JP2023093211A - 内視鏡用プロセッサ、内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】所望のスペクトルの光を生体組織に照射するために、複数の発光素子を備えた光源装置を使用する場合に、光源装置の長寿命化を図る。【解決手段】本発明の一態様は、生体組織の撮像画像を処理するように構成された内視鏡用プロセッサである。この内視鏡用プロセッサは、互いに異なる波長帯域の光を出射する複数の発光素子を有し、複数の発光素子が出射する光を合成することで生体組織の照明のための照明光を出射する光源装置と、複数の発光素子の各々を個別に冷却するように構成された冷却装置と、照明光が目標とするスペクトルの光となるように複数の発光素子から出射される各光の放射束比率を所定の値に制御する制御部と、を備える。ここで、制御部は、各発光素子から出射される光の放射束の可変範囲が変動前の可変範囲に近くなるように冷却装置による冷却強度を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の発光素子を有する光源装置を備えた内視鏡用プロセッサ及び内視鏡システムに関する。

医療機器分野においては、体腔内の生体組織を照明し、照明された体腔内の生体組織を被写体として撮像することにより、体腔内に潜む病変部の診断を行うのに好適な画像を生成することが可能な内視鏡システムが知られている。従来、照明光として白色光を発するキセノンランプやハロゲンランプ等のランプ光源が使用されていたが、最近では、ランプ光源に代えて、特定の波長帯域の光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light emitting diode）やレーザダイオード（ＬＤ：Laser diode）等の発光素子を有する半導体光源が用いられている。

例えば特許文献１には、光源装置としてＬＥＤを用いた内視鏡用光源システムが記載されている。このシステムでは、光源制御回路が第１の周期でＬＥＤをパルス発光させ、バッテリ電圧が第１の閾値電圧を超え、かつＬＥＤの温度が閾値温度未満である場合に、全点灯時の出射光量を一定に保つとともに、バッテリ電圧が第１の閾値電圧以下、またはＬＥＤの温度が閾値温度以上である場合に、第２の周期で繰返される点灯時の出射光量を他の点灯時の出射光量の５０％に低下させる。それによって、内視鏡に用いる光源の消費電力の低減化と寿命の長期化を図ることができる、とされている。

特許第６１３８２０３号公報

しかし、中心波長が異なる複数の発光素子を備えた光源装置から所望の発光モードに応じたスペクトルの光を生体組織に照射しようとした場合、複数の発光素子から出射する光の放射束の比率を所定の値に維持する必要がある。その一方で、各発光素子に流す順方向電流によって調整可能な放射束の調整範囲がそれぞれ異なる場合、光源装置の寿命の長期化を図ることが困難となる。
例えば、発光素子は一般に経時劣化し、同一の順方向電流を基準にすると例えば２０％程度放射束が低下することもある。経時劣化後の発光素子の放射束の調整範囲は低下し、その結果、複数の発光素子から光の放射束の比率を所定の値に維持した上で生成される所望のスペクトルの光強度の強度幅も低下することになる。すなわち、発光素子を長期間使用し続けることは照射光の性能劣化を招来し、実質的に発光素子の長寿命化を阻害する。

そこで、本発明は、所望のスペクトルの光を生体組織に照射するために、複数の発光素子を備えた光源装置を使用する場合に、光源装置の長寿命化を図ることを目的とする。

本発明の一態様は、生体組織の撮像画像を処理するように構成された内視鏡用プロセッサである。この内視鏡用プロセッサは、
互いに異なる波長帯域の光を出射する複数の発光素子を有し、前記複数の発光素子が出射する光を合成することで前記生体組織の照明のための照明光を出射する光源装置と、
前記複数の発光素子の各々を個別に冷却するように構成された冷却装置と、
前記照明光が目標とするスペクトルの光となるように前記複数の発光素子から出射される各光の放射束比率を所定の値に制御する制御部と、を備える。
前記制御部は、各発光素子から出射される光の放射束の可変範囲が変動前の可変範囲に近くなるように前記冷却装置による冷却強度を制御する。

