WO2015025849A1 - 光源装置及び内視鏡装置 - Google Patents

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emitting element
cooling
element driving
semiconductor light
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雄亮 矢部
智也 高橋
悠介 吉田
真人 戸田
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light source device and an endoscope device suitable for an endoscope.
  • a light source device is employed to perform imaging inside the cavity.
  • a light source device employing a semiconductor light source such as an LED as a light emitting unit may be used.
  • Such a light source device can perform dimming control of the LED by PWM control that changes the duty ratio of the drive pulse or current control that changes the LED current.
  • a light source device using such an LED light source generates heat according to the amount of light emission, and the amount of light fluctuates due to a temperature change at the time of heat generation.
  • Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2007-149469 (hereinafter referred to as Document 1) discloses an apparatus for cooling an LED using a Peltier element.
  • the device of Literature 1 drives the Peltier device with a periodic pulse current that rises earlier than the rise of the pulse current of the LED drive current, thereby enabling cooling following the heat generation of the pulsed LED. ing.
  • the LED light source in the proposal of Document 1 is used for a direct-view type display device or projector, and the light amount change is relatively small.
  • the change in the amount of illumination light is relatively large depending on the observation mode, and the change in the heat generation amount of the LED light source is also relatively large. For this reason, even if the proposal of literature 1 is adopted, cooling control following the temperature change of the LED light source cannot be performed, and the life of the LED is adversely affected due to insufficient cooling, or condensation occurs due to overcooling. There was a problem that there was.
  • a light source device supplies a semiconductor light emitting element, a cooling element configured to cool the semiconductor light emitting element, and a light emitting element driving signal for causing the semiconductor light emitting element to emit light.
  • a light emitting element driving unit that performs cooling, a cooling element driving unit that supplies the cooling element with a cooling element driving signal for cooling the semiconductor light emitting element, and a duty ratio of the optical element driving signal is set.
  • a light emitting element drive control unit for controlling the light emission amount of the semiconductor light emitting element, a temperature sensor for measuring the temperature of the semiconductor light emitting element, and a duty ratio equal to the duty ratio of the light emitting element drive signal set by the light emitting element drive control unit
  • the cooling element driving unit is controlled to generate the cooling element driving signal having a ratio and having a timing synchronized with the light emitting element driving signal. Rutotomoni, on the basis of the measurement result of the temperature sensor, the signal level of the cooling element driving signal; and a cooling element drive control section that controls the cooling device driving unit so as to adjust.
  • the light source device includes a plurality of semiconductor light emitting elements that generate a plurality of colored lights, a plurality of cooling elements configured to be capable of cooling the plurality of semiconductor light emitting elements, and the plurality of semiconductor light emitting elements.
  • a light emitting element driving unit that supplies a plurality of light emitting element driving signals for emitting light to the plurality of semiconductor light emitting elements, and a plurality of cooling for causing the plurality of cooling elements to cool the plurality of semiconductor light emitting elements, respectively.
  • a cooling element driving unit for supplying an element driving signal to each of the plurality of cooling elements, and a light emitting element driving for individually controlling light emission amounts of the plurality of semiconductor light emitting elements by setting a duty ratio of the plurality of light emitting element driving signals.
  • a cooling element driving control unit that controls the cooling element driving unit such that signal levels of the plurality of cooling element driving signals are adjusted based on measurement results of the plurality of temperature sensors.
  • An endoscope apparatus includes an endoscope, a semiconductor light emitting element that generates illumination light to be supplied to the endoscope, a cooling element configured to be able to cool the semiconductor light emitting element, A light emitting element driving unit for supplying a light emitting element driving signal for emitting light to the semiconductor light emitting element to the semiconductor light emitting element, and a cooling element driving signal for causing the cooling element to cool the semiconductor light emitting element to the cooling element.
  • the duty ratio is the same as the duty ratio of the light emitting element drive signal set by the light emitting element drive control unit, and has a timing synchronized with the light emitting element drive signal.
  • the cooling element driving unit is controlled so as to generate a rejection element driving signal, and the cooling element driving unit is controlled so that the signal level of the cooling element driving signal is adjusted based on the measurement result of the temperature sensor. And a cooling element drive control unit.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a PWM pulse supplied to the R-LED and a drive current supplied to the Peltier element.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a light source device according to an embodiment of the present invention.
  • the light source device is applied to an endoscope system having an endoscope, a video processor, and a monitor.
  • the endoscope system 1 includes an endoscope 10, a video processor 20, a monitor 30, and a light source device 40.
  • the endoscope 10 has an elongated insertion portion 11 that can be inserted into a lumen or the like at the distal end side, and the proximal end side is detachably connected to the light source device 40 by a connector 12. ing.
  • the endoscope 10 is detachably connected to the video processor 20 by a cable 17 and a connector 18.
  • a cable 17 and a connector 18 can be attached to the light source device 40 and the video processor 20.
  • an imaging element 13 for capturing an image of a subject such as in a lumen and a lens 14 for irradiating the subject with light from the light source device 40 are disposed.
  • the illumination light transmitted from the light source device 40 via the light guide 15 is irradiated to the subject by the lens 14.
  • the imaging element 13 is configured by a CCD, a CMOS sensor, or the like. Return light from the subject is incident on the imaging surface, photoelectrically converts the incident subject optical image, and sequentially outputs imaging outputs based on the accumulated charges.
  • the image sensor 13 operates when a drive signal including a synchronization signal is supplied from the video processor 20, and supplies an imaging output to the video processor 20 via the signal line 16.
  • the video processor 20 performs predetermined signal processing on the imaging output to generate a video signal that can be displayed on the monitor 30.
  • a video signal from the video processor 20 is supplied to the monitor 30 via the cable 21. In this way, an endoscopic image based on the imaging output can be displayed on the display screen of the monitor 30.
  • the video processor 20 can control the light source device 40 so that the brightness of the captured image becomes the target brightness.
  • the video processor 20 outputs information on the ratio between the brightness obtained from the captured image and the target brightness to the light source device 40 as brightness control information.
  • the brightness control information is supplied to the control unit 41 of the light source device 40 via the cable 22.
  • the light source device 40 includes an LED (R-LED) 42 that generates red light, an LED (G-LED) 43 that generates green light, an LED (B-LED) 44 that generates blue light, and an LED that generates purple light. (V-LED) 45 is included.
  • R-LED red light
  • G-LED green light
  • B-LED blue light
  • V-LED purple light
  • LEDs that generates purple light V-LED 45 is included.
  • Lenses 42a to 45a are arranged on the optical axes of the emitted light from the LEDs 42 to 45, respectively. Each of the lenses 42a to 45a converts the light emitted from the LEDs 42 to 45 into substantially parallel light and emits the light. On the optical axis of the lens 42a that emits light from the R-LED 42, dichroic filters 47 to 49 constituting an optical path portion are arranged. Light from the G-LED 43 is also incident on the dichroic filter 47 through the lens 43a. In addition, light from the B-LED 44 is incident on the dichroic filter 48 via the lens 44a, and light from the V-LED 45 is also incident on the dichroic filter 49 via the lens 45a.
  • the dichroic filter 47 reflects the light from the G-LED 43 and transmits the light from the R-LED 42.
  • the dichroic filter 48 reflects the light from the B-LED 44 and transmits the light transmitted through the dichroic filter 47.
  • the dichroic filter 49 reflects the light from the V-LED 45 and transmits the light transmitted through the dichroic filter 48.
  • the light from the LEDs 42 to 45 is synthesized by the dichroic filters 47 to 49.
  • the combined light from the dichroic filter 49 is incident on the light guide 15 via the lens 50.
  • the arrangement order of the LEDs 42 to 45 can be changed by appropriately setting the characteristics of the dichroic filters 47 to 49, the characteristics of the dichroic filter can be improved by arranging the LEDs 42 to 45 in the wavelength band of the emitted light. Is easy to set.
  • the LEDs 42 to 45 are driven by the LED drive unit 46 and light up.
  • the LED drive unit 46 is controlled by the control unit 41 to generate a PWM pulse that is a drive signal for driving each LED.
  • Each of the LEDs 42 to 45 emits light with a light emission amount corresponding to the duty ratio and current amount of the PWM pulse from the LED drive unit 46.
