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WO2018043557A1 - 内視鏡用光源装置、内視鏡、及び内視鏡システム - Google Patents

内視鏡用光源装置、内視鏡、及び内視鏡システム Download PDF

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WO2018043557A1
WO2018043557A1 PCT/JP2017/031145 JP2017031145W WO2018043557A1 WO 2018043557 A1 WO2018043557 A1 WO 2018043557A1 JP 2017031145 W JP2017031145 W JP 2017031145W WO 2018043557 A1 WO2018043557 A1 WO 2018043557A1
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WO
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light
light source
light emitting
endoscope
emitting surface
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PCT/JP2017/031145
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English (en)
French (fr)
Inventor
邦彦 尾登
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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Priority to CN201780038095.8A priority patent/CN109310311B/zh
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    • A61B1/044—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances for absorption imaging
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    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope light source device, an endoscope, and an endoscope system for irradiating a subject with light.
  • Patent Document 1 discloses an endoscope apparatus having a white LED and a purple LED.
  • light emitted from each LED is collected by a lens and is incident on an optical fiber of an electronic scope.
  • the light incident on the optical fiber is emitted from the tip of the electronic scope and is applied to the subject.
  • an LED is used as a light source device.
  • the LED light emitted from the LED has a radial light intensity distribution (Lambert distribution).
  • Lambert distribution radial light intensity distribution
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an endoscope light source device capable of improving the light use efficiency of illumination light without increasing the size of the optical system, and the endoscope. It is to provide a mirror and an endoscope system.
  • an endoscope light source device includes a solid-state light emitting element configured to emit light from a light emitting surface, and a state spaced from the light emitting surface. And a covering member that covers the solid-state light emitting element.
  • the cover member includes an opening configured to emit a part of the light emitted from the light emitting surface and a part of the reflected light reflected by the reflective surface.
  • the light emitted toward the opening is extracted from the opening.
  • the light emitted toward the direction other than the opening is reflected by the reflecting surface of the covering member and converted into the light toward the opening.
  • the emission angle distribution of the light emitted from the light source device is smaller than the emission angle distribution of the light emitted from the solid state light emitting device, so that the light utilization efficiency can be improved without increasing the optical system. Can do.
  • the area of the opening is smaller than the light emitting surface.
  • the covering member has a hollow dome shape.
  • the covering member includes a transparent substrate configured to transmit light emitted from the light emitting surface, and the reflecting surface is a surface of the transparent substrate.
  • the reflective film configured to reflect the light emitted from the light emitting surface is formed, and the opening is a region of the surface of the transparent substrate where the reflective film is not formed. It is preferable.
  • the endoscope light source device includes a convex lens disposed in the opening.
  • the covering member includes a plano-convex lens disposed so that a flat surface faces the light emitting surface.
  • the reflective surface is a region where a reflective film is formed in the convex surface of the plano-convex lens, and the opening is a region where the reflective film is not formed in the convex surface.
  • the endoscope light source device includes a protective member that protects the light emitting surface.
  • the protection member is disposed so as to cover the light emitting surface and is configured to transmit light emitted from the light emitting surface, and the covering member covers the solid light emitting element and the protection member. It is preferable that they are arranged as described above.
  • the endoscope light source device is disposed between the light emitting surface and the reflecting surface, and absorbs part of the light emitted from the light emitting surface. It is preferable to provide a phosphor configured to emit fluorescence.
  • the phosphor is disposed on the light emitting surface.
  • An endoscope system includes: A first solid-state light-emitting element configured to emit first light from the first light-emitting surface; and a member that covers the first solid-state light-emitting element in a state of being spaced from the first light-emitting surface.
  • a first reflecting surface configured to reflect the first light emitted from the light emitting surface, and a portion of the first light and a part of the reflected light reflected by the first reflecting surface are emitted.
  • An endoscope light source device having a first light source unit comprising: a first covering member having a first opening portion; A connection portion connected to the endoscope light source device; and a tip portion having an illumination light exit configured to emit illumination light for illuminating a subject transmitted from the connection portion via an optical cable.
  • the endoscope light source device in addition to the first light source unit, A second solid-state light-emitting element configured to emit second light from the second light-emitting surface, and a member that covers the second solid-state light-emitting element in a state of being spaced from the second light-emitting surface, A second surface having a reflecting surface configured to reflect light, and an opening configured to emit a part of the second light and a part of the reflected light reflected by the second reflecting surface; A second light source comprising: a covering member; and a phosphor disposed between the second light emitting surface and the second reflecting surface and configured to absorb a part of the second light and emit fluorescence.
  • the phosphor includes a material configured to emit a light component having a wavelength band of 460 to 600 nm.
  • An endoscope is a solid-state light-emitting element configured to emit light from a light-emitting surface, and a member that covers the solid-state light-emitting element in a state of being spaced from the light-emitting surface, A reflective surface configured to reflect the light emitted from the light emitting surface, and an opening configured to emit a part of the light and a part of the reflected light reflected by the reflective surface.
  • a light source unit comprising: a covering member;
  • An endoscope comprising: a distal end portion having an illumination light exit configured to emit light emitted from the light source unit as illumination light for illuminating a subject.
  • the light use efficiency of illumination light can be improved without increasing the size of the optical system.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic endoscope system 1 including an endoscope light source device 201 according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic endoscope system 1 is a system specialized for medical use, and includes an electronic scope (endoscope) 100, a processor 200, and a monitor 300.
  • the processor 200 includes a system controller 21 and a timing controller 22.
  • the system controller 21 executes various programs stored in the memory 23 and controls the entire electronic endoscope system 1 in an integrated manner.
  • the system controller 21 is connected to the operation panel 24.
  • the system controller 21 changes each operation of the electronic endoscope system 1 and parameters for each operation in accordance with an instruction from the operator input to the operation panel 24.
  • the timing controller 22 outputs a clock pulse for adjusting the operation timing of each unit to each circuit in the electronic endoscope system 1.
  • the processor 200 includes a light source device 201.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the light source device 201.
  • the light source device 201 includes first to fourth light source units 111 to 114.
  • the first to fourth light source units 111 to 114 are individually controlled to emit light by the first to fourth light source driving circuits 141 to 144, respectively.
  • the first light source unit 111 is a purple light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) that emits light in a purple wavelength band (for example, a wavelength of 395 to 435 nm).
  • the second light source unit 112 is a blue LED that emits light in a blue wavelength band (for example, a wavelength of 430 to 470 nm).
  • the third light source unit 113 includes a blue LED that emits light in a blue wavelength band (for example, a wavelength of 425 to 455 nm) and a phosphor. The phosphor is excited by blue LED light emitted from the blue LED, and emits fluorescence in a green wavelength band (for example, a wavelength of 460 to 600 nm).
  • the fourth light source unit 114 is a red LED that emits light in a red wavelength band (for example, a wavelength of 620 to 680 nm).
  • Collimating lenses 121 to 124 are arranged in front of the light source units 111 to 114 in the light emission direction, respectively.
  • the purple LED light emitted from the first light source unit 111 is converted into parallel light by the collimator lens 121 and is incident on the dichroic mirror 131.
  • the LED light emitted from the second light source unit 112 is converted into parallel light by the collimator lens 122 and is incident on the dichroic mirror 131.
  • the dichroic mirror 131 combines the optical path of the light emitted from the first light source unit 111 and the optical path of the light emitted from the second light source unit 112.
