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技術 内視鏡用光源装置

出願人 富士フイルム株式会社
発明者 森本美範杉崎誠
出願日 2015年8月31日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2015-170236
公開日 2017年3月9日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2017-046743
状態 特許登録済
技術分野 内視鏡 孔内観察装置
主要キーワード 小ロッド 中心光路 単板カラー方式 各発光波長 検査項目情報 集光光学 クロス状 通信用コネクタ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年3月9日)のものです。
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図面 (14)

課題

接続される内視鏡導光ロッドの径が小さい場合における内視鏡への入射光量の低下を低減することを可能とする内視鏡用光源装置を提供する。

解決手段

内視鏡用光源装置は、緑色光源青色光源赤色光源、及び集光光学系を有する光源部と、導光ロッドを有する内視鏡が接続される内視鏡接続部とを備える。緑色光源は、4つの緑色LEDチップ60aが2次元アレイ状に配列されてなる第1発光面60cを有する。緑色LEDチップ60aは、行方向及び列方向に2個ずつ配置されており、緑色光を発する。集光光学系は、内視鏡接続部に接続された内視鏡の導光ロッドの光入射面32aの中心に光軸Lcを一致させ、光入射面32aを含む領域に、緑色光を含む照明光集光する。第1発光面60cの中心Acは、光軸Lcに対して、行方向及び列方向にオフセットされている。

概要

背景

近年の医療においては、電子内視鏡(以下、内視鏡という)、内視鏡用光源装置(以下、光源装置という)、及びプロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断等が広く行われている。光源装置は、照明光を発生する。内視鏡は、光源装置から照明光が供給され、この照明光を先端部から検体照射させる。また、内視鏡は、照明光が照射された検体内を、先端部に内蔵された撮像素子により撮像して撮像信号を生成する。プロセッサ装置は、内視鏡が生成した撮像信号を画像処理して、モニタに表示するための観察画像を生成する。

内視鏡は、複数の光ファイバ束ねることにより形成されたライトガイドを有している。光源装置から内視鏡に供給された照明光は、ライトガイド内を伝搬して、内視鏡の先端部に導かれる。また、内視鏡には、光源装置に接続されるコネクタ部導光ロッドライトパイプ)が設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。導光ロッドは、ライトガイドの光源装置側に配置されており、ライトガイドに均一な照明光を入射させる。

光源装置には、従来、照明光として白色光を発するキセノンランプハロゲンランプ等のランプ光源が使用されていたが、最近では、ランプ光源に代えて、特定の色の光を発するレーザダイオード(LD:Laser diode)や発光ダイオードLED:Light emitting diode)等の半導体光源が用いられつつある。

しかし、半導体光源は、ランプ光源に比べて輝度が低いため、高輝度化が望まれている。半導体光源では、赤色光緑色光、及び青色光の少なくとも3色の光を混合して白色光が生成されるが、これらのうち、輝度に最も起因するのは緑色光であるので、緑色光の光量の増加を図ることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2では、青色レーザ光源緑色蛍光体とを設け、緑色蛍光体を青色レーザ光により励起させることで、緑色光の光量を増加させている。

また、内視鏡には、上部消化器官内視鏡、下部消化器官内視鏡、気管支鏡等の機能が異なる複数の種類が存在する(例えば、特許文献3参照)。光源装置やプロセッサ装置は、これらの複数種の内視鏡が接続可能に構成されている。内視鏡の挿入部の外径は、内視鏡の種類により異なっている。ライトガイドや導光ロッドの径は、内視鏡の挿入部の外径に応じて異なる。

概要

接続される内視鏡の導光ロッドの径が小さい場合における内視鏡への入射光量の低下を低減することを可能とする内視鏡用光源装置を提供する。内視鏡用光源装置は、緑色光源青色光源赤色光源、及び集光光学系を有する光源部と、導光ロッドを有する内視鏡が接続される内視鏡接続部とを備える。緑色光源は、4つの緑色LEDチップ60aが2次元アレイ状に配列されてなる第1発光面60cを有する。緑色LEDチップ60aは、行方向及び列方向に2個ずつ配置されており、緑色光を発する。集光光学系は、内視鏡接続部に接続された内視鏡の導光ロッドの光入射面32aの中心に光軸Lcを一致させ、光入射面32aを含む領域に、緑色光を含む照明光を集光する。第1発光面60cの中心Acは、光軸Lcに対して、行方向及び列方向にオフセットされている。

目的

しかし、半導体光源は、ランプ光源に比べて輝度が低いため、高輝度化が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1光を発する第1発光素子行方向及び列方向に偶数個ずつ配置された2次元アレイ状の第1発光面を有する第1光源と、円形光入射面を有する導光ロッドを備えた内視鏡が接続される内視鏡接続部と、前記内視鏡接続部に接続された前記内視鏡の前記導光ロッドの前記光入射面の中心に光軸を合わせ、前記光入射面を含む領域に前記第1光を集光する集光光学系と、を備え、前記第1発光面の中心は、前記光軸に対して、前記行方向及び前記列方向にオフセットされた状態である内視鏡用光源装置

請求項2

前記集光光学系は、前記第1光源から発せられた前記第1光を集光して平行光とするコリメータレンズを有し、前記コリメータレンズの中心は、前記光軸と一致している請求項1に記載の内視鏡用光源装置。