前記制御部は、前記複数の発光素子のうち、各発光素子の調整可能な順方向電流の範囲である調整可能電流の最大値の電流を流す条件下において、現在出射する光の放射束が初期の放射束よりも所定値以上低下した発光素子が存在する場合には、当該発光素子に対する冷却強度が増加するように前記冷却装置を制御してもよい。

前記制御部は、前記複数の発光素子について、前記目標とするスペクトルの光を得るための出射光の放射束の最小値と、発光素子の調整可能な放射束の最小値との差分が所定値以下である発光素子が存在する場合には、当該発光素子に対する冷却強度が減少するように前記冷却装置を制御してもよい。

前記内視鏡用プロセッサは、前記複数の発光素子の各々の素子温度を測定する複数の温度センサを備え、各発光素子の素子温度が所定の許容範囲内を超えないように前記冷却装置を制御してもよい。

前記目標とするスペクトルの光は白色光であってもよい。

本発明の別の態様は、前記内視鏡用プロセッサと、前記内視鏡用プロセッサに接続された内視鏡スコープと、を含む内視鏡システムである。

上述の内視鏡用プロセッサ及び内視鏡システムによれば、所望のスペクトルの光を生体組織に照射するために、複数の発光素子を備えた光源装置を使用する場合に、光源装置の長寿命化を図ることができる。

一般的なＬＥＤのビニング、温度変化、使用時間の経過による放射束の変化を説明する図である。 白色光モードにおける各ＬＥＤの放射束の調整範囲を示す図である。 一実施形態の内視鏡システムの構成の一例を示すブロック図である。 一実施形態の光源装置の構成の一例を示す図である。 一実施形態のＬＥＤ光量改善処理を示すフローチャートである。 ＬＥＤ光量改善の第１例を説明する図である。 ＬＥＤ光量改善の第２例を説明する図である。 ＬＥＤ光量改善の第３例を説明する図である。

一実施形態の電子内視鏡用プロセッサは、生体組織の撮像画像を処理するように構成され、生体組織の照明のための照明光を出射する光源装置を備える。光源装置は、互いに異なる波長帯域の光を出射する複数の発光素子を有し、複数の発光素子が出射する光を合成することで照明光を生成する。発光素子として、限定しないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードが挙げられる。

ここで一般に、発光素子に対して所定の駆動電流を流した場合に発光素子から出射される光の放射束は変動し得る。発光素子がＬＥＤである場合の放射束の変動要因について図１に示す。
図１は、一般的なＬＥＤのビニング（Ｂｉｎｎｉｎｇ）、温度、使用時間による放射束の変化を説明する図である。ここでのビニングとは、ＬＥＤの製造工程上のばらつきを意味する。図１（ａ）に示すように、同一仕様のＬＥＤであっても順方向電流Ｉｆ（例えば最小値ａから最大値ｂまで）によって得られる放射束が全体的に小さいものを示すものから大きいものが製造過程で生じる。

また、ＬＥＤは温度Ｔｊによっても影響を受ける。図１（ｂ）に示すように、同一のＬＥＤであっても順方向電流Ｉｆ（例えば最小値ａから最大値ｂ（例えば最大定格の電流値）まで）によって得られる放射束は、温度が低いときには全体的に大きくなり、温度が高いときには全体的に小さくなる。
ＬＥＤは経時劣化が生じる。図１（ｃ）に示すように、同一のＬＥＤに対して、順方向電流Ｉｆ（例えば最小値ａから最大値ｂまで）によって得られる放射束は、初期に対して一定時間使用した後は低下する（例えば２０％程度）。

このように、ＬＥＤには、様々な放射束の変動要因がある一方で、複数のＬＥＤを使用して所望のスペクトルの照明光を得る場合には、複数のＬＥＤから出射される光の放射束比率を所定の値にする必要がある。このことが、上記放射束の変動要因と相俟って光源装置の長寿命化を阻害する。この点について、図２を参照して説明する。