  • the dichroic mirror 131 has a cutoff wavelength in the vicinity of a wavelength of 430 nm, transmits light having a wavelength shorter than the cutoff wavelength, and reflects light having a wavelength longer than the cutoff wavelength. Yes. Therefore, the purple LED light emitted from the first light source unit 111 is transmitted through the dichroic mirror 131, and the blue LED light is reflected from the second light source unit 112 by the dichroic mirror 131. Thereby, the optical paths of purple LED light and blue LED light are combined. The light whose optical path is synthesized by the dichroic mirror 131 is incident on the dichroic mirror 132.
  • the light emitted from the third light source unit 113 that is, the blue LED light and the green fluorescence is converted into parallel light by the collimator lens 123 and is incident on the dichroic mirror 132.
  • the dichroic mirror 132 combines the optical path of the light incident from the dichroic mirror 131 and the optical path of the light emitted from the third light source unit 113.
  • the dichroic mirror 132 has a cutoff wavelength in the vicinity of a wavelength of 500 nm, transmits light having a wavelength shorter than the cutoff wavelength, and reflects light having a wavelength longer than the cutoff wavelength. Yes.
  • the optical path of the green fluorescence is synthesized by the dichroic mirror 132.
  • the light whose optical path is synthesized by the dichroic mirror 132 is incident on the dichroic mirror 133.
  • the red LED light emitted from the fourth light source unit 114 is converted into parallel light by the collimator lens 124 and is incident on the dichroic mirror 133.
  • the dichroic mirror 133 combines the optical path of the light incident from the dichroic mirror 132 and the optical path of the red LED light emitted from the fourth light source unit 114.
  • the dichroic mirror 133 has a cutoff wavelength in the vicinity of a wavelength of 600 nm, transmits light having a wavelength shorter than the cutoff wavelength, and reflects light having a wavelength longer than the cutoff wavelength. Yes. Therefore, the light incident from the dichroic mirror 132 and the red LED light emitted from the fourth light source unit 114 are combined by the dichroic mirror 133 and emitted from the light source device 201 as illumination light L.
  • the illumination light L emitted from the light source device 201 is condensed on the incident end face of the LCB (Light Carrying Bundle) 11 by the condenser lens 25 and is incident on the LCB 11.
  • LCB Light Carrying Bundle
  • the illumination light L incident on the LCB 11 propagates in the LCB 11.
  • the illumination light L propagating through the LCB 11 is emitted from the emission end face of the LCB 11 disposed at the distal end portion 106 of the electronic scope 100 and is irradiated onto the subject via the light distribution lens 12.
  • the return light from the subject illuminated by the illumination light L from the light distribution lens 12 forms an optical image on the light receiving surface of the solid-state imaging device 14 via the objective lens 13.
  • the solid-state imaging device 14 is a single-plate color CCD (Charge Coupled Device) image sensor having a Bayer pixel arrangement.
  • the solid-state imaging device 14 accumulates an optical image formed by each pixel on the light receiving surface as a charge corresponding to the amount of light, and generates R (Red), G (Green), and B (Blue) image signals. Output.
  • the solid-state imaging device 14 is not limited to a CCD image sensor, and may be replaced with a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor or other types of imaging devices.
  • the solid-state image sensor 14 may also be one having a complementary color filter mounted thereon.
  • a driver signal processing circuit 15 receives an image signal of a subject from the solid-state imaging device 14 at a predetermined frame period.
  • the frame period is, for example, 1/30 seconds.
  • the driver signal processing circuit 15 performs a predetermined process on the image signal input from the solid-state imaging device 14 and outputs the processed image signal to the upstream signal processing circuit 26 of the processor 200.
  • the driver signal processing circuit 15 also accesses the memory 16 and reads the unique information of the electronic scope 100.
  • the unique information of the electronic scope 100 recorded in the memory 16 includes, for example, the number and sensitivity of the solid-state imaging device 14, an operable frame rate, a model number, and the like.
  • the driver signal processing circuit 15 outputs the unique information read from the memory 16 to the system controller 21.
  • the system controller 21 performs various calculations based on the unique information of the electronic scope 100 and generates a control signal.
  • the system controller 21 uses the generated control signal to control the operation and timing of various circuits in the processor 200 so that processing suitable for the electronic scope 100 connected to the processor 200 is performed.
  • the timing controller 22 supplies clock pulses to the driver signal processing circuit 15 according to the timing control by the system controller 21.
  • the driver signal processing circuit 15 drives and controls the solid-state imaging device 14 at a timing synchronized with the frame rate of the video processed on the processor 200 side in accordance with the clock pulse supplied from the timing controller 22.
  • the pre-stage signal processing circuit 26 performs predetermined signal processing such as demosaic processing, matrix calculation, and Y / C separation on the image signal input from the driver signal processing circuit 15 in one frame period, and outputs it to the image memory 27. To do.
  • the image memory 27 buffers the image signal input from the upstream signal processing circuit 26 and outputs it to the downstream signal processing circuit 28 according to the timing control by the timing controller 22.
  • the post-stage signal processing circuit 28 processes the image signal input from the image memory 27 to generate screen data for monitor display, and converts the generated screen data for monitor display into a predetermined video format signal.
  • the converted video format signal is output to the monitor 300. Thereby, the image of the subject is displayed on the display screen of the monitor 300.
  • FIG. 3 shows the spectral intensity distributions D111 to D114 of the illumination light L emitted from the light source units 111 to 114, respectively.
  • the horizontal axis of the spectral intensity distribution shown in FIG. 3 indicates the wavelength (nm), and the vertical axis indicates the intensity of the illumination light L. Note that the vertical axis is standardized so that the maximum intensity value is 1.
  • the cut-off wavelengths ⁇ 131 to ⁇ 133 of the dichroic mirrors 131 to 133 are indicated by dotted lines.
  • a region indicated by a solid line is a region emitted from the light source device 201 and used as the illumination light L.
  • a region indicated by a broken line is a region that is not emitted from the light source device 201 and is not used as the illumination light L.
  • the light paths of the light emitted from the light source units 111 to 114 are synthesized by the dichroic mirrors 131 to 133, so that the light source device 201 emits red light from the ultraviolet region (part of near ultraviolet light).
  • Illumination light L having a wide wavelength band is emitted over the region.
  • the spectral intensity distribution of the illumination light L is the sum of the areas indicated by the solid lines in the spectral intensity distributions D111 to D114 shown in FIG.
  • Each light source unit 111 to 114 can be individually controlled. Therefore, the intensity of light emitted from each of the light source units 111 to 114 can be changed according to the subject.
  • the endoscope system includes a connection unit 104 (see FIG. 1) connected to the endoscope light source device 201 including the light source units 111, 112, and 114, and the connection unit 104 to the LCB 11 (optical cable). And an electronic scope including a distal end portion 106 having an illumination light exit port 105 configured to emit illumination light L that illuminates a subject transmitted through the electronic scope.
  • the light source device 210 includes the light source unit 113 including the phosphor 32 in addition to the light source units 111 and 112, the light path of the light emitted from the light source units 111 and 112, and the light emitted from the light source unit 113.
  • the fluorescent light is extracted from the light emitted from the light source unit 113, and the combined light of the optical path obtained by combining the optical path of the light emitted from the light source units 111 and 112 and the optical path of the fluorescence is emitted.
  • the dichroic mirror 132 optical element
  • the fluorescence When generating pseudo white light using fluorescence, the fluorescence contains a broadband light component compared to the light of other color components, while the light intensity is low compared to the light intensity of the light of other color components, The illumination light of pseudo white light tends to be dark. For this reason, it was necessary to increase the light intensity with weak fluorescence. For this reason, it has been necessary to flow a large current through the LED to increase the emission intensity of the excitation light.
  • the light intensity of the fluorescence is increased by providing the cover member 40. Since it can be made high, it is not necessary to send a large current to the LED, which is preferable in terms of energy consumption.
