(57)【要約】【課題】  内視鏡観察において、視認し易い映像を得る。【解決手段】  発光ダイオード５５Ａ〜５５Ｄをスコープ先端部に設ける。このとき、光の広がりが相対的に大きく、比較的遠方まで光が到達する指向特性をもつ発光ダイオード５５Ａ、５５Ｄと、光の広がりが相対的に小さく、光の到達が比較的近距離である指向特性をもつ発光ダイオード５５Ｂ、５５Ｃを、それぞれ対になって互いに対向するようにスコープ先端部の周囲に配置する。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スコープ先端部に配列され、被写体を照明する複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードを点灯制御する発光制御手段とを備え、
前記複数の発光ダイオードが、それぞれ指向特性が異なる発光ダイオードによって構成されることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記複数の発光ダイオードが、指向特性が相対的に広い第１の発光ダイオードと、指向特性が相対的に狭い第２の発光ダイオードによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記第１、第２の発光ダイオードが、樹脂レンズによって覆われる発光ダイオードであり、所定の指向特性となる拡散特性を与える樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記第１、第２の発光ダイオードが、レンズによって覆われる発光ダイオードであり、所定の指向特性となるように、前記第１、第２の発光ダイオードにおけるレンズの焦点距離が定められていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項５】
スコープ先端部に配列され、被写体を照明する複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードの明るさをそれぞれ制御する発光制御手段とを備え、
前記発光制御手段が、前記複数の発光ダイオード間で輝度差を生じさせるように、発光制御することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項６】
前記複数の発光ダイオードが、前記発光制御手段に対し並列的に接続されるとともに、
一方の側の発光ダイオードに対して直列的に接続される可変抵抗器をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。
【請求項７】
前記可変抵抗器の抵抗値を設定するための抵抗値設定手段をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバスコープあるいはビデオスコープを備えた内視鏡装置に関し、特に、光源として発光ダイオードを備えた内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡装置では、胃など体内の器官を観察、処置等するため、光源からの光をスコープ先端部から観察部位へ向けて照射する。そして、反射光によって被写体像が撮像素子あるいはイメージファイバ端面に形成され、その結果オペレータは被写体像をモニタ上、あるいは接眼レンズで観察することができる。
【０００３】
光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプだけでなく、発光ダイオードが使用可能であり、スコープ先端部に赤、青、緑色の発光ダイオードを取付けて面順次方式による撮影を実行できる（特許文献１参照）。また、白色光を放射する発光ダイオードをスコープ先端部に取付けることによって単板同時式による撮影が可能である。
【特許文献１】特許第３３１５８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発光ダイオードによって観察部位を均一に照射する、すなわち光量分布が均一になる場合、観察画像の立体感が乏しく、患部の状態を把握しにくい。また、気管支や消化管内にスコープを挿入し、管腔方向へスコープ先端部が向いた状態では、観察画像の周囲に映る器官内壁はスコープ先端部までの距離（被写体距離）が短く、観察画像の中央付近に映る管腔中心部はスコープ先端部までの距離が長い。そのため、光を均一に照射させた場合、観察画像周囲にハレーションが発生する一方、中心付近の注目部位が観察しにくい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内視鏡装置は、ファイバスコープあるいはビデオスコープを使用する内視鏡装置であり、スコープ先端部に配列され、被写体を照明する複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードを点灯制御する発光制御手段とを備える。そして、複数の発光ダイオードが、それぞれ指向特性が異なる発光ダイオードによって構成される。すなわち、発光ダイオードの光の放射範囲（配光角度の範囲）が異なる発光ダイオードを組み合わせて光源が構成される。指向特性の異なる発光ダイオードの数は任意に構成すればよい。