請求項3

前記行方向及び前記列方向に隣接する前記第1発光素子の間には、前記第1光が発せられない不発光帯が存在しており、前記光軸は、前記第1発光面中の前記不発光帯以外の領域に位置している請求項1または2に記載の内視鏡用光源装置。

請求項4

前記第1発光面の中心の前記光軸に対する前記行方向及び前記列方向へのオフセット量をそれぞれΔSX,ΔSYとし、前記内視鏡接続部に接続可能な前記内視鏡の導光ロッドの前記光入射面の径うち、最小の径をD1MINとし、前記不発光帯の前記行方向及び前記列方向への幅をそれぞれWX,WYとした場合に、ΔSX≧(D1MIN+WX)/2、及びΔSY≧(D1MIN+WY)/2を満たす請求項3に記載の内視鏡用光源装置。

請求項5

前記導光ロッドの径が最小の前記内視鏡が前記内視鏡接続部に接続された場合に、複数の前記第1発光素子のうち、前記光軸が位置する前記第1発光素子のみを駆動して発光させる発光制御部を備える請求項4に記載の内視鏡用光源装置。

請求項6

前記第1光とは発光波長帯域の少なくとも一部が異なる第2光を発する1つの第2発光素子を有する第2光源を備え、前記集光光学系は、前記第1光と前記第2光とのうち一方を透過させ、他方を反射させることにより前記第1光の光路に前記第2光の光路を統合させる第1ダイクロイックミラーを有する請求項1から5いずれか1項に記載の内視鏡用光源装置。

請求項7

前記第1光及び前記第2光とは発光波長帯域の少なくとも一部が異なる第3光を発する1つの第3発光素子を有する第3光源を備え、前記集光光学系は、前記第1光及び前記第2光と、前記第3光とのうち一方を透過させ、他方を反射させることにより前記第1光及び前記第2光の光路に前記第3光の光路を統合させる第2ダイクロイックミラーを有する請求項6に記載の内視鏡用光源装置。

請求項8

前記第2光源の発光面の中心と、前記第3光源の発光面の中心とはそれぞれ、前記光軸に一致している請求項7に記載の内視鏡用光源装置。

請求項9

前記第1光は緑色光であり、前記第2光は青色光であり、前記第3光は赤色光である請求項8に記載の内視鏡用光源装置。

技術分野

0001

本発明は、複数種内視鏡着脱可能に接続される内視鏡用光源装置に関する。

背景技術

0002

近年の医療においては、電子内視鏡(以下、内視鏡という)、内視鏡用光源装置(以下、光源装置という)、及びプロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断等が広く行われている。光源装置は、照明光を発生する。内視鏡は、光源装置から照明光が供給され、この照明光を先端部から検体照射させる。また、内視鏡は、照明光が照射された検体内を、先端部に内蔵された撮像素子により撮像して撮像信号を生成する。プロセッサ装置は、内視鏡が生成した撮像信号を画像処理して、モニタに表示するための観察画像を生成する。

0003

内視鏡は、複数の光ファイバ束ねることにより形成されたライトガイドを有している。光源装置から内視鏡に供給された照明光は、ライトガイド内を伝搬して、内視鏡の先端部に導かれる。また、内視鏡には、光源装置に接続されるコネクタ部導光ロッドライトパイプ)が設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。導光ロッドは、ライトガイドの光源装置側に配置されており、ライトガイドに均一な照明光を入射させる。

0004

光源装置には、従来、照明光として白色光を発するキセノンランプハロゲンランプ等のランプ光源が使用されていたが、最近では、ランプ光源に代えて、特定の色の光を発するレーザダイオード(LD:Laser diode)や発光ダイオードLED:Light emitting diode)等の半導体光源が用いられつつある。

0005

しかし、半導体光源は、ランプ光源に比べて輝度が低いため、高輝度化が望まれている。半導体光源では、赤色光緑色光、及び青色光の少なくとも3色の光を混合して白色光が生成されるが、これらのうち、輝度に最も起因するのは緑色光であるので、緑色光の光量の増加を図ることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2では、青色レーザ光源緑色蛍光体とを設け、緑色蛍光体を青色レーザ光により励起させることで、緑色光の光量を増加させている。

0006

また、内視鏡には、上部消化器官内視鏡、下部消化器官内視鏡、気管支鏡等の機能が異なる複数の種類が存在する(例えば、特許文献3参照)。光源装置やプロセッサ装置は、これらの複数種の内視鏡が接続可能に構成されている。内視鏡の挿入部の外径は、内視鏡の種類により異なっている。ライトガイドや導光ロッドの径は、内視鏡の挿入部の外径に応じて異なる。

先行技術

0007

特開2013−174905号公報
特開2013−215435号公報
特開2014−000207号公報

発明が解決しようとする課題

0008

半導体光源を用いた光源装置において、高輝度化を図るには、特許文献2に記載のように青色レーザ光源及び緑色蛍光体を用いることの他に、複数の発光素子基板上に2次元アレイ状に配列して発光面を大面積化した光源を用いることが考えられる。このような光源は、プロジェクタ用途として製品化されており、例えば、発光素子としてLEDチップを「2×2」の2次元アレイ配列としたものがある。