  • the phosphor preferably includes a material that emits a light component having a wavelength band of 460 to 600 nm.
  • the light component in this wavelength band is a green component, and is a component that is easily absorbed in various narrower wavelength bands in the wavelength band in living tissue. Therefore, it is preferable to increase the light intensity of light in the wavelength band of 460 to 600 nm because the effects of light absorption and non-absorption of living tissue can be more easily identified.
  • FIG. 4 to 6 are diagrams for explaining the configuration of the light source units 111 to 114.
  • FIG. FIG. 4 is a perspective view of the first light source unit 111.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the first light source unit 111.
  • FIG. 6 is a sectional view of the third light source unit 113.
  • the configuration of the third light source unit 113 is the same as the configuration of the first light source unit 111 except that it has a phosphor and the emission wavelength of the LED is different.
  • the configurations of the second and fourth light source units 112 and 114 are the same as the configuration of the first light source unit 111 except that the emission wavelengths of the LEDs are different.
  • the first light source unit 111 includes a substrate 30, a solid light emitting element 31 mounted on the substrate 30, and a cover member 40.
  • the solid state light emitting element 31 has a light emitting surface 31A that emits LED light.
  • the solid-state light emitting element 31 emits light according to a drive current supplied via a wiring (not shown) formed on the substrate 30.
  • the first light source unit 111 has a transparent cover glass 35 for protecting the solid light emitting element 31.
  • the covering member 40 has a substrate formed in a hollow dome shape (hemispherical spherical shell shape), and is disposed so as to cover the solid light emitting element 31 with a space from the light emitting surface 31A of the solid light emitting element 31. Has been.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the first light source unit 111 in a modification of the present embodiment.
  • the covering member 40 may be disposed on the cover glass 35 like the first light source unit 111 shown in FIG.
  • a reflection film 41 that reflects LED light or fluorescence is formed on the inner wall surface 40A of the covering member 40.
  • the reflection film 41 is, for example, a metal (for example, silver) multilayer film or a dielectric multilayer film.
  • the surface (reflection surface) of the reflection film 41 has a relatively high reflectance with respect to LED light or fluorescence.
  • an opening 42 is formed in a part of the cover member 40 in a region facing the light emitting surface 31 ⁇ / b> A of the solid light emitting element 31.
  • the opening 42 is a through hole that connects the inside and the outside of the covering member 40.
  • the area of the opening 42 is set smaller than the area of the light emitting surface 31 ⁇ / b> A of the solid light emitting element 31.
  • the covering member 40 in the first light source unit 111 is used in an optical system including the collimating lens 121 to improve the utilization efficiency of LED light.
  • the LED light emitted toward the opening 42 of the covering member 40 passes through the opening 42 and is emitted from the first light source unit 111.
  • the LED light emitted toward the direction other than the opening 42 is reflected toward the substrate 30 or the solid light emitting element 31 by the reflecting surface of the covering member 40.
  • the LED light reflected by the reflecting surface is reflected again by the substrate 30 or the solid light emitting element 31 toward the opening 42 or the cover member 40.
  • the LED light is repeatedly reflected by the covering member 40, the substrate 30, and the solid light emitting element 31, and finally passes through the opening 42 and is emitted from the first light source unit 111.
  • the area of the opening 42 of the covering member 40 is set smaller than the area of the light emitting surface 31A.
  • the smaller the light emitting area the smaller the etendue (product of the light emitting area and the emission solid angle) of the LED light.
  • the etendue of the LED light becomes smaller, the light use efficiency in the optical system including the collimating lens 121 is improved. Therefore, the use efficiency of the LED light can be further improved by using the cover member 40 having the opening 42 smaller than the area of the light emitting surface 31A.
  • the third light source unit 113 includes a solid-state light emitting element 31 that emits blue LED light and a phosphor 32.
  • the phosphor 32 is arranged on the light emitting surface 31A of the solid light emitting element 31 so as to cover the entire light emitting surface 31A.
  • the covering member 40 in the third light source unit 113 is used to improve the use efficiency of LED light and fluorescence in the optical system and to improve the light emission efficiency of the phosphor 32.
  • a part of the LED light emitted from the solid-state light emitting element 31 is used to excite the phosphor 32, and the other part transmits the phosphor 32.
  • both the LED light and the fluorescence are emitted from the solid light emitting element 31 having the phosphor 32.
  • the LED light and the fluorescence are multiple-reflected in the third light source unit 113 and emitted from the opening 42, similarly to the LED light in the first light source unit 111.
  • light with a large emission angle is converted into light with a small emission angle, and the etendue of LED light and fluorescence is reduced.
  • the light use efficiency of LED light and fluorescence can be improved.
  • the third light source unit 113 a part of the LED light that passes through the phosphor 32 and is multiple-reflected in the third light source unit 113 is incident on the phosphor 32 again. A part of the LED light re-entering the phosphor 32 is used to excite the phosphor 32. Thereby, the luminous efficiency of the phosphor 32 can be improved.
  • FIG. 8 shows a spectral intensity distribution of light emitted from the third light source unit 113.
  • FIG. 8A shows the spectral intensity distribution when the third light source unit 113 does not have the covering member 40
  • FIG. 8B shows the spectrum of the third light source unit 113 having the covering member 40.
  • the intensity distribution is shown.
  • the horizontal axis of the spectral intensity distribution shown in FIG. 8 indicates the wavelength (nm), and the vertical axis indicates the light intensity. Note that the vertical axis is standardized so that the maximum intensity value is 1.
  • the light emitted from the third light source unit 113 has a spectral intensity distribution having two peaks at the peak wavelength of blue LED light and the peak wavelength of fluorescence, as shown in FIG. Further, when the cover member 40 is used, a part of the blue LED light transmitted through the phosphor 32 is used for exciting the phosphor 32. Therefore, as shown in FIG. 8B, the spectral intensity distribution of the light emitted from the third light source unit 113 has a higher fluorescence ratio than the case where the cover member 40 is not provided. Of the light emitted from the third light source unit 113, fluorescence is used to illuminate the subject, but blue LED light is not used to illuminate the subject. Therefore, the use of the cover member 40 increases the amount of fluorescent light and improves the amount of illumination light L.
  • Embodiments of the present invention are not limited to those described above, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
  • the embodiment of the present invention also includes contents appropriately combined with embodiments or the like clearly shown in the specification or obvious embodiments.
  • the light source device 201 is provided in the processor 200, but may be configured as a separate device from the processor 200 and the electronic scope 100.
  • the light source units 111 to 114 may be incorporated in the electronic scope 100 as a light source device.
  • it is preferably incorporated in the connection unit 104 connected to the processor 200.
  • connection failure associated with connection can be avoided.
  • the light source units 111 to 114 may be incorporated in the distal end portion 106 of the electronic scope 100 where the orientation lens 12 is provided.
  • the LCB 11 When incorporated in the distal end portion 106, the LCB 11 is not required, so that the illumination light is not affected by the transmission characteristics of the LCB 11, and the diameter of the portion inserted into the body cavity can be reduced, which imposes a burden on the subject. Can be reduced.
  • the opening 42 of the covering member 40 need not be a through hole provided in the covering member 40. According to one embodiment, it is preferable that the opening 42 has a property of allowing LED light and fluorescence to pass therethrough.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of the first light source unit 111 of an embodiment.
  • the cover member 40 is formed by molding a transparent substrate made of a material that transmits light (for example, glass or a transparent resin material) into a hemispherical spherical shell shape.
  • a reflection film 41 is formed on the inner wall surface 40A of the covering member 40 except for a part of the region facing the light emitting surface 31A.
