経時変化の様子を示す線図である。

ＬＥＤの発光強度は、経時変化（経年劣化）することが知られている。そして、この経時変化は、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ毎にそれぞれ異なるのが一般的である。図４は、各色ＬＥＤの初期発光強度を１００％として、各色ＬＥＤに初期時と同一の電流（例えば最大定格電流）を供給したときの、発光強度の経時変化の一例を示している。

この図４に示す例では、各色ＬＥＤの発光強度は何れも時間と共に低下するが、緑色ＬＥＤ２３ｇの発光強度低下が最も小さく、青色ＬＥＤ２３ｂの発光強度低下がそれに続き、赤色ＬＥＤ２３ｒの発光強度低下が最も大きくなっている。

従って、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂを設けて各色ＬＥＤの発光強度を検出し、検出結果に基づきカラーバランスや発光輝度（明るさ）を維持するように制御することで、このような発光強度の変化に対応するようにしている。

続いて、図５は照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの配置を示す図である。

本実施形態においては、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光された光の内の照明光としては使用されない漏れ光を受光可能であり、かつ、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光されコリメータレンズ２４により反射された光を受光可能な位置に配置されている。具体的には、図５に示すように、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂとコリメータレンズ２４との間の空間の側方に配置されている。

図６は照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂのより詳細な配置の例を示す図、図７は各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光される光の射出方向に応じた光強度分布と照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの配置との関係を説明するための線図である。

各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光される光の強度は、図７に示すように、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂとコリメータレンズ２４の主点とを結ぶ光軸方向をピークとして、この光軸方向から図６に示す出射角θ（光軸方向をθ＝０としている）が増すほど低下する。そして、コリメータレンズ２４の入射瞳２４ｐの辺縁に到達する光（図７に示すように出射角をθ０とする）はある程度の光強度Ｉ０を維持するが、θ０よりも出射角が大きくなると急速に低下して光強度が０に近付く分布となっている。

そして、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光され、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂに直接入射する漏れ光の立体角をΩ１、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光されコリメータレンズ２４の入射面により反射された光の立体角をΩ２とする。さらに、立体角Ω１の中心の射出角をθ１、立体角Ω２の中心の射出角をθ２とすると、図７に示すように、射出角θ１の光強度はＩ１、射出角θ２の光強度はＩ２である。加えて、コリメータレンズ２４の入射面の、射出角θ２の光線に対する反射率をＲｅｆとすると、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂが受光する光の受光強度ＳＩは、概略、次の数式１のように算出される。

［数１］
ＳＩ＝Ω１×Ｉ１＋Ω２×Ｉ２×Ｒｅｆ＋α
ここに、αはその他の要因、例えばコリメータレンズ２４の内部で反射された後に照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂに到達する光や、光路に沿った内面反射、さらに後段の光学素子から反射されてくる戻り光などにより生じる光強度を表している。このαは、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光強度への寄与が比較的小さいと考えられ、多くの場合には無視する近似を行っても差し支えない。

そして、数式１に示した光強度成分の内、第１成分（Ω１×Ｉ１）は従来のセンサ配置で受光していた光の強度成分に相当する。一方、第２成分（Ω２×Ｉ２×Ｒｅｆ）は本願において受光強度を増大するために積極的に受光することを目指した光の強度成分である。図７を見れば分かるように、射出角θ１の漏れ光は周辺光であるために光強度Ｉ１が小さい。これに対して、射出角θ２の光は元来照明光として使用する光であるために、光強度Ｉ２はＩ１に比してずっと大きい。従って、受光強度ＳＩにおける第２成分の寄与率は、仮に反射率Ｒｅｆが相当小さいとしても無視し得ないものとなり、ましてや反射率Ｒｅｆがある程度の大きさであれば第１成分の寄与率に比肩し得るものとなる（あるいは、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂが、コリメータレンズ２４の入射面からの全反射光を受光する位置に配置されていれば、第２成分が第１成分を上回ることも考えられる）。

