(57)【要約】【目的】寿命が半永久的で、補助光源の消費電力を最小限に抑えることができ、補助光源としての十分な光量を有する内視鏡装置の補助光源装置を提供する。【構成】主光源と、入射端面が該主光源と対向し、出射端面が内視鏡の先端部に設けられた照明用光学系と対向する導光ファイバと、上記主光源が点灯しているときは、上記入射端面と対向しない退避位置に位置し、上記主光源が非点灯状態になったときに、上記入射端面と対向する使用位置へ移動する補助光源と、を備えた内視鏡装置において、上記補助光源を白色ＬＥＤから構成したことを特徴とする内視鏡装置の補助光源装置。【選択図】      図７
2004167126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主光源と、
入射端面が該主光源と対向し、出射端面が内視鏡の先端部に設けられた照明用光学系と対向する導光ファイバと、
上記主光源が点灯しているときは、上記入射端面と対向しない退避位置に位置し、上記主光源が非点灯状態になったときに、上記入射端面と対向する使用位置へ移動する補助光源と、
を備えた内視鏡装置において、
上記補助光源を白色ＬＥＤから構成したことを特徴とする内視鏡装置の補助光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡装置の補助光源装置において、
上記白色ＬＥＤと導光ファイバの入射端面との間に、上記補助光源が使用位置に位置したときに、その光軸が上記白色ＬＥＤの光軸及び上記導光ファイバの中心軸と一致する、白色ＬＥＤからの光束を集光して上記入射端面に入射させる正レンズを配設した内視鏡装置の補助光源装置。
【請求項３】
請求項２記載の内視鏡装置の補助光源装置において、
上記正レンズの前側焦点位置は、上記白色ＬＥＤの出射位置と一致している内視鏡装置の補助光源装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の内視鏡装置の補助光源装置において、次の条件式（１）乃至（３）を満足する内視鏡装置の補助光源装置。
（１）ｒ１≧ｂ・ｔａｎθ１
（２）（ａ−ｃ）ｔａｎθ２＝ｒ２
（３）θ３≧θ２
ただし、
ａ：正レンズの像点側距離、
ｂ：正レンズの発光点側距離、
ｃ：正レンズの主平面から導光ファイバの入射端面までの距離、
ｒ１：正レンズの主平面の半径、
ｒ２：導光ファイバの入射端面の半径、
θ１：白色ＬＥＤの放射角度、
θ２：正レンズから出た光束が導光ファイバの入射端面に入射するときの入射角度、
θ３：導光ファイバが導光可能な入射角の限界角度、
である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、主光源の故障時に点灯する、内視鏡装置に設けられた補助光源装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
内視鏡は、その内部を貫通する導光ファイバ（ファイババンドル）を介して光源装置に接続されている。導光ファイバの入射端面は、光源装置内に配設された主光源ランプと対向しており、導光ファイバの出射端面は、内視鏡の挿入部先端に設けられた照明用光学系へと接続されている。主光源ランプから射出された光は、導光ファイバを通って照明用光学系に導かれ、この照明用光学系から内視鏡の外部に向けて出射されて、体腔内や機械の内部を照らす（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、内視鏡の挿入部が体腔内や機械内に挿入された状態で主光源ランプが故障してしまうと、体腔内や機械内部での作業が不可能になってしまう。
【０００４】
そのため、通常、光源装置には、主光源ランプが故障した場合に作動する補助光源が設けられている。この補助光源は、常時は、導光ファイバの入射端面とは対向しない退避位置に位置しており、主光源ランプが故障すると、導光ファイバの入射端面と対向する使用位置に移動して、導光ファイバに光を供給する。
【０００５】
しかし従来の内視鏡では、補助光源としてキセノンランプ等のランプを用いていたので、寿命が短く、かつ消費電力が多いという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３０５１４８号公報
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、寿命が半永久的で、補助光源の消費電力を最小限に抑えることができ、補助光源としての十分な光量を有する内視鏡装置の補助光源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明の概要】
