WO2017212582A1 - 光源装置及びこの光源装置を備えた内視鏡システム - Google Patents

Abstract

光源装置（２）は、レーザダイオード(２ａ)、モード決定部（２ｊ）及びドライバ(２ｅ)を備える。レーザダイオード（２ａ）は、照明光として利用されるレーザ光を発する。モード決定部（２ｊ）は、レーザダイオード（２ａ）の動作モードを決定する。ドライバ（２ｅ）は、レーザダイオード（２ａ）へのバイアス電流の印加状況を、モード決定部（２ｊ）により決定された動作モードに応じた印加状況としつつ、レーザダイオード（２ａ）を駆動する。

Description

光源装置及びこの光源装置を備えた内視鏡システム

　本発明は、光源装置及びこの光源装置を備えた内視鏡システムに関する。

　内視鏡システムは、被写体を照明するための光を、レーザダイオードを用いて発する光源装置を備える。そしてこの種の光源装置では、レーザダイオードの発光量を変更することにより、照明光の明るさを調整できるようにしている。

　例えば特許文献１は、一定期間に離散的な駆動電流を光源に与えることとし、この駆動電流の一定期間における個数、大きさ、または与える時間のうちのいずれかを増減する技術が開示されている。

特開２００９－５６２４８号公報

　特許文献１の技術によると、レーザダイオードは、駆動電流が全く与えられていない状態から、ＬＥＤ（light emitting diode）発光モード及びレーザ発振モードを経て高出力レーザモードへと極めて短時間に変化する。この後にレーザダイオードは、上記とは逆の順序で、駆動電流が全く与えられていない状態へと極めて短時間に変化する。そしてこのような状態変化が、高周波で繰り返される。

　レーザダイオードは、このような動作状態を継続していると、内部での欠陥を生じさせたり、そのような欠陥の増殖を促進させたりする恐れがあり、信頼性の低下の一因となる。

　本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、レーザダイオードへの負担を軽減して、信頼性の向上を図ることができる光源装置及びこの光源装置を備えた内視鏡システムを提供することを目的とする。

　本発明の光源装置の一態様は、照明光として利用されるレーザ光を発するレーザダイオードと、前記レーザダイオードの動作モードを決定する決定部と、前記レーザダイオードへのバイアス電流の印加状況を、前記決定部により決定された動作モードに応じた印加状況としつつ、前記レーザダイオードを駆動する駆動部と、を備える。

　本発明によれば、レーザダイオードへの負担を軽減して、信頼性の向上を図ることができる光源装置及びこの光源装置を備えた内視鏡システムを提供できる。

図１は第１の実施形態に係る内視鏡システム１００の構成を示すブロック図である。 図２は外部電源の供給状態と駆動電流の状態との関係を表す図である。 図３は第２の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図。 図４は第２の実施形態における決定処理のフローチャートである。 図５は第３の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図６は稼働時間と駆動電流の状態との関係を表す図である。 図７は第４の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図８はレーザダイオードの印加電流と光出力との関係、すなわちいわゆるＩ－Ｌ特性を示す図である。 図９は第４の実施形態における決定処理のフローチャートである。 図１０は第５の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図１１はレーザダイオードの印加電流とパワー変換効率との関係を示す図である。 図１２は第５の実施形態における決定処理のフローチャートである。 図１３は第６の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図１４は第６の実施形態における決定処理のフローチャートである。 図１５は設定値の頻度分布の一例を示す図である。 図１６は第７の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図１７は総合決定処理のフローチャートである。 図１８は第１のモードにおける駆動電流の印加状態の第１の変形例を示す図である。 図１９は第１のモードにおける駆動電流の印加状態の第２の変形例を示す図である。 図２０は第１のモードにおける駆動電流の印加状態の第３の変形例を示す図である。 図２１はマルチモードの高出力青色発光タイプのレーザダイオードに関するパワー変換効率の注入電流に対する変化を示した図である。 図２２はレーザダイオードに印加したパルス幅と熱抵抗との関係を示す図である。

　以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。

　［第１の実施形態］
　図１は第１の実施形態に係る内視鏡システム１００の構成を示すブロック図である。
　内視鏡システム１００は、内視鏡１、光源装置２、ビデオプロセッサ３、モニタ４、ビデオレコーダ５、電源回路６及びバッテリ７を含む。

　内視鏡１は、例えば患者等の管腔といった管路内を撮影する。本実施形態においては、内視鏡１は医療用であるとして説明するが、これに限定される必要はない。つまり内視鏡１は、パイプ等の工業製品の管路内を撮影する工業用であってもよい。また内視鏡１は、直視型及び側視型のいずれであってもよい。

　内視鏡１は、挿入モジュール１１、操作モジュール１２及びユニバーサルコード１３を含む。挿入モジュール１１の基端は、操作モジュール１２に接続されている。操作モジュール１２には、ユニバーサルコード１３の先端が接続されている。ユニバーサルコード１３の基端は分岐しており、これらの基端に図示しないコネクタがそれぞれハイされて、光源装置２及びビデオプロセッサ３にそれぞれ着脱自在に接続され得る。

　また内視鏡１は、ライトガイド１ａ及び信号ケーブル１ｂ，１ｃ，１ｄを含む。なお内視鏡１は、送気及び送水のための図示しないチューブを周知のように備えてもよい。ライトガイド１ａ及び信号ケーブル１ｂは、挿入モジュール１１、操作モジュール１２及びユニバーサルコード１３を介して、挿入モジュール１１の先端から光源装置２まで通じる。信号ケーブル１ｂは、挿入モジュール１１、操作モジュール１２及びユニバーサルコード１３を介して、挿入モジュール１１の先端からビデオプロセッサ３まで通じる。信号ケーブル１ｄは、ユニバーサルコード１３を介して操作モジュール１２から光源装置２まで通じる。

　挿入モジュール１１は、撮影対象となる管路内に挿入可能な太さで、細長く、自由に曲がる柔軟性を備える。挿入モジュール１１の先端には、光変換部材２ｂ、光量センサ２ｄ及びビデオカメラ１１ａが配置される。このように光変換部材２ｂ及び光量センサ２ｄは、物理的には挿入モジュール１１に収納されているが、機能的には光源装置２に属する。光変換部材２ｂは、ライトガイド１ａの先端に接続されている。光変換部材２ｂは、ライトガイド１ａを伝播されてきたレーザ光の一部の光学特性を変換することで照明光を生成し、それを被写体に向けて出射する。なお、光変換部材２ｂの詳細については後述する。ビデオカメラ１１ａは、対物レンズ及びイメージセンサを内蔵し、被写体からの反射光により形成される映像、すなわち被写体の映像を電気信号（映像信号）に変換する。ビデオカメラ１１ａは、映像信号を信号ケーブル１ｂへと送出する。

　操作モジュール１２は、内視鏡１を操作する操作者により把持される。操作モジュール１２は、図示しないが、挿入モジュール１１の先端の向きを変更するためのアングルノブ等を周知のように備える。また操作モジュール１２は、点灯スイッチ１２ａを備える。点灯スイッチ１２ａは、照明光をオン／オフするために操作者により操作される。点灯スイッチ１２ａの操作状態は、ユニバーサルコード１３を介して光源装置２まで通じた信号ケーブル１ｂを介して光源装置２で検出される。

　なお、挿入モジュール１１及び操作モジュール１２には、操作モジュール１２から挿入モジュール１１の先端まで通じる図示しないワイヤ及び処置具チャネルが周知のように設けられてもよい。ワイヤは、アングルノブの操作に伴って挿入モジュール１１の先端の向きを変更する。処置具チャネルは、操作モジュール１２及び挿入モジュールの先端においてそれぞれ外部に開放している。処置具チャネルは、操作モジュール１２側から挿入された処置具を、挿入モジュール１１の先端側へとガイドする。

　光源装置２は、レーザダイオード２ａ、光変換部材２ｂ、温度センサ２ｃ、光量センサ２ｄ、ドライバ２ｅ、入力部２ｆ、記憶部２ｇ、パルス設定部２ｈ、情報蓄積部２ｉ、モード決定部２ｊ及びバイアス設定部２ｋを備える。

　レーザダイオード２ａは、ドライバ２ｅからの駆動電流の供給を受けて、レーザ光を発する。レーザダイオード２ａとしては、例えば、最大出力Ｗクラスのマルチモード高出力青色レーザ発光素子が利用できる。ただしレーザダイオード２ａは、波長450nm近傍の青色光を発するものには限定されず、波長405nm近傍の青紫色、波長530nm近傍の緑色、あるいは波長640nm近傍の赤色などを発光するものでもよい。レーザダイオード２ａはさらには、複数の異なる波長の光を、互い光量比を保って発するものでもよい。レーザダイオード２ａは、本実施形態では１つのみが設けられているものとするが、複数が設けられてもよい。

　光変換部材２ｂは、例えばYAG（yttrium aluminum garnet）蛍光体である。光変換部材２ｂは、ライトガイド１ａによって導光された１次光であるレーザ光の光学特性を変換して、２次光としての照明光を射出する。なお、光変換部材２ｂは、例えば１次光の広がり角を広げて安全な２次光として射出する拡散部材などであってもよい。