こうして、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、コリメータレンズ２４の入射瞳２４ｐの外側近傍における、受光強度ＳＩが最も高い位置、より限定的には、漏れ光（第１成分）と、コリメータレンズ２４により反射された光（第２成分）と、を合計した光の強度が最も高い位置に配置すると良い。この配置は、理論的に算出するに限るものではなく、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの配置を変更しながら実験的に求めても良い。

このような、第１成分だけでなく第２成分を効率的に受光することができるような配置として、本実施形態においては、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂを、図６に示すように、コリメータレンズ２４の入射瞳２４ｐの外側近傍であって、コリメータレンズ２４の入射面の面頂２４ｓに接する接平面２４ｔ上に、受光面２７ａを面頂２４ｓへ向けて（すなわち、受光面２７ａが光軸Ｏに垂直な方向を向くように）配設している。

この図６に示したような配置は、第１成分および第２成分を効率的に受光することができ、かつ設計し易い利点がある。

ただし、図６に示した配置は一例であり、上述した要因以外にも、コリメータレンズ２４と各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂとの距離、コリメータレンズ２４の光学面の曲率（特に、入射面の曲率）、コリメータレンズ２４を形成する硝材の屈折率、あるいは上述したような全反射光を受光できる位置範囲、などの要因を考慮して最適化すると良い。

次に、所定の配置制限の下で、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂが第１成分（Ω１×Ｉ１）を受光するときの受光能力を極大化する配置について、図８および図９を参照して説明する。ここに、図８は、所定の配置制限の下での各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂと照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂとのレイアウトを示す図、図９は所定の配置制限の下で各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂを中心とした照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの配置角度を変化させたときの受光能力を示す線図である。

照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、実装される基板の構成や、他の部品のレイアウト、基板を組み付ける際の作業性や製造コストや精度などを考慮すると、常に最適な位置に配置することができるとは限らず、ある程度の配置制限が課されることがある。

そこで、図８に示す例においては、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの配置に、受光面２７ａに立てた法線が、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂとコリメータレンズ２４とを結ぶ光軸Ｏに垂直に交差する配置制限が課されているものとする。この配置制限であれば、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３からの漏れ光と、コリメータレンズ２４ｂからの反射光との両方を受光することができるために、上述した第１成分と第２成分との両方を受光可能である条件を満たす配置制限であるということができる。

図９は図８に示した配置制限の下で射出角θ１を０〜９０度まで変化させたときの、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光能力を示す線図である。ここに、射出角θ１は、上述したように立体角Ω１の中心が光軸Ｏとなす角であるが、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光面２７ａの中心２７ｐと各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの発光面の中心２３ｐとを結ぶ線分Ｒ１と、光軸Ｏと、のなす角でもある。そして、図９に示す線図は、線分Ｒ１の長さを固定して射出角θ１のみを変化させたときの受光能力の変化の様子を示している。なお、受光能力の軸に付した数値は、受光能力の相対的な大きさを示すための数値である。

上述した配置制限の下では、受光面２７ａが光軸Ｏと平行であるために、射出角θ１が０度に近付くと、立体角Ω１も０に近付く。つまり、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから受光面２７ａを見込んだときの有効受光面積Ｐ１も、射出角θ１が０に近付くに従って０に近付くことになるために、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光能力も図９に示すように０に近付くことになる。

一方、射出角θ１が９０度に近付くと、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから受光面２７ａを見込んだときの有効受光面積Ｐ１は最大値（すなわち、受光面２７ａ自体の面積）に近付くものの、逆に、受光面２７ａから各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの発光面を見込んだときの有効発光面積が０に近付くことになるために、結局、受光する照明光の強度が０に近付くことになる。従って、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光能力も図９に示すように０に近付く。

そして、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光能力が極大値をとるのは、図９に示すようにθ１＝６０度のときである。このために、幾らかの余裕範囲（例えば、±５度）を考え合わせると、射出角θ１が５５度から６５度の範囲（図９のハッチング部分参照）に入るように照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂを配置することが望ましい。

上述したように照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、照明光をけることがないように、コリメータレンズ２４の入射瞳２４ｐの外側に配置する必要があり、実用的にはコリメータレンズ２４の半径Ｒ０（図８参照）の外側（すなわち、コリメータレンズ２４の外周の外側）に配置することになる。加えて、一般的に、照度は光源からの距離の２乗に反比例するために、線分Ｒ１の長さはなるべく短いことが望ましい。そして、集光レンズ２４からの反射光（第２成分）を効率的に受光するためには、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂをコリメータレンズ２４の入射面近傍に配置することが望ましい。