0009

このように発光素子をアレイ状に配列した光源では、隣接する発光素子間に、少なからず発光が生じない不発光帯が生じる。特に、発光素子を行方向及び列方向に偶数個ずつ配列した場合には、発光面の中心が不発光帯に位置する。

0010

このような光源を光源装置に適用すると、光源の発光面から発光された光(例えば、緑色光)は、集光光学系を介して、光源装置に接続された内視鏡の光入射面に導かれることになる。したがって、光入射面のうち、発光面の不発光帯に対応する部分は、入射光量が他の部分より低下してしまう。

0011

内視鏡の光入射面(すなわち、導光ロッドの端面)の面積は、導光ロッドの径(光入射面の径)に依存し、内視鏡の種類によって異なる。したがって、光源装置に接続された内視鏡の導光ロッドの径が小さいほど、光入射面中の不発光帯に対応する部分の占める割合が大きくなり、光入射面への入射光量が低下するという問題がある。例えば、気管支鏡では、導光ロッドの径が、下部消化器官内視鏡等の導光ロッドの径の1/3程度と小さいため、入射光量の低下が特に問題となる。

0012

本発明は、複数の発光素子が2次元アレイ状に配列された光源を有する内視鏡用光源装置において、接続される内視鏡の導光ロッドの径が小さい場合における内視鏡への入射光量の低下を低減することを可能とする内視鏡用光源装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0013

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡用光源装置は、第1光を発する第1発光素子が行方向及び列方向に偶数個ずつ配置された2次元アレイ状の第1発光面を有する第1光源と、円形の光入射面を有する導光ロッドを備えた内視鏡が接続される内視鏡接続部と、内視鏡接続部に接続された内視鏡の導光ロッドの光入射面の中心に光軸を合わせ、光入射面を含む領域に第1光を集光する集光光学系とを備える。第1発光面の中心は、光軸に対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態である。

0014

集光光学系は、第1光源から発せられた第1光を集光して平行光とするコリメータレンズを有し、コリメータレンズの中心は、光軸と一致していることが好ましい。

0015

行方向及び列方向に隣接する第1発光素子の間には、第1光が発せられない不発光帯が存在しており、光軸は、第1発光面中の不発光帯以外の領域に位置していることが好ましい。

0016

第1発光面の中心の光軸に対する行方向及び列方向へのオフセット量をそれぞれΔSX,ΔSYとし、内視鏡接続部に接続可能な内視鏡の導光ロッドの光入射面の径うち、最小の径をD1MINとし、不発光帯の行方向及び列方向への幅をそれぞれWX,WYとした場合に、ΔSX≧(D1MIN+WX)/2、及びΔSY≧(D1MIN+WY)/2を満たすことが好ましい。

0017

導光ロッドの径が最小の内視鏡が内視鏡接続部に接続された場合に、複数の第1発光素子のうち、光軸が位置する第1発光素子のみを駆動して発光させることが好ましい。

0018

第1光とは発光波長帯域の少なくとも一部が異なる第2光を発する1つの第2発光素子を有する第2光源を備え、集光光学系は、第1光と第2光とのうち一方を透過させ、他方を反射させることにより第1光の光路に第2光の光路を統合させる第1ダイクロイックミラーを有することが好ましい。

0019

第1光及び第2光とは発光波長帯域の少なくとも一部が異なる第3光を発する1つの第3発光素子を有する第3光源を備え、集光光学系は、第1光及び第2光と、第3光とのうち一方を透過させ、他方を反射させることにより第1光及び第2光の光路に第3光の光路を統合させる第2ダイクロイックミラーを有することが好ましい。

0020

第2光源の発光面の中心と、第3光源の発光面の中心とはそれぞれ、光軸に一致していることが好ましい。

0021

第1光は緑色光であり、第2光は青色光であり、第3光は赤色光であることが好ましい。

発明の効果

0022

本発明によれば、第1発光素子が行方向及び列方向に偶数個ずつ配置された2次元アレイ状の第1発光面の中心が、集光光学系の光軸に対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態であるので、内視鏡接続部に接続される内視鏡の導光ロッドの径が小さい場合における内視鏡への入射光量の低下を低減することができる。

図面の簡単な説明

0023

内視鏡システムの外観図である。
内視鏡の先端部の正面図である。
ライトガイド及び導光ロッドの構成を示す図である。
内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
カラーフィルタアレイの構成を示す図である。
光源部の構成を示す図である。
照明光の波長スペクトルを示すグラフである。
緑色光源の構成を示す図である。
発光面の中心が集光光学系の光軸に一致している場合の問題点を説明する図である。
発光面の中心を集光光学系の光軸に対してオフセットさせた場合の効果を説明する図である。
オフセット量について説明する図である。
導光ロッドの径に応じた緑色LEDチップ選択方法について説明するフローチャートである。
照明光の波長スペクトルの変形例を示すグラフである。

実施例

0024

図1において、内視鏡システム10は、検体として生体内観察部位を撮像する電子内視鏡(以下、単に内視鏡という)11と、撮像により得られた撮像信号に基づいて観察部位の表示画像を生成するプロセッサ装置12と、観察部位を照射する照明光を内視鏡11に供給する内視鏡用光源装置(以下、単に光源装置という)13と、表示画像を表示するモニタ14とを備えている。プロセッサ装置12には、キーボードマウス等の操作入力部15が接続されている。