　温度センサ２ｃは、レーザダイオード２ａの温度を検出する。

　光量センサ２ｄは、光量センサ２ｄは、光変換部材２ｂから出射されるレーザ光の光量を検出する。光量センサ２ｄの検出光量は、挿入モジュール１１、操作モジュール１２及びユニバーサルコード１３内を通じる信号ケーブル１ｄにより、光源装置２の情報蓄積部２ｉに伝達される。

　ドライバ２ｅは、パルス設定部２ｈ及びバイアス設定部２ｋで設定されるパルス条件及びバイアス条件に従って、レーザダイオード２ａを発光させるための駆動電流をレーザダイオード２ａへと印加する。ドライバ２ｅは、パルス電流を駆動電流として出力する。従ってドライバ２ｅは、レーザダイオード２ａを駆動する駆動部の一例である。

　入力部２ｆは、所定期間におけるレーザダイオード２ａの積算光量の設定値を、操作者による操作に応じて入力する。

　記憶部２ｇは、レーザダイオード２ａの印加電流に対する光出力の特性（Ｉ－Ｌ特性）を表した第１のテーブルと、印加電流に対するパワー変換効率ＷＰの特性を表した第２のテーブルとを記憶する。これら第１及び第２のテーブルは一例として、雰囲気温度25℃から70℃まで温度範囲における各特性を表すものとする。第１のテーブルは具体的には、複数の積算光量のそれぞれに関して、その積算光量に照明光の所定の期間内における積算光量を近付けるために、雰囲気温度が標準温度である環境下においてレーザダイオード２ａに印加すべき駆動電流のパルス条件を表す。なお、駆動電流のパルス条件は、パルス幅Tw、パルス数N及びパルス振幅Idにより定義される。標準温度は、任意であるが、例えば25℃である。また第１のテーブルは、上記の温度範囲内の標準温度を除いた所定温度間隔毎の複数の雰囲気温度のそれぞれに関して、その雰囲気温度の環境下において標準温度の環境下と同様な照明光を得るための駆動電流の補正のための補正情報を表す。補正情報は、パルス振幅Id及びデューティ比の少なくともいずれか一方の変更量である。なお、記憶部２ｇは、光源装置２に複数のレーザダイオード２ａが設けられている場合には、それら複数のレーザダイオード２ａのそれぞれに関する第１及び第２のテーブルを記憶するとともに、複数のレーザダイオード２ａの間の光量比の情報を記憶する。

　パルス設定部２ｈは、記憶部２ｇに記憶された情報に基づき、所定期間におけるレーザダイオード２ａの積算光量を入力部２ｆで入力された設定値とするためのパルス電流の条件を設定する。パルス設定部２ｈは、当該条件をパルス条件としてドライバ２ｅに通知する。

　情報蓄積部２ｉは、光源装置２の使用状態やレーザダイオード２ａの安定性特性の情報を蓄積する。安定性特性の情報は、例えば次の情報を含む。(1)入力部２ｆで入力される上記の設定値の設定頻度。(2)光量センサ２ｄで検出された光量。(3)レーザダイオード２ａの雰囲気温度Taの特性。(4)温度センサ２ｃで検出された温度。(5)駆動電流のパルス振幅Idに対する光パワーの変換効率WPの特性。

　モード決定部２ｊは、光源装置２の動作モードとして、第１のモード及び第２のモードのいずれかを決定する。第１のモードは、レーザダイオード２ａについての信頼性を高く保つためのモードである。第２のモードは、上記の信頼性は第１のモードよりも低いものの、消費電力を第１のモードよりも低減できるモードである。モード決定部２ｊは、電源回路６の動作状態に基づいて動作モードを決定する。

　バイアス設定部２ｋは、情報蓄積部２ｉに蓄積された情報及びにモード決定部２ｊで決定された動作モードに基づいて、バイアス電流の大きさを設定する。そしてバイアス設定部２ｋは、バイアス電流の大きさを、バイアス条件としてドライバ２ｅに通知する。

　ビデオプロセッサ３は、信号ケーブル１ｂを介してビデオカメラ１１ａから送られた映像信号を処理し、モニタ４で表示するための動画像を生成する。

　モニタ４は、ビデオプロセッサ３で生成された動画像を表示する。モニタ４としては、周知の種々の表示デバイスを適宜に利用可能であるが、一例としてはカラー液晶表示デバイスが利用される。

　ビデオレコーダ５は、ビデオプロセッサ３で生成された動画像を録画する。

　電源回路６は、商用電源などの外部電源から、光源装置２、ビデオプロセッサ３、モニタ４及びビデオレコーダ５を動作させるための電力を得て、各部に供給する。

　バッテリ７は、電源回路６が各部に電力を供給しているときに、当該電力により充電される。バッテリ７は、電源回路６が各部に電力を供給しないときに、蓄えている電力を光源装置２、ビデオプロセッサ３、モニタ４及びビデオレコーダ５に供給する。

　次に、以上のように構成された内視鏡システム１００の動作について説明する。
　　（基本動作）
　挿入モジュール１１の先端から照明光が出射していない状態で、操作者が点灯スイッチ１２ａを操作すると、その旨が信号ケーブル１ｄを介してドライバ２ｅに伝わる。これに応じてドライバ２ｅは、レーザダイオード２ａへの駆動電流の印加を開始する。

　レーザダイオード２ａは、駆動電流により動作し、レーザ光を発する。このレーザ光は、ライトガイド１ａにガイドされて光変換部材２ｂまで伝播される。そしてレーザ光は、光変換部材２ｂによってその光学特性が変換されて、照明光として挿入モジュール１１の外部へと出射される。ここで、図１に示すように、挿入モジュール１１の先端に被写体が対峙した状態にあるならば、照明光により被写体が照明される。かくして内視鏡１は、光源装置２が発する光を、被写体を照明する照明光として出射する照明部としての機能を備える。

　被写体での反射光によりなる被写体の映像は、ビデオカメラ１１ａにより撮られる。つまり、ビデオカメラ１１ａは、被写体を撮影して画像を得る撮影部の一例である。そしてビデオカメラ１１ａからは、被写体の映像を表した映像信号が信号ケーブル１ｂへと出力される。この映像信号は、信号ケーブル１ｂを介してビデオプロセッサ３へと送られる。この映像信号に基づき、ビデオプロセッサ３で動画像が生成される。この動画像は、モニタ４で表示される。またビデオレコーダ５が、操作者によって録画状態に設定されているならば、上記の動画像はビデオレコーダ５によって録画される。

　　（レーザダイオード２ａの駆動）
　入力部２ｆで設定値が入力されると、パルス設定部２ｈは、記憶部２ｇに記憶された情報に基づき、所定期間におけるレーザダイオード２ａの積算光量を入力部２ｆで入力された設定値とするためのパルス電流の条件を設定する。具体的には入力部２ｆは、パルス幅Tw、パルス数N及びパルス振幅Idのうちの少なくとも１つの値を、それまでの設定値と新たな設定値との差に応じて変更する。パルス設定部２ｈは、例えば、パルス数N及びパルス振幅Idは一定とし、パルス幅Twのみを変更する。この場合は、デューティ比が変更されることになる。あるいはパルス設定部２ｈは、パルス幅Tw及びパルス数を一定とし、パルス振幅Idのみを変更してもよい。この場合は、デューティ比は固定となる。なお、デューティ比は、最大で１：１で、パルス駆動オフ時間がパルス駆動オン時間に比べて大きくなることが、レーザダイオード２ａの温度上昇を抑える上で望ましい。そしてパルス設定部２ｈは、新たに設定したパルス幅Tw、パルス数N及びパルス振幅Idをパルス条件としてドライバ２ｅに通知する。ただし、パルス幅Tw、パルス数N及びパルス振幅Idのうちの一部を上記のように一定とするならば、パルス設定部２ｈは、変更する値のみをドライバ２ｅに通知してもよい。

　バイアス設定部２ｋは、バイアス電流の大きさを設定し、それをバイアス条件としてドライバ２ｅに通知する。バイアス設定部２ｋは、バイアス電流の大きさは、バイアス電流のみでレーザダイオード２ａがレーザ光を発する状態とならない範囲で定める。バイアス設定部２ｋは、バイアス電流の大きさをゼロに設定する場合もある。なお、バイアス電流の大きさの設定の詳細については、後述する。

　ドライバ２ｅは、パルス設定部２ｈから通知されたパルス条件に従ったパルス電流を、バイアス設定部２ｋから通知された大きさのバイアス電流に重畳した電流として駆動電流を生成する。このときドライバ２ｅは、パルス電流のパルス振幅を、パルス条件に従ったパルス振幅Idからバイアス電流の大きさを減じた値とする。これによりドライバ２ｅは、駆動電流におけるパルス振幅を、パルス条件に従ったパルス振幅Idとする。そしてドライバ２ｅは、このように生成した駆動電流をレーザダイオード２ａに印加する。

