(57)【要約】  光伝達損失を低減しつつ、発光素子のビームの断面形状を整形する。【解決手段】内視鏡用の光源装置（１３）には、レーザダイオード（ＬＤ２）を有する発光素子部（７１）と、ビーム整形部（７３）とを有する光源モジュールが設けられている。ビーム整形部（７３）は、光軸（Ａ）と直交する断面が六角形の柱状体で構成された導光ロッドであり、レーザダイオード（ＬＤ２）が発する略楕円形状のビームを略真円形に整形する。楕円形状のビームの短軸成分（ＲＳ）は、ビーム整形部（７３）に入射すると、ビーム整形部（７３）の側面部（７３ｂ）の内面で全反射しながら光軸Ａ方向に導光される。導光過程において、短軸成分（ＲＳ）は、六角形の一辺に対して垂直以外の角度で入射するため反射角が付いて反射する。そのため、光軸Ａ周りの捩れが生じる。ビームに含まれる光線の多くにこうした捩れが生じて、ビームの断面形状が略真円形に整形される。
2013179962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発散するビームを発する発光素子であり、前記ビームは、その断面における第一方向と前記第一方向と直交する第二方向のそれぞれの発散角が異なる発光素子と、
前記発光素子が発するビームが入射する入射面と、前記入射されたビームを出射する出射面と、前記入射面から前記出射面に向かって長手方向に延びる長手軸とを有し、入射したビームを内部で反射させながら前記長手方向に伝播する光学素子であり、前記長手軸と直交する平面において前記ビームの前記第一及び前記第二の方向のうち少なくとも一つの方向と斜交する反射側面を有する光学素子とを備えていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光学素子は、前記ビームに含まれる光線のうち前記第一の方向と前記第二の方向のそれぞれと平行な第一成分及び第二成分の少なくとも一方に対して、前記反射側面における反射により光軸周りの捩れを生じさせることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光学素子は、透明材料で形成された柱状体からなる導光ロッドであり、前記反射側面は空気との境界面であり、前記反射は全反射であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光学素子において、前記長手軸と直交する断面の形状は多角形であり、前記反射側面は平面で構成されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記多角形は、六角形、四角形、三角形のいずれかであることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記多角形は、六角形であり、
前記光学素子は、前記六角形の対向する２つの頂点を結ぶ軸が、前記第一方向又は第二方向に対して傾斜した姿勢で配置されていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第一方向又は第二方向に対する前記軸の傾斜角は１５°であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記多角形は、四角形であり、
前記光学素子は、前記四角形の各辺が前記第一方向又は第二方向と平行な正姿勢に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記正姿勢に対する傾斜角は４５°であることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、前記多角形の断面の中心と前記発光素子の発光中心とが一致した状態で配置されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光学素子において、前記入射面の面積は、複数個の前記発光素子からの光が入射可能な大きさを有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記光学素子は、前記反射側面が前記長手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の範囲第３項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記発光素子が発する前記ビームの断面の形状は、前記第一方向及び前記第二方向のそれぞれに対応する長軸及び短軸を有する楕円形であり、
前記光学素子は、前記入射面に入射する前記楕円形のビームを、真円形に整形して前記出射面から出射することを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記発光素子は、レーザダイオードであることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記光学素子を用いずに前記断面の形状が真円形のビームを出射する第１光源部と、前記発光素子と前記光学素子とを有し、前記光学素子によって整形された、前記断面の形状が真円形のビームを出射する第２光源部の少なくとも２種類の光源部を備えていることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記第１光源部は、前記発光素子と前記発光素子が発する光によって励起して蛍光を発する蛍光体とを有することを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を有する光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光素子、例えばレーザダイオードを有する光源装置が各種の分野で使用されている。特許文献１には、レーザダイオードを内視鏡用の光源装置に使用することが記載されている。【０００３】
図５４に示すように、レーザダイオードＬＤは、半導体で構成された発光素子であり、Ｐ型半導体からなるＰ層、活性層Ｋ、Ｎ型半導体からなるＮ層が積層された構造を有しており、活性層Ｋからレーザ光を発する。レーザ光は、発光中心ＯＰから略円錐状に広がる発散光である。また、レーザダイオードＬＤは、活性層Ｋと平行な水平方向（Ｘ方向）に広がる光を発する発光点と活性層に対して垂直な垂直方向（Ｙ方向）に広がる光を発する発光点との間に光軸方向における非点隔差ΔＡｓがあるため、光軸と直交する、光束（ビーム）ＢＭの断面形状は、Ｙ方向に長い縦長の略楕円形状になることが知られている。これは、レーザダイオードＬＤが発するビームは、短軸に相当するＸ方向と長軸に対応するＹ方向のそれぞれの発散角が異なることを意味する。【０００４】
ビームの断面形状は、被照射体における照射スポット形状に反映されるため、照射スポット形状を略真円形にしたい場合には、ビームの断面形状を略楕円形から略真円形に整形するビーム整形が行われる。特許文献２に記載の光源ユニットは、カップリングレンズと集光レンズの２枚のレンズを有しており、これらの２枚のレンズを、レーザダイオードＬＤが発するビームの光路上に配置することにより、レーザダイオードＬＤのビーム整形を行っている。【０００５】
カップリングレンズは、発散角を持つビームをいったん平行光化して出射し、集光レンズにカップリングするレンズである。カップリングレンズは、入射面と出射面が、焦点距離が異なる２つの第１及び第２のシリンドリカルレンズ面で構成されている。第１シリンドリカルレンズ面は、ビームの短軸に相当するＸ方向のみに屈折力を持ち、第２シリンドリカルレンズ面は、ビームの長軸に相当するＹ方向のみに屈折力を持つレンズ面である。第１シリンドリカルレンズ面と第２シリンドリカルレンズ面は、焦点距離が異なるため（屈折力が異なるため）、各レンズ面の屈折作用によってビームの長軸と短軸の発散角が一致するように補正されて、ビームの断面形状が、略楕円形状から略真円形に整形される。カップリングレンズを出射したビームは、平行光化されているため、集光レンズによって発散角を持つビームに変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−０４１７５８号公報
【特許文献２】特開２０００−３０４９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載のビーム整形技術のように、レンズの屈折作用を利用してビーム整形を行う場合には、１枚のレンズによってビームをいったん平行光化し、もう１枚の集光レンズで集光する必要があるため、その分、空気とレンズとの境界面の数が多くなり、光伝達損失が大きいという問題がある。なお、特許文献２に記載されているように、２つのシリンドリカルレンズ面を有するカップリングレンズと、カップリングレンズから出射した平行光を集光する集光レンズの２枚のレンズを用いる代わりに、１面にビーム整形用のシリンドリカルレンズ面が形成されたシリンドリカルレンズを２枚組み合わせても、同じようにビーム整形を行うことができる。しかしながら、この場合も、１枚のシリンドリカルレンズによってビームをいったん平行光化した後、もう１枚のシリンドリカルレンズで平行光を、発散角を持つビームに変換するため、２枚のレンズが必要になることに変わりはなく、光伝達損失が大きくなるという問題点を解消することはできない。      【０００８】
本発明は、光伝達損失を抑えながら、発光素子のビームの断面形状を整形することが可能な光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、発光素子と光学素子とを備えている。発光素子は、発散するビームを発し、ビームは、その断面における第一方向と第一方向と直交する第二方向のそれぞれの発散角が異なる。光学素子は、発光素子が発するビームが入射する入射面と、入射されたビームを出射する出射面と、入射面から出射面に向かって長手方向に延びる長手軸とを有し、入射したビームを内部で反射させながら長手方向に伝播する光学素子であり、長手軸と直交する平面においてビームの第一及び第二の方向のうち少なくとも一つの方向と斜交する反射側面を有する。【００１０】
光学素子は、ビームに含まれる光線のうち第一の方向と第二の方向のそれぞれと平行な第一成分及び第二成分の少なくとも一方に対して、反射側面における反射により光軸周りの捩れを生じさせることが好ましい。【００１１】
光学素子は、透明材料で形成された柱状体からなる導光ロッドであり、反射側面は空気との境界面であり、反射は全反射であることが好ましい。【００１２】
光学素子において、例えば、長手軸と直交する断面の形状は多角形であり、反射側面は平面で構成されている。多角形は、例えば、六角形、四角形、三角形のいずれかである。【００１３】
多角形が六角形である場合は、光学素子は、六角形の対向する２つの頂点を結ぶ軸が、第一方向又は第二方向に対して傾斜した姿勢で配置されていることが好ましい。第一方向又は第二方向に対する軸の傾斜角は、例えば１５°である。【００１４】
