(57)【要約】      （修正有）【課題】安価な構成で蛍光体の励起光以外の光の光損失を軽減することができる光源装置を提供する。【解決手段】内視鏡のライトガイドに照明光を供給する光源装置は、半導体光源３１〜３３と、導光ロッド４０と、縮小光学系とを備える。半導体光源３１は、蛍光体３６と、蛍光体３６の励起光を発するレーザダイオードＬＤ１を有する発光素子６６とを備え、通常光観察用の白色光を発する。半導体光源３１、蛍光体３６、導光ロッド４０、および縮小光学系は、その光軸がライトガイドの光軸Ｌと一致するよう配置されている。半導体光源３２、３３はそれぞれ発光素子７６、７８を有し、導光ロッド４０の入射端面７０の余白７３に発光素子７６、７８の光を入射させる位置に配置されている。【選択図】図１２
2014121363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡のライトガイドに照明光を供給する光源装置において、
第１発光素子、および前記第１発光素子の光によって励起されて蛍光を発する蛍光体を有し、前記蛍光体の発光面から前記第１発光素子の光および蛍光との混合光を発する第１半導体光源と、
第２発光素子を有し、前記蛍光体を介さずに前記第２発光素子の光のみからなる単色光を発する第２半導体光源と、
前記蛍光体の発光面よりも面積が大きい入射端面と、前記入射端面において、前記蛍光体の発光面よりも面積が大きいことにより、前記蛍光体の周辺に形成される余白と、前記入射端面に入射した光を出射する出射端面とを有し、第１および第２半導体光源から発せられた光を前記ライトガイドに向けて導光する導光ロッドとを備え、
前記第１半導体光源は、その光軸を前記導光ロッドの光軸と平行にした姿勢で、前記蛍光体の発光面を前記導光ロッドの入射端面と接合させた状態で配置され、
前記第２半導体光源は、前記余白に前記第２発光素子の光を入射させる位置に配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第２半導体光源は、その光軸が前記導光ロッドの光軸に向かう姿勢で配置されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第２半導体光源は複数個設けられていることを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記導光ロッドは光軸と直交する断面が正方形であり、前記蛍光体は光軸と直交する断面が円形であり、
前記余白は前記導光ロッドの入射端面の四隅に形成されていることを特徴とする請求項３記載の光源装置。
【請求項５】
１つの前記余白には、前記余白に対する光の入射角度が異なる複数個の前記第２半導体光源が割り当てられていることを特徴とする請求項４記載の光源装置。
【請求項６】
前記第２半導体光源は、前記四隅に形成される各々の前記余白に対して同数割り当てられていることを特徴とする請求項５記載の光源装置。
【請求項７】
前記余白には光拡散面が形成されている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。
【請求項８】
前記余白にガラスビーズの層を設ける、前記余白を粗面化する、前記余白にシート状ＬＳＤを貼り付ける、あるいはこれらを複合して行うことで、前記余白に光拡散面が形成されることを特徴とする請求項７記載の光源装置。
【請求項９】
前記導光ロッドは、前記入射端面と前記出射端面を結ぶ側面が、前記入射端面よりも前記出射端面の面積が大きくなるように光軸に対して傾斜したテーパ形状であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記蛍光体の発光面と前記導光ロッドの入射端面は、各々の中心が一致するように接合されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第２発光素子の光を反射させて前記余白に入射させるためのリフレクタが設けられている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。
【請求項１２】
前記第１発光素子は、中心波長４４５ｎｍの励起光を発し、
前記蛍光体は、該励起光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を発し、励起光と蛍光によって混合光として白色光が生成される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。
【請求項１３】
前記第２発光素子は、血管強調観察用の中心波長４０５ｎｍの狭帯域光、または血中ヘモグロビンの酸素飽和度観察用の中心波長４７３ｎｍの狭帯域光の少なくともいずれかを発する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。
【請求項１４】
前記第１および第２発光素子は、レーザダイオード、またはＬＥＤのいずれかを有する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。
【請求項１５】
照明光を導光するライトガイドが内蔵された内視鏡と、
前記ライトガイドに照明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、第１発光素子、および前記第１発光素子の光によって励起されて蛍光を発する蛍光体を有し、前記蛍光体の発光面から前記第１発光素子の光および蛍光との混合光を発する第１半導体光源と、
第２発光素子を有し、前記蛍光体を介さずに前記第２発光素子の光のみからなる単色光を発する第２半導体光源と、
前記蛍光体の発光面よりも面積が大きい入射端面と、前記入射端面において、前記蛍光体の発光面よりも面積が大きいことにより、前記蛍光体の周辺に形成される余白と、前記入射端面に入射した光を出射する出射端面とを有し、第１および第２半導体光源から発せられた光を前記ライトガイドに向けて導光する導光ロッドとを備え、
前記第１半導体光源は、その光軸を前記導光ロッドの光軸と平行にした姿勢で、前記蛍光体の発光面を前記導光ロッドの入射端面と接合させた状態で配置され、
前記第２半導体光源は、前記余白に前記第２発光素子の光を入射させる位置に配置されていることを特徴とする内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡に照明光を供給するための光源装置、およびこれを用いた内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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。内視鏡は生体内に挿入される挿入部を有し、挿入部の先端には、観察部位に照明光を照射する照明窓と、観察部位を撮影するための観察窓が配されている。内視鏡には、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いる。ライトガイドは、光源装置から供給された照明光を照明窓に導光する。観察窓の奥にはＣＣＤ等の撮像素子が配されている。照明光が照射された観察部位を撮像素子で撮像し、これにより得られた画像信号に基づきプロセッサ装置で観察画像を生成してモニタに表示することで、生体内を観察することができる。
【０００３】
近年の内視鏡診断においては、白色光のもとで生体内組織の表面の全体的な性状を観察する通常光観察に加えて、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照明光として利用して撮影を行い、血管が強調された観察画像を生成してこれを観察したり、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これを観察したりするものがある。
【０００４】
従来、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が光源として使用されてきたが、最近では、これらに代えて、レーザダイオード（ＬＤ）やＬＥＤ等の発光素子を有する半導体光源を用いるものも提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００５】