  • the control unit 41 outputs the dimming information for controlling the LEDs 42 to 45 to the LED driving unit 46, thereby controlling the duty ratio of the PWM pulse to control the dimming of the LEDs 42 to 45.
  • the control unit 41 generates dimming information so that the light emission amounts of the LEDs 42 to 45 can maintain a predetermined color balance.
  • the color balance of each LED 42 to 45 needs to be determined by the spectral sensitivity characteristics of the endoscope 10.
  • the memory unit 51 of the light source device 40 stores information on the light amount ratios generated by the LEDs 42 to 45 in accordance with the spectral sensitivity characteristics of the endoscope 10 in order to obtain an optimum color balance.
  • the control unit 41 outputs control information for controlling each of the LEDs 42 to 45 to the LED driving unit 46 based on the information on the light amount ratio stored in the memory unit 51.
  • the memory part 51 demonstrated as what has memorize
  • attaching the endoscope 10 to the video processor 20 or the light source device 40 is demonstrated.
  • information regarding the light amount ratio may be read from the endoscope 10 and set in the control unit 41.
  • the light source device 40 is provided with an operation panel 52, and the operation panel 52 can output a signal based on a user operation to the control unit 41. By using this operation panel 52, it is also possible to input light quantity ratio information.
  • the operation panel 52 is provided with a display unit (not shown) so that the current set value and the like can be displayed.
  • the control unit 41 controls the light quantity of each of the LEDs 42 to 45 while maintaining the light quantity ratio with which an optimum color balance is obtained based on the brightness control information from the video processor 20.
  • dimming information corresponding to the light amount value of the G-LED 43 to be set according to the brightness control information is stored in the memory unit 51, and the control unit 41 stores the memory unit 51 based on the brightness control information.
  • the dimming information for controlling the G-LED 43 can be acquired by reading the dimming information stored in. Further, the control unit 41 can obtain the dimming information of the other LEDs 42, 44, 45 based on the information on the light amount ratio stored in the memory unit 51.
  • the dimming information obtained by the control unit 41 is for controlling the duty ratio of the PWM pulse supplied to each of the LEDs 42 to 45.
  • the LED drive unit 46 generates a PWM pulse having a duty ratio specified by the dimming information and supplies the PWM pulse to each of the LEDs 42 to 45.
  • the LEDs 42 to 45 are pulse-driven at a duty ratio based on the brightness control information and the light quantity ratio, and emit light at a desired brightness.
  • a Peltier element 56 which is a thermoelectric conversion element, is attached to the R-LED 42 for cooling.
  • the R-LED 42 has a substrate (not shown) and a light emitting unit disposed on the substrate.
  • a Peltier element 56 is disposed on the back side of the substrate.
  • the Peltier element 56 is a cooling member that utilizes heat absorption and heat dissipation caused by the current flowing through the pn junction, and the R-LED 42 is cooled by bringing the cooling surface of the Peltier element 56 into contact with the back surface of the substrate of the R-LED 42. It is supposed to be.
  • the cooling effect of the Peltier element 56 is controlled by the current value of the drive current flowing through the Peltier element 56.
  • the Peltier drive unit 55 is controlled by the control unit 41 and controls the cooling of the R-LED 42 by controlling the current value of the drive current that flows through the Peltier element 56.
  • the control unit 41 controls the Peltier driving unit 55 so that a current that is in synchronization with the duty ratio of the PWM pulse that drives the R-LED 42 and that is synchronized with the PWM pulse flows to the Peltier element 56. Output a signal. That is, the Peltier element 56 exhibits a cooling effect when a drive current flows during a period in which a pulsed LED current flows through the R-LED 42.
  • the cooling by the Peltier element 56 is performed during the period in which the R-LED 42 is lit and generates heat. Therefore, the temperature rise due to the light emission of the R-LED 42 can be suppressed.
  • the amount of light emitted by the R-LED 42 varies significantly depending on the observation mode and the like. For this reason, the case where the cooling effect by the Peltier element 56 is not sufficient, or the case where it cools too much may arise.
  • the actual temperature is measured, and the current value of the drive current of the Peltier element 56 is controlled based on the measurement result.
  • the light source device 40 is provided with thermistors 53 and 54.
  • the thermistor 53 is disposed in the vicinity of the R-LED 42, measures the temperature in the vicinity of the R-LED 42, and outputs the measurement result to the control unit 41.
  • the thermistor 54 is disposed at an appropriate position in the housing of the light source device 40, measures the temperature in the housing (room temperature), and outputs the measurement result to the control unit 41.
  • the control unit 41 is given temperature measurement results from the thermistors 53 and 54, and controls the current value of the drive current of the Peltier element 56 in accordance with the temperature measurement results. For example, the control unit 41 controls to increase the current value of the drive current of the Peltier element 56 as the temperature in the vicinity of the R-LED 42 from the thermistor 53 increases, and to decrease the current value of the drive current as the temperature decreases. .
  • the control unit 41 may control the drive current of the Peltier element 56 using the temperature measurement result of the thermistor 54.
  • the control unit 41 may control the drive current of the Peltier element 56 so that the temperature in the vicinity of the R-LED 42 is not lower than the room temperature obtained by the thermistor 54.
  • the light amount of the R-LED 42 varies relatively depending on the temperature of the junction (semiconductor pn junction), and the light amount is significantly reduced when the temperature is high. For this reason, in order to secure a sufficient amount of light as red, it is necessary to cool the R-LED 42 to near the dew point temperature. Thus, the R-LED 42 is more susceptible to temperature than the LEDs 43 to 45 of other colors, and needs to be sufficiently cooled. For this reason, in the present embodiment, an example in which the Peltier element 56 is disposed only on the R-LED 42 is shown, but a Peltier element may be provided on all or some of the other LEDs 43 to 45. Is clear.
  • the drive current is made to flow through each Peltier element in complete synchronization with the drive pulse for driving each LED, and each Peltier is based on the temperature measurement result of the thermistor arranged in the vicinity of each LED, the temperature in the housing, and the like.
  • the current value of the drive current supplied to the element is determined.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining dimming and cooling control according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the PWM pulse supplied to the R-LED 42 and the drive current supplied to the Peltier element 56.
  • the control unit 41 acquires information on the light amount ratio from the memory unit 51 (step S1).
  • the control unit 41 acquires brightness control information from the video processor 20.
  • the control unit 41 accesses the memory unit 51 based on the brightness control information, obtains a control value (duty ratio) for controlling the reference G-LED 43, and further determines other LED 42,
  • the duty ratios 44 and 45 are calculated (step S4).
  • the control unit 41 generates dimming information for designating the duty ratio obtained for each of the LEDs 42 to 45 (step S4), and outputs it to the LED driving unit 46 (step S5).
  • the LED driver 46 generates a PWM pulse with a duty ratio based on the dimming information and supplies it to the LEDs 42 to 45.
  • the LEDs 42 to 45 generate a light amount of light based on the dimming information.
  • Light emitted from the LEDs 42 to 45 is synthesized by the dichroic filters 47 to 49 and enters the light guide 15 through the lens 50 as illumination light.
  • the illumination light transmitted through the light guide 15 is irradiated to the subject from the lens 14.
  • the image sensor 13 receives reflected light from the subject and photoelectrically converts it to obtain a captured image.
  • This captured image is supplied to the video processor 20 via the signal line 16.
  • the video processor 20 performs predetermined signal processing on the captured image to generate a video signal, and supplies the video signal to the monitor 30 via the cable 21.
  • the endoscopic image is displayed on the display screen of the monitor 30.
  • the video processor 20 generates brightness control information by comparing the brightness of the captured image with the target brightness. For example, the video processor 20 generates brightness control information for each field and outputs the brightness control information to the control unit 41 of the light source device 40.
  • control unit 41 generates dimming information based on the brightness control information for each field, for example, so that the amount of illumination light by the combined light emitted from the LEDs 42 to 45 reaches the target brightness. Take control.
  • step S6 the control unit 41 acquires the temperature in the vicinity of the R-LED 42 and the temperature inside the housing from the thermistors 53 and 54.
  • the control unit 41 generates a drive current having the same duty ratio synchronized with the rise and fall of the PWM pulse supplied to the R-LED 42 and having a current value corresponding to the temperature acquired in step S6.
  • a control signal is generated and output to the Peltier drive unit 55 (step S7).
