WO2022190390A1 - 光源装置 - Google Patents

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WO2022190390A1
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heat
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electrode
light
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徹 久保井
雄亮 矢部
理人 石川
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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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    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20Controlling the colour of the light
    • H05B45/28Controlling the colour of the light using temperature feedback

Definitions

  • the endoscope system uses WLI (White Light Imaging) using white light, NBI (Narrow Band Imaging) using blue and green narrow band lights, and two types of red narrow band light and green illumination light. There are some that can switch observation modes such as RDI (Red Dichromatic Imaging).
  • a light source device included in such an endoscope observation system has a plurality of light source units that generate light of different wavelengths (see, for example, Patent Document 1).
  • Cited Document 2 discloses a technique for miniaturizing a light source device by mounting a plurality of light source units on one heat sink.
  • an insulated light source such as an LD (Laser Diode) in which the electrode and the heat dissipation part that dissipates the heat generated in the light emitting part are insulated, even if a plurality of light source parts are mounted on one heat dissipation part, each Since the electrodes of the light source sections are insulated from each other, the light amount of each light source section can be individually controlled.
  • LD Laser Diode
  • JP 2019-136555 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-184613
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a light source device that can be miniaturized including a non-insulated light source section.
  • the second light source section includes an LD, an LED in which the first electrode and the first heat dissipation region are electrically insulated, or the first electrode and the The LED is electrically connected to a first heat dissipation area and has an insulating portion positioned between the first heat dissipation area and the heat dissipation portion.
  • the heat dissipation section has a surface area set based on the amounts of heat generated by the first light source section and the second light source section.
  • the present invention it is possible to realize a light source device that can be miniaturized including a non-insulated light source unit.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of an endoscope observation system including a light source device according to Modification 1.
  • FIG. FIG. 19 is a diagram showing the sum of the amount of heat generated in mode A when the three light sources use a common heat radiating section.
  • FIG. 20 is a diagram showing the sum of the amount of heat generated in mode B when the three light sources share a heat radiating section.
  • FIG. 21 is a diagram showing the sum of the amount of heat generated in mode C when the three light sources share a heat radiating section.
  • FIG. 22 is a diagram showing the maximum amount of heat generated in all modes.
  • FIG. 23 is a diagram showing the amount of heat generated when each light source section has an independent heat dissipation section.
  • Embodiments of the light source device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited by these embodiments. In the following embodiments, a light source device including five light sources having different wavelengths will be described as an example, but the present invention can be applied to general light source devices including non-insulated light source units.
  • the light source device 100 includes an Amber (hereinafter referred to as “Am”) LD 101, a Violet (hereinafter referred to as “V”) LED 102, a Green (hereinafter referred to as “G”) LD 103, and a Blue (hereinafter referred to as “G”) LD 103. ) LED 104, Red (hereinafter referred to as “R”) LED 105, optical sensors 106 to 110, rotating filter 111, lens 112, light source control unit 113, and control unit 114 , and a storage unit 115 .
  • Amber hereinafter referred to as “Am”
  • V Violet
  • G Green
  • G Blue
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the light source device shown in FIG.
  • the AmLD 101 to RLED 105 include electrodes 1011 to 1051 to which a current is applied, light emitting units 1012 to 1052 that emit light at different wavelengths due to the current applied to the electrodes 1011 to 1051, and a light emitting unit 1012. and heat dissipation regions 1013 to 1053 for dissipating heat generated in 1052, respectively.
  • the light source device 100 also includes a blower section 116, lenses 1014-1054, and dichroic mirrors 1015-1055.
  • the AmLD 101 and GLD 103 which are the second light sources, are LDs, for example.
  • the electrode and the heat radiation area are electrically insulated, so in the AmLD 101, the electrode 1011 and the heat radiation area 1013 are electrically insulated.
  • electrode 1031 and heat dissipation region 1033 are electrically insulated.
  • the AmLD 101 and GLD 103 may be light sources in which the electrodes and the heat dissipation area are electrically insulated, and LEDs in which the electrodes and the heat dissipation area are electrically insulated, or the electrodes and the heat dissipation area are electrically insulated.
  • the insulating part is made of, for example, TIM (Thermal Interface Material), which is an insulating material that conducts heat well.
  • the GLD 103 is mounted on the heat dissipation portion 121 .
  • the BLED 104 is mounted on the radiator 122 .
  • the RLED 105 is mounted on the radiator 123 .
  • the electrodes 1011 to 1051 are electrically insulated from each other, the light amounts of the AmLD 101 to RLED 105 can be individually controlled.
  • the GLD 103 to RLED 105 are independently mounted on the heat dissipation portions 121 to 123, respectively, the electrodes and the heat dissipation regions may not be electrically insulated, but they may be insulated.
  • the dichroic mirrors 1015 to 1055 reflect light in wavelength bands emitted from the AmLD 101 to RLED 105, respectively, and transmit light in other wavelength bands.
  • the optical sensors 106-110 measure the intensity of light emitted from the AmLD 101-RLED 105, respectively, and output the measurement results to the control unit 114.
  • the rotary filter 111 arranges a filter that removes unnecessary light according to the observation mode on the optical path.
  • a lens 112 couples the light emitted from the AmLD 101 to RLED 105 to the light guide 22 .
  • the light source control unit 113 controls the amount of light emitted by the AmLD 101-RLED 105 by independently controlling the currents applied to the electrodes 1011-1051.
  • the control unit 114 centrally controls the light source device 100 .
  • the control unit 114 is configured using a general-purpose processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a dedicated processor such as various arithmetic circuits that execute specific functions such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • a general-purpose processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a dedicated processor such as various arithmetic circuits that execute specific functions such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the storage unit 115 stores various programs for operating the light source device 100 .
  • the storage unit 115 can record various programs on computer-readable recording media such as hard disks, flash memories, CD-ROMs, DVD-ROMs, flexible disks, etc., and distribute them widely.
  • the various programs described above can also be obtained by downloading via a communication network.
  • the communication network here is realized by, for example, an existing public line network, LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network), etc., and it does not matter whether it is wired or wireless.
  • the storage unit 115 having the above configuration is implemented using a ROM (Read Only Memory) in which various programs etc. are pre-installed, and a RAM, hard disk, etc. for storing calculation parameters, data, etc. for each process.
  • ROM Read Only Memory
  • the heat dissipation parts 120 to 123 are made of a material such as copper or aluminum that conducts electricity and heat well.
  • the heat dissipation part 120 is thermally connected to the heat dissipation regions 1013 and 1023 .
  • the heat dissipation part 120 has a surface area set based on the amount of heat generated by the AmLD 101 and the VLED 102 .
  • the heat dissipation portions 121-123 are thermally connected to the heat dissipation regions 1033-1053, respectively.
  • the heat radiation portions 121 to 123 have surface areas set based on the heat generation amounts of the GLD 103 to RLED 105, respectively.
  • FIG. 3 is a perspective view of the heat radiating portion shown in FIG.
  • the heat dissipation part 120 has a joint part 1201 joined to the heat dissipation regions 1013 and 1023, and a fin 1202 formed in a plate shape to increase the surface area.
  • the heat radiating sections 121 to 123 have joints joined to the heat radiating regions 1033 to 1053, respectively, and fins formed in a plate shape to increase the surface area.
  • the radiators 120 to 123 are arranged so that the fins are parallel to the arrow Ar in FIG.
  • the image processing device 200 receives the image data captured by the imaging unit 24 from the endoscope 20 and the scope ID, and performs various signal processing on the image data according to the scope ID.
  • the operation panel device 300 includes, for example, a touch panel, operation switches, etc., and receives user's operation input. A signal generated by an operation input received by operation panel device 300 is output to control unit 114 . In addition, current setting values of the light source device 100 and the like can be displayed on the operation panel device 300 .
  • the endoscope 20 includes an insertion portion 21 inserted into the subject, a light guide 22 that guides light emitted from the light source device 100 to the distal end of the insertion portion 21, and light guided by the light guide 22 into the subject. an irradiating lens 23, an imaging unit 24 for capturing an image inside the subject, a scope ID transmission unit 25 for transmitting a scope ID to the image processing device 200, a connector 26 connected to the endoscope observation device 10, Prepare.
  • the imaging unit 24 has an optical system that collects light reflected within the subject, and an imaging device that receives the light collected by the optical system, photoelectrically converts the light into an electric signal, and performs signal processing.
  • the imaging element is realized by using, for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of light adjustment control processing in the light source device.