本発明の内視鏡装置の補助光源装置は、従来ランプからなっていた光源を白色ＬＥＤから構成したことを特徴としている。
白色ＬＥＤは、補助光源として十分な光量が得られ、寿命が半永久的で、消費電力も小さい。
【０００９】
上記白色ＬＥＤと導光ファイバの入射端面との間に、上記補助光源が使用位置に位置したときに、その光軸が上記白色ＬＥＤの光軸及び上記導光ファイバの中心軸と一致する、白色ＬＥＤからの光束を集光して上記入射端面に入射させる正レンズを配設するのが好ましい。
【００１０】
正レンズを配設する場合は、上記正レンズの前側焦点位置を、上記白色ＬＥＤの出射位置と一致させるのが良い。
【００１１】
また、正レンズを配設する場合に、次の条件式（１）乃至（３）を満足するようにしてもよい。
（１）ｒ１≧ｂ・ｔａｎθ１
（２）（ａ−ｃ）ｔａｎθ２＝ｒ２
（３）θ３≧θ２
ただし、ａ：正レンズの像点側距離、ｂ：正レンズの発光点側距離、
ｃ：正レンズの主平面から導光ファイバの入射端面までの距離、ｒ１：正レンズの主平面の半径、ｒ２：導光ファイバの入射端面の半径、θ１：白色ＬＥＤの放射角度、θ２：正レンズから出た光束が導光ファイバの入射端面に入射するときの入射角度、θ３：導光ファイバが導光可能な入射角の限界角度、である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の補助光源装置を電子内視鏡１０に適用した実施形態について説明する。
図１に示す電子内視鏡１０は、操作部１１と挿入部１２を有し、挿入部１２の先端部には、操作部１１に設けた湾曲操作装置１３の操作に応じて上下及び左右方向に湾曲される湾曲部１２ａが位置している。湾曲部１２ａ先端には、図示しない観察窓（対物窓）と照明光学系が設けられている。
【００１３】
操作部１１からはユニバーサルチューブ１４が延びており、このユニバーサルチューブ１４の先端に設けられたコネクタ部１４ａが、プロセッサ１５に接続されている。
【００１４】
図２に示すように、プロセッサ１５の内部には主光源ランプ（主光源）１６が配設されている。主光源ランプ１６はプロセッサ１５に設けられたスイッチ（図示略）のＯＮ・ＯＦＦ操作により点灯または消灯するものであり、挿入部１２の体腔内や機械の内部への挿入時には常時点灯させるものである。
【００１５】
コネクタ部１４ａ、ユニバーサルチューブ１４、操作部１１及び挿入部１２の内部には、導光ファイバ１７が配設されており、その先端に形成された出射端面が、挿入部１１の先端内部において上記照明光学系に接続されている。コネクタ部１４ａに突設された光源差込用端部１４ｂをプロセッサ１５の差込口に接続すると、その内部に配設された導光ファイバ１７の入射端面１７ａが、主光源ランプ１６と所定距離だけ離れた状態で対向するようになる。そして、主光源ランプ１６を点灯すると、照明光学系には主光源ランプ１６からの照明用光が送られ、挿入部１２先端の観察窓を介して得られる画像が、プロセッサ１５に接続されたテレビモニタ（図示略）に映し出されるようになる。
【００１６】
さらに、プロセッサ１５の内部には、挿入部１２を対腔内等へ挿入中に、主光源ランプ１６が故障して光が出なくなった場合に、主光源ランプ１６の代わりに導光ファイバ１７に光を供給する補助光源装置１８が配設されている。
【００１７】
補助光源装置１８は以下の構成を備えている。
プロセッサ１５のケース１５ａの天井面には、光源差込用端部１４ｂに対して直交する（図２において上下方向を向く）取付板１９が固定されており、取付板１９の下端部には導光ファイバ１７と平行な水平片２０が設けられており、さらに、水平片２０の一端には垂下片２１が設けられている。
【００１８】
垂下片２１の主光源ランプ１６側の面には、図示を省略した制御回路に接続されたロータリーソレノイド（駆動源）Ｓが固着されており、さらに、ロータリーソレノイドＳの出力軸である回転軸（図示略）には回動部材２２が枢着されている。この回動部材２２は、円形部２３と、円形部２３の周面から突出する略三角形状の出力部２４とを具備するものであり、円形部２３の中心部がロータリーソレノイドＳの回転軸に直接固定されている。
【００１９】
水平片２０の長手方向の中央部には取付片２５が垂設されており、取付片２５の主光源ランプ１６側の面には回転軸２５ａが突設されている。
【００２０】