特許文献１に記載の光源装置では、通常光観察用の白色光を生成する白色光源として、中心波長４４５ｎｍの狭帯域光（青色光）を発する半導体レーザと、中心波長４４５ｎｍの狭帯域光によって励起されて緑色から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。蛍光体は、粉末状の蛍光材料をバインダで固めたものであり、入射した光が蛍光材料やバインダにより拡散して出射光の光量分布が均一化される拡散作用を有している。特許文献１には、上記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中心波長４０５ｎｍの狭帯域光を発する特殊光観察用の半導体レーザや、腫瘍を死滅させるための中心波長６３５ｎｍの治療光を発する半導体レーザ、白色光の青色成分を補うための中心波長４７３ｎｍの狭帯域光を発する半導体レーザ等を発光素子として用いた半導体光源が設けられている。
【０００６】
特許文献１では、複数の半導体光源の光を内視鏡のライトガイドに集光する集光光学系として、第１および第２集光レンズが設けられている。白色光源用の蛍光体は各集光レンズの間に配置されている。複数の半導体光源の光は第１集光レンズに入射し、第１集光レンズから出射された光は蛍光体に入射する。蛍光体に入射した光は内部で拡散されて、出射面（発光面）から広がり角を持つ発散光として出射される。第２集光レンズは、蛍光体から入射した発散光をライトガイドの入射端に集光する。このように、特許文献１に記載の光源装置は、白色光を生成するために蛍光体を通す必要がある励起光に加えて、それ以外の特殊光も全て蛍光体を通してライトガイドに入射する構成である。
【０００７】
特許文献２に記載の光源装置は、特許文献１の白色光源と同様に、蛍光体を使用する白色光源である蛍光体型白色ＬＥＤと、特殊光観察用の青色ＬＥＤや緑色ＬＥＤと、各ＬＥＤの光を内視鏡のライトガイドに集光するための分岐型ファイババンドルとを備えている。
【０００８】
分岐型ファイババンドルは、複数本の光ファイバをバンドル化した点は通常のライトガイドと同様であるが、通常のライトガイドが入射端と出射端がそれぞれ１つであるのに対して、分岐型ファイババンドルは入射端が複数に分岐しており、入射端が形成される各分岐部が途中で１つにまとめられて１つの出射端に統合されている。
【０００９】
分岐型ファイババンドルの各分岐部の入射端には、各ＬＥＤがそれぞれ対向配置されている。一方で分岐型ファイババンドルの出射端には、内視鏡のライトガイドの入射端が対向配置されている。各分岐部に入射した各色のＬＥＤの光は、１つの出射端に導光されて内視鏡のライトガイドに入射する。分岐型ファイババンドルは、各分岐部の入射端から入射した各色のＬＥＤの光の出射端面における光量分布を均一化するため、各分岐部に対応する光ファイバが、出射端面においてランダムに分散して配置されている。
【００１０】
特許文献２に記載の光源装置は、白色光源用のＬＥＤの光と、それ以外の特殊光観察用のＬＥＤの光は、それぞれ別の分岐部から入射する。このため、特許文献１に記載の光源装置と異なり、特殊光は蛍光体を通過することなく内視鏡のライトガイドに入射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１２−１０５７１５号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４１７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１では、白色光源用の蛍光体の励起光ばかりでなく、それ以外の特殊光も蛍光体を通して内視鏡のライトガイドに入射する構成であるため、特殊光は蛍光体通過による光損失が大きいという問題がある。また、特殊光の波長によっては蛍光体を励起してしまう場合があり、そうすると、特殊光観察時には不用な蛍光が特殊光に混入してしまうという問題もある。
【００１３】
一方、特許文献２に記載の光源装置では、白色光源用の光の入射端と特殊光の入射端が分岐型ファイババンドルによって分かれているため、特殊光の蛍光体通過による光損失や特殊光観察時に不用な蛍光が混入するといった問題は生じない。しかしながら、分岐型ファイババンドルは、複数の分岐部を形成したり、各分岐部の光ファイバを出射端においてランダムに配置する等、製造に手間が掛かるため、部品コストが高いという問題がある。また、ファイババンドルの構造上、バンドルの断面における光ファイバ間の隙間を完全になくすことはできないため、隙間による光損失がどうしても生じてしまう。
【００１４】
このため、通常光観察用の白色光源のように蛍光体を利用する光源と、特殊光観察用の光源のように蛍光体を利用しない光源とをもつ光源装置において、蛍光体を利用しない光源の光の光損失が少ない安価な構成の開発が期待されていた。
【００１５】
ただし、蛍光体の励起光以外の光の光損失を軽減する安価な光源装置を考える際に注意すべきは、白色光は内視鏡診断でメインともいえる通常光観察で用いるので、照明窓から発せられる白色光のスポットの中心部分の光量を欠落させないために、白色光の生成に関わる半導体光源、蛍光体、およびその他の光学部材の光軸を内視鏡のライトガイドの光軸と一致させる必要があるという点である。こうした制約を踏まえたうえで、さらに蛍光体の励起光以外の光を少ない損失で内視鏡のライトガイドに導光する手立てを考える必要がある。
【００１６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、安価な構成で蛍光体の励起光以外の光の光損失を軽減することができる光源装置、およびこれを用いた内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡のライトガイドに照明光を供給する光源装置は、第１および第２半導体光源と、導光ロッドとを備える。第１半導体光源は、第１発光素子、および第１発光素子の光によって励起されて蛍光を発する蛍光体を有し、蛍光体の発光面から第１発光素子の光および蛍光との混合光を発する。第２半導体光源は第２発光素子を有し、蛍光体を介さずに第２発光素子の光のみからなる単色光を発する。導光ロッドは、蛍光体の発光面よりも面積が大きい入射端面と、入射端面において、蛍光体の発光面よりも面積が大きいことにより、蛍光体の周辺に形成される余白と、入射端面に入射した光を出射する出射端面とを有し、第１および第２半導体光源から発せられた光をライトガイドに向けて導光する。第１半導体光源は、その光軸を導光ロッドの光軸と平行にした姿勢で、蛍光体の発光面を導光ロッドの入射端面と接合させた状態で配置される。第２半導体光源は、余白に第２発光素子の光を入射させる位置に配置されている。
【００１８】
第２半導体光源は、その光軸が導光ロッドの光軸に向かう姿勢で配置されている。また、第２半導体光源は複数個設けられている。
【００１９】
導光ロッドは光軸と直交する断面が正方形であり、蛍光体は光軸と直交する断面が円形である。余白は導光ロッドの入射端面の四隅に形成される。１つの余白には、余白に対する光の入射角度が異なる複数個の第２半導体光源が割り当てられている。第２半導体光源は、四隅に形成される各々の余白に対して同数割り当てられている。
【００２０】
余白には光拡散面が形成されている。余白を光拡散面とする方法としては、例えば、余白にガラスビーズの層を設けたり、余白を粗面化したり、余白にシート状ＬＳＤを貼り付けたりする。これらを複合して行ってもよい。
【００２１】
導光ロッドは、入射端面と出射端面を結ぶ側面が、入射端面よりも出射端面の面積が大きくなるように光軸に対して傾斜したテーパ形状である。
【００２２】
蛍光体の発光面と導光ロッドの入射端面は、各々の中心が一致するように接合されている。
【００２３】
第２発光素子の光を反射させて余白に入射させるためのリフレクタが設けられていてもよい。
【００２４】
第１発光素子は、中心波長４４５ｎｍの励起光を発し、蛍光体は、該励起光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を発する。励起光と蛍光によって混合光として白色光が生成される。
【００２５】
