光源装置および内視鏡システム
【課題】高輝度の照明光を得るとともに、照明効率および時間的効率を向上することができる光源装置を提供する。
【解決手段】照明光を射出する光源１，２，３と、光源１，２，３からの照明光を反射する揺動可能なティルトミラーが複数配列されたティルトミラーアレイ５，６と、光源１，２，３を断続的に順次切り換えて発光させるとともに、光源１，２，３の切り替えと同期してティルトミラーアレイ５，６を制御して、各光源からの照明光をライトガイド１０６に導くように各ティルトミラーの角度を変化させる制御部とを備える光源ユニット１０１を採用する。
【解決手段】照明光を射出する光源１，２，３と、光源１，２，３からの照明光を反射する揺動可能なティルトミラーが複数配列されたティルトミラーアレイ５，６と、光源１，２，３を断続的に順次切り換えて発光させるとともに、光源１，２，３の切り替えと同期してティルトミラーアレイ５，６を制御して、各光源からの照明光をライトガイド１０６に導くように各ティルトミラーの角度を変化させる制御部とを備える光源ユニット１０１を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびこれを備える内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに異なる波長を有する３つの光源グループを順次パルス発光させ、各光源グループの点灯タイミングに合わせて揺動ミラーや回転プリズムを駆動して、各光源グループからの照明光を同一光路に導光する光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８７３８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている光源装置では、図１１に示すように、光源５１からの照明光を単一の揺動ミラー５２により反射させて光路を折り曲げている。この際、単一の揺動ミラー５２では、光路の切り替えに多くの時間を要し、高速の動作が困難であるため動作における時間的効率が悪い。また、このため、揺動ミラー５２の角度を目的の角度に変更する途中で揺動ミラー５２に光源５１からの照明光が照射され、反射されてしまうと、照明光の反射時の角度と目的の角度の間にずれが生じてしまう。この際、図１２に示すように、反射光の出射角度の変動量は、揺動ミラー５２の角度の変動量の２倍になる。そのため、揺動ミラー５２の角度の目的とする角度からのずれが比較的小さい場合でも、反射光の反射方向と目的の反射光の反射方向との間には大きなずれが生じてしまう。そのため、反射光が到達する位置は目的とする照明領域（照明レンズ５３）から容易に外れてしまい、照明効率が悪化するとともに、照明レンズ５３から射出される照明光の光量変動が大きい。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、高輝度の照明光を得るとともに、照明効率および時間的効率を向上することができる光源装置およびこれを備える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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様は、照明光を射出する複数の光源と、該複数の光源からの照明光を反射する揺動可能な微小素子が複数配列された微小素子アレイと、前記複数の光源を断続的に順次切り換えて発光させるとともに、前記複数の光源の切り替えと同期して前記微小素子アレイを制御して、各前記光源からの照明光を共通光路に導くように各前記微小素子の角度を変化させる制御部とを備える光源装置である。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、微小素子アレイの個々の揺動可能な微小素子は特許文献１の揺動ミラーよりも遥かに軽量であるため、高速に角度を変化させることができ、高い時間的効率を得ることができる。このため、揺動可能な微小素子のとる角度が、大きく異なる２つの角度のみから択一的に選択される構成も可能となる。
【０００８】
また、各微小素子の角度を切り替える時間を短くすることができるため、揺動可能な微小素子の照明光の反射時の角度と目的の角度の間、引いては、反射光の反射方向と目的の反射光の反射方向との間のずれを極めて小さくすることができる。従って、共通光路に導かれる時分割合成光の光量変動を小さくすることができ、光源装置の照明効率を向上することができる。
【０００９】
上記態様において、ｎ個の前記光源と、ｎ−１個の前記微小素子アレイとを備えることとしてもよい。ここで、ｎは２以上の整数である。
このような構成を有することで、ｎ−１個の微小素子アレイの各微小素子の角度を高速で変化させることができる。これにより、高い時間的効率が得られると共に、共通光路に導かれる時分割合成光の光量変動を小さくすることができ、光源装置の照明効率を向上することができる。
【００１０】
上記態様において、各前記光源が、前記共通光路の入射端までの光路長が等しくなるように配置されていることとしてもよい。
各光源から共通光路の入射端までの光路長を等しくすることで、共通光路上に配置される光学系（例えば被写体に照明光を照射するレンズ）への照明光の入射条件を等しくすることができ、該光学系の設計を容易に行うことができる。
【００１１】
上記態様において、前記微小素子アレイの入射側または出射側の少なくとも一方に配置され、照明光の光軸に直交する方向に光束形状を伸縮するビーム形状変更手段を備えることとしてもよい。
例えば三角プリズム等のビーム形状変更手段を微小素子アレイの出射側に配置することで、微小素子アレイに斜めに投影することにより光軸に直交する方向に引き伸ばされた照明光の光束形状（すなわち楕円形となった光束形状）を、元の形状（円形の光束形状）に補正することができる。
【００１２】
また、例えば三角プリズム等のビーム形状変更手段を微小素子アレイの入射側に配置することで、微小素子アレイによって光束形状が引き伸ばされる前に、光束形状を事前に光軸に直交する方向に縮めておくことができ、微小素子アレイの出射側において、ビーム形状を元の形状（円形の光束形状）にすることができる。
上記のようにすることで、共通光路の入射端面に入射する照明光の光量を増加させることができ、照明光の利用効率を向上することができる。
【００１３】
上記態様において、複数の前記微小素子アレイを備え、前記光源の射出光軸と該射出光軸上に配置された一方の微小素子アレイの反射光軸とを含む面と、前記一方の微小素子アレイの反射光軸と該反射光軸上に配置された他方の微小素子アレイの反射光軸とを含む面とが、交差するように、各前記光源および各前記微小素子アレイが配置されていることとしてもよい。
【００１４】
このような構成を有することで、多段階の合成を行う場合において、合成前後の光路の交差領域を減らす事ができ、レイアウトの自由度が高めることができる。また、各光源の光路長を揃えやすいため、後段に配置される光学系への各光源からの照明光の入射条件を等しくすることができ、該光学系の設計を容易に行うことができる。
【００１５】
上記態様において、複数の前記微小素子アレイを備え、全ての前記微小素子アレイの反射光軸が同一平面上に配置されていることとしてもよい。
このような構成を有することで、全ての光源を同一面内に配置でき、光源装置全体の小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、上記の光源装置と、体腔内に挿入され、前記光源装置からの照明光を体腔内に導くとともに、体腔内の画像を取得する挿入部とを備える内視鏡システムである。
このような内視鏡システムによれば、前述の光源装置を備えているため、複数の光源から射出された高輝度の照明光を時分割合成して、挿入部を介して体腔内に射出することができ、体腔内の観察を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高輝度の照明光を得るとともに、照明効率および時間的効率を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の各実施形態に係る内視鏡システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図３】図２の照明レンズ側から見た光源ユニットの上視図である。
【図４】図２の光源ユニットの各光源の点灯および各ティルトミラーアレイの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図６】図５の変形例に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図７】図５の光源ユニットにおけるティルトミラーアレイへの入射光束および反射光束を示す斜視図である。