多角形が四角形である場合は、光学素子は、四角形の各辺が第一方向又は第二方向と平行な正姿勢に対して傾斜して配置されていることが好ましい。正姿勢に対する傾斜角は４５°であることが好ましい。【００１５】
光学素子は、多角形の断面の中心と発光素子の発光中心とが一致した状態で配置されていることが好ましい。【００１６】
光学素子において、入射面の面積は、複数個の発光素子からの光が入射可能な大きさを有していてもよい。光学素子は、反射側面が長手軸に対して傾斜したテーパ形状であってもよい。【００１７】
発光素子が発するビームの断面の形状は、例えば、第一方向及び第二方向のそれぞれに対応する長軸及び短軸を有する楕円形であり、光学素子は、入射面に入射する楕円形のビームを、例えば、真円形に整形して出射面から出射する。ここで、楕円形には、完全な楕円形に加えて、略楕円形状も含まれる。真円形についても同様に、完全な真円形に限らず、略真円形状も含まれる。発光素子は、例えばレーザダイオードである。【００１８】
光学素子を用いずに断面の形状が真円形のビームを出射する第１光源部と、発光素子と光学素子とを有し、光学素子によって整形された、断面の形状が真円形のビームを出射する第２光源部の少なくとも２種類の光源部を備えていてもよい。第１光源部は、例えば、発光素子と発光素子が発する光によって励起して蛍光を発する蛍光体とを有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光伝達損失を低減しつつ、発光素子のビームの断面形状を整形することが可能な光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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８Ａ】通常観察モードの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。
【図８Ｂ】血管強調観察モードの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。
【図８Ｃ】酸素飽和度観察モードの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。
【図９Ａ】通常観察モードにおける画像処理手順を示す説明図である。
【図９Ｂ】血管強調観察モードにおける画像処理手順を示す説明図である。
【図９Ｃ】酸素飽和度観察モードにおける画像処理手順を示す説明図である。
【図１０】分岐型ライトガイドと光源モジュールの斜視図である。
【図１１】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。
【図１２】ホモジナイザの説明図である。
【図１３】第１光源モジュールの斜視図である。
【図１４】第１光源モジュールの発散角補正部の説明図である。
【図１５】第２光源モジュールの斜視図である。
【図１６】第２光源モジュールの発散角補正部の側面図である。
【図１７】発散角補正後の照射スポット径の説明図である。
【図１８】ビーム整形部と入射ビームの説明図である。
【図１９】入射ビームの強度分布を示すグラフである。
【図２０】光線の短軸成分の軌跡の説明図である。
【図２１】光線の短軸成分の内部反射と光軸周りの捩れの説明図である。
【図２２】光線の長軸成分の軌跡の説明図である。
【図２３】光線の長軸成分の内部反射と光軸周りの捩れの説明図である。
【図２４】光線の他の成分の内部反射と光軸周りの捩れの説明図である。
【図２５】光軸周りの捩れが生じない光線の説明図である。
【図２６】入射ビームと出射ビームの形状の説明図である。
【図２７】出射ビームの強度分布を示すグラフである。
【図２８】発散角補正後の出射ビームの強度分布を示すグラフである。
【図２９】ビーム整形部による効果の説明図である。
【図３０】図１８とは別の姿勢で配置したビーム整形部の説明図である。
【図３１】図３０とは別の姿勢で配置したビーム整形部の説明図である。
【図３２】中心をオフセットさせて配置したビーム整形部の説明図である。
【図３３】断面が四角形のビーム整形部の斜視図である。
【図３４】図３３のビーム整形部の入射端の説明図である。
【図３５】図３４とは別の姿勢で配置したビーム整形部の説明図である。
【図３６】比較例の説明図である。
【図３７】断面が三角形のビーム整形部の斜視図である。
【図３８】図３７のビーム整形部の入射端の説明図である。
【図３９】図３８とは別の姿勢で配置したビーム整形部の説明図である。
【図４０】図３９とは別の姿勢で配置したビーム整形部の説明図である。
【図４１】断面が真円のビーム整形部の斜視図である。
【図４２】図４１のビーム整形部の入射端の説明図である
【図４３】図４１の比較例の説明図である。
【図４４】短軸方向にオフセットさせて配置したビーム整形部の説明図である。
【図４５】長軸方向にオフセットさせた配置したビーム整形部の説明図である。
【図４６】複数のビームを導光するビーム整形部の説明図である。
【図４７】図４６のビーム整形部の斜視図である。
【図４８】断面が長円形のビーム整形部の説明図である。
【図４９】断面が四角形で、側面部がテーパ形状のビーム整形部の斜視図である。
【図５０】断面が真円で、側面部がテーパ形状のビーム整形部の斜視図である。
【図５１】ビーム整形部の各態様の評価結果を表す表である。
【図５２】ミラーパイプの斜視図である。
【図５３】ビーム整形部を用いたプロジェクタ装置の説明図である。
【図５４】レーザダイオードのビーム形状の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
「第１実施形態」
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（以下、内視鏡システムという）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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が挿通されている。ユニバーサルコード１８の一端は内視鏡１１に固定されており、開放端となる他端にはコネクタ２８が設けられている。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３は、半導体で構成された発光素子である。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。
【００３０】
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部である。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が混合すること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。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。
【００３１】
第２光源モジュール３２は、血管強調観察用の光源部である。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、血管とその周辺部分とのコントラストが大きな像が得られる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第３光源モジュール３３は、酸素飽和度観察用の光源部である。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。
【００３５】
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、及び光量の制御を行う。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（Pulse Width Modulation）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（Pulse Amplitude Modulation）制御などでもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
図８Ａ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。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。
【００４５】
図８Ｂに示すように、血管強調観察モードにおいては、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。
【００４６】
白色光に狭帯域光Ｎ２が追加された照明光は、通常観察モードと同様に、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。
【００４７】
図８Ｃに示すように、酸素飽和度観察モードにおいては、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、代わりに第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。
【００４８】
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、酸素飽和度モードに設定されている間、繰り返される。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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（Random Access Memory）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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図９Ａ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。
【００５５】
図９Ｂ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。
【００５６】
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などを施す。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図９Ｃ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。
【００６０】
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。