  • the Peltier drive unit 55 is controlled by a control signal from the control unit 41 to generate a drive current for the Peltier element 56.
  • This drive current flows to the Peltier element 56, and the cooling surface of the Peltier element 56 is cooled.
  • the control unit 41 may acquire the temperature at the same cycle as the generation cycle of the brightness control information and generate the control signal.
  • the control unit 41 generates a control signal for controlling the drive current based on, for example, the temperature acquired for each field so that the temperature in the vicinity of the R-LED 42 reaches a predetermined target temperature. To control.
  • the drive current is synchronized with the PWM pulse, and the drive current flows through the Peltier element 56 during the period when the LED current flows through the R-LED 42, that is, during the same period as the light emission period of the R-LED 42.
  • the current value of the drive current changes according to the temperature of the thermistors 53 and 54, and the temperature in the vicinity of the R-LED 42 can be maintained substantially constant.
  • the light amount of the R-LED 42 is rapidly decreased and the heat generation amount is also rapidly decreased by the brightness control by the control unit 41.
  • the drive current of the Peltier element 56 is generated in synchronization with the PWM pulse of the R-LED 42, and the current value of the drive current rapidly decreases according to the measurement results of the thermistors 53, 54. It is possible to prevent the cooling effect of the element 56 from decreasing and the temperature in the vicinity of the R-LED 42 from becoming too low. Thereby, generation
  • a current is supplied to the Peltier element for cooling the corresponding LED at a timing coincident with the drive pulse of the LED, and each Peltier element is based on the temperature in the vicinity of each LED or the temperature in the housing.
  • the current value of the driving current is determined.
  • cooling by the Peltier element is performed during the light emission period of the LED, and the cooling effect of the Peltier element is controlled based on the temperature in the vicinity of each LED and the temperature in the housing, so that each LED has an appropriate temperature. Cooling control is possible. Thereby, even when the light quantity change and the temperature change are relatively large, it is possible to perform cooling with excellent followability to the temperature change.
  • the dew point temperature is relatively high and condensation tends to occur.
  • the humidity is about 85 RH%
  • the surface of the LED is easily brought to the dew point temperature or less, and condensation tends to occur. If condensation occurs on the surface of the LED, the amount of emitted light is likely to decrease or cause a failure. Therefore, a structure that is not easily affected by condensation is adopted as the structure of the LED light source.
  • FIG. 4 shows the structure of an LED light source that is hardly affected by dew condensation.
  • FIG. 4 (a) is a side view and FIG. 4 (b) is a plan view.
  • the direction of gravity is indicated by an arrow.
  • LED61 has the light emission part 61a arrange
  • a Peltier element 63 (shaded portion) is disposed on the back side of the substrate 61b of the LED 61 via a heat diffusion plate 62.
  • the Peltier element 63 is disposed on the heat sink 64, and the cooling surface (upper surface and side surface) 63 a side is covered with a heat diffusion plate 62. That is, the cooling surface 63 a of the Peltier element 63 is in contact with the heat diffusion plate 62, and the heat dissipation surface (bottom surface) 63 b is in contact with the heat sink 64.
  • the Peltier element 63 By passing a drive current through the Peltier element 63, heat is transmitted from the cooling surface 63a of the Peltier element 63 to the heat dissipation surface 63b, and the cooling surface 63a is cooled.
  • the heat generated in the LED substrate 61b is transmitted to the cooling surface 63a of the Peltier element 63 cooled through the heat diffusion plate 62 on the back surface of the substrate 61b, and further transmitted from the heat dissipation surface 63b of the Peltier element 63 to the heat sink 64. Heat is dissipated. Thereby, the temperature of LED61 can be reduced.
  • the heat sink 64 is provided with a sealing member 66 that surrounds the Peltier element 63, the heat diffusion plate 62, and the LED 61 disposed on the heat sink 64 and constitutes a sealed region 65.
  • the sealing member 66 has a lens portion 66 a at a position facing the light emitting portion 61 a of the LED 61, and can emit light from the light emitting portion 61 a to the outside of the sealed region 65.
  • the sealing member 66 may be made of a transparent member, and the lens portion 66a may be omitted.
  • the thermal diffusion plate 62 is not covered in a partial region below the gravity direction of the Peltier element 63, and the cooling surface 63a is exposed in the sealed region 65 in the partial region and is in the atmosphere.
  • An exposed surface 67 is configured.
  • the LED substrate 61b is cooled by passing a drive current through the Peltier element 63.
  • the Peltier element 63 cools the LED substrate 61b through the heat diffusion plate 62, and the temperature of the LED substrate 61b is higher than the cooling surface 63a of the Peltier element 63. Therefore, when the Peltier element 63 is driven, the air exposure surface 67 that is a part of the cooling surface 63a of the Peltier element 63 is at a lower temperature than the LED substrate 61b.
  • condensation first occurs at a portion where the surface temperature is equal to or lower than the dew point temperature, and water droplets generated by the condensation gather at this condensation occurrence position.
  • the cooling surface 63 a has the lowest temperature in the sealed region 65. Therefore, when condensation occurs, first, water droplets (shaded portions and meshed portions) 68 are formed on the air exposure surface 67 due to condensation. Further, since condensation occurs on the air exposure surface 67, most of the total water amount in the sealed region 65 is collected in the vicinity of the air exposure surface 67, so that the humidity in the sealed region 65 decreases. As a result, the dew point temperature is lowered in the sealed region 65, condensation is extremely difficult to occur in portions other than the air exposed surface 67, and condensation does not occur in the LED 61 portion.
  • the air exposure surface 67 is located on the lowest side in the direction of gravity in the sealed region 65, the water droplets 68 collected in this portion are difficult to move to other portions. As a result, it is possible to reliably prevent water droplets due to condensation from adhering to the LED 61.
  • the heat diffusion plate 62 it is conceivable to employ a high heat resistance member as the heat diffusion plate 62. In this case, the temperature difference between the cooling surface 63a and the LED substrate 61b is further increased. That is, the temperature of the air exposure surface 67 is further lower than the temperature of the LED 61. As a result, condensation is more likely to occur in the vicinity of the air-exposed surface 67, and it is possible to further prevent condensation from occurring in the LED 61.
  • FIG. 5 shows an example of another structure of the LED light source that is not easily affected by dew condensation.
  • FIG. 5 (a) is a side view and FIG. 5 (b) is a plan view. Also in FIG. 5, the direction of gravity is indicated by an arrow.
  • LED61 has the light emission part 61a arrange
  • a Peltier element 73 (shaded portion) is disposed on the back side of the substrate 61b of the LED 61 via a heat diffusion plate 72.
  • the Peltier element 73 is disposed on the heat sink 75, and the cooling surface (upper surface and side surface) 73 a side is covered with a heat diffusion plate 72. That is, the cooling surface 73 a of the Peltier element 73 is in contact with the heat diffusion plate 72, and the heat dissipation surface (bottom surface) 73 b is in contact with the heat sink 75.
  • the Peltier element 73 By passing a drive current through the Peltier element 73, heat is transmitted from the cooling surface 73a of the Peltier element 73 to the heat radiating surface 73b, and the cooling surface 73a is cooled.
  • the heat generated in the LED substrate 61b is transmitted to the cooling surface 73a of the Peltier element 73 cooled via the heat diffusion plate 72 on the back surface of the substrate 61b, and further transmitted from the heat dissipation surface 73b of the Peltier element 73 to the heat sink 75. Heat is dissipated. Thereby, the temperature of LED61 can be reduced.
  • a sealing member 77 is provided that surrounds the Peltier element 73, the heat diffusion plate 72, and the LED 61 disposed on the heat sink 75 and constitutes a sealed region 76.
  • the sealing member 77 has a lens part 77 a at a position facing the light emitting part 61 a of the LED 61, and can emit light from the light emitting part 61 a to the outside of the sealed region 76.
  • the sealing member 77 may be made of a transparent member, and the lens portion 77a may be omitted.
  • the Peltier element 74 that forms the air exposed surface 78 by exposing the cooling surface (upper surface and side surface) in the sealed region 76. Is arranged.
  • the heat dissipation surface (bottom surface) of the Peltier element 74 is in contact with the heat sink 75.
  • the LED substrate 61b is cooled by passing a drive current through the Peltier element 73. Further, the cooling surface of the Peltier element 74 is cooled by passing a drive current through the Peltier element 74.