【０００６】
指向特性が異なる発光ダイオードから光を放射することにより、光量分布が不均一となり、全体的な光量減少を抑えながら観察部位が立体的映像として表示される。特に、指向特性が相対的に広い第１の発光ダイオードと、指向特性が相対的に狭い第２の発光ダイオードによって構成した場合、器官の中央部分に対して遠くまで光を照射することができる。
【０００７】
指向特性を変える構成は様々であるが、例えば、第１、第２の発光ダイオードが樹脂レンズによって覆われる砲弾型等の発光ダイオードである場合、充填樹脂材の拡散特性を変えればよい。また、発光ダイオードを覆うレンズの焦点距離を変えればよい。
【０００８】
本発明の他の特徴である内視鏡装置は、スコープ先端部に配列され、被写体を照明する複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードの明るさをそれぞれ制御する発光制御手段とを備え、発光制御手段は、複数の発光ダイオード間で輝度差を生じさせるように、発光制御する。発光ダイオードの数は任意に構成すればよい。
【０００９】
発光ダイオード間において発光強度の違い、すなわち明るさの違いが生じることにより、観察部位に陰影が生じやすくなり、観察部位が立体的に視認される。
【００１０】
発光ダイオード間で明るさを変える構成は様々であるが、複数の発光ダイオードを発光制御手段に対し並列的に接続させるのがよい。そして、並列接続のうち一方の発光ダイオードに対して直列的に接続される可変抵抗器を設け、可変抵抗器の値によって発光ダイオード間で輝度差を生じさせればよい。例えば、可変抵抗器を観察状況に合わせて変えることができるようにするため、可変抵抗器の抵抗値を設定するための抵抗値設定手段を設けるのがよい。
【００１１】
救急救命において気管を確保する作業では、観察画像の中央付近に見える気管支分岐の画像を見て瞬時に挿入方向を判断し、スコープ先端部を操作する必要がある。このようなスコープ使用の場合、手術等に求められる精度のよい高画質の画像よりも、観察画像によって病変部あるいはスコープ先端部の現在位置、挿入先が認識し易い映像であることが要求される。本発明の内視鏡装置は、赤味を帯びた観察部分が視認されやすいように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内視鏡観察において、視認し易い観察画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態である内視鏡装置について説明する。
【００１４】
図１は、第１の実施形態である内視鏡装置のブロック図である。
【００１５】
内視鏡装置を構成するファイバスコープ１０は、イメージファイバ１２を備え、スコープ先端部１０Ａには１対の発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂが設けられている。発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂは、樹脂レンズによって覆われた発光ダイオードであり、点灯駆動部１６によって発光する。電池１４から点灯駆動部１６へ電源が供給されると、点灯駆動部１６は発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂを点灯制御する。発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂが点灯すると、発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂから放射された光は、それぞれ配光レンズ２０Ａ、２０Ｂを通ってスコープ先端部１０Ａから射出する。その結果、被写体である観察部位Ｓに光が照射する。
【００１６】
イメージファイバ１２の先端部１２Ａには、対物レンズ１８が設けられており、観察部位Ｓで反射した光が対物レンズ１８を通ることにより、被写体像が先端部１２Ａに形成される。被写体像はイメージファイバ１２によってファイバスコープ１０の先端部１０Ａとは反対側へ光学的に伝達され、これにより、オペレータは接眼レンズ２２を介して観察画像を視認する。抵抗値設定ボタン１７は、後述する可変抵抗器の抵抗値を変えるための操作部材であり、オペレータの操作に従って抵抗値が定められる。
【００１７】
図２は、点灯駆動部１６の回路図である。
【００１８】