一例として、ＵＶＬＥＤ光、青色ＬＥＤ光、緑色ＬＥＤ光、アンバーＬＥＤ光、及び、赤色ＬＥＤ光を合成することで、白色光となる照明光を生成する場合を想定する。この場合、照明光として白色光を得るときの放射束比率の一例は、赤色を「１」とした場合、｛ＵＶ：青色：緑色：アンバー：赤色｝＝｛０．５４：０．３３：０．６７：０．２８：１．００｝である。

図２は、一般的な白色光モードにおける各ＬＥＤの放射束の調整可能範囲（可変範囲）を示す図である。図２では、ＵＶＬＥＤ光（ＵＶ）、青色ＬＥＤ光（Ｂｌｕｅ）、緑色ＬＥＤ光（Ｇｒｅｅｎ）、アンバーＬＥＤ光（Ａｍｂｅｒ）、及び、赤色ＬＥＤ光（Ｒｅｄ）の各ＬＥＤ光の放射束［ｍＷ］を示している。各ＬＥＤ光の縦の細線は、順方向電流Ｉｆによって調整可能な放射束の範囲（調整可能範囲Ｆ_ＭＩＮ～Ｆ_ＭＡＸ）を示している。それに対して、各ＬＥＤの調整可能範囲の中の太線は、白色光モードでの使用範囲Ｆ_ｍｉｎ～Ｆ_ｍａｘを示している。ここで、「使用範囲」とは、ＬＥＤの調整可能範囲（可変範囲）のうち、所望の照明光を得るために使用される範囲を意味しており、調整可能範囲に対して制限される。

図２に示すように、順方向電流Ｉｆによる放射束の調整可能範囲はＬＥＤ光ごとに異なる。また、白色光モードを実現する上記放射束比率｛０．５４：０．３３：０．６７：０．２８：１．００｝を維持しようとすると、各ＬＥＤ光の放射束の使用範囲は、調整可能範囲に対して大きく制限されることがわかる。すなわち、赤色ＬＥＤ光の調整可能範囲の最大値Ｆ_ＭＡＸを赤色ＬＥＤ光の白色光モードでの使用範囲の最大値とした場合、上記放射束比率にしたがって他のＬＥＤ光（ＵＶＬＥＤ光、青色ＬＥＤ光、緑色ＬＥＤ光、アンバーＬＥＤ光）の使用範囲の最大値が定まる。また、ＵＶＬＥＤ光の調整可能範囲の最小値Ｆ_ＭＩＮをＵＶＬＥＤ光の白色光モードでの使用範囲の最小値とした場合、上記放射束比率にしたがって他のＬＥＤ光（青色ＬＥＤ光、緑色ＬＥＤ光、アンバーＬＥＤ光、赤色ＬＥＤ光）の使用範囲の最小値が定まる。

ここで、いずれかのＬＥＤ光の放射束が上述したいずれかの変動要因により低下しており、あるいは事後的に低下した場合、白色光モードを実現する上記放射束比率を維持するためには、劣化していない他のＬＥＤ光の使用範囲をさらに制限せざるを得なくなり、結果として、照明光として得られる白色光の光量可変範囲が狭められることになる。

まとめると、複数の発光素子を使用して所望のスペクトルの照明光を生成する場合、放射束比率を維持しようとすると、各ＬＥＤの調整可能範囲（可変範囲）に対して使用範囲は狭くせざるを得ない。ここで、いずれかの発光素子に放射束の変動要因（特に低下要因）がある場合には、他の発光素子の使用範囲をさらに狭めることがあり、照明光の光量可変範囲が低下する。例えば、経時劣化によりいずれかの発光素子の放射束の調整可能範囲が低下した場合、結果的に、光源装置により生成可能な照明光の光量可変範囲が低下し、光源装置の長寿命化を阻害する。