  • the Peltier element 73 cools the LED substrate 61b through the heat diffusion plate 72, and the temperature of the LED substrate 61b is higher than the cooling surface 73a of the Peltier element 73. Therefore, if the cooling effect of the Peltier element 74 is equal to or greater than the cooling effect of the Peltier element 73, the air exposure surface 78 that is the cooling surface of the Peltier element 74 is lower than the LED substrate 61b when the Peltier elements 73 and 74 are driven. It is temperature.
  • dew condensation first occurs at a portion where the surface temperature is equal to or lower than the dew point temperature, and water droplets generated by dew condensation collect at this dew condensation occurrence position. Therefore, in the example of FIG. 5, when condensation occurs, first, water droplets (shaded portions and mesh portions) 79 due to condensation occur on the air exposure surface 78. Further, since condensation occurs on the air exposure surface 78, most of the total water content in the sealed region 76 is collected in the vicinity of the air exposure surface 78, so that the humidity in the sealed region 76 decreases. As a result, in the sealed region 76, condensation is extremely difficult to occur in portions other than the air exposure surface 78, and no condensation occurs in the LED 61 portion.
  • the air exposure surface 78 is located on the lowest side in the gravitational direction in the sealed region 76, the water droplets 79 collected in this part are difficult to move to other parts. As a result, it is possible to reliably prevent water droplets due to condensation from adhering to the LED 61.
  • FIG. 6 shows an example of another structure of the LED light source that is not easily affected by dew condensation.
  • FIG. 6 (a) is a side view and FIG. 6 (b) is a plan view. Also in FIG. 6, the direction of gravity is indicated by an arrow.
  • the third example is different from the second example of FIG. 5 only in that a temperature and humidity sensor 81 is provided.
  • the temperature and humidity sensor 81 can measure the temperature and humidity near the LED 61.
  • the measurement result of the temperature and humidity sensor 81 is supplied to a control unit (not shown) that drives and controls the Peltier elements 73 and 74. This control unit drives only the Peltier element 73 in the initial state.
  • the control unit obtains the dew point temperature from the temperature and humidity of the measurement result, and determines whether or not the temperature in the vicinity of the LED 61 is about to fall below the dew point temperature.
  • the control unit drives the Peltier element 74 only when the temperature near the LED 61 is about to reach the dew point temperature or lower. As a result, the portion of the air exposed surface 78 of the Peltier element 74 first becomes the dew point temperature or lower, and condensation occurs on the air exposed surface 78. Thereby, generation
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, you may delete some components of all the components shown by embodiment.
  • constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
  • [Appendix] A semiconductor light emitting device; A cooling element for cooling the semiconductor light emitting element having a temperature-controlled cooling surface; The cooling surface is provided so as to cover the cooling surface other than the lower portion of the cooling element in the gravity direction, and heat generated in the semiconductor light emitting element is interposed between the semiconductor light emitting element and the cooling element.
  • a heat diffusing member that conducts to A light source device comprising: the semiconductor light emitting element, the cooling element, and a sealing member that houses the heat diffusion member in an airtight space.
  • a semiconductor light emitting device A first cooling element that has a first cooling surface that is temperature controlled and cools the semiconductor light emitting element; It is provided so as to cover the first cooling surface, and is conducted between the semiconductor light emitting element and the first cooling element, and conducts heat generated in the semiconductor light emitting element to the first cooling surface.
  • a heat diffusion member The semiconductor light emitting element, the first cooling element, and a sealing member that houses the heat diffusion member in an airtight space, and a second cooling surface that is temperature-controlled, and the gravity of the semiconductor light emitting element in the airtight space