  • the light source device 100 first acquires scope information including a scope ID from the endoscope 20 (step S1).
  • control unit 114 acquires the outputs of the optical sensors 106 to 110 (step S3).
  • the control unit 114 generates light control information including the calculated control value of each light source (step S6).
  • the light source control unit 113 applies currents corresponding to the dimming information to the AmLDs 101 to RLEDs 105 to drive the AmLDs 101 to RLEDs 105 (step S7).
  • FIG. 6 is a diagram showing the amount of heat generated in Mode A.
  • FIG. 6 shows the total amount of heat generated when the light source units listed in the vertical direction and the light source units listed in the horizontal direction are mounted on one heat dissipation unit.
  • the calorific value of 5 W of the VLED 102 in mode A and the calorific value of 10 W of the GLD 103 in mode A shown in FIG. becomes.
  • FIG. 7 is a diagram showing the amount of heat generated in Mode B. As in FIG. 6, FIG. 7 shows the total amount of heat generated when the light source units listed in the vertical direction and the light source units listed in the horizontal direction are mounted on one heat dissipation unit. For example, when the VLED 102 and the GLD 103 are mounted on one heat radiating part, the calorific value of 30 W of the VLED 102 in mode A and the calorific value of 0 W of the GLD 103 in mode A shown in FIG. becomes.
  • FIG. 9 is a diagram showing the maximum heat generation in all modes. That is, FIG. 9 describes the maximum values of the values shown in FIGS. For example, when the VLED 102 and the GLD 103 are mounted on one heat sink, the amount of heat generated in mode A is 15 W (see FIG. 6), the amount of heat generated in mode B is 30 W (see FIG. 7), and the amount of heat generated in mode C is 0 W (see FIG. 7). 8), the maximum amount of heat generated is 30W.
  • FIG. 10 is a diagram showing the amount of heat generated when each light source section has an independent heat dissipation section. That is, in FIG. 10, the sum of the calorific value shown in the bottom row of FIG. 5 is described.
  • the total amount of heat generated is 40 W by adding the heat amount of 30 W of the VLED 102 and the heat amount of 10 W of the GLD 103 shown in FIG.
  • the VLED 102 and the AmLD 101 having the maximum absolute value are mounted on one heat sink, they are mounted on the heat sink 120 that can dissipate the heat of the light source with a heat generation of 30 W, as shown in FIG. do it.
  • the VLED 102 and the AmLD 101 are independently mounted on the heat dissipation part, so a heat dissipation part capable of dissipating the heat of the light source with a heat generation amount of 55 W was required. Therefore, when the VLED 102 and the AmLD 101 are mounted on one heat sink 120 as in the first embodiment, the heat sink 120 can be made smaller by 25 W than the conventional technology.
  • the heat radiation part 120 has a surface area set based on the amount of heat generated by the AmLD 101 and the VLED 102, according to Embodiment 1, the light source device 100 including the non-insulated light source part (VLED 102) can be miniaturized. .
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a light source included in a light source device according to Embodiment 2.
  • FIG. 2 there are two types of light sources, light source A and light source B, and as an example, assume that the heat generation amounts Q are 60 W and 50 W, respectively.
  • the cooling target temperature Tj is set based on the temperature allowed by each light source, and is 130° C. and 90° C., respectively.
  • the permissible thermal resistance R th ⁇ T/Q should be 1.5° C./W and 1.0° C./W or less, respectively.
  • FIG. 13 is a diagram showing the allowable heat resistance of each light source.
  • FIG. 14 is a diagram showing the thermal conductance of each light source.
  • FIG. 14 shows thermal conductance C th calculated from allowable thermal resistance R th shown in FIG.
  • R th the allowable thermal resistance R th of the VLED 102 in mode A
  • each light source unit must be able to emit heat in the mode with the largest thermal conductance Cth among all modes.
  • FIG. 15 is a diagram representing the maximum thermal conductance of all modes.
  • FIG. 15 shows the thermal conductance Cth with respect to the total amount of heat generated when the light source units listed in the vertical direction and the light source units listed in the horizontal direction are mounted on one heat dissipation unit.
  • the heat generation amount of 30 W shown in FIG. 9 is the maximum heat generation amount for modes A to C.
  • FIG. 16 is a diagram showing thermal conductance when each light source section has an independent heat dissipation section.
  • FIG. 16 can be represented by the sum of the prior art configurations shown in FIG. For example, the sum of the thermal conductances Cth of VLED 102 and GLD 103 is 0.44 by adding 0.33 and 0.11.
  • FIG. 17 is a diagram showing the effect of sharing the heat dissipation part.
  • values obtained by subtracting the values in FIG. 15 from the values in FIG. 16 are shown.
  • the electrodes of the light source units are not insulated from each other. lose control. Therefore, when controlling the light amount of the light emitting section individually, two light source sections cannot be mounted on one heat dissipating section in the combination hatched with oblique lines in FIG.
  • the heat dissipation part 120 has a surface area set based on the thermal conductance C th of the AmLD 101 and the VLED 102, according to Embodiment 1, the light source device 100 including the non-insulated light source part (VLED 102) can be miniaturized. can be done.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of an endoscope observation system including a light source device according to Modification 1.
  • the light source device 500 includes a VLD 501, an insulated GLED 502, an RLED 503, a BLED 504, and an AmLD 505.
  • the VLD 501 to AmLD 505 include electrodes 5011 to 5051 to which current is applied, light emitting units 5012 to 5052 that emit light at different wavelengths due to the current applied to the electrodes 5011 to 5051, and heat generated in the light emitting units 5012 to 5052. and radiating heat dissipation regions 5013 to 5053, respectively.
  • the light source device 500 also includes lenses 5014 to 5054 and dichroic mirrors 5015 to 5055 . Further, the same reference numerals as in Embodiment 1 are assigned to the same configurations as those in Embodiment 1, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the RLED 503 and BLED 504, which are the first light sources, are LEDs, for example.
  • the electrode 5031 and the heat dissipation area 5033 are electrically connected.
  • electrode 5041 and heat dissipation region 5043 are electrically connected.
  • the VLD 501 and AmLD 505, which are the second light sources, are LDs, for example.
  • the isolated GLED 502, which is the second light source, is an isolated LED in which the electrodes and the heat dissipation area are electrically insulated.
  • electrode 5011 and heat dissipation region 5013 are electrically insulated.
  • the electrode 5021 and the heat dissipation area 5023 are electrically isolated.
  • electrode 5051 and heat dissipation region 5053 are electrically insulated.
  • the VLD 501 , the insulated GLED 502 and the RLED 503 are mounted on the radiator 520 .
  • the VLD 501, the insulated GLED 502, and the RLED 503 share one heat sink 520 for use. Since the electrode 5011 of the VLD 501 and the heat dissipation region 5013 are electrically insulated, the electrode 5011 and the heat dissipation portion 520 are electrically insulated, and the electrode 5021 and the heat dissipation region 5023 of the insulating GLED 502 are electrically isolated.
  • the electrode 5021 and the heat dissipation part 520 are electrically insulated, the electrode 5031 of the RLED 503 and the heat dissipation area 5033 are electrically connected, so that the electrode 5031 and the heat dissipation part 520 are electrically connected. Therefore, since the electrode 5011, the electrode 5021 and the electrode 5031 are electrically insulated from each other, by controlling the current applied to the electrode 5011, the electrode 5021 and the electrode 5031, the VLD 501, the insulated GLED 502 and the RLED 503 can be individually controlled.
  • the BLED 504 is mounted on the heat dissipation portion 521 .
  • the AmLD 505 is mounted on the radiator 522 .
  • the electrodes 5011 to 5051 are electrically insulated from each other, the light amounts of the VLD 501 to AmLD 505 can be individually controlled.
  • the BLED 504 and the AmLD 505 are independently mounted on the heat radiating portions 521 and 522, respectively, the electrodes and the heat radiating regions may not be electrically insulated, but may be insulated.
  • the lenses 5014 to 5054 converge the light emitted from the VLD 501 to AmLD 505 and convert them into substantially parallel light.
  • the dichroic mirrors 5015 to 5055 reflect light in wavelength bands emitted by the VLDs 501 to AmLD 505, respectively, and transmit light in other wavelength bands.
  • FIG. 20 is a diagram showing the sum of the amount of heat generated when the heat radiating parts of the three light sources are shared in mode B.
  • FIG. 20 shows the total amount of heat generated by all patterns when three light source units are mounted on one heat radiating unit in mode B.