そこで、一実施形態の電子内視鏡用プロセッサでは、複数の発光素子の各々を個別に冷却するように構成された冷却装置が設けられる。一実施形態では、この冷却装置は、必要に応じて、処理対象とする発光素子を冷却することによって当該発光素子から出射される光の放射束を増加させることが可能である。すなわち、複数の発光素子のうちいずれかの発光素子に対して上記放射束の変動要因が生じる場合であっても、当該発光素子に対して個別に冷却処理を行うことで放射束を増加させることが可能である。

一実施形態の電子内視鏡用プロセッサは、生体組織の照明のための照明光が目標とするスペクトルの光となるように、上記複数の発光素子から出射される各光の放射束比率を所定の値に制御する制御部を備える。目標とするスペクトルの光は限定しないが、例えば上述した白色光である。
制御部はさらに、上記複数の発光素子の各々から出射される光の放射束の調整可能範囲（可変範囲）が変動前の調整可能範囲に近くなるように冷却装置による冷却強度を制御する。そのため、各発光素子から出射される光の放射束の調整可能範囲が改善する（拡大する）。例えば、経時劣化によりいずれかの発光素子の放射束の調整可能範囲が低下した場合であっても、当該発光素子に対する冷却強度を相対的に上げることで当該発光素子の調整可能範囲を初期の範囲に近付けることが可能となる。また、ビニングの影響により特定の発光モードにおける発光素子の放射束の使用範囲が狭まる場合であって、発光素子に対する冷却強度を調整することで使用範囲を拡大することが可能となる。結果的に、光源装置により生成可能な照明光の光量可変範囲が改善し（拡大し）、光源装置の長寿命化を図ることができる。
以下、電子内視鏡システムについて添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図３は、一実施形態の電子内視鏡システム１の構成の一例を示すブロック図である。図３に示されるように、電子内視鏡システム１は、電子スコープ１００、電子内視鏡用プロセッサ２００、及び、モニタ３００を備えている。

電子内視鏡用プロセッサ２００は、システムコントローラ２１を備えている。システムコントローラ２１は、メモリ２３に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１の全体を統括的に制御する。また、システムコントローラ２１は、操作パネル２４に入力されるユーザ（術者又は補助者）による指示に応じて電子内視鏡システム１の各種設定を変更する。システムコントローラ２１は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各回路に出力する。

電子内視鏡用プロセッサ２００は、電子スコープ１００に照明光を供給する光源装置２０を備えている。照明光は、図示されない集光レンズにより集光された後、図示されない調光装置を介して電子スコープ１００の光ファイバ素線の束であるＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端に入射されるように光源装置２０は構成される。
光源装置２０は、所定の色の波長帯域の光を出射する複数の発光素子を備える。ここでは、発光素子の例として、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と表記する。）及びレーザダイオードが挙げられる。ＬＥＤ及びレーザダイオードは、他の光源と比較して、低消費電力、発熱量が小さい等の特徴があるため、消費電力や発熱量を抑えつつ明るい画像を取得できるというメリットがある。明るい画像が取得できることにより、病変部の病変の程度に関する評価の精度を向上させることができる。
なお、以下では、発光素子がＬＥＤである場合を例にして説明する。

図３に示す例では、光源装置２０は、電子内視鏡用プロセッサ２００に内蔵して設けられるが、電子内視鏡用プロセッサ２００とは別体の装置として電子内視鏡システム１に設けられてもよい。また、光源装置２０は、後述する電子スコープ１００の先端部に設けられてもよい。この場合、照明光を導光するＬＣＢ１０２は不要である。

入射端よりＬＣＢ１０２内に入射した照明光は、ＬＣＢ１０２内を伝播して電子スコープ１００の先端部内に配置されたＬＣＢ１０２の出射端より出射され、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。