こうした配置の一例を示しているのが図８である。照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、コリメータレンズ２４の半径Ｒ０（なお、図８において半径Ｒ０を図示した位置が、例えば、コリメータレンズ２４の入射面の面頂２４ｓに接する接平面２４ｔの位置である）の外側近傍に、受光面２７ａの法線が光軸Ｏと直交するように、かつ射出角θ１が約６０度となるように配置されている。

また、図１０は照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの配置における変形例を示す図である。

この図１０に示すように、反射光学素子として、例えば光軸を回転対称軸としたパラボラ状をなすミラー（反射傘）２９をさらに設けるようにすると良い。このときには、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、ミラー２９の反射面内に受光面２７ａを露呈させるように配置する。このような構成を採用すれば、ミラー２９が設けられていない場合に漏れ光となっていた光を照明光として有効に利用可能となるだけでなく、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂに入射する光の強度を高めることも可能となり、かつ、隣接するＬＥＤからの漏れ光による混色を防止（あるいは低減）すると共に、ある程度の防塵効果が得られる。

あるいは、図１０に示した構成の変形例として、漏れ光を反射する反射光学素子を、反射光を照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂへ集光するような構成とすることも考えられる。図１１は照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの配置の変形例において、ミラーの形状を照度検出に最適化した例を示す図である。

各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは、例えば、発光面と反対側の面においてＬＥＤ基板３０ａに実装されている。また、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂは、例えば、受光面２７ａと反対側の面においてセンサ基板３０ｂに実装されている。

各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの発光面の中心２３ｐとコリメータレンズ２４の主点とを結ぶ光軸Ｏを挟んで、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの反対側には、光軸Ｏ周りの所定角度範囲に、ミラー２９’が設けられている。ミラー２９’は、集光効率を高めかつ小型化を図るべく、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂからコリメータレンズ２４に到達する照明光を遮ることのない範囲（すなわち、コリメータレンズ２４の入射瞳２４ｐの範囲外）で、なるべく光軸Ｏに近接するように、光軸Ｏ周りの所定角度範囲に配置されている。

そして、ミラー２９’は、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂに対向する側に形成された反射面であるミラー面２９ａが、楕円面となっている。より詳しくは、ミラー面２９ａは、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの発光面の中心２３ｐと、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光面２７ａの中心２７ｐと、を２つの焦点とし、これら中心２３ｐと中心２７ｐとを結ぶ直線を回転対称軸とする回転楕円面ＳＲの一部として構成されている。従って、回転楕円面ＳＲであるミラー面２９ａの中心は、中心２３ｐと中心２７ｐとの中点Ｍである。

この図１１に示したような構成によれば、回転楕円面ＳＲの一方の焦点に位置する各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光されてミラー面２９ａに到達した漏れ光は、そのほとんどが、他方の焦点に位置する照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂに集光されることになるために、より効率的に照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂへの入射光の光強度を高めることができる。

図１２は、照度センサの配置の変形例において、ミラーの形状を照度検出に最適化した例の変形例を示す図である。

この図１２に示す例も、図１１に示した例と同様に、漏れ光を反射する反射光学素子を、反射光を照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂへ集光するような構成としているが、ミラー面の形状をより簡略化したものとなっている。

すなわち、図１１に示した例は、ミラー面２９ａが回転楕円面ＳＲの一部をなす形状であるために、面形状の形成が複雑（例えば、平面を曲げても形成することができない面形状（非ユークリッド面））である。そこで、本変形例は、ミラー面の形状を簡略化して、例えば、平面を曲げれば形成することができる面形状（ユークリッド面）にしたものとなっている。