第２発光素子は、血管強調観察用の中心波長４０５ｎｍの狭帯域光、または血中ヘモグロビンの酸素飽和度観察用の中心波長４７３ｎｍの狭帯域光の少なくともいずれかを発する。
【００２６】
第１および第２発光素子は、レーザダイオード、またはＬＥＤのいずれかを有する。
【００２７】
また、本発明は、照明光を導光するライトガイドが内蔵された内視鏡と、ライトガイドに照明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、第１および第２半導体光源と、導光ロッドとを備える。第１半導体光源は、第１発光素子、および第１発光素子の光によって励起されて蛍光を発する蛍光体を有し、蛍光体の発光面から第１発光素子の光および蛍光との混合光を発する。第２半導体光源は第２発光素子を有し、蛍光体を介さずに第２発光素子の光のみからなる単色光を発する。導光ロッドは、蛍光体の発光面よりも面積が大きい入射端面と、入射端面において、蛍光体の発光面よりも面積が大きいことにより、蛍光体の周辺に形成される余白と、入射端面に入射した光を出射する出射端面とを有し、第１および第２半導体光源から発せられた光をライトガイドに向けて導光する。第１半導体光源は、その光軸を導光ロッドの光軸と平行にした姿勢で、蛍光体の発光面を導光ロッドの入射端面と接合させた状態で配置される。第２半導体光源は、余白に第２発光素子の光を入射させる位置に配置されている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ファイババンドルではなく導光ロッドを用い、第２発光素子の光は蛍光体を通すことなく導光ロッドの入射端面の余白から入射させるので、安価な構成で蛍光体の励起光以外の光の光損失を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の内視鏡システムの外観図である。
【図２】内視鏡の先端部の正面図である。
【図３】内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】照明光の分光スペクトルを示すグラフである。
【図５】ヘモグロビンの吸収スペクトルを示すグラフである。
【図６】生体組織の散乱係数を示すグラフである。
【図７】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。
【図８】（Ａ）通常光観察モード、（Ｂ）血管強調観察モード、（Ｃ）酸素飽和度観察モードのそれぞれにおける照明光の照射タイミングおよび撮像タイミングを示す説明図である。
【図９】（Ａ）通常光観察モード、（Ｂ）血管強調観察モード、（Ｃ）酸素飽和度観察モードのそれぞれにおける画像処理手順を示す説明図である。
【図１０】光源装置の要部斜視図である。
【図１１】白色光を発する半導体光源の斜視図である。
【図１２】光源装置の要部断面図である。
【図１３】導光ロッドの入射端面を示す平面図である。
【図１４】中心波長４０５ｎｍ、４７３ｎｍの狭帯域光を発する半導体光源の配置を示す説明図である。
【図１５】ライトガイドに入射する白色光の放射強度分布を示すグラフである。
【図１６】導光ロッドの余白に入射する中心波長４０５ｎｍ、４７３ｎｍの狭帯域光の放射強度分布を示すグラフである。
【図１７】ライトガイドに入射する中心波長４０５ｎｍ、４７３ｎｍの狭帯域光の放射強度分布を示すグラフである。
【図１８】中心波長４０５ｎｍ、４７３ｎｍの狭帯域光を発する半導体光源の配置の別の例を示す説明図である。
【図１９】リフレクタを設けた光源装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１において、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画像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照明光を内視鏡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等の操作入力部１５が接続されている。
【００３１】
内視鏡システム１０は、照明光として白色光を使用し、白色光のもとで観察部位を観察するための通常光観察モードと、照明光として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強調観察モードおよび酸素飽和度観察モードとを備えている。血管強調観察モードおよび酸素飽和度観察モードは、血管のパターンや酸素飽和度等の性状を把握して、腫瘍の良悪鑑別等の診断を行うための特殊光観察モードである。血管強調観察モードおよび酸素飽和度観察モードでは、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。血管強調観察モードは、血管が強調された血管強調画像を表示する。酸素飽和度観察モードは、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を示す酸素飽和度画像を表示する。
【００３２】
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および光源装置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。
【００３３】
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、観察部位の像を取り込むための観察窓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て各種処置を行うための鉗子出口２５が設けられている。観察窓２３の奥には、撮像素子４４や結像用の対物光学系５１（ともに図３参照）が内蔵されている。
【００３４】
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、食道や腸等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。
【００３５】
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・送水ノズル２４から送気・送水を行う際に操作される送気・送水ボタン２８、静止画像を撮影するためのレリーズボタン（図示せず）等が設けられている。
【００３６】
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、プロセッサ装置１２および光源装置１３側の一端には、コネクタ２９が取り付けられている。コネクタ２９は、通信用コネクタ２９ａと光源用コネクタ２９ｂからなる複合タイプのコネクタである。通信用コネクタ２９ａと光源用コネクタ２９ｂはそれぞれ、プロセッサ装置１２と光源装置１３に着脱自在に接続される。通信用コネクタ２９ａには通信ケーブルの一端が配設されており、光源用コネクタ２９ｂにはライトガイド４３の入射端が配設されている。
【００３７】
図３において、光源装置１３は、それぞれ発光波長が異なる３種類の半導体光源３１、３２、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。半導体光源３１は第１半導体光源に相当し、半導体光源３２、３３は第２半導体光源に相当する。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等の制御を行う。
【００３８】
半導体光源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、ＬＤ２、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）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Ｎ２を発光する。レーザダイオードＬＤ３は、青色領域において、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Ｎ３を発光する。レーザダイオードＬＤ１〜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。