撮像素子１０８は、例えば、ＩＲ（Infra Red）カットフィルタ１０８ａ、ベイヤ配列カラーフィルタ１０８ｂの各種フィルタが受光面に配置された単板式カラーＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上で結像した光学像に応じたＲ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の各原色信号を生成する。単板式カラーＣＣＤイメージセンサの代わりに、単板式カラーＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いることもできる。

電子スコープ１００の接続部内には、ドライバ信号処理回路１５２が備えられている。ドライバ信号処理回路１５２は、撮像素子１０８より入力される原色信号に対して色補間、マトリックス演算等の所定の信号処理を施して画像信号（輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒ）を生成し、生成された画像信号を電子内視鏡用プロセッサ２００の画像処理ユニット２２に出力する。また、ドライバ信号処理回路１５２は、メモリ１５４にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。メモリ１５４に記録される電子スコープ１００の固有情報には、例えば撮像素子１０８の画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１５２は、メモリ１５４より読み出された固有情報をシステムコントローラ２１に出力する。このように、電子スコープ１００は、撮像素子１０８を用いて体腔内の生体組織を撮像する。

システムコントローラ２１は、電子スコープ１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２１は、生成された制御信号を用いて、電子内視鏡用プロセッサ２００に接続中の電子スコープ１００に適した処理がなされるように電子内視鏡用プロセッサ２００内の各回路の動作やタイミングを制御する。

システムコントローラ２１は、クロックパルスで構成されたタイミング信号を生成し、このタイミング信号を、撮像素子１０８、ドライバ信号処理回路１５２、画像処理ユニット２２、及び光源装置２０に供給する。ドライバ信号処理回路１５２は、システムコントローラ２１から供給されるタイミング信号のクロックパルスに従って駆動する。

画像処理ユニット２２は、システムコントローラ２１による制御の下、タイミング信号に従がって、ドライバ信号処理回路１５２より入力した画像信号に基づいて内視鏡画像等をモニタ表示するためのビデオ信号を生成し、モニタ３００に出力する。

システムコントローラ２１は、光源装置２０のＬＥＤ駆動部２１０（図４参照）に対して、各ＬＥＤ（後述する）に流す順方向電流（駆動電流）を示す信号を送ることにより、実質的に光源装置２０内の各ＬＥＤから出射される光の放射束を制御する。その際、システムコントローラ２１は、例えば白色光モード等、所定のスペクトルの照明光が光源装置２０から出射されるように、光源装置２０の各ＬＥＤの放射束比率を決定し、各ＬＥＤに流す順方向電流を示す信号を生成する。

次に、図４を参照して、光源装置２０の構成について説明する。
光源装置２０は、例えば図４に平面図で示すように、略直方体の筐体２０Ｈの内部に複数のＬＥＤが配置されている。具体的には、光源装置２０は、ＵＶＬＥＤ２０１、青色ＬＥＤ２０２、緑色ＬＥＤ２０３、アンバーＬＥＤ２０４、及び、赤色ＬＥＤ２０５を備える。
ＵＶＬＥＤ２０１は、紫外線（ＵＶ）の波長帯域（例えば、波長が３７５～４３５ｎｍ）の光を出射する。青色ＬＥＤ２０２は、青色の波長帯域（例えば、波長が４２０～５１０ｎｍ）の光を出射する。緑色ＬＥＤ２０３は、緑色の波長帯域（例えば、波長が５２０～５８０ｎｍ）の光を出射する。アンバーＬＥＤ２０４は、琥珀色（amber）の波長帯域（例えば、波長が５９０～６２０ｎｍ）の光を出射する。赤色ＬＥＤ２０５は、赤色の波長帯域（例えば、波長が６３０～６８０ｎｍ）の光を出射する。

