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JP2013198547A - Light source device and endoscopic system - Google Patents

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JP2013198547A JP2012067175A JP2012067175A JP2013198547A JP 2013198547 A JP2013198547 A JP 2013198547A JP 2012067175 A JP2012067175 A JP 2012067175A JP 2012067175 A JP2012067175 A JP 2012067175A JP 2013198547 A JP2013198547 A JP 2013198547A
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divergence
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美範 森本
Toshiyuki Inoue
敏之 井上
Eiji Ohashi
永治 大橋
Maki Saito
斎藤  牧
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Fujifilm Corp
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Abstract

【課題】複数の半導体光源の発散角の差に起因する色ムラを防止する。
【解決手段】内視鏡用の光源装置には、第1〜第3の光源モジュール31〜33が設けられている。各光源モジュール31〜33は、それぞれ異なる波長域の光を発するレーザダイオードを有する発光素子66、71、76を有している。第1光源モジュール31は、発光素子66と蛍光部62とを有し、発光素子66の光と蛍光部62が発する蛍光との混合光を発する。第2及び第3光源モジュール32、33は、蛍光部を使用せずに発光素子71、76から単色光を発する。第1〜第3の光源モジュール31〜33には、それぞれの光の発散角を補正する発散角補正部64、72が設けられている。発散角が補正された光は、分岐型ライトガイド41によって光路が統合されて、内視鏡に供給される。
【選択図】図10
Color unevenness caused by a difference in divergence angles of a plurality of semiconductor light sources is prevented.
A light source device for an endoscope includes first to third light source modules 31 to 33. Each of the light source modules 31 to 33 has light emitting elements 66, 71, and 76 each having a laser diode that emits light in a different wavelength range. The first light source module 31 includes a light emitting element 66 and a fluorescent part 62, and emits mixed light of light from the light emitting element 66 and fluorescent light emitted from the fluorescent part 62. The second and third light source modules 32 and 33 emit monochromatic light from the light emitting elements 71 and 76 without using the fluorescent part. The first to third light source modules 31 to 33 are provided with divergence angle correction units 64 and 72 for correcting the divergence angles of the respective lights. The light whose divergence angle is corrected is integrated in the optical path by the branched light guide 41 and supplied to the endoscope.
[Selection] Figure 10

Description

本発明は、内視鏡に光を供給するための光源装置、及び光源装置を用いた内視鏡システムに関するものである。   The present invention relates to a light source device for supplying light to an endoscope, and an endoscope system using the light source device.

医療分野において、内視鏡システムを用いた内視鏡診断が普及している。内視鏡システムは、生体内に挿入される挿入部を有し、挿入部の先端に観察部位を撮影するための観察窓や照明光を照射する照明窓が配された内視鏡と、内視鏡に照明光を供給するための光源装置と、内視鏡が出力する画像信号を処理するプロセッサ装置と、を備えている。内視鏡内には、光ファイバをバンドル化したファイババンドルからなるライトガイドが内蔵されており、ライトガイドは、光源装置から供給された光を、挿入部先端の照明窓に導光する。   In the medical field, endoscopic diagnosis using an endoscopic system is widespread. An endoscope system includes an endoscope having an insertion portion to be inserted into a living body, an observation window for photographing an observation site and an illumination window for illuminating illumination light disposed at the distal end of the insertion portion, and an endoscope. A light source device for supplying illumination light to the endoscope; and a processor device for processing an image signal output from the endoscope. A light guide made of a fiber bundle obtained by bundling optical fibers is built in the endoscope, and the light guide guides light supplied from the light source device to the illumination window at the distal end of the insertion portion.

近年の内視鏡診断においては、白色光のもとで生体組織の表面の全体的な性状を観察する通常観察に加えて、特定の波長に制限された特殊光を用いた特殊光観察も行われるようになっている。特殊光観察には、血中ヘモグロビンに対する吸光度が高い波長域の狭帯域光を利用して撮影を行い、血管が強調された観察画像や、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した観察画像を生成して、血管のパターンや酸素飽和度などの性状を観察するものがある。   In recent endoscopic diagnosis, special light observation using special light limited to a specific wavelength is performed in addition to normal observation of observing the overall properties of the surface of living tissue under white light. It has come to be. For special light observation, imaging is performed using narrowband light in the wavelength range where the absorbance of hemoglobin in blood is high, and an observation image in which blood vessels are emphasized and an image of oxygen saturation of blood hemoglobin are imaged. Some of them are generated to observe properties such as blood vessel pattern and oxygen saturation.

光源装置としては、白色光を発するキセノンランプやハロゲンランプを使用するものが一般的であるが、これらに代えて、レーザダイオード(LD)やLEDなどの発光素子を有する半導体光源を用いる光源装置も提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。特許文献1に記載の光源装置では、通常観察用の白色光を生成する白色光源として、青色光(B)を発光する発光素子と、青色光によって励起された黄色の蛍光を発する蛍光体とを組み合わせた半導体光源が用いられている。特許文献2に記載の光源装置では、青色光(B)、緑色光(G)、赤色光(R)をそれぞれ発光する三つの発光素子を組み合わせた半導体光源を用いて、白色光を生成している。特許文献1に記載されているように、特殊光観察に対応している光源装置には、蛍光体を使用する半導体光源に加えて、血中ヘモグロビンに対する吸光度が高い狭帯域光を発する特殊光観察用の半導体光源が設けられる。   As a light source device, a xenon lamp or a halogen lamp that emits white light is generally used. However, instead of these, a light source device that uses a semiconductor light source having a light emitting element such as a laser diode (LD) or an LED is also available. It has been proposed (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In the light source device described in Patent Document 1, as a white light source that generates white light for normal observation, a light emitting element that emits blue light (B) and a phosphor that emits yellow fluorescence excited by blue light are provided. A combined semiconductor light source is used. In the light source device described in Patent Document 2, white light is generated using a semiconductor light source in which three light emitting elements that emit blue light (B), green light (G), and red light (R) are combined. Yes. As described in Patent Document 1, the light source device that supports special light observation includes special light observation that emits narrowband light having high absorbance to blood hemoglobin in addition to a semiconductor light source that uses a phosphor. A semiconductor light source is provided.

このように光源装置に半導体光源を用いる場合には、複数の半導体光源が必要になることが多い。複数の半導体光源を使用する場合には、複数の半導体光源の光を、内視鏡に内蔵されたライトガイドに供給するために、各半導体光源の光路を統合する光路統合部が設けられる。特許文献1、2では、光路統合部として、複数の光ファイバをバンドル化したライトガイドが用いられている。光路統合用のライトガイドは、複数に分岐した入射端を持ち、分岐した各入射端に入射する光の光路を1つに合流させて、1つの出射端に光を導光する。光路統合用ライトガイドにおいて、分岐した各入射端には、異なる色の半導体光源がそれぞれ対向して配置される。出射端は、内視鏡が接続されるコネクタ部に配置される。内視鏡が光源装置に接続されると、コネクタ部において、光路統合用ライトガイドの出射端と、内視鏡のライトガイドの入射端が対向する。   Thus, when using a semiconductor light source for a light source device, a plurality of semiconductor light sources are often required. When a plurality of semiconductor light sources are used, an optical path integration unit that integrates the optical paths of the respective semiconductor light sources is provided to supply light from the plurality of semiconductor light sources to a light guide built in the endoscope. In Patent Documents 1 and 2, a light guide in which a plurality of optical fibers are bundled is used as an optical path integration unit. The light guide for integrating optical paths has a plurality of incident ends branched, and combines light paths of light incident on the branched incident ends into one to guide light to one emission end. In the light guide for optical path integration, semiconductor light sources of different colors are arranged opposite to each branched incident end. The emission end is disposed at a connector portion to which the endoscope is connected. When the endoscope is connected to the light source device, the output end of the light guide for integrating the optical path and the incident end of the light guide of the endoscope face each other at the connector portion.

特許文献1、2に記載の光路統合用ライトガイドは、分岐した各入射端に対応する光ファイバが、出射面内においてランダムに分散して配置されたランダムファイババンドルが用いられている。ランダムファイババンドルを用いることで、各入射端から入射した各色の光は、出射面内において分散することになるため、出射光束の断面内における各色の光量分布が均一化される。   The light guides for optical path integration described in Patent Documents 1 and 2 use random fiber bundles in which optical fibers corresponding to the branched incident ends are randomly distributed in the exit surface. By using the random fiber bundle, the light of each color incident from each incident end is dispersed in the exit surface, so that the light quantity distribution of each color in the cross section of the emitted light beam is made uniform.

また、図26、27に示すように、ファイババンドルの素線となる光ファイバ201は、屈折率の高いコア202と、コア203の周囲に配された、屈折率が低いクラッドとからなり、光ファイバ201の入射端から入射した入射光は、図26(A)に示すように、コア202とクラッド203の境界において全反射しながら光軸方向に伝播する。光を伝播させるためには、全反射条件を満たす入射角で、光ファイバの入射端に光を入射させることが必要である。   As shown in FIGS. 26 and 27, an optical fiber 201 serving as a strand of a fiber bundle includes a core 202 having a high refractive index and a clad having a low refractive index disposed around the core 203. Incident light incident from the incident end of the fiber 201 propagates in the optical axis direction while being totally reflected at the boundary between the core 202 and the clad 203 as shown in FIG. In order to propagate the light, it is necessary to make the light incident on the incident end of the optical fiber at an incident angle that satisfies the total reflection condition.

光ファイバ201の特性を示す指標の一つに、NA(開口数:Numerical Aperture)がある。NAは、光ファイバ201がどれだけ光を集めることができるかを表す指標であり、次式(1)に示すように、最大受光角θmaxのsinで定義される。最大受光角θmaxが大きいほどNAの値は大きい。
NA=sinθmax=
・・・・・・(1)
図26(B)に示すように、光ファイバ201内において、コア202とクラッド203の境界に対して臨界角θc以上の角度で光線が入射すれば全反射条件を満たす。最大受光角θmaxは、光ファイバ201の入射端に入射する入射光線が、光ファイバ201内において臨界角θcで全反射するときの入射端への入射角度である。また、臨界角θcは、コア202の屈折率n1とクラッド203の屈折率n2で決まる値であるので、NAは、スネルの法則から、式(1)に示すように、屈折率n1、n2によっても定義される。
One index indicating the characteristics of the optical fiber 201 is NA (Numerical Aperture). NA is an index representing how much light the optical fiber 201 can collect, and is defined by sin of the maximum light receiving angle θmax as shown in the following equation (1). The larger the maximum light receiving angle θmax, the larger the NA value.
NA = sin θmax =
(1)
As shown in FIG. 26B , in the optical fiber 201, the total reflection condition is satisfied if light rays are incident on the boundary between the core 202 and the clad 203 at an angle equal to or greater than the critical angle θ c . Maximum acceptance angle θmax, the incident rays incident on the incident end of the optical fiber 201, an incident angle to the entrance end of the time of total reflection at the critical angle theta c in the optical fiber 201. Further, since the critical angle θ c is a value determined by the refractive index n1 of the core 202 and the refractive index n2 of the clad 203, NA is based on Snell's law, as shown in the formula (1), the refractive indexes n1, n2 Is also defined by

最大受光角θmaxよりも大きな入射角で光ファイバ201に入射した光は、コア202とクラッド203の境界で全反射せずに透過してしまうため、光伝達損失となる。したがって、光源が発する光束が発光点から円錐状に広がる発散光である場合は、光ファイバにおける光伝達損失を低減するために、発散光の広がり角(発散角)は、最大受光角θmax以内であることが好ましい。   Light incident on the optical fiber 201 at an incident angle larger than the maximum light receiving angle θmax is transmitted without being totally reflected at the boundary between the core 202 and the clad 203, resulting in a light transmission loss. Therefore, when the luminous flux emitted from the light source is divergent light spreading conically from the light emitting point, the divergent light divergence angle (divergence angle) is within the maximum acceptance angle θmax in order to reduce the optical transmission loss in the optical fiber. Preferably there is.

また、図27に示すように、最大受光角θmaxの範囲内の入射角θ0で光ファイバ201に入射した光は、光ファイバ201の全長に渡ってコア径が一定であれば、コアとクラッドの境界における反射角θも一定であるため、出射端においても、入射角θ0と同じ出射角θ0で出射する。ファイババンドルからなるライトガイドは、光ファイバの集まりなので、こうした特性は光ファイバと変わらない。 In addition, as shown in FIG. 27, if the core diameter is constant over the entire length of the optical fiber 201, the light incident on the optical fiber 201 at an incident angle θ 0 within the range of the maximum light receiving angle θmax Since the reflection angle θ at the boundary is also constant, the light is emitted at the exit end at the same exit angle θ 0 as the incident angle θ 0 . Since the light guide made of fiber bundles is a collection of optical fibers, these characteristics are not different from those of optical fibers.

特許文献3に記載の内視鏡システムの光源装置では、光源から内視鏡のライトガイドに入射する入射光について、ライトガイドの最大受光角θmaxを考慮して、発散角を調節している。具体的には、光源装置に接続される内視鏡の種類(挿入部の長さやライトガイドの径の太さなど)に応じて、入射光の発散角を調節している。   In the light source device of the endoscope system described in Patent Document 3, the divergence angle of the incident light that enters the light guide of the endoscope from the light source is adjusted in consideration of the maximum light receiving angle θmax of the light guide. Specifically, the divergence angle of incident light is adjusted according to the type of endoscope connected to the light source device (such as the length of the insertion portion and the diameter of the light guide).

特開2011−041758号公報JP 2011-041758 A 特開2006−314686号公報JP 2006-314686 A 特開2007−330610号公報JP 2007-330610 A

本出願人は、複数の半導体光源を用いる光源装置の開発を進めていく中で、以下に示す新たな課題に直面していた。すなわち、複数の半導体光源は、種類や個体差によって、発光する光束の発散角に差があり、その差が観察画像の画質に大きな影響を及ぼすことが分かった。   The applicant has faced the following new problems while developing a light source device using a plurality of semiconductor light sources. That is, it has been found that there are differences in the divergence angle of the emitted light flux among the plurality of semiconductor light sources depending on the types and individual differences, and the difference greatly affects the image quality of the observation image.

上述のとおり、光ファイバ内において反射角θは、光の伝搬過程で保存されるため、入射角θ0が大きければ、出射角は大きく、入射角θ0が小さければ出射角も小さい。光ファイバから出射する光の発散角は、内視鏡の照明窓から観察対象に向けて照射される光の照射スポット径に反映されるため、複数の半導体光源間において発散角に差があると、照射スポット径にも差が生じる。 As described above, the reflection angle θ in the optical fiber is preserved in the light propagation process. Therefore, if the incident angle θ 0 is large, the output angle is large, and if the incident angle θ 0 is small, the output angle is small. Since the divergence angle of the light emitted from the optical fiber is reflected in the irradiation spot diameter of the light irradiated from the illumination window of the endoscope toward the observation object, there is a difference in the divergence angle between the plurality of semiconductor light sources. There is also a difference in irradiation spot diameter.

例えば、図28に示すように、光ファイバ201から出射する発散角αの光(二点鎖線で示す)と、光ファイバ201が出射する発散角βの光(実線で示す)を考えると、それぞれの光の観察対象(点線で示す)における照射スポット径もそれぞれSDα、SDβとなる。例えば、特許文献2に記載の光源装置のように、青色、緑色、赤色の混合により白色光を生成する場合には、各色の照射スポット径に差があると、各照射スポットの重なり具合に応じて青色、緑色、赤色の混合割合が変化するため、色ムラが生じる。こうした色ムラは、通常観察に限らず、特殊光観察においても問題になる。   For example, as shown in FIG. 28, when considering light having a divergence angle α (indicated by a two-dot chain line) emitted from the optical fiber 201 and light having a divergence angle β (indicated by a solid line) emitted from the optical fiber 201, respectively. Irradiation spot diameters in the observation object of light (indicated by dotted lines) are also SDα and SDβ, respectively. For example, when white light is generated by mixing blue, green, and red as in the light source device described in Patent Document 2, if there is a difference in the irradiation spot diameters of the respective colors, the overlapping of the irradiation spots is determined. As the mixing ratio of blue, green and red changes, color unevenness occurs. Such color unevenness becomes a problem not only in normal observation but also in special light observation.

さらに、特殊光観察においては、取得した複数の色の画像信号の比較結果を数値化して算出するなどの画像間演算を行うことがあるが、その場合には、各色の照射スポット径の違いに起因する色ムラは、画像間演算の信頼性の低下を引き起こす。照明窓から照射される各色の光は、それぞれ円錐状に広がるため、発散角に差がある場合には、観察対象までの距離が遠いほど(図28において、距離LnよりもLfの方が)、ムラの幅が大きくなり目立ちやすい。   Furthermore, in special light observation, there may be inter-image operations such as calculating the comparison result of the acquired image signals of multiple colors, but in that case, the difference in the irradiation spot diameter of each color The resulting color unevenness causes a decrease in the reliability of the inter-image calculation. Since the light of each color emitted from the illumination window spreads in a conical shape, if there is a difference in the divergence angle, the farther the distance to the observation object is (in FIG. 28, Lf is more than the distance Ln). , The width of the unevenness becomes large and is easily noticeable.

また、特許文献1に記載の光源装置のように、蛍光体と組み合わせて使用する半導体光源と、蛍光体を使わない半導体光源の2種類を使用する場合には、光の拡散作用がある蛍光体の使用の有無によって発光点の大きさが大きく異なるため、発散角の差が非常に大きくなり、特に問題となる。   Further, as in the light source device described in Patent Document 1, when two types of semiconductor light sources used in combination with phosphors and semiconductor light sources that do not use phosphors are used, the phosphors have a light diffusing action. Since the size of the light emitting point varies greatly depending on whether or not it is used, the difference in divergence angle becomes very large, which is a particular problem.