  • a second cooling element that is disposed on the lower side in the direction and cools the airtight space by the second cooling surface;
  • a light source device comprising:

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Abstract

　光源装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、発光素子駆動信号を半導体発光素子に供給する発光素子駆動部と、冷却素子駆動信号を冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、光素子駆動信号のデューティ比を設定して半導体発光素子の発光量を制御する発光素子駆動制御部と、半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、発光素子駆動制御部により設定された発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する冷却素子駆動信号を生成するように冷却素子駆動部を制御すると共に、温度センサの測定結果に基づいて、冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部とを具備する。

Description

光源装置及び内視鏡装置
　本発明は、内視鏡に好適な光源装置及び内視鏡装置に関する。
　従来より、体腔内等へ細長の内視鏡を挿入して被検部位の観察や各種処置を行うようにした内視鏡が広く用いられている。このような内視鏡においては、腔内の撮影を行うために光源装置が採用される。近年、発光部としてＬＥＤ等の半導体光源を採用した光源装置が用いられることがある。このような光源装置は、駆動パルスのデューティ比を変化させるＰＷＭ制御やＬＥＤ電流を変化させる電流制御によって、ＬＥＤを調光制御することができる。
　このようなＬＥＤ光源を利用した光源装置は、発光量に応じて発熱し、発熱時の温度変化によって光量が変動する。そこで、日本国特開２００７－１４９４６９号公報（以下、文献１という）においては、ペルチェ素子を利用してＬＥＤを冷却する装置が開示されている。文献１の装置は、ＬＥＤの駆動電流のパルス電流の立ち上がりよりも早く立ち上がる周期的なパルス電流によってペルチェ素子を駆動することで、パルス点灯するＬＥＤの発熱に追随した冷却が行われることを可能にしている。
　しかしながら、文献１の提案におけるＬＥＤ光源は、直視型の表示装置やプロジェクタに採用されるものであり、光量変化は比較的小さい。これに対し、内視鏡に採用される光源においては、観察モードによって照明光量の変化が比較的大きく、ＬＥＤ光源の発熱量の変化も比較的大きい。このため、文献１の提案を採用したとしても、ＬＥＤ光源の温度変化に追随した冷却制御を行うことができず、冷却不足によってＬＥＤの寿命等に悪影響を及ぼしたり、過冷却によって結露が生じることがあるという問題があった。
　本発明は、光量変化及び温度変化が比較的大きい場合でも、温度変化に対して追従性に優れた冷却を行うことができる光源装置及び内視鏡装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る光源装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、前記半導体発光素子に光を出射させるための発光素子駆動信号を前記半導体発光素子に供給する発光素子駆動部と、前記冷却素子に前記半導体発光素子を冷却させるための冷却素子駆動信号を前記冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、前記光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記半導体発光素子の発光量を制御する発光素子駆動制御部と、前記半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、前記発光素子駆動制御部により設定された前記発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ前記発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する前記冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部とを具備する。
　また、本発明に係る光源装置は、複数の色光を発生する複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子をそれぞれ冷却可能に構成された複数の冷却素子と、前記複数の半導体発光素子に光を出射させるための複数の発光素子駆動信号を前記複数の半導体発光素子にそれぞれ供給する発光素子駆動部と、前記複数の冷却素子に前記複数の半導体発光素子をそれぞれ冷却させるための複数の冷却素子駆動信号を前記複数の冷却素子にそれぞれ供給する冷却素子駆動部と、前記複数の発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記複数の半導体発光素子の発光量を個別に制御する発光素子駆動制御部と、前記複数の半導体発光素子の温度を個別に測定する複数の温度センサと、前記発光素子駆動制御部により設定された前記複数の発光素子駆動信号のデューティ比とそれぞれ同じデューティ比を有し、且つ前記複数の発光素子駆動信号とそれぞれ同期したタイミングを有する前記複数の冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記複数の温度センサの測定結果に基づいて、前記複数の冷却素子駆動信号の信号レベルがそれぞれ調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部とを具備する。
　また、本発明に係る内視鏡装置は、内視鏡と、前記内視鏡に供給する照明光を発生する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、前記半導体発光素子に光を出射させるための発光素子駆動信号を前記半導体発光素子に供給する発光素子駆動部と、前記冷却素子に前記半導体発光素子を冷却させるための冷却素子駆動信号を前記冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、前記発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記半導体発光素子の発光量を制御する発光素子駆動制御部と、前記半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、前記発光素子駆動制御部により設定された前記発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ前記発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する前記冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部とを具備する。
本発明の一実施の形態に係る光源装置を示すブロック図。 実施の形態の調光及び冷却制御を説明するためのフローチャート。 Ｒ－ＬＥＤ４２に供給されるＰＷＭパルス及びペルチェ素子５６に供給される駆動電流を説明するための説明図。 結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の構造を示す図。 結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の他の構造の例を示す図。 結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の他の構造の例を示す図。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　図１は本発明の一実施の形態に係る光源装置を示すブロック図である。本実施の形態は、光源装置を内視鏡、ビデオプロセッサ及びモニタを有する内視鏡システムに適用したものである。
　内視鏡システム１は、内視鏡１０、ビデオプロセッサ２０、モニタ３０及び光源装置４０によって構成される。内視鏡１０は、先端側に、管腔内等に挿入可能な細長の挿入部１１を有しており、基端側は、コネクタ１２によって光源装置４０に着脱自在に接続されるようになっている。
　また、内視鏡１０はケーブル１７及びコネクタ１８によってビデオプロセッサ２０に着脱自在に接続されるようになっている。このように、光源装置４０及びビデオプロセッサ２０には、異なる種別の内視鏡を装着することができるようになっている。
　挿入部１１の先端には、管腔内等の被写体の映像を撮像するための撮像素子１３及び光源装置４０からの光を被写体に照射するためのレンズ１４が配設されている。レンズ１４によって、光源装置４０からライトガイド１５を介して伝送された照明光が被写体に照射される。撮像素子１３は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等によって構成されており、被写体からの戻り光が撮像面に入射され、入射した被写体光学像を光電変換し、蓄積した電荷に基づく撮像出力を順次出力する。
　撮像素子１３は、ビデオプロセッサ２０から同期信号を含む駆動信号が供給されて動作し、撮像出力を信号線１６を介してビデオプロセッサ２０に供給する。
　ビデオプロセッサ２０は、撮像出力に対して所定の信号処理を施してモニタ３０に表示可能な映像信号を生成する。ビデオプロセッサ２０からの映像信号は、ケーブル２１を介してモニタ３０に供給される。こうして、モニタ３０の表示画面上において、撮像出力に基づく内視鏡画像が表示可能である。