【００６１】
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４１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。
【００６２】
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である。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、発光するビーム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。
【００６３】
具体的な寸法は、内視鏡１１のライトガイド４３の直径が約２ｍｍ程度であり、分岐型ライトガイド４１の出射端４１ｅの直径もそれに合わせて約２ｍｍ程度である。分岐部４１ａ、４１ｂの直径Ｄ１は、約１．０〜１．４ｍｍ程度であり、分岐部４１ｃ、４１ｄの直径Ｄ２は、約０．５〜０．８ｍｍ程度である。
【００６４】
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播して出射端５０ｃから出射する。
【００６５】
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播され、当然ながら光ファイバ間で伝播は無い。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から出射するビームの断面内においては、各色の光量分布が不均一になる。
【００６６】
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播するため、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に入射する入射ビーム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。
【００６７】
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を有する発光素子部６６と、発光素子部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。
【００６８】
発光素子部６６は、支持体となる円板状のステム６６ａの一面に発光素子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。
【００６９】
レーザダイオードＬＤ１は、図５４に示したとおり、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。ビームの光軸と直交する断面形状は略楕円形状をしている。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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、発光点の面積及びビームの発散角が大きい。
【００７３】
蛍光部６２の前方には、蛍光体３６の出射端面３６ａから発する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、先端に向かって直径が広がる円筒形状をしており、遮光性の材料で形成されている。発散角補正部６４は、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、内壁面６４ａはリフレクタとして機能する。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播する。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。
【００７４】
発散角補正部６４は、分岐部４１ａ、４１ｂの直径Ｄ１を考慮して、直径や光軸に対する傾斜角が設定されており、直径や傾斜角は、第１光源モジュール３１から分岐部４１ａ、４１ｂに入射するビーム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。
【００７５】
また、発散角は、分岐型ライトガイド４１や内視鏡１１のライトガイド４３などのファイババンドル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入射光は、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。
【００７６】
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ｓｉｎ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入射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、入射光線は光軸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、全反射せずに透過してしまうため、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。光伝達損失を低減するために、発散角補正部６４は、第１光源モジュール３１のビームの発散角を、最大受光角θｍａｘ以下に規制する。
【００７７】
また、上述のとおり、レーザダイオードＬＤ１が発するレーザ光のビームにおいて、光軸と直交する断面形状は略楕円形をしている。しかし、レーザ光に含まれる光線は、蛍光体３６内で拡散されるため、蛍光体３６の出射端面のほぼ全域から四方八方に出射される。発散角補正部６４は断面形状が略真円形をしているので、蛍光体３６から出射したレーザ光は、発散角補正部６４により、ビームＢＭ（図５４参照）の断面形状が略真円形に整形される。また、レーザ光によって励起された蛍光についても、同様に、発散角補正部６４の作用により、略真円形に整形される。そのため、第１光源モジュール３１からは、レーザ光（狭帯域光Ｎ１）及び蛍光（ＦＬ）が混合された混合光が出射されるが、混合光は、断面形状が略真円形状のビームとして出射される。
【００７８】
図１５に示すように、第２光源モジュール３２は、発光素子部７１と、発散角補正部７２と、ビーム整形部７３とからなる。発光素子部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の発光素子部６６と同様である。発散角補正部７２及びビーム整形部７３は、ともに、石英などの透明材料で形成された柱状体である導光ロッドであり、ライトパイプ、ライトトンネルなどとも呼ばれる。
【００７９】
発光素子部７１は、ビーム整形部７３の入射端７３ａの端面（入射面）と対向して配置され、ビーム整形部７３の出射端７３ｃの端面（出射面）と、発散角補正部７２の入射端７２ａの端面が対向して配置される。発散角補正部７２は、例えば、入射端７２ａの端面とビーム整形部７３の出射端７３ｃの端面が熱融着されており、ビーム整形部７３の入射端７３ａの端面は発光素子部７１の先端の端面と熱融着されている。これにより、発散角補正部７２、ビーム整形部７３、発光素子部７１の３つの部品が一体化されている。熱融着により一体化されているため、各部が一体化されておらず各部の間に空気が介在している場合と比較して、その光路中において空気との境界面が少ない。そのため、境界面によるフレネルロスが少なく、光伝達損失を低減できる。
【００８０】
図１６に示すように、発散角補正部７２及びビーム整形部７３は、ホモジナイザ５０と同様に、入射面から入射した光を、空気との境界面となる、側面部の内面（反射側面）において全反射させながら光軸方向に伝播して出射面から出射する光学素子である。
【００８１】
発散角補正部７２は、入射端７２ａよりも出射端７２ｃの径が細い先細形状をしており、側面７２ｂは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をβ１とすると、発散角補正部７２の出射端７２ｃにおける発散角はβ２に拡大される。
【００８２】
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。
【００８３】
発散角補正部７２の補正量は、発散角β２が、第１光源モジュール３１が出射する発散角α（図１４参照）とほぼ一致するように設定される。発散角は、ホモジナイザ５０や内視鏡１１のライトガイド４３での導光過程においても保存される。そのため、図１７に示すように、ライトガイド４３の１本１本の光ファイバ２０１が出射する、第１光源モジュール３１の光の発散角αと、第２光源モジュール３２の光の発散角β（図１６におけるβ２）を一致させることで、観察部位ＳＢにおける、第１光源モジュール３１の光の照射スポット径ＳＤαと、第２光源モジュール３２の光の照射スポット径ＳＤβを同じにすることができる。照射スポット径ＳＤα、ＳＤβが一致していないと、両者の重なり方にムラが生じるため、色ムラの原因となる。発散角補正部７２により、発散角βを発散角αと一致させることにより、照射スポット径ＳＤα、ＳＤβを一致させることができるため、上記色ムラが防止される。
【００８４】
図１５において、ビーム整形部７３は、入射端７３ａの端面（入射面）から出射端７３ｃの端面（出射面）に向かって長手方向に延びる、光軸と平行な長手軸を有する柱状体であり、長手軸と直交する断面形状が六角形の六角柱である。側面部７３ｂは長手方向に沿って形成されており、断面形状が六角柱であるので、当然ながら、側面部７３ｂは６つの平面で構成される。
【００８５】
図１６に示すように、ビーム整形部７３の入射端７３ａには、レーザダイオードＬＤ２が発するビームが入射する。側面部７３ｂの内面は、空気との境界面となる。そのため、側面部７３ｂの内面は、ビーム整形部７３内に入射したビームのうち、全反射条件を満たす角度で側面部７３ｂの内面に入射する光線が全反射する反射側面となる。ビーム整形部７３は、入射端７３ａに入射したビームを、側面部７３ｂの内面で全反射させながら光軸方向に導光する。
【００８６】
レーザダイオードＬＤ２が発するビームは、レーザダイオードＬＤ１と同様に光軸と直交する断面形状が略楕円形をしている（図５４参照）。ビーム整形部７３は、導光中にビームの略楕円形の断面形状を略真円形に整形して、整形後のビームを出射端７３ｃから出射する。
【００８７】
図１８に示すように、ビーム整形部７３は、六角形の中心を通る光軸Ａと、レーザダイオードＬＤ２から入射する入射ビームＢＭｉｎの発光中心ＯＰがほぼ一致するように、発光素子部７１との相対的な位置が位置決めされている。入射ビームＢＭｉｎは、例えば、長軸ＬＡが垂直方向（Ｙ方向）に、短軸ＳＡが水平方向（Ｘ方向）に位置するような縦長の状態で、ビーム整形部７３に入射する。入射ビームＢＭｉｎに含まれる光線は、発光中心ＯＰから放射状に広がる。
【００８８】