0025

内視鏡11は、生体内(消化器官や気管支内)に挿入される挿入部16と、挿入部16の基端部分に設けられた操作部17と、内視鏡11をプロセッサ装置12及び光源装置13に接続するためのユニバーサルコード18とを備えている。挿入部16は、先端部19、湾曲部20、及び可撓管部21で構成されており、先端側からこの順番に連結されている。

0026

先端部19の先端面には、図2に示すように、観察部位に照明光を照射する2つの照明窓22と、観察部位の像を取り込むための観察窓23と、観察窓23を洗浄するために送気・送水を行う送気・送水ノズル24と、鉗子電気メス等の処置具を突出させて各種処置を行うための鉗子出口25とが設けられている。観察窓23の奥には、撮像素子35(図3参照)が内蔵されている。

0027

湾曲部20は、連結された複数の湾曲駒で構成されており、操作部17のアングルノブ26の操作に応じて、上下左右方向に湾曲する。湾曲部20を湾曲させることにより、先端部19が所望の方向に向けられる。可撓管部21は、可撓性を有しており、食道や腸等の曲がりくねった管道挿入可能である。挿入部16には、信号ケーブル(図示せず)や、導光ロッド32及びライトガイド33(図3参照)が挿通されている。信号ケーブルは、撮像素子35を駆動するための駆動信号や、撮像素子35が出力する撮像信号を伝達する。導光ロッド32及びライトガイド33は、光源装置13から供給される照明光を照明窓22まで導光する。導光ロッドは、ライトパイプとも称される。

0028

操作部17には、アングルノブ26の他、処置具を挿入するための鉗子口27、送気・送水ノズル24から送気・送水を行う際に操作される送気・送水ボタン28、静止画像撮影するためのフリーズボタン(図示せず)等が設けられている。

0029

ユニバーサルコード18には、挿入部16から延設される通信ケーブルや、導光ロッド32及びライトガイド33が挿通されており、プロセッサ装置12及び光源装置13側の一端には、コネクタ29が取り付けられている。コネクタ29は、通信用コネクタ29aと光源用コネクタ29bからなる複合タイプのコネクタである。通信用コネクタ29aと光源用コネクタ29bとは、プロセッサ装置12と光源装置13とにそれぞれ着脱自在に接続される。通信用コネクタ29aには通信ケーブルの一端が配置されている。光源用コネクタ29bには導光ロッド32が配置されている。

0030

図3において、導光ロッド32は、ライトガイド33の光源装置13側に配置されている。導光ロッド32の入射端面32aは、光源装置13で発せられた照明光が入射する光入射面(以下、光入射面32aという)である。導光ロッド32は、中実な透明材料(ポリカーボネート等の透明樹脂材や、透明ガラス)で形成されている。導光ロッド32は、円筒状であり、その中心光路L1に直交する断面形状は円形である。すなわち、光入射面32aの形状は円形である。ここで、中心光路L1とは、導光ロッド32内を伝搬する光の光路の中心軸(すなわち、導光ロッド32の中心軸)を指している。

0031

ライトガイド33は、複数の光ファイバ34が束ねられたファイババンドルであり、その中心光路L2に直交する断面形状は円形である。ライトガイド33には、数百〜数千本の光ファイバ34が含まれている。導光ロッド32の射出端面32bとライトガイド33の入射端面33aとは、互いに対向した状態で光学的に接合されている。導光ロッド32の中心光路L1とライトガイド33の中心光路L2とは、ほぼ一致している。ここで、「光学的に接合」とは、導光ロッド32とライトガイド33とが当接された状態で保持されている状態や、導光ロッド32とライトガイド33とが透明な接着剤を用いて接合されている状態をいう。ここで、中心光路L2とは、ライトガイド33内を伝搬する光の光路の中心軸(すなわち、ライトガイド33の中心軸)を指している。

0032

導光ロッド32の径(断面の直径)D1と、ライトガイド33の径(断面の直径)D2とは、D1≧D2の関係を満たすように設定されている。すなわち、導光ロッド32の射出端面32bは、ライトガイド33の入射端面33aを覆っている。これは、導光ロッド32からライトガイド33の各光ファイバ34に均一な光を供給するためである。

0033

ライトガイド33は、2つの照明窓22にそれぞれ光を導光させるように、入射端面33aとは逆の射出端面側が2本に分岐している。

0034

以上のように構成される内視鏡11は、その種類に応じて、挿入部16の外径、導光ロッド32の径D1、ライトガイド33の径D2等が異なる。光源装置13には、複数種類の内視鏡11が接続可能に構成されている。内視鏡11の種類には、上部消化器官内視鏡、下部消化器官内視鏡、気管支鏡等がある。

0035

図2に示した照明窓22、観察窓23、送気・送水ノズル24、及び鉗子出口25の配置は、ある内視鏡11の一例である。照明窓22、観察窓23、送気・送水ノズル24、及び鉗子出口25の配置や、照明窓22の数は、内視鏡11の種類によって異なる。

0036

図4において、プロセッサ装置12には、内視鏡11の通信用コネクタ29aが着脱自在に接続される内視鏡接続部12aが設けられている。光源装置13には、内視鏡11の光源用コネクタ29bが着脱自在に接続される内視鏡接続部13aが設けられている。