点灯駆動部１６は、電源コントローラ３２を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）として作動する。電池１４によって入力された電圧は昇圧され、インダクタ３６、ダイオード３４を介して発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂ側へ出力される。
【００１９】
発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂは、点灯駆動部１６に対して並列的に接続されており、出力点Ｂから電流ｉ1、ｉ2がそれぞれ発光ダイオード１５Ａ、発光ダイオード１５Ｂへ流れる。発光ダイオード１５Ａには抵抗値Ｒｒｅｆをもつ抵抗３９が接続されている。抵抗３９の両端の電圧を、電源コントローラ３２がモニタリングされてＬＥＤの電流が安定するように制御される。例えば「東光ＴＫ１１８４０Ｌ」等がある。発光ダイオード１５Ｂ側には抵抗値ＲＡを変更可能な可変抵抗器３８が接続されている。発光ダイオード１５Ａと抵抗３９との接続点３７から電源コントローラ３２側へ回路が分岐する。
【００２０】
出力電圧をコントロールするための基準電圧をＶｒｅｆ、発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂの順方向電圧をＶＦ1、ＶＦ2、可変抵抗器３８の両端電圧をＶＲＡとした場合、以下の式が満たされる。
Ｖｏｕｔ＝ＶＲＡ＋ＶＦ2＝Ｖｒｅｆ＋ＶＦ1                      （１）
したがって、ｉ1，ｉ2は以下の関係式を満たす。
Ｖｏｕｔ＝ｉ2×ＲＡ＋ＶＦ2
＝ｉ1×Ｒｒｅｆ＋ＶＦ1                                （２）
【００２１】
ＶＦ1、ＶＦ2が一定であることから、可変抵抗器３８の抵抗値ＲＡを変えるにより、発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂに流れる電流が変化し、一方の発光ダイオードに多く電流が流れ、他方の発光ダイオードに対しては電流量が少なくなる。その結果、発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂの一方の輝度、すなわち発光強度が大きくなる一方、他方の発光ダイオードの輝度が小さくなる。抵抗値設定ボタン１７に対する操作により、抵抗値が所定値に設定される。
【００２２】
図３は、発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂの輝度分布の１例を示した図である。
【００２３】
図３には、発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂの各輝度レベルに合わせて各ダイオードの輝度分布が表されており、スコープ先端部１０Ａからの距離に応じた分布を示す。ここでは、発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂの中心位置（発光点）Ｐ１、Ｐ２が距離間隔Ｌで維持されている。
【００２４】
発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂの発光強度が等しい場合、発光ダイオード１５Ｂの輝度分布は図３（ａ）の発光ダイオード１５Ａの輝度分布曲線に等しくなり、２つの発光ダイオード１５Ａ、１５Ｂをあわせた全体的な輝度分布も対称的で均一になる。ただし、図３の輝度分布曲線は、段階的に輝度レベルを等高線で表しており、また、観察に必要な最適度レベルをレベル１として表している。
【００２５】
一方、抵抗値ＲＡを小さくして電流ｉ1を小さくした場合、発光ダイオード１５Ｂの輝度分布は図３（ｂ）の曲線で表される。この場合、全体的な輝度分布は非対称的  で不均一になる。その結果、例えば凸状の観察部位を真上から光で照射した場合、照明光の光量分布の不均等によって一方の側に影が生じ、立体的に観察部位を視認することができる。
【００２６】
気管支、下部消化管を観察する場合、スコープ先端部が器官中心方向を向くため、観察画像周辺に映し出される器官内壁はスコープ先端部までの距離が近く、画像中心付近に映し出される管腔部分はスコープ先端までの距離が遠い。この場合、全体的に均一に輝度が低下することなく周辺部のハレーションを抑える一方、発光強度の大きくなった発光ダイオードにより、被写体距離の遠い部分まで光が到達するようになる。
【００２７】
次に、図４〜図７を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、指向特性の異なる発光ダイオードが配置される。
【００２８】
図４は、第２の実施形態である内視鏡装置のブロック図である。図５は、スコープ先端部の正面図である。