図１９に示すように、断面形状が略楕円形をしている入射ビームＢＭｉｎの強度分布は、異方性を有しており、実線で示す長軸ＬＡ方向と、点線で示す短軸ＳＡ方向の強度分布が異なる。
【００８９】
ここで、強度分布のグラフは、縦軸に放射強度を、横軸に放射強度を測定する測定位置の角度（放射角度）をとったグラフである。強度分布は、レーザダイオードを中心に、測定部を回転させながら各放射角度における放射強度を測定し、測定した放射強度をプロットした分布である。測定方法は、測定部とレーザダイオードの光軸（発光中心）が一致する位置を放射角度が０°の測定位置とし、その位置を基準として測定部を正方向及び負方向に回転させて、各測定位置（放射角度）における放射強度を測定する。放射強度は、放射角度が０°の測定位置において最大となり、強度分布は、周辺に向かうにつれて（放射角度が大きくなるにつれて）低下する山形の分布となる。レーザダイオードの発散角θは、グラフにおいて、放射強度のピーク値（max）に対して半値（half）を示すときの全幅の１／２である半値半幅（half width at half maximum, HWHM）で表される。長軸ＬＡ方向の発散角θｙｉｎが広く、短軸ＳＡ方向の発散角θｘｉｎが狭くなる。具体的には、長軸ＬＡ方向の発散角θｙｉｎは約１１°〜１４°であり、短軸ＳＡ方向の発散角θｘｉｎは、その半分の約５°〜７°である。
【００９０】
また、図１８において、ビーム整形部７３は、長軸ＬＡ及び短軸ＳＡに対して、光軸Ａ周りに角度φＬだけ傾いた姿勢で配置されている。角度φＬは、ビーム整形部７３の六角形の断面内において、対向する２つの頂点同士を結び、光軸Ａを通る軸をＡ１とし、軸Ａ１と直交し、対向する２つの辺Ｓの中点同士を結び、光軸Ａを通る軸をＡ２としたときに、軸Ａ１及び軸Ａ２が、長軸ＬＡ及び短軸ＳＡのそれぞれとの間で成す角度である。角度φＬは、本例においては１５°である。
【００９１】
このようにビーム整形部７３を傾けると、入射ビームＢＭｉｎの長軸ＬＡ及び短軸ＳＡの両方が、ビーム整形部７３の側面部７３ｂの内面を構成する、六角形の各辺Ｓと直交しない状態となる。これは、長軸ＬＡ及び短軸ＳＡと、側面部７３ｂの内面（反射側面）とが、垂直以外の角度で交差する斜交した状態と言い換えることができる。これにより、入射ビームＢＭｉｎに含まれる光線のうち、長軸ＬＡ及び短軸ＳＡのそれぞれと平行な長軸成分及び短軸成分の両方が、各辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射することになる。このように、各辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射した場合の光線の軌跡は、次のようになる。
【００９２】
図２０、２１に示すように、入射ビームＢＭｉｎの光線の短軸成分をＲＳとすると、短軸成分ＲＳは、発光中心ＯＰからビーム整形部７３の入射端７３ａに入射する。発光中心ＯＰと光軸Ａは一致しているため、ビーム整形部７３の通る光軸Ａ（Ｚ方向）と直交する断面内においては、短軸成分ＲＳは、光軸Ａを基点として短軸ＳＡと平行なＸ方向に放射される。そして、側面部７３ｂの内面を構成する、六角形の一つの辺Ｓに入射する。ここを１回目の反射点Ｐ１として短軸成分ＲＳは全反射する。ここで、ビーム整形部７３の角度φＬの傾斜により、短軸成分ＲＳは、辺Ｓに対して垂直以外の角度、つまり、辺Ｓの法線Ｈに対して角度φＬの入射角が付いた状態で入射するため、反射点Ｐ１において反射角φＬの角度で反射する。これは反射点Ｐ１における反射により短軸成分ＲＳに対して光軸Ａ周りで捩れが生じることを意味する。
【００９３】
反射点Ｐ１で反射した短軸成分ＲＳは別の辺Ｓに入射して、ここが２回目の反射点Ｐ２となる。反射点Ｐ１における反射により、短軸成分ＲＳは光軸Ａ周りの捩れが生じているため、反射点Ｐ２においても、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射する。そして、辺Ｓの法線に対して０°以上の反射角で反射して、反射点Ｐ３に向かう。同様に反射点Ｐ３においても、短軸成分ＲＳは、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射し、反射点Ｐ３においても光軸Ａ周りの捩れが生じる。
【００９４】
短軸成分ＲＳは、反射点Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれにおいて、光軸Ａ周りの捩れを繰り返す。そのため、図２１に示す二点鎖線の円弧状の矢印に示すように、短軸成分ＲＳは、ビーム整形部７３内を、あたかも光軸Ａ周りを旋回しながら光軸Ａ方向に進行することになる。このように、短軸成分ＲＳの放射方向は、ビーム整形部７３内の導光中に変化するため、入射時点の放射方向とは、異なる方向に出射する。例えば、仮に導光中の反射点Ｐ１〜Ｐ３の３回の反射による光軸Ａ周りの捩れ角が９０°だとすると、入射時点におけるＸ方向と平行な短軸成分ＲＳの放射方向が、出射時点においてはＹ方向と直交する成分となる。
【００９５】
一方、図２０に示すように、短軸成分ＲＳは、光軸Ａと平行な面内においては、入射時点における発散角θｘが導光中においても保存されて、発散角θｘが保持された状態で出射される。これは、ビーム整形部７３は、発散角補正部７２（図１６参照）とは異なり、入射端７３ａから出射端７３ｃまで太さが一定であり、側面部７３ｂが光軸と平行であるためである。
【００９６】
図２２、２３は、短軸成分ＲＳと直交する長軸成分ＲＬの軌跡を示している。長軸成分ＲＬは、光軸Ａと直交する断面内においては、光軸Ａを基点としてＹ方向に放射される。そして、長軸成分ＲＬは、ビーム整形部７３に入射後の１回目の反射点Ｐ１において、角度φＬのビーム整形部７３の傾斜により、辺Ｓに対して垂直以外の角度、つまり、辺Ｓの法線Ｈに対して角度φＬの入射角が付いた状態で入射する。そのため、長軸成分ＲＬは、短軸成分ＲＳと同様に、反射点Ｐ１での反射により光軸Ａ周りで捩れが生じる。
【００９７】
これにより、長軸成分ＲＬは、反射点Ｐ２、Ｐ３で反射を繰り返す毎に、光軸Ａ周りの捩れを繰り返すため、図２３に示す二点鎖線の円弧状の矢印に示すように、あたかも、光軸Ａ周りを旋回しながら進行する。そのため、長軸成分ＲＬも、短軸成分ＲＳと同様に、その放射方向がビーム整形部７３内の導光中に変化するため、入射時点の放射方向とは、異なる方向に出射する。例えば、仮に導光中の反射点Ｐ１〜Ｐ３の３回の反射による光軸Ａ周りの捩れ角が９０°だとすると、入射時点における放射方向がＹ方向と平行な長軸成分ＲＬは、出射時点においてはＸ方向と平行な成分となる。
【００９８】
一方、図２２に示すように、長軸成分ＲＬについても、短軸成分ＲＳと同様に、光軸と平行な面内においては、入射時点における発散角θｙが導光中においても保存されて、発散角θｙが保持された状態で出射される。
【００９９】
以上の説明では、入射ビームＢＭｉｎに含まれる光線のうちの短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬについて説明したが、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの間の中間成分の多くについても、同様に、光軸Ａ周りの捩れが生じる。
【０１００】
例えば、図２４に示す光線Ｒ１は、入射ビームＢＭｉｎにおける放射方向が短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬとの間にある中間成分である。光線Ｒ１は、短軸成分ＲＳや長軸成分ＲＬと同様に、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射するため、反射点Ｐ１〜Ｐ３における反射により、光軸Ａ周りで捩れが生じて放射方向が変化する。ただし、光線Ｒ１は、入射時点における放射方向が短軸成分ＲＳや長軸成分ＲＬと異なるので、１回目の反射点Ｐ１における辺Ｓに対する入射角は短軸成分ＲＳや長軸成分ＲＬと異なる。そのため、光線Ｒ１の光軸Ａ周りの捩れ角の大きさや、捩れの向き（円弧状の矢印で示すように光線Ｒ１が光軸Ａ周りに旋回する向き）が異なる。
【０１０１】
また、中間成分の中には、図２５に示す光線Ｒ２のように、辺Ｓに対して垂直（辺Ｓの法線と平行）に入射する光線もある。この場合には、辺Ｓの法線に対する光線Ｒ２の入射角は０°であり反射点Ｐ１における反射角も０°になる。光線Ｒ２の基点は、光軸Ａ（発光中心ＯＰ）であるため、反射角が０°の場合には、光線Ｒ２の反射点Ｐ１における反射後の軌跡も反射点Ｐ１への入射軌跡と同じ軌跡となる。そのため、光線Ｒ２は、最初に入射した辺Ｓとそれに対向する辺Ｓの２辺の間で反射を繰り返すのみとなり、光軸Ａ周りの捩れは生じない。
【０１０２】
このように、入射ビームＢＭｉｎに含まれる光線には、ビーム整形部７３内において、光線Ｒ２のように光軸Ａ周りの捩れが生じない光線もあるが、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬを含むほとんどの光線が辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射するため、それらの光線は、光軸Ａ周りの捩れが生じる。また、捩れ角の大きさは様々である。これは、入射ビームＢＭｉｎに含まれる各光線の放射方向が、ビーム整形部７３内の内部反射によって、光軸Ａと直交する断面内において分散されることを意味する。
【０１０３】
こうした分散作用により、図２６に示すように、入射時点においては断面形状が略楕円形をした入射ビームＢＭｉｎが、出射端７３ｃから出射する出射時点の出射ビームＢＭｏｕｔにおいては、その断面形状が真円形に整形されることになる。
【０１０４】
図２７は、出射ビームＢＭｏｕｔの強度分布を、図１９と同じ条件で測定したグラフである。図１９に示すように、入射ビームＢＭｉｎにおいては、Ｘ方向の発散角θｘｉｎが狭く、Ｙ方向の発散角θｙｉｎが広いというように、両者に差があるが、出射ビームＢＭｏｕｔにおいては、ビーム整形部７３の作用により、Ｘ方向の発散角θｘｏｕｔが広げられる一方、Ｙ方向の発散角θｙｏｕｔが狭められて、図２７に示すように、両者がほぼ一致する。これにより、出射ビームＢＭｏｕｔの断面形状が略真円形に整形されていることが分かる。具体的には、入射時点において、Ｙ方向（長軸ＬＡ方向）の発散角θｙｉｎが約１１°〜１４°、Ｘ方向（短軸ＳＡ方向）の発散角θｘｉｎが約５°〜７°であった入射ビームＢＭｉｎが、ビーム整形部７３の整形作用により、発散角θｙｏｕｔ＝θｘｏｕｔが約１０°の略真円形の出射ビームＢＭｏｕｔに整形される。
【０１０５】
なお、図２８に示すグラフは、出射ビームＢＭｏｕｔが、さらに図１６に示す発散角補正部７２に入射し、発散角補正部７２から出射した後のビームの強度分布を示す。このグラフに示すように、出射ビームＢＭｏｕｔの発散角θｏｕｔは、発散角補正部７２によって広げられる。発散角の補正量は、発散角補正部７２の側面７２ｂの光軸に対する傾斜角の大きさや、反射回数を規定する側面７２ｂの光軸方向の長さによって決められる。本例においては、発散角θが約１０°からほぼ２倍の約２０°に広げられている。