図示しないが、各ＬＥＤに対して、発光駆動によって生じた熱を効率良く逃がすためのヒートシンクを設けることが好ましい。
図示しない筐体２０Ｈの裏側には、冷却装置が設けられる。この冷却装置は、ＵＶＬＥＤ冷却部２０１ａ、青色ＬＥＤ冷却部２０２ａ、緑色ＬＥＤ冷却部２０３ａ、アンバーＬＥＤ冷却部２０４ａ、及び、赤色ＬＥＤ冷却部２０５ａを備え、各ＬＥＤを個別に冷却させることが可能に構成される。冷却装置の構成は図示しないが、例えば水冷又は空冷機構を備えた公知のものでよい。
冷却装置は、システムコントローラ２１から受信する信号（冷却設定値に対応する信号）に基づいてＬＥＤを冷却するように、ＵＶＬＥＤ冷却部２０１ａ、青色ＬＥＤ冷却部２０２ａ、緑色ＬＥＤ冷却部２０３ａ、アンバーＬＥＤ冷却部２０４ａ、及び、赤色ＬＥＤ冷却部２０５ａを個別に動作させる。なお、冷却設定値は、各冷却部による冷却強度を示す値であり、各ＬＥＤに対して個別に設定される。

図４に示すように、光源装置２０の筐体２０Ｈ内には、ＬＥＤ駆動部２１０、全反射ミラー２１１、ダイクロイックミラー２１２～２１５、ハーフミラー２１６、及び、光検出器（ＰＤ）２２０が配置されている。
ＬＥＤ駆動部２１０は、システムコントローラ２１から受信する信号に基づいて各ＬＥＤの順方向電流を個別に発生させる駆動回路を備え、各ＬＥＤに対して順方向電流を供給する。

ＵＶＬＥＤ２０１から出射されたＵＶＬＥＤ光は、全反射ミラー２１１に入射され、ダイクロイックミラー２１２に向けられる。青色ＬＥＤ２０２から出射された青色ＬＥＤ光は、ダイクロイックミラー２１２に入射される。

ダイクロイックミラー２１２は、ＵＶＬＥＤ光の光路と、青色ＬＥＤ２０２から出射された青色ＬＥＤ光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー２１２は、波長４３０ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、青色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー２１２を透過し、ＵＶＬＥＤ光はダイクロイックミラー２１２で反射される。これにより、青色ＬＥＤ光とＵＶＬＥＤ光の光路が合成される。ダイクロイックミラー２１２によって光路が合成された光（青色ＬＥＤ光＋ＵＶＬＥＤ光）は、ダイクロイックミラー２１５に入射される。

ダイクロイックミラー２１３は、アンバーＬＥＤ２０４から出射されたアンバーＬＥＤ光と、赤色ＬＥＤ２０５から出射された赤色ＬＥＤ光とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー２１３は、波長６１０ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、アンバーＬＥＤ光はダイクロイックミラー２１３を透過し、赤色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー２１３で反射される。これにより、アンバーＬＥＤ光と赤色ＬＥＤ光の光路が合成される。ダイクロイックミラー２１３によって光路が合成された光（アンバーＬＥＤ光＋赤色ＬＥＤ光）は、ダイクロイックミラー２１４に入射される。

ダイクロイックミラー２１４は、ダイクロイックミラー２１３から出射される合成光（アンバーＬＥＤ光＋赤色ＬＥＤ光）と、緑色ＬＥＤ２０３から出射された緑色ＬＥＤ光とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー２１４は、波長５８５ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、緑色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー２１４を透過し、合成光（アンバーＬＥＤ光＋赤色ＬＥＤ光）はダイクロイックミラー２１４で反射される。これにより、緑色ＬＥＤ光と合成光（アンバーＬＥＤ光＋赤色ＬＥＤ光）の光路が合成される。ダイクロイックミラー２１４によって光路が合成された光（アンバーＬＥＤ光＋赤色ＬＥＤ光の光路＋緑色ＬＥＤ光）は、ダイクロイックミラー２１５に入射される。