上記特許文献1〜3のいずれにも、こうした課題やその解決策について、明示も示唆も無い。特許文献1、2に記載されているランダムファイババンドルは、各色の半導体光源に対応する光ファイバを分散して、出射光束の断面内における各色の光量分布を均一化する機能を有しているが、各光ファイバの発散角の差は保存されるため、発散角の差に起因する色ムラを解消することはできない。また、特許文献3には、光源が発する光の発散角を、内視鏡の種類に応じて調節することが記載されているが、複数の半導体光源を使用すること、及びそれらの発散角の差に起因して色ムラが生じるという課題については明示も示唆もない。   None of the above-mentioned Patent Documents 1 to 3 have any explicit or suggestion about such a problem or its solution. Although the random fiber bundle described in Patent Documents 1 and 2 has a function of dispersing the optical fibers corresponding to the semiconductor light sources of the respective colors and uniformizing the light quantity distribution of the respective colors in the cross section of the emitted light beam. Since the difference between the divergence angles of the optical fibers is preserved, the color unevenness caused by the difference between the divergence angles cannot be eliminated. Patent Document 3 describes that the divergence angle of light emitted from a light source is adjusted according to the type of endoscope. However, the use of a plurality of semiconductor light sources and the divergence angle of those divergence angles are described. There is no indication or suggestion of the problem that color unevenness occurs due to the difference.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、その目的は、内視鏡用の光源装置に複数の半導体光源を用いる場合において、各半導体光源の発散角の差に起因する色ムラを防止することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to prevent color unevenness caused by a difference in divergence angle of each semiconductor light source when a plurality of semiconductor light sources are used in an endoscope light source device. There is to do.

本発明の光源装置は、内視鏡に対して光を供給するための複数の光源であり、発光点から略円錐状に広がる光を発する複数の半導体光源と、複数の半導体光源の光を前記内視鏡に供給する前段において、各半導体光源の光の光路を統合する光路統合部と、光路統合部に入射する前段において、複数の半導体光源が発する光のそれぞれの発散角の差が解消されるように、複数の半導体光源のうちの少なくとも1つの発散角を補正する発散角補正部とを有することを特徴とする。   The light source device of the present invention is a plurality of light sources for supplying light to an endoscope, and includes a plurality of semiconductor light sources that emit light extending in a substantially conical shape from a light emitting point, and the light from the plurality of semiconductor light sources. The difference between the divergence angles of the light emitted by the plurality of semiconductor light sources is eliminated in the previous stage of supplying to the endoscope, and the optical path integrating part that integrates the optical paths of the light of each semiconductor light source and the previous stage that is incident on the optical path integrating part. As described above, a divergence angle correction unit that corrects at least one divergence angle among the plurality of semiconductor light sources is provided.

発散角補正部の補正量は、各半導体光源の光の発散角がほぼ一致するように設定されていることが好ましい。   The correction amount of the divergence angle correction unit is preferably set so that the divergence angles of the light from the respective semiconductor light sources substantially coincide.

複数の半導体光源は、発光素子と発光素子の光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有し、発光素子の光と前記蛍光が混合された混合光を発する第1光源と、蛍光体を使用せずに発光素子の光のみからなる単色光を発する第2光源とを含むことが好ましい。発光素子は、例えばレーザダイオードを使用している。   The plurality of semiconductor light sources include a light emitting element and a phosphor that emits fluorescence when excited by the light of the light emitting element, a first light source that emits mixed light in which the light of the light emitting element and the fluorescence are mixed, and the phosphor It is preferable to include a second light source that emits monochromatic light composed only of light from the light emitting element without being used. For example, a laser diode is used as the light emitting element.

発散角に差がある複数の半導体光源は、例えば発光波長が異なる。また、発散角補正部は、複数の半導体光源のそれぞれに対して設けられていることが好ましい。   A plurality of semiconductor light sources having different divergence angles have different emission wavelengths, for example. Moreover, it is preferable that the divergence angle correction | amendment part is provided with respect to each of several semiconductor light sources.

発散角補正部は、光を内部で反射させながら光軸方向に伝搬することで発散角を補正する反射型である。反射型補正部は、例えば、透明材料で形成された柱状体であり、光の入射端と出射端の太さが変化するように光軸方向に対して傾斜した側面を有し、入射光を側面で全反射させることにより光軸方向に伝搬する全反射型である。また、反射型補正部は、内壁面が鏡面で形成された筒状体であり、入射光を鏡面反射により光軸方向に伝搬する鏡面反射型でもよい。内壁面は、光軸に対して傾斜していてもよい。   The divergence angle correction unit is a reflection type that corrects the divergence angle by propagating light in the optical axis direction while reflecting light internally. The reflection type correction unit is, for example, a columnar body formed of a transparent material, and has side surfaces that are inclined with respect to the optical axis direction so that the thicknesses of the light incident end and the light exit end change, and It is a total reflection type that propagates in the direction of the optical axis by total reflection on the side surface. Further, the reflection type correction unit may be a cylindrical body whose inner wall surface is formed as a mirror surface, and may be a mirror reflection type that propagates incident light in the optical axis direction by mirror reflection. The inner wall surface may be inclined with respect to the optical axis.

発散角補正部は、光拡散材により入射光を内部で拡散させて発散角を補正する拡散型でもよい。また、発散角補正部はレンズでもよい。   The divergence angle correction unit may be a diffusion type that corrects the divergence angle by diffusing incident light inside with a light diffusing material. The divergence angle correction unit may be a lens.

発散角補正部は、発散角の補正量が固定である補正量固定型でもよいし、発散角補正部は、発散角の補正量の調節が可能な補正量可変型でもよい。   The divergence angle correction unit may be a correction amount fixed type in which the divergence angle correction amount is fixed, or the divergence angle correction unit may be a correction amount variable type in which the divergence angle correction amount can be adjusted.

光路統合部は、複数本の光ファイバをバンドル化したファイババンドルであり、入射端が複数に分岐した分岐部を持ち、各分岐部からの入射光を1つの出射端に導光する分岐型ファイババンドルであることが好ましい。   The optical path integration unit is a fiber bundle in which a plurality of optical fibers are bundled, and has a branching unit with an incident end branched into a plurality of branches, and guides incident light from each branching unit to one output end. A bundle is preferred.

分岐型ファイババンドルの出射端の後段に配置され、出射端から出射する各半導体光源の光の光量分布を均一にするホモジナイザを有していることが好ましい。   It is preferable to have a homogenizer that is arranged downstream of the exit end of the branch type fiber bundle and uniformizes the light quantity distribution of each semiconductor light source that exits from the exit end.

発散角補正部の補正量は、発散角が、内視鏡に内蔵されるライトガイドの最大受光角とほぼ一致する角度に設定されていることが好ましい。なお、発散角補正部の補正量は、発散角が、内視鏡に内蔵されるライトガイドの最大受光角を超える角度に設定されていてもよい。   The correction amount of the divergence angle correction unit is preferably set such that the divergence angle substantially coincides with the maximum light receiving angle of the light guide built in the endoscope. The correction amount of the divergence angle correction unit may be set such that the divergence angle exceeds the maximum light receiving angle of the light guide built in the endoscope.

本発明の内視鏡システムは、内視鏡と内視鏡に光を供給する光源装置とを有する内視鏡システムにおいて、光源装置は、内視鏡に対して光を供給するための複数の光源であり、発光点から略円錐状に広がる光を発する複数の半導体光源と、複数の半導体光源の光を内視鏡に供給する前段において、各半導体光源の光の光路を統合する光路統合部と、光路統合部に入射する前段において、複数の半導体光源が発する光のそれぞれの発散角の差が解消されるように、複数の半導体光源のうちの少なくとも1つの発散角を補正する発散角補正部とを有することを特徴とする。   An endoscope system according to the present invention includes an endoscope and a light source device that supplies light to the endoscope. The light source device includes a plurality of light sources for supplying light to the endoscope. A plurality of semiconductor light sources that emit light that spreads in a substantially conical shape from a light emitting point, and an optical path integration unit that integrates the optical paths of the light of each semiconductor light source in the previous stage of supplying light from the plurality of semiconductor light sources to the endoscope And a divergence angle correction that corrects at least one divergence angle of the plurality of semiconductor light sources so that a difference in divergence angles of the light emitted from the plurality of semiconductor light sources is eliminated before the light is incident on the optical path integration unit. Part.

本発明によれば、内視鏡用の光源装置に複数の半導体光源を用いる場合に、各半導体光源の発散角の差が解消されるように、前記複数の半導体光源のうちの少なくとも1つの前記発散角を補正する発散角補正部を設けたから、各半導体光源の発散角の差に起因する色ムラを防止することができる。   According to the present invention, when a plurality of semiconductor light sources are used in an endoscope light source device, at least one of the plurality of semiconductor light sources is selected so that a difference in divergence angle of each semiconductor light source is eliminated. Since the divergence angle correction unit for correcting the divergence angle is provided, it is possible to prevent color unevenness due to the difference in divergence angle between the semiconductor light sources.

本発明の内視鏡システムの外観図である。It is an external view of the endoscope system of the present invention. 内視鏡の先端部の正面図である。It is a front view of the front-end | tip part of an endoscope. 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of an endoscope system. 照明光の分光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum of illumination light. ヘモグロビンの吸収スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the absorption spectrum of hemoglobin. 生体組織の散乱係数を示すグラフである。It is a graph which shows the scattering coefficient of a biological tissue. 撮像素子のカラーマイクロフイルタの分光特性を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral characteristic of the color microfilter of an image pick-up element. 照明光の照射タイミング及び撮像タイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the irradiation timing and imaging timing of illumination light. 通常観察モード及び血管情報観察モードにおける画像処理手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the image processing procedure in normal observation mode and blood-vessel information observation mode. 分岐型ライトガイドと光源モジュールの斜視図である。It is a perspective view of a branched light guide and a light source module. 分岐型ライトガイドの出射端における光ファイバの配置の説明図である。It is explanatory drawing of arrangement | positioning of the optical fiber in the output end of a branched light guide. ホモジナイザの説明図である。It is explanatory drawing of a homogenizer. 第1光源モジュールの斜視図である。It is a perspective view of a 1st light source module. 第1光源モジュールの発散角補正部の説明図である。It is explanatory drawing of the divergence angle correction | amendment part of a 1st light source module. 半値幅の説明図である。It is explanatory drawing of a half value width. 第2光源モジュールの斜視図である。It is a perspective view of a 2nd light source module. 第2光源モジュールの発散角補正部の斜視図である。It is a perspective view of the divergence angle correction | amendment part of a 2nd light source module. 発散角補正後の照射スポット径の説明図である。It is explanatory drawing of the irradiation spot diameter after a divergence angle correction | amendment. 補正後の発散角が最大受光角θmaxを超える例の説明図である。It is explanatory drawing of the example in which the divergence angle after correction | amendment exceeds the largest light reception angle | corner (theta) max. 第1光源モジュールに全反射型の発散角補正部を設けた例の説明図である。It is explanatory drawing of the example which provided the total reflection type divergence angle correction | amendment part in the 1st light source module. 複数の光源モジュールで白色光を生成する例の説明図である。It is explanatory drawing of the example which produces | generates white light with a several light source module. 光拡散材を用いた拡散型の発散角補正部の説明図である。It is explanatory drawing of the diffusion type divergence angle correction | amendment part using a light-diffusion material. レンズを用いた発散角補正部の説明図である。It is explanatory drawing of the divergence angle correction | amendment part using a lens. ロッド型ライトガイドの光路統合部の説明図である。It is explanatory drawing of the optical path integration part of a rod type light guide. 補正量可変型の発散角補正部の説明図である。It is explanatory drawing of the divergence angle correction | amendment part of a correction amount variable type. 光ファイバの最大受光角θmaxの説明図である。It is explanatory drawing of the largest light reception angle | corner (theta) max of an optical fiber. 光ファイバの入射角と出射角の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the incident angle of an optical fiber, and an output angle. 発散角に差に起因する照射スポット径の違いの説明図である。It is explanatory drawing of the difference in the irradiation spot diameter resulting from a difference in a divergence angle.

図1に示すように、本発明の第1実施形態の内視鏡システム10は、生体内の観察部位を撮像する内視鏡11と、撮像により得られた信号に基づいて観察部位の観察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光を内視鏡11に供給する光源装置13と、観察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、キーボードやマウスなどの操作入力部であるコンソール15が設けられている。   As shown in FIG. 1, an endoscope system 10 according to a first embodiment of the present invention includes an endoscope 11 that images an observation site in a living body, and an observation image of the observation site based on a signal obtained by the imaging. , A light source device 13 that supplies light to irradiate the observation site to the endoscope 11, and a monitor 14 that displays an observation image. The processor device 12 is provided with a console 15 that is an operation input unit such as a keyboard and a mouse.

内視鏡システム10は、白色光のもとで観察部位を観察するための通常観察モードと、特殊光を利用して観察部位に存在する血管の性状を観察するための血管情報観察モードを備えている。血管情報観察モードは、血管のパターンや酸素飽和度などの性状を把握して、腫瘍の良悪鑑別などの診断を行うための特殊光観察モードであり、特殊光として、血中ヘモグロビンに対する吸光度が高い波長域の狭帯域光が利用される。血管情報観察モードには、血管が強調された血管強調画像を表示する血管強調観察モードと、血中ヘモグロビンの酸素飽和度が表示された酸素飽和度画像を表示する酸素飽和度観察モードがある。   The endoscope system 10 includes a normal observation mode for observing an observation site under white light, and a blood vessel information observation mode for observing the properties of blood vessels existing in the observation site using special light. ing. The blood vessel information observation mode is a special light observation mode for diagnosing the characteristics of blood vessels such as blood vessel pattern and oxygen saturation, and for distinguishing tumors from good to bad. As special light, the absorbance to blood hemoglobin is Narrow band light in a high wavelength range is used. The blood vessel information observation mode includes a blood vessel enhancement observation mode for displaying a blood vessel enhancement image in which blood vessels are enhanced, and an oxygen saturation observation mode for displaying an oxygen saturation image in which the oxygen saturation of blood hemoglobin is displayed.

内視鏡11は、生体の消化管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、操作部17とプロセッサ装置12及び光源装置13との間を連結するユニバーサルコード18とを備えている。   The endoscope 11 includes an insertion portion 16 inserted into a digestive tract of a living body, an operation portion 17 provided at a proximal end portion of the insertion portion 16, and between the operation portion 17, the processor device 12, and the light source device 13. And a universal cord 18 to be connected.

挿入部16は、先端から順に連設された、先端部19、湾曲部20、可撓管部21からなる。図2に示すように、先端部19の先端面には、観察部位に照明光を照射する照明窓22、観察部位で反射した像光が入射する観察窓23、観察窓23を洗浄するために送気・送水を行うための送気・送水ノズル24、鉗子や電気メスといった処置具を突出させる鉗子出口25などが設けられている。観察窓23の奥には、撮像素子44(図3参照)や結像用の光学系が内蔵されている。   The insertion portion 16 includes a distal end portion 19, a bending portion 20, and a flexible tube portion 21 that are continuously provided from the distal end. As shown in FIG. 2, on the distal end surface of the distal end portion 19, the illumination window 22 that irradiates the observation site with illumination light, the observation window 23 that receives the image light reflected by the observation site, and the observation window 23 are washed. An air supply / water supply nozzle 24 for performing air supply / water supply, a forceps outlet 25 for projecting a treatment tool such as a forceps and an electric knife, and the like are provided. An imaging element 44 (see FIG. 3) and an imaging optical system are built in the back of the observation window 23.

湾曲部20は、連結された複数の湾曲駒からなり、操作部17のアングルノブ26を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部20が湾曲することにより、先端部19の向きが所望の方向に向けられる。可撓管部21は、食道や腸など曲がりくねった管道に挿入できるように可撓性を有している。挿入部16には、撮像素子44を駆動する駆動信号や撮像素子44が出力する画像信号を通信する通信ケーブルや、光源装置13から供給される照明光を照明窓22に導光するライトガイド43(図3参照)が挿通されている。   The bending portion 20 includes a plurality of connected bending pieces, and is bent in the vertical and horizontal directions by operating the angle knob 26 of the operation portion 17. By bending the bending portion 20, the direction of the distal end portion 19 is directed in a desired direction. The flexible tube portion 21 is flexible so that it can be inserted into a tortuous duct such as the esophagus or the intestine. The insertion unit 16 includes a communication cable that communicates a drive signal for driving the image sensor 44 and an image signal output from the image sensor 44, and a light guide 43 that guides illumination light supplied from the light source device 13 to the illumination window 22. (See FIG. 3) is inserted.

操作部17には、アンブルノブ26の他、処置具を挿入するための鉗子口27、送気・送水操作を行う送気・送水ボタン、静止画像を撮影するためのレリーズボタンなどが設けられている。   In addition to the amble knob 26, the operation unit 17 includes a forceps port 27 for inserting a treatment instrument, an air / water supply button for performing air / water supply operation, a release button for taking a still image, and the like. .

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ライトガイド43が挿通されており、一端には、プロセッサ装置12および光源装置13側にコネクタ28が取り付けられている。コネクタ28は、通信用コネクタ28aと光源用コネクタ28bからなる複合タイプのコネクタである。通信用コネクタ28aには通信ケーブルの一端が配設されており、通信用コネクタ28aはプロセッサ装置12に着脱自在に接続される。光源用コネクタ28bにはライトガイド43の入射端が配設されており、光源用コネクタ28bは光源装置13に着脱自在に接続される。   A communication cable and a light guide 43 extending from the insertion portion 16 are inserted into the universal cord 18, and a connector 28 is attached to one end of the processor unit 12 and the light source device 13. The connector 28 is a composite type connector composed of a communication connector 28a and a light source connector 28b. One end of a communication cable is disposed in the communication connector 28a, and the communication connector 28a is detachably connected to the processor device 12. The light guide connector 28 b is provided with an incident end of the light guide 43, and the light source connector 28 b is detachably connected to the light source device 13.

図3に示すように、光源装置13は、それぞれ発光波長が異なる3種類の第1〜第3の光源モジュール31〜33と、これらを駆動制御する光源制御部34とを備えている。光源制御部34は、光源装置13の各部の駆動タイミングや同期タイミングなどの制御を行う。   As shown in FIG. 3, the light source device 13 includes three types of first to third light source modules 31 to 33 each having a different emission wavelength, and a light source control unit 34 that drives and controls them. The light source control unit 34 controls drive timing and synchronization timing of each unit of the light source device 13.