【００３９】
半導体光源３１は、通常光観察用の白色光を発する光源である。半導体光源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（Ｇ）領域から赤色（Ｒ）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、吸収しなかった残りの狭帯域光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の混合光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（ＢｇＭｇＡｌ１０Ｏ１７）系等の蛍光体が使用される。
【００４０】
半導体光源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。
【００４１】
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。
【００４２】
半導体光源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。このため狭帯域光Ｎ２は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、半導体光源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、中深層血管強調用には、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。
【００４３】
半導体光源３３は、酸素飽和度観察用の光源である。図５において、実線の吸光スペクトル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、一点鎖線の吸光スペクトル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、半導体光源３３が発する波長４７３ｎｍの狭帯域光Ｎ３が用いられ、酸素飽和度が測定される。
【００４４】
図３において、光源制御部３４は、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３に接続されたドライバ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、ドライバ３７から電流の駆動パルスを与えることによりレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３を点灯させる。そして、駆動パルスのデューティ比を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うことにより、駆動電流値を変化させて各狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３の発光量を制御する。駆動電流値の制御は、駆動パルスの振幅を変えるＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御等でもよい。
【００４５】
半導体光源３１〜３３の光路の下流側には、導光ロッド４０および縮小光学系４１が設けられている。導光ロッド４０は、後で詳述するように、半導体光源３１〜３３の光路を１つの光路に統合する。内視鏡１１のライトガイド４３の入射端は１つであるため、半導体光源３１〜３３の光を内視鏡１１に供給する前段において、導光ロッド４０によって半導体光源３１〜３３の光の光路が統合される。縮小光学系４１は、光源用コネクタ２９ｂが接続されるレセプタクルコネクタ４２の近傍に配置されている。導光ロッド４０から出射された光は、縮小光学系４１を経由して、光源用コネクタ２９ｂに配されたライトガイド４３の入射端に供給される。なお、図示は省略するが、光源用コネクタ２９ｂとレセプタクルコネクタ４２にはそれぞれ保護ガラスが設けられている。
【００４６】
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をバンドル化したファイババンドルである。光源用コネクタ２９ｂが光源装置１３に接続されたときに、光源用コネクタ２９ｂに配置されたライトガイド４３の入射端が光源装置１３の縮小光学系４１と対向する。先端部１９に位置するライトガイド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。
【００４７】
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。これにより、観察部位の広い範囲に照明光を照射することができる。
【００４８】
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。観察部位の像は、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。
【００４９】
撮像素子４４は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等からなり、フォトダイオード等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ＡＦＥ４５に出力される。
【００５０】
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、半導体光源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。
【００５１】
図８に示すように、撮像素子４４は、１フレームの取得期間内で、画素に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を行う。図８（Ａ）に示すように、通常光観察モードにおいては、撮像素子４４の蓄積動作の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の混合光からなる白色光（Ｎ１＋ＦＬ）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は、白色光をマイクロカラーフイルタで色分離する。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成分に対応する反射光をＧ画素が、蛍光ＦＬの中のＲ成分に対応する反射光をＲ画素がそれぞれ受光する。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、通常光観察モードが設定されている間、繰り返される。
【００５２】
血管強調観察モードにおいては、図８（Ｂ）に示すように、半導体光源３１に加えて、撮像素子４４の蓄積動作のタイミングに合わせて半導体光源３２が点灯する。半導体光源３１、３２が点灯すると、通常光観察モードと同様の白色光とともに、狭帯域光Ｎ２が追加されて、これらの混合光（Ｎ１＋ＦＬ＋Ｎ２）が照明光として観察部位に照射される。
【００５３】
通常光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の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が設定されている間、繰り返される。
【００５４】
酸素飽和度観察モードにおいては、図８（Ｃ）に示すように、まず、撮像素子４４の蓄積動作のタイミングに合わせて半導体光源３１が点灯する。半導体光源３１が点灯すると、通常光観察モードと同様に白色光が観察部位に照射される。次のフレームにおいては、半導体光源３１が消灯したうえで半導体光源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。
【００５５】
ただし、酸素飽和度観察モードでは、通常光観察モードや血管強調観察モードと異なり、白色光と狭帯域光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、酸素飽和度観察モードが設定されている間、繰り返される。
【００５６】