  • the calorific value of the VLD 501 in Mode B is 30 W
  • the calorific value of the BLED 504 in Mode B is 0 W
  • the insulation type in Mode B is shown in FIG.
  • the total heat generation amount is 100 W.
  • FIG. 22 is a diagram showing the maximum heat generation in all modes. That is, FIG. 22 describes the maximum values of the values shown in FIGS. 19-21.
  • the amount of heat generated in mode A is 75 W (see FIG. 19)
  • the amount of heat generated in mode B is 100 W (see FIG. 20)
  • the amount of heat generated in mode C is Since the amount is 10W (see FIG. 21)
  • the maximum heat generation amount is 100W.
  • FIG. 23 is a diagram showing the amount of heat generated when each light source section has an independent heat dissipation section. That is, in FIG. 23, the sum of the calorific value shown in the bottom row of FIG. 5 is described.
  • the calorific value of 30 W of the VLD 501, the calorific value of 10 W of the BLED 504, and the calorific value of 70 W of the insulated GLED 502 shown in FIG. By adding, the total amount of heat generated is 110W.
  • FIG. 24 is a diagram showing the effect of sharing the heat dissipation part.
  • FIG. 24 shows values obtained by subtracting the values in FIG. 23 from the values in FIG.
  • the electrodes of the light source units are not insulated from each other, so the light intensity of the light emitting unit can be adjusted individually. out of control. Therefore, in the case of individually controlling the light amount of the light emitting section, it is not possible to mount three light source sections on one heat dissipating section in the combinations hatched with oblique lines in FIG.
  • the heat dissipation that can dissipate the heat of the light source with a heat generation amount of 100 W is shown in FIG. It may be implemented in the unit 520 .
  • the VLD 501, the insulated GLED 502, and the RLED 503 are independently mounted on the heat dissipation part as shown in FIG. Therefore, when the VLD 501, the insulated GLED 502, and the RLED 503 are mounted on one heat sink 520 as in Modification 1, the heat sink 520 can be made smaller by 30 W than the conventional technology.
  • the heat dissipation part 520 has a surface area set based on the amount of heat generated by the VLD 501, the insulated GLED 502, and the RLED 503, according to Modification 1, the light source device 500 including the non-insulated light source part (RLED 503) is miniaturized. can do.
  • FIG. 25 is a schematic diagram showing the configuration of an endoscope observation system including a light source device according to Modification 2.
  • light source device 600 includes VLD 601 , AmLED 602 , BLD 603 , GLED 604 and RLED 605 .
  • the VLD 601 to RLED 605 include electrodes 6011 to 6051 to which current is applied, light emitting units 6012 to 6052 that emit light at different wavelengths due to the current applied to the electrodes 6011 to 6051, and heat generated in the light emitting units 6012 to 6052. and radiating heat dissipation regions 6013 to 6053, respectively.
  • the light source device 600 also includes lenses 6014-6054 and dichroic mirrors 6015-6055. Further, the same reference numerals as in Embodiment 1 are assigned to the same configurations as those in Embodiment 1, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the AmLED 602 as the first light source, the GLED 604 as the first light source, and the RLED 605 are LEDs, for example.
  • electrode 6021 and heat dissipation area 6023 are electrically connected.
  • electrode 6041 and heat dissipation region 6043 are electrically connected.
  • electrode 6051 and heat dissipation region 6053 are electrically connected.
  • the VLD 601 and AmLED 602 are mounted on the heat dissipation part 620.
  • the VLD 601 and the AmLED 602 share one heat sink 620 for use. Since the electrode 6011 of the VLD 601 and the heat dissipation area 6013 are electrically insulated, the electrode 6011 and the heat dissipation part 620 are electrically insulated, and the electrode 6021 of the AmLED 602 and the heat dissipation area 6023 are electrically insulated. Since they are connected, the electrode 6021 and the heat radiating section 620 are electrically insulated. Therefore, since the electrodes 6011 and 6021 are electrically insulated from each other, the light amounts of the VLD 601 and the AmLED 602 can be individually controlled by controlling the current applied to the electrodes 6011 and 6021. .
  • the BLD 603 and GLED 604 are mounted on the radiator 621.
  • the BLD 603 and the GLED 604 share one heat sink 621 for use. Since the electrode 6031 of the BLD 603 and the heat dissipation area 6033 are electrically insulated, the electrode 6031 and the heat dissipation part 621 are electrically insulated, and the electrode 6041 of the GLED 604 and the heat dissipation area 6043 are electrically isolated. Since they are connected, the electrode 6041 and the heat radiating section 621 are electrically insulated. Therefore, since the electrodes 6031 and 6041 are electrically insulated from each other, the light amounts of the BLD 603 and the GLED 604 can be individually controlled by controlling the current applied to the electrodes 6031 and 6041. .
  • the RLED 605 is mounted on the heat dissipation portion 622 .
  • the electrodes 6011 to 6051 are electrically insulated from each other, the light amounts of the VLD 601 to RLED 605 can be individually controlled.
  • the electrode and the heat dissipation region may not be electrically insulated, but may be insulated.
  • the heat dissipation part 620 is thermally connected to the heat dissipation region 6013 of the VLD 601 and the heat dissipation region 6023 of the AmLED 602 .
  • the heat sink 620 is thermally connected to the heat sink area 6033 of the BLD 603 and the heat sink area 6043 of the GLED 604 .
  • the heat dissipation part 622 is thermally connected to the heat dissipation area 6053 .
  • Lenses 6014 to 6054 converge the light emitted from VLD 601 to RLED 605, respectively, and convert them into substantially parallel light.
  • the dichroic mirrors 6015 to 6055 reflect light in wavelength bands emitted by the VLD 601 to RLED 605, respectively, and transmit light in other wavelength bands.
  • FIG. 27 is a diagram showing the sum of the heat generation amount of each pattern in mode A.
  • FIG. 27 shows common A (corresponding to double circles in FIG. 26), common B (corresponding to black circles in FIG. 26), and heat dissipation patterns in mode A when the heat dissipation part is shared as in each pattern in FIG.
  • Each calorific value in the case of individual mounting is described in the part. For example, when the VLD 601 and the BLD 603 are mounted on one heat dissipation unit, the calorific value of 5 W of the VLD 601 in mode A and the calorific value of 10 W of the BLD 603 in mode A shown in FIG. is 15W.
  • the calorific value 60 W of the mode A GLED 604 and the calorific value 25 W of the mode A AmLED 602 shown in FIG. becomes.
  • a single RLED 605 generates 30W of heat.
  • FIG. 29 is a diagram showing the sum of the heat generation amount of each pattern in mode C.
  • FIG. FIG. 29 shows the amount of heat generated in the case of mounting the common A, common B, and heat radiating portions independently when the heat radiating portions are shared as in each pattern of FIG. 26 in mode C.
  • FIG. For example, when the VLD 601 and the BLD 603 are mounted on one heat sink, the calorific value 0 W of the VLD 601 in mode C and the calorific value 0 W of the BLD 603 in mode C shown in FIG. becomes 0 W.
  • the calorific value 10 W of the mode C GLED 604 and the calorific value 10 W of the mode C AmLED 602 shown in FIG. becomes.
  • the amount of heat generated by a single RLED 605 is 5W.
  • the maximum calorific value is 85W.
  • pattern No. 1 in the single case, the amount of heat generated in mode A is 30 W (see FIG. 27), the amount of heat generated in mode B is 0 W (see FIG. 28), and the amount of heat generated in mode C is 5 W (see FIG. 29). The amount of heat generated is 30W.
  • FIG. 31 is a diagram showing the amount of heat generated when each light source section has an independent heat dissipation section. That is, in FIG. 31, the sum of the calorific value shown in the bottom row of FIG. 5 is described. For example, pattern no. 1, in the case of common A, the calorific value of 30 W of the VLD 601 and the calorific value of 10 W of the BLD 603 shown in FIG. Similarly, pattern no. 1, in the case of common B, the heat generation amount of 70 W of the GLED 604 and the heat generation amount of 25 W of the AmLED 602 shown in FIG. Moreover, pattern No. 1, the heat output of a single RLED 605 is 30W.
  • FIG. 32 is a diagram showing the effect of sharing the heat dissipation part.
  • FIG. 32 shows values obtained by subtracting the values in FIG. 31 from the values in FIG. In the pattern of FIG. 32, No. 35 with the maximum absolute value.
  • the heat dissipation portion can be made smaller by 35 W than the conventional technology.