第1〜第3光源モジュール31〜33は、特定の波長域の狭帯域光をそれぞれ発光するレーザダイオードLD1〜LD3を有している。図4に示すように、レーザダイオードLD1は、青色(B色)領域において、例えば波長域が440±10nmに制限され、中心波長が445nmの狭帯域光N1を発光する。レーザダイオードLD2は、青色(B色)領域において、例えば波長域が410±10nmに制限され、中心波長が405nmの狭帯域光である狭帯域光N2を発光する。レーザダイオードLD3は、青色(B色)領域において、例えば波長域が470±10nmに制限され、中心波長が473nmの狭帯域光である狭帯域光N3を発光する。レーザダイオードLD1、LD2、LD3としては、InGaN系、InGaNAs系、GaNAs系のものを用いることができる。また、レーザダイオードLD1〜LD3としては、高出力化が可能なストライプ幅(導波路の幅)が広いブロードエリア型のレーザダイオードが好ましい。   The first to third light source modules 31 to 33 have laser diodes LD1 to LD3 that respectively emit narrowband light in a specific wavelength range. As shown in FIG. 4, in the blue (B color) region, the laser diode LD1 emits narrowband light N1 having a wavelength region limited to 440 ± 10 nm and a center wavelength of 445 nm, for example. In the blue (B color) region, the laser diode LD2 emits narrowband light N2, which is a narrowband light having a wavelength range limited to 410 ± 10 nm and a center wavelength of 405 nm, for example. In the blue (B color) region, the laser diode LD3 emits narrowband light N3, which is a narrowband light whose wavelength range is limited to 470 ± 10 nm and whose center wavelength is 473 nm, for example. As the laser diodes LD1, LD2, and LD3, InGaN-based, InGaNAs-based, and GaNAs-based ones can be used. The laser diodes LD1 to LD3 are preferably broad area laser diodes having a wide stripe width (waveguide width) capable of increasing output.

第1光源モジュール31は、通常観察用の白色光を発する光源である。第1光源モジュール31は、レーザダイオードLD1に加えて、蛍光体36を有している。図4に示すように、蛍光体36は、レーザダイオードLD1が発する445nmの青色領域の狭帯域光N1によって励起されて、緑色領域から赤色領域に渡る波長域の蛍光FLを発光する。蛍光体36は、狭帯域光N1の一部を吸収して蛍光FLを発光するとともに、残りの狭帯域光N1を透過させる。蛍光体36を透過する狭帯域光N1は、蛍光体36によって拡散される。透過する狭帯域光N1と励起される蛍光FLによって白色光が生成される。蛍光体36としては、例えば、YAG系、BAM(BgMgAl1017)系等の蛍光体が使用される。第1光源モジュール31は、白色光の光量が多くなるように2個設けられている。 The first light source module 31 is a light source that emits white light for normal observation. The first light source module 31 includes a phosphor 36 in addition to the laser diode LD1. As shown in FIG. 4, the phosphor 36 is excited by the 445 nm blue-band narrow-band light N1 emitted from the laser diode LD1, and emits fluorescence FL in a wavelength region extending from the green region to the red region. The phosphor 36 absorbs a part of the narrowband light N1 to emit fluorescence FL and transmits the remaining narrowband light N1. The narrowband light N1 that passes through the phosphor 36 is diffused by the phosphor 36. White light is generated by the transmitted narrow-band light N1 and the excited fluorescence FL. As the phosphor 36, for example, a YAG-based or BAM (BgMgAl 10 O 17 ) -based phosphor is used. Two first light source modules 31 are provided so that the amount of white light increases.

第2光源モジュール32は、血管強調観察用の光源である。血中ヘモグロビンの吸光スペクトルを表す図5において、血液のヘモグロビンの吸光係数μaは、波長依存性を有しており、波長が450nm以下の領域において急激に上昇し、405nm付近においてピークを有している。また、波長が450nm以下と比較すると低い値ではあるが、波長が530nm〜560nmにおいてもピークを有している。吸光係数μaが大きな波長の光を観察部位に照射すると、血管においては吸収が大きいので、血管とそれ以外の部分とのコントラストが大きな像が得られる。   The second light source module 32 is a light source for blood vessel enhancement observation. In FIG. 5 showing the absorption spectrum of blood hemoglobin, the absorption coefficient μa of blood hemoglobin has a wavelength dependence, increases rapidly in the region where the wavelength is 450 nm or less, and has a peak in the vicinity of 405 nm. Yes. Moreover, although it is a low value compared with the wavelength of 450 nm or less, it also has a peak at wavelengths of 530 nm to 560 nm. When the observation site is irradiated with light having a wavelength having a large extinction coefficient μa, the blood vessel has a large absorption, so that an image having a large contrast between the blood vessel and the other portion is obtained.

また、図6に示すように、生体組織の光の散乱特性にも波長依存性があり、短波長になるほど散乱係数μSは大きくなる。散乱は生体組織内への光の深達度に影響する。すなわち、散乱が大きいほど、生体組織の粘膜表層付近で反射される光が多く、中深層に到達する光が少ない。そのため、短波長であるほど深達度は低く、長波長になるほど深達度は高い。こうしたヘモグロビンの吸光特性と生体組織の光の散乱特性を鑑みて、血管強調用の光の波長が選択される。   Further, as shown in FIG. 6, the light scattering characteristics of the living tissue also have wavelength dependence, and the scattering coefficient μS increases as the wavelength becomes shorter. Scattering affects the depth of light penetration into living tissue. That is, the greater the scattering, the more light that is reflected near the mucosal surface layer of the biological tissue and the less light that reaches the mid-deep layer. Therefore, the shorter the wavelength, the lower the depth of penetration, and the longer the wavelength, the higher the depth of penetration. In view of such light absorption characteristics of hemoglobin and light scattering characteristics of living tissue, the wavelength of light for blood vessel enhancement is selected.

第2光源モジュール32が発する405nmの狭帯域光N2は、深達度が低いので、表層血管による吸収が大きいため、表層血管強調用の光として用いられる。狭帯域光N2を用いることにより、観察画像において表層血管を高コントラストで描出することができる。また、中深層血管強調用の光としては、第1光源モジュール31が発する白色光の緑色成分が用いられる。図5に示す吸光スペクトルにおいて、450nm以下の青色領域と比較して、530nm〜560nmの緑色領域においては、吸光係数は緩やかに変化するので、中深層血管強調用の光は、青色領域ほど狭帯域であることは要求されない。そのため、後述するように、撮像素子44のG色のマイクロカラーフイルタによって白色光から色分離した緑色成分が用いられる。   The 405 nm narrow-band light N2 emitted from the second light source module 32 has a low depth of penetration, and is therefore absorbed by the surface blood vessels, and is therefore used as light for emphasizing the surface blood vessels. By using the narrowband light N2, the superficial blood vessel can be depicted with high contrast in the observation image. Further, the green component of white light emitted from the first light source module 31 is used as the light for emphasizing the middle deep blood vessel. In the absorption spectrum shown in FIG. 5, the light absorption coefficient gradually changes in the green region of 530 nm to 560 nm as compared with the blue region of 450 nm or less. It is not required to be. Therefore, as described later, a green component color-separated from white light by the G-color micro color filter of the image sensor 44 is used.

第3光源モジュール33は、酸素飽和度観察用の光源である。図5において、吸光スペクトルHbは酸素と結合していない還元ヘモグロビンの吸光スペクトルを示し、吸光スペクトルHbO2は、酸素と結合した酸化ヘモグロビンの吸光スペクトルを示す。このように還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンは、異なる吸光特性を持っており、同じ吸光係数μaを示す等吸収点(各スペクトルHb、HbO2の交点)を除いて、吸光係数μaに差が生じる。吸光係数μaに差があると、同じ光強度かつ同じ波長の光を照射しても、酸素飽和度が変化すれば、反射率が変化する。酸素飽和度観察モードにおいては、吸光係数μaに差がある波長として、第3光源モジュール33が発する波長473nmの狭帯域光N3が用いられて、酸素飽和度が測定される。   The third light source module 33 is a light source for observing oxygen saturation. In FIG. 5, an absorption spectrum Hb indicates an absorption spectrum of reduced hemoglobin not bonded to oxygen, and an absorption spectrum HbO2 indicates an absorption spectrum of oxidized hemoglobin bonded to oxygen. Thus, reduced hemoglobin and oxyhemoglobin have different light absorption characteristics, and a difference occurs in the light absorption coefficient μa except for the isosbestic point (intersection of each spectrum Hb and HbO 2) showing the same light absorption coefficient μa. If there is a difference in the extinction coefficient μa, even if the light having the same light intensity and the same wavelength is irradiated, the reflectance changes if the oxygen saturation changes. In the oxygen saturation observation mode, the oxygen saturation is measured using narrowband light N3 having a wavelength of 473 nm emitted from the third light source module 33 as a wavelength having a difference in the absorption coefficient μa.

光源制御部34は、ドライバ37を介してレーザダイオードLD1〜LD3の点灯、消灯、光量の制御を行う。具体的には、光源制御部34は、レーザダイオードLD1〜LD3に対して駆動パルスを与えることにより、点灯させる。そして、駆動パルスのデューティ比を制御するPWM制御を行うことにより、駆動電流値を変化させて発光量を制御する。駆動電流値の制御は、駆動パルスの振幅を変えるPAM制御などでもよい。   The light source control unit 34 controls turning on / off of the laser diodes LD <b> 1 to LD <b> 3 and the amount of light through the driver 37. Specifically, the light source control unit 34 turns on the laser diodes LD1 to LD3 by applying drive pulses. Then, by performing PWM control for controlling the duty ratio of the drive pulse, the drive current value is changed to control the light emission amount. The control of the drive current value may be PAM control for changing the amplitude of the drive pulse.

第1〜第3の光源モジュール31〜33の光路の下流側には、分岐型ライトガイド41が設けられている。分岐型ライトガイド41は、後で詳述するように、第1〜第3の光源モジュール31〜33の光路を1つの光路に統合する光路統合部である。内視鏡11のライトガイド43の入射端は1つであるため、分岐型ライトガイド41によって、第1〜第3の光源モジュール31〜33の光を内視鏡11に供給する前段において、各モジュール31〜33の光の光路が統合される。分岐型ライトガイド41は、入射端が複数に分岐した分岐部41a〜41dを有し、各分岐部41a〜41dから入射した光を、1つの出射端41eから出射する。   A branched light guide 41 is provided on the downstream side of the optical paths of the first to third light source modules 31 to 33. The branched light guide 41 is an optical path integration unit that integrates the optical paths of the first to third light source modules 31 to 33 into one optical path, as will be described in detail later. Since the incident end of the light guide 43 of the endoscope 11 is one, each of the first and third light source modules 31 to 33 is supplied to the endoscope 11 by the branched light guide 41. The light paths of the modules 31 to 33 are integrated. The branched light guide 41 has branch portions 41a to 41d whose incident ends are branched into a plurality of portions, and emits light incident from the branch portions 41a to 41d from one output end 41e.

2つの第1光源モジュール31はそれぞれ、分岐型ライトガイド41の分岐部41a、41bの入射面と対向するように配置され、第2及び第3光源モジュール32、33はそれぞれ、分岐部41c、41dの入射面と対向するように配置される。   The two first light source modules 31 are respectively arranged so as to face the incident surfaces of the branch portions 41a and 41b of the branch light guide 41, and the second and third light source modules 32 and 33 are respectively branched portions 41c and 41d. It arrange | positions so as to oppose the entrance plane.

分岐型ライトガイド41の出射端41eは、内視鏡11のコネクタ28bが接続されるレセプタクルコネクタ42の近くに配置されている。出射端41eには、後述するホモジナイザ50が設けられており、分岐型ライトガイド41に入射した第1〜第3の光源モジュール31〜33の光は、ホモジナイザ50を経由して、コネクタ28bに配された内視鏡11のライトガイド43に供給される。   The exit end 41e of the branched light guide 41 is disposed near the receptacle connector 42 to which the connector 28b of the endoscope 11 is connected. A homogenizer 50, which will be described later, is provided at the emission end 41e, and the light of the first to third light source modules 31 to 33 incident on the branched light guide 41 is distributed to the connector 28b via the homogenizer 50. The light guide 43 of the endoscope 11 is supplied.

内視鏡11は、ライトガイド43、撮像素子44、アナログ処理回路45(AFE:Analog Front End)、撮像制御部46を備えている。ライトガイド43は、複数本の光ファイバ(図18の符号201参照)をバンドル化したファイババンドルであり、コネクタ28が光源装置13に接続されたときに、ライトガイド43の入射端が光源装置13のホモジナイザ50の出射端と対向する。ライトガイド43の出射端は、2つの照明窓22に光が導光されるように、照明窓22の前段で2本に分岐している。   The endoscope 11 includes a light guide 43, an imaging element 44, an analog processing circuit 45 (AFE: Analog Front End), and an imaging control unit 46. The light guide 43 is a fiber bundle obtained by bundling a plurality of optical fibers (see reference numeral 201 in FIG. 18), and when the connector 28 is connected to the light source device 13, the incident end of the light guide 43 is the light source device 13. It faces the emission end of the homogenizer 50. The exit end of the light guide 43 branches into two at the front stage of the illumination window 22 so that light is guided to the two illumination windows 22.

照明窓22の奥には、照射レンズ48が配置されている。光源装置13から供給された光はライトガイド43により照射レンズ48に導光されて照明窓22から観察部位に向けて照射される。照射レンズ48は凹レンズからなり、ライトガイド43から出射する光の発散角を広げる。照明窓22から出射する照明光は、観察部位の広い範囲に照射できるように発散角は広い方がよい。ライトガイド43が出射する光の発散角は、ライトガイド43のNA(開口数)によって決まってしまい、NA以上の発散角の光を出射することはできない。照射レンズ48を設けることによって、ライトガイド43のNA以上に発散角が広げられる。   An irradiation lens 48 is disposed behind the illumination window 22. The light supplied from the light source device 13 is guided to the irradiation lens 48 by the light guide 43 and irradiated from the illumination window 22 toward the observation site. The irradiation lens 48 is a concave lens, and widens the divergence angle of the light emitted from the light guide 43. The illumination light emitted from the illumination window 22 should have a wide divergence angle so that a wide range of the observation site can be irradiated. The divergence angle of light emitted from the light guide 43 is determined by the NA (numerical aperture) of the light guide 43, and light having a divergence angle equal to or greater than NA cannot be emitted. By providing the irradiation lens 48, the divergence angle is widened beyond the NA of the light guide 43.

観察窓23の奥には、対物光学系51と撮像素子44が配置されている。観察部位で反射した像光は、観察窓23を通して対物光学系51に入射し、対物光学系51によって撮像素子44の撮像面44aに結像される。   In the back of the observation window 23, an objective optical system 51 and an image sensor 44 are arranged. The image light reflected by the observation site enters the objective optical system 51 through the observation window 23 and is imaged on the imaging surface 44 a of the imaging element 44 by the objective optical system 51.

撮像素子44は、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどからなり、フォトダイオードなどの画素を構成する複数の光電変換素子がマトリックスに配列された撮像面44aを有している。撮像素子44は、撮像面44aで受光した光を光電変換して、各画素においてそれぞれの受光量に応じた信号電荷を蓄積する。信号電荷はアンプによって電圧信号に変換されて読み出される。電圧信号は画像信号として撮像素子44から出力されて、画像信号はAFE45に送られる。   The imaging element 44 is composed of a CCD image sensor, a CMOS image sensor, or the like, and has an imaging surface 44a in which a plurality of photoelectric conversion elements constituting pixels such as photodiodes are arranged in a matrix. The image sensor 44 photoelectrically converts the light received by the imaging surface 44a and accumulates signal charges corresponding to the amount of received light in each pixel. The signal charge is converted into a voltage signal by an amplifier and read out. The voltage signal is output from the image sensor 44 as an image signal, and the image signal is sent to the AFE 45.

撮像素子44は、カラー撮像素子であり、撮像面44aには、図7に示すような分光特性を有するB、G、Rの3色のマイクロカラーフイルタが各画素に割り当てられている。マイクロカラーフイルタによって、第1光源モジュール31が発光する白色光がB、G、Rの3色に分光される。マイクロカラーフイルタの配列は例えばベイヤー配列である。   The image pickup device 44 is a color image pickup device, and micro-color filters of three colors B, G, and R having spectral characteristics as shown in FIG. 7 are assigned to each pixel on the image pickup surface 44a. The white light emitted from the first light source module 31 is split into three colors B, G, and R by the micro color filter. The arrangement of the micro color filter is, for example, a Bayer arrangement.

図8に示すように、通常観察モードにおいては、撮像素子44は、1フレームの取得期間内で、信号電荷を蓄積する蓄積動作と、蓄積した信号電荷を読み出す読み出し動作が行なわれる。図8(A)に示すように、通常観察モードにおいては、蓄積タイミングに合わせてレーザダイオードLD1が点灯し、照明光として狭帯域光N1と蛍光FLとからなる白色光が観察部位に照射され、その反射光が撮像素子44に入射する。撮像素子44において、白色光はマイクロカラーフイルタで色分離されて、狭帯域光N1に対応する反射光をB画素が受光し、蛍光FLの中のG成分をG画素が、蛍光FLの中のR成分に対応する反射光をR画素が受光する。撮像素子44は、読み出しタイミングに合わせて、B、G、Rの各画素の画素値が混在した1フレーム分の画像信号B、G、Rをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、通常観察モードに設定されている間、繰り返される。   As shown in FIG. 8, in the normal observation mode, the image sensor 44 performs an accumulation operation for accumulating signal charges and a read operation for reading the accumulated signal charges within an acquisition period of one frame. As shown in FIG. 8A, in the normal observation mode, the laser diode LD1 is turned on in accordance with the accumulation timing, and the observation site is irradiated with white light composed of the narrowband light N1 and the fluorescence FL as illumination light. The reflected light enters the image sensor 44. In the image sensor 44, the white light is color-separated by a micro color filter, the B pixel receives reflected light corresponding to the narrowband light N1, the G pixel in the fluorescent FL, the G pixel in the fluorescent FL, The R pixel receives reflected light corresponding to the R component. The image sensor 44 sequentially outputs the image signals B, G, and R for one frame in which the pixel values of the B, G, and R pixels are mixed according to the frame rate in accordance with the readout timing. Such an imaging operation is repeated while the normal observation mode is set.