【図８】図５の光源ユニットにおけるティルトミラーアレイへの入射光束および反射光束を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図１０】図９の光源ユニットを矢印Ｘ方向から見た側面図である。
【図１１】従来の光源ユニットの概略構成図である。
【図１２】図１１の光源ユニットにおいて揺動ミラーの角度を変化させた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る光源装置および内視鏡システムについて図面を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示すように、体腔内の内視鏡観察を行うための内視鏡システムであり、照明光を射出する光源ユニット（光源装置）１０１と、体腔内に挿入される挿入部１０２と、挿入部１０２の基端側に設けられ、挿入部１０２を操作する操作部１０３と、挿入部１０２からの信号に基づいて画像を生成し、生成した画像を表示する内視鏡の画像表示ユニット１０４とを備えている。
【００２０】
光源ユニット１０１と操作部１０３（挿入部１０２）とは、光源ユニット１０１からの照明光を導くライトガイド（共通光路）１０６により接続されている。
また、操作部１０３（挿入部１０２）と画像表示ユニット１０４とは、挿入部１０２からの撮像信号を送る撮像信号線１０５により接続されている。
【００２１】
挿入部１０２は、可撓性を有する細長い形状で構成されており、操作部１０３をユーザが操作することによって３次元的に湾曲するようになっている。
挿入部１０２は、挿入部１０２の内部に長手方向に挿通された例えば光ファイバ等の導光部（図示略）と、挿入部１０２の先端部に前記導光部と光学的に接続された照明レンズ（図示略）とを備えている。このような構成を有することで、挿入部１０２は、ライトガイド１０６により導かれた光源ユニット１０１からの照明光を、挿入部１０２の先端部に設けられた照明レンズから体腔内の観察領域Ａに照射するようになっている。
【００２２】
また、挿入部１０２は、挿入部１０２の先端部に設けられた例えばＣＣＤ等の撮像素子（図示略）と、該撮像素子に接続され、挿入部１０２の内部に長手方向に挿通された撮像信号線（図示略）とを備えている。このような構成を有することで、体腔内の観察領域Ａからの反射光を撮像素子により検出することで、観察領域Ａを撮像し、撮像信号として撮像信号線を介して操作部１０３（画像表示ユニット１０４）に送るようになっている。
【００２３】
操作部１０３は、ユーザにより例えば操作ノブ１０７が操作されることによって、挿入部１０２内に挿通された湾曲操作ワイヤ（図示略）を長手方向に引っ張るように動作させ、操作部１０３を３次元方向に湾曲動作させるようになっている。なお、操作部１０３には、操作ノブ１０７の他、撮像動作等を指示する各種スイッチ（図示略）が設けられている。
【００２４】
画像表示ユニット１０４は、挿入部１０２の撮像素子からの撮像信号に基づいて、体腔内の観察領域Ａの画像を生成し、生成した観察領域Ａの画像を表示するようになっている。また、画像表示ユニット１０４は、生成した観察領域Ａの画像の明るさに基づいて光源ユニット１０１から射出する照明光の光量を調節するための制御信号を、光源ユニット１０１に出力するようになっている。
【００２５】
光源ユニット１０１は、図２に示すように、照明光を射出する光源１，２，３と、光源１，２，３の射出光軸上にそれぞれ配置された光源レンズ４と、光源１と光源２の射出光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（微小素子アレイ）５と、光源３の射出光軸上に配置されたミラー７と、ティルトミラーアレイ５とミラー７の反射光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（微小素子アレイ）６と、ティルトミラーアレイ６の反射光軸上に配置された照明レンズ８と、これらを制御する制御部（図示略）とを備えている。
なお、図２は、光源１からの照明光がライトガイド１０６に導かれる状態を示している。
【００２６】
光源１，２，３は、同一平面上に光軸を向けて配置されており、制御部からの制御信号に基づいて、略同一のスペクトルを有する照明光をそれぞれ射出するようになっている。照明光のスペクトルが略同一であるとは、例えばＬ＊ａ＊ｂ＊表色系の色差で３以内であることであることが好ましい。また、光源１，２，３は、例えば点灯／消灯の応答時間の短いＬＤやＬＥＤのような固体発光素子が好ましい。
【００２７】
光源レンズ４は、光源１，２，３の射出方向近傍にそれぞれ配置されており、光源１，２，３からの照明光を略平行光にしてそれぞれ射出するようになっている。
【００２８】
ティルトミラーアレイ５，６は、図３に示すように、光源１，２，３からの照明光を反射する揺動可能なティルトミラー（微小素子）が２次元的に複数配列されている。ティルトミラーアレイ５，６は、具体的には、例えばＴＩ社のＤＭＤ（デジタルミラーデバイス：登録商標）のような半導体プロセスによって作られた物が挙げられる。ティルトミラーアレイ５，６の各ティルトミラーは、そのサイズが数μから数十μ角の微小なミラーであり、２つの偏向位置（角度）間を移行するときの応答速度が数μ秒程度と早いのが特徴である。ティルトミラーアレイ５，６は、制御部からの制御信号に基づいて各ティルトミラーの角度を制御するようになっている。
【００２９】
上記構成を有することで、ティルトミラーアレイ５は、光源１からの照明光と光源２からの照明光とを切り替えて、ティルトミラーアレイ６に向けて反射するようになっている。また、ティルトミラーアレイ６は、ティルトミラーアレイ５からの照明光とミラー７で反射された光源３からの照明光とを切り替えて、ライトガイド１０６に向けて反射するようになっている。
【００３０】
光源１，２，３およびティルトミラーアレイ５，６は、図３に示すように、同一平面上に配置されている。また、ティルトミラーアレイ５，６の各ティルトミラーの偏向軸は、光源１，２，３が配置された同一平面に直交するように配置されている。
【００３１】
より具体的には、ティルトミラーアレイ５，６は、図３に示すように、矩形状に構成されており、各ティルトミラーの偏向軸がティルトミラーアレイ５，６の外形に対して４５°傾くように配置されている。また、ティルトミラーアレイ５，６の外形を光源ユニット１０１の水平面に対して４５°傾けて配置することで、各ティルトミラーの偏向軸が光源ユニット１０１の水平面に対して９０°になる。このようにすることで、光源１，２，３の射出光軸を含む面が光源ユニット１０１の水平面に対して平行になり、光源ユニット１０１の高さを薄く構成することができる。逆にティルトミラーの偏向軸を水平にすれば、光源１，２，３の射出光軸を含む面が光源ユニット１０１の水平面に対して０°になり、光源ユニット１０１の水平投影面積を狭く構成することができる。
【００３２】
なお、ティルトミラーアレイ５，６は、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）に限定されるものではなく、各ティルトミラーの偏向軸がティルトミラーアレイ５，６に外形に対して０°ないしは９０°のものを用いれば、ティルトミラーアレイ５，６の外形を４５°傾ける必要は無い。
【００３３】
ミラー７は、光源３からの照明光をティルトミラーアレイ６に向けて反射するようになっている。ミラー７は、光源３の光路長を調節するためのものであり、光源ユニット１０１全体の大きさをコンパクトにするために、光路を折り曲げるように配置されている。
照明レンズ８は、ティルトミラーアレイ６により反射された照明光をライトガイド１０６の入射端面に集光するようになっている。
【００３４】
光源１，２，３は、照明レンズ８までの光路長が等しくなるように配置されている。このように各光源からの光路長を等しくすることで、各光源の光が入射する照明レンズ８と、各光源の射出光軸上に配置される光源レンズ４との位置関係を共通にすることができ、各光源がライトガイド１０６に入射する照明光の状態を揃えることができる。
【００３５】
制御部６は、光源１，２，３の発光制御を行うとともに、該発光制御と同期してティルトミラーアレイ５，６の動作を制御するようになっている。具体的には、制御部６は、光源１，２，３を断続的に順次切り換えて発光させるとともに、光源１，２，３の切り替えと同期してティルトミラーアレイ５，６を制御して、各光源からの照明光をライトガイド１０６に導くように各ティルトミラーの角度を変化させるようになっている。
【００３６】