  • a region of the inner wall surface 40A where the reflective film 41 is not formed becomes an opening 42 that transmits LED light.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the first light source unit 111 having the convex lens 43.
  • a convex lens 43 is disposed in the opening 42.
  • the exit angle of the light emitted through the opening 42 is reduced by the convex lens 43.
  • the convex lens 43 does not need to be disposed in the opening 42, and may be disposed outside the opening 42 so as to cover the opening 42.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view of the first light source unit 111 in one embodiment.
  • the lens 44 is preferably disposed on the cover glass 35.
  • the lens 44 is a plano-convex lens and is disposed so that the flat surface of the lens 44 faces the cover glass 35.
  • a plano-convex lens for example, a hemispherical lens is used.
  • the covering member 40 is a reflective film 41 formed on a convex surface on the outer side of the lens 44 except for a part of the region facing the light emitting surface 31A. Of the convex surface of the lens 44, the region where the reflective film 41 is formed is a reflective surface that reflects the LED light.
  • a region of the lens 44 where the spherical reflective film 41 is not formed becomes an opening 42 through which LED light is transmitted.
  • the cover member 40 is not hollow, but the cover member 40 (reflective film 41) is disposed at a distance from the light emitting surface 31A with the transparent lens 44 interposed therebetween. Therefore, the LED light emitted from the light emitting surface 31A can be multiple-reflected in the first light source unit 111 and converted to LED light having a small emission angle.
  • the covering member 40 has a shape other than a dome shape.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional view of the first light source unit 111 in one embodiment.
  • the cover member 40 has a rectangular tube shape.
  • the cross section of the covering member 40 has a truncated pyramid shape that decreases as the distance from the solid light emitting element 31 increases.
  • the area of the opening 42 at the end of the cover member 40 opposite to the end where the solid light emitting element 31 is disposed is set smaller than the area of the light emitting surface 31A.
  • a reflective film 41 is formed on the inner wall surface 40 ⁇ / b> A of the covering member 40.
  • the cover member 40 is not a truncated pyramid shape but a truncated cone shape.
  • the reflective film 41 formed on the cover member 40 is a metal multilayer film or a dielectric multilayer film.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the reflective film 41 preferably has, for example, a property of diffusing and reflecting incident light.
  • the reflection film 41 is a metal multilayer film or a dielectric multilayer film, the light incident on the reflection film 41 is regularly reflected (specular reflection). Therefore, in order to convert light having a large emission angle into light having a large emission angle, it is necessary to reflect the light multiple times by the reflective film 41, the substrate 30, the solid light emitting element 31, and the like.
  • the reflective film 41 has a characteristic of diffusely reflecting light
  • at least a part of the light incident on the reflective film 41 is converted into light having a small emission angle by one reflection. Therefore, it is possible to reduce the rate at which light is absorbed by the reflective film 41 and the substrate 30 as compared to the case of reflecting a plurality of times.
  • the surface of the reflective film 41 is preferably a roughened surface in order to have diffuse reflection characteristics.
  • an LED is assumed as the solid light emitting element 31.
  • the present invention is not limited to this, and according to one embodiment, it is also preferable to employ an LD (Laser Diode) as the solid state light emitting device 31.
  • LD Laser Diode

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Abstract

光学系を大型化することなく、照明光の光利用効率を向上した内視鏡装置用の光源装置光源ユニット（１１１）は、発光面（３１Ａ）から光を射出する固体発光素子（３１）と、発光面（３１Ａ）から間隔を空けた状態で固体発光素子（３１）を覆う覆部材（４０）と、を備える。この構成において、覆部材（４０）は、発光面から射出された光を反射する反射面と、光を射出する開口部（４２）と、を有する。

Description

内視鏡用光源装置、内視鏡、及び内視鏡システム
　本発明は、被写体に光を照射する内視鏡用光源装置、内視鏡、及び内視鏡システムに関する。