【０１０６】
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の発光素子部７１の代わりに、レーザダイオードＬＤ３（図３参照）を有する発光素子部７６（図１０参照）を備えている点を除いて、第２光源モジュール３２と同様の構成を有する。発散角補正部７２及びビーム整形部７３については、同様の構成及び作用を有するため、説明を省略する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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８Ａ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。
【０１０９】
レーザダイオードＬＤ１が発する狭帯域光Ｎ１のビームの光軸と直交する断面形状は、略楕円形状をしているが、蛍光体３６内で拡散されることにより、略真円形に整形される。そして、蛍光は断面が円形の蛍光体３６から発光されるため、そのビームの断面形状も略真円形である。そのため、図２９に示すように、蛍光体３６からは略真円形の白色光（混合光）のビームＢＭが出射して、分岐型ライトガイド４１の分岐部４１ａ、４１ｂに入射する。白色光は、分岐型ライトガイド４１の出射端４１ｅに導光されて、ホモジナイザ５０（図１０参照）に入射する。
【０１１０】
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の作用によって光量分布が均一化される。これにより、ビーム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。
【０１１１】
図８Ａ及び図９Ａ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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
血管強調観察モードでは、図８Ｂ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のビームＢＭは、図２０、２２に示すように、ビーム整形部７３の入射端７３ａに入射して、ビーム整形部７３内の内部反射により光軸Ａ方向に導光される。
【０１１４】
図１９に示すように、入射時点においては、入射ビームＢＭｉｎの発散角θｘｉｎ、θｙｉｎは、一致しておらず、断面形状は略楕円形をしている。入射ビームＢＭｉｎは、ビーム整形部７３内において、図２０〜図２６に示すように、ビーム整形部７３内の内部反射によって、短軸成分ＲＳ及び長軸成分ＲＬを含む光線の多くが光軸Ａ周りで捩れる。そのため、入射ビームＢＭｉｎに含まれる各光線の放射方向が、導光中に変化して、出射時点において分散される。これにより、図２６、図２７に示すように、出射ビームＢＭｏｕｔは、発散角θｘｏｕｔ、θｙｏｕｔが一致した、略真円形に整形されて、ビーム整形部７３から出射する。
【０１１５】
整形後のビームＢＭは、ビーム整形部７３から発散角補正部７２の入射端７２ａに入射して、図１６に示す発散角補正部７２の作用によって、発散角θが広げられる。これにより、ビームＢＭの発散角θが、図２７に示す発散角θから図２８に示す発散角θに広げられる。
【０１１６】
このように、レーザダイオードＬＤ２が発する狭帯域光Ｎ２のビームＢＭは、ビーム整形部７３により断面形状が略真円形に整形され、発散角補正部７２により発散角θが広げられた後、図２９に示すように、分岐型ライトガイド４１の入射端４１ｃに入射する。狭帯域光Ｎ２のビームＢＭは、第１光源モジュール３１が発する白色光のビームＢＭと同様に、断面形状が略真円形に整形され、かつ、発散角θも白色光のビームＢＭの発散角とほぼ一致するように補正される。
【０１１７】
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。
【０１１８】
図８Ｂ及び図９Ｂ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に対応する信号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。
【０１１９】
血管強調観察モードでは、第１及び第２光源モジュール３１、３２が発する白色光と狭帯域光Ｎ２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る。そのため、図１７に示すように、観察部位ＳＢに照射される、白色光及び狭帯域光Ｎ２のビームの照射スポットの大きさがほぼ一致する。さらに、第２光源モジュール３２は、ビーム整形部７３によってビームの断面形状を略真円形状に整形するため、狭帯域光Ｎ２の照射スポット形状は、第１光源モジュール３１が発する白色光の照射スポット形状と同じになるため、色ムラの無い観察画像が得られる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
酸素飽和度観察モードでは、図８Ｃ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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
図８Ｃ及び図９Ｃ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。
【０１２４】
このように酸素飽和度観察モードでは、第１及び第３光源モジュール３１、３３が用いられる。第３光源モジュール３３は、第２光源モジュール３２と同様に、ビーム整形部７３によって狭帯域光Ｎ３のビームＢＭの断面形状が略真円形に整形され、発散角補正部７２によって発散角が広げられる。そのため、各光源モジュール３１、３３が発する白色光及び狭帯域光Ｎ３は、照射スポットの大きさや照射スポット形状が一致するため、観察画像における色ムラは生じない。また、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。
【０１２５】
また、本発明では、導光ロッドで形成されたビーム整形部７３によりビーム整形を行っているので、２つのシリンドリカル面を持つカップリングレンズと集光レンズの２枚のレンズの組み合わせや、２枚のシリンドリカルレンズの組み合わせなど、２枚のレンズの組み合わせによりビーム整形を行う従来技術（特許文献２）と比較して、空気との境界面の数が減るため、フレネルロスが少なくなり、光伝達効率を低減することができる。また、２枚のレンズを使用する場合には、光軸合わせなど位置合わせの精度に高い精度が要求される。これに対して、導光ロッドを使用する場合には、レンズほど高い精度は要求されないので、組み立て性もよい。また、２枚のレンズを使用する場合と比較して、部品点数も少ないというメリットもある。
【０１２６】
上記例において、図１８に示したように、六角形の断面形状を持つビーム整形部７３において、Ｘ方向及びＹ方向に対する、六角形の軸Ａ１、軸Ａ２の角度φＬを１５°傾けた例で説明したが、角度φＬは、１５°でなくてもよく、０°〜６０°の範囲の任意の角度でよい。
【０１２７】
図３０は、角度φＬ＝０°の例である。角度φＬが０°の場合には、入射ビームＢＭｉｎに含まれる光線の短軸成分ＲＳと軸Ａ２が、長軸成分ＲＬと軸Ａ１がそれぞれ一致する。この場合、光軸Ａを基点とする短軸成分ＲＳは、六角形の辺Ｓに対して垂直に入射するので、１回目の反射点Ｐｘ１における反射角（辺Ｓの法線に対する角度）は０°になる。そのため、短軸成分ＲＳは、対向する２つの反射点Ｐｘ１の２点間を往復することになり、光軸Ａ周りの捩れは生じない。
【０１２８】
一方、長軸成分ＲＬは、六角形の頂点に入射するため、頂点が１回目の反射点Ｐｙ１になる。長軸成分ＲＬと頂点は、垂直以外の角度で交差するので斜交している。そのため、反射点Ｐｙ１においては反射角が０°以上になるため、長軸成分ＲＬは光軸Ａ周りで捩れる。また、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの間の中間成分についても、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射するため、光軸Ａ周りで捩れる。これにより、入射ビームＢＭｉｎに含まれる光線が、光軸Ａと直交する断面内において分散されるため、ビームＢＭの断面形状が略真円形に整形される。
【０１２９】
また、図３１は、角度φＬ＝３０°の例である。この場合、図３０の例とは反対に、長軸成分ＲＬについては、辺Ｓに対して垂直に入射するため、光軸Ａ周りの捩れは生じないが、短軸成分ＲＳについては、六角形の頂点が１回目の反射点Ｐｘ１であり、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射することになるので、光軸Ａ周りの捩れが生じる。また、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの間の中間成分は、図３０の例と同様に、光軸Ａ周りの捩れが生じる。これにより、ビームＢＭの断面形状が略真円形に整形される。
【０１３０】
このように、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの少なくとも一方に対して光軸Ａ周りの捩れが生じれば、ビーム整形の効果が得られることが実験やシミュレーションにより分かっている。もちろん、図１８に示すように、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの両方が辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射する方が、整形効果が高いので好ましい。その中でも、六角形の断面を持つビーム整形部７３の場合には、図１８で示したように、角度φＬが１５°の場合が最も好ましいことが実験やシミュレーションにより分かっている。
【０１３１】
また、図３２に示すように、ビーム整形部７３の六角形の中心である光軸Ａに対して、入射ビームＢＭｉｎの発光中心ＯＰをオフセットさせてもよい。こうしても、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの一方（図３２の例では長軸成分ＲＬ）を、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射させることができるからである。これにより、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの一方について、光軸Ａ周りの捩れが生じるため、ビーム整形効果が得られる。ただし、光軸Ａに対して発光中心ＯＰをオフセットした場合、オフセットが無い場合と比較すると、入射ビームＢＭｉｎの大きさに対してビーム整形部７３の断面積を大きくしなければならないというデメリットがある。１つの発光素子部７１の入射ビームを導光する場合には、デメリットが大きいので、光軸Ａと発光中心ＯＰは一致していることが好ましい。