すなわち、光源１が発光した場合には、ティルトミラーアレイ５は、光源１からの照明光をティルトミラーアレイ６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。また、この場合には、ティルトミラーアレイ６は、ティルトミラーアレイ５からの照明光をライトガイド１０６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。
【００３７】
また、光源２が発光した場合には、ティルトミラーアレイ５は、光源２からの照明光をティルトミラーアレイ６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。また、この場合には、ティルトミラーアレイ６は、光源１が発光した場合と同様に、ティルトミラーアレイ５からの照明光をライトガイド１０６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。
【００３８】
また、光源３が発光した場合には、ティルトミラーアレイ６は、ミラー７で反射された光源３からの照明光をライトガイド１０６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。
なお、上記の光源１，２，３およびティルトミラーアレイ５，６の具体的な動作のタイミングについては後述する。
【００３９】
各光源の点灯時間のデューティーは１／３である。また、各光源に点灯時に投入される電力は、定格電力の１倍以上３倍以下としている。このため、各光源の点灯時の照明光量は、定格電力でＤＣ発光させた場合よりも高いものが得られる。また、平均的に見れば、各光源に点灯時に投入される電力は定格電力以下となり、各光源を安全に使用することができる。なお、このときのパルス発光の時間は１０ミリ秒以下が望ましい。
【００４０】
上記構成を有する光源ユニット１０１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る光源ユニット１０１から照明光を射出する場合には、制御部により光源１，２，３が制御され、これら光源が断続的に順次切り換えて発光させられる。また、制御部により、上記の光源１，２，３の点灯切り替えと同期してティルトミラーアレイ５，６が制御され、各ティルトミラーの角度を変化させられる。
【００４１】
具体的には、図４に示すように、光源１が点灯するときは、ティルトミラーアレイ５の各ティルトミラーが、光源１からの照明光をティルトミラーアレイ５に向けて反射する偏向位置１となるように駆動される。同時に、ティルトミラーアレイ６の各ティルトミラーは、ティルトミラーアレイ５によって偏向された光源１からの照明光を照明レンズ８に向けて反射する偏向位置３となるように駆動される。照明レンズ８に導かれた照明光は、照明レンズ８によりライトガイド１０６の入射端面に集光される。なお、このとき、光源２および光源３は消灯している。
【００４２】
また、光源２が点灯するときは、ティルトミラーアレイ５およびティルトミラーアレイ６の各ティルトミラーが、偏向位置２および偏向位置３となるようにそれぞれ駆動される。これにより、光源２からの照明光は、照明レンズ８に向けて反射され、照明レンズ８によりライトガイド１０６の入射端面に集光される。なお、このとき、光源１および光源３は消灯している。
【００４３】
また、光源３が点灯するときには、光源３からの照明光は、ミラー７によりティルトミラーアレイ６に向けて反射される。ティルトミラーアレイ６の各ティルトミラーは、ミラー７により反射された光源３からの照明光を、照明レンズ８に向けて反射する偏向位置４となるように駆動される。これにより、光源３からの照明光は、照明レンズ８に向けて反射され、照明レンズ８によりライトガイド１０６の入射端面に集光される。なお、このとき、光源１および光源２は消灯している。
【００４４】
なお、ティルトミラーアレイ５の各ティルトミラーが偏向位置２から偏向位置１に移行するタイミングは、光源３が点灯している期間であれば、いつでも構わない。すなわち、ティルトミラーアレイ５の各ティルトミラーは、光源１が点灯するタイミングまでに偏向位置１にあればよい。
【００４５】
以上のように、本実施形態に係る光源ユニット１０１によれば、制御部により光源１，２，３が制御され、これら光源が断続的に順次切り換えて発光させられる。また、制御部により、上記の光源１，２，３の切り替えと同期してティルトミラーアレイ５，６が制御され、各ティルトミラーの角度を変化させられる。このようにすることで、光源１，２，３から射出されたパルス状の高輝度の照明光が、ティルトミラーアレイ６の各ティルトミラーにより反射され、それぞれライトガイド１０６に導かれる。これにより、光源１，２，３から射出された高輝度の照明光を時分割合成して、ライトガイド１０６から射出することが可能となる。
【００４６】
また、ティルトミラーアレイ５，６が、各ティルトミラーの角度を高速で変化することができるため、各ティルトミラーの角度を切り替える時間を短くすることができる。これにより、ライトガイド１０６に導かれる時分割合成光の光量変動を小さくすることができ、光源ユニット１０１の照明効率を向上することができる。また、各ティルトミラーの角度を切り替える時間を短くすることができるため、揺動可能な微小素子のとる角度が、大きく異なる２つの角度のみから択一的に選択される構成も可能となる。
【００４７】
また、このような内視鏡システム１００によれば、上記の光源ユニット１０１を備えているため、光源１，２，３から射出された高輝度の照明光を時分割合成して、挿入部１０２を介して体腔内の観察領域Ａに照射することができ、体腔内の観察を容易にすることができる。
【００４８】
なお、本実施形態において、３つの光源と２つのティルトミラーアレイとを備えた例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ｎ個の光源とｎ−１個のティルトミラーアレイとを備えていればよい。ここで、ｎは２以上の整数である。
【００４９】
このような構成を有することで、ｎ−１個のティルトミラーアレイの各ティルトミラーの角度を高速で変化することができるため、各ティルトミラーの角度を切り替える時間を短くすることができる。このため、各ティルトミラーにおける照明光の反射時の角度と目的の角度の間、引いては、反射光の反射方向と目的の反射光の反射方向との間のずれを極めて小さくすることができる。従って、ライトガイド１０６に導かれる時分割合成光の光量変動を小さくすることができるので、光源ユニット１０１の照明効率を向上することができる。
【００５０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る光源ユニット２０１について図面を参照して説明する。本実施形態の説明において、第１の実施形態に係る光源ユニット１０１と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。なお、ここでは、説明を簡略化するために２つの光源を用いた例について説明する。
【００５１】
本実施形態に係る光源ユニット２０１は、図５に示すように、照明光を射出する光源９，１０と、光源９，１０の射出光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（微小素子アレイ）１２と、ティルトミラーアレイ１２の反射光軸上に配置された三角プリズム（ビーム形状変更手段）１１と、三角プリズム１１の屈折方向に配置された照明レンズ８と、これらを制御する制御部（図示略）とを備えている。
【００５２】
上記の光源ユニット２０１において、ティルトミラーアレイ１２により反射／偏向された照明光は、図７および図８に示すように、ティルトミラーアレイ１２表面に斜めに入射する一方、ティルトミラーアレイ１２表面に直交する方向に出射される。したがって、ティルトミラーアレイ１２に入射する照明光の横断面（光軸に直交する断面）が円形の入射光束であっても、ティルトミラーアレイ１２表面には楕円形に投影され、反射光束の横断面形状は楕円となる。
【００５３】
ここで、ライトガイド１０６は、ガラスファイバーを束ねて構成されるものが良く用いられ、入射面の横断面形状が円形のものが一般的である。
このような円形の横断面形状を有するライトガイド１０６の入射面に、楕円の横断面形状を有する照明光が投影されると、照明光の利用効率が低下してしまう。したがって、ライトガイド１０６に入射する際の照明光の投影形状は円形であることが望ましい。
【００５４】
そこで、本実施形態に係る光源ユニット２０１では、図５に示すように、三角プリズム１１をティルトミラーアレイ１２と照明レンズ８との間に配置する。このような構成を有することで、斜めに投影したために偏向軸に直交する方向に引き伸ばされた光束形状を、元の形状に補正する。