ＬＥＤ基板３０ａとセンサ基板３０ｂとは、図１２に示すように（あるいは、図１１も参照）、基板面同士が例えば直交するように配置されていて、光軸Ｏとセンサ基板３０ｂの基板面とは平行である。そして、本変形例のミラー２９”は、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの発光面の中心２３ｐと、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光面２７ａの中心２７ｐと、の中点Ｍを通り光軸Ｏに平行な軸を中心とした、楕円筒面ＥＬの一部として構成されたミラー面２９ｂを備えている。

従って、ミラー面２９ｂは、光軸Ｏに対して垂直な断面の形状が、同断面に投影される発光面の中心２３ｐと受光面２７ａの中心２７ｐとを焦点とする、楕円の一部をなしている。また、光軸Ｏに垂直な断面に投影される、中心２３ｐと中点Ｍとの距離、および中心２７ｐと中点Ｍとの距離は、何れも同断面に投影された楕円の焦点距離である。

上述したミラー２９”およびセンサ基板３０ｂは、光軸Ｏを取り囲む壁状に配置されているために、隣接するＬＥＤからの漏れ光による混色を防止（あるいは低減）するとともに、ある程度の防塵効果を得ることも可能となっている。

なお、ミラー２９”およびセンサ基板３０ｂによって光軸Ｏの全周を取り囲む必要はないために、図１２の右側にはミラー２９”とセンサ基板３０ｂとの間に空隙が存在している。また、ミラー２９”は、ミラー面２９ｂを断面楕円形に形成したとしても、ミラー面２９ｂの部分によっては各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂからの光を照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂへ反射する効率として、高い効率を得ることができないことがある。そこで、図１２に示す例では、ミラー２９”の左側が直線状の壁状部２９ｃとして構成されている。従って、ミラー面２９ｂが断面楕円形をなしているのは、光軸Ｏ周りの所定角度範囲（図１２に示す例では、楕円中心（中点Ｍを光軸Ｏに垂直な断面に投影した点）周りに例えば１２０度程度の角度範囲）である。

この図１２に示したような構成によれば、図１１に示した構成に近い効果を、より製造が容易なミラー面２９ｂの形状により達成することができる。従って、図１１に示した構成よりも、製造コストを下げ、生産性を向上することができる。また、上述したように、混色防止（低減）効果や防塵効果を得ることもできる。

このような実施形態１によれば、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂを、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光された光の内の照明光としては使用されない漏れ光と、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光されコリメータレンズ２４により反射された光と、の両方を受光可能な位置に配置したために、スコープ２へ供給する照明光の光量を全く減少させることなく、発光強度の検出を、より高い発光強度の光の下で行うことが可能となる。その結果、検出効率を高め、検出精度を向上することも可能となる。

また、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂを、受光面２７ａが光軸に垂直な方向を向くように配置した場合には、光を効率的に受光できるだけでなく、設計も容易となる。

加えて、ミラー２９を設けることにより、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂが受光する光の強度をさらに向上し、混色防止（低減）効果、防塵効果を得ることができる。このとき、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの発光面の中心２３ｐと、照度センサ２７ｒ，２７ｇ，２７ｂの受光面２７ａの中心２７ｐと、を２つの焦点とする回転楕円面ＳＲのミラー面２９ａを備える構成を採用すれば、漏れ光の集光率を最適化することができる。一方、楕円筒面ＥＬのミラー面２９ｂを備える構成を採用すれば、比較的高い漏れ光の集光率を得ながら、製造コストの低下、生産性の向上を図ることができる。

［実施形態２］
図１３から図１７は本発明の実施形態２を示したものであり、図１３は内視鏡システムの構成を示す図である。

この実施形態２において、上述の実施形態１と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

上述した実施形態１は、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂのそれぞれの近傍にモノクロセンサを配置したが、本実施形態はこれに代えて、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの何れの光も受光可能な位置にカラーセンサを配置したものとなっている。

すなわち、図１３に示すように、光源装置３には、カラーセンシングを行うことにより、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、および青色光Ｂの各光強度を検出して制御部２１へ出力するカラーセンサ３１が設けられている。ただし、このカラーセンサ３１は、後で図１４を参照して説明するように、白色光センシング用のカラーセンサ３１ｗと、他の観察モードの光をセンシングするためのセンサ３１ｍと、を含んで構成されている。