  • the heat radiating portion 620 has a surface area set based on the amount of heat generated by the VLD 601 and the AmLED 602, and the heat radiating portion 621 has a surface area set based on the amount of heat generated by the BLD 603 and the GLED 604.
  • the light source device 600 including the non-insulated light source units (VLD 601 and BLD 603) can be miniaturized.
  • endoscope observation system 10 endoscope observation device 20 endoscope 21 insertion section 22 light guide 23, 112, 1014, 1024, 1034, 1044, 1054, 5014, 5024, 5034, 5044, 5054, 6014, 6024, 6034, 6044, 6054 lens 24 imaging unit 25 scope ID transmission unit 26 connector 100, 500, 600 light source device 101, 505 AmLD 102 VLEDs 103 GLD 104, 504 BLEDs 105, 503, 605 RLEDs 106, 107, 108, 109, 110 optical sensor 111 rotating filter 113 light source control unit 114 control unit 115 storage unit 116 blower unit 120, 121, 122, 123, 520, 521, 522, 620, 621, 622 heat dissipation unit 501, 601 VLD 502 isolated GLED 602 Am LEDs 603 BLD 604 GLED 1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 5011, 5021, 5031, 5041, 5051, 6011, 6021

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Abstract

光源装置は、電流が印加される第1電極、前記第1電極に印加された電流により発光する第1発光部、及び前記第1発光部において発生した熱を放出する第1放熱領域を有する第1光源部と、電流が印加される第2電極、前記第2電極に印加された電流により前記第1発光部と異なる波長にて発光する第2発光部、及び前記第2発光部において発生した熱を放出する第2放熱領域を有する第2光源部と、前記第1電極と電気的に接続されており、前記第2電極と電気的に絶縁されており、前記第1放熱領域及び前記第2放熱領域に熱的に接続されている放熱部と、を備える。これにより、非絶縁型の光源部と絶縁型の光源部とを含む光源装置を小型化することができる光源装置を提供する。

Description

光源装置
 本発明は、光源装置に関する。
 内視鏡観察における医療従事者の負担を低減させるため、内視鏡観察システムを構成する各装置の小型化が求められている。内視鏡システムには、白色光を用いるWLI(White Light Imaging)、青及び緑の狭帯域光を用いるNBI(Narrow Band Imaging)、2種の赤の狭帯域光と緑の照明光とを用いるRDI(Red Dichromatic Imaging)等の観察モードを切り替え可能なものがある。このような内視鏡観察システムに含まれる光源装置は、互いに異なる波長の光を発生させる複数の光源部を有する(例えば、特許文献1参照)。
 また、引用文献2には、1つの放熱板に複数の光源部を実装して光源装置を小型化する技術が開示されている。電極と発光部において発生した熱を放出する放熱部とが絶縁されているLD(Laser Diode)等の絶縁型の光源部を用いる場合、1つの放熱部に複数の光源部を実装しても各光源部の電極が互いに絶縁されているため、各光源部の光量を個別に制御することができる。
特開2019-136555号公報 特開2004-184613号公報
 しかしながら、電極と放熱部とが絶縁されていないLED(Light Emitting Diode)等の非絶縁型の光源部を用いる場合、1つの放熱部に複数の光源部を実装すると、各光源部の電極が互いに絶縁されていないため、各光源部の光量を個別に制御することができなくなる。そのため、非絶縁型の光源部を用いる場合、放熱部にそれぞれ1つずつ発光部を実装する必要があり、1つの放熱部に複数の発光部を実装して光源装置を小型化することができなかった。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非絶縁型の光源部を含む光源装置を小型化することができる光源装置を提供することを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光源装置は、電流が印加される第1電極、前記第1電極に印加された電流により発光する第1発光部、及び前記第1発光部において発生した熱を放出する第1放熱領域を有する第1光源部と、電流が印加される第2電極、前記第2電極に印加された電流により前記第1発光部と異なる波長にて発光する第2発光部、及び前記第2発光部において発生した熱を放出する第2放熱領域を有する第2光源部と、前記第1電極と電気的に接続されており、前記第2電極と電気的に絶縁されており、前記第1放熱領域及び前記第2放熱領域に熱的に接続されている放熱部と、を備える。
 また、本発明の一態様に係る光源装置は、前記第1電極に印加する電流と、前記第2電極に印加する電流とを独立に制御する光源制御部を備える。
 また、本発明の一態様に係る光源装置は、前記第2光源部は、LD、前記第1電極と前記第1放熱領域とが電気的に絶縁されているLED、又は前記第1電極と前記第1放熱領域とが電気的に接続されており、前記第1放熱領域と前記放熱部との間に位置する絶縁部を有するLEDである。
 また、本発明の一態様に係る光源装置は、前記放熱部は、前記第1光源部及び前記第2光源部の発熱量に基づいて設定した表面積を有する。
 また、本発明の一態様に係る光源装置は、前記放熱部は、前記第1光源部及び前記第2光源部の熱コンダクタンスに基づいて設定した表面積を有する。
 本発明によれば、非絶縁型の光源部を含む光源装置を小型化することができる光源装置を実現することができる。
図1は、実施の形態1に係る光源装置を含む内視鏡観察システムの構成を示す模式図である。 図2は、図1に示す光源装置の構成を示す模式図である。 図3は、図2に示す放熱部の斜視図である。 図4は、光源装置における調光制御処理の一例を示すフローチャートである。 図5は、各光源部の発熱量を表す図である。 図6は、モードAの発熱量を表す図である。 図7は、モードBの発熱量を表す図である。 図8は、モードCの発熱量を表す図である。 図9は、全モードの最大発熱量を表す図である。 図10は、各光源部が独立して放熱部を有する場合の発熱量を表す図である。 図11は、放熱部の共通化による効果を表す図である。 図12は、実施の形態2に係る光源装置が有する光源の一例を表す図である。 図13は、各光源部の許容熱抵抗を表す図である。 図14は、各光源部の熱コンダクタンスを表す図である。 図15は、全モードの最大熱コンダクタンスを表す図である。 図16は、各光源部が独立して放熱部を有する場合の熱コンダクタンスを表す図である。 図17は、放熱部の共通化による効果を表す図である。 図18は、変形例1に係る光源装置を含む内視鏡観察システムの構成を示す模式図である。 図19は、モードAにおいて3つの光源の放熱部を共通化した場合の発熱量の和を表す図である。 図20は、モードBにおいて3つの光源の放熱部を共通化した場合の発熱量の和を表す図である。 図21は、モードCにおいて3つの光源の放熱部を共通化した場合の発熱量の和を表す図である。 図22は、全モードの最大発熱量を表す図である。 図23は、各光源部が独立して放熱部を有する場合の発熱量を表す図である。 図24は、放熱部の共通化による効果を表す図である。 図25は、変形例2に係る光源装置を含む内視鏡観察システムの構成を示す模式図である。 図26は、2つずつ2組の光源部の放熱部を共通化するためのパターンを表す図である。 図27は、モードAにおいて各パターンの発熱量の和を表す図である。 図28は、モードBにおいて各パターンの発熱量の和を表す図である。 図29は、モードCにおいて各パターンの発熱量の和を表す図である。 図30は、全モードの最大発熱量を表す図である。 図31は、各光源部が独立して放熱部を有する場合の発熱量を表す図である。 図32は、放熱部の共通化による効果を表す図である。
 以下に、図面を参照して本発明に係る光源装置の実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。以下の実施の形態においては、互いに波長が異なる5つの光源を備える光源装置を例示して説明するが、本発明は、非絶縁型の光源部を含む光源装置一般に適用することができる。
 また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
(実施の形態1)
 図1は、実施の形態1に係る光源装置を含む内視鏡観察システムの構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施の形態1に係る内視鏡観察システム1は、内視鏡観察装置10と、内視鏡20と、を備える。