【００５５】
具体的には、図５に示すように、断面Ａ，Ｂにおいて円形の入射光束が、ティルトミラーアレイ１２に斜めに反射されることによって断面Ｃにおいて楕円形の反射光束となる。この照明光を三角プリズム１１により屈折することで、断面Ｄにおいて円形の入射光束となるように補正する。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る光源ユニット２０１によれば、三角プリズム１１をティルトミラーアレイ１２の出射側に配置することで、ティルトミラーアレイ１２に斜めに投影することにより光軸に直交する方向に引き伸ばされた照明光の光束形状（すなわち楕円形となった光束形状）を、元の形状（円形の光束形状）に補正することができる。これにより、ライトガイド１０６の入射面に入射する照明光の光量を増加させることができ、照明光の利用効率を向上することができる。
【００５７】
〔変形例〕
本実施形態に係る光源ユニット２０１の変形例として、図６に示すように、三角プリズム１１を、光源９，１０とティルトミラーアレイ１２との間にそれぞれ配置することとしてもよい。このような構成を有することで、ティルトミラーアレイ１２によって光束形状が引き伸ばされる前に、光束形状を事前に光軸に直交する方向に縮めておく。
【００５８】
具体的には、図６に示すように、断面Ａ，Ｂにおいて照明光を三角プリズム１１により屈折することで事前に楕円形の入射光束としておき、断面Ｃにおいてティルトミラーアレイ１２に斜めに反射されることによって円形の反射光束となる。
【００５９】
本変形例に係る光源ユニット２０２によれば、三角プリズム１１をティルトミラーアレイ１２の入射側に配置することで、ティルトミラーアレイ１２によって光束形状が引き伸ばされる前に、光束形状を事前に光軸に直交する方向に縮めておくことができ、ティルトミラーアレイ１２の出射側において、ビーム形状を元の形状（円形の光束形状）にすることができる。これにより、ライトガイド１０６の入射面に入射する照明光の光量を増加させることができ、照明光の利用効率を向上することができる。
【００６０】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る光源ユニット３０１について図面を参照して説明する。本実施形態の説明において、前述の各実施形態に係る光源ユニット１０１，２０１と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
本実施形態に係る光源ユニット１０１は、４つの光源からの照明光を、３つのティルトミラーアレイで２段階に光路を合成して射出するものである。
【００６１】
図９は本実施形態に係る光源ユニット３０１の側面図、図１０は図９の矢印Ｘ方向から見た側面図である。
光源ユニット１０１は、図９および図１０に示すように、照明光を射出する光源１３，１４，１５，１６と、光源１３，１４，１５，１６の射出光軸上にそれぞれ配置された光源レンズ２０，２１，２２，２３と、光源１３と光源１４の射出光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（一方の微小素子アレイ）１８と、光源１５と光源１６の射出光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（一方の微小素子アレイ）１９と、ティルトミラーアレイ１８とティルトミラーアレイ１９の反射光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（他方の微小素子アレイ）１７と、ティルトミラーアレイ１７の反射光軸上に配置された照明レンズ８と、これらを制御する制御部（図示略）とを備えている。
【００６２】
光源１３，１４の射出光軸と該射出光軸上に配置されたティルトミラーアレイ１８の反射光軸とを含む面（図１０における紙面）と、ティルトミラーアレイ１８の反射光軸と該反射光軸上に配置されたティルトミラーアレイ１７の反射光軸とを含む面（図９における紙面）とが、直交するように、各光源および各ティルトミラーアレイは配置されている。
【００６３】
また、光源１５，１６の射出光軸と該射出光軸上に配置されたティルトミラーアレイ１９の反射光軸とを含む面（図１０における紙面）と、ティルトミラーアレイ１９の反射光軸と該反射光軸上に配置されたティルトミラーアレイ１７の反射光軸とを含む面（図９における紙面）とが、直交するように、各光源および各ティルトミラーアレイは配置されている。
【００６４】
上記構成を有する本実施形態に係る光源ユニット３０１において、光源１３，１４からの照明光は、ティルトミラーアレイ１８で光路を合成され、ティルトミラーアレイ１７に向けて反射される。
一方、光源１５，１６からの照明光は、ティルトミラーアレイ１９で光路を合成され、ティルトミラーアレイ１７に向けて反射される。
【００６５】
ティルトミラーアレイ１８により合成された光源１３，１４からの照明光と、ティルトミラーアレイ１９により合成された光源１５，１６からの照明光とは、ティルトミラー１７により合成され、照明レンズ８によりライトガイド８の入射端面に集光される。
【００６６】
上記構成を有する本実施形態に係る光源ユニット３０１によれば、多段階の合成を行う場合において、合成前後の光路の交差領域を減らすことができ、レイアウトの自由度が高めることができる。また、各光源の光路長を揃えやすいため、後段に配置される光学系（照明レンズ８等）への各光源からの照明光の入射条件を等しくすることができ、光学系の設計を容易に行うことができる。
【００６７】
なお、本実施形態において、図９における紙面と図１０における紙面とが直交するように、各光源および各ティルトミラーアレイは配置されていることとして説明したが、本発明はこの配置に限定されるものではなく、これら紙面が交差するように各光源および各ティルトミラーアレイを配置することで、合成前後の光路の交差領域を減らすことができる。
【００６８】
以上、本発明の各実施形態および変形例について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよい。
また、各実施形態において、２から４つの光源を備えた例を説明したが、５つ以上の光源を備えることとしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１，２，３，９，１０，１３，１４，１５，１６ 光源
４，２０，２１，２２，２３ 光源レンズ
５，６，１２ ティルトミラーアレイ（微小素子アレイ）
７ ミラー
８ 照明レンズ
１１ 三角プリズム（ビーム形状変更手段）
１７ ティルトミラーアレイ（他方の微小素子アレイ）
１８，１９ ティルトミラーアレイ（一方の微小素子アレイ）
１００ 内視鏡システム
１０１，２０１，２０２，３０１ 光源ユニット（光源装置）
１０２ 挿入部
１０３ 操作部
１０４ 画像表示ユニット
１０５ 撮像信号線
１０６ ライトガイド（共通光路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびこれを備える内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに異なる波長を有する３つの光源グループを順次パルス発光させ、各光源グループの点灯タイミングに合わせて揺動ミラーや回転プリズムを駆動して、各光源グループからの照明光を同一光路に導光する光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８７３８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている光源装置では、図１１に示すように、光源５１からの照明光を単一の揺動ミラー５２により反射させて光路を折り曲げている。この際、単一の揺動ミラー５２では、光路の切り替えに多くの時間を要し、高速の動作が困難であるため動作における時間的効率が悪い。また、このため、揺動ミラー５２の角度を目的の角度に変更する途中で揺動ミラー５２に光源５１からの照明光が照射され、反射されてしまうと、照明光の反射時の角度と目的の角度の間にずれが生じてしまう。この際、図１２に示すように、反射光の出射角度の変動量は、揺動ミラー５２の角度の変動量の２倍になる。そのため、揺動ミラー５２の角度の目的とする角度からのずれが比較的小さい場合でも、反射光の反射方向と目的の反射光の反射方向との間には大きなずれが生じてしまう。そのため、反射光が到達する位置は目的とする照明領域（照明レンズ５３）から容易に外れてしまい、照明効率が悪化するとともに、照明レンズ５３から射出される照明光の光量変動が大きい。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、高輝度の照明光を得るとともに、照明効率および時間的効率を向上することができる光源装置およびこれを備える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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様は、照明光を射出する複数の光源と、該複数の光源からの照明光を反射する揺動可能な微小素子が複数配列された微小素子アレイと、前記複数の光源を断続的に順次切り換えて発光させるとともに、前記複数の光源の切り替えと同期して前記微小素子アレイを制御して、各前記光源からの照明光を共通光路に導くように各前記微小素子の角度を変化させる制御部とを備える光源装置である。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、微小素子アレイの個々の揺動可能な微小素子は特許文献１の揺動ミラーよりも遥かに軽量であるため、高速に角度を変化させることができ、高い時間的効率を得ることができる。このため、揺動可能な微小素子のとる角度が、大きく異なる２つの角度のみから択一的に選択される構成も可能となる。