0037

光源装置13は、光源部30と、光源制御部31とを有している。光源部30は、光源制御部31の制御に基づき、照明光を生成して出力する。光源部30から出力された照明光は、内視鏡接続部13aに接続された内視鏡11の光源用コネクタ29bの光入射面32aに入射する。

0038

内視鏡11は、導光ロッド32と、ライトガイド33と、撮像素子35と、撮像駆動部36と、アナログ処理回路AFE: Analog front end)37と、照射レンズ38と、対物光学系39と、ID(Identification)情報記憶部40とを有している。光源用コネクタ29bが内視鏡接続部13aに接続されたときに、光源用コネクタ29bに配置された導光ロッド32の入射端面(光入射面)32aが光源部30の射出端に対向する。

0039

照射レンズ38は、各照明窓22に対応して配置されている。光源装置13から供給された照明光は、導光ロッド32及びライトガイド33を介して、各照射レンズ38へ導光される。照射レンズ38は、凹レンズであり、ライトガイド33から射出される照明光を、照明窓22を介して、観察部位の広い範囲に照射する。

0040

対物光学系39は、観察窓23に対応して配置されている。撮像素子35は、対物光学系39に対応して配置されている。照明光が照射された観察部位の光像反射光)は、観察窓23を通して対物光学系39に入射し、対物光学系39によって撮像素子35の撮像面35aに結像される。

0041

撮像素子35は、単板カラー方式のCCD(Charge-coupled device)イメージセンサやCMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor)イメージセンサであり、光電変換により画素信号を生成する複数の画素が撮像面35aに形成されている。撮像面35aには、図5に示すカラーフィルタアレイ41が設けられている。このカラーフィルタアレイ41は、赤色(R)フィルタ41aと、緑色(G)フィルタ41bと、青色(B)フィルタ41cとで構成されている。各フィルタ41a,41b,41cは、1つの画素に対応して、その光入射側に配置されている。カラーフィルタアレイ41の色配列は、ベイヤー配列と呼ばれるものである。さらに、カラーフィルタアレイ41上には、各画素に対応してマイクロレンズ(図示せず)が設けられている。

0042

撮像素子35は、撮像駆動部36により駆動され、撮像面35aに結像された像を、カラーフィルタアレイ41を介して複数の画素により撮像して撮像信号を出力する。撮像信号は、画素毎にR,G,Bのうちのいずれかの色信号(R信号、G信号、B信号)を有する。

0043

AFE35は、相関二重サンプリング(CDS:Correlated double sampling)回路自動ゲイン制御(AGC:Automatic gain control)回路、アナログデジタル(A/D:Analog-to-digital)変換器等で構成されている。CDS回路は、撮像素子35から入力された撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施してノイズを除去する。AGC回路は、CDS回路によりノイズが除去された撮像信号を増幅する。A/D変換器は、AGC回路により増幅された撮像信号を、所定ビット数デジタル信号に変換してプロセッサ装置12に入力する。

0044

ID情報記憶部40は、内視鏡11の種類を表す種類情報や、使用可能な検査項目情報等を含むID情報を記憶している。ここで、種類情報には、導光ロッド32の径D1を表す情報が含まれている。ID情報記憶部40は、内視鏡11がプロセッサ装置12に接続された際に、プロセッサ装置12内のコントローラ50によって読み取られる。

0045

プロセッサ装置12は、制御部としてのコントローラ50と、DSP(Digital signal processor)51と、フレームメモリ52と、画像処理部53と、表示制御部54とを有している。コントローラ50は、CPU(Central processing unit)、制御プログラムや制御に必要な設定データを記憶するROM(Read-only memory)や、制御プログラムをロードする作業メモリとしてのRAM(Random-access memory)等を有し、CPUが制御プログラムを実行することにより、プロセッサ装置12の各部と、光源制御部31と、撮像駆動部36とを制御する。

0046

DSP51は、通信用コネクタ29aを介して、内視鏡11内のAFE37から入力される撮像信号に対して、画素補間処理ガンマ補正ホワイトバランス補正等の信号処理を施す。画素補間処理は、R信号、G信号、B信号の各信号について画素補間処理を行う。DSP51は、信号処理を施した撮像信号を、1フレーム周期毎に画像データとして、フレームメモリ52に記憶させる。

0047

画像処理部53は、フレームメモリ52から画像データを読み出して、所定の画像処理を施し、観察画像を生成する。表示制御部54は、画像処理部53により生成された画像を、コンポジット信号コンポーネント信号等のビデオ信号に変換してモニタ14に出力する。

0048

図6において、光源部30は、緑色光源60と、青色光源61と、赤色光源62と、集光光学系63とを有している。緑色光源60は、4つの矩形状の緑色LEDチップ60aと、緑色LEDチップ60aが実装された基板60bとにより構成されている。緑色光源60には、高輝度化を図るために複数の緑色LEDチップ60aを設けている。

0049

これに対して、青色光源61は、1つの矩形状の青色LEDチップ61aと、青色LEDチップ61aが実装された基板61bとにより構成されている。同様に、赤色光源62は、1つの矩形状の赤色LEDチップ62aと、赤色LEDチップ62aが実装された基板62bとにより構成されている。