　内視鏡用の光源装置として、キセノンランプの代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の固体発光素子を用いるものが知られている。例えば、特許文献１には、白色ＬＥＤと紫色ＬＥＤを有する内視鏡装置が開示されている。特許文献１の内視鏡装置では、各ＬＥＤから射出された光がレンズによって集光され、電子スコープの光ファイバに入射される。光ファイバに入射された光は、電子スコープの先端部から射出され、被写体に照射される。
国際公開第２０１２／１０８４２０号パンフレット
　特許文献１に記載の内視鏡装置では、光源装置としてＬＥＤを使用している。ＬＥＤはから射出されるＬＥＤ光は放射状の光強度分布（ランバート分布）を有している。このため、内視鏡装置におけるＬＥＤ光の利用効率を向上するためには、射出角度の大きい光を光学系で取り込めるように、光学系を大型化する必要がある。しかし、光学系を大型化すると、光源装置は大型化されるので、コンパクトな内視鏡装置の実現は難しい。
　本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学系を大型化することなく、照明光の光利用効率を向上可能な内視鏡用光源装置、内視鏡、及び内視鏡システムを提供することである。
　上記課題を解決するために、本発明の一実施形態の内視鏡用光源装置は、発光面から光を射出するように構成された固体発光素子と、前記発光面から間隔を空けた状態で前記固体発光素子を覆う覆部材と、を備える。また、前記覆部材は、前記発光面から射出した光の一部及び前記反射面で反射した反射光の一部を射出するように構成された開口部と、を有する。
　このような構成によれば、固体発光素子から射出された光のうち、開口部に向かって射出された光は開口部から取り出される。また、固体発光素子から射出された光のうち、開口部以外の方向に向かって射出された光は覆部材の反射面で反射されて、開口部に向かう光に変換される。これにより、光源装置から射出される光の射出角度分布は、固体発光素子から射出される光の射出角度分布よりも小さくなるため、光学系を大きくすることなく、光の利用効率を向上することができる。
　また、本発明の一実施形態によれば、前記開口部の面積は、前記発光面よりも小さいことが好ましい。
　また、本発明の一実施形態によれば、前記覆部材は、中空のドーム形状を有していることが好ましい。
　また、本発明の一実施形態によれば、前記覆部材は、前記発光面から射出された光を透過させるように構成された透明基板を有し、前記反射面は、前記透明基板の表面のうち、前記発光面から射出された光を反射するように構成された反射膜が形成された領域であり、前記開口部は、透明基板の表面のうち、反射膜が形成されていない領域であることが好ましい。
　また、本発明の一実施形態によれば、内視鏡用光源装置は、前記開口部に配置された凸レンズを備えることが好ましい。
　また、本発明の一実施形態によれば、前記覆部材は、平坦な面が前記発光面に対向するように配置された平凸レンズを備える。この構成において、前記反射面は、前記平凸レンズにおける凸面のうち反射膜が形成された領域であり、前記開口部は、前記凸面のうち、前記反射膜が形成されていない領域であることが好ましい。
　また、本発明の一実施形態によれば、前記内視鏡用光源装置は、前記発光面を保護する保護部材を備える。この構成において、前記保護部材は、前記発光面を覆うように配置され、前記発光面から射出された光を透過させように構成され、前記覆部材は、前記固体発光素子及び前記保護部材を覆うように配置されていることが好ましい。
　また、本発明の一実施形態によれば、前記内視鏡用光源装置は、前記発光面と前記反射面との間に配置され、前記発光面から射出された光の一部を吸収して蛍光を発するように構成された蛍光体を備えることが好ましい。
　また、本発明の一実施形態によれば、前記蛍光体は、前記発光面上に配置されていることが好ましい。
　本発明の一実施形態の内視鏡システムは、
　第１発光面から第１光を射出するように構成された第１固体発光素子と、前記第１発光面から間隔を空けた状態で前記第１固体発光素子を覆う部材であり、前記第１発光面から射出された第１光を反射するように構成された第１反射面と、前記第１光の一部及び前記第１反射面で反射した反射光の一部を射出するように構成された第１開口部と、を有する第１覆部材と、を備える第１光源ユニットを有する内視鏡用光源装置と、
　前記内視鏡用光源装置と接続する接続部と、前記接続部から光ケーブルを介して伝送した被写体を照明する照明光が射出するように構成された照明光射出口を有する先端部と、を備える内視鏡と、を含む。
　本発明の一実施形態の内視鏡システムによれば、
　前記内視鏡用光源装置は、前記第１光源ユニットの他に、
　第２発光面から第２光を射出するように構成された第２固体発光素子と、前記第２発光面から間隔を空けた状態で前記第２固体発光素子を覆う部材であり、前記第２光を反射するように構成された反射面と、前記第２光の一部及び前記第２反射面で反射した反射光の一部を射出するように構成された開口部と、を有する第２覆部材と、前記第２発光面と前記第２反射面との間に配置され、前記第２光の一部を吸収して蛍光を発するように構成された蛍光体と、を備える第２光源ユニットと、
　前記第１光の光路と、前記第２光及び前記蛍光の光路上に設けられ、前記第２光及び前記蛍光から前記蛍光を抽出し、かつ、前記第１光の光路と前記蛍光の光路を合成した光路の合成光を射出するように構成された光学素子と、を含む、ことが好ましい。
　本発明の一実施形態の内視鏡システムによれば、前記蛍光体は、４６０～６００ｎｍの波長帯域の光成分を発するように構成された材料を含む、ことが好ましい。
　本発明の一実施形態の内視鏡は、発光面から光を射出するように構成された固体発光素子と、前記発光面から間隔を空けた状態で前記固体発光素子を覆う部材であり、前記発光面から射出された光を反射するように構成された反射面と、前記光の一部及び前記反射面で反射した反射光の一部を射出するように構成された開口部と、を有する覆部材と、を備える光源ユニットと、
　前記光源ユニットの射出した光を被写体を照明する照明光として射出するように構成された照明光射出口を有する先端部と、を備えることを特徴とする内視鏡。
　上述の内視鏡用光源装置及び内視鏡システムによれば、光学系を大型化することなく、照明光の光利用効率を向上することができる。
本発明の一実施形態における内視鏡用光源装置を備えた電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における光源装置のブロック図である。 本発明の一実施形態における各光源ユニットから射出される照明光の分光強度分布を示す図である。 本発明の一実施形態における第１の光源ユニットの斜視図である。 本発明の一実施形態における第１の光源ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態における第３の光源ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態における第１の光源ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態の第３の光源ユニットから射出される光の分光強度分布を示す図である。 本発明の一実施形態における第１の光源ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態における第１の光源ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態における第１の光源ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態における第１の光源ユニットの断面図である。
　以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として内視鏡用光源ユニットを備える電子内視鏡システムを例に取り説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡用光源装置２０１を備えた電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、医療用に特化されたシステムであり、電子スコープ（内視鏡）１００、プロセッサ２００及びモニタ３００を備えている。
　プロセッサ２００は、システムコントローラ２１及びタイミングコントローラ２２を備えている。システムコントローラ２１は、メモリ２３に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ２１は、操作パネル２４に接続されている。システムコントローラ２１は、操作パネル２４に入力される術者からの指示に応じて、電子内視鏡システム１の各動作及び各動作のためのパラメータを変更する。タイミングコントローラ２２は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各回路に出力する。
　プロセッサ２００は、光源装置２０１を備えている。図２に、光源装置２０１のブロック図を示す。光源装置２０１は、第１～第４の光源ユニット１１１～１１４を備えている。第１～第４の光源ユニット１１１～１１４はそれぞれ、第１～第４光源駆動回路１４１～１４４によって個別に発光制御される。
　第１の光源ユニット１１１は、紫色の波長帯域（例えば、波長が３９５～４３５ｎｍ）の光を射出する紫色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）である。第２の光源ユニット１１２は、青色の波長帯域（例えば、波長が４３０～４７０ｎｍ）の光を射出する青色ＬＥＤである。第３の光源ユニット１１３は、青色の波長帯域（例えば、波長が４２５～４５５ｎｍ）の光を射出する青色ＬＥＤと蛍光体を有している。蛍光体は、青色ＬＥＤから射出された青色ＬＥＤ光によって励起され、緑色の波長帯域（例えば、波長が４６０～６００ｎｍ）の蛍光を発する。第４の光源ユニット１１４は、赤色の波長帯域（例えば、波長が６２０～６８０ｎｍ）の光を射出する赤色ＬＥＤである。