　また、ビデオプロセッサ２０は、撮像画像の明るさが目標の明るさとなるように、光源装置４０を制御することができるようになっている。ビデオプロセッサ２０は、撮像画像から得られる明るさと目標明るさとの比率の情報を明るさ制御情報として光源装置４０に出力するようになっている。明るさ制御情報はケーブル２２を介して光源装置４０の制御部４１に供給される。
　光源装置４０は、赤色光を発生するＬＥＤ（Ｒ－ＬＥＤ）４２、緑色光を発生するＬＥＤ（Ｇ－ＬＥＤ）４３、青色光を発生するＬＥＤ（Ｂ－ＬＥＤ）４４及び紫色光を発生するＬＥＤ（Ｖ－ＬＥＤ）４５を有している。なお、本実施の形態においては、４色の光を発生するＬＥＤを採用する例について説明するが、色の種類及び色数は本実施の形態に限定されるものではなく、例えば図１に琥珀色（アンバー）光を発生するＬＥＤを追加してもよい。
　各ＬＥＤ４２～４５の出射光の光軸上にはそれぞれレンズ４２ａ～４５ａが配置されている。各レンズ４２ａ～４５ａは、それぞれＬＥＤ４２～４５の出射光を略平行光に変換して出射する。Ｒ－ＬＥＤ４２からの光を出射するレンズ４２ａの光軸上には、光路部を構成するダイクロイックフィルタ４７～４９が配置されている。ダイクロイックフィルタ４７には、レンズ４３ａを介してＧ－ＬＥＤ４３からの光も入射される。また、ダイクロイックフィルタ４８には、レンズ４４ａを介してＢ－ＬＥＤ４４からの光も入射され、ダイクロイックフィルタ４９には、レンズ４５ａを介してＶ－ＬＥＤ４５からの光も入射される。
　ダイクロイックフィルタ４７は、Ｇ－ＬＥＤ４３からの光を反射して、Ｒ－ＬＥＤ４２からの光を透過させる。ダイクロイックフィルタ４８は、Ｂ－ＬＥＤ４４からの光を反射して、ダイクロイックフィルタ４７の透過光を透過させる。ダイクロイックフィルタ４９は、Ｖ－ＬＥＤ４５からの光を反射して、ダイクロイックフィルタ４８の透過光を透過させる。
　こうして、ＬＥＤ４２～４５の光がダイクロイックフィルタ４７～４９によって合成される。ダイクロイックフィルタ４９からの合成光は、レンズ５０を介してライトガイド１５に入射するようになっている。なお、ダイクロイックフィルタ４７～４９の特性を適宜設定することによって、ＬＥＤ４２～４５の配置順を変更することも可能であるが、ＬＥＤ４２～４５を出射光の波長帯域順に配置した方がダイクロイックフィルタの特性の設定が容易である。
　各ＬＥＤ４２～４５は、ＬＥＤ駆動部４６によって駆動されて点灯する。ＬＥＤ駆動部４６は、制御部４１に制御されて、各ＬＥＤを駆動するための駆動信号であるＰＷＭパルスを発生するようになっている。なお、各ＬＥＤ４２～４５は、ＬＥＤ駆動部４６からのＰＷＭパルスのデューティ比及び電流量に応じた発光量で発光するようになっている。制御部４１は、各ＬＥＤ４２～４５を制御するための調光情報をＬＥＤ駆動部４６に出力することで、ＰＷＭパルスのデューティ比を制御して、各ＬＥＤ４２～４５を調光制御する。
　制御部４１は、各ＬＥＤ４２～４５の発光量が、所定のカラーバランスを維持できるように、調光情報を発生する。各ＬＥＤ４２～４５のカラーバランスは、内視鏡１０の分光感度特性によって決定する必要がある。光源装置４０のメモリ部５１には、最適なカラーバランスを得るために内視鏡１０の分光感度特性に応じて各ＬＥＤ４２～４５に発生させる光量比の情報が格納されている。制御部４１は、メモリ部５１に記憶された光量比の情報に基づいて各ＬＥＤ４２～４５を制御するための制御情報をＬＥＤ駆動部４６に出力するようになっている。
　なお、メモリ部５１には、最適なカラーバランスを得るための各ＬＥＤの光量比の情報が記憶されているものとして説明したが、内視鏡１０をビデオプロセッサ２０や光源装置４０に装着することによって、内視鏡１０からこの光量比に関する情報を読み出して制御部４１に設定するようにしてもよい。
　また、最適なカラーバランスを得るためには、制御部４１に、各ＬＥＤの光量比の情報を入力すればよく、必ずしもメモリ部５１を設ける必要は無い。光源装置４０には、操作パネル５２が設けられており、操作パネル５２はユーザ操作に基づく信号を制御部４１に出力することができる。この操作パネル５２を用いることで、光量比の情報を入力することも可能である。また、操作パネル５２には、図示しない表示部が設けられており、現在の設定値等を表示することができるようになっている。
　制御部４１は、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報に基づいて、最適なカラーバランスが得られる光量比を維持しながら、各ＬＥＤ４２～４５の光量を制御する。例えば、メモリ部５１に、明るさ制御情報に応じて設定すべきＧ－ＬＥＤ４３の光量値に対応する調光情報を記憶させておき、制御部４１において、明るさ制御情報に基づいてメモリ部５１に記憶された調光情報を読み出すことで、Ｇ－ＬＥＤ４３を制御するための調光情報を取得することができる。更に、制御部４１は、メモリ部５１に記憶された光量比の情報に基づいて、他のＬＥＤ４２，４４，４５の調光情報を求めることができる。
　制御部４１が求めた調光情報は、各ＬＥＤ４２～４５に供給するＰＷＭパルスのデューティ比を制御するためのものである。ＬＥＤ駆動部４６は、調光情報によって指定されたデューティ比のＰＷＭパルスを発生して、各ＬＥＤ４２～４５に供給するようになっている。これにより、各ＬＥＤ４２～４５は、明るさ制御情報及び光量比に基づいくデューティ比でパルス駆動されて、所望の明るさで発光する。
　本実施の形態においては、Ｒ－ＬＥＤ４２には、冷却のために熱電変換素子であるペルチェ素子５６が取り付けられている。Ｒ－ＬＥＤ４２は、図示しない基板及び基板上に配置された発光部を有しており、例えば、基板の裏面側にペルチェ素子５６が配設されている。ペルチェ素子５６は、ｐｎ接合に流れる電流によって生じる吸熱、放熱現象を利用した冷却部材であり、ペルチェ素子５６の冷却面をＲ－ＬＥＤ４２の基板の裏面に当接させることで、Ｒ－ＬＥＤ４２を冷却するようになっている。
　ペルチェ素子５６の冷却効果は、ペルチェ素子５６に流れる駆動電流の電流値によって制御される。ペルチェ駆動部５５は、制御部４１に制御されて、ペルチェ素子５６に流す駆動電流の電流値を制御することで、Ｒ－ＬＥＤ４２の冷却を制御するようになっている。
　本実施の形態においては、制御部４１は、Ｒ－ＬＥＤ４２を駆動するＰＷＭパルスのデューティ比に一致するデューティ比で且つＰＷＭパルスに同期した電流をペルチェ素子５６に流すようにペルチェ駆動部５５に制御信号を出力する。即ち、ペルチェ素子５６は、Ｒ－ＬＥＤ４２にパルス状のＬＥＤ電流が流れている期間において、駆動電流が流れて冷却効果を発揮する。このように、本実施の形態においては、Ｒ－ＬＥＤ４２の駆動とペルチェ素子の駆動とが完全に同期していることから、Ｒ－ＬＥＤ４２が点灯して発熱する期間においてペルチェ素子５６による冷却が行われるので、Ｒ－ＬＥＤ４２の発光による温度上昇を抑制することができる。
　しかしながら、内視鏡照明用途では、Ｒ－ＬＥＤ４２の発光量は観察モード等によって著しく変化する。このため、ペルチェ素子５６による冷却効果が十分でない場合や、冷却しすぎてしまう場合が生じる可能性がある。
　そこで、本実施の形態においては、実際の温度を計測し、計測結果に基づいてペルチェ素子５６の駆動電流の電流値を制御するようになっている。光源装置４０には、サーミスタ５３，５４が設けられている。サーミスタ５３は、Ｒ－ＬＥＤ４２の近傍に配設されて、Ｒ－ＬＥＤ４２の近傍の温度を計測し、計測結果を制御部４１に出力する。また、サーミスタ５４は、光源装置４０の筐体内の適宜の位置に配置されて、筐体内温度（室温）を計測し、計測結果を制御部４１に出力する。
　制御部４１は、サーミスタ５３，５４から温度の計測結果が与えられ、温度の計測結果に応じてペルチェ素子５６の駆動電流の電流値を制御するようになっている。例えば、制御部４１は、サーミスタ５３からのＲ－ＬＥＤ４２の近傍の温度が高くなるほどペルチェ素子５６の駆動電流の電流値を大きくし、温度が低くなるほど駆動電流の電流値を小さくするように制御する。また、例えば、制御部４１は、サーミスタ５４の温度の計測結果を用いて、ペルチェ素子５６の駆動電流を制御してもよい。例えば、制御部４１は、サーミスタ５４によって得られる室温よりもＲ－ＬＥＤ４２の近傍の温度が低くならないように、ペルチェ素子５６の駆動電流を制御してもよい。
　なお、Ｒ－ＬＥＤ４２は、ジャンクション（半導体Ｐ－ｎ接合部）の温度によって光量が比較的大きく変動し、高温になると光量が著しく低下してしまう。このため、赤色として十分な光量を確保するためには、Ｒ－ＬＥＤ４２を露点温度付近まで冷却することが必要である。このように、Ｒ－ＬＥＤ４２は、他の色のＬＥＤ４３～４５に比べて、温度による影響を受けやすく、十分に冷却を行う必要がある。このため、本実施の形態においては、Ｒ－ＬＥＤ４２のみにペルチェ素子５６を配置する例を示したが、他のＬＥＤ４３～４５の全て又は一部のＬＥＤにペルチェ素子を設けるようにしてもよいことは明らかである。この場合においても、各ＬＥＤを駆動する駆動パルスに完全に同期させて各ペルチェ素子に駆動電流を流すと共に、各ＬＥＤ近傍に配置したサーミスタの温度計測結果や筐体内温度等に基づいて、各ペルチェ素子に供給する駆動電流の電流値を決定する。
　次に、このように構成された実施の形態の動作について図２及び図３を参照して説明する。図２は実施の形態の調光及び冷却制御を説明するためのフローチャートである。また、図３はＲ－ＬＥＤ４２に供給されるＰＷＭパルス及びペルチェ素子５６に供給される駆動電流を説明するための説明図である。
　光源装置４０の電源が投入されると、制御部４１はメモリ部５１から光量比の情報を取得する（ステップＳ１）。制御部４１は、ステップＳ２において、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報を取得する。制御部４１は、明るさ制御情報に基づいてメモリ部５１にアクセスし、基準となるＧ－ＬＥＤ４３を制御するための制御値（デューティ比）を求め、更に、光量比の情報に従って他のＬＥＤ４２，４４，４５のデューティ比を算出する（ステップＳ４）。
　制御部４１は、各ＬＥＤ４２～４５について求めたデューティ比を指定するための調光情報を生成して（ステップＳ４）、ＬＥＤ駆動部４６に出力する（ステップＳ５）。ＬＥＤ駆動部４６は、調光情報に基づくデューティ比のＰＷＭパルスを発生して、各ＬＥＤ４２～４５に供給する。これにより、ＬＥＤ４２～４５は調光情報に基づく光量の光を発生する。ＬＥＤ４２～４５の出射光は、ダイクロイックフィルタ４７～４９によって合成され、照明光としてレンズ５０を介してライトガイド１５に入射する。ライトガイド１５を伝送された照明光は、レンズ１４から被写体に照射される。