　バイアス電流のみではレーザダイオード２ａはレーザ発光状態とはならないので、レーザダイオード２ａは、バイアス電流の大きさに拘わらずに常にパルス電流に応じてレーザ発光状態とレーザ非発光状態とを繰り返す。

　このときにレーザダイオード２ａは、バイアス電流の大きさがゼロであるならば、ＬＥＤ発光モード及びレーザ発振モードを経て高出力レーザモードへと極めて短時間に変化する。この後にレーザダイオードは、上記とは逆の順序で、駆動電流が全く与えられていない状態へと極めて短時間に変化する。そしてこのような状態変化が、高周波で繰り返される。この結果、レーザダイオード２ａの内部では、局所的な電流の集中による、局所的な発熱が生じる。この発熱に起因して、レーザダイオード内に欠陥又は光吸収領域が発生したり、そのような欠陥又は領域の増殖を促進させたりする恐れがある。

　これに対してレーザダイオード２ａは、バイアス電流の大きさがゼロではない適切な値であれば、上記に比べて状態変化の度合いが小さくなり、レーザダイオード２ａの劣化は抑えられる。ただし、バイアス電流は、レーザ光の発光のために直接的には寄与しないのであり、バイアス電流の大きさをゼロとする場合に比べて消費電力の増加をもたらす。

　　（動作モードの決定）
　ところで、電源回路６が外部電源に接続されていて、かつ電源回路６に外部電源から正常に電力が供給されているならば、内視鏡システム１００の各種の電気的要素の動作電力は電源回路６から供給される。これに対して、電源回路６が外部電源に接続されていないか、あるいは電源回路６に外部電源から正常に電力が供給されていないならば、内視鏡システム１００の各種の電気的要素の動作電力はバッテリ７から供給される。

　内視鏡システム１００は、典型的には、医療施設内の処置室に据え置かれた状態で使用される。この使用状態にあっては、一般には外部電源からの電力供給を正常に受けられる状況にある。そしてこのような使用状態にあっては、内視鏡システム１００は、比較的長時間に及んで連続使用されることが多い。また、処置室は空調が完備している場合が多く、雰囲気温度の変化は小さく、例えば25℃程度に維持される。また、同種の検査及び処置が繰り返し行われることが多いため、所定期間におけるレーザダイオード２ａの積算光量についての設定値としても同様な値が繰り返し設定されることが多く、当該設定値の頻度分布にはピークが生じる傾向がある。

　一方で、内視鏡システム１００は、外部電源を得ることができない環境においてもバッテリ７からの電力供給により動作可能としている。このような動作状態は、内視鏡システム１００を処置室外の様々な場所に移動して使用するようなケース、つまり、例えば通常の検査ではない緊急な検査を行う使用状態が想定される。そしてこのような使用状態にあっては、内視鏡システム１００の連続動作時間は、比較的短くなる。また、使用場所が変化するため、雰囲気温度も変化する恐れがある。また、検査の内容も様々となるため、所定期間におけるレーザダイオード２ａの積算光量についての設定値も、検査内容に応じて様々となり、当該設定値の頻度分布にはばらつきが生じる傾向がある。

　そこで、モード決定部２ｊは、電源回路６の動作状態を監視し、外部電源が供給されていることにより電源回路６からの電力供給が正常に行われている状態においては第１のモードを、それ以外の状態では第２のモードをそれぞれ動作モードとして決定する。

　バイアス設定部２ｋは、動作モードが第１のモードである場合には、情報蓄積部２ｉに蓄積された情報に基づいて、バイアス電流の大きさを、バイアス電流のみでレーザダイオード２ａがレーザ光を発する状態とならない範囲で、かつゼロではない値に定める。バイアス設定部２ｋは一例としては、レーザ発振モードを維持できる大きさにバイアス電流の大きさを定める。
　バイアス設定部２ｋは、動作モードが第２のモードである場合には、バイアス電流の大きさをゼロに定める。

　図２は外部電源の供給状態と駆動電流の状態との関係を表す図である。
　図２に示すように駆動電流は、外部電源からの電力供給がオンである場合には、バイアス電流を含み、外部電源からの電力供給がオフである場合には、バイアス電流を含まない。なお、図２に示す第１のモードの期間及び第２のモードの期間は、所定期間におけるレーザダイオード２ａの積算光量についての設定値がいずれも同じ場合を示している。また図２においては、パルス振幅をＩｐとして、かつバイアス電流の大きさをＩｂとしてそれぞれ示している。

　ただし、外部電源からの電力供給がオフである場合でも、設定値が予め定められた値以上である場合には、モード決定部２ｊは動作モードを第１のモードとしてもよい。あるいは、外部電源からの電力供給がオフである場合は、パルス設定部２ｈが、動作モードを第２のモードとしてもレーザダイオード２ａを大幅には劣化させない程度の設定値しか設定しないようにしてもよい。

　　（効果）
　これにより、外部電源からの電力供給がオンであり、レーザダイオード２ａの劣化が進み易い動作状態にあるときには、バイアス電流の印加によりレーザダイオード２ａの劣化が抑えられ、高い信頼性を維持できる。そして、外部電源からの電力供給がオフであり、レーザダイオード２ａの劣化の心配が少ない動作状態にあるときには、バイアス電流を印加しないことにより省電力が実現される。

　［第２の実施形態］
　図３は第２の実施形態に係る内視鏡システム１００Ａの構成を示すブロック図である。なお、図３において図１と同一の要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　内視鏡システム１００Ａは、内視鏡１、光源装置２Ａ、ビデオプロセッサ３、モニタ４、ビデオレコーダ５及び電源回路６を含む。すなわち内視鏡システム１００Ａは、内視鏡システム１００における光源装置２に代えて光源装置２Ａを備える。また内視鏡システム１００Ａは、バッテリ７を備えない。ただし内視鏡システム１００Ａは、バッテリ７を、内視鏡システム１００と同様に備えてもよい。

　光源装置２Ａは、レーザダイオード２ａ、光変換部材２ｂ、温度センサ２ｃ、光量センサ２ｄ、ドライバ２ｅ、入力部２ｆ、記憶部２ｇ、パルス設定部２ｈＡ、情報蓄積部２ｉ、モード決定部２ｊＡ及びバイアス設定部２ｋを備える。すなわち光源装置２Ａは、光源装置２におけるパルス設定部２ｈ及びモード決定部２ｊに代えてパルス設定部２ｈＡ及びモード決定部２ｊＡを備える。

　パルス設定部２ｈＡは、パルス設定部２ｈと同様な機能を有する。パルス設定部２ｈＡは加えて、後述するテスト駆動のためのパルス条件を設定する機能を備える。

　モード決定部２ｊＡは、パルス設定部２ｈにテスト駆動のためのパルス条件を設定させることでレーザダイオード２ａをテスト駆動した際の照明光の光量変化に基づいて動作モードを決定する。

　次に以上のように構成された内視鏡システム１００Ａの動作について説明する。なお、内視鏡システム１００Ａの動作において、内視鏡システム１００の動作と異なるのは、動作モードの決定に関わる動作である。そこでここでは、動作モードの決定に関わる動作に絞って説明する。

　　（動作モードの決定）
　モード決定部２ｊＡは、予め定められた決定タイミングにおいて決定処理を開始する。モード決定部２ｊＡは、決定処理を一定期間毎に周期的に開始してもよい。決定タイミングは、任意であってよく、例えば内視鏡システム１００Ａの設計者などにより定められる。あるいは、モード決定部２ｊＡが、当該設計者により定められた複数の候補タイミングのうちの１つを使用者の指示に応じて決定タイミングとして設定してもよい。

　本実施形態においては、モード決定部２ｊＡは、プロセッサがソフトウェア処理を実行することにより実現されるものとする。しかしモード決定部２ｊＡは、ロジック回路などの他の手段により実現されてもよい。

　図４は決定処理のフローチャートである。
　ステップＳａ１においてモード決定部２ｊＡは、テスト駆動の開始をパルス設定部２ｈＡに指示する。

　パルス設定部２ｈＡは、基本的には第１の実施形態におけるパルス設定部２ｈと同様に動作している。しかしながらパルス設定部２ｈＡは、モード決定部２ｊＡから上記の指示を受けると、その時点での設定値に応じた積算光量を予め定められた変化量だけ変化させた積算光量を得るためのパルス条件を判定し、ドライバ２ｅへと通知する。上記の変化量は、任意であってよく、例えば設計者などにより定められる。一例として変化量は、「＋5％」と定めることが想定される。そしてこの結果としてドライバ２ｅは、レーザダイオード２ａの発光量を変化させる。この状態が、テスト駆動である。

　ステップＳａ２においてモード決定部２ｊＡは、ステップＳａ１の指示を行ってから、予め定められたテスト時間が経過するのを待ち受ける。なお、テスト時間は、任意であってよく、例えば設計者などにより定められる。ただしテスト時間は、テスト駆動状態において光量センサ２ｄで検出された光量が情報蓄積部２ｉに記憶されるのに十分な時間とする。そしてモード決定部２ｊＡは、テスト時間が経過したならばステップＳａ２でＹｅｓと判定し、ステップＳａ３へと進む。