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）、およびアナログ／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。
【００５７】
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から入力される基準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。
【００５８】
プロセッサ装置１２は、コントローラ５６の他、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５７と、画像処理部５８と、フレームメモリ５９と、表示制御回路６０とを備えている。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等からなり、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。
【００５９】
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等の信号処理を施す。
【００６０】
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等のビデオ信号に変換してモニタ１４に出力する。
【００６１】
図９（Ａ）に示すように、通常光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、通常光観察用の表示画像を生成する。この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。
【００６２】
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。癌等の病変においては、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等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。
【００６３】
また、より表層血管を強調する場合には、例えば、画像信号Ｂに基づいて表層血管の領域を抽出して、抽出した領域に対して輪郭強調処理等を施す。そして、輪郭強調処理が施された画像信号Ｂを、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒから生成したフルカラー画像に合成する。こうすることで、より表層血管が強調される。表層血管に加えて中深層血管に対しても同様の処理を行ってもよい。中深層血管を強調する場合には、中深層血管の情報が多く含まれている画像信号Ｇから中深層血管の領域を抽出して、抽出した領域に対して輪郭強調処理を施して、強調処理済みの画像信号Ｇを、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒから生成したフルカラー画像に合成する。
【００６４】
血管強調観察用の表示画像は、通常光観察用と同様に、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、通常光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、通常光観察用の表示画像と同様の色味になるように色補正を行ってもよい。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。
【００６５】
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チャンネルおよび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等、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。
【００６６】
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。
【００６７】
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Ｂ２／Ｇ１と、画像信号Ｒ１の画素値と画像信号Ｇ１の画素値の信号比Ｒ１／Ｇ１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Ｂ２／Ｇ１およびＲ１／Ｇ１と酸素飽和度およ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。
【００６８】
図１０ないし図１２において、半導体光源３１は、光源部６１と、遮光性を有する円筒状の保護ケース６２ａ内に蛍光体３６が充填された蛍光部６２と、光源部６１の光を蛍光部６２内に導光する単線の光ファイバ６３とを備えている。図１１、図１２において、光源部６１は、レーザダイオードＬＤ１を有する発光素子６６（第１発光素子）と、発光素子６６を収容するケース６７とを備えている。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が内蔵されている。すなわち半導体光源３１は、いわゆるレセプタクル型の半導体光源である。
【００６９】
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。
【００７０】
レーザダイオードＬＤ１は、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半導体チップであり、レーザ発振により活性層からレーザ光を発する。レーザ光は直進性が高いが、ビーム形状が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。
【００７１】
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に充填された蛍光体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。
【００７２】
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、保護ケース６２ａに倣う円筒状の形状を有する。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の発光面６９の全域となる。また、蛍光体３６を透過する狭帯域光Ｎ１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、発光面６９の全域が発光点となる。
【００７３】
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、発光点の面積および発散角が大きい。
【００７４】
蛍光体３６の発光面６９には、入射光の発散角を変更するための導光ロッド４０の入射端面７０が接着剤等で接合されている。発光面６９と入射端面７０は、各々の中心が一致するように接合されている。図１０において、導光ロッド４０は、前記入射端面７０と、入射端面７０に入射した光を出射する出射端面７１と、入射端面７０と出射端面７１を結ぶ４つの側面７２とを有する。導光ロッド４０は、中実な透明ガラス等で形成され、ライトガイド４３の光軸Ｌと直交する断面形状が正方形で、側面７２が、入射端面７０よりも出射端面７１の面積が大きくなるように光軸Ｌに対して傾斜したテーパ形状を有している。導光ロッド４０は、入射端面７０から入射した光を、空気との界面となる４つの側面７２で全反射させながら、発散角を小さくしつつライトガイド４３の方向に伝播して出射端面７１から出射する。
【００７５】
図１３に示すように、導光ロッド４０の入射端面７０の一辺の長さＤ１は、蛍光部６２の直径Ｄ２とほぼ同じである。そして、入射端面７０が正方形状で、蛍光部６２が円筒形状であるため、蛍光部６２側から見たとき、入射端面７０の四隅が発光面６９よりはみ出す。この入射端面７０の面積が発光面６９よりも大きいことにより蛍光部６２の周辺からはみ出した入射端面７０の四隅を、以下余白７３という。
【００７６】