【０００８】
また、各微小素子の角度を切り替える時間を短くすることができるため、揺動可能な微小素子の照明光の反射時の角度と目的の角度の間、引いては、反射光の反射方向と目的の反射光の反射方向との間のずれを極めて小さくすることができる。従って、共通光路に導かれる時分割合成光の光量変動を小さくすることができ、光源装置の照明効率を向上することができる。
【０００９】
上記態様において、ｎ個の前記光源と、ｎ−１個の前記微小素子アレイとを備えることとしてもよい。ここで、ｎは２以上の整数である。
このような構成を有することで、ｎ−１個の微小素子アレイの各微小素子の角度を高速で変化させることができる。これにより、高い時間的効率が得られると共に、共通光路に導かれる時分割合成光の光量変動を小さくすることができ、光源装置の照明効率を向上することができる。
【００１０】
上記態様において、各前記光源が、前記共通光路の入射端までの光路長が等しくなるように配置されていることとしてもよい。
各光源から共通光路の入射端までの光路長を等しくすることで、共通光路上に配置される光学系（例えば被写体に照明光を照射するレンズ）への照明光の入射条件を等しくすることができ、該光学系の設計を容易に行うことができる。
【００１１】
上記態様において、前記微小素子アレイの入射側または出射側の少なくとも一方に配置され、照明光の光軸に直交する方向に光束形状を伸縮するビーム形状変更手段を備えることとしてもよい。
例えば三角プリズム等のビーム形状変更手段を微小素子アレイの出射側に配置することで、微小素子アレイに斜めに投影することにより光軸に直交する方向に引き伸ばされた照明光の光束形状（すなわち楕円形となった光束形状）を、元の形状（円形の光束形状）に補正することができる。
【００１２】
また、例えば三角プリズム等のビーム形状変更手段を微小素子アレイの入射側に配置することで、微小素子アレイによって光束形状が引き伸ばされる前に、光束形状を事前に光軸に直交する方向に縮めておくことができ、微小素子アレイの出射側において、ビーム形状を元の形状（円形の光束形状）にすることができる。
上記のようにすることで、共通光路の入射端面に入射する照明光の光量を増加させることができ、照明光の利用効率を向上することができる。
【００１３】
上記態様において、複数の前記微小素子アレイを備え、前記光源の射出光軸と該射出光軸上に配置された一方の微小素子アレイの反射光軸とを含む面と、前記一方の微小素子アレイの反射光軸と該反射光軸上に配置された他方の微小素子アレイの反射光軸とを含む面とが、交差するように、各前記光源および各前記微小素子アレイが配置されていることとしてもよい。
【００１４】
このような構成を有することで、多段階の合成を行う場合において、合成前後の光路の交差領域を減らす事ができ、レイアウトの自由度が高めることができる。また、各光源の光路長を揃えやすいため、後段に配置される光学系への各光源からの照明光の入射条件を等しくすることができ、該光学系の設計を容易に行うことができる。
【００１５】
上記態様において、複数の前記微小素子アレイを備え、全ての前記微小素子アレイの反射光軸が同一平面上に配置されていることとしてもよい。
このような構成を有することで、全ての光源を同一面内に配置でき、光源装置全体の小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、上記の光源装置と、体腔内に挿入され、前記光源装置からの照明光を体腔内に導くとともに、体腔内の画像を取得する挿入部とを備える内視鏡システムである。
このような内視鏡システムによれば、前述の光源装置を備えているため、複数の光源から射出された高輝度の照明光を時分割合成して、挿入部を介して体腔内に射出することができ、体腔内の観察を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高輝度の照明光を得るとともに、照明効率および時間的効率を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の各実施形態に係る内視鏡システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図３】図２の照明レンズ側から見た光源ユニットの上視図である。
【図４】図２の光源ユニットの各光源の点灯および各ティルトミラーアレイの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図６】図５の変形例に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図７】図５の光源ユニットにおけるティルトミラーアレイへの入射光束および反射光束を示す斜視図である。
【図８】図５の光源ユニットにおけるティルトミラーアレイへの入射光束および反射光束を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る光源ユニットの概略構成図である。
【図１０】図９の光源ユニットを矢印Ｘ方向から見た側面図である。
【図１１】従来の光源ユニットの概略構成図である。
【図１２】図１１の光源ユニットにおいて揺動ミラーの角度を変化させた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る光源装置および内視鏡システムについて図面を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示すように、体腔内の内視鏡観察を行うための内視鏡システムであり、照明光を射出する光源ユニット（光源装置）１０１と、体腔内に挿入される挿入部１０２と、挿入部１０２の基端側に設けられ、挿入部１０２を操作する操作部１０３と、挿入部１０２からの信号に基づいて画像を生成し、生成した画像を表示する内視鏡の画像表示ユニット１０４とを備えている。
【００２０】
光源ユニット１０１と操作部１０３（挿入部１０２）とは、光源ユニット１０１からの照明光を導くライトガイド（共通光路）１０６により接続されている。
また、操作部１０３（挿入部１０２）と画像表示ユニット１０４とは、挿入部１０２からの撮像信号を送る撮像信号線１０５により接続されている。
【００２１】
挿入部１０２は、可撓性を有する細長い形状で構成されており、操作部１０３をユーザが操作することによって３次元的に湾曲するようになっている。
挿入部１０２は、挿入部１０２の内部に長手方向に挿通された例えば光ファイバ等の導光部（図示略）と、挿入部１０２の先端部に前記導光部と光学的に接続された照明レンズ（図示略）とを備えている。このような構成を有することで、挿入部１０２は、ライトガイド１０６により導かれた光源ユニット１０１からの照明光を、挿入部１０２の先端部に設けられた照明レンズから体腔内の観察領域Ａに照射するようになっている。
【００２２】
また、挿入部１０２は、挿入部１０２の先端部に設けられた例えばＣＣＤ等の撮像素子（図示略）と、該撮像素子に接続され、挿入部１０２の内部に長手方向に挿通された撮像信号線（図示略）とを備えている。このような構成を有することで、体腔内の観察領域Ａからの反射光を撮像素子により検出することで、観察領域Ａを撮像し、撮像信号として撮像信号線を介して操作部１０３（画像表示ユニット１０４）に送るようになっている。
【００２３】
操作部１０３は、ユーザにより例えば操作ノブ１０７が操作されることによって、挿入部１０２内に挿通された湾曲操作ワイヤ（図示略）を長手方向に引っ張るように動作させ、操作部１０３を３次元方向に湾曲動作させるようになっている。なお、操作部１０３には、操作ノブ１０７の他、撮像動作等を指示する各種スイッチ（図示略）が設けられている。