　ステップＳａ３においてモード決定部２ｊＡは、テスト駆動の停止をパルス設定部２ｈに指示する。この指示に応じてパルス設定部２ｈＡは、設定値に応じたパルス条件を改めてドライバ２ｅに通知する。これにより、レーザダイオード２ａの駆動状態は、テスト駆動を開始する前の状態に戻る。

　ステップＳａ４においてモード決定部２ｊは、テスト駆動によるレーザ光の光量の変動量を算出する。具体的にはモード決定部２ｊは、テスト駆動を開始する前の通常の駆動状態において光量センサ２ｄで検出された光量と、テスト駆動状態において光量センサ２ｄで検出された光量とを情報蓄積部２ｉから読み出し、それらの差として変動量を算出する。

　ステップＳａ５においてモード決定部２ｊは、上記の算出した変動量が変化量以下であるか否かを確認する。そしてモード決定部２ｊは、変動量が変化量以下であるならばＹｅｓと判定してステップＳａ６へと進む。またモード決定部２ｊは、変動量が変化量以下ではないならばＮｏと判定してステップＳａ７へと進む。

　ステップＳａ６においてモード決定部２ｊは、動作モードを第１のモードに決定する。
　ステップＳａ７においてモード決定部２ｊは、動作モードを第２のモードに決定する。
　そしてモード決定部２ｊは、ステップＳａ６又はステップＳａ７にて動作モードを決定し終えたならば、当該決定処理を終了する。

　　（効果）
　これにより、テスト駆動でのレーザ光の実際の変化量が、変化させようとする量よりも大きく変化してしまう場合には、レーザダイオード２ａの発熱などにより、設定光量とレーザ光量との関係が不安定になっていると考えられる。しかし、第２のモードを適用していることにより、少なくとも発熱によるレーザダイオード２ａの出力の変動を抑えることができるとともに、消費電力の低減を図ることができる。これに対して、テスト駆動によるレーザ光の光量変化が変化させようとする量以下であるならば、駆動電流の規定通りの変化により照明光量を正しく調整可能である。すなわち、設定光量とレーザ光量との関係が安定しているので、第１のモードを適用する。

　［第３の実施形態］
　図５は第３の実施形態に係る内視鏡システム１００Ｂの構成を示すブロック図である。なお、図５において図１と同一の要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　内視鏡システム１００Ｂは、内視鏡１、光源装置２Ｂ、ビデオプロセッサ３、モニタ４、ビデオレコーダ５及び電源回路６を含む。すなわち内視鏡システム１００Ｂは、内視鏡システム１００における光源装置２に代えて光源装置２Ｂを備える。また内視鏡システム１００Ｂは、バッテリ７を備えない。ただし内視鏡システム１００Ｂは、バッテリ７を、内視鏡システム１００と同様に備えてもよい。

　光源装置２Ｂは、レーザダイオード２ａ、光変換部材２ｂ、温度センサ２ｃ、光量センサ２ｄ、ドライバ２ｅ、入力部２ｆ、記憶部２ｇ、パルス設定部２ｈ、情報蓄積部２ｉ、モード決定部２ｊＢ、バイアス設定部２ｋ及び稼働タイマ２ｍを備える。すなわち光源装置２Ｂは、光源装置２におけるモード決定部２ｊに代えてモード決定部２ｊＢを備えるとともに、稼働タイマ２ｍを備える。

　稼働タイマ２ｍは、挿入モジュール１１の先端に配置される。つまり、稼働タイマ２ｍは、物理的には挿入モジュール１１に収納されているが、機能的には光源装置２Ｂに属する。稼働タイマ２ｍは、レーザダイオード２ａについての累積の稼働時間を計測する。稼働タイマ２ｍは、例えば、光変換部材２ｂが射出した照明光を受光した累積時間を計測することで、レーザダイオード２ａについての累積の稼働時間を計測することができる。この場合、光量センサ２ｄの検出光量が閾値以上となっている時間を計数すれば良い。あるいは、稼働タイマ２ｍは、レーザダイオード２ａが射出したレーザ光を受光した累積時間を計測するように構成することも可能である。この場合には、ライトガイド１ａの途中に設けた光分岐部により分岐したレーザ光を用いて、上記と同様に計測すれば良い。
　モード決定部２ｊＢは、稼働タイマ２ｍが計測している稼働時間に基づいて動作モードを決定する。

　次に以上のように構成された内視鏡システム１００Ｂの動作について説明する。なお、内視鏡システム１００Ｂの動作において、内視鏡システム１００の動作と異なるのは、動作モードの決定に関わる動作である。そこでここでは、動作モードの決定に関わる動作に絞って説明する。

　　（動作モードの決定）
　稼働タイマ２ｍは、レーザダイオード２ａが発するレーザ光を検出できる期間の累積時間として、レーザダイオード２ａの稼働時間を計測する。光源装置２Ｂがレーザダイオード２ａの交換が可能な構造である場合、稼働タイマ２ｍは、レーザダイオード２ａが交換された際にリセットされる。

　図６は稼働時間と駆動電流の状態との関係を表す図である。
　図６に示すように稼働時間は、レーザダイオード２ａの使用に伴って漸増する。なお、稼働時間の変化特性は、実際には図６に示す様な線形とはならないが、図６では簡略化して線形として示している。

　モード決定部２ｊＢは、稼働タイマ２ｍが計測している稼働時間が、予め定められた閾値時間未満である場合には、第２のモードを動作モードとして決定する。そしてモード決定部２ｊＢは、稼働時間が閾値時間以上となると、動作モードを第１のモードに切り換える。

　なお閾値時間は、任意であってよく、例えば設計者などにより定められる。ただし、閾値時間は、レーザダイオード２ａの特性を考慮して適切に定められることが好ましい。具体的には、レーザダイオード２ａは、稼働に伴って徐々に劣化が進む。またレーザダイオード２ａは、メーカなどにより動作保障時間が設定されている場合があり、動作保障期間が過ぎれば劣化する確率が高まる。そこで一例として、閾値時間は、動作保障時間程度に定めることが想定される。より具体的には、閾値時間は、100時間より長い時間とすることが想定される。

　　（効果）
　レーザダイオード２ａは、未使用状態にあっては、レーザダイオード２ａの劣化を発生又は促進させる因子が、レーザダイオード２ａ内にほとんど存在しないと考えられる。したがってこの状態にあっては、第２のモードを適用しても、レーザダイオード２ａの劣化はさほど進行しない。光源装置２Ｂでは、第２のモードを適用していることにより、省電力が達成できる。

　しかしながら、レーザダイオード２ａを繰り返し使用することにより、レーザダイオード２ａの劣化を発生又は促進させる因子がレーザダイオード２ａ内において増加する。このような状態にあっては、第２のモードを適用すると、レーザダイオード２ａの劣化を急激に進行させてしまう恐れがある。しかし光源装置２Ｂでは、第１のモードを適用していることにより、レーザダイオード２ａの劣化を抑えて、信頼性の低下を抑えることができる。

　［第４の実施形態］
　図７は第４の実施形態に係る内視鏡システム１００Ｃの構成を示すブロック図である。なお、図７において図１と同一の要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　内視鏡システム１００Ｃは、内視鏡１、光源装置２Ｃ、ビデオプロセッサ３、モニタ４、ビデオレコーダ５及び電源回路６を含む。すなわち内視鏡システム１００Ｃは、内視鏡システム１００における光源装置２に代えて光源装置２Ｃを備える。また内視鏡システム１００Ｃは、バッテリ７を備えない。ただし内視鏡システム１００Ｃは、バッテリ７を、内視鏡システム１００と同様に備えてもよい。

　光源装置２Ｃは、レーザダイオード２ａ、光変換部材２ｂ、温度センサ２ｃ、光量センサ２ｄ、ドライバ２ｅ、入力部２ｆ、記憶部２ｇ、パルス設定部２ｈ、情報蓄積部２ｉ、モード決定部２ｊＣ及びバイアス設定部２ｋを備える。すなわち光源装置２Ｃは、光源装置２におけるモード決定部２ｊに代えてモード決定部２ｊＣを備える。

　モード決定部２ｊＣは、パルス設定部２ｈで使用される設定値に基づいて動作モードを決定する。

　次に以上のように構成された内視鏡システム１００Ｃの動作について説明する。なお、内視鏡システム１００Ｃの動作において、内視鏡システム１００の動作と異なるのは、動作モードの決定に関わる動作である。そこでここでは、動作モードの決定に関わる動作に絞って説明する。

　　（動作モードの決定）
　まず、動作モードの決定のために用いる閾値振幅について説明する。
　図８はレーザダイオード２ａの印加電流と光出力との関係、すなわちいわゆるＩ－Ｌ特性を示す図である。