 内視鏡観察装置10は、光源装置100と、画像処理装置200と、操作パネル装置300と、を備える。内視鏡観察装置10は、通常の白色光を照射して観察を行うWLI、青と緑との狭帯域光を照射して血管を観察するNBI、及び2種の赤の狭帯域光と緑の照明光とを照射して血管の奥の粘膜等を観察するRDI等の複数の観察モードによる観察を可能とする内視鏡観察装置である。
 光源装置100は、Amber(以下において「Am」と記載する)LD101と、Violet(以下において「V」と記載する)LED102と、Green(以下において「G」と記載する)LD103と、Blue(以下において「B」と記載する)LED104と、Red(以下において「R」と記載する)LED105と、光センサ106~110と、回転フィルタ111、レンズ112と、光源制御部113と、制御部114と、記憶部115と、を備える。
 図2は、図1に示す光源装置の構成を示す模式図である。図2に示すように、AmLD101~RLED105は、電流が印加される電極1011~1051と、電極1011~1051に印加された電流により互いに異なる波長にて発光する発光部1012~1052と、発光部1012~1052において発生した熱を放出する放熱領域1013~1053と、をそれぞれ備える。また、光源装置100は、送風部116と、レンズ1014~1054と、ダイクロイックミラー1015~1055と、を備える。
 第1の光源であるVLED102、BLED104、及びRLED105は、例えばLEDである。一般的なLEDでは、電極と放熱領域とが電気的に絶縁されていないため、VLED102において、電極1021と放熱領域1023とは、電気的に接続されている。同様に、BLED104において、電極1041と放熱領域1043とは、電気的に接続されている。同様に、RLED105において、電極1051と放熱領域1053とは、電気的に接続されている。
 第2の光源であるAmLD101及びGLD103は、例えばLDである。一般的なLDでは、電極と放熱領域とが電気的に絶縁されているため、AmLD101において、電極1011と放熱領域1013とは、電気的に絶縁されている。同様に、GLD103において、電極1031と放熱領域1033とは、電気的に絶縁されている。ただし、AmLD101及びGLD103は、電極と放熱領域とが電気的に絶縁されている光源であればよく、電極と放熱領域とが電気的に絶縁されているLED、又は電極と放熱領域とが電気的に接続されており、放熱領域と放熱部の間に位置する絶縁部を有するLEDであってもよい。絶縁部は、例えば熱をよく通す絶縁性の材料であるTIM(Thermal Interface Material)からなる。
 AmLD101及びVLED102は、放熱部120に実装されている。換言すると、AmLD101及びVLED102は、1つの放熱部120を共通化して使用している。そして、VLED102の電極1021と放熱領域1023とが電気的に接続されているため、電極1021と放熱部120とは電気的に接続されており、AmLD101の電極1011と放熱領域1013とが電気的に絶縁されているため、電極1011と放熱部120とは電気的に絶縁されている。従って、電極1011と電極1021とは、互いに電気的に絶縁されているため、電極1011と電極1021とに印加する電流を制御することにより、AmLD101とVLED102との光量を個別に制御することができる。
 また、GLD103は、放熱部121に実装されている。BLED104は、放熱部122に実装されている。RLED105は、放熱部123に実装されている。以上から、電極1011~1051は、互いに電気的に絶縁されているため、AmLD101~RLED105の光量を個別に制御することができる。なお、GLD103~RLED105は、それぞれ独立に放熱部121~123に実装されているため、電極と放熱領域とが電気的に絶縁されていなくてもよいが、絶縁されていてもよい。
 レンズ1014~1054は、AmLD101~RLED105がそれぞれ出射した光を集光し、略平行光とする。
 ダイクロイックミラー1015~1055は、AmLD101~RLED105がそれぞれ出射した波長帯域の光を反射し、他の波長帯域の光を透過する。
 図1に戻り、光センサ106~110は、それぞれAmLD101~RLED105が出射した光の強度を測定し、測定結果を制御部114に出力する。
 回転フィルタ111は、制御部114による制御のもと、観察モードに応じて不要な光を除去するフィルタを光路上に配置する。
 レンズ112は、AmLD101~RLED105が出射した光をライトガイド22に結合する。
 光源制御部113は、電極1011~1051に印加する電流をそれぞれ独立に制御することにより、AmLD101~RLED105が出射する光量を制御する。
 制御部114は、光源装置100を統括して制御する。制御部114は、CPU(Central Processing Unit)等の汎用プロセッサやASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて構成される。
 記憶部115は、光源装置100を動作させるための各種プログラムを記憶する。また、記憶部115は、各種プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、CD-ROM、DVD-ROM、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを経由してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。
 以上の構成を有する記憶部115は、各種プログラム等が予めインストールされたROM(Read Only Memory)、及び各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するRAMやハードディスク等を用いて実現される。
 送風部116(図2参照)は、例えば印加された電流によりモータが羽を回転させるファンであり、矢印Arに沿って送風することにより放熱部120~123を冷却する。
 放熱部120~123は、銅又はアルミ等の電気及び熱をよく通す材料からなる。放熱部120は、放熱領域1013及び1023に熱的に接続されている。また、放熱部120は、AmLD101及びVLED102の発熱量に基づいて設定した表面積を有する。同様に、放熱部121~123は、放熱領域1033~1053にそれぞれ熱的に接続されている。また、放熱部121~123は、それぞれGLD103~RLED105の発熱量に基づいて設定した表面積を有する。
 図3は、図2に示す放熱部の斜視図である。図3に示すように、放熱部120は、放熱領域1013及び放熱領域1023に接合されている接合部1201と、表面積を増大させるために板状に形成されているフィン1202と、を有する。同様に、放熱部121~123は、それぞれ放熱領域1033~1053に接合されている接合部と、表面積を増大させるために板状に形成されているフィンと、を有する。放熱部120~123は、フィンが図2の矢印Arに平行になるように配置されている。
 画像処理装置200は、内視鏡20から撮像部24が撮像した画像データとスコープIDとを受信し、画像データにスコープIDに応じた各種信号処理を施す。
 操作パネル装置300は、例えばタッチパネルや操作スイッチ等を含み、ユーザの操作入力を受け付ける。操作パネル装置300が受け付けた操作入力により発生した信号は、制御部114に出力される。また、操作パネル装置300には、光源装置100の現在の設定値等を表示することができる。
 内視鏡20は、被検体内に挿入される挿入部21と、光源装置100が出射した光を挿入部21の先端に導くライトガイド22と、ライトガイド22が導いた光を被検体内に照射するレンズ23と、被検体内の画像を撮像する撮像部24と、画像処理装置200にスコープIDを送信するスコープID送信部25と、内視鏡観察装置10に接続されるコネクタ26と、を備える。
 撮像部24は、被検体内において反射された光を集光する光学系と、光学系が集光した光を受光して電気信号に光電変換して信号処理を施す撮像素子と、を有する。撮像素子は、例えばCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサや、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを用いて実現される。
 次に、光源装置100が実行する調光制御について説明する。図4は、光源装置における調光制御処理の一例を示すフローチャートである。図4に示すように、まず、光源装置100は、内視鏡20からスコープIDを含むスコープ情報を取得する(ステップS1)。
 続いて、制御部114は、記憶部115からスコープIDに応じた明るさ制御情報を取得する(ステップS2)。そして、光源制御部113は、制御部114による制御のもと、AmLD101~RLED105に明るさ制御情報に応じた電流をそれぞれ印加する。
 その後、制御部114は、光センサ106~110の出力を取得する(ステップS3)。
 さらに、制御部114は、AmLD101~RLED105から予め選択された基準光源についての制御値を記憶部115から読み出す(ステップS4)。
 そして、制御部114は、基準光源以外の他の光源の制御値を算出する(ステップS5)。
 制御部114は、算出した各光源の制御値を含む調光情報を生成する(ステップS6)。
 そして、光源制御部113は、制御部114による制御のもと、AmLD101~RLED105に調光情報に応じた電流をそれぞれ印加してAmLD101~RLED105を駆動させる(ステップS7)。