ダイクロイックミラー２１５は、ダイクロイックミラー２１２から出射される合成光（ＵＶＬＥＤ光＋青色ＬＥＤ光）と、ダイクロイックミラー２１４から出射される合成光（アンバーＬＥＤ光＋赤色ＬＥＤ光の光路＋緑色ＬＥＤ光）とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー２１５は、波長５１５ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、合成光（アンバーＬＥＤ光＋赤色ＬＥＤ光の光路＋緑色ＬＥＤ光）はダイクロイックミラー２１５を透過し、合成光（ＵＶＬＥＤ光＋青色ＬＥＤ光）はダイクロイックミラー２１５で反射される。これにより、合成光（アンバーＬＥＤ光＋赤色ＬＥＤ光の光路＋緑色ＬＥＤ光）と合成光（ＵＶＬＥＤ光＋青色ＬＥＤ光）の光路が合成される。ダイクロイックミラー２１５によって光路が合成された光は、ハーフミラー２１６に入射される。

こうしてハーフミラー２１６に入射される光は、ＵＶＬＥＤ光、青色ＬＥＤ光、緑色ＬＥＤ光、アンバーＬＥＤ光、及び、赤色ＬＥＤ光が合成された照明光となる。この照明光は、図示しない集光レンズによりＬＣＢ１０２の入射端面に集光されてＬＣＢ１０２内に入射される。
照明光の一部はハーフミラー２１６によって反射されて光検出器２２０に入射される。光検出器２２０は、入射された照明光の一部を電気信号に変換してシステムコントローラ２１に出力する。

一実施形態では、図４に示すように、各ＬＥＤには、各ＬＥＤの素子温度を測定するための温度センサＴＳが設けられている。システムコントローラ２１は、各ＬＥＤに対応する温度センサＴＳの検出値を逐次取得し、各ＬＥＤの素子温度が所定の許容範囲内を超えないように冷却装置を制御する。
また、各ＬＥＤは、後述するＬＥＤ光量改善処理を実行した後の起動時に、ＬＥＤ光量改善処理で設定した冷却設定値までＬＥＤが冷却されているか確認するためのモニタリング機能としても働く。例えば、システムコントローラ２１は、ＬＥＤに対する冷却設定値を増加させた場合（冷却強度を上げた場合）には、その後の起動時に、当該ＬＥＤに対応する温度センサＴＳによる検出温度（検出値）が、冷却設定値の増加量に対応する値まで低下したか否か確認する。

次に、図５を参照して、一実施形態の電子内視鏡用プロセッサ２００によるＬＥＤ光量改善処理を説明する。図５は、ＬＥＤ光量改善処理を示すフローチャートであり、主としてシステムコントローラ２１によって実行される。
ＬＥＤ光量改善処理は、電子内視鏡システム１がユーザ（術者又は補助者）によって運用されているときではなく、例えばメンテナンスモードにおいて実行される。
電子内視鏡用プロセッサ２００は、起動した後、すべてのＬＥＤをオンさせ、例えば白色光モードに切り替えてホワイトバランスを実行してもよい。その後、ＵＶＬＥＤ２０１、青色ＬＥＤ２０２、緑色ＬＥＤ２０３、アンバーＬＥＤ２０４、及び、赤色ＬＥＤ２０５から１つずつ、処理対象のＬＥＤを選択してＬＥＤ光量改善処理を順に実行する（ステップＳ２，Ｓ３２）。その際、システムコントローラ２１は、処理対象のＬＥＤのみオンさせ、処理対象外のＬＥＤはすべてオフとする。
ＬＥＤ光量改善処理は大別して、（Ｉ）順方向電流を最大値にしたときの処理と、（ＩＩ）順方向電流を最小値にしたときの処理と、を含む。

（Ｉ）順方向電流を最大値にしたときの処理（ステップＳ４～Ｓ１６）
システムコントローラ２１は、複数のＬＥＤのうち、各ＬＥＤの調整可能な順方向電流の範囲である調整可能電流の最大値Ｉ_ＭＡＸの電流を流す条件下において、現在出射する光の放射束（現在光量Ｌ_ＣＵＲに相当する）が初期の放射束（初期光量Ｌ_ＩＮＴに相当する）よりも所定値以上低下したＬＥＤが存在する場合には、当該ＬＥＤに対する冷却強度が増加するように光源装置２０の冷却装置を制御する。