　内視鏡システム１００Ｃの運用上の諸事情から、光出力の最大許容値Pmaxが例えば設計者などにより設定される。光出力として最大許容値Pmaxが得られる印加電流値が、パルス電流の最大振幅Idmaxである。最大許容値Pmaxに1未満の係数を乗じて求まる値をPsとし、光出力として値Psが得られる印加電流値を閾値振幅Idｓとする。係数は、例えば0.9である。この場合、値Psは、最大許容値Pmaxの10％減の値である。ただし、係数は例えば設計者などにより任意に設定されてよい。また閾値振幅Idsは、最大振幅Idmax未満の値であれば、例えば設計者などにより任意に設定されてよい。

　モード決定部２ｊＣは、動作モードを決定するための決定処理を実行する。本実施形態においては、モード決定部２ｊＣは、プロセッサがソフトウェア処理として決定処理を実行することとする。しかしモード決定部２ｊＣは、ロジック回路などの他の手段により実現されてもよい。

　図９は決定処理のフローチャートである。
　ステップＳｂ１においてモード決定部２ｊＣは、パルス設定部２ｈがパルス条件の設定のために使用する設定値が変更されるのを待ち受ける。そしてモード決定部２ｊＣは、設定値が変更されたならばＹｅｓと判定してステップＳｂ２へと進む。

　ステップＳｂ２においてモード決定部２ｊＣは、パルス設定部２ｈが設定するパルス振幅Idが閾値振幅Ids以上であるか否かを確認する。そしてモード決定部２ｊＣは、パルス振幅Idが閾値振幅Ids以上であるならばＹｅｓと判定してステップＳｂ３へと進む。またモード決定部２ｊＣは、パルス振幅Idが閾値振幅Ids未満であるならばＮｏと判定してステップＳｂ４へと進む。

　ステップＳｂ３においてモード決定部２ｊＣは、動作モードを第１のモードに決定する。
　ステップＳｂ４においてモード決定部２ｊＣは、動作モードを第２のモードに決定する。
　そしてモード決定部２ｊＣは、ステップＳｂ３又はステップＳｂ４にて動作モードを決定し終えたならば、当該決定処理を終了する。

　本実施形態においては、パルス設定部２ｈは、デューティ比を最小値である50％に、かつパルス振幅Idを最大許容値Idmaxにそれぞれ設定して得られる積算光量が設定値以下となるならば、パルス振幅Idを最大許容値Idmaxに設定する。そしてパルス設定部２ｈは、得られる積算光量が設定値となるよう、デューティ比を調整する。パルス設定部２ｈは、デューティ比を最小値である50％に、かつパルス振幅Idを最大許容値Idmaxにそれぞれ設定して得られる積算光量が設定値以下とはならないならば、デューティ比を最小値である50％に設定する。そしてパルス設定部２ｈは、得られる積算光量が設定値となるよう、パルス振幅Idを調整する。つまり、パルス設定部２ｈは、パルス振幅Idを、最大許容値Idmax以下でなるべく大きな値に設定する。

　　（効果）
　したがって、パルス振幅Idが閾値振幅Ids未満である場合は、デューティ比は最小値であり、パルス振幅Idも最大許容値Idmaxに比べて小さく抑えられる。このため、レーザダイオード２ａの発光期間における発熱量は小さい。またレーザダイオード２ａの非発光期間も十分に長く、発光期間において生じた熱は、非発光期間において十分に放熱される。したがってこの状態にあっては、第２のモードを適用しても、レーザダイオード２ａの劣化はさほど進行しない。光源装置２Ｃでは、第２のモードを適用していることにより、省電力が達成できる。

　パルス振幅が閾値振幅Ids以上である場合には、パルス振幅は最大許容値Idmax又はそれに近い値に設定される。このため、発光期間における発熱量は大きく、非発光期間において十分に放熱できないおそれがある。また、駆動電流がゼロの状態と最大許容値Idmax付近のパルス振幅の駆動電流を印加する状態とを繰り返すのでは、注入電流の高速な増減に対して、レーザダイオード２ａの応答に遅れが発生する恐れがある。そしてこの結果、レーザダイオード２ａの内部での局所的な電流の集中や熱の発生で、レーザダイオード２ａの内部における欠陥の発生、増殖、移動を促進して劣化が急速に進行する危険性が増す。しかしながら、このような状況において光源装置２Ｃは、第１のモードを適用していることにより、レーザダイオード２ａの劣化を抑えて、信頼性の低下を抑えることができる。

　［第５の実施形態］
　図１０は第５の実施形態に係る内視鏡システム１００Ｄの構成を示すブロック図である。なお、図１０において図１と同一の要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　内視鏡システム１００Ｄは、内視鏡１、光源装置２Ｄ、ビデオプロセッサ３、モニタ４、ビデオレコーダ５及び電源回路６を含む。すなわち内視鏡システム１００Ｄは、内視鏡システム１００における光源装置２に代えて光源装置２Ｄを備える。また内視鏡システム１００Ｄは、バッテリ７を備えない。ただし内視鏡システム１００Ｄは、バッテリ７を、内視鏡システム１００と同様に備えてもよい。

　光源装置２Ｄは、レーザダイオード２ａ、光変換部材２ｂ、温度センサ２ｃ、光量センサ２ｄ、ドライバ２ｅ、入力部２ｆ、記憶部２ｇ、パルス設定部２ｈ、情報蓄積部２ｉ、モード決定部２ｊＤ及びバイアス設定部２ｋを備える。すなわち光源装置２Ｄは、光源装置２におけるモード決定部２ｊに代えてモード決定部２ｊＤを備える。

　モード決定部２ｊＤは、パルス設定部２ｈで設定されたパルス振幅に基づいて動作モードを決定する。

　次に以上のように構成された内視鏡システム１００Ｄの動作について説明する。なお、内視鏡システム１００Ｄの動作において、内視鏡システム１００の動作と異なるのは、動作モードの決定に関わる動作である。そこでここでは、動作モードの決定に関わる動作に絞って説明する。

　　（動作モードの決定）
　まず、動作モードの決定のために着目する電流値について説明する。

　図１１はレーザダイオード２ａの印加電流とパワー変換効率との関係を示す図である。
　レーザダイオード２ａは、ある印加電流においてパワー変換効率が最大効率WPmaxとなり、そこから印加電流を増減すると、パワー変換効率は低下する。最大効率WPmaxに1未満の係数を乗じて求まる値をWPsとし、パワー変換効率として値WPsが得られる最小及び最大の印加電流値をId1，Id2とする。つまり印加電流値Id1，Id2は、WPs以上のパワー変換効率を得るためにレーザダイオード２ａに印加すべき電流値の範囲の下限と上限とを示す。係数は、例えば0.9である。この場合、値WPsは、最大効率WPmaxの10％減の値である。ただし、係数は例えば設計者などにより任意に設定されてよい。また値WPsは、最大効率WPmax未満の値であれば、例えば設計者などにより任意に設定されてよい。

　モード決定部２ｊＤは、動作モードを決定するための決定処理を実行する。本実施形態においては、モード決定部２ｊＤは、プロセッサがソフトウェア処理として決定処理を実行することとする。しかしモード決定部２ｊＤは、ロジック回路などの他の手段により実現されてもよい。

　図１２は決定処理のフローチャートである。
　ステップＳｃ１においてモード決定部２ｊＤは、パルス設定部２ｈによりパルス振幅が変更されるのを待ち受ける。そしてモード決定部２ｊＤは、パルス振幅が変更されたならばＹｅｓと判定してステップＳｃ２へと進む。

　ステップＳｃ２においてモード決定部２ｊＤは、パルス設定部２ｈが設定したパルス振幅Idが振幅Id2以上であるか否かを確認する。そしてモード決定部２ｊＤは、パルス振幅Idが振幅Id2以上であるならばＹｅｓと判定してステップＳｃ３へと進む。またモード決定部２ｊＤは、パルス振幅Idが閾値振幅Id2未満であるならばＮｏと判定してステップＳｃ４へと進む。

　ステップＳｃ３においてモード決定部２ｊＤは、動作モードを第１のモードに決定する。
　ステップＳｃ４においてモード決定部２ｊＤは、動作モードを第２のモードに決定する。
　そしてモード決定部２ｊＤは、ステップＳｃ３又はステップＳｃ４にて動作モードを決定し終えたならば、当該決定処理を終了する。

　さて、前述したように、パルス振幅IdがId1～Id2の範囲内であれば、レーザダイオード２ａは効率良くレーザ光を発することができる。そこで本実施形態においてパルス設定部２ｈは、なるべくパルス振幅IdをId1～Id2の範囲内とするようにパルス条件を設定する。しかしながらパルス設定部２ｈは、パルス振幅IdをId1～Id2の範囲内で設定したのでは設定値に応じた積算光量を達成できない場合には、パルス振幅IdをId2～最大許容値Idmaxの範囲内で設定する。