ハッチングで示すように、余白７３にはガラスビーズの層７４が形成されている。ガラスビーズの層７４は、ガラスビーズを混入した紫外線硬化樹脂を余白７３に塗布した後、紫外線を当てて紫外線硬化樹脂を硬化させることで形成される。なお、ガラスビーズの層７４に代えて、サンドブラスト等で余白７３を粗面化したり、余白７３にポリカーボネート等からなるシート状ＬＳＤ（Light Shaping Diffuser）を貼り付けたり、あるいはこれらを複合して実施（粗面化＋ガラスビーズの層形成、粗面化＋ＬＳＤ貼り付け等）して、余白７３を光拡散面としてもよい。
【００７７】
導光ロッド４０は、ライトガイド４３の直径を考慮して、光軸Ｌ方向の長さや側面７２の光軸Ｌに対する傾斜角が設定されている。具体的には、縮小光学系４１を通してライトガイド４３に入射する光のスポット径がライトガイド４３の直径とほぼ一致するように設定される。
【００７８】
また、縮小光学系４１を通してライトガイド４３に入射する光の発散角は、ファイババンドルであるライトガイド４３の素線となる光ファイバのＮＡ（開口数：Numerical Aperture）に合わせて設定される。周知のように、光ファイバは、屈折率の高いコアと、コアの周囲に配された、屈折率が低いクラッドとからなり、光ファイバの入射端から入射した光は、コアとクラッドの境界において全反射しながら光軸Ｌ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。
【００７９】
ＮＡは、光ファイバ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、最大受光角θmaxの正弦で定義される（ＮＡ＝ｓｉｎθmax）。最大受光角θmaxが大きいほどＮＡの値は大きい。光ファイバに入射する光線の入射角が最大受光角θmax以下であれば、光ファイバ内においてコアとクラッドの境界で全反射が生じるため、入射光はライトガイド４３の光軸Ｌ方向に伝播して導光される。入射角が最大受光角θmaxを越えると、入射光は全反射せずに透過してしまうため、ライトガイド４３内を導光されない。導光されない入射光線は光伝達損失となる。この光伝達損失を低減するために、導光ロッド４０および縮小光学系４１は、半導体光源３１のビームの発散角を、最大受光角θmax以下に規制する。
【００８０】
半導体光源３１、蛍光部６２（蛍光体３６）、導光ロッド４０、および縮小光学系４１は、その光軸がライトガイド４３の光軸Ｌと一致するよう配置されている。一方、血管強調観察、酸素飽和度観察に用いる半導体光源３２、３３は、半導体光源３１の周りを取り囲むように、その光軸が導光ロッド４０の光軸に向かう姿勢で複数個配置されている。
【００８１】
図１０、図１２において、複数の半導体光源３２、３３は、ケース６７に取り付けられたお椀状の保持枠７５に固定保持されている。保持枠７５は、導光ロッド４０の入射端面７０に向けて凹状に湾曲している。半導体光源３２は発光素子７６と集光レンズ７７とを有する。同様に半導体光源３３は発光素子７８と集光レンズ７９とを有する。発光素子７６、７８はともに第２発光素子に相当する。保持枠７５はお椀の内側を形成する内枠７５ａと外側を形成する外枠７５ｂからなる中空構造となっており、内枠７５ａに集光レンズ７７、７９が、外枠７５ｂに発光素子７６、７８がそれぞれ取り付けられている。発光素子７６、７８はそれぞれ、レーザダイオードＬＤ２、ＬＤ３を有しており、ステム等のその他の構成は半導体光源３１の発光素子６６と同様である。レーザダイオードＬＤ２、ＬＤ３から発せられたレーザ光は、それぞれ集光レンズ７７、７９によって導光ロッド４０の入射端面７０の余白７３に向けて集光される。なお、集光レンズ７７、７９を発光素子７６、７８の透明キャップ内に収容し、保持枠７５を外枠７５ｂの一層としてもよい。
【００８２】
図１４は、保持枠７５の外枠７５ｂ側からみた半導体光源３２、３３の配置を模式的に示すものである。半導体光源３２、３３は、光軸Ｌを中心とし光軸Ｌに対して直交する正方形Ｓとそれよりも一回り大きい１２角形Ｄのそれぞれの頂点に交互に配置され、それぞれ８個ずつ、合わせて１６個設けられている。半導体光源３２、３３は、上下左右で４等分した４個が１組となっており、各組は半導体光源３２、３３を２個ずつ有する。正方形Ｓの頂点に半導体光源３２がある左上、右下の組は、１２角形Ｄの頂点に、１個の半導体光源３２とそれを挟むように２個の半導体光源３３が配置されている。一方、正方形Ｓの頂点に半導体光源３３がある右上、左下の組は、１２角形Ｄの頂点に、１個の半導体光源３３とそれを挟むように２個の半導体光源３２が配置されている。左上と右下、右上と左下の組がそれぞれ同じ配置である。左上、左下、右下、右上のそれぞれの組が、左上、左下、右下、右上のそれぞれの余白７３に光を入射させる。なお、各組の半導体光源３２、３３は、各余白７３のある一点に光を入射させてもよいし、各余白７３の位置をずらした複数の点に光を入射させてもよい。
【００８３】
狭帯域光Ｌ２の放射強度分布を白色光のそれに近づけるため、８個の半導体光源３２は、保持枠７５への取り付け位置や角度を微妙に変えることによって、光軸Ｌに対する角度が例えば１０°から４０°、−４０°から−１０°の間で１０°刻みで異なるように配置される。このため８個の半導体光源３２から発せられた光は、異なる入射角度（本例では±１０°、±２０°、±３０°、±４０°）で余白７３に入射する。半導体光源３３についても同様である。また、光源制御部３４は、余白７３に対する光の入射角度が０°に近いもの（本例では入射角度±１０°の半導体光源３２、３３）ほど発光量が多く、入射角度が大きくなるにつれ発光量が漸減するよう半導体光源３２、３３の駆動を制御する。なお、図１４では煩雑を避けるため半導体光源３２、３３の余白７３に対する位置や角度の微妙な違いは表現していない。
【００８４】
図１５において、導光ロッド４０および縮小光学系４１を通してライトガイド４３に入射する白色光は、蛍光体３６の光拡散作用によって、光軸Ｌの延長線上にある放射角度θｉが０°の基準位置の山型の頂点付近から放射強度Ｉがなだらかに落ち込み、放射角度θｉの比較的広い範囲にわたってある程度の放射強度Ｉを有し、放射角度θｉが大きな高角成分の落ち込みが緩やかなトップハット型の放射強度分布を示す。ライトガイド４３に入射する白色光の発散角は、半値半幅（half width at half maximum；HWHM）で約３０°（半値全幅で約６０°）である。なお、放射強度分布は、横軸に放射角度θｉ、縦軸に放射強度Ｉをとったグラフである。放射強度Ｉは、単位立体角（ステラジアン：ｓｒ）当たりの放射束（ｌｕｍｅｎ）であり、単位はｌｕｍｅｎ／ｓｒである。また半値半幅とは、放射強度Ｉがその最大値に対して半値を示すときの放射角度θｉの全幅の１／２である。
【００８５】
半導体光源３２、３３から発せられる狭帯域光Ｎ２、Ｎ３は直進性の高いレーザ光であるため、図１６に実線で示すように、山型の頂点付近から放射強度Ｉが急激に落ち込む急峻な傾斜をもつガウシアン分布となる。狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の発散角は、半値半幅で約１０°（半値全幅で約２０°）である。狭帯域光Ｎ２、Ｎ３は、余白７３に形成されたガラスビーズの層７４の光拡散作用により、破線で示すように強度Ｉの落ち込みが若干なだらかで裾野が広がった光（半値半幅約２０°）となって導光ロッド４０に入射する。なお、この場合の基準位置は半導体光源３２、３３の光軸の延長線上にある。
【００８６】
導光ロッド４０および縮小光学系４１を通してライトガイド４３に入射する狭帯域光Ｎ２、Ｎ３は、８個の半導体光源３２、３３から異なる角度で余白７３に入射した光、正確にはガラスビーズの層７４を通して発散角が広げられた光の混合光となる。具体的には図１７（Ａ）に示すように、８個の半導体光源３２、３３から発せられた狭帯域光Ｎ２、Ｎ３のライトガイド４３の入射端手前における放射強度分布は、放射角度θｉ±１０°、±２０°、±３０°、±４０°にそれぞれ頂点をもつ、図１６に破線で示す発散角が広げられた光の略相似形の分布が８個並んだ様相を呈する。８個の分布は、光軸Ｌの延長線上にある基準位置の放射角度θｉ０°に関して対称である。
【００８７】