　各光源ユニット１１１～１１４の光の射出方向の前方にはそれぞれ、コリメートレンズ１２１～１２４が配置されている。第１の光源ユニット１１１から射出された紫色ＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２１によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３１に入射される。また、第２の光源ユニット１１２から射出されたＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２２によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３１に入射される。ダイクロイックミラー１３１は、第１の光源ユニット１１１から射出された光の光路と、第２の光源ユニット１１２から射出された光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３１は、波長４３０ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、第１の光源ユニット１１１から射出された紫色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー１３１を透過し、第２の光源ユニット１１２から青色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー１３１で反射される。これにより、紫色ＬＥＤ光と青色ＬＥＤ光の光路が合成される。ダイクロイックミラー１３１によって光路が合成された光は、ダイクロイックミラー１３２に入射される。
　また、第３の光源ユニット１１３から射出された光、すなわち、青色ＬＥＤ光及び緑色の蛍光は、コリメートレンズ１２３によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３２に入射される。ダイクロイックミラー１３２は、ダイクロイックミラー１３１から入射された光の光路と、第３の光源ユニット１１３から射出された光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３２は、波長５００ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、ダイクロイックミラー１３１から入射された紫色ＬＥＤ光及び青色ＬＥＤ光と、第３の光源ユニット１１３から射出された光のうち、緑色の蛍光は、ダイクロイックミラー１３２によってその光路が合成される。ダイクロイックミラー１３２によって光路が合成された光は、ダイクロイックミラー１３３に入射される。
　また、第４の光源ユニット１１４から射出された赤色ＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２４によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３３に入射される。ダイクロイックミラー１３３は、ダイクロイックミラー１３２から入射された光の光路と、第４の光源ユニット１１４から射出され赤色ＬＥＤ光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３３は、波長６００ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、ダイクロイックミラー１３２から入射された光と、第４の光源ユニット１１４から射出された赤色ＬＥＤ光は、ダイクロイックミラー１３３によってその光路が合成され、光源装置２０１から照明光Ｌとして射出される。
　光源装置２０１から射出された照明光Ｌは、集光レンズ２５によりＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１１の入射端面に集光されてＬＣＢ１１内に入射される。
　ＬＣＢ１１内に入射された照明光Ｌは、ＬＣＢ１１内を伝播する。ＬＣＢ１１内を伝播した照明光Ｌは、電子スコープ１００の先端部１０６に配置されたＬＣＢ１１の射出端面から射出され、配光レンズ１２を介して被写体に照射される。配光レンズ１２からの照明光Ｌによって照明された被写体からの戻り光は、対物レンズ１３を介して固体撮像素子１４の受光面上で光学像を結ぶ。
　固体撮像素子１４は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。固体撮像素子１４は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の画像信号を生成して出力する。なお、固体撮像素子１４は、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやその他の種類の撮像装置に置き換えられてもよい。固体撮像素子１４はまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。
　電子スコープ１００の接続部内には、ドライバ信号処理回路１５が備えられている。ドライバ信号処理回路１５には、固体撮像素子１４から被写体の画像信号が所定のフレーム周期で入力される。フレーム周期は、例えば、１／３０秒である。ドライバ信号処理回路１５は、固体撮像素子１４から入力される画像信号に対して所定の処理を施してプロセッサ２００の前段信号処理回路２６に出力する。
　ドライバ信号処理回路１５はまた、メモリ１６にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。メモリ１６に記録される電子スコープ１００の固有情報には、例えば、固体撮像素子１４の画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１５は、メモリ１６から読み出された固有情報をシステムコントローラ２１に出力する。
　システムコントローラ２１は、電子スコープ１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２１は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続されている電子スコープ１００に適した処理がなされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。
　タイミングコントローラ２２は、システムコントローラ２１によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１５にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１５は、タイミングコントローラ２２から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１４をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。
　前段信号処理回路２６は、ドライバ信号処理回路１５から１フレーム周期で入力される画像信号に対してデモザイク処理、マトリックス演算、Ｙ／Ｃ分離等の所定の信号処理を施して、画像メモリ２７に出力する。
　画像メモリ２７は、前段信号処理回路２６から入力される画像信号をバッファし、タイミングコントローラ２２によるタイミング制御に従い、後段信号処理回路２８に出力する。
　後段信号処理回路２８は、画像メモリ２７から入力される画像信号を処理してモニタ表示用の画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、モニタ３００に出力される。これにより、被写体の画像がモニタ３００の表示画面に表示される。
　図３は、各光源ユニット１１１～１１４から射出される照明光Ｌの分光強度分布Ｄ１１１～Ｄ１１４を示している。図３に示される分光強度分布の横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は照明光Ｌの強度を示している。なお、縦軸は、強度の最大値が１となるように規格化されている。また、図３には、各ダイクロイックミラー１３１～１３３のカットオフ波長λ１３１～λ１３３が点線で示されている。図３に示す分光強度分布のうち、実線で示される領域が、光源装置２０１から射出され、照明光Ｌとして使用される領域である。また、破線で示される領域が、光源装置２０１から射出されず、照明光Ｌとして使用されない領域である。
　図３に示すように、ダイクロイックミラー１３１～１３３によって各光源ユニット１１１～１１４から射出された光の光路が合成されることにより、光源装置２０１からは、紫外領域（近紫外の一部）から赤色領域にかけて広い波長帯域を有する照明光Ｌが射出される。この照明光Ｌの分光強度分布は、図３に示す分光強度分布Ｄ１１１～Ｄ１１４のうち、実線で示される領域を足し合わせたものになる。なお、各光源ユニット１１１～１１４は個別に制御可能である。そのため、各光源ユニット１１１～１１４から射出される光の強度は、被写体に合わせて変更することができる。
　したがって、一実施形態の内視鏡システムは、光源ユニット１１１，１１２，１１４を含む内視鏡用の光源装置２０１と接続する接続部１０４（図１参照）と、接続部１０４からＬＣＢ１１（光ケーブル）を介して伝送した被写体を照明する照明光Ｌが射出するように構成された照明光射出口１０５を有する先端部１０６と、を備える電子スコープと、を含む。