回転軸２５ａの先端部には、取付板１９と平行で略Ｌ字形に屈曲された回動板２６の回転中心穴２６ａが、回転自在に嵌合している。回動板２６の一方の端部には、中間部が屈曲された長穴２６ｂが穿設されており、この長穴２６ｂには出力軸２３ａの先端部が、相対移動自在に嵌合している。そして、回動板２６の他方の端部の導光ファイバ１７側の面には、上記制御回路に接続された補助光源である白色ＬＥＤ２７が取り付けられている。これらの取付板１９、ロータリーソレノイドＳ、回動部材２２、回動板２６により移動機構が構成されている。
【００２１】
回動板２６の導光ファイバ１７側の面には、レンズ保持部材２８が取り付けられており、レンズ保持部材２８には、その光軸が白色ＬＥＤ２７の光軸と一致する正レンズ２９が、白色ＬＥＤ２７から離れた状態で配設されている（図２、図６、及び図７参照。図４及び図５では図示略）。この正レンズ２９は、導光ファイバ１７のＮＡ（開口数）を考慮して、白色ＬＥＤ２７からの光の殆ど全てを導光ファイバ１７が取り込むことができる集光作用を有するものである。具体的には、以下の条件式（１）乃至（３）を満たしている。
（１）ｒ１≧ｂ・ｔａｎθ１
（２）（ａ−ｃ）ｔａｎθ２＝ｒ２
（３）θ３≧θ２
ただし、
ａ：正レンズの像点側距離、
ｂ：正レンズの発光点側距離、
ｃ：正レンズの主平面から導光ファイバの入射端面までの距離、
ｒ１：正レンズの主平面の半径、
ｒ２：導光ファイバの入射端面の半径、
θ１：白色ＬＥＤの放射角度、
θ２：正レンズから出た光束が導光ファイバの入射端面に入射するときの入射角度、
θ３：導光ファイバが導光可能な入射角の限界角度、
である。
【００２２】
図９、図１０に示すように、これらの式（１）乃至（３）には、それぞれ次のような意味がある。
式（１）：この条件式を満たすと、白色ＬＥＤ２７から放射された光を全て正レンズ２９に取り込める。
式（２）：正レンズ２９から出た光束が導光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射するときの入射角度θ２は、白色ＬＥＤ２７の放射角度θ１と正レンズ２９の焦点距離ｆと発光点側距離ｂとよって決まるものであり、白色ＬＥＤ２７の放射角度θ１は白色ＬＥＤ２７固有のものである。そして、正レンズの像点側距離ａと、正レンズの主平面から導光ファイバの入射端面までの距離ｃと、入射角度θ２が決まれば、正レンズ２９から出射された光束が導光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射するときの半径（ａ−ｃ）ｔａｎθ２が決まるので、ｃの長さを調整することにより、この半径を導光ファイバ１７の入射端面１７ａの半径ｒ２に等しくすることが可能である。このようにすれば、導光ファイバ１７による光の取り込み効率が良くなる。
なお、式（２）で用いる正レンズ２９の像点側距離ａは、正レンズ２９を薄肉レンズとして簡略化すると、
式（４）−１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ
によって求めることができる。即ち、正レンズ２９の焦点距離ｆは正レンズ２９に固有のものであり、正レンズ２９の発光点側距離ｂを決めると、発光点側距離ｂと焦点距離ｆから、式（４）により正レンズ２９の像点側距離ａが求まる。
さらに、式（３）に示すように、入射角度θ２は、導光ファイバ１７が導光可能な入射角の限界角度θ３以下にする必要があり、このようにすると、導光ファイバ１７内に入れた光を導光ファイバ１７の出射端面に導くことができる。
【００２３】
なお、正レンズ２９を、その有効径が導光ファイバ１７の入射端面１７ａの径と等しく、かつ、その前側焦点位置が白色ＬＥＤ２７の出射位置と一致する、入射した光を平行光束とするコリメータレンズとすれば、正レンズ２９と導光ファイバ１７の間の距離に設計値からの誤差があっても、導光ファイバ１７の入射端面１７ａにおける光束幅は変わらないので有利である。
【００２４】
主光源ランプ１６が点灯中のときは、白色ＬＥＤ２７は消灯しており、ロータリーソレノイドＳは非作動状態にある。このため、回動板２６は図４に示す非作動位置にあり、白色ＬＥＤ２７は導光ファイバ１７の入射端面１７ａと対向する位置から側方にずれた退避位置にある。
【００２５】
主光源ランプ１６が故障により切れると、検出回路がこれを検知し、白色ＬＥＤ２７を発光させるとともに、ロータリーソレノイドＳを作動させる。ロータリーソレノイドＳが作動すると、回動板２６が回転軸２５ａを中心に図４の時計方向に回動し、回動板２６は、図示を省略した中間位置を経由して、図５に示す作動位置に移動する。