0050

緑色光源60、青色光源61、及び赤色光源62は、それぞれ光源制御部31により駆動制御される。緑色LEDチップ60aは、図7に示すように、発光波長帯域が約500nm〜580nmであり、ピーク波長が約540nmである緑色光LGを発する。青色LEDチップ61aは、発光波長帯域が約430nm〜480nmであり、ピーク波長が約455nmである青色光LBを発する。赤色LEDチップ62aは、発光波長帯域が約580nm〜640nmであり、ピーク波長が約620nmである赤色光LRを発する。

0051

集光光学系63は、第1〜第3コリメータレンズ64〜66と、集光レンズ67と、第1及び第2ダイクロイックミラー(DM)68,69とを有している。第1コリメータレンズ64は、緑色光源60から発せられた緑色光LGを集光し、集光した緑色光LGを平行光として射出する。第2コリメータレンズ65は、青色光源61から発せられた青色光LBを集光し、集光した青色光LBを平行光として射出する。第3コリメータレンズ66は、赤色光源62から発せられた赤色光LRを集光し、集光した赤色光LRを平行光として射出する。なお、第1〜第3コリメータレンズ64〜66が平行化する光は、完全に平行光でなくてもよく、実質的に平行とみなせる程度であれば良い。この平行光の平行度は、第1〜第3コリメータレンズ64〜66の各レンズ位置から、集光レンズ67の位置までの距離が長いほど、高いことが好ましい。

0052

第1コリメータレンズ64から射出された緑色光LGの光路と、第2コリメータレンズ65から射出された青色光LBの光路とは直交しており、この交点に第1DM68が配置されている。第1DM68の一方の面に緑色光LGが45°の角度で入射し、他方の面に青色光LBが45°の角度で入射する。第1DM68は、緑色光LGの波長帯域と青色光LBの波長帯域との間に閾値を有し、緑色光LGを透過させて、青色光LBを反射させる。したがって、第1DM68は、青色光LBとの光路を、緑色光LGの光路に統合する。

0053

第1DM68により統合された緑色光LGの光路と、第3コリメータレンズ66から射出された赤色光LRの光路とは直交しており、この交点に第2DM69が配置されている。第2DM69の一方の面に緑色光LG及び青色光LBが45°の角度で入射し、他方の面に赤色光LRが45°の角度で入射する。第2DM69は、赤色光LRの波長帯域と緑色光LGの波長帯域との間に閾値を有し、緑色光LG及び青色光LBを透過させて、赤色光LRを反射させる。したがって、第2DM69は、赤色光LRの光路を、緑色光LG及び青色光LBの光路に統合する。

0054

第2DM69から射出された緑色光LG、青色光LB、及び赤色光LRは、照明光として集光レンズ67に入射する。集光レンズ67は、入射した照明光を、内視鏡接続部13aに接続された内視鏡11の光入射面32aを含む領域R1に集光する。集光光学系63の光軸Lcは、光入射面32aの中心(中心光路L1)にほぼ一致するように設定されている。したがって、集光光学系63は、光入射面32aの中心に光軸Lcを合わせ、光入射面32aを含む領域R1に照明光を集光する。なお、第1コリメータレンズ64の中心は、集光光学系63の光軸Lcと一致している。

0055

領域R1は、集光光学系63により、緑色光源60、青色光源61、及び赤色光源62のそれぞれから射出された光の光像が投影される領域であるので、以下、投影領域R1と呼ぶ。

0056

投影領域R1は、内視鏡接続部13aに接続可能な内視鏡11のうち、導光ロッド32の径D1が最も大きい内視鏡11の光入射面32aよりも大きい。すなわち、集光光学系63は、内視鏡接続部13aに接続可能な全種類の内視鏡11の光入射面32aを含む投影領域R1に照明光を入射させる。

0057

図8において、緑色光源60に含まれる4つの緑色LEDチップ60aは、それぞれ同一形状であって、基板60b上に2次元アレイ状に配列されている。具体的には、緑色LEDチップ60aは、集光光学系63の光軸Lcに直交し、かつ互いに直交する行方向(X方向)及び列方向(Y方向)にそれぞれ2個ずつ並べられている。緑色光源60の発光面(第1発光面)60cは、2次元アレイ状に配列された4つの緑色LEDチップ60aにより構成されている。発光面60cには、光軸Lcが直交している。

0058

4つの緑色LEDチップ60aは、可能な限り敷き詰めて配置されているが、行方向及び列方向に隣接する2つの緑色LEDチップ60aの間には、わずかに隙間が存在する。また、隣接する緑色LEDチップ60aの隙間を完全になくすように実装したとしても、緑色LEDチップ60aの周縁部は不発光であるので、発光面60c内において、隣接した2つの緑色LEDチップ60aの境界には、緑色光LGが発せられない不発光帯Bが生じる。本実施形態では、緑色LEDチップ60aは、「2×2」の2次元アレイ配列であるので、不発光帯Bはクロス状に生じる。なお、不発光帯Bとは、緑色光LGが完全にゼロである領域に限られず、周囲より光量が低下した領域も含まれる。

0059

緑色光源60は、発光面60cの中心Acが、集光光学系63の光軸Lcに対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態で配置されている。すなわち、光軸Lcは、発光面60c中の不発光帯B以外の領域に位置している。これは、発光面60c中の集光光学系63により集光される集光領域R2の中心に、不発光帯Bが存在することを防止するためである。発光面60c中の集光領域R2から集光された緑色光LGの光像は、集光光学系63によりほぼ等倍で、光入射面32aに位置する投影領域R1に投影される。