【００２９】
内視鏡装置は、ビデオスコープ５０とプロセッサ６０とを備えた電子内視鏡装置であり、モニタ７０がプロセッサ６０に接続されている。ビデオスコープ５０の先端部５０Ａには、４つの発光ダイオード５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄが設けられており、プロセッサ６０内の点灯駆動部６４によって発光制御されている。システムコントロール回路６８は、信号処理回路６２、点灯駆動部６４などの回路へ制御信号を出力し、電源回路６６は各回路へ電源供給を行う。
【００３０】
発光ダイオード５５Ａ〜５５Ｄは、樹脂レンズによって覆われており、白色光を放射するＬＥＤ素子に対して透明樹脂が充填されている。透明樹脂は拡散材料により成形され、樹脂レンズは所定の焦点距離をもつ集光レンズとして機能する。
【００３１】
図５に示すように、発光ダイオード５５Ａ〜５５Ｄは、スコープ先端部５０において対称性をもつように配列されており、中心付近に設けられた対物レンズ５４の周囲に等間隔で配置される。発光ダイオード５５Ａと発光ダイオード５５Ｄ、および発光ダイオード５５Ｂと発光ダイオード５５Ｃは、後述するように、それぞれ同一の指向特性、すなわち光の出射範囲がそれぞれ同じダイオードで構成されており、互いに対向するように配列される。
【００３２】
発光ダイオード５５Ａ〜５５Ｄから放射される白色光が配光レンズ（図示せず）を介して観察部位に照射すると、反射光が対物レンズ５４を通ることによって被写体像が図４に示す撮像素子５２に形成される。被写体像に応じた画像信号が撮像素子５２から読み出されてプロセッサ６０の信号処理回路６２へ送られると、画像信号に対して様々な処理が施され、映像信号が生成される。映像信号はモニタ７０へ出力され、被写体像がモニタ７０に表示される。
【００３３】
図６は、発光ダイオード５５Ａ〜５５Ｄの指向特性をスコープ先端部の側面側から示した図である。図７は、発光ダイオード５５Ａ〜５５Ｄの指向特性をスコープ正面側から示した図である。
【００３４】
図６、図７に示すように、発光ダイオード５５Ａ、５５Ｄの指向特性（配光角度の範囲）は、光の広がりが大きい一方、比較的近距離までしか実質的に光が到達しない特性になっている。発光ダイオード５５Ａ、５５Ｄの指向特性は、曲線ＬＡ、ＬＤによって表されており、充填樹脂の拡散特性に従う。
【００３５】
一方、発光ダイオード５５Ｂ、５５Ｃの指向特性は、光の広がりが狭い一方、比較的遠距離まで光が到達する特性になっている。発光ダイオード５５Ａ、５５Ｄの指向特性は、曲線ＬＢ、ＬＣで表されており、充填樹脂の拡散特性に従う。
【００３６】
このように第２の実施形態によれば、発光ダイオード５５Ａ〜５５Ｄが図６、図７に示す指向特性をもつため、管腔部分に沿って光が進行することにより、挿入方向に沿って遠い場所まで観察することができ、また、スコープ先端部から近距離にある部分には全体的に光を照射するため、観察画像の周辺部は適切な明るさで再現される。一方、第１の実施形態で示したように、観察部位が凸状の場合、不均一に光が照射されるため、観察部位が立体的に観察される。
【００３７】
なお、発光ダイオードを覆うレンズの焦点距離を変えることにより、指向特性を変えてもよい。また、発光ダイオードの配列数は任意であり、砲弾型以外のタイプの発光ダイオードで構成してもよい。第２の実施形態における発光ダイオードの構成を第１の実施形態で示したファイバスコープに適用してもよく、逆に第１の実施形態で示した発光ダイオードおよび発光制御の構成を第２の実施形態に適用してもよい。なお、立体的に照明するには、照明する個々の輝度レヘ゛ルの比率は、おおよそ１：２にするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態である内視鏡装置のブロック図である。
【図２】点灯駆動部の回路図である。
【図３】発光ダイオードの輝度分布を示した図である。
【図４】第２の実施形態である内視鏡装置のブロック図である。
【図５】スコープ先端部の正面図である。
【図６】発光ダイオードの指向特性をスコープ先端部の側面側から示した図である。
【図７】発光ダイオード５５の指向特性をスコープ正面側から示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ファイバスコープ
１５Ａ、１５Ｂ  発光ダイオード
１６  点灯駆動部（発光制御手段）
１７  抵抗値設定ボタン
３８  可変抵抗器
５０  ビデオスコープ
５５Ａ〜５５Ｄ  発光ダイオード
６０  プロセッサ
【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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