　撮像素子１３は、被写体からの反射光を受光して光電変換し、撮像画像を得る。この撮像画像は信号線１６を介してビデオプロセッサ２０に供給される。ビデオプロセッサ２０は、撮像画像に所定の信号処理を施して映像信号を生成し、ケーブル２１を介してモニタ３０に供給する。こうして、モニタ３０の表示画面上に内視鏡画像が表示される。
　また、ビデオプロセッサ２０は、撮像画像の明るさと目標明るさとの比較によって明るさ制御情報を発生する。例えば、ビデオプロセッサ２０は、１フィールド毎に明るさ制御情報を発生して、光源装置４０の制御部４１に出力する。
　こうして、制御部４１は、例えば１フィールド毎に明るさ制御情報に基づいて調光情報を発生し、ＬＥＤ４２～４５からの出射光の合成光による照明光の光量が目標明るさに到達するように制御を行う。
　また、制御部４１は、ステップＳ６において、サーミスタ５３，５４からＲ－ＬＥＤ４２の近傍の温度及び筐体内温度を取得する。制御部４１は、Ｒ－ＬＥＤ４２に供給するＰＷＭパルスの立ち上がり及び立ち下がりに同期した同一デューティ比の駆動電流であって、ステップＳ６において取得した温度に応じた電流値の駆動電流を発生するための制御信号を発生してペルチェ駆動部５５に出力する（ステップＳ７）。
　ペルチェ駆動部５５は、制御部４１からの制御信号によって制御されて、ペルチェ素子５６の駆動電流を発生する。この駆動電流がペルチェ素子５６に流れて、ペルチェ素子５６の冷却面が冷却される。例えば、制御部４１は、図２の例のように、明るさ制御情報の発生周期と同じ周期で温度を取得して、制御信号を発生してもよい。この場合には、制御部４１は、例えば１フィールド毎に取得した温度に基づいて駆動電流を制御するための制御信号を発生し、Ｒ－ＬＥＤ４２近傍の温度が所定の目標の温度に到達するように制御を行う。
　図３の符号ＩＬはＲ－ＬＥＤ４２に供給するＰＷＭパルスを示し、符号ＩＰは駆動電流を示している。図３に示すように、駆動電流はＰＷＭパルスに同期しており、Ｒ－ＬＥＤ４２にＬＥＤ電流が流れる期間、即ち、Ｒ－ＬＥＤ４２の発光期間と同じ期間にペルチェ素子５６に駆動電流が流れる。これにより、Ｒ－ＬＥＤ４２が発光して発熱しようとすると、ペルチェ素子５６によって冷却されることになる。更に、駆動電流の電流値は、サーミスタ５３，５４の温度に応じて変化しており、Ｒ－ＬＥＤ４２近傍の温度を略一定に維持することができる。
　図３の例ではＲ－ＬＥＤ４２に供給するＰＷＭパルスのデューティ比が小さくなって発光量が低下してＲ－ＬＥＤ４２近傍の温度が低くなると、駆動電流も低くなって冷却効果が抑制され、結果的に、Ｒ－ＬＥＤ４２近傍の温度が略一定に維持される。
　例えば、内視鏡１０による観察シーンが遠点から近点に変化する場合には、制御部４１による明るさ制御によって、Ｒ－ＬＥＤ４２の光量は急激に減少して発熱量も急激に低下する。この場合でも、Ｒ－ＬＥＤ４２のＰＷＭパルスに同期して、ペルチェ素子５６の駆動電流が発生すると共に、駆動電流の電流値がサーミスタ５３，５４の計測結果に応じて急激に低下することから、ペルチェ素子５６の冷却効果が低下して、Ｒ－ＬＥＤ４２近傍の温度が低くなり過ぎることを防止することができる。これにより、ＬＥＤの冷やしすぎによる結露の発生を阻止することができる。
　また、逆に、内視鏡１０による観察シーンが近点から遠点に変化する場合には、ＬＥＤ光量増加に応じて発熱量も急激に増加することになる。この場合でも、駆動電流の電流値がサーミスタ５３，５４の計測結果に応じて急激に増加することから、ペルチェ素子５６の冷却効果が急激に高くなって、Ｒ－ＬＥＤ４２近傍の温度が高くなり過ぎることを防止することができる。
　このように本実施の形態においては、ＬＥＤの駆動パルスに一致したタイミングで対応するＬＥＤを冷却するためのペルチェ素子に電流を流すと共に、各ＬＥＤ近傍の温度や筐体内温度に基づいて各ペルチェ素子の駆動電流の電流値を決定する。これにより、ＬＥＤの発光期間においてペルチェ素子による冷却が行われると共に、各ＬＥＤ近傍の温度や筐体内温度に基づいてペルチェ素子の冷却効果が制御されるので、各ＬＥＤを適宜の温度になるように冷却制御することが可能である。これにより、光量変化及び温度変化が比較的大きい場合でも、温度変化に対して追従性に優れた冷却を行うことができる。
　ところで、高湿度環境下では、露点温度が比較的高く、結露が生じやすい。例えば、湿度が８５ＲＨ％程度ある場合には、ＬＥＤの表面が露点温度以下になやりすく、結露が生じやすい。ＬＥＤの表面に結露が生じると、出射光量の低下や故障の原因となりやすい。そこで、ＬＥＤ光源の構造として、結露による影響を受けにくい構造を採用する。
（第１例）
　図４は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の構造を示しており、図４（ａ）は側面図であり、図４（ｂ）は平面図である。図４においては重力方向を矢印にて示してある。ＬＥＤ６１は、基板６１ｂ及び基板６１ｂの前面上に配置された発光部６１ａを有する。ＬＥＤ６１の基板６１ｂ背面側には、熱拡散板６２を介してペルチェ素子６３（斜線部）が配設される。ペルチェ素子６３は、ヒートシンク６４上に配置されており、冷却面（上面及び側面）６３ａ側は熱拡散板６２によって覆われている。即ち、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａは熱拡散板６２に当接し、放熱面（底面）６３ｂはヒートシンク６４に当接している。
　ペルチェ素子６３に駆動電流を流すことによって、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａから放熱面６３ｂに熱が伝搬されて、冷却面６３ａが冷却される。ＬＥＤ基板６１ｂに発生した熱は、基板６１ｂ背面の熱拡散板６２を介して冷却されたペルチェ素子６３の冷却面６３ａに伝達され、更に、ペルチェ素子６３の放熱面６３ｂからヒートシンク６４に伝達されて放熱される。これにより、ＬＥＤ６１の温度を低下させることができる。
　また、ヒートシンク６４には、ヒートシンク６４上に配設されたペルチェ素子６３、熱拡散板６２、ＬＥＤ６１を囲んで、密閉領域６５を構成する密閉部材６６が設けられている。密閉部材６６はＬＥＤ６１の発光部６１ａに対向する位置においてレンズ部６６ａが構成されており、発光部６１ａからの光を密閉領域６５の外部に照射することができるようになっている。なお、密閉部材６６を透明部材で構成して、レンズ部６６ａを省略してもよい。
　図４の例においては、ペルチェ素子６３の重力方向の下方の一部の領域は熱拡散板６２が覆われておらず、冷却面６３ａは一部の領域において密閉領域６５内に露出して大気露出面６７が構成されている。
　このように構成されたＬＥＤ光源においては、ペルチェ素子６３に駆動電流を流すことで、ＬＥＤ基板６１ｂの冷却が行われる。ペルチェ素子６３は熱拡散板６２を介してＬＥＤ基板６１ｂを冷却するようになっており、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａに対してＬＥＤ基板６１ｂの温度は高い。従って、ペルチェ素子６３の駆動時には、ペルチェ素子６３の冷却面６３ａの一部である大気露出面６７はＬＥＤ基板６１ｂよりも低い温度となっている。
　密閉領域６５内においては、表面温度が露点温度以下になった部分において先ず結露が発生し、この結露発生位置において、結露によって生じた水滴が集まる。図４の例では、ペルチェ素子６３の駆動時には、密閉領域６５内では冷却面６３ａが最も温度が低下する。従って、結露が生じる場合には、先ず大気露出面６７において結露による水滴（斜線部及び網線部）６８が生じる。また、大気露出面６７において結露が生じることで、密閉領域６５内の総水分量の多くがこの大気露出面６７近傍に集まることから、密閉領域６５内における湿度は低下する。これにより、密閉領域６５内においては、露点温度が低くなり、大気露出面６７以外の部分には結露が極めて生じにくく、ＬＥＤ６１部分には結露が発生しない。
　更に、大気露出面６７が、密閉領域６５内の重力方向の最も下方側に位置することから、この部分に集まった水滴６８は他の部分に移動しにくい。結果的に、ＬＥＤ６１に結露による水滴が付着することを確実に防止することができる。
　なお、熱拡散板６２として、高熱抵抗部材を採用することが考えられる。この場合には、冷却面６３ａとＬＥＤ基板６１ｂとの間の温度差が、一層大きくなる。即ち、ＬＥＤ６１の温度に比べて大気露出面６７の温度は一層低くなる。これにより、大気露出面６７の近傍において一層結露が発生しやすくなり、ＬＥＤ６１に結露が生じることを更に一層防止することが可能である。
（第２例）
　図５は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の他の構造の例を示しており、図５（ａ）は側面図であり、図５（ｂ）は平面図である。図５においても重力方向を矢印にて示してある。ＬＥＤ６１は、基板６１ｂ及び基板６１ｂの前面上に配置された発光部６１ａを有する。ＬＥＤ６１の基板６１ｂ背面側には、熱拡散板７２を介してペルチェ素子７３（斜線部）が配設される。ペルチェ素子７３は、ヒートシンク７５上に配置されており、冷却面（上面及び側面）７３ａ側は熱拡散板７２によって覆われている。即ち、ペルチェ素子７３の冷却面７３ａは熱拡散板７２に当接し、放熱面（底面）７３ｂはヒートシンク７５に当接している。
　ペルチェ素子７３に駆動電流を流すことによって、ペルチェ素子７３の冷却面７３ａから放熱面７３ｂに熱が伝搬されて、冷却面７３ａが冷却される。ＬＥＤ基板６１ｂに発生した熱は、基板６１ｂ背面の熱拡散板７２を介して冷却されたペルチェ素子７３の冷却面７３ａに伝達され、更に、ペルチェ素子７３の放熱面７３ｂからヒートシンク７５に伝達されて放熱される。これにより、ＬＥＤ６１の温度を低下させることができる。
　また、ヒートシンク７５上には、ヒートシンク７５上に配設されたペルチェ素子７３、熱拡散板７２、ＬＥＤ６１を囲んで、密閉領域７６を構成する密閉部材７７が設けられている。密閉部材７７はＬＥＤ６１の発光部６１ａに対向する位置においてレンズ部７７ａが構成されており、発光部６１ａからの光を密閉領域７６の外部に照射することができるようになっている。なお、密閉部材７７を透明部材で構成して、レンズ部７７ａを省略してもよい。