血管強調観察モードにおいては、図8(B)に示すように、蓄積タイミングに合わせて第1光源モジュール31に加えて、第2光源モジュール32が点灯する。第1光源モジュール31が点灯すると、通常観察モードと同様に、照明光として狭帯域光N1と蛍光FLとからなる白色光(N1+FL)が観察部位に照射される。第2光源モジュール32が点灯すると、白色光(N1+FL)に、狭帯域光N2が追加されて、これらが照明光として観察部位に照射される。   In the blood vessel enhancement observation mode, as shown in FIG. 8B, the second light source module 32 is turned on in addition to the first light source module 31 in accordance with the accumulation timing. When the first light source module 31 is turned on, similarly to the normal observation mode, the observation site is irradiated with white light (N1 + FL) composed of the narrowband light N1 and the fluorescence FL as illumination light. When the second light source module 32 is turned on, the narrowband light N2 is added to the white light (N1 + FL), and these are irradiated to the observation site as illumination light.

通常観察モードと同様に、白色光に狭帯域光N2が追加された照明光は、撮像素子44のB,G,Rのマイクロカラーフイルタで分光される。撮像素子44において、B画素は、狭帯域光N1に加えて、狭帯域光N2を受光する。G画素は、蛍光FLのG成分を受光する。R画素は、蛍光FLのR成分を受光する。血管強調観察モードにおいても、撮像素子44は、読み出しタイミングに合わせて、画像信号B、G、Rをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、血管強調観察モードに設定されている間、繰り返される。   As in the normal observation mode, the illumination light in which the narrow-band light N2 is added to the white light is split by the B, G, and R micro color filters of the image sensor 44. In the image sensor 44, the B pixel receives the narrowband light N2 in addition to the narrowband light N1. The G pixel receives the G component of the fluorescence FL. The R pixel receives the R component of the fluorescence FL. Even in the blood vessel enhancement observation mode, the image sensor 44 sequentially outputs the image signals B, G, and R according to the frame rate in accordance with the readout timing. Such an imaging operation is repeated while the blood vessel enhancement observation mode is set.

酸素飽和度観察モードにおいては、図8(C)に示すように、蓄積タイミングに合わせて第1光源モジュール31が点灯する。第1光源モジュール31が点灯すると、通常観察モードと同様に、白色光(N1+FL)が観察部位に照射される。次のフレームにおいては、第1光源モジュール31が消灯して、第3光源モジュール33が点灯して、狭帯域光N3が観察部位に照射される。酸素飽和度観察モードにおいても、撮像素子44は、読み出しタイミングに合わせて、画像信号B、G、Rをフレームレートに従って順次出力する。   In the oxygen saturation observation mode, as shown in FIG. 8C, the first light source module 31 is turned on in accordance with the accumulation timing. When the first light source module 31 is lit, white light (N1 + FL) is irradiated to the observation site as in the normal observation mode. In the next frame, the first light source module 31 is turned off, the third light source module 33 is turned on, and the narrow-band light N3 is irradiated to the observation site. Even in the oxygen saturation observation mode, the image sensor 44 sequentially outputs the image signals B, G, and R according to the frame rate in accordance with the readout timing.

ただし、酸素飽和度観察モードでは、通常観察モードや血管強調観察モードと異なり、白色光(N1+FL)と狭帯域光N3が交互に照射されるので、最初のフレームで白色光に対応する画像信号B、G、Rが出力され、次のフレームでは狭帯域光N3に対応する画像信号B、G、Rが出力されるというように、各照明光に対応して画像信号B、G、Rが担持する情報も1フレームおきに変化する。こうした撮像動作は、血管強調観察モードに設定されている間、繰り返される。   However, in the oxygen saturation observation mode, unlike the normal observation mode and the blood vessel enhancement observation mode, white light (N1 + FL) and narrowband light N3 are alternately irradiated, so that the image signal B corresponding to white light in the first frame is used. , G, R are output, and in the next frame, the image signals B, G, R corresponding to the narrowband light N3 are output, and the image signals B, G, R are carried corresponding to each illumination light. The information to be changed also changes every other frame. Such an imaging operation is repeated while the blood vessel enhancement observation mode is set.

図3において、AFE45は、相関二重サンプリング回路(CDS)、自動ゲイン制御回路(AGC)、及びアナログ/デジタル変換器(A/D)(いずれも図示省略)から構成されている。CDSは、撮像素子44からのアナログの画像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、信号電荷のリセットに起因するノイズを除去する。AGCは、CDSによりノイズが除去された画像信号を増幅する。A/Dは、AGCで増幅された画像信号を、所定のビット数に応じた階調値を持つデジタルな画像信号に変換してプロセッサ装置12に入力する。   In FIG. 3, the AFE 45 includes a correlated double sampling circuit (CDS), an automatic gain control circuit (AGC), and an analog / digital converter (A / D) (all not shown). The CDS performs a correlated double sampling process on the analog image signal from the image sensor 44, and removes noise caused by resetting the signal charge. AGC amplifies an image signal from which noise has been removed by CDS. The A / D converts the image signal amplified by AGC into a digital image signal having a gradation value corresponding to a predetermined number of bits and inputs the digital image signal to the processor device 12.

撮像制御部46は、プロセッサ装置12内のコントローラ56に接続されており、コントローラ56から入力されるベースクロック信号に同期して、撮像素子44に対して駆動信号を入力する。撮像素子44は、撮像制御部46からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで画像信号をAFE45に出力する。   The imaging control unit 46 is connected to a controller 56 in the processor device 12 and inputs a drive signal to the imaging element 44 in synchronization with a base clock signal input from the controller 56. The imaging element 44 outputs an image signal to the AFE 45 at a predetermined frame rate based on the drive signal from the imaging control unit 46.

プロセッサ装置12は、コントローラ56の他、DSP(Digital Signal Processor)57、画像処理部58と、フレームメモリ59と、表示制御回路60を備えている。コントローラ56は、CPU、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、プログラムをロードして作業メモリとして機能するRAMなどからなり、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の各部を制御する。   In addition to the controller 56, the processor device 12 includes a DSP (Digital Signal Processor) 57, an image processing unit 58, a frame memory 59, and a display control circuit 60. The controller 56 includes a CPU, a ROM that stores a control program and setting data necessary for control, a RAM that loads the program and functions as a work memory, and the like. To control.

DSP57は、撮像素子44が出力する画像信号を取得する。DSP57は、B、G、Rの各画素に対応する信号が混在した画像信号を、B、G、Rの画像信号に分離し、各色の画像信号に対して画素補間処理を行う。この他、DSP57は、ガンマ補正や、B、G、Rの各画像信号に対してホワイトバランス補正などの信号処理を施す。   The DSP 57 acquires an image signal output from the image sensor 44. The DSP 57 separates an image signal in which signals corresponding to B, G, and R pixels are mixed into B, G, and R image signals, and performs pixel interpolation processing on the image signals of the respective colors. In addition, the DSP 57 performs signal processing such as gamma correction and white balance correction on each of the B, G, and R image signals.

フレームメモリ59は、DSP57が出力する画像データや、画像処理部58が処理した処理済みのデータを記憶する。表示制御回路60は、フレームメモリ59から画像処理済みの画像データを読み出して、コンポジット信号やコンポーネント信号などのビデオ信号に変換してモニタ14に出力する。   The frame memory 59 stores image data output by the DSP 57 and processed data processed by the image processing unit 58. The display control circuit 60 reads the image processed image data from the frame memory 59, converts it into a video signal such as a composite signal or a component signal, and outputs it to the monitor 14.

図9(A)に示すように、通常観察モードにおいては、画像処理部58は、DSP57によってB、G、Rの各色に色分離された画像信号B、G、Rに基づいて、通常観察用の表示画像を生成する。表示画像が、観察画像としてモニタ14に出力される。画像処理部58は、フレームメモリ59内の画像信号B、G、Rが更新される毎に、表示画像を更新する。   As shown in FIG. 9A, in the normal observation mode, the image processing unit 58 performs normal observation based on the image signals B, G, and R color-separated into B, G, and R colors by the DSP 57. A display image is generated. The display image is output to the monitor 14 as an observation image. The image processing unit 58 updates the display image every time the image signals B, G, and R in the frame memory 59 are updated.

図9(B)に示すように、血管強調観察モードにおいては、画像処理部58は、画像信号B、G、Rに基づいて、血管強調観察用の表示画像を生成する。血管強調観察モードにおける画像信号Bには、白色光のB成分(狭帯域光N1と蛍光FLの一部を含む)に加えて、狭帯域光N2の情報が含まれているため、表層血管が高コントラストで描出される。癌などの病変においては、正常組織と比較して、表層血管の密集度が高くなる傾向があるなど血管のパターンに特徴があるため、腫瘍の良悪鑑別を目的とする血管強調観察においては、表層血管が鮮明に描出されることが好ましい。また、画像信号Gには、中深層血管の情報が多く含まれているため、画像信号Gに対しては輪郭強調処理などが施されて中深層血管が強調される。   As shown in FIG. 9B, in the blood vessel enhancement observation mode, the image processing unit 58 generates a display image for blood vessel enhancement observation based on the image signals B, G, and R. The image signal B in the blood vessel enhancement observation mode includes information on the narrow band light N2 in addition to the B component of white light (including a part of the narrow band light N1 and the fluorescence FL). It is drawn with high contrast. In lesions such as cancer, there is a tendency to increase the density of superficial blood vessels compared to normal tissues, so there is a feature in the blood vessel pattern, so in blood vessel enhancement observation for the purpose of tumor discrimination, It is preferable that the superficial blood vessel is clearly depicted. Further, since the image signal G contains a lot of information on the middle-deep blood vessels, the image signal G is subjected to contour enhancement processing and the like to emphasize the middle-deep blood vessels.

血管強調観察用の表示画像は、通常観察用と同様に、三色の画像信号B、G、Rに基づいて生成されるため観察部位をフルカラーで表示することが可能となるが、血管強調観察モードにおける画像信号Bは、通常観察モードにおける画像信号Bと比較すると、青色の濃度が高い。そのため、血管強調観察用の表示画像を生成する場合には、通常観察用の表示画像と同様の色味になるように色補正が行われる。画像処理部58は、フレームメモリ59内の画像信号B、G、Rが更新される毎に、血管強調観察用の表示画像を生成する。   The display image for blood vessel enhancement observation is generated based on the three color image signals B, G, and R in the same way as for normal observation, so that the observation site can be displayed in full color. The image signal B in the mode has a higher blue density than the image signal B in the normal observation mode. For this reason, when a display image for blood vessel enhancement observation is generated, color correction is performed so that the same color as that of the display image for normal observation is obtained. The image processing unit 58 generates a display image for blood vessel enhancement observation every time the image signals B, G, and R in the frame memory 59 are updated.

なお、血管強調観察用の表示画像を生成する方式としては、画像信号Rを使わずに、画像信号B、Gの二色のみで生成して、画像信号Bをモニタ14のBチャンネル及びGチャンネルに、画像信号Gに対応する信号をモニタ14のRチャンネルに割り当てる方式など、観察部位を疑似カラーで表示する方式を採用してもよい。   As a method for generating a display image for blood vessel enhancement observation, the image signal B is generated using only two colors of the image signals B and G without using the image signal R, and the image signal B is generated by the B channel and the G channel of the monitor 14. In addition, a method of displaying the observation region in a pseudo color, such as a method of assigning a signal corresponding to the image signal G to the R channel of the monitor 14, may be employed.

図9(C)に示すように、酸素飽和度観察モードにおいては、画像処理部58は、白色光のもとで取得された画像信号G1、R1と、狭帯域光N3のもとで取得された画像信号B2に基づいて、酸素飽和度算出処理を行う。画像信号B2の画素値には、酸素飽和度に加えて血液量(濃度)の情報も含まれている。より正確に酸素飽和度を求めるためには、画像信号B2の画素値から血液量の情報を分離する必要がある。画像処理部58は、血液量に対して高い相関を示す画像信号Rを利用して、画像信号Bとの間で画像間演算を行って、酸素飽和度と血液量の情報を分離する。   As shown in FIG. 9C, in the oxygen saturation observation mode, the image processing unit 58 is acquired under the image signals G1 and R1 acquired under white light and the narrowband light N3. Based on the obtained image signal B2, oxygen saturation calculation processing is performed. The pixel value of the image signal B2 includes blood volume (concentration) information in addition to oxygen saturation. In order to obtain the oxygen saturation more accurately, it is necessary to separate blood volume information from the pixel value of the image signal B2. The image processing unit 58 performs an inter-image calculation with the image signal B using the image signal R showing a high correlation with the blood volume, and separates oxygen saturation and blood volume information.

具体的には、画像処理部58は、各画像信号B2、G1、R1の同じ位置の画素値を照合して、画像信号B2の画素値と画像信号G1の画素値の信号比B/Gと、画像信号R1の画素値と画像信号G1の画素値の信号比R/Gを求める。画像信号G1は、画像信号B2と画像信号R1の画素値を規格化するために、観察部位の明るさレベルを表す参照信号として用いられる。そして、予め作成された、信号比B/G及びR/Gと酸素飽和度及び血液量との相関関係を記憶したテーブルに基づいて、血液量の情報が分離された、酸素飽和度を算出する。そして、画像信号B1、G1、R1に基づいて生成されるフルカラー画像に対して、算出した酸素飽和度の値に応じた色変換を行って、酸素飽和度観察用の表示画像を生成する。   Specifically, the image processing unit 58 collates pixel values at the same position of the image signals B2, G1, and R1, and calculates a signal ratio B / G between the pixel value of the image signal B2 and the pixel value of the image signal G1. The signal ratio R / G between the pixel value of the image signal R1 and the pixel value of the image signal G1 is obtained. The image signal G1 is used as a reference signal representing the brightness level of the observation region in order to normalize the pixel values of the image signal B2 and the image signal R1. Then, based on a table that stores the correlation between the signal ratios B / G and R / G, the oxygen saturation, and the blood volume, the oxygen saturation that is obtained by separating the blood volume information is calculated. . Then, the full color image generated based on the image signals B1, G1, and R1 is subjected to color conversion in accordance with the calculated oxygen saturation value to generate a display image for oxygen saturation observation.

図10において、光源装置13に設けられる分岐型ライトガイド1は、内視鏡11のライトガイド43と同様に、複数本の光ファイバをバンドル化したファイババンドルである。分岐型ライトガイド41は、出射端41eにおいて全ての光ファイバが1つに束ねられており、入射端に向かう途中で全ての光ファイバを4つに分割して、分割された各光ファイバをそれぞれ束ねることで複数の分岐部41a〜41dが形成される。   In FIG. 10, the branched light guide 1 provided in the light source device 13 is a fiber bundle in which a plurality of optical fibers are bundled, similarly to the light guide 43 of the endoscope 11. The branched light guide 41 has all the optical fibers bundled together at the exit end 41e, and divides all the optical fibers into four on the way to the incident end, A plurality of branch portions 41a to 41d are formed by bundling.

分岐部41a、41bと分岐部41c、41dは、光ファイバを束ねる本数を変えることで太さが変えられており、それぞれの直径はD1、D2となっている。分岐部41a、41bの直径D1の方が、分岐部41c、41dの直径D2よりも太い。このように太さが違う理由は、1つには、分岐部41a、41bと対向する第1光源モジュール31が蛍光体36を使用しているため、蛍光体36を使用しない第2光源モジュール32、33と比較して、発光する光束の直径が大きくなるためである。もう1つの理由は、第1光源モジュール31は通常観察用の白色光を発光するので、特殊光観察用の第2光源モジュール32、33よりも大きな光量を確保するためである。   The thicknesses of the branch portions 41a and 41b and the branch portions 41c and 41d are changed by changing the number of bundled optical fibers, and the diameters thereof are D1 and D2. The diameter D1 of the branch portions 41a and 41b is thicker than the diameter D2 of the branch portions 41c and 41d. One reason for the difference in thickness is that the first light source module 31 that faces the branch portions 41a and 41b uses the phosphor 36, and therefore the second light source module 32 that does not use the phosphor 36. This is because the diameter of the luminous flux emitted is larger than that of. Another reason is that the first light source module 31 emits white light for normal observation, so that a larger amount of light than the second light source modules 32 and 33 for special light observation is secured.

分岐型ライトガイド41の出射端41eにはホモジナイザ50が設けられている。ホモジナイザ50は、内視鏡11のライトガイド43の前段において、第1〜第3の光源モジュール31〜33が発し、出射端41eが出射する各色の光の光量分布を均一化するものである。ホモジナイザ50は、透明ガラスなどの透明材料で形成され、光軸と直交する断面形状が円形の柱状体であり、入射端50aから入射した光を、空気との界面となる内部側面50bで全反射させながら光軸方向に伝搬して出射端50cから出射する。   A homogenizer 50 is provided at the exit end 41 e of the branched light guide 41. The homogenizer 50 equalizes the light quantity distribution of the light of each color emitted from the first to third light source modules 31 to 33 and emitted from the emission end 41e in the front stage of the light guide 43 of the endoscope 11. The homogenizer 50 is formed of a transparent material such as transparent glass and is a columnar body having a circular cross section perpendicular to the optical axis, and totally reflects light incident from the incident end 50a on the inner side surface 50b serving as an interface with air. Then, it propagates in the optical axis direction and exits from the exit end 50c.