　一実施形態によれば、光源装置２１０は、光源ユニット１１１，１１２の他に、蛍光体３２を備える光源ユニット１１３と、光源ユニット１１１，１１２から射出した光の光路及び光源ユニット１１３から射出した光の光路上に設けられ、光源ユニット１１３から射出した光から蛍光を抽出し、かつ、光源ユニット１１１，１１２から射出した光の光路と蛍光の光路を合成した光路の合成光を射出するように構成されたダイクロイックミラー１３２（光学素子）と、を含むことが好ましい。蛍光体が発する蛍光の波長帯域は広いので、広い波長帯域の光を容易に射出することができる。蛍光を用いて擬似白色光を生成する場合、蛍光は、他の色成分の光に比べて広帯域の光成分を含む一方、他の色成分の光の光強度に比べて光強度は低いため、擬似白色光の照明光は暗くなり易い。このために、蛍光の弱い光強度を高くする必要があった。このために、従来ＬＥＤに大きな電流を流して励起光の発光強度を高くする必要があったが、本実施形態によれば、後述するように、覆部材４０を設けることで蛍光の光強度を高くすることができるので、大電流をＬＥＤに流す必要がなくなりエネルギー消費の点から好ましい。
　一実施形態によれば、蛍光体は、４６０～６００ｎｍの波長帯域の光成分を発する材料を含むことが好ましい。この波長帯域の光成分は、緑色成分であり、生体組織ではこの波長帯域の中のより狭い種々の波長帯域において吸収されやすい成分である。したがって、この４６０～６００ｎｍの波長帯域の光の光強度を高めることは、生体組織の光の吸収と非吸収による効果をより容易に識別することができる点から好ましい。
　図４～図６は、各光源ユニット１１１～１１４の構成を説明するための図である。図４は、第１の光源ユニット１１１の斜視図を示す。図５は、第１の光源ユニット１１１の断面図を示す。図６は、第３の光源ユニット１１３の断面図を示す。第３の光源ユニット１１３の構成は、蛍光体を有していること、及び、ＬＥＤの発光波長が異なること以外は、第１の光源ユニット１１１の構成と同じである。また、第２及び第４の光源ユニット１１２、１１４の構成は、ＬＥＤの発光波長が異なること以外は、第１の光源ユニット１１１の構成と同じである。
　第１の光源ユニット１１１は、基板３０、基板３０上に実装された固体発光素子３１、及び、覆部材４０を有する。固体発光素子３１は、ＬＥＤ光を発する発光面３１Ａを有している。固体発光素子３１は、基板３０に形成された配線（不図示）を介して供給された駆動電流に応じて発光する。第１の光源ユニット１１１は、固体発光素子３１を保護するための透明なカバーガラス３５を有している。覆部材４０は、中空のドーム形状（半球の球殻状）に形成された基板を有しており、固体発光素子３１の発光面３１Ａから間隔を空けて、固体発光素子３１を覆うように配置されている。図４～図６に示す構成では、覆部材４０は、固体発光素子３１と共にカバーガラス３５を覆うように配置されているが、本実施形態はこの構成に限定されない。図７は、本実施形態の変形例における第１の光源ユニット１１１の断面図である。図７に示す第１の光源ユニット１１１のように、覆部材４０は、カバーガラス３５上に配置されていてもよい。
　覆部材４０の内壁面４０Ａには、ＬＥＤ光又は蛍光を反射する反射膜４１が形成されている。反射膜４１は、例えば、金属（例えば、銀）の多層膜や誘電体の多層膜である。反射膜４１の表面（反射面）は、ＬＥＤ光又は蛍光に対して比較的高い反射率を有する。また、覆部材４０のうち、固体発光素子３１の発光面３１Ａと対向する領域の一部には開口４２が形成されている。開口４２は、覆部材４０の内側と外側とを繋ぐ貫通穴である。この開口４２の面積は、固体発光素子３１の発光面３１Ａの面積よりも小さく設定されている。
　第１の光源ユニット１１１における覆部材４０は、コリメートレンズ１２１を含む光学系において、ＬＥＤ光の利用効率を向上するために使用される。固体発光素子３１から射出されたＬＥＤ光のうち、覆部材４０の開口４２に向かって射出されたＬＥＤ光は、開口４２を通過して第１の光源ユニット１１１から射出される。一方、固体発光素子３１から射出されたＬＥＤ光のうち、開口４２以外の方向に向かって射出されたＬＥＤ光は、覆部材４０の反射面により、基板３０又は固体発光素子３１に向かって反射される。反射面で反射されたＬＥＤ光は、基板３０又は固体発光素子３１により、開口４２又は覆部材４０向かって再び反射される。このように、ＬＥＤ光は、覆部材４０、基板３０及び固体発光素子３１で反射を繰り返すことにより、最終的に開口４２を通過して第１の光源ユニット１１１から射出される。
　通常、広い角度範囲に亘って射出されるＬＥＤ光をコリメートレンズで効率よく取り込むためには、コリメートレンズの径を大きくする必要がある。これに対し、本実施形態では、射出角度の大きいＬＥＤ光であっても、第１の光源ユニット１１１内で多重反射されることにより開口４２から射出される際には射出角度の小さいＬＥＤ光に変換されている。そのため、本実施形態では、コリメートレンズ１２１の径を大きくすることなく、ＬＥＤ光の利用効率を向上させることができる。
　また、本実施形態の第１の光源ユニット１１１は、覆部材４０の開口４２の面積が発光面３１Ａの面積よりも小さく設定されている。発光面積が小さくなるほど、ＬＥＤ光のエテンデュ（発光面積と射出立体角の積）は小さくなる。また、ＬＥＤ光のエテンデュが小さくなるほど、コリメートレンズ１２１を含む光学系における光の利用効率は向上する。そのため、発光面３１Ａの面積よりも小さい開口４２を有する覆部材４０を用いることにより、ＬＥＤ光の利用効率をさらに向上させることができる。
　また、第３の光源ユニット１１３は、図６に示すように、青色のＬＥＤ光を発する固体発光素子３１と、蛍光体３２を有している。蛍光体３２は、固体発光素子３１の発光面３１Ａ上に、発光面３１Ａ全体を覆うように配置されている。第３の光源ユニット１１３における覆部材４０は、光学系におけるＬＥＤ光及び蛍光の利用効率を向上すると共に、蛍光体３２の発光効率を向上するために使用される。固体発光素子３１から射出されたＬＥＤ光は、一部が蛍光体３２を励起するために使用され、他の一部は蛍光体３２を透過する。これにより、蛍光体３２を有する固体発光素子３１からは、ＬＥＤ光と蛍光の両方が射出される。ＬＥＤ光及び蛍光は、第１の光源ユニット１１１におけるＬＥＤ光と同様に、第３の光源ユニット１１３内で多重反射されて開口４２から射出される。これにより、射出角度の大きい光が射出角度の小さい光に変換されると共に、ＬＥＤ光及び蛍光のエテンデュが小さくなる。これにより、ＬＥＤ光及び蛍光の光利用効率を向上させることができる。
　また、第３の光源ユニット１１３では、蛍光体３２を透過し、第３の光源ユニット１１３内で多重反射されるＬＥＤ光は、その一部が蛍光体３２に再入射される。そして、蛍光体３２に再入射されたＬＥＤ光の一部は、蛍光体３２を励起するために使用される。これにより、蛍光体３２の発光効率を向上させることができる。
　図８は、第３の光源ユニット１１３から射出される光の分光強度分布を示している。図８（ａ）は、第３の光源ユニット１１３が覆部材４０を有していない場合の分光強度分布を示し、図８（ｂ）は、覆部材４０を有する第３の光源ユニット１１３の分光強度分布を示す。図８に示される分光強度分布の横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は光の強度を示している。なお、縦軸は、強度の最大値が１となるように規格化されている。
　固体発光素子３１から射出された青色ＬＥＤ光は、一部が蛍光体３２を励起するために使用され、他の一部が蛍光体３２を透過する。そのため、第３の光源ユニット１１３から射出される光は、図８（ａ）に示すように、青色ＬＥＤ光のピーク波長と蛍光のピーク波長に２つのピークを有する分光強度分布を有する。また、覆部材４０を用いると、蛍光体３２を透過した青色ＬＥＤ光の一部が蛍光体３２の励起に使用される。そのため、図８（ｂ）に示すように、第３の光源ユニット１１３から射出される光の分光強度分布は、覆部材４０を有しない場合に比べて、蛍光の割合が大きくなる。また、第３の光源ユニット１１３から射出される光のうち、蛍光は被写体を照明するために使用されるが、青色ＬＥＤ光は被写体を照明するために使用されない。従って、覆部材４０を使用することによって蛍光の光量が増加し、照明光Ｌの光量を向上させることができる。
　以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。
　図１に示す電子内視鏡システム１では、光源装置２０１は、プロセッサ２００に設けられているが、プロセッサ２００及び電子スコープ１００とは別体の装置として構成されてもよい。
　また、一実施形態によれば、光源ユニット１１１～１１４を光源装置として電子スコープ１００に組み込んでもよい。このとき、一実施形態によれば、プロセッサ２００と接続される接続部１０４に組み込まれることが好ましい。接続部１０４に組み込むことにより、接続に伴う接続不良が回避できる。
　また、一実施形態によれば、光源ユニット１１１～１１４は、電子スコープ１００の配向レンズ１２が設けられた先端部１０６に組み込まれてもよい。先端部１０６に組み込まれる場合、ＬＣＢ１１が不要になるので、照明光はＬＣＢ１１における伝送特性の影響を受けない他、体腔内に挿入される部分の径を細くすることができ、被験者への負担を軽減することができる。
　一実施形態によれば、覆部材４０の開口４２は、覆部材４０に設けられた貫通穴である必要はない。一実施形態によれば、開口４２は、ＬＥＤ光や蛍光を通過させる特性を有していることが好ましい。図９は、一実施形態の第１の光源ユニット１１１の断面図を示している。この変形例では、覆部材４０は光を透過させる材料（例えば、ガラスや透明の樹脂材料）からなる透明基板を半球の球殻状に成型したものである。この覆部材４０の内壁面４０Ａには、発光面３１Ａと対向する領域の一部を除いて、反射膜４１が形成されている。内壁面４０Ａの反射膜４１が形成されていない領域は、ＬＥＤ光を透過させる開口４２となる。