入射角度±１０°の半導体光源３２、３３ほど発光量が多く、入射角度が大きくなるにつれ発光量が漸減するよう光源制御部３４で半導体光源３２、３３の駆動を制御しているので、例えば、実線で示す放射角度θｉ±１０°の分布の放射強度Ｉの最大値に対して、一点鎖線で示す放射角度θｉ±２０°の分布の放射強度Ｉの最大値は約０．９倍、二点鎖線で示す放射角度θｉ±３０°の分布の放射強度Ｉの最大値は約０．７５倍、破線で示す放射角度θｉ±４０°の分布の放射強度Ｉの最大値は約０．５倍というように、放射角度θｉが広がるに連れて８個の分布の放射強度Ｉの最大値が漸減する。
【００８８】
導光ロッド４０および縮小光学系４１を通してライトガイド４３に入射する狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の放射強度分布は、結局これら８個の分布を足し合わせた図１７（Ｂ）に示すものとなる。
【００８９】
ここで、ライトガイド４３の導光過程においてはビームの発散角が保存されるため、ライトガイド４３へ入射するビームの発散角が白色光と狭帯域光Ｎ２、Ｎ３とで異なると、ライトガイド４３から出射するビームの発散角も白色光と狭帯域光Ｎ２、Ｎ３とで異なり、観察部位においてビームが照射されるスポットも異なってしまうという問題が起こる。血管強調観察モードでは白色光と狭帯域光Ｎ２が同時に観察部位に照射されるが、これら白色光と狭帯域光Ｎ２のスポットが異なると、観察画像に色ムラが生じる。また、酸素飽和度観察モードにおいては、白色光と狭帯域光Ｎ３は交互に観察部位に照射されるが、これらのスポットが異なると、正確な酸素飽和度の算出ができなくなる。
【００９０】
対して本例では、図１７（Ｂ）に示すライトガイド４３に入射する狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の放射強度分布が、図１５に示すライトガイド４３に入射する白色光の放射強度分布と略同じとなるように半導体光源３２、３３の配置や発光量等を調整し、ライトガイド４３へ入射するビームの発散角を白色光と狭帯域光Ｎ２、Ｎ３とで略同じ（半値半幅で約３０°（半値全幅で約６０°））にしている。したがって、観察部位においてビームが照射されるスポットが白色光と狭帯域光Ｎ２、Ｎ３とで略同じとなり、血管強調観察モードにおいて観察画像に色ムラが生じず、酸素飽和度観察モードにおいて正確な酸素飽和度が算出される。
【００９１】
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、内視鏡システム１０を起動する。
【００９２】
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。通常光観察モードでは、半導体光源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。内視鏡診断でメインの通常光観察用の白色光を発する系である半導体光源３１、蛍光部６２（蛍光体３６）、導光ロッド４０、および縮小光学系４１の光軸がライトガイド４３の光軸Ｌと一致するよう配置されているので、照明窓２２から発せられる白色光は中心部分に欠落のない観察に十分な光量となる。また、蛍光体３６の発光面６９と導光ロッド４０の入射端面７０が接合されているので、発光面６９から発せられた白色光はほぼ損失なく入射端面７０に入射する。このため発光面と入射端面が離れていてこれらの面の間に空気が介在する構成よりも光利用効率がよい。
【００９３】
白色光の照射中に撮像素子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。画像処理部５８は、Ｂ、Ｇ、Ｒの画像信号に基づいて、通常光観察用の表示画像を生成する。表示制御回路６０は、通常光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。
【００９４】
血管強調観察を行う場合には、操作入力部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。
【００９５】
血管強調観察モードでは、半導体光源３１に加えて半導体光源３２が点灯して、白色光と狭帯域光Ｎ２が同時に観察部位に照射される。狭帯域光Ｎ２は、蛍光部６２（蛍光体３６）を通さず直接導光ロッド４０の入射端面７０の余白７３に入射する。このため狭帯域光Ｎ２は蛍光部６２（蛍光体３６）を通すことによる光損失はない。また、狭帯域光Ｎ２は、狭帯域光Ｎ１ほどではないが蛍光体３６を励起させるため、蛍光部６２（蛍光体３６）を通すと蛍光ＦＬが発生して白色光の色のバランスが崩れてしまうおそれがあるが、その心配もない。さらに、蛍光体３６の発光面６９と導光ロッド４０の入射端面７０を接着剤で接合し、蛍光部６２を通して狭帯域光Ｎ２を導光ロッド４０に入射させる形態の場合、高エネルギーの近紫外光である狭帯域光Ｎ２によって接着剤が黄変したり接着剤の接着性能が劣化したりするいわゆるソラリゼーションが起こるおそれがあるが、その心配もない。
【００９６】
半導体光源３２は８個あり、その８個の半導体光源３２の余白７３に対する角度が互いに異なるように配置される。また、入射角度が浅い半導体光源３２ほど発光量が多く、入射角度が大きくなるにつれ発光量が漸減するよう光源制御部３４で半導体光源３２の駆動を制御する。そして、余白７３に形成されたガラスビーズの層７４の光拡散作用により、狭帯域光Ｎ２は発散角が広げられる。これにより、ライトガイド４３へ入射するビームの発散角が白色光と狭帯域光Ｎ２とで略同じとなる。白色光および狭帯域光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。
【００９７】
白色光および狭帯域光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、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。観察部位においてビームが照射されるスポットが白色光と狭帯域光Ｎ２とで略同じとなるため、色ムラのない表示画像が得られる。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。
【００９８】
酸素飽和度観察を行う場合には、操作入力部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。
【００９９】
酸素飽和度観察モードでは、半導体光源３１と半導体光源３３とが、１フレーム毎に交互に点灯し、白色光と狭帯域光Ｎ３が交互に観察部位に照射される。狭帯域光Ｎ２の場合と同様に、狭帯域光Ｎ３は蛍光部６２（蛍光体３６）を通すことによる光損失はない。
【０１００】
また、狭帯域光Ｎ３も蛍光体３６を励起させるため、蛍光部６２（蛍光体３６）を通した場合は蛍光ＦＬが発生する。酸素飽和度観察モードにおいては、狭帯域光Ｎ３は単独で観察部位に照射され、これにより得られた画像信号Ｂ２と白色光の照射時に得られた画像信号Ｇ１、Ｒ１とで画像間演算を行って酸素飽和度を算出するので、狭帯域光Ｎ３の照射時に蛍光ＦＬが発生するとノイズとなり酸素飽和度を正確に算出できなくなるが、その心配もない。
【０１０１】
さらに、狭帯域光Ｎ２の場合と同様に、ライトガイド４３へ入射するビームの発散角が白色光と狭帯域光Ｎ３とで略同じとなり、観察部位においてビームが照射されるスポットが白色光と狭帯域光Ｎ２とで略同じとなるため、算出する酸素飽和度の正確性が増す。白色光および狭帯域光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。
【０１０２】
撮像素子４４は、白色光および狭帯域光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、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。
【０１０３】
上記実施形態では、白色光と狭帯域光Ｌ２、Ｌ３の放射強度分布を近づけるために半導体光源３２、３３をそれぞれ８個設けているが、個数はこれに限定されない。観察部位においてビームが照射されるスポットが白色光と狭帯域光Ｎ２、Ｎ３とで略同じになればよく、例えば図１８に示すように、上記実施形態の正方形Ｓに相当する正方形Ｓａの頂点に４個の半導体光源３２を、正方形Ｓａよりも一回り大きい正方形Ｓｂの頂点に４個の半導体光源３３をそれぞれ配置する等、適宜個数を減らしてもよい。半導体光源３２、３３の個数を減らせれば、それだけ光源装置１３の大型化を抑制することができ、コストも安く済む。