【００２４】
画像表示ユニット１０４は、挿入部１０２の撮像素子からの撮像信号に基づいて、体腔内の観察領域Ａの画像を生成し、生成した観察領域Ａの画像を表示するようになっている。また、画像表示ユニット１０４は、生成した観察領域Ａの画像の明るさに基づいて光源ユニット１０１から射出する照明光の光量を調節するための制御信号を、光源ユニット１０１に出力するようになっている。
【００２５】
光源ユニット１０１は、図２に示すように、照明光を射出する光源１，２，３と、光源１，２，３の射出光軸上にそれぞれ配置された光源レンズ４と、光源１と光源２の射出光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（微小素子アレイ）５と、光源３の射出光軸上に配置されたミラー７と、ティルトミラーアレイ５とミラー７の反射光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（微小素子アレイ）６と、ティルトミラーアレイ６の反射光軸上に配置された照明レンズ８と、これらを制御する制御部（図示略）とを備えている。
なお、図２は、光源１からの照明光がライトガイド１０６に導かれる状態を示している。
【００２６】
光源１，２，３は、同一平面上に光軸を向けて配置されており、制御部からの制御信号に基づいて、略同一のスペクトルを有する照明光をそれぞれ射出するようになっている。照明光のスペクトルが略同一であるとは、例えばＬ＊ａ＊ｂ＊表色系の色差で３以内であることであることが好ましい。また、光源１，２，３は、例えば点灯／消灯の応答時間の短いＬＤやＬＥＤのような固体発光素子が好ましい。
【００２７】
光源レンズ４は、光源１，２，３の射出方向近傍にそれぞれ配置されており、光源１，２，３からの照明光を略平行光にしてそれぞれ射出するようになっている。
【００２８】
ティルトミラーアレイ５，６は、図３に示すように、光源１，２，３からの照明光を反射する揺動可能なティルトミラー（微小素子）が２次元的に複数配列されている。ティルトミラーアレイ５，６は、具体的には、例えばＴＩ社のＤＭＤ（デジタルミラーデバイス：登録商標）のような半導体プロセスによって作られた物が挙げられる。ティルトミラーアレイ５，６の各ティルトミラーは、そのサイズが数μから数十μ角の微小なミラーであり、２つの偏向位置（角度）間を移行するときの応答速度が数μ秒程度と早いのが特徴である。ティルトミラーアレイ５，６は、制御部からの制御信号に基づいて各ティルトミラーの角度を制御するようになっている。
【００２９】
上記構成を有することで、ティルトミラーアレイ５は、光源１からの照明光と光源２からの照明光とを切り替えて、ティルトミラーアレイ６に向けて反射するようになっている。また、ティルトミラーアレイ６は、ティルトミラーアレイ５からの照明光とミラー７で反射された光源３からの照明光とを切り替えて、ライトガイド１０６に向けて反射するようになっている。
【００３０】
光源１，２，３およびティルトミラーアレイ５，６は、図３に示すように、同一平面上に配置されている。また、ティルトミラーアレイ５，６の各ティルトミラーの偏向軸は、光源１，２，３が配置された同一平面に直交するように配置されている。
【００３１】
より具体的には、ティルトミラーアレイ５，６は、図３に示すように、矩形状に構成されており、各ティルトミラーの偏向軸がティルトミラーアレイ５，６の外形に対して４５°傾くように配置されている。また、ティルトミラーアレイ５，６の外形を光源ユニット１０１の水平面に対して４５°傾けて配置することで、各ティルトミラーの偏向軸が光源ユニット１０１の水平面に対して９０°になる。このようにすることで、光源１，２，３の射出光軸を含む面が光源ユニット１０１の水平面に対して平行になり、光源ユニット１０１の高さを薄く構成することができる。逆にティルトミラーの偏向軸を水平にすれば、光源１，２，３の射出光軸を含む面が光源ユニット１０１の水平面に対して０°になり、光源ユニット１０１の水平投影面積を狭く構成することができる。
【００３２】
なお、ティルトミラーアレイ５，６は、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）に限定されるものではなく、各ティルトミラーの偏向軸がティルトミラーアレイ５，６に外形に対して０°ないしは９０°のものを用いれば、ティルトミラーアレイ５，６の外形を４５°傾ける必要は無い。
【００３３】
ミラー７は、光源３からの照明光をティルトミラーアレイ６に向けて反射するようになっている。ミラー７は、光源３の光路長を調節するためのものであり、光源ユニット１０１全体の大きさをコンパクトにするために、光路を折り曲げるように配置されている。
照明レンズ８は、ティルトミラーアレイ６により反射された照明光をライトガイド１０６の入射端面に集光するようになっている。
【００３４】
光源１，２，３は、照明レンズ８までの光路長が等しくなるように配置されている。このように各光源からの光路長を等しくすることで、各光源の光が入射する照明レンズ８と、各光源の射出光軸上に配置される光源レンズ４との位置関係を共通にすることができ、各光源がライトガイド１０６に入射する照明光の状態を揃えることができる。
【００３５】
制御部６は、光源１，２，３の発光制御を行うとともに、該発光制御と同期してティルトミラーアレイ５，６の動作を制御するようになっている。具体的には、制御部６は、光源１，２，３を断続的に順次切り換えて発光させるとともに、光源１，２，３の切り替えと同期してティルトミラーアレイ５，６を制御して、各光源からの照明光をライトガイド１０６に導くように各ティルトミラーの角度を変化させるようになっている。
【００３６】
すなわち、光源１が発光した場合には、ティルトミラーアレイ５は、光源１からの照明光をティルトミラーアレイ６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。また、この場合には、ティルトミラーアレイ６は、ティルトミラーアレイ５からの照明光をライトガイド１０６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。
【００３７】
また、光源２が発光した場合には、ティルトミラーアレイ５は、光源２からの照明光をティルトミラーアレイ６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。また、この場合には、ティルトミラーアレイ６は、光源１が発光した場合と同様に、ティルトミラーアレイ５からの照明光をライトガイド１０６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。
【００３８】
また、光源３が発光した場合には、ティルトミラーアレイ６は、ミラー７で反射された光源３からの照明光をライトガイド１０６に向けて反射するように各ティルトミラーの角度を変化させる。
なお、上記の光源１，２，３およびティルトミラーアレイ５，６の具体的な動作のタイミングについては後述する。
【００３９】
各光源の点灯時間のデューティーは１／３である。また、各光源に点灯時に投入される電力は、定格電力の１倍以上３倍以下としている。このため、各光源の点灯時の照明光量は、定格電力でＤＣ発光させた場合よりも高いものが得られる。また、平均的に見れば、各光源に点灯時に投入される電力は定格電力以下となり、各光源を安全に使用することができる。なお、このときのパルス発光の時間は１０ミリ秒以下が望ましい。
【００４０】
上記構成を有する光源ユニット１０１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る光源ユニット１０１から照明光を射出する場合には、制御部により光源１，２，３が制御され、これら光源が断続的に順次切り換えて発光させられる。また、制御部により、上記の光源１，２，３の点灯切り替えと同期してティルトミラーアレイ５，６が制御され、各ティルトミラーの角度を変化させられる。
【００４１】
具体的には、図４に示すように、光源１が点灯するときは、ティルトミラーアレイ５の各ティルトミラーが、光源１からの照明光をティルトミラーアレイ５に向けて反射する偏向位置１となるように駆動される。同時に、ティルトミラーアレイ６の各ティルトミラーは、ティルトミラーアレイ５によって偏向された光源１からの照明光を照明レンズ８に向けて反射する偏向位置３となるように駆動される。照明レンズ８に導かれた照明光は、照明レンズ８によりライトガイド１０６の入射端面に集光される。なお、このとき、光源２および光源３は消灯している。
【００４２】