図11に示すように、分岐型ライトガイド41は、例えば、出射端41eにおいて二点鎖線で区画された各領域a〜dに一端が位置する光ファイバが、それぞれ各分岐部41a〜41dに割り当てられており、出射端41eにおいて各分岐部41a〜41dに対応するそれぞれの光ファイバが居所的に偏在している。分岐部41a〜41dから入射した光は、それぞれの光ファイバ内で伝搬され、当然ながら光ファイバ間で伝搬は無い。そのため、出射端41eにおいては、左上、右上の領域a、bから第1光源モジュール31が発する白色光が出射し、領域cから第2光源モジュール32が発する狭帯域光N2が出射し、領域dから第3光源モジュール33が発する狭帯域光N3が出射するというように、各色の光が偏在することになる。そのため、出射端41eから出射する光束の断面内においては、各色の光量分布が不均一になる。   As shown in FIG. 11, in the branched light guide 41, for example, an optical fiber having one end located in each of the regions a to d partitioned by a two-dot chain line at the emission end 41e is allocated to each of the branch portions 41a to 41d. Each of the optical fibers corresponding to the branch portions 41a to 41d is unevenly distributed at the exit end 41e. The light incident from the branch portions 41a to 41d is propagated in each optical fiber, and naturally there is no propagation between the optical fibers. Therefore, at the emission end 41e, white light emitted from the first light source module 31 is emitted from the upper left and upper right areas a and b, and the narrowband light N2 emitted from the second light source module 32 is emitted from the area c, and the area d Thus, the light of each color is unevenly distributed such that the narrow band light N3 emitted from the third light source module 33 is emitted. Therefore, the light quantity distribution of each color becomes non-uniform in the cross section of the light beam emitted from the emission end 41e.

図12に示すように、ホモジナイザ50は、入射端50aの端面から入射した光を側面50bで全反射させながら光を光軸方向に伝搬するため、光軸と直交する断面内において光の入射位置と出射位置が変化する。こうした作用により、分岐型ライトガイド41の出射端41eにおける各色の光の偏在が解消されて、ライトガイド43に入射する入射光束の断面内において各色の光の光量分布が均一化される。ホモジナイザ50と出射端41eは、端面同士を突き当てて熱融着されて一体化される。   As shown in FIG. 12, the homogenizer 50 propagates light in the direction of the optical axis while totally reflecting the light incident from the end surface of the incident end 50a on the side surface 50b. Therefore, the light incident position in the cross section orthogonal to the optical axis. And the emission position changes. By such an action, the uneven distribution of the light of each color at the exit end 41e of the branched light guide 41 is eliminated, and the light quantity distribution of the light of each color is made uniform in the cross section of the incident light beam incident on the light guide 43. The homogenizer 50 and the emission end 41e are integrated by heat-sealing with the end faces abutting each other.

図13及び図14に示すように、第1光源モジュール31は、レーザモジュール61と、蛍光部62と、レーザモジュール61の光を蛍光部62に導光する単線の光ファイバ63と、蛍光部62の先端に取り付けられる発散角補正部64とを備えている。レーザモジュール61は、レーザダイオードLD1を有する発光素子66と、発光素子66を収容するケース67とを備えており、ケース67には光ファイバ63の一端を接続する接続部67aが設けられ、ケース67内に集光レンズ68が内蔵された、いわゆるレセプタクル型のモジュールである。   As shown in FIGS. 13 and 14, the first light source module 31 includes a laser module 61, a fluorescent part 62, a single-line optical fiber 63 that guides the light of the laser module 61 to the fluorescent part 62, and a fluorescent part 62. The divergence angle correction | amendment part 64 attached to the front-end | tip is provided. The laser module 61 includes a light emitting element 66 having a laser diode LD1 and a case 67 that houses the light emitting element 66. The case 67 is provided with a connecting portion 67a that connects one end of the optical fiber 63. This is a so-called receptacle-type module in which a condensing lens 68 is incorporated.

発光素子66は、支持体となる円板状のステム66aの一面に半導体チップであるレーザダイオードLD1が取り付けられて、樹脂製の円筒状の透明キャップ66bでレーザダイオードLD1を覆ったものである。ステム66aの裏面からは、リード線66cが延びている。   In the light emitting element 66, a laser diode LD1 as a semiconductor chip is attached to one surface of a disk-shaped stem 66a serving as a support, and the laser diode LD1 is covered with a resin-made cylindrical transparent cap 66b. A lead wire 66c extends from the back surface of the stem 66a.

レーザダイオードLD1は、周知のように、P型半導体からなるP層とN型半導体からなるN層が活性層を挟んで接合されたものであり、レーザ発振により活性層から光を発する。レーザ光は直進性が高いが、ビーム形状は発光点から略円錐状に広がる発散光である。レーザ光は集光レンズ68によって光ファイバ63の入射端に集光される。   As is well known, the laser diode LD1 is formed by joining a P layer made of a P-type semiconductor and an N layer made of an N-type semiconductor with an active layer interposed therebetween, and emits light from the active layer by laser oscillation. Laser light has high straightness, but its beam shape is divergent light that spreads in a substantially conical shape from the emission point. The laser light is condensed at the incident end of the optical fiber 63 by the condenser lens 68.

光ファイバ63の出射端は、蛍光部62に接続される。蛍光部62は、遮光性を有する円筒状の保護ケース62a内に蛍光体36を充填したものである。蛍光体36の中心には、光ファイバ63が挿入される挿通孔が形成されている。光ファイバ63は、その端部に接続用のフェルール(図示せず)が取り付けられた状態で蛍光体36に挿入される。   The emission end of the optical fiber 63 is connected to the fluorescent part 62. The fluorescent part 62 is obtained by filling a fluorescent material 36 in a cylindrical protective case 62a having a light shielding property. An insertion hole into which the optical fiber 63 is inserted is formed at the center of the phosphor 36. The optical fiber 63 is inserted into the phosphor 36 with a connection ferrule (not shown) attached to its end.

蛍光体36は、粉末状の蛍光材料を、樹脂材料からなるバインダに分散して固めたものである。蛍光材料は分散されているため、励起された蛍光FLの発光点は、蛍光体36の出射端面の全域となる。また、蛍光体36を透過するレーザ光もバインダの光拡散作用により蛍光体36内で拡散するため、出射端面の全域が発光点となる。蛍光体36から発する光は、レーザダイオードLD1と同様に、発光点から略円錐状に広がる発散光であるが、レーザダイオードLD1と比較すると、発光点の面積及び光束の発散角が大きい。   The phosphor 36 is obtained by dispersing and solidifying a powdery fluorescent material in a binder made of a resin material. Since the fluorescent material is dispersed, the emission point of the excited fluorescence FL is the entire emission end face of the phosphor 36. Further, since the laser light transmitted through the phosphor 36 is also diffused in the phosphor 36 by the light diffusing action of the binder, the entire area of the emission end face becomes a light emitting point. Like the laser diode LD1, the light emitted from the phosphor 36 is a diverging light that spreads in a substantially conical shape from the light emitting point. However, compared with the laser diode LD1, the area of the light emitting point and the divergence angle of the light beam are large.

ここで、光束の発散角は、例えば、光束の光軸と直交する断面の光強度分布における半値幅を用いて定義される。レーザダイオードのように、発光点から略円錐状に広がる光束の光強度分布を、横軸に放射角度、縦軸に光強度を取ったグラフで表すと、図15に示すように、光軸位置(0°)がピーク(max)となり、周辺に行くほど低下する山形の分布となる。半値全幅(Full Width at Half Maximum,FWHM)は、光強度分布において光強度がピーク値(max)に対して半値(harf)を示す2点間の幅であり、その半分が半値半幅(half width at half maximum, HWHM)である。半値幅が大きいほど発散角が大きく、小さいほど発散角は小さい。   Here, the divergence angle of the light beam is defined using, for example, a half-value width in a light intensity distribution of a cross section orthogonal to the optical axis of the light beam. When the light intensity distribution of a light beam that spreads in a substantially conical shape from a light emitting point like a laser diode is represented by a graph in which the horizontal axis indicates the radiation angle and the vertical axis indicates the light intensity, as shown in FIG. The peak (max) is at (0 °), and a mountain-shaped distribution that decreases toward the periphery. The full width at half maximum (FWHM) is the width between two points where the light intensity shows a half value (harf) with respect to the peak value (max) in the light intensity distribution, and half of the width is half width (half width). at half maximum, HWHM). The divergence angle is larger as the half width is larger, and the divergence angle is smaller as the half width is smaller.

蛍光部62の前方には、蛍光体36の出射端面36aから発する発散光の発散角を補正する発散角補正部64が設けられている。発散角補正部64は、遮光性の材料で形成された円筒形状をしており、蛍光体36が発する発散光の広がりを規制して発散角を小さくする。また、発散角補正部64は、内壁面64aに反射材がコーティングされることにより鏡面が形成されており、リフレクタとして機能する鏡面反射型である。そのため、光を内壁面64aで鏡面反射させながら光軸方向に伝搬する。内壁面64aを鏡面にすることで光の吸収を減らしているため、光伝達損失が少ない。   A divergence angle correction unit 64 that corrects the divergence angle of diverging light emitted from the emission end face 36a of the phosphor 36 is provided in front of the fluorescent unit 62. The divergence angle correction unit 64 has a cylindrical shape made of a light-shielding material, and regulates the spread of divergent light emitted from the phosphor 36 to reduce the divergence angle. Moreover, the divergence angle correction | amendment part 64 forms the mirror surface by coating a reflecting material on the inner wall surface 64a, and is a specular reflection type which functions as a reflector. Therefore, the light propagates in the optical axis direction while being specularly reflected by the inner wall surface 64a. Since the light absorption is reduced by making the inner wall surface 64a a mirror surface, there is little light transmission loss.

図14において、蛍光体36が発する光の発散角は、発散角補正部64によって角度αに規制される。角度αは、半値半幅(HWHM)を示し、半値全幅(FWHM)は2αとなる。   In FIG. 14, the divergence angle of the light emitted from the phosphor 36 is regulated to the angle α by the divergence angle correction unit 64. The angle α indicates the half width at half maximum (HWHM), and the full width at half maximum (FWHM) is 2α.

発散角補正部64の光軸方向の長さ、光軸に対する反射面(内壁面64a)の傾斜角、及び発散角補正部64の先端と分岐部41a、41bの入射端面との間隔は、内視鏡11のライトガイド43を構成する光ファイバのNA(開口数)と、分岐部41a、41bの太さ(直径D1)を考慮して設定される。具体的には、発散角補正部64の長さ、傾斜角、間隔は、半値半幅で示す発散角αが光ファイバのNA(開口数)に対応する最大受光角θmax(図26参照)とほぼ一致する角度となり、かつ、分岐部41a、41bに入射する入射光束のスポット径が分岐部41a、41bの直径D1とほぼ一致するように、設定される。   The length of the divergence angle correction unit 64 in the optical axis direction, the inclination angle of the reflection surface (inner wall surface 64a) with respect to the optical axis, and the distance between the tip of the divergence angle correction unit 64 and the incident end surfaces of the branch portions 41a and 41b are It is set in consideration of the NA (numerical aperture) of the optical fiber constituting the light guide 43 of the endoscope 11 and the thickness (diameter D1) of the branch portions 41a and 41b. Specifically, the length, inclination angle, and interval of the divergence angle correction unit 64 are substantially the same as the maximum light reception angle θmax (see FIG. 26) in which the divergence angle α indicated by the half width at half maximum corresponds to the NA (numerical aperture) of the optical fiber. It is set so that the angles coincide with each other and the spot diameter of the incident light beam incident on the branch portions 41a and 41b substantially matches the diameter D1 of the branch portions 41a and 41b.

発散角αが最大受光角θmax(図26参照)以内であれば、光ファイバに入射する光が全反射条件を満たすため光ファイバ内における光伝達損失が少ない。また、発散角αを最大限大きくすることで、内視鏡11の照明窓22から照射される照明光の配光角が大きくなり、観察部位のより広い領域を照射することができる。また、スポット径を分岐部41aの直径D1に合わせることで、分岐部41a、41bを構成する複数本の光ファイバの多くに光を入射できるので、光伝達効率も向上する。また、スポット径を分岐部41aの直径D1よりも大きくすると、分岐部41a、41bに入射しない漏光が発生する。本例においては、スポット径を分岐部41aの直径D1に合わせているので、漏光による光伝達損失も少ない。   If the divergence angle α is within the maximum light receiving angle θmax (see FIG. 26), light incident on the optical fiber satisfies the total reflection condition, so that light transmission loss in the optical fiber is small. Further, by maximizing the divergence angle α, the light distribution angle of the illumination light emitted from the illumination window 22 of the endoscope 11 is increased, and a wider region of the observation site can be irradiated. In addition, by adjusting the spot diameter to the diameter D1 of the branch portion 41a, light can be incident on many of the plurality of optical fibers constituting the branch portions 41a and 41b, so that the light transmission efficiency is also improved. Further, when the spot diameter is made larger than the diameter D1 of the branch portion 41a, light leakage that does not enter the branch portions 41a and 41b occurs. In this example, since the spot diameter is adjusted to the diameter D1 of the branching portion 41a, there is little light transmission loss due to light leakage.

図16及び図17に示すように、第2光源モジュール32は、発光素子71と、発散角補正部72とからなる。発光素子71は、レーザダイオードLD2を備えており、その形態は、第1光源モジュール31の発光素子66と同様である。発散角補正部72は、透明材料で形成され略円錐形の柱状体からなるロッド型のライトガイドであり、ライトパイプなどとも呼ばれる。発散角補正部72は、ホモジナイザ50と同様に、入射端72aから入射した光を、側面72bにおいて全反射させながら光軸方向に伝搬して出射端72cからする全反射型である。発散角補正部72は、例えば、入射端72aと発光素子71の先端が熱融着されて一体化されている。   As shown in FIGS. 16 and 17, the second light source module 32 includes a light emitting element 71 and a divergence angle correction unit 72. The light emitting element 71 includes a laser diode LD2, and the form thereof is the same as that of the light emitting element 66 of the first light source module 31. The divergence angle correction unit 72 is a rod-type light guide made of a transparent material and made of a substantially conical columnar body, and is also called a light pipe or the like. Similar to the homogenizer 50, the divergence angle correction unit 72 is a total reflection type that propagates in the optical axis direction while totally reflecting light incident from the incident end 72a on the side surface 72b and is emitted from the output end 72c. For example, the divergence angle correction unit 72 is integrated by heat-sealing the incident end 72 a and the tip of the light emitting element 71.

発散角補正部72は、出射端72cの太さが入射端72aの太さよりも小さくなるように、側面72bが光軸に対して傾斜した、先細のテーパ形状となっている。そのため、図17に示すように、入射した光は、1回目の反射角θ1よりも2回目の反射角θ2が小さくなるというように、側面72bで反射を繰り返すと、反射角θが徐々に小さくなっていく。反射角θの減少は、発散角が拡大することを意味する。発散角補正部72の作用により、レーザダイオードLD2が発する光の発散角β1は、発散角β2に拡大される。   The divergence angle correction unit 72 has a tapered shape in which the side surface 72b is inclined with respect to the optical axis so that the thickness of the output end 72c is smaller than the thickness of the incident end 72a. Therefore, as shown in FIG. 17, when the reflected light is repeatedly reflected on the side surface 72 b so that the incident light has a second reflection angle θ 2 smaller than the first reflection angle θ 1, the reflection angle θ gradually decreases. It will become. A decrease in the reflection angle θ means that the divergence angle increases. Due to the action of the divergence angle correction unit 72, the divergence angle β1 of the light emitted from the laser diode LD2 is expanded to the divergence angle β2.

発散角補正部72の光軸方向の長さが長いほど、側面72bにおける反射回数が多くなるため、発散角の拡大効果は大きい。また、側面72bの傾斜角が大きいほど、1回の反射による発散角の拡大効果は大きい。   The longer the length of the divergence angle correction unit 72 in the optical axis direction, the greater the number of reflections on the side surface 72b. Moreover, the larger the inclination angle of the side surface 72b, the greater the effect of expanding the divergence angle by one reflection.

発散角補正部72の光軸方向の長さ、光軸に対する反射面の傾斜角、及び発散角補正部64の先端と分岐部41cの入射端面との間隔は、第1光源モジュール31の発散角補正部64と同様に、内視鏡11のライトガイド43を構成する光ファイバのNA(開口数)と、分岐部41cの太さ(直径D2)を考慮して設定される。具体的には、発散角補正部72の長さ、傾斜角、間隔は、半値半幅で示す発散角β2が光ファイバのNA(開口数)に対応する最大受光角θmax(図26参照)とほぼ一致する角度となり、かつ、分岐部41cに入射する入射光束のスポット径が分岐部41cの直径D2とほぼ一致するように、設定される。   The length of the divergence angle correction unit 72 in the optical axis direction, the inclination angle of the reflecting surface with respect to the optical axis, and the distance between the tip of the divergence angle correction unit 64 and the incident end surface of the branching portion 41 c are determined as the divergence angle of the first light source module 31. Similarly to the correction unit 64, the NA is set in consideration of the NA (numerical aperture) of the optical fiber constituting the light guide 43 of the endoscope 11 and the thickness (diameter D2) of the branching unit 41c. Specifically, the length, inclination angle, and interval of the divergence angle correction unit 72 are substantially the same as the maximum light reception angle θmax (see FIG. 26) in which the divergence angle β2 indicated by the half width at half maximum corresponds to the NA (numerical aperture) of the optical fiber. It is set so that the angle coincides and the spot diameter of the incident light beam incident on the branching portion 41c substantially matches the diameter D2 of the branching portion 41c.

第1光源モジュール31の発散角補正部64の説明で述べたとおり、発散角β2が最大受光角θmax(図26参照)以内であれば、光ファイバに入射する光が全反射条件を満たすため光ファイバ内における光伝達ロスが少ない。また、発散角β2を最大限大きくすることで、内視鏡11の照明窓22から照射される照明光の配光角が大きくなり、観察部位のより広い領域を照射することができる。また、スポット径を分岐部41cの直径に合わせることで、分岐部41cを構成する複数本の光ファイバの多くに光を入射できるので、光伝達効率も向上する。   As described in the explanation of the divergence angle correction unit 64 of the first light source module 31, if the divergence angle β2 is within the maximum light receiving angle θmax (see FIG. 26), the light incident on the optical fiber satisfies the total reflection condition. Less optical transmission loss in the fiber. Further, by maximizing the divergence angle β2, the light distribution angle of the illumination light emitted from the illumination window 22 of the endoscope 11 is increased, and a wider region of the observation site can be irradiated. Further, by adjusting the spot diameter to the diameter of the branch portion 41c, light can be incident on many of the plurality of optical fibers constituting the branch portion 41c, so that the light transmission efficiency is also improved.