 次に、放熱部を共通化する効果について説明する。図5は、各光源部の発熱量を表す図である。以降の図では、適宜非絶縁型の光源部(AmLD101及びGLD103)に所定のハッチングを施す。図5に示すように、WLI観察を行うモードA、NBI観察を行うモードB、RDI観察を行うモードCでは、AmLD101~RLED105がそれぞれ出射する光量が異なるため、発熱量が異なる。例えば、VLED102の発熱量は、モードAにおいて5W、モードBにおいて30W、モードCにおいて0Wである。放熱部は、発熱量が最も高いモードにおいても放熱できるように選択されるため、従来技術の構成のように、AmLD101~RLED105がそれぞれ個別の放熱部に実装されている場合、それぞれ30W、10W、70W、25W、30Wの熱を放出可能な放熱部が必要であり、合計で165Wの熱を放出できる放熱部が必要となる。
 図6は、モードAの発熱量を表す図である。図6には、縦方向に列記した光源部と横方向に列記した光源部とを1つの放熱部に実装した場合の合計の発熱量を記載した。例えば、VLED102とGLD103とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードAのVLED102の発熱量5WとモードAのGLD103の発熱量10Wを加算し、合計の発熱量は15Wとなる。
 図7は、モードBの発熱量を表す図である。図7には、図6と同様に、縦方向に列記した光源部と横方向に列記した光源部とを1つの放熱部に実装した場合の合計の発熱量を記載した。例えば、VLED102とGLD103とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードAのVLED102の発熱量30WとモードAのGLD103の発熱量0Wを加算し、合計の発熱量は30Wとなる。
 図8は、モードCの発熱量を表す図である。図8には、図6と同様に、縦方向に列記した光源部と横方向に列記した光源部とを1つの放熱部に実装した場合の合計の発熱量を記載した。例えば、VLED102とGLD103とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードAのVLED102の発熱量0WとモードAのGLD103の発熱量0Wを加算し、合計の発熱量は0Wとなる。
 図9は、全モードの最大発熱量を表す図である。すなわち、図9には、図6~図8に示す値の最大値が記載されている。例えば、VLED102とGLD103とを1つの放熱部に実装する場合、モードAの発熱量は15W(図6参照)、モードBの発熱量は30W(図7参照)、モードCの発熱量は0W(図8参照)であるから、最大発熱量は30Wとなる。
 図10は、各光源部が独立して放熱部を有する場合の発熱量を表す図である。すなわち、図10には、図5の一番下の行に示した発熱量の和を記載した。例えば、VLED102とGLD103とをそれぞれ独立して放熱部に実装する場合、図5に記載されているVLED102の発熱量30WとGLD103の発熱量10Wとを加算し、合計の発熱量は40Wとなる。
 図11は、放熱部の共通化による効果を表す図である。図11には、図9の値から図10の値を減算した値を記載した。ただし、図11において斜線のハッチングを施した組み合わせにおいて、1つの放熱部に2つの光源部を実装すると、各光源部の電極が互いに絶縁されていない状態となるため、発光部の光量を個別に制御できなくなる。従って、発光部の光量を個別に制御する場合には、図11において斜線のハッチングを施した組み合わせにおいて、1つの放熱部に2つの光源部を実装することができない。
 図11のハッチングを施していない組み合わせにおいて、絶対値が最大となるVLED102とAmLD101とを1つの放熱部に実装する場合、図9から発熱量が30Wの光源の熱を放出できる放熱部120に実装すればよい。これに対して、従来技術では、図10からVLED102とAmLD101とを独立して放熱部に実装するため、発熱量が55Wの光源の熱を放出できる放熱部が必要であった。従って、実施の形態1のように、VLED102とAmLD101とを1つの放熱部120に実装する場合、従来技術に対して25W分小さい放熱部120とすることができる。放熱部120は、AmLD101及びVLED102の発熱量に基づいて設定した表面積を有するため、実施の形態1によれば、非絶縁型の光源部(VLED102)を含む光源装置100を小型化することができる。
(実施の形態2)
 実施の形態1では、光源部の発熱量に基づいて、放熱部の表面積を設定したが、各光源部の熱コンダクタンスに基づいて、放熱部の表面積を設定してもよい。実施の形態2の構成は、図1、図2に示す実施の形態1の構成と同様であるから、説明を省略する。
 図12は、実施の形態2に係る光源装置が有する光源の一例を表す図である。図2に示すように、光源Aと光源Bとの2種類の光源があり、一例としてそれぞれ発熱量Qが60W、50Wであるとする。冷却目標温度Tjは、各光源が許容する温度を基準に設定されており、それぞれ130℃、90℃である。各光源部の周囲環境温度Taが40℃である場合、許容上昇温度ΔT=Tj-Taは、それぞれ90℃、50℃である。そして、許容熱抵抗Rth=ΔT/Qは、それぞれ1.5℃/W、1.0℃/W以下であればよい。さらに、熱コンダクタンスCth=1/Rth(W/℃)は、0.67、1.0より大きければよい。熱コンダクタンスが小さい光源Aは、放熱部のサイズが小さくてよいが、熱コンダクタンスが大きい光源Bは、放熱部のサイズを大きくする必要がある。以上説明したように、発熱量Qが大きい光源Aよりも発熱量Qが小さい光源Bの放熱部を大きくした方がよい場合がある。また、一般に送風部116の下流側(図2の矢印Arの先端側)が高温になりやすいため、熱コンダクタンスを計算する際の周囲環境温度Taを下流側ほど高くして計算してもよい。
 図13は、各光源部の許容熱抵抗を表す図である。図13は、VLED102、BLED104、及びGLD103が冷却目標温度Tj=130℃の光源Aに対応し、AmLD101及びRLED105が冷却目標温度Tj=90℃の光源Bに対応する場合に、図5に示す各発熱量における許容熱抵抗Rthを示す。例えば、モードAのVLED102の発熱量は5W(図5参照)であるから、許容熱抵抗Rth=ΔT/Q=90/5=18.0となる。
 図14は、各光源部の熱コンダクタンスを表す図である。図14は、図13に示す許容熱抵抗Rthから算出した熱コンダクタンスCthを示す。例えば、モードAのVLED102の許容熱抵抗Rthは18.0(図13参照)であるから、熱コンダクタンスCth=1/Rth=1/18=0.055≒0.06となる。また、AmLD101~RLED105をそれぞれ個別の放熱部に実装する従来技術の構成の場合、各光源部は全モードのうち、熱コンダクタンスCthが最も大きいモードの熱を放出可能である必要があるため、熱コンダクタンスCthが最も大きいモードの値を選択し、VLED102は熱コンダクタンスCth=0.33、BLED104は熱コンダクタンスCth=0.11、GLD103は熱コンダクタンスCth=0.78、AmLD101は熱コンダクタンスCth=0.50、RLED105は熱コンダクタンスCth=0.60の放熱部が必要となる。
 図15は、全モードの最大熱コンダクタンスを表す図である。図15には、縦方向に列記した光源部と横方向に列記した光源部とを1つの放熱部に実装した場合の合計の発熱量に対する熱コンダクタンスCthを記載した。例えば、VLED102とGLD103とを1つの放熱部に実装する場合、図9に記載されている発熱量30WがモードA~Cの最大発熱量である。この最大発熱量30Wを放熱するには、許容熱抵抗Rth=ΔT/Q=90/30=3.0となり、熱コンダクタンスCth=1/Rth=1/3=0.33となる。
 図16は、各光源部が独立して放熱部を有する場合の熱コンダクタンスを表す図である。図16は、図14に示す従来技術の構成の和で表すことができる。例えば、VLED102とGLD103との熱コンダクタンスCthの和は、0.33と0.11とを加算して0.44となる。
 図17は、放熱部の共通化による効果を表す図である。図17には、図16の値から図15の値を減算した値を記載した。ただし、図17において斜線のハッチングを施した組み合わせにおいて、1つの放熱部に2つの光源部を実装すると、各光源部の電極が互いに絶縁されていない状態となるため、発光部の光量を個別に制御することができなくなる。従って、発光部の光量を個別に制御する場合には、図17において斜線のハッチングを施した組み合わせにおいて、1つの放熱部に2つの光源部を実装することができない。
 図17のハッチングを施していない組み合わせにおいて、絶対値が最大となるVLED102とAmLD101とを1つの放熱部に実装する場合、図15から熱コンダクタンスCthが0.56の放熱部120に実装すればよい。これに対して、従来技術では、図16からVLED102とAmLD101とを独立して放熱部に実装するため、熱コンダクタンスCthが0.83の放熱部が必要であった。従って、実施の形態1のように、VLED102とAmLD101とを1つの放熱部120に実装する場合、従来技術に対して熱コンダクタンスCthが0.28小さい放熱部120とすることができる。放熱部120は、AmLD101及びVLED102の熱コンダクタンスCthに基づいて設定した表面積を有するため、実施の形態1によれば、非絶縁型の光源部(VLED102)を含む光源装置100を小型化することができる。
(変形例1)
 実施の形態1では、VLED102とAmLD101とを1つの放熱部120に実装する例を説明したが、これに限られない。1つの放熱部に3つ以上の光源部を実装してもよい。図18は、変形例1に係る光源装置を含む内視鏡観察システムの構成を示す模式図である。図18に示すように、光源装置500は、VLD501と、絶縁型GLED502と、RLED503と、BLED504と、AmLD505と、を備える。
 VLD501~AmLD505は、電流が印加される電極5011~5051と、電極5011~5051に印加された電流により互いに異なる波長にて発光する発光部5012~5052と、発光部5012~5052において発生した熱を放出する放熱領域5013~5053と、をそれぞれ備える。また、光源装置500は、レンズ5014~5054と、ダイクロイックミラー5015~5055と、を備える。また、実施の形態1と同様の構成については、実施の形態1と同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