　図５の例においては、密閉領域７６内の重力方向の下方の一部の領域においては、密閉領域７６内に冷却面（上面及び側面）が露出して大気露出面７８を構成するペルチェ素子７４が配設されている。ペルチェ素子７４の放熱面（底面）はヒートシンク７５に当接している。
　このように構成されたＬＥＤ光源においては、ペルチェ素子７３に駆動電流を流すことで、ＬＥＤ基板６１ｂの冷却が行われる。また、ペルチェ素子７４に駆動電流を流すことで、ペルチェ素子７４の冷却面が冷却される。ペルチェ素子７３は熱拡散板７２を介してＬＥＤ基板６１ｂを冷却するようになっており、ペルチェ素子７３の冷却面７３ａに対してＬＥＤ基板６１ｂの温度は高い。従って、ペルチェ素子７４の冷却効果がペルチェ素子７３の冷却効果と同等以上であれば、ペルチェ素子７３，７４の駆動時には、ペルチェ素子７４の冷却面である大気露出面７８はＬＥＤ基板６１ｂよりも低い温度となっている。
　密閉領域７６内においては、表面温度が露点温度以下になった部分において先ず結露が発生し、この結露発生位置において、結露によって生じた水滴が集まる。従って、図５の例では、結露が生じる場合には、先ず大気露出面７８において結露による水滴（斜線部及び網線部）７９が生じる。また、大気露出面７８において結露が生じることで、密閉領域７６内の総水分量の多くがこの大気露出面７８近傍に集まることから、密閉領域７６内における湿度は低下する。これにより、密閉領域７６内においては、大気露出面７８以外の部分には結露が極めて生じにくく、ＬＥＤ６１部分には結露が発生しない。
　更に、大気露出面７８が、密閉領域７６内の重力方向の最も下方側に位置することから、この部分に集まった水滴７９は他の部分に移動しにくい。結果的に、ＬＥＤ６１に結露による水滴が付着することを確実に防止することができる。
（第３例）
　図６は結露の影響を受けにくいＬＥＤ光源の他の構造の例を示しており、図６（ａ）は側面図であり、図６（ｂ）は平面図である。図６においても重力方向を矢印にて示してある。第３例は温度及び湿度センサ８１を設けた点が図５の第２例と異なるのみである。温度及び湿度センサ８１は、ＬＥＤ６１近傍の温度及び湿度を計測することができるようになっている。温度及び湿度センサ８１の計測結果は、ペルチェ素子７３，７４を駆動制御する図示しない制御部に供給される。この制御部は、初期状態ではペルチェ素子７３のみを駆動する。
　制御部は、計測結果の温度及び湿度から、露点温度を求め、ＬＥＤ６１近傍の温度が露点温度以下になろうとしているか否かを判定する。制御部は、ＬＥＤ６１近傍の温度が露点温度以下になろうとしている場合にのみ、ペルチェ素子７４を駆動するようになっている。これにより、ペルチェ素子７４の大気露出面７８部分が先に露点温度以下となり、この大気露出面７８において結露が生じる。これにより、ＬＥＤ６１における結露の発生を防止することができる。
　本発明は、上記各実施形態にそのまま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できる。また、上記各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、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。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よい。
［付記］
１．
　半導体発光素子と、
　温度制御される冷却面を有して前記半導体発光素子を冷却する冷却素子と、
　前記冷却素子の重力方向下側の部分以外の前記冷却面を覆うように設けられて、前記半導体発光素子と前記冷却素子との間に介在して前記半導体発光素子に発生する熱を前記冷却面に伝導する熱拡散部材と、
　前記半導体発光素子、前記冷却素子及び前記熱拡散部材を気密空間内に収納する密閉部材と
　を具備したことを特徴とする光源装置。
２．
　半導体発光素子と、
　温度制御される第１の冷却面を有して前記半導体発光素子を冷却する第１の冷却素子と、
　前記第１の冷却面を覆うように設けられて、前記半導体発光素子と前記第１の冷却素子との間に介在して前記半導体発光素子に発生する熱を前記第１の冷却面に伝導する熱拡散部材と、
　前記半導体発光素子、前記第１の冷却素子及び前記熱拡散部材を気密空間内に収納する密閉部材と
　温度制御される第２の冷却面を有し、前記気密空間内の前記半導体発光素子の重力方向下側に配置されて、前記第２の冷却面により前記気密空間の冷却を行う第２の冷却素子と、
　を具備したことを特徴とする光源装置。

　本出願は、２０１３年８月２３日に日本国に出願された特願２０１３－１７３５７０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 (7)

  1. 　半導体発光素子と、
    　前記半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、
    　前記半導体発光素子に光を出射させるための発光素子駆動信号を前記半導体発光素子に供給する発光素子駆動部と、
    　前記冷却素子に前記半導体発光素子を冷却させるための冷却素子駆動信号を前記冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、
    　前記発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記半導体発光素子の発光量を制御する発光素子駆動制御部と、
    　前記半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、
    　前記発光素子駆動制御部により設定された前記発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ前記発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する前記冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部と
    　を具備したことを特徴とする光源装置。
  2. 　前記冷却素子駆動制御部は、前記温度センサの測定結果が所定の温度範囲以内となるように、前記冷却素子駆動信号の信号レベルを調整する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  3. 　室温を測定する室温温度センサを具備し、
    　前記冷却素子駆動制御部は、前記温度センサ及び前記室温温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルを調整する
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
  4. 　前記冷却素子駆動制御部は、前記温度センサの測定結果が前記室温温度センサの測定結果よりも高くなるように、前記冷却素子駆動信号の信号レベルを調整する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
  5. 　複数の色光を発生する複数の半導体発光素子と、
    　前記複数の半導体発光素子をそれぞれ冷却可能に構成された複数の冷却素子と、
    　前記複数の半導体発光素子に光を出射させるための複数の発光素子駆動信号を前記複数の半導体発光素子にそれぞれ供給する発光素子駆動部と、
    　前記複数の冷却素子に前記複数の半導体発光素子をそれぞれ冷却させるための複数の冷却素子駆動信号を前記複数の冷却素子にそれぞれ供給する冷却素子駆動部と、
    　前記複数の発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記複数の半導体発光素子の発光量を個別に制御する発光素子駆動制御部と、
    　前記複数の半導体発光素子の温度を個別に測定する複数の温度センサと、
    　前記発光素子駆動制御部により設定された前記複数の発光素子駆動信号のデューティ比とそれぞれ同じデューティ比を有し、且つ前記複数の発光素子駆動信号とそれぞれ同期したタイミングを有する前記複数の冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記複数の温度センサの測定結果に基づいて、前記複数の冷却素子駆動信号の信号レベルがそれぞれ調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部と
    　を具備したことを特徴とする光源装置。
  6. 　内視鏡と、
    　前記内視鏡に供給する照明光を発生する半導体発光素子と、
    　前記半導体発光素子を冷却可能に構成された冷却素子と、
    　前記半導体発光素子に光を出射させるための発光素子駆動信号を前記半導体発光素子に供給する発光素子駆動部と、
    　前記冷却素子に前記半導体発光素子を冷却させるための冷却素子駆動信号を前記冷却素子に供給する冷却素子駆動部と、
    　前記発光素子駆動信号のデューティ比を設定して前記半導体発光素子の発光量を制御する発光素子駆動制御部と、
    　前記半導体発光素子の温度を測定する温度センサと、
    　前記発光素子駆動制御部により設定された前記発光素子駆動信号のデューティ比と同じデューティ比を有し、且つ前記発光素子駆動信号と同期したタイミングを有する前記冷却素子駆動信号を生成するように前記冷却素子駆動部を制御すると共に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記冷却素子駆動信号の信号レベルが調整されるように前記冷却素子駆動部を制御する冷却素子駆動制御部と
    　を具備したことを特徴とする内視鏡装置。
  7. 　前記内視鏡からの撮像出力に対して所定の信号処理を施して映像信号を生成すると共に、前記映像信号に基づく画像の明るさが目標の明るさとなるように、前記発光素子駆動制御部を制御して前記半導体発光素子の発光量を変化させるビデオプロセッサ
    　を具備したことを特徴とする請求項６に記載の内視鏡装置。
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