【０１３２】
「第２実施形態」
図３３、３４に示すビーム整形部８１のように、断面形状は四角形でもよい。ビーム整形部８１は、断面形状が異なる点を除いて、材質や導光機能についてはビーム整形部７３と同様である。ビーム整形部８１は、入射端８１ａと出射端８１ｃと、入射端８１ａから出射端８１ｃに向かって長手方向に延びる側面部８１ｂとを有する柱状体で構成された導光ロッドである。断面形状は正方形である。発光素子部７１から入射端８１ａに入射するビームは、側面部８１ｂの内面（反射側面）における全反射によって光軸Ａ方向に導光されて、出射端８１ｃから出射される。
【０１３３】
ビーム整形部８１は、光軸ＡとレーザダイオードＬＤ２の発光中心ＯＰとを一致させて配置されている。また、ビーム整形部８１は、四角形の対向する２つの頂点をそれぞれ結ぶ直交する２つの軸が、Ｘ方向（入射ビームＢＭｉｎの短軸方向）とＹ方向（入射ビームＢＭｉｎの長軸方向）のそれぞれと一致するように配置される。これは、四角形の対向する２つの辺を、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれと平行になるように配置した正姿勢（図３６参照）に対して、光軸Ａ周りに４５°回転させた姿勢である。
【０１３４】
ビーム整形部８１をこのような姿勢とすることにより、入射ビームＢＭｉｎの短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの１回目の反射点Ｐｘ１、Ｐｙ１は、四角形の対向する２つの頂点となる。短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬのそれぞれと四角形の頂点とは、垂直以外の角度で交差するので斜交する。そのため、光軸Ａを基点として放射される、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬは、反射点Ｐｙ１、Ｐｘ１のそれぞれに入射して、光軸Ａ周りの捩れが生じる。これにより、略楕円形の入射ビームＢＭｉｎを略真円形にするビーム整形効果が生じる。
【０１３５】
図３５に示すように、ビーム整形部８１は、図３４の姿勢を基準として、その姿勢から光軸Ａ周りに角度φＬ傾けた姿勢でもよい。角度φＬは例えば５°である。この姿勢は、正姿勢（図３６参照）に対しては、約４０°傾けた姿勢である。この姿勢の場合には、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬは、１回目の反射点Ｐｘ１、Ｐｙ１において、それぞれ辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射することになる。これにより、略楕円形の入射ビームＢＭｉｎを略真円形にするビーム整形効果が生じる。
【０１３６】
なお、ビーム整形部８１の断面が四角形の場合には、本発明の比較例である図３６に示すように、四角形の対向する２辺がＸ方向及びＹ方向のそれぞれと平行となる正姿勢では、良好なビーム整形効果が得られないことが実験やシミュレーションの結果から分かっている。これは、以下に示すように、正姿勢においては、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの両方が辺Ｓに対して垂直に入射するため、反射点における光軸Ａ周りの捩れが生じないことが理由と考えられる。
【０１３７】
図３６に示すように、ビーム整形部８１が正姿勢の場合には、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬは、１回目の反射点Ｐｘ１、Ｐｙ１において、辺Ｓに対して垂直に入射することになる。そのため、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬは、その光軸Ａ周りの捩れが生じることはない。これは２回目以降の反射においても同様である。そのため、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬは、入射時点と出射時点のどちらにおいても放射方向に変化は無く、出射時点においても短軸成分ＲＳはＸ方向に、長軸成分ＲＬはＹ方向に出射される。
【０１３８】
もちろん、正姿勢の場合でも、入射ビームＢＭｉｎの光線のうち、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの間の中間成分については、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射するため、光軸Ａ周りの捩れが生じる。しかし、略楕円形を規定する短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬについては、光軸Ａ周りの捩れが生じないため、略真円形に整形されることはない。
【０１３９】
以上のとおり、ビーム整形部８１は、正姿勢で配置した場合には良好なビーム整形効果は得られないが、正姿勢から少しでも傾いた姿勢であれば、短軸成分ＲＳ及び長軸成分ＲＬの両方が、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射することになるため、良好なビーム整形効果が得られる。実験やシミュレーションの結果によれば、その中でも最も好ましい姿勢は、図３４に示すように、正姿勢に対して４５°傾けた姿勢である。
【０１４０】
また、六角形のビーム整形部７３において述べたとおり、ビーム整形部８１の四角形の中心である光軸Ａに対して、入射ビームＢＭｉｎの発光中心ＯＰをオフセットさせてもよい。こうしても、正姿勢以外であれば、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの一方を、辺Ｓに対して垂直以外の角度で入射させることができるからである。ただし、オフセットが無い場合と比較すると、入射ビームＢＭｉｎの大きさに対してビーム整形部７３の断面積を大きくしなければならないというデメリットがあるので、１つの発光素子部７１のビームを導光する場合には、光軸Ａと発光中心ＯＰは一致していることが好ましい。
【０１４１】
また、本例においては、四角形として正方形を例示したが、長方形でもよいし、平行四辺形でもよい。もちろん、正方形が最も作成が容易であると考えられるので、製造適性を考慮すると、正方形が最も好ましい。
【０１４２】
「第３実施形態」
図３７、３８に示すビーム整形部８６のように、断面形状は三角形でもよい。ビーム整形部８６は、断面形状が異なる点を除いて、材質や導光機能についてはビーム整形部７３、８１と同様である。ビーム整形部８６は、入射端８６ａと出射端８６ｃと、入射端８６ａから出射端８６ｃに向かって延びる側面部８６ｂとを有する柱状体で構成された導光ロッドである。断面形状は正三角形である。発光素子部７１から入射端８６ａに入射するビームは、側面部８６ｂの内面（反射側面）における全反射によって光軸Ａ方向に導光されて、出射端８６ｃから出射される。
【０１４３】
ビーム整形部８６は、発光中心ＯＰと光軸Ａを一致させた状態で配置される。また、図３８に示すように、ビーム整形部８６は、１つの頂点を上方に、頂点に対向する１つの辺を下方にし、下方の辺がＸ方向と平行となる正姿勢で配置されている。
【０１４４】
このようにビーム整形部８６を配置すると、入射ビームＢＭｉｎの長軸成分ＲＬは、一方が頂点、他方については辺Ｓが１回目の反射点Ｐｙ１となる。長軸成分ＲＬは頂点に対しては斜交している。長軸成分ＲＬは、辺Ｓに対しては、垂直で入射することになるが、辺Ｓに垂直に入射した長軸成分ＲＬは、辺Ｓで垂直に反射して頂点に入射するため、２回目の反射点Ｐｙ２は頂点となる。光線の入射角度は、頂点においては垂直以外の角度になるため、長軸成分ＲＬには光軸Ａ周りの捩れが生じる。一方、短軸成分ＲＳは、対向する２つの辺Ｓに入射する。対向する２つの辺と、短軸成分ＲＳとは斜交するため、反射点Ｐｘ１に対しては垂直以外の角度で入射することになる。そのため、光軸Ａ周りの捩れが生じる。このように、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの両方に関して光軸Ａ周りの捩れが生じる。そのため、入射ビームＢＭｉｎの断面形状を略真円形にするビーム整形作用が生じる。
【０１４５】
また、図３９、４０に示すように、ビーム整形部８６は、図３８に示す正姿勢以外の姿勢でもよい。図３９は、正姿勢から光軸Ａを中心に１８０°回転させた姿勢であり、図４０は、図３９の姿勢から、約５°傾斜させた姿勢である。三角形は、六角形や四角形と異なり、点対象であるので、どのような傾斜角度でも、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの両方に関して、光軸Ａ周りの捩れを生じさせて放射方向を変化させることができる。
【０１４６】
なお、ビーム整形部８６のように断面形状が三角形の場合には、光軸Ａに対して、発光中心ＯＰをオフセットしてもよい。また、本例では正三角形の例で説明したが、正三角形でなくてもよく、直角三角形や二等辺三角形でもよい。もちろん、正三角形が最も作成が容易であると考えられるので、製造適性を考慮すると正三角形が最も好ましい。
【０１４７】
第１〜第３実施形態では、ビーム整形部の断面形状が六角形、四角形、三角形の例で説明したが、五角形でもよいし、六角形以上の多角形でもよい。しかし、ビーム整形部の直径が数ｍｍ、あるいはそれ以下の場合には、製造適性を考えると、六角形以下であることが好ましい。
【０１４８】
「第４実施形態」
また、ビーム整形部の断面形状は多角形でなくてもよい。例えば、図４１、４２に示すビーム整形部９１のように、断面形状は真円でもよい。
【０１４９】
ビーム整形部９１は、断面形状が異なる点を除いて、材質や導光機能についてはビーム整形部７３、８１、８６と同様である。ビーム整形部９１は、入射端９１ａと出射端９１ｃと、入射端９１ａから出射端９１ｃに向かって延びる側面部９１ｂとを有する柱状体で構成された導光ロッドである。発光素子部７１から入射端９１ａに入射するビームは、側面部９１ｂの内面における全反射によって光軸Ａ方向に導光されて、出射端９１ｃから出射される。ビーム整形部９１は、断面形状が真円であるため、反射側面となる、側面部９１ｂの内面は、曲面で構成される。
【０１５０】