 第1の光源であるRLED503、及びBLED504は、例えばLEDである。RLED503において、電極5031と放熱領域5033とは、電気的に接続されている。同様に、BLED504において、電極5041と放熱領域5043とは、電気的に接続されている。
 第2の光源であるVLD501、及びAmLD505は、例えばLDである。第2の光源である絶縁型GLED502は、電極と放熱領域とが電気的に絶縁されている絶縁型LEDである。VLD501において、電極5011と放熱領域5013とは、電気的に絶縁されている。同様に、絶縁型GLED502において、電極5021と放熱領域5023とは、電気的に絶縁されている。同様に、AmLD505において、電極5051と放熱領域5053とは、電気的に絶縁されている。
 VLD501、絶縁型GLED502、及びRLED503は、放熱部520に実装されている。換言すると、VLD501、絶縁型GLED502、及びRLED503は、1つの放熱部520を共通化して使用している。そして、VLD501の電極5011と放熱領域5013とが電気的に絶縁されているため、電極5011と放熱部520とは電気的に絶縁されており、絶縁型GLED502の電極5021と放熱領域5023とが電気的に絶縁されているため、電極5021と放熱部520とは電気的に絶縁されており、RLED503の電極5031と放熱領域5033とが電気的に接続されているため、電極5031と放熱部520とは電気的に接続されている。従って、電極5011と電極5021と電極5031とは、互いに電気的に絶縁されているため、電極5011と電極5021と電極5031とに印加する電流を制御することにより、VLD501と絶縁型GLED502とRLED503との光量を個別に制御することができる。
 また、BLED504は、放熱部521に実装されている。AmLD505は、放熱部522に実装されている。以上から、電極5011~5051は、互いに電気的に絶縁されているため、VLD501~AmLD505の光量を個別に制御することができる。なお、BLED504、AmLD505は、それぞれ独立に放熱部521、522に実装されているため、電極と放熱領域とが電気的に絶縁されていなくてもよいが、絶縁されていてもよい。
 また、放熱部520は、VLD501の放熱領域5013、絶縁型GLED502の放熱領域5023、及びRLED503の放熱領域5033に熱的に接続されている。同様に、放熱部521、522は、放熱領域5043、5053にそれぞれ熱的に接続されている。
 レンズ5014~5054は、VLD501~AmLD505がそれぞれ出射した光を集光し、略平行光とする。
 ダイクロイックミラー5015~5055は、VLD501~AmLD505がそれぞれ出射した波長帯域の光を反射し、他の波長帯域の光を透過する。
 次に、放熱部を共通化する効果について説明する。図19は、モードAにおいて3つの光源の放熱部を共通化した場合の発熱量の和を表す図である。図19には、モードAにおいて3つの光源部を1つの放熱部に実装した場合の全てのパターンの合計の発熱量を記載した。例えば、VLD501とBLED504と絶縁型GLED502とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードAのVLD501の発熱量5WとモードAのBLED504の発熱量10WとモードAの絶縁型GLED502の発熱量60Wとを加算し、合計の発熱量は75Wとなる。
 図20は、モードBにおいて3つの光源の放熱部を共通化した場合の発熱量の和を表す図である。図20には、図19と同様に、モードBにおいて3つの光源部を1つの放熱部に実装した場合の全てのパターンの合計の発熱量を記載した。例えば、VLD501とBLED504と絶縁型GLED502とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードBのVLD501の発熱量30WとモードBのBLED504の発熱量0WとモードBの絶縁型GLED502の発熱量70Wとを加算し、合計の発熱量は100Wとなる。
 図21は、モードCにおいて3つの光源の放熱部を共通化した場合の発熱量の和を表す図である。図21には、図19と同様に、モードCにおいて3つの光源部を1つの放熱部に実装した場合の全てのパターンの合計の発熱量を記載した。例えば、VLD501とBLED504と絶縁型GLED502とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードCのVLD501の発熱量0WとモードCのBLED504の発熱量0WとモードCの絶縁型GLED502の発熱量10Wとを加算し、合計の発熱量は10Wとなる。
 図22は、全モードの最大発熱量を表す図である。すなわち、図22には、図19~図21に示す値の最大値が記載されている。例えば、VLD501とBLED504と絶縁型GLED502とを1つの放熱部に実装する場合、モードAの発熱量は75W(図19参照)、モードBの発熱量は100W(図20参照)、モードCの発熱量は10W(図21参照)であるから、最大発熱量は100Wとなる。
 図23は、各光源部が独立して放熱部を有する場合の発熱量を表す図である。すなわち、図23には、図5の一番下の行に示した発熱量の和を記載した。例えば、VLD501とBLED504と絶縁型GLED502とをそれぞれ独立して放熱部に実装する場合、図5に記載されているVLD501の発熱量30WとBLED504の発熱量10Wと絶縁型GLED502の発熱量70Wとを加算し、合計の発熱量は110Wとなる。
 図24は、放熱部の共通化による効果を表す図である。図24には、図22の値から図23の値を減算した値を記載した。ただし、図24において斜線のハッチングを施した組み合わせにおいて、1つの放熱部に3つの光源部を実装すると、各光源部の電極が互いに絶縁されていない状態となるため、発光部の光量を個別に制御できなくなる。従って、発光部の光量を個別に制御する場合には、図24において斜線のハッチングを施した組み合わせにおいて、1つの放熱部に3つの光源部を実装することができない。
 図24のハッチングを施していない組み合わせにおいて、絶対値が最大となるVLD501と絶縁型GLED502とRLED503とを1つの放熱部に実装する場合、図22から発熱量が100Wの光源の熱を放出できる放熱部520に実装すればよい。これに対して、従来技術では、図23からVLD501と絶縁型GLED502とRLED503とを独立して放熱部に実装するため、発熱量が130Wの光源の熱を放出できる放熱部が必要であった。従って、変形例1のように、VLD501と絶縁型GLED502とRLED503とを1つの放熱部520に実装する場合、従来技術に対して30W分小さい放熱部520とすることができる。放熱部520は、VLD501、絶縁型GLED502、及びRLED503の発熱量に基づいて設定した表面積を有するため、変形例1によれば、非絶縁型の光源部(RLED503)を含む光源装置500を小型化することができる。
(変形例2)
 実施の形態1では、1つの放熱部120に2つの光源部を実装する例を説明したが、これに限られない。複数の放熱部に複数の光源部を実装してもよい。図25は、変形例2に係る光源装置を含む内視鏡観察システムの構成を示す模式図である。図25に示すように、光源装置600は、VLD601と、AmLED602と、BLD603と、GLED604と、RLED605と、を備える。
 VLD601~RLED605は、電流が印加される電極6011~6051と、電極6011~6051に印加された電流により互いに異なる波長にて発光する発光部6012~6052と、発光部6012~6052において発生した熱を放出する放熱領域6013~6053と、をそれぞれ備える。また、光源装置600は、レンズ6014~6054と、ダイクロイックミラー6015~6055と、を備える。また、実施の形態1と同様の構成については、実施の形態1と同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
 第1の光源であるAmLED602、第1の光源であるGLED604、及びRLED605は、例えばLEDである。AmLED602において、電極6021と放熱領域6023とは、電気的に接続されている。同様に、GLED604において、電極6041と放熱領域6043とは、電気的に接続されている。同様に、RLED605において、電極6051と放熱領域6053とは、電気的に接続されている。
 第2の光源であるVLD601、及び第2の光源であるBLD603は、例えばLDである。VLD601において、電極6011と放熱領域6013とは、電気的に絶縁されている。同様に、BLD603において、電極6031と放熱領域6033とは、電気的に絶縁されている。
 VLD601、及びAmLED602は、放熱部620に実装されている。換言すると、VLD601、及びAmLED602は、1つの放熱部620を共通化して使用している。そして、VLD601の電極6011と放熱領域6013とが電気的に絶縁されているため、電極6011と放熱部620とは電気的に絶縁されており、AmLED602の電極6021と放熱領域6023とが電気的に接続されているため、電極6021と放熱部620とは電気的に絶縁されている。従って、電極6011と電極6021とは、互いに電気的に絶縁されているため、電極6011と電極6021とに印加する電流を制御することにより、VLD601とAmLED602との光量を個別に制御することができる。