【０１０４】
上記実施形態では、四隅の余白７３の各々に対して、半導体光源３２、３３を２個ずつ割り当てており、図１８の例では１個ずつ割り当てている。もし各余白７３に割り当てる半導体光源の個数が偏っていると、放射強度分布に偏りが生じてしまうためである。偏りのない放射強度分布を得るためには、図１８のように少なくとも１つの余白７３に対して１個ずつ、計４個の半導体光源を配置すればよい。
【０１０５】
例えば余白７３のガラスビーズの層７４の膜厚を厚くし、ガラスビーズの層７４の光拡散作用をより高めて狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の放射強度Ｉの落ち込みをより緩やかなものとすれば、半導体光源３２、３３の個数を減らしても観察部位においてビームが照射されるスポットが白色光と狭帯域光Ｎ２、Ｎ３とで略同じになるようにすることができる。光拡散面の光拡散作用が十分であれば、半導体光源３２、３３を各１個で済ませることもできる。
【０１０６】
あるいは、蛍光部６２の大きさはそのままで、導光ロッド４０の入射端面７０を例えば図１４に示す正方形Ｓや図１８に示す正方形Ｓｂ程度に大きくして余白７３の面積を拡大し、正方形Ｓの頂点にある半導体光源３２、３３の光軸Ｌに対する角度を０°として半導体光源３２、３３を光軸Ｌと平行に配置し、放射角度θｉ０°に放射強度Ｉの頂点をもつ狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の０°成分を導光ロッド４０に入射させてもよい。
【０１０７】
白色光の放射強度分布は放射角度θｉ０°のときに放射強度Ｉが最大値をとるため、白色光と狭帯域光Ｌ２、Ｌ３の放射強度分布を近づけるには狭帯域光Ｎ２、Ｎ３も放射角度θｉ０°のときの放射強度Ｉを大きくする必要がある。しかし、上記実施形態では、図１７（Ａ）の狭帯域光Ｎ２、Ｎ３のライトガイド４３の入射端手前における放射強度分布から分かるように、狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の０°成分が少ない。この狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の０°成分の不足を補うために異なる複数の角度成分を幾重にも重ねなければならず、その分半導体光源３２、３３の個数が増すことになる。対して、上述のように余白７３の面積を広げて狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の０°成分を導光ロッド４０に入射させれば、半導体光源３２、３３の個数を減らすことができる。なお、余白７３の面積を拡大するために、導光ロッド４０の入射端面７０を正方形ＳやＳｂ程度に大きくする例を挙げたが、入射端面７０を長方形状として余白７３の面積を一方向に大きく拡大してもよい。
【０１０８】
なお、図１９に示すように、余白７３への狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の入射光率を上げるためにリフレクタ８５を設けてもよい。リフレクタ８５は、保持枠７５と同様にお椀状の形状を有し、導光ロッド４０の入射端面７０に向けて凹状に湾曲している。リフレクタ８５には、狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の光路に対応する位置に透過孔８５ａが設けられている。リフレクタ８５は蛍光部６２に取り付けられている。リフレクタ８５は、余白７３に直接入射しなかった狭帯域光Ｎ２、Ｎ３を反射させて余白７３に導く。特に余白７３を光拡散面とした場合は、余白７３に入射せずに蛍光部６２の方向に拡散する狭帯域光Ｎ２、Ｎ３が多くなるため、リフレクタ８５を設けることが好ましい。保持枠７５の内枠７５ａをリフレクタとして用いてもよい。
【０１０９】
上記実施形態では、狭帯域光Ｎ２、Ｎ３を強度Ｉの落ち込みが若干なだらかで裾野が広がった光とするために余白７３を光拡散面としているが、半導体光源３２、３３の個数や配置の工夫でライトガイド４３に入射する白色光と狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の放射強度分が略同じとなるようであれば、余白７３を光拡散面としなくともよい。
【０１１０】
狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３、蛍光ＦＬの発光波長域は上記例に限定されず、適宜変更が可能である。例えば、腫瘍を死滅させるための中心波長６３５ｎｍの治療光を狭帯域光Ｎ３として用いてもよい。あるいは、赤外線の波長域の蛍光ＦＬを発する蛍光体を用いてもよい。
【０１１１】
上記実施形態では、光軸Ｌと直交する断面形状が正方形で、入射端面７０よりも出射端面７１の面積が大きくなるように光軸Ｌに対して側面７２が傾斜したテーパ形状を有する導光ロッド４０を例示しているが、導光ロッドの形状はこれに限定されない。導光ロッドの入射端面の面積が蛍光体の発光面よりも大きく、両者を接合したときに導光ロッドの入射端面に余白が形成されればよく、光軸Ｌと直交する断面形状が円形で、入射端面よりも出射端面の面積が大きくなるように光軸Ｌに対して側面が傾斜したテーパ形状を有する略円錐状の導光ロッドを用いてもよい。略円錐状の導光ロッドの場合は、導光ロッドの入射端面の蛍光体の周囲全体に円環状の余白が形成され、この円環状の余白に蛍光体の励起光以外の光を入射させる。さらには、側面に傾斜がない寸胴の導光ロッドや、入射端面が正方形状で出射端面が円形の導光ロッドを用いてもよい。この他にも光軸と直交する断面形状が長方形、あるいは多角形の導光ロッドを用いてもよい。光軸と直交する断面形状が正方形でない場合も上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
また、発光素子として、レーザダイオードを有するものを例示しているが、レーザダイオード以外のＬＥＤやＥＬ等を有する発光素子を用いてもよい。ＬＥＤやＥＬ等を有する発光素子を用いた場合も、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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や、配管の亀裂等を検査する工業内視鏡、あるいは挿入部が硬い棒状の硬性鏡等、他の形態の内視鏡に照明光を供給する光源装置およびこれを用いた内視鏡システムにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
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
３１  半導体光源（第１半導体光源）
３２、３３  半導体光源（第２半導体光源）
３４  光源制御部
３６  蛍光体
４０  導光ロッド
４３  ライトガイド
４４  撮像素子
４６  撮像制御部
５６  コントローラ
５８  画像処理部
６２  蛍光部
６６  発光素子（第１発光素子）
６９  蛍光体の発光面
７０  導光ロッドの入射端面
７３  余白
７４  ガラスビーズの層
７６、７８  発光素子（第２発光素子）
８５  リフレクタ
ＬＤ１〜ＬＤ３  レーザダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014121363.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2014121363.tif 000017
【図１６】
2014121363.tif 000018
【図１７】
2014121363.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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