そして、カラーセンサ３１は、第２のダイクロイックフィルタ２５ｂから射出される光束の内の、ライトガイド１１の入射端面には至らない漏れ光を検知する位置、本実施形態においては、例えば第２のダイクロイックフィルタ２５ｂと集光レンズ２６との間に移動可能なフィルタ光学素子に配設されている。

このカラーセンサ３１の具体的な配置について、図１４を参照して説明する。図１４は照明光の光路上に挿脱可能に設けられたフィルタ光学素子である光学フィルタ３２の辺縁（例えば、光学フィルタ３２を保持するフィルタスタンドの部分など）にカラーセンサ３１を配置した例を示す図である。

本実施形態の光源装置３には、第２のダイクロイックフィルタ２５ｂと集光レンズ２６との間に挿脱可能となるように配設された光学フィルタ３２が設けられている。なお、ここでは光学フィルタ３２を第２のダイクロイックフィルタ２５ｂと集光レンズ２６との間に配置しているが、集光レンズ２６の出射側に配置しても構わない。

この光学フィルタ３２は、観察モードに応じて移動されるようになっており、内視鏡システム１が白色光観察モードに設定されている場合には、照明光の光路上から退避する（図１４には、光学フィルタ３２が光路から下方に退避する例を示している）。

また、光学フィルタ３２は、内視鏡システム１が白色光観察モード以外の他の観察モード（例えば、狭帯域光観察モード、蛍光観察モード、紫外光観察モード、赤外光観察モード等）に設定されている場合には、照明光の光路上に挿入されるようになっている。従って、図１３〜図１５等には図示していないが、ＲＧＢ以外の発光帯域のＬＥＤがさらに設けられていても構わない。

このような構成において、光学フィルタ３２の上側の辺縁には白色光センシング用のカラーセンサ３１ｗが受光面３１ａを上方へ向けて（すなわち、照明光の光路方向へ向けて）配設されている。また、光学フィルタ３２の下側の辺縁には他の観察モードの光をセンシングするためのセンサ３１ｍ（なお、このセンサ３１ｍは、適用される観察モードに応じてカラーセンサである場合とモノクロセンサである場合とがある）が受光面３１ａを同様に上方へ向けて配設されている。従って、カラーセンサ３１ｗおよびセンサ３１ｍは、光学フィルタ３２と一体に移動されることになる。

そして、このような配置により、白色光観察モードのときには、白色光センシング用のカラーセンサ３１ｗは、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光された光の内の照明光としては使用されない漏れ光（第１成分）と、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから発光され集光レンズ２６により反射された光（第２の成分）と、の両方を受光する。

また、他の観察モードのときには、センサ３１ｍは、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ（あるいは、上述したように他の観察モードに応じて設けられたＬＥＤ）から発光された光の内の照明光としては使用されない漏れ光（第１成分）と、各色ＬＥＤ２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ等から発光され集光レンズ２６により反射された光（第２成分）と、の両方を受光する。

また、図１５は照明光の光路上に挿脱可能に設けられた光学フィルタ３２の辺縁にカラーセンサ３１を配置した他の例を示す図である。

この図１５に示す構成例では、光学フィルタ３２の上側の辺縁には、他の観察モードの光をセンシングするためのセンサ３１ｍが受光面３１ａを下方へ向けて配設され、このセンサ３１ｍの上にさらに白色光センシング用のカラーセンサ３１ｗが受光面３１ａを上方へ向けて配設されている。

このような構成によっても、図１４に示した構成とほぼ同様の作用、効果を奏することができる。

なお、本実施形態においては、集光レンズ２６の近傍にカラーセンサ３１を配置したが、これに加えて、１つ以上のコリメータレンズ２４の非光学面（照明光に係る光学面としては用いられない周面や側面等）に第２の発光強度検出部としてのモノクロセンサを配置するようにしても良い。

図１６はモノクロセンサ３５の追加配置の一例を示す図である。

この図１６に示す例は、コリメータレンズ２４の周面にモノクロセンサ３５の受光面３５ａが位置するように（すなわち、受光面３５ａがコリメータレンズ２４の内部を向くように）配置したものである。また、コリメータレンズ２４の受光面３５ａが配置された部分以外の周面には、光をコリメータレンズ２４内へ反射する内面反射コーティング３６が設けられている。このような構成により、コリメータレンズ２４内における拡散光をモノクロセンサ３５が受光することができる。そして、内面反射コーティング３６を設けたことにより、モノクロセンサ３５が受光する散乱光の光強度を高めることができる。