 BLD603、及びGLED604は、放熱部621に実装されている。換言すると、BLD603、及びGLED604は、1つの放熱部621を共通化して使用している。そして、BLD603の電極6031と放熱領域6033とが電気的に絶縁されているため、電極6031と放熱部621とは電気的に絶縁されており、GLED604の電極6041と放熱領域6043とが電気的に接続されているため、電極6041と放熱部621とは電気的に絶縁されている。従って、電極6031と電極6041とは、互いに電気的に絶縁されているため、電極6031と電極6041とに印加する電流を制御することにより、BLD603とGLED604との光量を個別に制御することができる。
 また、RLED605は、放熱部622に実装されている。以上から、電極6011~6051は、互いに電気的に絶縁されているため、VLD601~RLED605の光量を個別に制御することができる。なお、RLED605は、独立に放熱部622に実装されているため、電極と放熱領域とが電気的に絶縁されていなくてもよいが、絶縁されていてもよい。
 また、放熱部620は、VLD601の放熱領域6013、及びAmLED602の放熱領域6023に熱的に接続されている。同様に、放熱部620は、BLD603の放熱領域6033、及びGLED604の放熱領域6043に熱的に接続されている。放熱部622は、放熱領域6053に熱的に接続されている。
 レンズ6014~6054は、VLD601~RLED605がそれぞれ出射した光を集光し、略平行光とする。
 ダイクロイックミラー6015~6055は、VLD601~RLED605がそれぞれ出射した波長帯域の光を反射し、他の波長帯域の光を透過する。
 次に、放熱部を共通化する効果について説明する。図26は、2つずつ2組の光源部の放熱部を共通化するためのパターンを表す図である。図26において、二重丸のペアと黒丸のペアとがそれぞれ放熱部を共通化するペアを表し、合計で21パターンが考えられる。
 図27は、モードAにおいて各パターンの発熱量の和を表す図である。図27には、モードAにおいて図26の各パターンのように放熱部を共通化する場合に、共通A(図26の二重丸に対応)、共通B(図26の黒丸に対応)、放熱部に単独して実装の場合の各発熱量を記載した。例えば、VLD601とBLD603とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードAのVLD601の発熱量5WとモードAのBLD603の発熱量10Wとを加算し、共通Aの発熱量は15Wとなる。GLED604とAmLED602とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードAのGLED604の発熱量60WとモードAのAmLED602の発熱量25Wとを加算し、共通Bの発熱量は85Wとなる。単独のRLED605の発熱量は、30Wである。
 図28は、モードBにおいて各パターンの発熱量の和を表す図である。図28には、モードBにおいて図26の各パターンのように放熱部を共通化する場合に、共通A、共通B、放熱部に単独して実装の場合の各発熱量を記載した。例えば、VLD601とBLD603とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードBのVLD601の発熱量30WとモードBのBLD603の発熱量0Wとを加算し、共通Aの発熱量は30Wとなる。GLED604とAmLED602とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードBのGLED604の発熱量70WとモードBのAmLED602の発熱量0Wとを加算し、共通Bの発熱量は70Wとなる。単独のRLED605の発熱量は、0Wである。
 図29は、モードCにおいて各パターンの発熱量の和を表す図である。図29には、モードCにおいて図26の各パターンのように放熱部を共通化する場合に、共通A、共通B、放熱部に単独して実装の場合の各発熱量を記載した。例えば、VLD601とBLD603とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードCのVLD601の発熱量0WとモードCのBLD603の発熱量0Wとを加算し、共通Aの発熱量は0Wとなる。GLED604とAmLED602とを1つの放熱部に実装する場合、図5に記載されているモードCのGLED604の発熱量10WとモードCのAmLED602の発熱量10Wとを加算し、共通Bの発熱量は20Wとなる。単独のRLED605の発熱量は、5Wである。
 図30は、全モードの最大発熱量を表す図である。すなわち、図30には、図27~図29に示す値の最大値が記載されている。例えば、パターンNo.1において、共通Aの場合、モードAの発熱量は15W(図27参照)、モードBの発熱量は30W(図28参照)、モードCの発熱量は0W(図29参照)であるから、最大発熱量は30Wとなる。同様に、パターンNo.1において、パターンNo.1において、共通Bの場合、モードAの発熱量は85W(図27参照)、モードBの発熱量は70W(図28参照)、モードCの発熱量は20W(図29参照)であるから、最大発熱量は85Wとなる。また、パターンNo.1において、単独の場合、モードAの発熱量は30W(図27参照)、モードBの発熱量は0W(図28参照)、モードCの発熱量は5W(図29参照)であるから、最大発熱量は30Wとなる。
 図31は、各光源部が独立して放熱部を有する場合の発熱量を表す図である。すなわち、図31には、図5の一番下の行に示した発熱量の和を記載した。例えば、パターンNo.1において、共通Aの場合、図5に記載されているVLD601の発熱量30WとBLD603の発熱量10Wとを加算し、合計の発熱量は40Wとなる。同様に、パターンNo.1において、共通Bの場合、図5に記載されているGLED604の発熱量70WとAmLED602の発熱量25Wとを加算し、合計の発熱量は95Wとなる。また、パターンNo.1において、単独のRLED605の発熱量は、30Wである。
 図32は、放熱部の共通化による効果を表す図である。図32には、図30の値から図31の値を減算した値を記載した。図32のパターンにおいて、絶対値が最大の35となるNo.7、9、10、12、13、14の場合、従来技術に対して35W分小さい放熱部とすることができる。放熱部620は、VLD601、及びAmLED602の発熱量に基づいて設定した表面積を有し、放熱部621は、BLD603、及びGLED604の発熱量に基づいて設定した表面積を有するため、変形例2によれば、非絶縁型の光源部(VLD601、BLD603)を含む光源装置600を小型化することができる。
 さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
 1 内視鏡観察システム
 10 内視鏡観察装置
 20 内視鏡
 21 挿入部
 22 ライトガイド
 23、112、1014、1024、1034、1044、1054、5014、5024、5034、5044、5054、6014、6024、6034、6044、6054 レンズ
 24 撮像部
 25 スコープID送信部
 26 コネクタ
 100、500、600 光源装置
 101、505 AmLD
 102 VLED
 103 GLD
 104、504 BLED
 105、503、605 RLED
 106、107、108、109、110 光センサ
 111 回転フィルタ
 113 光源制御部
 114 制御部
 115 記憶部
 116 送風部
 120、121、122、123、520、521、522、620、621、622 放熱部
 501、601 VLD
 502 絶縁型GLED
 602 AmLED
 603 BLD
 604 GLED
 1011、1021、1031、1041、1051、5011、5021、5031、5041、5051、6011、6021、6031、6041、6051 電極
 1012、1022、1032、1042、1052、5012、5022、5032、5042、5052、6012、6022、6032、6042、6052 発光部
 1013、1023、1033、1043、1053、5013、5023、5033、5043、5053、6013、6023、6033、6043、6053 放熱領域
 1015、1025、1035、1045、1055、5015、5025、5035、5045、5055、6015、6025、6035、6045、6055 ダイクロイックミラー
 1201 接合部
 1202 フィン
 200 画像処理装置
 300 操作パネル装置

Claims (5)

  1.  電流が印加される第1電極、前記第1電極に印加された電流により発光する第1発光部、及び前記第1発光部において発生した熱を放出する第1放熱領域を有する第1光源部と、
     電流が印加される第2電極、前記第2電極に印加された電流により前記第1発光部と異なる波長にて発光する第2発光部、及び前記第2発光部において発生した熱を放出する第2放熱領域を有する第2光源部と、
     前記第1電極と電気的に接続されており、前記第2電極と電気的に絶縁されており、前記第1放熱領域及び前記第2放熱領域に熱的に接続されている放熱部と、
     を備える光源装置。
  2.  前記第1電極に印加する電流と、前記第2電極に印加する電流とを独立に制御する光源制御部を備える請求項1に記載の光源装置。
  3.  前記第2光源部は、LD、前記第1電極と前記第1放熱領域とが電気的に絶縁されているLED、又は前記第1電極と前記第1放熱領域とが電気的に接続されており、前記第1放熱領域と前記放熱部との間に位置する絶縁部を有するLEDである請求項1又は2に記載の光源装置。
  4.  前記放熱部は、前記第1光源部及び前記第2光源部の発熱量に基づいて設定した表面積を有する請求項1~3のいずれか1つに記載の光源装置。
  5.  前記放熱部は、前記第1光源部及び前記第2光源部の熱コンダクタンスに基づいて設定した表面積を有する請求項1~4のいずれか1つに記載の光源装置。
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