また、光源２が点灯するときは、ティルトミラーアレイ５およびティルトミラーアレイ６の各ティルトミラーが、偏向位置２および偏向位置３となるようにそれぞれ駆動される。これにより、光源２からの照明光は、照明レンズ８に向けて反射され、照明レンズ８によりライトガイド１０６の入射端面に集光される。なお、このとき、光源１および光源３は消灯している。
【００４３】
また、光源３が点灯するときには、光源３からの照明光は、ミラー７によりティルトミラーアレイ６に向けて反射される。ティルトミラーアレイ６の各ティルトミラーは、ミラー７により反射された光源３からの照明光を、照明レンズ８に向けて反射する偏向位置４となるように駆動される。これにより、光源３からの照明光は、照明レンズ８に向けて反射され、照明レンズ８によりライトガイド１０６の入射端面に集光される。なお、このとき、光源１および光源２は消灯している。
【００４４】
なお、ティルトミラーアレイ５の各ティルトミラーが偏向位置２から偏向位置１に移行するタイミングは、光源３が点灯している期間であれば、いつでも構わない。すなわち、ティルトミラーアレイ５の各ティルトミラーは、光源１が点灯するタイミングまでに偏向位置１にあればよい。
【００４５】
以上のように、本実施形態に係る光源ユニット１０１によれば、制御部により光源１，２，３が制御され、これら光源が断続的に順次切り換えて発光させられる。また、制御部により、上記の光源１，２，３の切り替えと同期してティルトミラーアレイ５，６が制御され、各ティルトミラーの角度を変化させられる。このようにすることで、光源１，２，３から射出されたパルス状の高輝度の照明光が、ティルトミラーアレイ６の各ティルトミラーにより反射され、それぞれライトガイド１０６に導かれる。これにより、光源１，２，３から射出された高輝度の照明光を時分割合成して、ライトガイド１０６から射出することが可能となる。
【００４６】
また、ティルトミラーアレイ５，６が、各ティルトミラーの角度を高速で変化することができるため、各ティルトミラーの角度を切り替える時間を短くすることができる。これにより、ライトガイド１０６に導かれる時分割合成光の光量変動を小さくすることができ、光源ユニット１０１の照明効率を向上することができる。また、各ティルトミラーの角度を切り替える時間を短くすることができるため、揺動可能な微小素子のとる角度が、大きく異なる２つの角度のみから択一的に選択される構成も可能となる。
【００４７】
また、このような内視鏡システム１００によれば、上記の光源ユニット１０１を備えているため、光源１，２，３から射出された高輝度の照明光を時分割合成して、挿入部１０２を介して体腔内の観察領域Ａに照射することができ、体腔内の観察を容易にすることができる。
【００４８】
なお、本実施形態において、３つの光源と２つのティルトミラーアレイとを備えた例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ｎ個の光源とｎ−１個のティルトミラーアレイとを備えていればよい。ここで、ｎは２以上の整数である。
【００４９】
このような構成を有することで、ｎ−１個のティルトミラーアレイの各ティルトミラーの角度を高速で変化することができるため、各ティルトミラーの角度を切り替える時間を短くすることができる。このため、各ティルトミラーにおける照明光の反射時の角度と目的の角度の間、引いては、反射光の反射方向と目的の反射光の反射方向との間のずれを極めて小さくすることができる。従って、ライトガイド１０６に導かれる時分割合成光の光量変動を小さくすることができるので、光源ユニット１０１の照明効率を向上することができる。
【００５０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る光源ユニット２０１について図面を参照して説明する。本実施形態の説明において、第１の実施形態に係る光源ユニット１０１と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。なお、ここでは、説明を簡略化するために２つの光源を用いた例について説明する。
【００５１】
本実施形態に係る光源ユニット２０１は、図５に示すように、照明光を射出する光源９，１０と、光源９，１０の射出光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（微小素子アレイ）１２と、ティルトミラーアレイ１２の反射光軸上に配置された三角プリズム（ビーム形状変更手段）１１と、三角プリズム１１の屈折方向に配置された照明レンズ８と、これらを制御する制御部（図示略）とを備えている。
【００５２】
上記の光源ユニット２０１において、ティルトミラーアレイ１２により反射／偏向された照明光は、図７および図８に示すように、ティルトミラーアレイ１２表面に斜めに入射する一方、ティルトミラーアレイ１２表面に直交する方向に出射される。したがって、ティルトミラーアレイ１２に入射する照明光の横断面（光軸に直交する断面）が円形の入射光束であっても、ティルトミラーアレイ１２表面には楕円形に投影され、反射光束の横断面形状は楕円となる。
【００５３】
ここで、ライトガイド１０６は、ガラスファイバーを束ねて構成されるものが良く用いられ、入射面の横断面形状が円形のものが一般的である。
このような円形の横断面形状を有するライトガイド１０６の入射面に、楕円の横断面形状を有する照明光が投影されると、照明光の利用効率が低下してしまう。したがって、ライトガイド１０６に入射する際の照明光の投影形状は円形であることが望ましい。
【００５４】
そこで、本実施形態に係る光源ユニット２０１では、図５に示すように、三角プリズム１１をティルトミラーアレイ１２と照明レンズ８との間に配置する。このような構成を有することで、斜めに投影したために偏向軸に直交する方向に引き伸ばされた光束形状を、元の形状に補正する。
【００５５】
具体的には、図５に示すように、断面Ａ，Ｂにおいて円形の入射光束が、ティルトミラーアレイ１２に斜めに反射されることによって断面Ｃにおいて楕円形の反射光束となる。この照明光を三角プリズム１１により屈折することで、断面Ｄにおいて円形の入射光束となるように補正する。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る光源ユニット２０１によれば、三角プリズム１１をティルトミラーアレイ１２の出射側に配置することで、ティルトミラーアレイ１２に斜めに投影することにより光軸に直交する方向に引き伸ばされた照明光の光束形状（すなわち楕円形となった光束形状）を、元の形状（円形の光束形状）に補正することができる。これにより、ライトガイド１０６の入射面に入射する照明光の光量を増加させることができ、照明光の利用効率を向上することができる。
【００５７】
〔変形例〕
本実施形態に係る光源ユニット２０１の変形例として、図６に示すように、三角プリズム１１を、光源９，１０とティルトミラーアレイ１２との間にそれぞれ配置することとしてもよい。このような構成を有することで、ティルトミラーアレイ１２によって光束形状が引き伸ばされる前に、光束形状を事前に光軸に直交する方向に縮めておく。
【００５８】
具体的には、図６に示すように、断面Ａ，Ｂにおいて照明光を三角プリズム１１により屈折することで事前に楕円形の入射光束としておき、断面Ｃにおいてティルトミラーアレイ１２に斜めに反射されることによって円形の反射光束となる。
【００５９】
本変形例に係る光源ユニット２０２によれば、三角プリズム１１をティルトミラーアレイ１２の入射側に配置することで、ティルトミラーアレイ１２によって光束形状が引き伸ばされる前に、光束形状を事前に光軸に直交する方向に縮めておくことができ、ティルトミラーアレイ１２の出射側において、ビーム形状を元の形状（円形の光束形状）にすることができる。これにより、ライトガイド１０６の入射面に入射する照明光の光量を増加させることができ、照明光の利用効率を向上することができる。
【００６０】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る光源ユニット３０１について図面を参照して説明する。本実施形態の説明において、前述の各実施形態に係る光源ユニット１０１，２０１と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
本実施形態に係る光源ユニット１０１は、４つの光源からの照明光を、３つのティルトミラーアレイで２段階に光路を合成して射出するものである。
【００６１】
図９は本実施形態に係る光源ユニット３０１の側面図、図１０は図９の矢印Ｘ方向から見た側面図である。