　（効果）
　以上のように、パルス設定部２ｈによりパルス振幅IdがId1～Id2の範囲内で設定される場合は、モード決定部２ｊＤにより動作モードが第２のモードに決定される。パルス振幅IdがId1～Id2の範囲内で設定される場合、パワー変換効率WPが高レベルで保持されるため、レーザダイオード２ａで発生する熱量は、所定時間に注入されるパルス電流の総量に略比例する。このため、第２のモードを適用して省電力を図ることができる。
　一方、パルス印加電流をパワー変換効率の低下量が所定値の割合（１０％）を超え、許容駆動電流Idmax以下に設定する場合、前記優先モードを信頼性モードに切り替える。設定光量に対して、パワー変換効率WPが低下する上に、パルス印加電流量が増大するため、レーザダイオード２ａ内で発生する発熱に対して、レーザダイオード２ａを取り巻く筐体の放熱を充分に行っても、急激な温度上昇により信頼性が低下するため、パルス駆動電流の立ち上がり前、および立ち下がり後にバイアス印加電流駆動時間を前記レーザダイオード２ａが、レーザ発振状態を保持できる時間、少なくとも0.1μｓ以上の時間、バイアス印加電流を所定値、例えばレーザダイオード２ａの閾値電流値に設定することでも信頼性を確保できる。
　［第６の実施形態］
　図１３は第６の実施形態に係る内視鏡システム１００Ｅの構成を示すブロック図である。なお、図１３において図１と同一の要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　内視鏡システム１００Ｅは、内視鏡１、光源装置２Ｅ、ビデオプロセッサ３、モニタ４、ビデオレコーダ５及び電源回路６を含む。すなわち内視鏡システム１００Ｅは、内視鏡システム１００における光源装置２に代えて光源装置２Ｅを備える。また内視鏡システム１００Ｄは、バッテリ７を備えない。ただし内視鏡システム１００Ｄは、バッテリ７を、内視鏡システム１００と同様に備えてもよい。

　光源装置２Ｅは、レーザダイオード２ａ、光変換部材２ｂ、温度センサ２ｃ、光量センサ２ｄ、ドライバ２ｅ、入力部２ｆ、記憶部２ｇ、パルス設定部２ｈ、情報蓄積部２ｉ、モード決定部２ｊＥ及びバイアス設定部２ｋを備える。すなわち光源装置２Ｄは、光源装置２におけるモード決定部２ｊに代えてモード決定部２ｊＥを備える。

　モード決定部２ｊＥは、情報蓄積部２ｉに蓄積された過去の設定値の頻度に基づいて動作モードを決定する。

　次に以上のように構成された内視鏡システム１００Ｅの動作について説明する。なお、内視鏡システム１００Ｅの動作において、内視鏡システム１００の動作と異なるのは、動作モードの決定に関わる動作である。そこでここでは、動作モードの決定に関わる動作に絞って説明する。

　　（動作モードの決定）
　図１４は決定処理のフローチャートである。
　ステップＳｄ１においてモード決定部２ｊＥは、パルス設定部２ｈがパルス条件の設定のために使用する設定値が変更されるのを待ち受ける。そしてモード決定部２ｊＥは、設定値が変更されたならばＹｅｓと判定してステップＳｄ２へと進む。

　ステップＳｄ２においてモード決定部２ｊＥは、閾値設定値を判定する。
　まずモード決定部２ｊＥは、情報蓄積部２ｉに蓄積された設定値に基づき、これまでにおける設定値の頻度分布を求める。ただし、情報蓄積部２ｉが設定値の頻度分布を求めるために、今回変更されたのちの設定値を考慮するか否かは任意であってよく、例えば内視鏡システム１００Ｅの設計者などにより定められる。

　図１５は設定値の頻度分布の一例を示す図である。
　図１５に示すように、設定値の頻度分布は、ある設定値についての頻度がピークとなり、設定値の増減に伴って頻度が減少する特性となることが多い。モード決定部２ｊＥは、ピークの頻度の値をＮ１として、その1/2の値N1/2を求める。設定値の頻度分布が上記のような特性である場合、頻度がN1/2となる設定値としては、通常は２つの設定値が表れる。モード決定部２ｊＥは、これら２つの設定値のうちの大きい値を閾値設定値として判定する。

　ステップＳｄ３においてモード決定部２ｊＥは、上記のように変更された後の設定値が閾値設定値未満であるか否かを確認する。そしてモード決定部２ｊＥは、設定値が閾値設定値未満であるならばＹｅｓと判定してステップＳｄ４へと進む。またモード決定部２ｊＤは、設定値が閾値設定値以上であるならばＮｏと判定してステップＳｄ５へと進む。

　ステップＳｄ４においてモード決定部２ｊＥは、動作モードを第１のモードに決定する。　ステップＳｄ５においてモード決定部２ｊＥは、動作モードを第２のモードに決定する。
　そしてモード決定部２ｊＥは、ステップＳｄ４又はステップＳｄ５にて動作モードを決定し終えたならば、当該決定処理を終了する。

　（効果）
　以上のように、頻度がN1/2以上と高頻度である設定値と、それよりも頻度は低いが低光量に相当する設定値に関しては、第２のモードを適用して省電力を図る。内視鏡システム１００Ｅの一般的な使用状況にあっては、内視鏡システム１００Ｅの特性を十分に理解した医師又は技師により設定値が定められる。そしてこのような医師又は技師は、内視鏡システム１００Ｅが安定的に動作できる範囲で設定値を定めることが多く、第１のモードを適用することが必要となるほどに大きな設定値を定める頻度は低い。従って、頻度の高い設定値が設定される状況は、内視鏡システム１００Ｅが安定的に動作できる状況なのであり、第２のモードを適用できる。
　そして、低頻度で定められる大きな設定値においては、第１のモードを適用することにより、信頼性を確保する。
　かくして、高信頼性と高効率とを両立できる。

　［第７の実施形態］
　図１６は第７の実施形態に係る内視鏡システム１００Ｆの構成を示すブロック図である。なお、図１６において図１、図３又は図５と同一の要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　内視鏡システム１００Ｆは、内視鏡１、光源装置２Ｆ、ビデオプロセッサ３、モニタ４、ビデオレコーダ５、電源回路６及びバッテリ７を含む。すなわち内視鏡システム１００Ｆは、内視鏡システム１００における光源装置２に代えて光源装置２Ｆを備える。

　光源装置２Ｅは、レーザダイオード２ａ、光変換部材２ｂ、温度センサ２ｃ、光量センサ２ｄ、ドライバ２ｅ、入力部２ｆ、記憶部２ｇ、パルス設定部２ｈＡ、情報蓄積部２ｉ、モード決定部２ｊＦ、バイアス設定部２ｋ及び稼働タイマ２ｍを備える。すなわち光源装置２Ｄは、光源装置２におけるパルス設定部２ｈ及びモード決定部２ｊに代えてパルス設定部２ｈＡ及びモード決定部２ｊＦを備える。

　モード決定部２ｊＦは、(1)電源回路６の動作状態、(2)パルス設定部２ｈにテスト駆動のためのパルス条件を設定させることでレーザダイオード２ａをテスト駆動した際の照明光の光量変化、(3)稼働タイマ２ｍが計測している稼働時間、(4)パルス設定部２ｈで使用される設定値、(5)パルス設定部２ｈで設定されたパルス振幅、あるいは(6)情報蓄積部２ｉに蓄積された過去の設定値の頻度、のうちの少なくとも２つに基づいて動作モードを決定する。

　次に以上のように構成された内視鏡システム１００Ｆの動作について説明する。なお、内視鏡システム１００Ｆの動作において、内視鏡システム１００の動作と異なるのは、動作モードの決定に関わる動作である。そこでここでは、動作モードの決定に関わる動作に絞って説明する。

　　（動作モードの決定）
　モード決定部２ｊＦは、第１～第６の実施形態に示す決定処理のうちの少なくとも２つを実行する。これによりモード決定部２ｊＦは、上記(1)～(6)のうちの少なくとも２つに基づいて動作モードをそれぞれ決定する。ここで決定される動作モードは、以降では予備決定モードと称する。つまりモード決定部２ｊＦは、複数の予備決定モードを決定する。モード決定部２ｊＦが決定する予備決定モードの数を、以下においてはMmaxと記す。

　これとは別にモード決定部２ｊＦは、複数の予備決定モードに基づいて、実際にバイアス設定部２ｋで使用する動作モードを決定する総合決定処理を実行する。なお、この総合決定処理により決定される動作モードを最終決定モードと称する。

　図１７は総合決定処理のフローチャートである。
　ステップＳｅ１においてモード決定部２ｊＦは、予備決定モードのいずれかに変化が生じるのを待ち受ける。そしてモード決定部２ｊＦは、予備決定モードのいずれかに変化が生じたならばＹｅｓと判定し、ステップＳｅ２へと進む。

　ステップＳｅ２においてモード決定部２ｊＦは、変数Mの値として０をセットする。
　ステップＳｅ３においてモード決定部２ｊＦは、変数Mの値を１つ増加する。
　ステップＳｅ４においてモード決定部２ｊＦは、まだ選択していない予備決定モードの１つを選択し、当該予備決定モードとして第１のモードが決定されているか否かを確認する。そしてモード決定部２ｊＦは、第１のモードが決定されているならばＹｅｓと判定し、ステップＳｅ５へと進む。