また、図１７はモノクロセンサ３５の追加配置の他の例を示す図である。

この図１７に示す例は、コリメータレンズ２４の周面とモノクロセンサ３５との間に、ロッド棒等の導光部３７を追加したものとなっている。このような構成を採用すれば、モノクロセンサ３５の配置の自由度が高まる利点がある。

なお、図１６や図１７にはコリメータレンズ２４の周面から検出用の光を採取する構成を説明したが、その他の光学素子、例えば他のレンズや光学フィルタの非光学面から検出用の光を採取する構成であっても構わない。

これら図１６や図１７の構成であっても、照明光の光量を低下させることなく発光強度を検出することができる利点がある。

このような実施形態２によれば、カラーセンサ３１が、照明光としては使用されない漏れ光と、集光レンズ２６等の光学素子により反射された光と、の両方を受光可能であるために、上述した実施形態１とほぼ同様の効果を奏することができる。

また、観察モードに応じて照明光の光路上に挿脱されるフィルタ光学素子にカラーセンサ３１を取り付けることにより、観察モードが変更された場合に、その観察モードに適したセンサにより高検出効率、高検出精度でセンシングを行うことが可能となる。

なお、センサが受光する漏れ光（第１成分）と反射光（第２成分）の内の反射光に関して、実施形態１ではコリメータレンズ２４からの反射光、実施形態２では集光レンズ２６からの反射光を例に挙げたが、これらに限るものではなく、照明光の光路上に配設されている何れかの光学素子からの反射光であれば良い。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明の態様を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

本出願は、２０１２年４月４日に日本国に出願された特願２０１２−０８５７４０号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (13)

1. 内視鏡に供給する光を発生する光源装置であって、
   光を発光する発光素子と、
   前記発光素子により発光された光を受けて出射する光学素子と、
   前記発光素子から発光された光の内の照明光としては使用されない漏れ光と、前記発光素子から発光され前記光学素子により反射された光と、の両方を受光可能な位置に配置された発光強度検出部と、
   を具備したことを特徴とする光源装置。
2. 前記光学素子はレンズであって、
   前記発光強度検出部は、前記レンズの入射瞳の外側近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記発光強度検出部は、前記レンズの入射瞳の外側近傍における、前記漏れ光と、前記レンズにより反射された光と、を合計した光の強度が最も高い位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記発光強度検出部は、前記レンズの入射面の面頂に接する平面上に、受光面を前記面頂へ向けて配設されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光源装置。
5. 前記発光素子から発光された光の内の照明光としては使用されない漏れ光を、前記発光強度検出部へ向けて反射する反射光学素子をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 前記反射光学素子は、前記発光素子の位置および前記発光強度検出部の位置を焦点とする回転楕円面の反射面を備えていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記反射光学素子は、前記発光素子の光軸に対して垂直な断面の形状が、同断面に投影される、該発光素子の中心と前記発光強度検出部の中心とを焦点とする楕円の一部をなすことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
8. 前記レンズは、該発光素子から発光された光を受けて平行光として出射するコリメータレンズであることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
9. 前記レンズは、該発光素子から発光された光を内視鏡のライトガイドの入射端面に集光する集光レンズであることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
10. 複数の観察モードに切り替え可能であって、
    前記観察モードに応じて前記照明光の光路上に挿脱されるフィルタ光学素子をさらに具備し、
    前記発光強度検出部は、前記フィルタ光学素子と一体に移動されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
11. 前記発光強度検出部は、前記フィルタ光学素子の挿脱に対応する複数の観察モードに各対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
12. 前記光学素子の内部の散乱光を、該光学素子の非光学面から受光する第２の発光強度検出部をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
13. 前記光学素子の非光学面における、第２の発光強度検出部による受光部分以外に、内面反射コーティングをさらに設けたことを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。

Images