第3光源モジュール33については、第2光源モジュール32の発光素子71の代わりに、レーザダイオードLD3を有する発光素子76(図10参照)が設けられている点を除いて、第2光源モジュール32と同様であるので、説明を省略する。第3光源モジュール33の発光素子76の発散角も、発散角補正部72によって、分岐部41dを構成する光ファイバの最大受光角θmaxとほぼ一致するように拡大される。   The third light source module 33 is the same as the second light source module 32 except that a light emitting element 76 having a laser diode LD3 (see FIG. 10) is provided instead of the light emitting element 71 of the second light source module 32. Since it is the same, description is abbreviate | omitted. The divergence angle of the light emitting element 76 of the third light source module 33 is also enlarged by the divergence angle correction unit 72 so as to substantially match the maximum light receiving angle θmax of the optical fiber constituting the branching portion 41d.

第2光源モジュール32と第3光源モジュール33は、第1光源モジュール31と異なり、両者ともに蛍光体36を使用しない光源であるため、各モジュール32、33の間では発散角に大きな差は無い。しかし、発光素子66、71の間でも発散角に差がある場合には、両者の差が解消されるように、それぞれの発散角補正部72の側面72bの傾斜角を変化させるなどして、それぞれの補正量が設定される。   Unlike the first light source module 31, the second light source module 32 and the third light source module 33 are light sources that do not use the phosphor 36, and therefore there is no great difference in the divergence angle between the modules 32 and 33. However, when there is a difference in the divergence angle between the light emitting elements 66 and 71, the inclination angle of the side surface 72b of each divergence angle correction unit 72 is changed so that the difference between the two is eliminated, etc. Each correction amount is set.

以下、上記構成による作用について説明する。内視鏡診断を行う場合には、内視鏡11をプロセッサ装置12と光源装置13に接続し、プロセッサ装置12と光源装置13の電源を入れて、電子内視鏡システム10を起動する。   Hereinafter, the operation of the above configuration will be described. When performing an endoscopic diagnosis, the endoscope 11 is connected to the processor device 12 and the light source device 13, the processor device 12 and the light source device 13 are turned on, and the electronic endoscope system 10 is activated.

内視鏡11の挿入部16を被検者の消化管内に挿入して、消化管内の観察が開始される。通常観察モードでは、図8(A)に示すように、第1光源モジュール31が点灯して、レーザダイオードLD1が発する狭帯域光N1と、蛍光体36が発する蛍光FLとが混合された白色光が観察部位に照射される。   The insertion part 16 of the endoscope 11 is inserted into the subject's digestive tract, and observation in the digestive tract is started. In the normal observation mode, as shown in FIG. 8A, the first light source module 31 is turned on, and the white light in which the narrow band light N1 emitted from the laser diode LD1 and the fluorescence FL emitted from the phosphor 36 are mixed. Is irradiated to the observation site.

図14に示すように、蛍光体36が発する白色光(N1+FL)は、発散角補正部64によって、発散角が光ファイバのNA(開口数)に合うように補正される。そのため、光ファイバ内における光伝達損失が少ない。また、光ファイバのNAの範囲内で発散角を最大限大きくしているので、観察部位の広い範囲を照射することができる。また、分岐部41a、41bに入射する光束のスポット径は、分岐部41a、41bの直径D1に合うように設定されているため、光伝達損失も少なく光伝達効率がよい。   As shown in FIG. 14, the white light (N1 + FL) emitted from the phosphor 36 is corrected by the divergence angle correction unit 64 so that the divergence angle matches the NA (numerical aperture) of the optical fiber. Therefore, there is little light transmission loss in the optical fiber. Moreover, since the divergence angle is maximized within the NA of the optical fiber, a wide range of the observation site can be irradiated. Further, since the spot diameter of the light beam incident on the branch portions 41a and 41b is set to match the diameter D1 of the branch portions 41a and 41b, the light transmission loss is small and the light transmission efficiency is good.

図10に示すように、第1光源モジュール31は2つ設けられているので、補正後の白色光は、分岐型ライトガイド41の分岐部41a、41bにそれぞれ入射して、出射端41eに導光されて、ホモジナイザ50に入射する。   As shown in FIG. 10, since the two first light source modules 31 are provided, the corrected white light is incident on the branch portions 41a and 41b of the branch light guide 41 and guided to the output end 41e. The light is incident on the homogenizer 50.

図11に示すように、各分岐部41a、41bから導光された白色光は、出射端41eの端面において偏在しているが、図12に示すように、ホモジナイザ50によって光量分布が均一化される。これにより、光束の断面において光量ムラの無い白色光が、内視鏡11のライトガイド43に入射する。白色光は、ライトガイド43を通じて照明窓22から消化管内の観察部位に照射される。   As shown in FIG. 11, the white light guided from the branch portions 41a and 41b is unevenly distributed on the end face of the emission end 41e. However, as shown in FIG. 12, the light quantity distribution is made uniform by the homogenizer 50. The As a result, white light having no unevenness in the amount of light in the cross section of the light beam enters the light guide 43 of the endoscope 11. White light is irradiated from the illumination window 22 to the observation site in the digestive tract through the light guide 43.

図8(A)及び図9(A)に示すように、白色光(N1+FL)を照射中に撮像素子44によって観察部位が撮像されて、DSP57によってB、G、Rの画像信号が生成される。通常観察モードにおいては、画像処理部58は、B、G、Rの画像信号に基づいて、通常観察用の表示画像を生成する。表示制御回路60は、通常観察用の表示画像をビデオ信号に変換してモニタ14に表示する。通常観察モードにおいては、こうした処理が繰り返される。   As shown in FIGS. 8A and 9A, the observation site is imaged by the imaging device 44 during the irradiation with white light (N1 + FL), and B, G, and R image signals are generated by the DSP 57. . In the normal observation mode, the image processing unit 58 generates a display image for normal observation based on the B, G, and R image signals. The display control circuit 60 converts the display image for normal observation into a video signal and displays it on the monitor 14. Such processing is repeated in the normal observation mode.

血管強調観察を行う場合には、コンソール15によってモード切り換え操作が行われて、プロセッサ装置12が血管強調観察モードに設定される。   When performing blood vessel enhancement observation, a mode switching operation is performed by the console 15, and the processor device 12 is set to the blood vessel enhancement observation mode.

血管強調観察モードでは、図8(B)に示すように、第1光源モジュール31に加えて、第2光源モジュール32が点灯して、白色光(N1+FL)と狭帯域光N2が観察部位に照射される。レーザダイオードLD2が発する狭帯域光N2は、図17に示すように、発散角補正部72によって発散角が光ファイバのNA(開口数)に合うように、すなわち、最大受光角θmax(図26参照)とほぼ一致するように補正される。上述のとおり、第1光源モジュール31も発散角補正部64によって発散角が光ファイバのNAに合うように補正される。第2光源モジュール32において、発散角補正部72を設けて、発散角を光ファイバのNAに合わせること、さらに、狭帯域光N2のスポット径を分岐部41cに合わせることによる効果は、第1光源モジュール31の場合と同様であり、光伝達損失を少なくして、光伝達効率を向上することができる。   In the blood vessel enhancement observation mode, as shown in FIG. 8B, the second light source module 32 is turned on in addition to the first light source module 31, and white light (N1 + FL) and narrow band light N2 are irradiated to the observation site. Is done. As shown in FIG. 17, the narrowband light N2 emitted from the laser diode LD2 is adjusted by the divergence angle correction unit 72 so that the divergence angle matches the NA (numerical aperture) of the optical fiber, that is, the maximum light receiving angle θmax (see FIG. 26). ) Is corrected to almost coincide with. As described above, the first light source module 31 is also corrected by the divergence angle correction unit 64 so that the divergence angle matches the NA of the optical fiber. In the second light source module 32, the divergence angle correction unit 72 is provided so that the divergence angle is matched with the NA of the optical fiber, and further, the effect of matching the spot diameter of the narrowband light N2 with the branching portion 41c is the first light source. As in the case of the module 31, the light transmission loss can be reduced and the light transmission efficiency can be improved.

補正後の白色光及び狭帯域光N2は、それぞれ、分岐型ライトガイド41の分岐部41a、41b、41cに入射して、出射端41eに導光されて、ホモジナイザ50に入射する。そして、白色光及び狭帯域光N2は、ホモジナイザ50で光量分布が均一化された後、内視鏡11のライトガイド43に供給される。白色光及び狭帯域光N2は、ライトガイド43を通じて照明窓22から消化管内の観察部位に照射される。   The corrected white light and narrowband light N2 enter the branch portions 41a, 41b, and 41c of the branch light guide 41, are guided to the output end 41e, and enter the homogenizer 50, respectively. The white light and the narrow-band light N2 are supplied to the light guide 43 of the endoscope 11 after the light amount distribution is made uniform by the homogenizer 50. White light and narrow-band light N2 are irradiated from the illumination window 22 to the observation site in the digestive tract through the light guide 43.

図8(B)及び図9(B)に示すように、白色光(N1+FL)及び狭帯域光N2を照射中に撮像素子44によって観察部位が撮像されて、DSP57によってB、G、Rの画像信号が生成される。血管強調観察モードにおいては通常観察モードと同様に、画像処理部58は、B、G、Rの画像信号に基づいて、血管強調観察用の表示画像を生成する。表示制御回路60は、血管強調観察用の表示画像をビデオ信号に変換してモニタ14に表示する。血管強調観察モードにおいては、こうした処理が繰り返される。血管強調観察モードでは、画像信号Bに、白色光のB成分に加えて、狭帯域光N2が含まれているので、観察画像において表層血管が高コントラストで描出される。   As shown in FIGS. 8B and 9B, the observation site is imaged by the imaging device 44 during irradiation with white light (N1 + FL) and narrowband light N2, and images of B, G, and R are obtained by the DSP 57. A signal is generated. In the blood vessel enhancement observation mode, as in the normal observation mode, the image processing unit 58 generates a display image for blood vessel enhancement observation based on the B, G, and R image signals. The display control circuit 60 converts a display image for blood vessel enhancement observation into a video signal and displays it on the monitor 14. Such processing is repeated in the blood vessel enhancement observation mode. In the blood vessel enhancement observation mode, since the image signal B includes the narrowband light N2 in addition to the B component of white light, the superficial blood vessels are depicted with high contrast in the observation image.

血管強調観察モードでは、発散角が異なる、第1及び第2光源モジュール31、32が用いられるが、各光源モジュール31、32は、発散角補正部64、72によってそれぞれの発散角がほぼ一致するように補正されているため、各光源モジュール31、32の発散角の差に起因する色ムラも無い。   In the blood vessel enhancement observation mode, the first and second light source modules 31 and 32 having different divergence angles are used. The divergence angles of the light source modules 31 and 32 are substantially matched by the divergence angle correction units 64 and 72. Therefore, there is no color unevenness caused by the difference in divergence angle between the light source modules 31 and 32.

上述のとおり、分岐型ライトガイド41に入射した光は、分岐型ライトガイド41、ホモジナイザ50、内視鏡11のライトガイド43内で全反射を繰り返して光軸方向に伝搬されるが、この伝搬過程においては全反射における反射角は保存されるため、ライトガイド43の出射端における出射角は、分岐型ライトガイド41に入射する入射角に依存する。   As described above, the light incident on the branched light guide 41 is propagated in the optical axis direction by repeating total reflection in the branched light guide 41, the homogenizer 50, and the light guide 43 of the endoscope 11. Since the reflection angle in total reflection is preserved in the process, the exit angle at the exit end of the light guide 43 depends on the incident angle incident on the branched light guide 41.

図18に示すように、第1光源モジュール31の白色光が、内視鏡11のライトガイド43から出射する際の発散角αと、第2光源モジュール32の狭帯域光N2が、ライトガイド43から出射する際の発散角βは、ほぼ一致する。発散角が一致すると、観察部位における照射スポット径SDα、SDβもほぼ一致する。そのため、図28に示すように、発散角の補正が行われていない従来技術と比較して、白色光と狭帯域光N2の各照射スポットが重なる部分が多くなる。これにより、照明領域の全域において白色光と狭帯域光N2がほぼ一様に混合されることになるため、色ムラが解消される。発散角に差があると、観察距離Lが遠くなるほど(LnよりもLfの方が)、照射スポット径SDα、SDβの差が拡大するため、ムラの幅が大きくなり色ムラが目立ちやすい。そのため、本発明は、観察距離Lが遠い場合に特に有効である。   As shown in FIG. 18, the divergence angle α when the white light of the first light source module 31 is emitted from the light guide 43 of the endoscope 11 and the narrowband light N2 of the second light source module 32 are the light guide 43. The divergence angles β at the time of emission from the light source are substantially the same. When the divergence angles match, the irradiation spot diameters SDα and SDβ at the observation site also almost match. Therefore, as shown in FIG. 28, compared with the prior art in which the divergence angle is not corrected, there are more portions where the irradiation spots of the white light and the narrowband light N2 overlap each other. As a result, the white light and the narrow-band light N2 are almost uniformly mixed in the entire illumination area, thereby eliminating color unevenness. If there is a difference in the divergence angle, the difference between the irradiation spot diameters SDα and SDβ increases as the observation distance L becomes longer (Lf than Ln). Therefore, the present invention is particularly effective when the observation distance L is long.

酸素飽和度観察を行う場合には、コンソール15からモード切り換え操作が行われて、プロセッサ装置12の動作モードが酸素飽和度観察モードに設定される。   When performing the oxygen saturation observation, a mode switching operation is performed from the console 15, and the operation mode of the processor device 12 is set to the oxygen saturation observation mode.

酸素飽和度観察モードでは、図8(C)に示すように、第1光源モジュール31と、第3光源モジュール33が1フレーム毎に交互に点灯し、白色光(N1+FL)と、狭帯域光N3が交互に観察部位に照射される。第1光源モジュール31は発散角補正部64によって発散角が光ファイバのNAに合うように補正され、一方、レーザダイオードLD3が発する狭帯域光N3は、狭帯域光N2と同様に、発散角補正部72によって発散角が光ファイバのNAに合うように補正される。これによる効果は、通常観察モード及び血管強調観察モードにおいて説明したとおりである。   In the oxygen saturation observation mode, as shown in FIG. 8C, the first light source module 31 and the third light source module 33 are alternately turned on every frame, and white light (N1 + FL) and narrowband light N3 Alternately irradiate the observation site. The first light source module 31 is corrected by the divergence angle correction unit 64 so that the divergence angle matches the NA of the optical fiber. On the other hand, the narrowband light N3 emitted from the laser diode LD3 is corrected for the divergence angle similarly to the narrowband light N2. The divergence angle is corrected by the unit 72 so as to match the NA of the optical fiber. The effect of this is as described in the normal observation mode and the blood vessel enhancement observation mode.

補正後の白色光及び狭帯域光N3は、それぞれの照射タイミングにおいて、分岐型ライトガイド41の分岐部41a、41b、41dに入射して、出射端41eに導光されてホモジナイザ50に入射する。そして、白色光及び狭帯域光N3は、ホモジナイザ50で光量分布が均一化された後、内視鏡11のライトガイド43に供給される。白色光及び狭帯域光N3は、ライトガイド43を通じて照明窓22から消化管内の観察部位に順次照射される。   The corrected white light and narrowband light N3 enter the branch portions 41a, 41b, and 41d of the branch light guide 41 at the respective irradiation timings, are guided to the output end 41e, and enter the homogenizer 50. The white light and the narrow-band light N3 are supplied to the light guide 43 of the endoscope 11 after the light amount distribution is made uniform by the homogenizer 50. The white light and the narrow band light N3 are sequentially irradiated from the illumination window 22 to the observation site in the digestive tract through the light guide 43.

図8(C)及び図9(C)に示すように、撮像素子44は、白色光(N1+FL)及び狭帯域光N3に対応する画像信号をDSP57に順次出力する。DSP57は、白色光の元で取得した画像信号に基づいて、B1、G1、R1の各色の画像信号を生成して、狭帯域光N3の元で取得した画像信号に基づいて、B2の画像信号を生成する。画像処理部58は、画像信号B2、G1、R1の画像間演算を行うことにより、血液量の情報が分離された、酸素飽和度を算出する。そして、画像信号B1、G1、R1に基づいて生成されるフルカラー画像に対して、算出した酸素飽和度の値に応じた色変換を行って、酸素飽和度観察用の表示画像を生成する。   As shown in FIGS. 8C and 9C, the image sensor 44 sequentially outputs image signals corresponding to white light (N1 + FL) and narrowband light N3 to the DSP 57. The DSP 57 generates an image signal of each color of B1, G1, and R1 based on the image signal acquired under the white light, and generates an image signal of B2 based on the image signal acquired under the narrowband light N3. Is generated. The image processing unit 58 calculates the oxygen saturation with the blood volume information separated by performing an inter-image calculation of the image signals B2, G1, and R1. Then, the full color image generated based on the image signals B1, G1, and R1 is subjected to color conversion in accordance with the calculated oxygen saturation value to generate a display image for oxygen saturation observation.

また、酸素飽和度観察モードでは、血管強調観察モードと同様に、発散角が異なる、第1及び第3光源モジュール31、33が用いられるが、各光源モジュール31、33は、発散角補正部64、72によってそれぞれの発散角がほぼ一致するように補正されているため、各光源モジュール31、33の発散角の差に起因する色ムラは無い。酸素飽和度観察モードにおいては、血管強調観察モードと異なり、白色光と狭帯域光N3に対応する画像信号は面順次で取得されるが、それぞれの画像信号に基づいて画像間演算が行われるため、白色光と狭帯域光N3の色ムラを解消することで、画像間演算の信頼性も向上する。   Further, in the oxygen saturation observation mode, the first and third light source modules 31 and 33 having different divergence angles are used as in the blood vessel enhancement observation mode, but each of the light source modules 31 and 33 has a divergence angle correction unit 64. , 72 so that the respective divergence angles are substantially matched, there is no color unevenness due to the difference between the divergence angles of the light source modules 31, 33. In the oxygen saturation observation mode, unlike the blood vessel enhancement observation mode, the image signals corresponding to the white light and the narrowband light N3 are acquired in a frame sequential manner, but the inter-image calculation is performed based on the respective image signals. By eliminating the color unevenness between the white light and the narrow band light N3, the reliability of the inter-image calculation is also improved.