　ステップＳｅ５においてモード決定部２ｊＦは、最終決定モードとして第１のモードを決定する。そしてモード決定部２ｊＦは、これをもって総合決定処理を終了する。

　一方、モード決定部２ｊＦは、ステップＳｅ４において、選択した予備決定モードとして第２のモードが決定されているならばＮｏと判定し、ステップＳｅ６へと進む。

　ステップＳｅ６においてモード決定部２ｊＦは、変数Mの値がMmaxに到達しているか否かを確認する。そしてモード決定部２ｊＦは、変数Mの値がMmaxに到達していないならばＮｏと判定し、ステップＳｅ３へと戻る。つまりモード決定部２ｊＦは、選択した予備決定モードとして第２のモードが決定されており、かつ未選択の予備決定モードがあるならば、ステップＳｅ３以降を繰り返して、他の予備決定モードとして第１のモードが決定されているか否かを確認してゆく。そしてモード決定部２ｊＦは、変数Mの値がMmaxに到達したならばステップＳｅ６にてＹｅｓと判定し、ステップＳｅ７へと進む。

　ステップＳｅ７においてモード決定部２ｊＦは、最終決定モードとして第２のモードを決定する。そしてモード決定部２ｊＦは、これをもって総合決定処理を終了する。
　なお、モード決定部２ｊＦは、総合決定処理を繰り返し実行する。

　（効果）
　以上のように、モード決定部２ｊＦは、複数の条件に基づいて決定される予備決定モードのうちの１つでも第１のモードに決定した場合には、総合決定モードとして第１のモードを決定する。そしてモード決定部２ｊＦは、複数の予備決定モードの全てを第２のモードに決定している場合には、総合決定モードとして第２のモードを決定する。

　これにより、複数の条件のいずれか１つに基づいて信頼性を確保することが必要であると判断できる状況にあっては、レーザダイオード２ａは第１のモードで駆動され、高い信頼性が確保される。そして、複数の条件のいずれに基づいても信頼性を確保することが必要であるとは判断されない状況にあっては、レーザダイオード２ａは第２のモードで駆動され、省電力が図られる。

　［変形例］
　前記各実施形態では、ドライバ２ｅは、第１のモードにおいてはバイアス電流を常時印加している。しかしながら各実施形態においてドライバ２ｅは、第１のモードにおける駆動電流の印加形態は、変形が可能である。駆動電流の印加形態に関する第１～第３の変形例を以下に説明する。

　［第１の変形例］
　図１８は第１のモードにおける駆動電流の印加状態の第１の変形例を示す図である。なお図１８においては、図２に対して時間方向のみについて２倍に拡大して示している。

　第１の変形例においてドライバ２ｅは、動作モードとして第１のモードを決定している場合には期間P1，P2にバイアス電流を印加する。期間P1は、パルス状の駆動電流を印加しない期間のうちで、パルス状の駆動電流が立ち上がる直前の一部の期間である。期間P2は、パルス状の駆動電流が立ち下がった直後の一部の期間である。

　期間P1，P2は、少なくともレーザダイオード２ａがレーザ発振状態を保持できる時間に渡る期間として、例えば設計者などにより予め設定される。具体的には、レーザダイオード２ａへと注入された電流（注入キャリア）の寿命時間は、例えば10～20nSである。レーザダイオード２ａが高出力のマルチビームタイプである場合、電流注入領域における電流が拡散効果で均一になるのに、一例としては上記寿命時間の10倍以上の時間を要する。したがってこのケースでは、電流注入領域に均一に電流を注入するために、少なくとも0.1μS以上に渡り電流を印加する必要がある。そしてこのケースでは、期間P1，P2は、それぞれ0.1μS以上に設定される。電流注入領域における電流が均一になった状態のレーザダイオード２ａに対してレーザ発光用のパルス状の駆動電流を印加すれば、局所的な電流の集中による局所的な発熱は小さく抑えられる。従って、このような発熱に起因して、レーザダイオード内に欠陥又は光吸収領域が発生したり、そのような欠陥又は領域の増殖を促進させたりする恐れが少ない。つまり、前記第１の実施形態で説明したような高信頼性を実現できる。そして、レーザ発光用のパルス状の駆動電流の立上げ時及び立ち下げ時に電流注入領域における電流が均一になっていればよいのであり、そのために必要ではないバイアス電流の印加は信頼性の向上にあまり寄与しない。

　かくして、図１８に示すように、第１のモードにおけるバイアス電流の印加を一時的とすることにより、第２のモードに対する電力増加を小さく抑えつつ、効率的に信頼性向上を図ることが可能である。

　［第２の変形例］
　図１９は第１のモードにおける駆動電流の印加状態の第２の変形例を示す図である。なお図１９においては、図２に対して時間方向のみについて２倍に拡大して示している。

　第２の変形例においてドライバ２ｅは、動作モードとして第１のモードを決定している場合には、期間P1にバイアス電流を印加する。そして第２の変形例では、第１の変形例における期間P2で行っていたバイアス電流の印加を行わない。

　これにより、レーザダイオード２ａは、発光を停止する際には、高出力レーザモードから駆動電流が全く与えられていない状態へと極めて短時間に変化する。このため、第１の変形例に比べると、信頼性は低下する。しかしながら、レーザダイオード２ａの劣化についての影響は、パルス状の駆動電流が立ち上げ時に比べて立ち下げ時は小さい。したがって、立上げ時にバイアス電流を印加していることにより、第２のモードに比べれば十分に信頼性を向上できる。そして、第２の変形例によれば、バイアス電流の印加期間が第１の変形例よりも短縮されることから、第１の変形例よりも省電力化が図られる。

　［第３の変形例］
　図２０は第１のモードにおける駆動電流の印加状態の第３の変形例を示す図である。なお図２０においては、図２に対して時間方向のみについて2倍に拡大して示している。

　第３の変形例においてドライバ２ｅは、動作モードとして第１のモードを決定している場合には、期間P1において、駆動電流をゼロレベルからパルス状の駆動電流のパルス振幅まで徐々に増加させる。またドライバ２ｅは期間P2において、駆動電流をパルス状の駆動電流のパルス振幅からゼロレベルまで徐々に減少させる。これによりドライバ２ｅは、図１２中に一点鎖線で示すレーザ発光用のパルス状の駆動電流とともに、レーザダイオード２ａへの印加電流の形状を台形状とする。

　この第３の変形例における駆動電流の印加状態によっても、第１の変形例と同様な効果が得られる。

　なお、第３の変形例のさらなる変形例として、ドライバ２ｅは、期間P2における駆動電流の変化を生じさせず、パルス振幅からゼロレベルまで一気に変化させても良い。

　［その他、レーザダイオード２ａの駆動に関して（各実施形態共通）］
　（パワー変換効率を考慮した駆動電流条件の設定）
　図２１はマルチモードの高出力青色発光タイプのレーザダイオードに関するパワー変換効率の注入電流に対する変化を、雰囲気温度25℃、40℃及び60℃のそれぞれについて示した図である。

　高出力青色発光タイプのレーザダイオードは、材料として用いられるGaInN又はAlGaNの熱伝導率が、ガラスと同程度またはこれより大きく、GaAs又はInP系の近赤外域の材料にくらべて約4倍以上大きい。したがって、レーザダイオードの信頼性を左右するレーザダイオードの出射端面の劣化の耐性が非常に強く、雰囲気温度の上昇に対するパワー変換効率の低下は低い。

　高出力青色発光タイプのレーザダイオードをレーザダイオード２ａとして用いる場合には、想定される雰囲気温度範囲内でパワー変換効率が比較的悪い雰囲気温度についての特性に基づき印加電流値Idt1，Idt2を設定する。例えば雰囲気温度が60℃である場合の特性に基づき、そのパワー変換効率の最大値WPmaxに1未満の係数を乗じて求まる値をWPsとし、パワー変換効率として値WPs以上が得られる最小及び最大の印加電流値をIdt1，Idt2とする。つまり印加電流値Idt1，Idt2は、WPs以上のパワー変換効率を得るためにレーザダイオード２ａに印加すべき電流値の範囲の下限と上限とを示す。係数は、例えば0.9である。この場合、値WPsは、最大効率WPmaxの10％減の値である。ただし、係数は例えば設計者などにより任意に設定されてよい。また値WPsは、最大効率WPmax未満の値であれば、例えば設計者などにより任意に設定されてよい。

　そして、設定値が予め定めた閾値設定値よりも高い場合には、駆動電流についてのパルス振幅をIdtsに設定するとともに、デューティ比を充分に大きく設定することにより、レーザダイオード２ａで発光時に発生した熱が、発光停止時に充分放熱されるように設定することが望ましい。

　（印加パルス幅とレーザダイオード２ａの発熱）
　図２２はレーザダイオード２ａに印加したパルス幅Twと熱抵抗Rthとの関係を示す図である。図２２は、CanタイプのGaN系レーザダイオードをレーザダイオード２ａとして用いる場合の一例を示す。