ビーム整形部９１は、図４２に示すように、ビーム整形部９１の光軸Ａに対して、レーザダイオードＬＤ２の発光中心ＯＰをオフセットさせて配置されている。発光中心ＯＰは、光軸Ａに対して、Ｘ方向及びＹ方向の両方においてオフセットされている。オフセットにより、短軸成分ＲＳの１回目の反射点はＰｘ１となるが、反射点Ｐｘ１の接線ＴＬと、短軸成分ＲＳは直交しない。そのため、反射点Ｐｘ１において、側面部９１の内面（反射側面）と短軸成分ＲＳとが斜交することになり、短軸成分ＲＳは、反射点Ｐｘ１で反射すると反射角が付く。これにより、光軸Ａ周りの捩れが生じて、短軸成分ＲＳの放射方向が変化する。長軸成分ＲＬについても、１回目の反射点はＰｙ１となるが、反射点Ｐｙ１の接線ＴＬと長軸成分ＲＬは直交しない。そのため、側面部９１の内面（反射側面）と長軸成分ＲＬとが斜交することになり、長軸成分ＲＬは、反射点Ｐｙ１で反射すると反射角が付く。これにより、光軸Ａ周りの捩れが生じで、長軸成分ＲＬの放射方向が変化する。こうした作用により、ビームの断面形状を略真円形にするビーム整形効果が得られる。
【０１５１】
ビーム整形部９１のように、断面形状が真円の場合には、光軸Ａに対して、発光中心ＯＰをオフセットさせることが、ビーム整形効果を得るための必須条件である。比較例として示す図４３のように、ビーム整形部９１の光軸Ａと発光中心ＯＰを一致させると、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの１回目の反射点となるＰｘ１、Ｐｙ１において、その接線ＴＬが短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬと直交することになる。そのため、光軸Ａ周りの捩れは生じない。さらに、ビーム整形部９１の断面形状が真円形の場合には、オフセットが無く、光軸Ａと発光中心ＯＰが一致していると、短軸成分ＲＳと長軸成分ＲＬの間の中間成分についても放射方向の変化が生じないため、ビーム整形効果は期待できず、出射端９１ｃにおいては、入射ビームＢＭｉｎと同じ、略楕円形のビームが出射することになる。
【０１５２】
また、図４２の例では、ビーム整形部９１の光軸Ａに対して、発光中心ＯＰをＸ方向とＹ方向の両方においてオフセットしているが、図４４に示すように、短軸成分ＲＳと平行なＸ方向にのみオフセットさせてもよいし、図４５に示すように、長軸成分ＲＬと平行なＹ方向にのみオフセットさせてもよい。このように一方向のみオフセットさせても、ビーム整形効果があることが、実験やシミュレーションによって確認されている。もちろん、Ｘ方向とＹ方向の２方向においてオフセットさせる方が、ビーム整形効果は高いので好ましい。
【０１５３】
また、本例においては、断面形状が真円形のビーム整形部を例に説明したが、楕円形でもよい。また、側面部の内面の一部が平面となる長円形でもよい（図４８参照）。
【０１５４】
「第５実施形態」
図４６、４７に示すビーム整形部９４のように、複数の発光素子部７１からの入射ビームを導光するようにしてもよい。ビーム整形部９４は、断面形状が真円であり、入射面は、４つの発光素子部７１の入射ビームＢＭｉｎを受け入れ可能な大きさを有する。材質や導光機能など他の点については、ビーム整形部９１と同様である。
【０１５５】
第４実施形態で説明したように、断面形状が真円のビーム整形部の場合には、光軸Ａに対して発光中心ＯＰをオフセットさせることが必須条件となる。複数の入射ビームＢＭｉｎを１つのビーム整形部で整形する場合には、図４７に示すように、１つの入射端に複数の発光素子部７１を配置することになるため、レイアウト上の制約から、各発光素子部７１の発光中心ＯＰは、光軸Ａに対してオフセットされることになる。上述のとおり、オフセットさせる形態は、１つの入射ビームＢＭｉｎを導光する場合には、オフセットが無い場合と比較して断面積が大きくなるというデメリットはあるが、複数の発光素子部７１からの複数の入射ビームＢＭｉｎを導光させる場合には、レイアウト上の制約からオフセットが必要になるため、逆に有効である。
【０１５６】
また、図４８に示すビーム整形部９６のように、断面形状は、側面部の内面の一部が平面となる長円形でもよい。また、図示は省略するが、楕円形でもよい。
【０１５７】
「第６実施形態」
図４９に示すビーム整形部９８のように、側面部９８ｂにテーパを付けることにより、発散角補正機能を付与してもよい。ビーム整形部９８は、入射端９８ａと出射端９８ｃと、入射端９８ａから出射端９８ｃに延びる側面部９８ｂを有しており、断面形状が四角形の柱状体で構成された導光ロッドである。ビーム整形部９８は、その側面部９８ｂにおいて光軸Ａに対するテーパが付けられており、出射端９８ｃよりも入射端９８ａが細くなる先細形状をしている。このように側面部９８ｂにテーパを付けることで、ビーム整形部９８に、発散角補正部７２（図１５、１６参照）と同様の発散角補正機能が付与される。
【０１５８】
これによれば、ビーム整形部とは別に発散角補正部７２を設ける必要がなくなるので、第１〜第５実施形態と比較して、部品点数の削減や省スペース化を実現することができる。その反面、側面部にテーパを付与することは製造が難しいため、製造適性の点では、第１〜第５実施形態のように側面部を光軸と平行に形成する方が有利である。
【０１５９】
ビーム整形部９８は、断面形状を四角形としているが、もちろん、六角形、三角形などの四角形以外の多角形でもよい。また、図５０に示すビーム整形部９９のように、断面形状を円形としてもよい。ただし、断面形状が真円形の場合には、図４１で示した形態と同様に、光軸Ａに対して発光中心ＯＰをオフセットさせることが必要である。
【０１６０】
図５１に示す表は、上記第１〜第６実施形態のビーム整形部について、製造適性と、発光素子との相対的な位置合わせの容易性の２つの観点で評価した評価結果に加えて、それらを総合的に評価した評価結果をまとめたものである。製造適性については、導光ロッドの直径が数ミリからそれ以下のオーダの製品についての適性を評価している。側面部にテーパを付けないテーパ無しの場合の製造適性は、断面が三角形以外は、非常に良く（評価Ａ）、三角形はやや悪い（評価Ｃ）。六角形については、導光ロッドとして六角柱のものが既製品として存在し、それを利用することもできるため特に良い。
【０１６１】
テーパを付けるテーパ有りの場合の製造適性は、断面形状に関わらず、テーパ無しに比べて悪い。断面形状別で比較すると、円錐以外、製造が非常に難しい。そのため、製造適性の評価は、断面形状が円形の場合は良く（評価Ｂ）、多角形は悪い。多角形の中では、四角形が最も容易であり（評価Ｃ）、三角形と六角形は非常に難しい（評価Ｄ）。
【０１６２】
位置合わせの容易性の評価については、テーパの有無に関わらず、円形がやや悪く（評価Ｃ）、それ以外は非常によい（評価Ａ）。円形の場合にはオフセットが必要となるのに対して、多角形の場合にはオフセットが有っても無くてもよいからである。総合的に判断すると、テーパ無しの場合には、六角形が非常に良い（評価Ａ）、円形及び四角形が良い(評価Ｂ)、三角形がやや悪い（評価Ｃ）という評価となる。テーパ有りの場合には、四角形が良い(評価Ｂ)、円形及び六角形がやや悪い（評価Ｃ）、三角形が悪い（評価Ｄ）という評価となる。
【０１６３】
上記実施形態では、本発明の光学素子であるビーム整形部を、柱状体で構成した導光ロッドの形態で説明したが、図５２に示すように、内部が中空の円筒状の内面に鏡面１０２を形成したミラーパイプ１０１の形態でもよい。ミラーパイプ１０１でも、入射ビームを、中空内部の側面部の内面である鏡面１０２によって反射することにより光軸方向に導光することができる。そして、光軸と直交する断面形状を多角形にすれば、ビーム整形を行うことが可能となる。もちろん、断面形状は円形でもよい。この場合には光軸に対して発光素子の発光中心をオフセットする必要がある。なお、鏡面反射は、全反射と比べて反射ロスが大きいため、光伝達効率を考えると、ミラーパイプ１０１よりも導光ロッドの方が有利である。
【０１６４】
上記実施形態では、ビーム整形部を用いる光源部として、狭帯域光を発する第２、第３の光源モジュール３２、３３を例に説明したが、ビームの色や発光波長は上記例に限定されず、適宜変更が可能である。また、ビーム整形部を用いない光源部として、白色光を発する第１光源モジュール３１を用い、それとの組み合わせで、第２、第３の光源モジュール３２、３３などのビーム整形部を用いる光源部を使用しているが、もちろん、他の光源部との組み合わせでもよい。例えば、Ｂ、Ｇ、Ｒの単色光を発する３つの光源部を用いて白色光を生成する光源装置において、Ｂ、Ｇ、Ｒの少なくとも１つの光源部にビーム整形部を使用してもよい。
【０１６５】
また、ビーム整形部を用いずに略真円形のビームを発する光源部として第１光源モジュール３１を例に説明したが、略真円形のビームを発する光源部としては、第１光源モジュール３１のように蛍光体と発光素子を組み合わせたものでなくてもよい。例えば、レーザダイオード以外のＬＥＤやＥＬなどの発光素子を用いたものでもよい。また、キセノンランプやハロゲンランプなどの光源でもよい。
【０１６６】
上記実施形態では、ビーム整形部を用いる光源部の発光素子としてレーザダイオードを例に説明したが、ＬＥＤやＥＬ（エレクトロルミネッセンス）などの他の発光素子にビーム整形部を適用してもよい。ＬＥＤやＥＬは、一般に、略真円形のビームを発するため、ビーム整形の必要性は低いが、ＬＥＤやＥＬを使用した発光素子の中にも、種類や仕様によっては略楕円形のビームを発する場合もある。そのような場合には、ビーム整形の必要性が生じるので、本発明のビーム整形部を適用してもよい。
【０１６７】
上記実施形態では、本発明の光学素子として、略楕円形のビームを略真円形に整形するビーム整形部を例に説明したが、整形元の入射ビームの断面形状は楕円形以外でもよく、断面において第一方向と第一方向と直交する第二方向のそれぞれの発散角が異なるビームであればよい。そして、光学素子は、第一方向及び第二方向の少なくとも１つの方向に対して斜交する反射側面を有していればよく、整形後の断面形状についても真円でなくてもよい。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
上記実施形態は、ビーム整形部を内視鏡用光源装置に適用した形態であるが、ビーム整形部を内視鏡用光源装置以外に適用してもよい。内視鏡用光源装置以外のものとしては、例えば、電子顕微鏡用光源装置がある。電子顕微鏡においても、内視鏡と同様に生体組織の観察を行うために、上記実施形態で示した第１〜第３の光源モジュール３１〜３３のように、波長が異なる複数の光を発する複数の光源部を設ける場合がある。このような場合に本発明のビーム整形部は有効である。
【０１７１】
「第７実施形態」
電子顕微鏡用光源装置の他に、図５３に示すプロジェクタ装置に本発明を適用してもよい。プロジェクタ装置１１０は、スクリーンに画像情報を担持した光を投写して画像を表示する装置である。
【０１７２】