また、複数の半導体光源として、第1光源モジュール31と、第2、3光源モジュール32、33を組み合わせて使用する場合のように、蛍光体36を使用する光源と、蛍光体36を使用しない光源を組み合わせて使用する場合には、発散角の差が大きいため、発散角を補正する本発明は特に有効である。また、発光素子として指向性の高い光を発するレーザダイオードを使用しているため、LEDを使用する場合と比べても発散角の差は大きくなる傾向があるため、特に必要性が高い。   Further, as in the case of using the first light source module 31 and the second and third light source modules 32 and 33 as a plurality of semiconductor light sources, a light source that uses the phosphor 36 and a light source that does not use the phosphor 36. When these are used in combination, since the difference in divergence angle is large, the present invention for correcting the divergence angle is particularly effective. Further, since a laser diode that emits light having high directivity is used as the light emitting element, the difference in divergence angle tends to be larger than that in the case of using an LED, so that the necessity is particularly high.

上記例では、第1〜第3の光源モジュール31〜33の発散角を補正してほぼ一致させる例で説明している。ここで、「ほぼ一致している」とは、完全に一致している場合に加えて、±約10%の範囲で差がある場合が含まれる。各光源の発散角の差の許容範囲として好ましい範囲は、±約5%である。なお、補正後の発散角の差が±約10%を超える場合のように、補正後の発散角はほぼ一致していなくてもよく、発散角補正部を設けることにより、補正前の発散角の差が縮小していればよい。補正前と比較して補正後において発散角の差が縮小すれば、その分だけ色ムラを改善するという効果は期待できるからである。   In the above example, the divergence angles of the first to third light source modules 31 to 33 are corrected and substantially matched to each other. Here, “substantially match” includes a case where there is a difference in a range of ± about 10% in addition to a case where they completely match. A preferable range as an allowable range of the difference in divergence angle of each light source is ± about 5%. Note that the divergence angles after correction do not have to substantially coincide as in the case where the difference in divergence angle after correction exceeds about ± 10%. By providing a divergence angle correction unit, the divergence angle before correction is provided. It is sufficient that the difference between the two is reduced. This is because if the difference in divergence angle is reduced after correction compared to before correction, the effect of improving color unevenness can be expected.

また、上記例では、第1〜第3の光源モジュール31〜33の補正後の発散角を、光ファイバの最大受光角θmax(図26参照)とほぼ一致させる例で説明しているが、これについても、完全に一致している場合に加えて、±約10%の範囲で差がある場合が含まれる。補正後の発散角と最大受光角θmaxの差についても、許容範囲として好ましい範囲は、±約5%である。   In the above example, the divergence angle after correction of the first to third light source modules 31 to 33 is described as an example that substantially matches the maximum light receiving angle θmax of the optical fiber (see FIG. 26). In addition to the case where there is a perfect match, the case where there is a difference in the range of ± about 10% is included. Regarding the difference between the divergence angle after correction and the maximum light receiving angle θmax, a preferable range as an allowable range is about ± 5%.

また、光伝達損失を問題とせずに、各光源モジュール31〜33の発散角の差に起因する色ムラを改善することだけを考えるのであれば、図19に示すように、第1〜第3の光源モジュール31〜33のそれぞれの発散角α、βのように、光ファイバの最大受光角θmaxを超える角度に設定してもよい。こうすると、光ファイバに入射されない漏光や、仮に入射しても全反射条件を満たさないため光ファイバ内で伝搬されない光が発生するため、発散角を最大受光角θmax以内にする場合と比べて光伝達損失は多くなるが、第1〜第3の光源モジュール31〜33間において、光ファイバに入射する入射光の入射角を揃えることはできるので、色ムラを解消することはできる。また、この方法によれば、各光源モジュール31〜33において、補正後の発散角が最大受光角θmaxを超えるように調整すれば済む。そのため、補正後の発散角をほぼ一致させる場合と比べて、発散角補正部の補正量の調整精度を下げることができるため、低コスト化には有効である。   Further, if only considering improving the color unevenness caused by the difference in the divergence angles of the light source modules 31 to 33 without considering the light transmission loss, as shown in FIG. Like the divergence angles α and β of the light source modules 31 to 33, the light source modules 31 to 33 may be set to an angle exceeding the maximum light receiving angle θmax of the optical fiber. In this way, light leakage that does not enter the optical fiber and light that does not propagate within the optical fiber because it does not satisfy the total reflection condition even if incident are generated, so that the divergence angle is less than the maximum light receiving angle θmax. Although transmission loss increases, the incident angle of the incident light incident on the optical fiber can be made uniform between the first to third light source modules 31 to 33, so that the color unevenness can be eliminated. Further, according to this method, the light source modules 31 to 33 may be adjusted so that the corrected divergence angle exceeds the maximum light receiving angle θmax. Therefore, compared with the case where the corrected divergence angles are substantially matched, the adjustment accuracy of the correction amount of the divergence angle correction unit can be lowered, which is effective for cost reduction.

また、上記例では、第1〜第3の光源モジュール31〜33のすべてに発散角補正部を設ける例で説明しているが、第1〜第3の光源モジュール31〜33の少なくとも1つに設けられていればよい。例えば、発散角が異なる2種類の光源モジュールを使用する場合において、一方だけに発散角補正部を設けて、他方の発散角との差を小さくしてもよい。ただし、上記例のように、発散角補正部を各光源モジュール31〜33のそれぞれに対して設ければ、個々の発散角の補正量を設定できるため、補正量の設定の自由度が広がり製品設計もしやすい。   Moreover, in the said example, although demonstrated by the example which provides a divergence angle correction | amendment part in all the 1st-3rd light source modules 31-33, it is at least one of the 1st-3rd light source modules 31-33. What is necessary is just to be provided. For example, when two types of light source modules having different divergence angles are used, a divergence angle correction unit may be provided only on one side to reduce the difference from the other divergence angle. However, if the divergence angle correction unit is provided for each of the light source modules 31 to 33 as in the above example, the correction amount of each divergence angle can be set, so that the degree of freedom in setting the correction amount is widened. Easy to design.

また、上記例では、第1光源モジュール31の発散角補正部64において、内壁面64aを鏡面にしてリフレクタとして機能させているが、内壁面64aは鏡面でなくてもよい。鏡面になっていなくても、発散角を小さくすることは可能だからである。もちろん、鏡面にしないと内壁面64aにおける光の吸収が大きくなって光伝達損失が増えるので、上記例のように鏡面にすることが好ましい。   Moreover, in the said example, in the divergence angle correction | amendment part 64 of the 1st light source module 31, the inner wall surface 64a is made into the mirror surface, and it is made to function as a reflector, However, The inner wall surface 64a does not need to be a mirror surface. This is because it is possible to reduce the divergence angle even if it is not a mirror surface. Of course, if the mirror surface is not used, the light absorption at the inner wall surface 64a increases and the light transmission loss increases. Therefore, it is preferable to use a mirror surface as in the above example.

また、発散角を小さくするための発散角補正部としては、円筒形状でなくてもよく、例えば、図20に示す第1光源モジュール81に設けられた発散角補正部82の形態としてもよい。第1光源モジュール81は、発散角補正部64の代わりに発散角補正部82が設けられている他は、第1光源モジュール31と同様である。   Further, the divergence angle correction unit for reducing the divergence angle may not be cylindrical, and may be, for example, a form of the divergence angle correction unit 82 provided in the first light source module 81 shown in FIG. The first light source module 81 is the same as the first light source module 31 except that a divergence angle correction unit 82 is provided instead of the divergence angle correction unit 64.

第1光源モジュール81の発散角補正部82は、上述の第2光源モジュール32の発散角補正部72と同様に、透明材料で形成されたロッド型のライトガイドである。発散角補正部82の形状は、発散角補正部72とは反対に、出射端82cの太さが入射端82aの太さよりも太くなるように、側面82bが光軸に対して傾斜したテーパ形状となっている。そのため、入射した光は、1回目の反射角θ1よりも2回目の反射角θ2が大きくなるというように、側面82bで反射を繰り返すと、反射角θが徐々に大きくなっていく。反射角θの増大は、発散角が縮小することを意味する。発散角補正部82の作用により、蛍光部62から発する光の発散角αが縮小される。   The divergence angle correction unit 82 of the first light source module 81 is a rod-type light guide formed of a transparent material, like the divergence angle correction unit 72 of the second light source module 32 described above. Contrary to the divergence angle correction unit 72, the divergence angle correction unit 82 has a tapered shape in which the side surface 82b is inclined with respect to the optical axis so that the thickness of the output end 82c is larger than the thickness of the incident end 82a. It has become. For this reason, when reflection is repeated on the side surface 82b so that the incident light has a second reflection angle θ2 larger than the first reflection angle θ1, the reflection angle θ gradually increases. An increase in the reflection angle θ means that the divergence angle is reduced. The divergence angle α of the light emitted from the fluorescent part 62 is reduced by the action of the divergence angle correction unit 82.

発散角補正部82は、光軸方向の長さが長いほど、側面82bにおける反射回数が多くなるため、発散角の縮小効果は大きい。また、側面82bの傾斜角が大きいほど、1回の反射による発散角の縮小効果は大きい。   The longer the length in the optical axis direction of the divergence angle correction unit 82, the greater the number of reflections on the side surface 82b. Further, the larger the inclination angle of the side surface 82b, the greater the effect of reducing the divergence angle by one reflection.

また、光源モジュールの種類、数については、上記例に限らず、適宜変更が可能である。例えば、図21に示すように、白色光を生成するために、複数の光源モジュール83、84を使用してもよい。光源モジュール83は、蛍光部85を除いて、第1の光源モジュール31と同様である。蛍光部85は、発光素子66が発する青色(B)の狭帯域光N1によって励起されて緑色(G)の蛍光を発する蛍光体を有している。光源モジュール84は、赤色(R)を発する発光素子87を有している。   Further, the type and number of the light source modules are not limited to the above example, and can be changed as appropriate. For example, as shown in FIG. 21, a plurality of light source modules 83 and 84 may be used to generate white light. The light source module 83 is the same as the first light source module 31 except for the fluorescent part 85. The fluorescent part 85 includes a phosphor that emits green (G) fluorescence when excited by the blue (B) narrow-band light N1 emitted from the light emitting element 66. The light source module 84 includes a light emitting element 87 that emits red (R).

通常観察モードにおいて、光源モジュール83、84は同時に点灯する。光源モジュール83が発するB、Gの光と、光源モジュール84が発するR光は、それぞれの分岐型ライトガイド86の分岐部86a、86bに入射されて出射端86eに導光される。そして、ホモジナイザ50によって混合されることにより白色光が生成される。各光源モジュール83、84には、それぞれ発散角補正部64、72が設けられており、発散角の差が解消されるように補正される。そのため、通常観察用の表示画像における色ムラが低減される。また、本例のように、赤色を発する光源モジュールを設けることにより、白色光に占める赤色成分を独立に増減させることが可能となり、白色光の演色性を高めることができる。   In the normal observation mode, the light source modules 83 and 84 are turned on simultaneously. The B and G light emitted from the light source module 83 and the R light emitted from the light source module 84 are incident on the branch portions 86a and 86b of the respective branch light guides 86 and guided to the emission end 86e. Then, white light is generated by being mixed by the homogenizer 50. The light source modules 83 and 84 are provided with divergence angle correction units 64 and 72, respectively, and are corrected so that the difference in divergence angle is eliminated. Therefore, color unevenness in the display image for normal observation is reduced. Further, by providing a light source module that emits red as in this example, it is possible to independently increase or decrease the red component occupying white light, and to enhance the color rendering of white light.

他の点については、上記例と同様であり、分岐部86c、86bと対向する一には、血管情報観察用の上記光源モジュール32、33がそれぞれ配置される。また、白色光を複数の光源モジュールの光で生成する例としては、B、G、Rの光をそれぞれ発する3つの光源モジュールを使用してもよい。   The other points are the same as in the above example, and the light source modules 32 and 33 for observing blood vessel information are respectively arranged on one side facing the branch portions 86c and 86b. Further, as an example of generating white light with light from a plurality of light source modules, three light source modules that respectively emit B, G, and R light may be used.

図22に示す例は、血管情報観察用の光源モジュール89の発散角補正部91を、光拡散材92とリフレクタ93で構成する例である。光源モジュール89は、狭帯域光N2、N3をそれぞれ発光する発光素子71、76を有している。発光素子71、76が発する光は、光ファイバ95で発散角補正部91に導光される。光ファイバ95は、入射端が二股に分岐した分岐型ファイバで、分岐部はカプラによって結合されて1つの出射端にまとめられている。発光素子71、76からの狭帯域光N2、N3は、光ファイバ95によって導光されて、光拡散材92に入射して拡散される。拡散により発散角が広げられた後、リフレクタ93によって絞られる。こうした発散角の補正により、2つの光源モジュール31と、光源モジュール89の発散角の差が解消される。光源モジュール31、89の光は、分岐型ライトガイド96の入射端96a〜96cにそれぞれ入射して導光される。   The example shown in FIG. 22 is an example in which the divergence angle correction unit 91 of the light source module 89 for observing blood vessel information is configured with a light diffusing material 92 and a reflector 93. The light source module 89 includes light emitting elements 71 and 76 that emit narrow band lights N2 and N3, respectively. Light emitted from the light emitting elements 71 and 76 is guided to the divergence angle correction unit 91 by the optical fiber 95. The optical fiber 95 is a branching fiber with an incident end branched into two branches, and the branching portions are combined by a coupler and combined into one output end. Narrow band lights N2 and N3 from the light emitting elements 71 and 76 are guided by the optical fiber 95, enter the light diffusion material 92, and are diffused. After the divergence angle is widened by diffusion, it is narrowed by the reflector 93. By such correction of the divergence angle, the difference between the divergence angles of the two light source modules 31 and the light source module 89 is eliminated. The light from the light source modules 31 and 89 is incident on the incident ends 96 a to 96 c of the branch light guide 96 and guided.

図23に示す例は、発散角補正部をレンズで構成した例である。光源モジュール97は、上記光源モジュール31(図13、14参照)の発散角補正部64を、凸レンズからなる発散角補正部98に変えたものである。発散角補正部98は、凸レンズの集光作用により、蛍光部62から発する光の発散角を縮小する。光源モジュール99、100は、それぞれ上記光源モジュール31、32(図16、17参照)の発散角補正部72を、凹レンズからなる発散角補正部101に変えたものである。発散角補正部98は、凹レンズの発散作用により、発光素子71、76が発する光の発散角を拡大する。   The example shown in FIG. 23 is an example in which the divergence angle correction unit is configured by a lens. The light source module 97 is obtained by replacing the divergence angle correction unit 64 of the light source module 31 (see FIGS. 13 and 14) with a divergence angle correction unit 98 made of a convex lens. The divergence angle correction unit 98 reduces the divergence angle of the light emitted from the fluorescent unit 62 by the condensing function of the convex lens. In the light source modules 99 and 100, the divergence angle correction unit 72 of the light source modules 31 and 32 (see FIGS. 16 and 17) is changed to a divergence angle correction unit 101 made of a concave lens. The divergence angle correction unit 98 expands the divergence angle of the light emitted from the light emitting elements 71 and 76 by the divergence action of the concave lens.

上記例では、分岐型ライトガイドとして、複数の分岐部に対応する光ファイバが出射端においてそれぞれ局所的に偏在するファイババンドル(図11参照)を使用する例で説明したが、特許文献1及び2に記載されたランダムファイババンドルを使用してもよい。ランダムファイババンドルを使用すれば、ホモジナイザ50を使用しなくても光量分布の均一化を図れる。もちろん、ホモジナイザ50を使用した方が光量分布を均一化する効果は大きいと考えられる。また、ランダムファイババンドルにおいて、光量分布を均一化するためには出射端において各分岐部の光ファイバが均等に分散されるように配置する必要があるため、製造するのに手間が掛かるという懸念がある。そのため、製造コストを低減する観点からも、本例のように分岐型ライトガイドとホモジナイザを組み合わせたものを使用することが好ましい。   In the above example, as an example of using a fiber bundle (see FIG. 11) in which optical fibers corresponding to a plurality of branch portions are locally unevenly distributed at the emission end as the branching light guide, Patent Documents 1 and 2 have been described. May be used. If a random fiber bundle is used, the light quantity distribution can be made uniform without using the homogenizer 50. Of course, it is considered that the use of the homogenizer 50 has a greater effect of making the light quantity distribution uniform. In addition, in order to make the light quantity distribution uniform in the random fiber bundle, it is necessary to arrange the optical fibers at each branching portion to be evenly distributed at the emission end, which may be troublesome to manufacture. is there. Therefore, also from the viewpoint of reducing the manufacturing cost, it is preferable to use a combination of a branched light guide and a homogenizer as in this example.

また、光路統合部はファイババンドル以外でもよい。例えば、図24に示すように、ロッド型ライトガイド103を使用してもよい。図24に示す例は、図23に示す例の分岐型ライトガイド41とホモジナイザ50を、ロッド型ライトガイド103に変えたものであり、光源については図23と同様である。   Further, the optical path integration unit may be other than the fiber bundle. For example, as shown in FIG. 24, a rod-type light guide 103 may be used. The example shown in FIG. 24 is obtained by replacing the branched light guide 41 and the homogenizer 50 of the example shown in FIG. 23 with a rod-type light guide 103, and the light source is the same as in FIG.