【００２６】
回動板２６が作動位置に移動すると、図７に示すように、正レンズ２９と白色ＬＥＤ２７の光軸が、導光ファイバ１７の中心軸と一致する。白色ＬＥＤ２７から出た光は、正レンズ２９を通ることにより角度θ２で収束し、その光束径は入射端面１７ａ位置において、入射端面１７ａの直径２ｒとほぼ等しくなるので、その殆どが導光ファイバ１７の入射端面１７ａに入る。
【００２７】
挿入部１２を体腔内等から完全に引き抜いた後に、プロセッサ１５の電源をＯＦＦにすれば、白色ＬＥＤ２７が自動的に消灯するとともに、ロータリーソレノイドＳが元の位置に復帰し、白色ＬＥＤ２７は退避位置に復帰する。
【００２８】
このように本実施形態によれば、補助光源として白色ＬＥＤ２７を用いることにより、補助光源の寿命が半永久的となるとともに、補助光源の消費電力を最小限に抑えることができる。さらに、白色ＬＥＤ２７はキセノンランプ等より小型なので、補助光源としてキセノンランプ等を用いた場合に比べて、省スペース化を図ることができる。
【００２９】
さらに、白色ＬＥＤ２７と導光ファイバ１７の入射端面１７ａとの間に正レンズ２９を配置し、白色ＬＥＤ２７から出射された光を正レンズ２９に通し、さらに正レンズ２９を透過した光の殆どを入射角度θ２の光束として導光ファイバ１７の入射端面１７ａに入れているので、光の無駄は殆ど無い。このため、キセノンランプ等に比べて輝度の低い白色ＬＥＤ２７を用いても、補助光源として十分な光量を得ることができる。図８は、導光ファイバ１７の出射端面から出た光の照度と、白色ＬＥＤ２７と入射端面１７ａまでの距離との関係を表すグラフであり、このグラフから分かるように、正レンズ２９を設けない場合に比べて、照度は大幅に高くなる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、寿命が半永久的で、補助光源の消費電力を最小限に抑えることができ、補助光源としての十分な光量を有する内視鏡装置の補助光源装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体構造を示す外観図である。
【図２】補助光源装置の側面図である。
【図３】回動板を取り外した状態の補助光源装置を主光源ランプ側から見たときの分解斜視図である。
【図４】回動板が非作動位置にある時の補助光源装置を、導光ファイバ側から見た斜視図である。
【図５】回動板が作動位置にある時の補助光源装置を、導光ファイバ側から見た斜視図である。
【図６】白色ＬＥＤと正レンズの斜視図である。
【図７】白色ＬＥＤ発光時における白色ＬＥＤと正レンズと導光ファイバの位置関係を示す側面図である。
【図８】導光ファイバ１７の出射端面から出た光の照度と、白色ＬＥＤと入射端面までの距離との関係を表すグラフである。
【図９】正レンズの像点側距離、発光点側距離、出射角度、主平面の半径及び白色ＬＥＤの放射角度の関係を説明するための概念図である。
【図１０】正レンズから出射した光束が導光ファイバに入射するときの半径と、導光ファイバの入射端面の半径との関係を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０    内視鏡
１１    操作部
１２    挿入部
１２ａ  湾曲部
１３    湾曲操作装置
１４    ユニバーサルチューブ
１４ａ  コネクタ部
１４ｂ  光源差込用端部
１５    プロセッサ
１６    主光源ランプ（主光源）
１７    導光ファイバ
１７ａ  入射端面
１８    補助光源装置
１９    取付板
２０    水平片
２１    垂下片
２２    回動部材
２３    円形部
２３ａ  出力軸
２４    出力部
２５    取付片
２５ａ  回転軸
２６    回動板
２６ａ  回転中心穴
２６ｂ  長穴
２７    白色ＬＥＤ
２８    レンズ保持部材
２９    正レンズ
Ｓ      ロータリーソレノイド
【図１】
2004167126.tif 000003
【図２】
2004167126.tif 000004
【図３】
2004167126.tif 000005
【図４】
2004167126.tif 000006
【図５】
2004167126.tif 000007
【図６】
2004167126.tif 000008
【図７】
2004167126.tif 000009
【図８】
2004167126.tif 000010
【図９】
2004167126.tif 000011
【図１０】
2004167126.tif 000012