光源ユニット１０１は、図９および図１０に示すように、照明光を射出する光源１３，１４，１５，１６と、光源１３，１４，１５，１６の射出光軸上にそれぞれ配置された光源レンズ２０，２１，２２，２３と、光源１３と光源１４の射出光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（一方の微小素子アレイ）１８と、光源１５と光源１６の射出光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（一方の微小素子アレイ）１９と、ティルトミラーアレイ１８とティルトミラーアレイ１９の反射光軸の交点上に配置されたティルトミラーアレイ（他方の微小素子アレイ）１７と、ティルトミラーアレイ１７の反射光軸上に配置された照明レンズ８と、これらを制御する制御部（図示略）とを備えている。
【００６２】
光源１３，１４の射出光軸と該射出光軸上に配置されたティルトミラーアレイ１８の反射光軸とを含む面（図１０における紙面）と、ティルトミラーアレイ１８の反射光軸と該反射光軸上に配置されたティルトミラーアレイ１７の反射光軸とを含む面（図９における紙面）とが、直交するように、各光源および各ティルトミラーアレイは配置されている。
【００６３】
また、光源１５，１６の射出光軸と該射出光軸上に配置されたティルトミラーアレイ１９の反射光軸とを含む面（図１０における紙面）と、ティルトミラーアレイ１９の反射光軸と該反射光軸上に配置されたティルトミラーアレイ１７の反射光軸とを含む面（図９における紙面）とが、直交するように、各光源および各ティルトミラーアレイは配置されている。
【００６４】
上記構成を有する本実施形態に係る光源ユニット３０１において、光源１３，１４からの照明光は、ティルトミラーアレイ１８で光路を合成され、ティルトミラーアレイ１７に向けて反射される。
一方、光源１５，１６からの照明光は、ティルトミラーアレイ１９で光路を合成され、ティルトミラーアレイ１７に向けて反射される。
【００６５】
ティルトミラーアレイ１８により合成された光源１３，１４からの照明光と、ティルトミラーアレイ１９により合成された光源１５，１６からの照明光とは、ティルトミラー１７により合成され、照明レンズ８によりライトガイド８の入射端面に集光される。
【００６６】
上記構成を有する本実施形態に係る光源ユニット３０１によれば、多段階の合成を行う場合において、合成前後の光路の交差領域を減らすことができ、レイアウトの自由度が高めることができる。また、各光源の光路長を揃えやすいため、後段に配置される光学系（照明レンズ８等）への各光源からの照明光の入射条件を等しくすることができ、光学系の設計を容易に行うことができる。
【００６７】
なお、本実施形態において、図９における紙面と図１０における紙面とが直交するように、各光源および各ティルトミラーアレイは配置されていることとして説明したが、本発明はこの配置に限定されるものではなく、これら紙面が交差するように各光源および各ティルトミラーアレイを配置することで、合成前後の光路の交差領域を減らすことができる。
【００６８】
以上、本発明の各実施形態および変形例について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよい。
また、各実施形態において、２から４つの光源を備えた例を説明したが、５つ以上の光源を備えることとしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１，２，３，９，１０，１３，１４，１５，１６ 光源
４，２０，２１，２２，２３ 光源レンズ
５，６，１２ ティルトミラーアレイ（微小素子アレイ）
７ ミラー
８ 照明レンズ
１１ 三角プリズム（ビーム形状変更手段）
１７ ティルトミラーアレイ（他方の微小素子アレイ）
１８，１９ ティルトミラーアレイ（一方の微小素子アレイ）
１００ 内視鏡システム
１０１，２０１，２０２，３０１ 光源ユニット（光源装置）
１０２ 挿入部
１０３ 操作部
１０４ 画像表示ユニット
１０５ 撮像信号線
１０６ ライトガイド（共通光路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する複数の光源と、
該複数の光源からの照明光を反射する揺動可能な微小素子が複数配列された微小素子アレイと、
前記複数の光源を断続的に順次切り換えて発光させるとともに、前記複数の光源の切り替えと同期して前記微小素子アレイを制御して、各前記光源からの照明光を共通光路に導くように各前記微小素子の角度を変化させる制御部とを備える光源装置。
【請求項２】
前記微小素子アレイにおける各前記微小素子の角度は２つの角度のみから択一的に選択される請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
ｎ個の前記光源と、
ｎ−１個の前記微小素子アレイとを備える請求項１又は２に記載の光源装置。
ここで、ｎは２以上の整数である。
【請求項４】
各前記光源が、前記共通光路の入射端までの光路長が等しくなるように配置されている請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記微小素子アレイの入射側または出射側の少なくとも一方に配置され、照明光の光軸に直交する方向に光束形状を伸縮するビーム形状変更手段を備える請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
複数の前記微小素子アレイを備え、
前記光源の射出光軸と該射出光軸上に配置された一方の微小素子アレイの反射光軸とを含む面と、
前記一方の微小素子アレイの反射光軸と該反射光軸上に配置された他方の微小素子アレイの反射光軸とを含む面とが、交差するように、各前記光源および各前記微小素子アレイが配置されている請求項１に記載の光源装置。
【請求項７】
複数の前記微小素子アレイを備え、
全ての前記微小素子アレイの反射光軸が同一平面上に配置されている請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光源装置と、
体腔内に挿入され、前記光源装置からの照明光を体腔内に導くとともに、体腔内の画像を取得する挿入部とを備える内視鏡システム。
【請求項１】
照明光を射出する複数の光源と、
該複数の光源からの照明光を反射する揺動可能な微小素子が複数配列された微小素子アレイと、
前記複数の光源を断続的に順次切り換えて発光させるとともに、前記複数の光源の切り替えと同期して前記微小素子アレイを制御して、各前記光源からの照明光を共通光路に導くように各前記微小素子の角度を変化させる制御部とを備える光源装置。
【請求項２】
前記微小素子アレイにおける各前記微小素子の角度は２つの角度のみから択一的に選択される請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
ｎ個の前記光源と、
ｎ−１個の前記微小素子アレイとを備える請求項１又は２に記載の光源装置。
ここで、ｎは２以上の整数である。
【請求項４】
各前記光源が、前記共通光路の入射端までの光路長が等しくなるように配置されている請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記微小素子アレイの入射側または出射側の少なくとも一方に配置され、照明光の光軸に直交する方向に光束形状を伸縮するビーム形状変更手段を備える請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
複数の前記微小素子アレイを備え、
前記光源の射出光軸と該射出光軸上に配置された一方の微小素子アレイの反射光軸とを含む面と、
前記一方の微小素子アレイの反射光軸と該反射光軸上に配置された他方の微小素子アレイの反射光軸とを含む面とが、交差するように、各前記光源および各前記微小素子アレイが配置されている請求項１に記載の光源装置。
【請求項７】
複数の前記微小素子アレイを備え、
全ての前記微小素子アレイの反射光軸が同一平面上に配置されている請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光源装置と、
体腔内に挿入され、前記光源装置からの照明光を体腔内に導くとともに、体腔内の画像を取得する挿入部とを備える内視鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２７５６２（Ｐ２０１３−２７５６２Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５７６８（Ｐ２０１１−１６５７６８）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
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