プロジェクタ装置１１０は、レーザダイオードＬＤを有する発光素子部１１１と、ビーム整形部１１２とを有する光源ユニット１１３を備えている。光源ユニット１１３の前方には、結像レンズ１１４と、光変調素子１１５が配置されている。結像レンズ１１４は、光源ユニット１１３が出射するビームを集光して光変調素子１１５に結像させる。光変調素子１１５は、画素に対応するセルがマトリックスに配列された液晶素子やＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）素子などからなる。光変調素子１１５は、画像データに基づいて各画素が駆動されて、結像された光を変調して画像情報を担持した画像光を生成する。生成された画像光がスクリーンに投写されて画像が表示される。
【０１７３】
ビーム整形部１１２は、上記第１〜第６実施形態のいずれかのビーム整形部であり、レーザダイオードＬＤからの入射ビームの断面形状を略楕円形から略真円形に整形する。このビーム整形作用により、光変調素子１１５に結像される光の照射スポット形状を円形にすることができる。
【０１７４】
なお、ビーム整形部１１２を有する光源ユニットの適用例としては、プロジェクタ装置以外に、例えば、情報が記録されたディスクに対して光を照射して情報を読み取る光ディスク装置において、読み取り部を構成する光ピックアップ装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１７５】
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  第１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  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  発散角補正部
６６、７１、７６  発光素子部
７３、８１、８６、９１、９４、９６、９８、９９  ビーム整形部（光学素子）
７３ａ  入射端
７３ｂ  側面部
７３ｃ  出射端
Ａ  光軸
ＢＭ  ビーム
ＢＭｉｎ  入射ビーム
ＢＭｏｕｔ  出射ビーム
ＬＤ１〜ＬＤ３  レーザダイオード（発光素子）
ＯＰ  発光中心
【図１】
2013179962.tif 000003
【図２】
2013179962.tif 000004
【図３】
2013179962.tif 000005
【図４】
2013179962.tif 000006
【図５】
2013179962.tif 000007
【図６】
2013179962.tif 000008
【図７】
2013179962.tif 000009
【図８Ａ】
2013179962.tif 000010
【図８Ｂ】
2013179962.tif 000011
【図８Ｃ】
2013179962.tif 000012
【図９Ａ】
2013179962.tif 000013
【図９Ｂ】
2013179962.tif 000014
【図９Ｃ】
2013179962.tif 000015
【図１０】
2013179962.tif 000016
【図１１】
2013179962.tif 000017
【図１２】
2013179962.tif 000018
【図１３】
2013179962.tif 000019
【図１４】
2013179962.tif 000020
【図１５】
2013179962.tif 000021
【図１６】
2013179962.tif 000022
【図１７】
2013179962.tif 000023
【図１８】
2013179962.tif 000024
【図１９】
2013179962.tif 000025
【図２０】
2013179962.tif 000026
【図２１】
2013179962.tif 000027
【図２２】
2013179962.tif 000028
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2013179962.tif 000031
【図２６】
2013179962.tif 000032
【図２７】
2013179962.tif 000033
【図２８】
2013179962.tif 000034
【図２９】
2013179962.tif 000035
【図３０】
2013179962.tif 000036
【図３１】
2013179962.tif 000037
【図３２】
2013179962.tif 000038
【図３３】
2013179962.tif 000039
【図３４】
2013179962.tif 000040
【図３５】
2013179962.tif 000041
【図３６】
2013179962.tif 000042
【図３７】
2013179962.tif 000043
【図３８】
2013179962.tif 000044
【図３９】
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【図４０】
2013179962.tif 000046
【図４１】
2013179962.tif 000047
【図４２】
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【図４３】
2013179962.tif 000049
【図４４】
2013179962.tif 000050
【図４５】
2013179962.tif 000051
【図４６】
2013179962.tif 000052
【図４７】
2013179962.tif 000053
【図４８】
2013179962.tif 000054
【図４９】
2013179962.tif 000055
【図５０】
2013179962.tif 000056
【図５１】
2013179962.tif 000057
【図５２】
2013179962.tif 000058
【図５３】
2013179962.tif 000059
【図５４】
2013179962.tif 000060
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月31日(2015.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発散するビームを発する発光素子であり、前記ビームは、その断面における第一方向と前記第一方向と直交する第二方向のそれぞれの発散角が異なる発光素子と、
前記発光素子が発するビームが入射する入射面と、前記入射されたビームを出射する出射面と、前記入射面から前記出射面に向かって長手方向に延びる長手軸とを有し、入射したビームを内部で反射させながら前記長手方向に伝播する光学素子であり、前記長手軸と直交する平面において前記ビームの前記第一及び前記第二の方向のうち少なくとも一つの方向と斜交する反射側面を有する光学素子とを備えていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光学素子は、前記ビームに含まれる光線のうち前記第一の方向と前記第二の方向のそれぞれと平行な第一成分及び第二成分の少なくとも一方に対して、前記反射側面における反射により光軸周りの捩れを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光学素子は、透明材料で形成された柱状体からなる導光ロッドであり、前記反射側面は空気との境界面であり、前記反射は全反射であることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光学素子において、前記長手軸と直交する断面の形状は多角形であり、前記反射側面は平面で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記多角形は、六角形、四角形、三角形のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記多角形は、六角形であり、
前記光学素子は、前記六角形の対向する２つの頂点を結ぶ軸が、前記第一方向又は第二方向に対して傾斜した姿勢で配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第一方向又は第二方向に対する前記軸の傾斜角は１５°であることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記多角形は、四角形であり、
前記光学素子は、前記四角形の各辺が前記第一方向又は第二方向と平行な正姿勢に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項９】
前記正姿勢に対する傾斜角は４５°であることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、前記多角形の断面の中心と前記発光素子の発光中心とが一致した状態で配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光学素子において、前記入射面の面積は、複数個の前記発光素子からの光が入射可能な大きさを有することを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記光学素子は、前記反射側面が前記長手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３に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記発光素子が発する前記ビームの断面の形状は、前記第一方向及び前記第二方向のそれぞれに対応する長軸及び短軸を有する楕円形であり、
前記光学素子は、前記入射面に入射する前記楕円形のビームを、真円形に整形して前記出射面から出射することを特徴とする請求項１〜１２に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記発光素子は、レーザダイオードであることを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記光学素子を用いずに前記断面の形状が真円形のビームを出射する第１光源部と、前記発光素子と前記光学素子とを有し、前記光学素子によって整形された、前記断面の形状が真円形のビームを出射する第２光源部の少なくとも２種類の光源部を備えていることを特徴とする請求項１４に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記第１光源部は、前記発光素子と前記発光素子が発する光によって励起して蛍光を発する蛍光体とを有することを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
【国際調査報告】
2013179962.tif 000061
2013179962.tif 000062
2013179962.tif 000063
2013179962.tif 000064