0060

仮に、図9に示すように、発光面60cの中心Acが集光光学系63の光軸Lcに一致し、集光領域R2の中心に不発光帯Bが存在する場合には、導光ロッド32の径D1が小さく、光入射面32aの大きさが小さいほど、光入射面32a中の不発光帯Bに対応する部分の占める割合が大きくなり、光入射面32aへの照明光の入射光量が低下してしまう。

0061

しかし、本実施形態では、発光面60cの中心Acが、集光光学系63の光軸Lcに対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態で配置されているので、図10に示すように、導光ロッド32の径D1が小さく、光入射面32aの大きさが小さくなると、逆に、光入射面32a中の不発光帯Bに対応する部分の占める割合が小さくなり、不発光帯Bによる光入射面32aへの照明光の入射光量の低下が低減される。

0062

本実施形態では、発光面60cの中心Acの光軸Lcに対するオフセット量は、光軸Lcが、発光面60c内の不発光帯B以外の領域に位置するように設定されている。また、オフセット量は、内視鏡接続部13aに接続可能な内視鏡11のうち、導光ロッド32の径D1が最小のものが接続された場合に、この内視鏡11の光入射面32aに、集光領域R2中の不発光帯Bに対応する部分が導かれることがないように設定されている。

0063

具体的には、図11に示すように、行方向成分及び列方向成分へのオフセット量ΔSX,ΔSYは、それぞれ「ΔSX≧(D1MIN+WX)/2」、及び「ΔSY≧(D1MIN+WY)/2」の関係式を満たしている。ここで、D1MINは、内視鏡接続部13aに接続可能な内視鏡11の導光ロッド32の径(光入射面32aの径)D1のうちの最小の径(以下、最小ロッド径という)である。WX,WYは、それぞれ不発光帯Bの行方向及び列方向への幅である。

0064

これに対して、青色光源61は、1つの青色LEDチップ61aのみを有するので、図6に示すように、青色光源61は、その発光面(第2発光面)61cの中心が、集光光学系63の光軸Lcに一致するように配置されている。同様に、赤色光源62は、その発光面(第3発光面)62cの中心が、集光光学系63の光軸Lcに一致するように配置されている。

0065

次に、内視鏡システム10の作用を説明する。医師等のユーザは、内視鏡診断を行う場合に、複数種の内視鏡11から診断に応じたものを選択し、選択した内視鏡11をプロセッサ装置12及び光源装置13に接続する。プロセッサ装置12及び光源装置13の電源投入されると、内視鏡システム10が起動する。

0066

内視鏡システム10が起動すると、プロセッサ装置12内のコントローラ50が、内視鏡11のID情報記憶部40からID情報を読み取る。コントローラ50は、読み取ったID情報に基づき、内視鏡11の種類や診断の種類に適した制御方式で、光源部30の発光動作、撮像素子35の撮像動作、画像処理部53の画像処理動作等を制御する。

0067

コントローラ50の制御に基づき、緑色光源60、青色光源61、及び赤色光源62が駆動される。このとき、緑色光源60に含まれる4つの緑色LEDチップ60aは、全て同時に駆動される。これにより、光源部30で緑色光LG、青色光LB、及び赤色光LRが発光される。これらの光は、集光光学系63により集光され、混合されることにより白色の照明光となって、内視鏡11の光入射面32aを含む投影領域R1に集光される。投影領域R1に集光された照明光のうち、光入射面32aに対応する部分の光は、光入射面32aから導光ロッド32内に入射する。

0068

内視鏡11では、照明光が導光ロッド32及びライトガイド33を介して照明窓22に導光され、照明窓22から観察部位に照射される。照明光が照射された観察部位の光像(反射光)は、観察窓23から対物光学系39を介して撮像素子35に入射する。撮像素子35は、1フレーム周期毎に入射光を光電変換して撮像信号を生成する。この撮像信号は、AFE37により、CDS、AGC、A/D変換等の処理が施され、デジタル信号としてプロセッサ装置12のDSP51に入力される。

0069

DSP51は、内視鏡11から入力されたデジタルの撮像信号に対して、フレーム単位で、画素補間処理、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の信号処理を施して画像データとし、この画像データをフレームメモリ52に記憶させる。画像処理部53は、フレームメモリ52に記憶された画像データに対して所定の画像処理を施して観察画像を生成する。この観察画像は、表示制御部54を介してモニタ14に表示される。モニタ14に表示される観察画像は、1フレーム毎に更新される。

0070

本実施形態では、緑色光源60が4つの緑色LEDチップ60aを有するので、照明光の高輝度化が図られ、観察画像の明るさが向上する。

0071

また、本実施形態では、緑色光源60を、その発光面60cの中心Acが、集光光学系63の光軸Lcに対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態で配置しているので、導光ロッド32の径D1が小さい内視鏡11が光源装置13に接続されても、光入射面32a中の不発光帯Bに対応する部分の占める割合が小さく、不発光帯Bによる光入射面32aへの照明光の入射光量の低下が低減される。

0072

なお、上記実施形態では、コントローラ50は、4つの緑色LEDチップ60aを同時に駆動しているが、内視鏡接続部13aに接続された内視鏡11の導光ロッド32の径D1が最小ロッド径D1MINである場合に、1つの緑色LEDチップ60aのみを駆動するよう構成しても良い。