　図２２は具体的には、レーザダイオード２ａを駆動するにあたり発生する熱によるレーザダイオード２ａの波長のシフト量から熱抵抗Rthを測定した結果を示す。雰囲気温度は、標準状態である25℃としている。そして、定格光出力で、印加パルス幅Twを変えながらレーザダイオード２ａを駆動した場合の熱抵抗Rthの変化を図２２に示している。

　図２２から、印加パルス幅Twが短いほど、熱抵抗Rthが小さくなるため、温度上昇がしにくいことが分かる。CanタイプのGaN系の高出力レーザダイオードのＣＷ状態での熱抵抗Rthは15［℃/W］程度が平均的な値である。これに対して、近赤外域の波長810nmのAlGaAs系のレーザダイオードでは、標準的な熱抵抗Rthは、50[℃/W]程度である。これは、赤色光又は近赤外光の波長域をカバーするGaAs系の材料の熱伝導率が、ガラスの熱伝導率に比べ、1/3～1/4と小さく、放熱がInGaN系の材料に比べて、あまり良くないことに起因している。

　熱抵抗RthをＣＷ（continuous wave）状態と比較して少なくとも1/3以下にするには、パルス幅を10μSよりも短いパルス幅Twに設定することが好ましい。レーザダイオード２ａの内部での発熱を殆ど無視できるようにするためには、パルス幅Twは、1μｓ以下として、高速パルス駆動することが望ましい。

　ただし、ナノ秒クラスのさらなる高速パルス動作では、半導体レーザパルス動作に特有な数GHz程度の緩和周波数fmの1/10程度、すなわち数100MHz程度の高周波でパルス駆動することが想定される。この場合、レーザ発振の時間遅れ、あるいはパルス立ち上がり時のオーバーシュート現象が発生する。これは、急激な短パルス信号を発生させ、そのピークパルス電流が、レーザダイオード２ａの最大許容電流を越える危険性が発生する。

　レーザダイオード２ａは、たとえパルス幅Twが、ナノ秒の短時間でも最大許容電流を越えれば、両端面に設けられた反射ミラーの結晶の反射率を低下させ、急激なレーザダイオード２ａの劣化を誘発し、信頼性を急速に劣化させる。

　そこで、前述した各実施形態における第１のモードを適用すれば、レーザダイオード２ａはパルス印加電流に高速で対応し、立ち上がり時や立下り時に、応答の遅れを発生しないので、信頼性の向上に有効である。

　本実施形態は、次のような変形実施が可能である。
　光源装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Fは、内視鏡システム１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆに組み込まれずに独立した装置として実現され、任意の内視鏡システムに装着されて利用される形態であってもよい。

　内視鏡１と、光源装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ又は２Fとを一体化してなり、ビデオプロセッサ３に対して映像信号を無線送信するワイヤレスタイプとして実現することも可能である。

　本発明は、上記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できる。また、上記実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。

Claims (24)

1. 照明光として利用されるレーザ光を発するレーザダイオードと、
   　前記レーザダイオードの動作モードを決定する決定部と、
   　前記レーザダイオードへのバイアス電流の印加状況を、前記決定部により決定された動作モードに応じた印加状況としつつ、前記レーザダイオードを駆動する駆動部と、
   を具備する光源装置。
2. 前記決定部は、前記レーザダイオードの安定性が異なる複数の動作モードのうちの１つを前記光源装置の使用状態に基づいて選択して前記動作モードとして決定する請求項１に記載の光源装置。
3. 前記決定部は、第１のモードと、この第１のモードに比べて前記レーザダイオードの動作に関する信頼性が低く、かつ消費電力が小さい第２のモードとのいずれか１つを前記動作モードとして決定する請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 前記駆動部は、前記動作モードが前記第２のモードであるならば、前記レーザダイオードにバイアス電流を印加しない請求項３に記載の光源装置。
5. 前記駆動部は、前記動作モードが前記第１のモードであるならば、前記レーザダイオードに予め定められた大きさのバイアス電流を印加する請求項３又は請求項４に記載の光源装置。
6. 前記決定部は、前記光源装置の連続動作時間が所定時間に対して短いならば、前記動作モードとして前記第２のモードを決定する請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記決定部は、前記光源装置の連続動作時間が所定時間に対して長いならば、前記動作モードとして前記第１のモードを決定する請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記決定部は、前記レーザダイオードの発光量の変動量が所定量以上であるならば、前記動作モードとして前記第２のモードを決定する請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 前記決定部は、前記レーザダイオードの発光量の変動量が所定量未満であるならば、前記動作モードとして前記第１のモードを決定する請求項３乃至請求項５又は請求項８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記決定部は、前記レーザダイオードの累積稼動時間が所定時間未満であるならば、前記動作モードとして前記第２のモードを決定する請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 前記決定部は、前記レーザダイオードの累積稼動時間が所定時間以上であるならば、前記動作モードとして前記第１のモードを決定する請求項３乃至請求項５又は請求項１０のいずれか１項に記載の光源装置。
12. 前記駆動部は、前記レーザダイオードの発光量を設定光量に近付けるように前記レーザダイオードを駆動し、
    　前記決定部は、前記設定光量が前記レーザダイオードの最大許容発光量よりも小さな所定発光量以上であるならば、前記動作モードとして前記第１のモードを決定し、前記設定光量が前記所定発光量未満であるならば、前記動作モードとして前記第２のモードを決定する請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
13. 前記決定部は、前記レーザダイオードの雰囲気温度が所定温度未満であるならば前記動作モードとして前記第１のモードを決定し、前記レーザダイオードの雰囲気温度が所定温度以上であるならば前記動作モードとして前記第２のモードを決定する請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
14. 前記レーザダイオードは、供給される駆動電流の大きさに応じてパワー変換効率が変化し、
    　前記決定部は、前記パワー変換効率が、その最大値よりも低い所定値以上となる大きさの駆動電流が前記駆動部により前記レーザダイオードに供給されるならば、前記動作モードとして前記第１のモードを決定し、前記パワー変換効率が前記所定値未満となる大きさの駆動電流が前記駆動部により前記レーザダイオードに供給されるならば、前記動作モードとして前記第２のモードを決定する請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
15. 前記決定部は、前記レーザダイオードの安定性が異なる複数の動作モードのうちの１つを前記光源装置の使用状態に関わる複数の因子に基づいて選択して前記動作モードとして決定する請求項１に記載の光源装置。
16. 前記複数の動作モードの候補は、第１のモードと、この第１のモードに比べて前記レーザダイオードの動作に関する信頼性が低く、かつ消費電力が小さい第２のモードとであり、
    　前記決定部は、前記複数の因子のそれぞれに基づいて前記第１のモード又は第２のモードをそれぞれ選択し、前記第１のモードが少なくとも１つ選択されたならば前記第１のモードを前記動作モードとして決定する請求項１５に記載の光源装置。
17. 前記駆動部は、パルス状の駆動電流を前記レーザダイオードへと供給するとともに、前記動作モードが前記第１のモードであるならば、前記パルス状の駆動電流の印加開始前の少なくとも前記レーザダイオードがレーザ発振状態を保持できる時間に渡る期間に前記レーザダイオードに前記バイアス電流を印加する請求項３乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光源装置。
18. 前記駆動部は、前記動作モードが前記第１のモードであるならば、前記パルス状の駆動電流の印加終了後から少なくとも前記レーザダイオードがレーザ発振状態を保持できる時間に渡る期間に前記レーザダイオードに前記バイアス電流を印加する請求項１７に記載の光源装置。
19. 前記駆動部は、前記動作モードが前記第１のモードであるならば、台形パルス状の駆動電流を前記レーザダイオードへと供給する請求項３乃至請求項１４及び請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載の光源装置。
20. 前記レーザダイオードの発光量に関連付けて、パルス数、パルス幅及びパルス振幅の少なくともいずれか１つを表した設定データを記憶する記憶部をさらに備え、
    　前記駆動部は、パルス状の駆動電流を前記レーザダイオードへと供給することとし、かつ一定期間内におけるパルス数、パルス時間幅及びパルス振幅の少なくともいずれか１つを前記設定データに基づいて設定する請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の光源装置。
21. 前記パルス時間幅は、パルス間隔以下である請求項２０に記載の光源装置。
22. 前記記憶部が記憶する前記設定データは、所定範囲内である発光量に対しては、前記レーザダイオードのパワー変換効率が所定効率値以上となる駆動電流範囲内の最大電流値に相当するパルス振幅と、当該パルス振幅を持ったパルス状の駆動電流により前記発光量のレーザ光が前記レーザダイオードにより発光されるようになる比率の前記パルス時間幅及びパルス間隔とを表す請求項２０に記載の光源装置。
23. 前記レーザダイオードは、青紫色、青色、緑色及び赤色のいずれかに相当する波長又はその１／２の波長の光、あるいはそれらの波長の複数が混合した光を発する請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の光源装置。
24. 請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の光源装置を備え、当該光源装置が発する光を、被写体を照明する照明光として出射する照明部と、
    　前記被写体を撮影して画像を得る撮影部と、
    を具備する内視鏡装置。

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