ロッド型ライトガイド103は、ホモジナイザ50や発散角補正部72と同様に、透明材料で形成された柱状体からなり、入射光を側面103bで全反射させることにより光軸方向に光を伝搬するライトガイドである。ロッド型ライトガイド103の光混合作用により、各光源モジュール97〜99の光路は統合される。ロッド型ライトガイド103は、入射端よりも出射端が細くなるように光軸に対して側面103bが傾斜したテーパ形状をしている。これにより、複数の光源モジュール97〜99が対向して配置される入射端103aにおいて、広い面積を確保できるとともに、出射端103cの径を、内視鏡11のライトガイド43の径に合わせることができる。   The rod-type light guide 103 is a columnar body made of a transparent material, like the homogenizer 50 and the divergence angle correction unit 72, and propagates light in the optical axis direction by totally reflecting incident light on the side surface 103b. It is a guide. Due to the light mixing action of the rod type light guide 103, the light paths of the light source modules 97 to 99 are integrated. The rod-type light guide 103 has a tapered shape in which the side surface 103b is inclined with respect to the optical axis so that the exit end is narrower than the entrance end. Accordingly, a large area can be secured at the incident end 103a where the plurality of light source modules 97 to 99 are arranged to face each other, and the diameter of the emission end 103c can be matched with the diameter of the light guide 43 of the endoscope 11. it can.

ただし、光路統合部として機能するロッド型ライトガイド103にこのようなテーパ形状を持たせると、発散角補正部72(図17参照)について説明したとおり、発散角を拡大する効果が発生する。そのため、各光源モジュール97〜99のそれぞれ発散角補正部98、101の補正量は、ロッド型ライトガイド103の発散角拡大効果を考慮して設定される。   However, if the rod-shaped light guide 103 that functions as the optical path integrating portion has such a tapered shape, an effect of expanding the divergence angle occurs as described for the divergence angle correction portion 72 (see FIG. 17). Therefore, the correction amounts of the divergence angle correction units 98 and 101 of the light source modules 97 to 99 are set in consideration of the divergence angle expansion effect of the rod type light guide 103.

光路統合部としては、分岐型ライトガイド、ロッド型ライトガイドの他、特定の波長の光を選択的に透過又は反射するダイクロイックミラーを組み合わせたものを用いてもよい。この場合には、ダイクロイックミラーは、各光源モジュールの光路上に配置される。それぞれのダイクロイックミラーは、各光源モジュールが発光する光の波長に対応するものが選択される。   As the optical path integration unit, a combination of a dichroic mirror that selectively transmits or reflects light of a specific wavelength may be used in addition to the branching light guide and the rod light guide. In this case, the dichroic mirror is disposed on the optical path of each light source module. Each dichroic mirror is selected corresponding to the wavelength of light emitted by each light source module.

また、上記例において、発散角補正部は、補正量が固定されている補正量固定型のものを使用した例で説明したが、図25に示すように、補正量を調節できる可変型のものを使用してもよい。発散角補正部106は、発散角補正部64と同様に円筒形状のリフレクタである。発散角補正部106は、保護ケース107に対して光軸方向に移動自在に取り付けられている。発散角補正部106は、後端部106aに蛍光体36の保護ケース107と係合するネジが形成されており、発散角補正部106を光軸周りに回転させることで、光軸方向に移動する。例えば、図25(A)に示す初期位置(発散角α1)から発散角補正部106の位置を前方に、図25(B)に示す位置まで移動させると、発散角がα2に縮小するというように、発散角の補正量が調節される。   In the above example, the divergence angle correction unit has been described as an example using a correction amount fixed type in which the correction amount is fixed. However, as shown in FIG. 25, the variable angle correction unit can adjust the correction amount. May be used. The divergence angle correction unit 106 is a cylindrical reflector, like the divergence angle correction unit 64. The divergence angle correction unit 106 is attached to the protective case 107 so as to be movable in the optical axis direction. The divergence angle correction unit 106 is formed with a screw that engages with the protective case 107 of the phosphor 36 at the rear end portion 106a, and moves in the optical axis direction by rotating the divergence angle correction unit 106 around the optical axis. To do. For example, when the position of the divergence angle correction unit 106 is moved forward from the initial position (divergence angle α1) shown in FIG. 25A to the position shown in FIG. 25B, the divergence angle is reduced to α2. In addition, the correction amount of the divergence angle is adjusted.

補正量可変型であれば、製品組み立て後に発散角の微調節を行うことも可能になり、セットアップやメンテナンスもしやすい。また、補正量可変型の場合には、アクチュエータを用いて電動で補正量を調節できるようにしてもよい。また、例えば、特殊光源として、PDD(光線力学診断)やPDT(光線力学治療)を行うための診断光や治療光を発する光源を使用する場合など、エネルギーの高い光が必要な場合には、検査中に補正量を電動で調節することにより、必要に応じて発散角を縮小して、単位面積当たりのエネルギーが高い光を生成することも可能となる。   If the correction amount is variable, it is possible to finely adjust the divergence angle after the product is assembled, and setup and maintenance are easy. In the case of a variable correction amount type, the correction amount may be adjusted electrically by using an actuator. In addition, for example, when a light source that emits diagnostic light or therapeutic light for performing PDD (photodynamic diagnosis) or PDT (photodynamic therapy) is used as a special light source, when high energy light is required, By adjusting the correction amount electrically during the inspection, it is possible to reduce the divergence angle as necessary and generate light with high energy per unit area.

上記実施形態では、白色光を発する第1光源モジュール31と、狭帯域光N1を発する第2光源モジュール32のように、発散角に差がある複数の半導体光源として、発光波長が異なる光源(発光色が異なる光源)を例に説明したが、発散角に差はあるが、発光波長は同じ光源でもよい。例えば、どちらも白色光を発するが、発光素子や蛍光体の種類、個体差によって発散角だけが異なるという場合である。発光波長が同じ場合には、発散角の違いによって光量ムラが発生する。また、同じ白色光を発する複数の光源でも、一方は青成分が相対的に少なく赤成分が相対的に多いというように、分光スペクトルが異なる複数の光源でもよい。このような同じ色で分光スペクトルが異なる複数の光源を用いて、それらの発散角に差がある場合には、各光源の光の照射スポットの重なり具合によって色ムラが生じる場合もある。これらの光源に本発明を適用して、光源の発散角を補正することで、光量ムラや色ムラを解消することができる。   In the above embodiment, as a plurality of semiconductor light sources having different divergence angles, such as a first light source module 31 that emits white light and a second light source module 32 that emits narrow-band light N1, light sources having different emission wavelengths (light emission) Although light sources having different colors have been described as examples, light sources having the same emission wavelength may be used although there are differences in divergence angles. For example, both emit white light, but only the divergence angle differs depending on the type of light emitting element and phosphor and individual differences. When the emission wavelengths are the same, unevenness in the amount of light occurs due to the difference in divergence angle. Further, even a plurality of light sources that emit the same white light, one of them may be a plurality of light sources having different spectral spectra such that the blue component is relatively small and the red component is relatively large. When a plurality of light sources having the same color and different spectral spectra are used and there is a difference in their divergence angles, color unevenness may occur due to the overlapping of the light irradiation spots of the light sources. By applying the present invention to these light sources and correcting the divergence angle of the light sources, it is possible to eliminate light amount unevenness and color unevenness.

もちろん、上記実施形態で示したように、一般に、発散角の差は、発光波長が同じ場合と比較して、発光波長が異なる複数の半導体光源を用いた場合に大きくなると考えられる。そのため、本発明は、血管情報観察機能に対応した光源装置や、白色光を生成するために複数色の発光素子を用いる光源装置など、発光波長が異なる複数の半導体光源を用いる場合に特に必要性が高い。ここで、発光波長が異なるという意味には、2つの半導体光源が発光する光の波長域が完全に重ならない場合の他、部分的に重ならない場合も含まれる。   Of course, as shown in the above embodiment, it is generally considered that the difference in divergence angle is larger when a plurality of semiconductor light sources having different emission wavelengths are used, compared to the case where the emission wavelengths are the same. Therefore, the present invention is particularly necessary when a plurality of semiconductor light sources having different emission wavelengths are used, such as a light source device corresponding to the blood vessel information observation function and a light source device using a plurality of color light emitting elements to generate white light. Is expensive. Here, the meaning that the emission wavelengths are different includes the case where the wavelength ranges of the light emitted by the two semiconductor light sources do not completely overlap and the case where they do not overlap partially.

上記実施形態では、半導体光源としてレーザダイオードを例に説明したが、LEDなど他の半導体光源でもよい。   In the above embodiment, the laser diode is described as an example of the semiconductor light source, but another semiconductor light source such as an LED may be used.

上記実施形態では、B、G、Rのマイクロカラーフイルタが設けられたカラー撮像素子を用いて、白色光をマイクロカラーフイルタで色分離して複数色の画像を同時に取得する同時方式を例に説明したが、カラーフイルタが設けられていないモノクロ撮像素子を用いて、各色の画像を順次取得する面順次方式に適用してもよい。   In the above-described embodiment, an example of a simultaneous method in which white light is color-separated by a micro color filter and a plurality of color images are simultaneously acquired using a color image sensor provided with B, G, and R micro color filters is described. However, the present invention may be applied to a frame sequential method in which images of respective colors are sequentially acquired using a monochrome imaging element not provided with a color filter.

上記実施形態では、光源装置とプロセッサ装置が別体で構成される例で説明したが、2つの装置を一体で構成してもよい。また、本発明は、撮像素子と超音波トランスデューサが先端部に内蔵された超音波内視鏡と画像処理を行うプロセッサ装置からなるシステム等、他の形態の内視鏡システムにも適用することができる。   In the above embodiment, the example in which the light source device and the processor device are configured separately is described, but the two devices may be configured integrally. In addition, the present invention can be applied to other types of endoscope systems such as a system including an ultrasonic endoscope in which an imaging element and an ultrasonic transducer are built in a distal end portion and a processor device that performs image processing. it can.

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
28 コネクタ
31、81 第1光源モジュール
83、84、89、97、99、100 光源モジュール
32 第2光源モジュール
33 第3光源モジュール
36 蛍光体
41、86、96 分岐型ライトガイド
41a〜41d 分岐部
41e 出射端
42 レセプタクルコネクタ
43 内視鏡のライトガイド
50 ホモジナイザ
61 レーザモジュール
62 蛍光部
64、72、82、98、101、106 発散角補正部
66、71、76 発光素子
103 ロッド型ライトガイド
LD1〜LD3 レーザダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Endoscope system 11 Endoscope 12 Processor apparatus 13 Light source apparatus 28 Connector 31, 81 1st light source module 83, 84, 89, 97, 99, 100 Light source module 32 2nd light source module 33 3rd light source module 36 Phosphor 41, 86, 96 Branching type light guides 41a to 41d Branching part 41e Outlet end 42 Receptacle connector 43 Endoscope light guide 50 Homogenizer 61 Laser module 62 Fluorescent part 64, 72, 82, 98, 101, 106 Divergence angle correction part 66, 71, 76 Light emitting element 103 Rod type light guide LD1 to LD3 Laser diode

Claims (19)

内視鏡に対して光を供給するための複数の光源であり、発光点から略円錐状に広がる光を発する複数の半導体光源と、
前記複数の半導体光源の光を前記内視鏡に供給する前段において、各半導体光源の光の光路を統合する光路統合部と、
前記光路統合部に入射する前段において、前記複数の半導体光源が発する光のそれぞれの発散角の差が解消されるように、前記複数の半導体光源のうちの少なくとも1つの前記発散角を補正する発散角補正部とを有することを特徴とする光源装置。
A plurality of light sources for supplying light to the endoscope, a plurality of semiconductor light sources that emit light extending in a substantially conical shape from a light emitting point;
In the previous stage of supplying light from the plurality of semiconductor light sources to the endoscope, an optical path integrating unit that integrates the optical paths of the light from each semiconductor light source,
A divergence for correcting the divergence angle of at least one of the plurality of semiconductor light sources so that a difference in divergence angles of the light emitted by the plurality of semiconductor light sources is eliminated before the incident on the optical path integration unit. A light source device comprising an angle correction unit.
前記発散角補正部の補正量は、前記各半導体光源の光の発散角がほぼ一致するように設定されていることを特徴とする請求項1記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein a correction amount of the divergence angle correction unit is set so that light divergence angles of the respective semiconductor light sources substantially coincide with each other. 前記複数の半導体光源は、発光素子と発光素子の光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有し、前記発光素子の光と前記蛍光が混合された混合光を発する第1光源と、前記蛍光体を使用せずに前記発光素子の光のみからなる単色光を発する第2光源とを含むことを特徴とする請求項1又は2記載の光源装置。   The plurality of semiconductor light sources includes a light emitting element and a phosphor that emits fluorescence when excited by light of the light emitting element, and a first light source that emits mixed light in which the light of the light emitting element and the fluorescence are mixed; The light source device according to claim 1, further comprising a second light source that emits monochromatic light including only light from the light emitting element without using a phosphor. 前記半導体光源は、発光素子としてレーザダイオードを使用していることを特徴とする請求項3記載の光源装置。   4. The light source device according to claim 3, wherein the semiconductor light source uses a laser diode as a light emitting element. 前記発散角に差がある前記複数の半導体光源は、発光波長が異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光源装置。   5. The light source device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor light sources having different divergence angles have different emission wavelengths. 前記発散角補正部は、複数の半導体光源のそれぞれに対して設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the divergence angle correction unit is provided for each of a plurality of semiconductor light sources. 前記発散角補正部は、光を内部で反射させながら光軸方向に伝搬することで前記発散角を補正する反射型補正部を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光源装置。   The said divergence angle correction | amendment part contains the reflection type correction | amendment part which correct | amends the said divergence angle by propagating to an optical axis direction, reflecting light inside, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. The light source device described. 前記反射型補正部は、透明材料で形成された柱状体からなり、光の入射端と出射端の太さが変化するように光軸方向に対して傾斜した側面を有し、入射光を前記側面で全反射させることにより光軸方向に伝搬する全反射型を含むことを特徴とする請求項7記載の光源装置。   The reflection type correction unit is formed of a columnar body made of a transparent material, and has a side surface inclined with respect to the optical axis direction so that the thicknesses of the light incident end and the light emitting end are changed, 8. The light source device according to claim 7, further comprising a total reflection type that propagates in the optical axis direction by being totally reflected from the side surface. 前記反射型補正部は、内壁面が鏡面で形成された筒状体からなり、入射光を鏡面反射により光軸方向に伝搬する鏡面反射型を含むことを特徴とする請求項7記載の光源装置。   The light source device according to claim 7, wherein the reflection type correction unit includes a mirror reflection type that includes a cylindrical body having an inner wall surface formed of a mirror surface and propagates incident light in the optical axis direction by mirror reflection. . 前記内壁面は、光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項9記載の光源装置。   The light source device according to claim 9, wherein the inner wall surface is inclined with respect to an optical axis. 前記発散角補正部は、光拡散材により入射光を内部で拡散させて発散角を補正する拡散型を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the divergence angle correction unit includes a diffusion type that corrects a divergence angle by diffusing incident light inside with a light diffusing material. 前記発散角補正部は、レンズを含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the divergence angle correction unit includes a lens. 前記発散角補正部は、発散角の補正量が固定である補正量固定型を含むことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the divergence angle correction unit includes a correction amount fixed type in which a correction amount of the divergence angle is fixed. 前記発散角補正部は、発散角の補正量の調節が可能な補正量可変型を含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the divergence angle correction unit includes a variable correction amount type capable of adjusting a correction amount of the divergence angle. 前記光路統合部は、複数本の光ファイバをバンドル化したファイババンドルであり、入射端が複数に分岐した分岐部を持ち、各分岐部からの入射光を1つの出射端に導光する分岐型ファイババンドルであることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の光源装置。   The optical path integrating part is a fiber bundle in which a plurality of optical fibers are bundled, and has a branching part whose incident end branches into a plurality of branches, and guides incident light from each branching part to one outgoing end. It is a fiber bundle, The light source device of any one of Claims 1-14 characterized by the above-mentioned. 前記分岐型ファイババンドルの出射端の後段に配置され、前記出射端から出射する各半導体光源の光の光量分布を均一にするホモジナイザを有していることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の光源装置。   16. A homogenizer disposed at a stage subsequent to the exit end of the branching fiber bundle and having a uniform light quantity distribution of light from each semiconductor light source exiting from the exit end. The light source device according to claim 1. 前記発散角補正部の補正量は、前記発散角が、前記内視鏡に内蔵されるライトガイドの最大受光角とほぼ一致する角度になるように設定されていることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の光源装置。   2. The correction amount of the divergence angle correction unit is set such that the divergence angle is an angle that substantially coincides with a maximum light receiving angle of a light guide built in the endoscope. The light source device according to any one of -16. 前記発散角補正部の補正量は、前記発散角が、前記内視鏡に内蔵されるライトガイドの最大受光角を超える角度になるように設定されていることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の光源装置。   17. The correction amount of the divergence angle correction unit is set so that the divergence angle exceeds the maximum light receiving angle of a light guide built in the endoscope. The light source device according to any one of the above. 内視鏡と内視鏡に光を供給する光源装置とを有する内視鏡システムにおいて、
前記光源装置は、
前記内視鏡に対して光を供給するための複数の光源であり、発光点から略円錐状に広がる光を発する複数の半導体光源と、
前記複数の半導体光源の光を前記内視鏡に供給する前段において、各半導体光源の光の光路を統合する光路統合部と、
前記光路統合部に入射する前段において、前記複数の半導体光源が発する光のそれぞれの発散角の差が解消されるように、前記複数の半導体光源のうちの少なくとも1つの前記発散角を補正する発散角補正部とを有することを特徴とする内視鏡システム。
In an endoscope system having an endoscope and a light source device that supplies light to the endoscope,
The light source device is
A plurality of light sources for supplying light to the endoscope, a plurality of semiconductor light sources that emit light extending in a substantially conical shape from a light emitting point;
In the previous stage of supplying light from the plurality of semiconductor light sources to the endoscope, an optical path integrating unit that integrates the optical paths of the light from each semiconductor light source,
A divergence for correcting the divergence angle of at least one of the plurality of semiconductor light sources so that a difference in divergence angles of the light emitted by the plurality of semiconductor light sources is eliminated before the incident on the optical path integration unit. An endoscope system comprising an angle correction unit.
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