0073

具体的には、図12のフローチャートに示すように、コントローラ50は、内視鏡接続部13aに接続された内視鏡11のID情報記憶部40からID情報を取得し、内視鏡接続部13aに接続された内視鏡11の導光ロッド32の径D1が最小ロッド径D1MINであるか否か(すなわち、D1=D1MINを満たすか否か)を判定する。D1=D1MINを満たす場合には、4つの緑色LEDチップ60aのうち、集光光学系63の光軸Lcが位置する緑色LEDチップ60a(図11中の右下の緑色LEDチップ60a)のみを駆動して発光させる。一方、D1=D1MINを満たさない場合には、全ての緑色LEDチップ60aを駆動して、全て同時に発光させる。

0074

D1=D1MINの場合には、図11に示すように、光軸Lcが位置する緑色LEDチップ60aから発光された緑色光LGのみが光入射面32aに入射し、それ以外の緑色LEDチップ60aから発光された緑色光LGは殆ど光入射面32aには入射しないので、これらの緑色LEDチップ60aを非駆動とすることで、消費電力を抑えることができる。

0075

上記実施形態では、第1DM68は、緑色光LGを透過させて、青色光LBを反射させる光学特性を有しているが、第1DM68の透過と反射との関係を逆として集光光学系63を構成しても良い。また、上記実施形態では、第2DM69は、緑色光LG及び青色光LBを透過させて、赤色光LRを反射させる光学特性を有しているが、第2DM69の透過と反射との関係を逆として集光光学系63を構成しても良い。すなわち、第1DM68は、緑色光LGと青色光LBとのうち一方を透過させ、他方を反射させるものであれば良い。第2DM69は、緑色光LG及び青色光LBと、赤色光LRとのうち一方を透過させ、他方を反射させるものであれば良い。

0076

上記実施形態では、集光光学系63において、緑色光LGの光路に、青色光LBの光路と赤色光LRの光路とをこの順番に統合しているが、この順番を逆とするように、青色光源61、赤色光源62、第1DM68、及び第2DM69の配置を変更しても良い。

0077

上記実施形態では、緑色LEDチップ60aの行方向への配列数と列方向への配列数とをそれぞれ「2」としているが、これらの配列数は、「2」には限定されず、偶数であれば良い。緑色LEDチップ60aの行方向及び列方向の配列数が偶数の場合には、発光面60cの中心Acに不発光帯Bが存在するので、本発明の適用により、不発光帯Bによる光入射面32aへの照明光の入射光量の低下が低減されるという効果が得られる。

0078

上記実施形態では、プロセッサ装置12内のコントローラ50が、内視鏡11のID情報記憶部40から読み取ったID情報に基づいて、D1=D1MINを満たすか否かの判断を行っているが、この判断を、光源装置13内の光源制御部31で行っても良い。

0079

上記実施形態では、原色型のカラーフィルタアレイ41を用いているが、これに代えて、補色型のカラーフィルタアレイを用いても良い。

0080

また、単板カラー方式の撮像素子35に代えて、モノクロの撮像素子を用いても良い。この場合には、緑色光源60、青色光源61、赤色光源62をそれぞれ個別に駆動し、緑色光LG、青色光LB、赤色光LRの各光をそれぞれ個別に発光させる。撮像素子は、緑色光LG、青色光LB、赤色光LRの各光により照明された観察部位からの反射光を、撮像素子で個別に撮像する。この撮像方式は、面順次方式と呼ばれる。

0081

上記実施形態では、図7に示すように、緑色光源60、青色光源61、及び赤色光源62の各発光波長帯域は、互いに殆ど重なりを有していないが、各発光波長帯域は、互いに重なりを有するものであっても良い。例えば、図13に示すように、緑色光源60の発光波長帯域が広く、青色光源61及び赤色光源62の各発光波長帯域と重なりを有していても良い。すなわち、各光源の発光波長帯域は、少なくとも一部がその他の光源の発光波長帯域と異なっていれば良い。

0082

上記実施形態では、光源部30内に緑色光源60、青色光源61、及び赤色光源62を設けているが、光源の種類はこれらに限られず、さらに紫色光源等を設けても良い。

0083

上記実施形態では、光源装置とプロセッサ装置とを別体構成としているが、光源装置とプロセッサ装置と1つの装置で構成しても良い。

0084

特許請求の範囲に記載の第1〜第3光源は、緑色光源60、青色光源61、及び赤色光源62にそれぞれ対応する。第1〜第3光は、緑色光LG、青色光LB、及び赤色光LRにそれぞれ対応する。また、第1〜第3発光素子は、緑色LEDチップ60a、青色LEDチップ61a、及び赤色LEDチップ62aにそれぞれ対応する。

0085

10内視鏡システム
11内視鏡
12プロセッサ装置
13光源装置
30光源部
32導光ロッド
32a入射端面(光入射面)
32b射出端面
33ライトガイド
33a 入射端面
34光ファイバ
60緑色光源(第1光源)
60a緑色LEDチップ(第1発光素子)
60c発光面(第1発光面)
61青色光源(第2光源)
61a青色LEDチップ(第2発光素子)
61c 発光面(第2発光面)
62赤色光源(第3光源)
62a赤色LEDチップ(第3発光素子)
62c 発光面(第3発光面)
63集光光学系
67 集光レンズ

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