　また、一実施形態によれば、覆部材４０の開口４２にレンズが配置されることが好ましい。図１０は、凸レンズ４３を有する第１の光源ユニット１１１の断面図を示している。図１０に示す構成では、開口４２内に凸レンズ４３が配置されている。開口４２を通過して射出される光は凸レンズ４３によって射出角が絞られる。これにより、第１の光源ユニット１１１から射出された光がコリメートレンズ１２１で取り込み易くなり、照明光Ｌの利用効率を向上させることができる。なお、凸レンズ４３は、開口４２内に配置されている必要はなく、開口４２の外側に、開口４２を覆うように配置されていてもよい。
　また、一実施形態によれば、覆部材４０は中空である必要はない。図１１は、一実施形態における第１の光源ユニット１１１の断面図を示している。この実施形態によれば、レンズ４４がカバーガラス３５上に配置されていることが好ましい。レンズ４４は平凸レンズであり、レンズ４４の平坦な面がカバーガラス３５に対向するように配置されている。平凸レンズには、例えば、半球レンズが使用される。覆部材４０は、レンズ４４の外側の凸面上の、発光面３１Ａと対向する領域の一部を除いた領域に形成された反射膜４１である。レンズ４４の凸面のうち、反射膜４１が形成された領域が、ＬＥＤ光を反射させる反射面である。レンズ４４の球面の反射膜４１が形成されていない領域は、ＬＥＤ光を透過させる開口４２となる。一実施形態によれば、覆部材４０は中空ではないが、覆部材４０（反射膜４１）は、透明なレンズ４４を挟んで、発光面３１Ａから間隔を空けて配置されている。そのため、発光面３１Ａから射出されたＬＥＤ光を第１の光源ユニット１１１内で多重反射させ、射出角度の小さいＬＥＤ光に変換することができる。
　また、一実施形態によれば、覆部材４０は、ドーム状以外の形状を有することも好ましい。図１２は、一実施形態における第１の光源ユニット１１１の断面図を示している。この実施形態では、覆部材４０は角筒状を有していることが好ましい。一実施形態によれば、覆部材４０の断面は、固体発光素子３１から離れるに従って小さくなる角錐台状を呈していることが好ましい。また、覆部材４０の、固体発光素子３１が配置されている端部とは反対の端部の開口４２の面積は、上述した通り、発光面３１Ａの面積よりも小さく設定されている。また、覆部材４０の内壁面４０Ａには、反射膜４１が形成されている。このように、覆部材４０がドーム状以外の形状を有している場合においても、固体発光素子３１から射出された射出角度の大きい光を射出角度の小さい光に変換すると共に、ＬＥＤ光のエテンデュを小さくすることができる。また、一実施形態によれば、覆部材４０は、角錐台状ではなく、円錐台状であることも好ましい。
　また、上述の実施形態では、覆部材４０に形成された反射膜４１は、金属の多層膜や誘電体の多層膜が使用されるが、一実施形態によれば、この構成に限定されない。一実施形態によれば、反射膜４１は、例えば、入射された光を拡散反射させる特性を有することが好ましい。反射膜４１が金属の多層膜や誘電体の多層膜である場合、反射膜４１に入射された光は正反射（鏡面反射）される。そのため、射出角度の大きい光を射出角度の大きい光に変換するためには、光を反射膜４１や基板３０、固体発光素子３１等で複数回反射させる必要がある。一方、反射膜４１が光を拡散反射させる特性を有している場合、反射膜４１に入射した光の少なくとも一部は、一回の反射で射出角の小さい光に変換される。そのため、複数回反射させる場合に比べて、反射膜４１や基板３０で光が吸収される割合を低減することができる。一実施形態によれば、反射膜４１の表面は、拡散反射させる特性を有するために、粗面化処理面であることが好ましい。
　また、上述の実施形態では、固体発光素子３１としてＬＥＤを想定している。本発明はこれに限定するものではなく、一実施形態によれば、ＬＤ（Laser Diode）を固体発光素子３１として採用することも好ましい。
１　電子内視鏡システム
１１　ＬＣＢ
１２　配光レンズ
１３　対物レンズ
１４　固体撮像素子
１５　ドライバ信号処理回路
１６　メモリ
２１　システムコントローラ
２２　タイミングコントローラ
２３　メモリ
２４　操作パネル
２５　集光レンズ
２６　前段信号処理回路
２７　画像メモリ
２８　後段信号処理回路
３０　基板
３１　固体発光素子（ＬＥＤ）
３１Ａ　発光面
３２　蛍光体
３５　カバーガラス
４０　覆部材
４０Ａ　内壁面
４１　反射膜
４２　開口
４３　凸レンズ
４４　レンズ
１００　電子スコープ
１０４　接続部
１０５　照明光射出口
１０６　先端部
１１１～１１４　光源ユニット
１２１～１２４　コリメートレンズ
１４１～１４４　光源駆動回路
１３１～１３３　ダイクロイックミラー
２００　プロセッサ
２０１　光源装置

Claims (13)

  1. 　発光面から光を射出するように構成された固体発光素子と、
    　前記発光面から間隔を空けた状態で前記固体発光素子を覆う覆部材と、
    を備え、
    　前記覆部材は、
    　　前記発光面から射出された光を反射するように構成された反射面と、
    　　前記発光面から射出した光の一部及び前記反射面で反射した反射光の一部を射出するように構成された開口部と、
    を有する、
    内視鏡用光源装置。
  2. 　前記開口部の面積は、前記発光面よりも小さい、
    請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
  3. 　前記覆部材は、中空のドーム形状を有している、
    請求項１又は請求項２に記載の内視鏡用光源装置。
  4. 　前記覆部材は、前記発光面から射出された光を透過させるように構成された透明基板を有し、
    　前記反射面は、前記透明基板の表面のうち、前記発光面から射出された光を反射するように構成された反射膜が形成された領域であり、
    　前記開口部は、前記透明基板の表面のうち、前記反射膜が形成されていない領域である、
    請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置。
  5. 　前記開口部に配置された凸レンズを備える、
    請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置。
  6. 　前記覆部材は、平坦な面が前記発光面に対向するように配置された平凸レンズを備え、
    　前記反射面は、前記平凸レンズにおける凸面のうち反射膜が形成された領域であり、
    　前記開口部は、前記凸面のうち、前記反射膜が形成されていない領域である、
    請求項１又は請求項２に記載の内視鏡用光源装置。
  7. 　前記発光面を保護する保護部材を備え、
    　前記保護部材は、
    　　前記発光面を覆うように配置され、
    　　前記発光面から射出された光を透過させるように構成され、
    　前記覆部材は、前記固体発光素子及び前記保護部材を覆うように配置されている、
    請求項１から請求項６の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置。
  8. 　前記発光面と前記反射面との間に配置され、該発光面から射出された光の一部を吸収して蛍光を発するように構成された蛍光体を備える、
    請求項１から請求項７の何れか一項に記載の内視鏡用光源装置。
  9. 　前記蛍光体は、前記発光面上に配置されている、
    請求項８に記載の内視鏡用光源装置。
  10. 　第１発光面から第１光を射出するように構成された第１固体発光素子と、前記第１発光面から間隔を空けた状態で前記第１固体発光素子を覆う部材であり、前記第１発光面から射出された第１光を反射するように構成された第１反射面と、前記第１光の一部及び前記第１反射面で反射した反射光の一部を射出するように構成された第１開口部と、を有する第１覆部材と、を備える第１光源ユニットを有する内視鏡用光源装置と、
    　前記内視鏡用光源装置と接続する接続部と、前記接続部から光ケーブルを介して伝送した被写体を照明する照明光が射出するように構成された照明光射出口を有する先端部と、を備える内視鏡と、を含むことを特徴とする内視鏡システム。
  11. 　前記内視鏡用光源装置は、前記第１光源ユニットの他に、
    　第２発光面から第２光を射出するように構成された第２固体発光素子と、前記第２発光面から間隔を空けた状態で前記第２固体発光素子を覆う部材であり、前記第２光を反射するように構成された反射面と、前記第２光の一部及び前記第２反射面で反射した反射光の一部を射出するように構成された開口部と、を有する第２覆部材と、前記第２発光面と前記第２反射面との間に配置され、前記第２光の一部を吸収して蛍光を発するように構成された蛍光体と、を備える第２光源ユニットと、
    　前記第１光の光路と、前記第２光及び前記蛍光の光路上に設けられ、前記第２光及び前記蛍光から前記蛍光を抽出し、かつ、前記第１光の光路と前記蛍光の光路を合成した光路の合成光を射出するように構成された光学素子と、を含む、請求項１０に記載の内視鏡システム。
  12. 　前記蛍光体は、４６０～６００ｎｍの波長帯域の光成分を発するように構成された材料を含む、請求項１１に記載の内視鏡システム。
  13. 　発光面から光を射出するように構成された固体発光素子と、前記発光面から間隔を空けた状態で前記固体発光素子を覆う部材であり、前記発光面から射出された光を反射するように構成された反射面と、前記光の一部及び前記反射面で反射した反射光の一部を射出するように構成された開口部と、を有する覆部材と、を備える光源ユニットと、
    　前記光源ユニットの射出した光を被写体を照明する照明光として射出するように構成された照明光射出口を有する先端部と、を備えることを特徴とする内視鏡。
     
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