図５を参照すると、具体的な手順は以下のとおりである。
システムコントローラ２１は、処理対象のＬＥＤを選択すると、先ず、順方向電流Ｉｆを白色光モードでの使用範囲の最大値Ｉ_ｍａｘに設定する（ステップＳ４）。この使用範囲の最大値Ｉ_ｍｉｎは、処理対象のＬＥＤの放射束が白色光モードでの使用範囲の最大値Ｆ_ｍａｘとなるときの電流値である。次いで、システムコントローラ２１は、光検出器２２０から得られる電気信号に基づいて、処理対象のＬＥＤの現在光量Ｌ_ＣＵＲが初期光量Ｌ_ＩＮＴと実質的に同一であるか否か判断する（ステップＳ６）。ここで、比較の対象となる初期光量Ｌ_ＩＮＴの値は、例えば製造時に予め取得してメモリ２３に保存される。また、「実質的に同一」とは、現在光量Ｌ_ＣＵＲと初期光量Ｌ_ＩＮＴの差分が無視できる程度に小さい場合も含まれる。

処理対象のＬＥＤの現在光量Ｌ_ＣＵＲが初期光量Ｌ_ＩＮＴと実質的に同一である（Ｌ_ＣＵＲ＝Ｌ_ＩＮＴ）場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、処理対象のＬＥＤが劣化していないことを意味するため、（Ｉ）の処理を終了する。

他方、処理対象のＬＥＤの現在光量Ｌ_ＣＵＲが初期光量Ｌ_ＩＮＴと実質的に同一でない（Ｌ_ＣＵＲ≠Ｌ_ＩＮＴ）場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、処理対象のＬＥＤに対応するＬＥＤ冷却部の冷却強度の設定を行い、放射束の改善（増加）を図る。具体的には、ＬＥＤ冷却部の現在の冷却強度が最大であるか判断する（ステップＳ８）。現在の冷却強度が最大である場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、冷却強度をそれ以上大きくすることはできないため、（Ｉ）の処理を終了する。

現在の冷却強度が最大でない場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、システムコントローラ２１は、冷却強度を新たに設定する。その場合、処理対象のＬＥＤの現在光量Ｌ_ＣＵＲと初期光量Ｌ_ＩＮＴの差分の絶対値が所定の閾値ＴＨ以下（｜Ｌ_ＣＵＲ－Ｌ_ＩＮＴ｜≦ＴＨ）となるまで冷却強度を段階的に上げる（ステップＳ１０～Ｓ１４の繰り返し）。閾値ＴＨは、例えば初期光量Ｌ_ＩＮＴの数％とする。なお、冷却強度を一段階上げる度に所定時間経過するのを待機するのは（ステップＳ１４：ＮＯ）、処理対象のＬＥＤの光量が安定するまで時間が必要となるためである。
冷却強度を段階的に上げてステップＳ１０の条件を満たした場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、システムコントローラ２１は、その時点での冷却強度の値（冷却設定値）をメモリ２３に保存して（Ｉ）の処理を終了する（ステップＳ１６）。メンテナンス後のシステム稼働時には、システムコントローラ２１は、当該冷却設定値をメモリ２３から読み出して冷却装置を動作させる。

（ＩＩ）順方向電流を最小値にしたときの処理（ステップＳ１８～Ｓ３０）
システムコントローラ２１は、複数ＬＥＤについて、白色光（目標とするスペクトルの光の一例）を得るための出射光の放射束の最小値（つまり、使用範囲の最小値）と、ＬＥＤの放射束の調整可能範囲の最小値との差分が所定値以下である発光素子が存在する場合には、当該ＬＥＤに対する冷却強度が減少するように光源装置２０の冷却装置を制御する。

図５を参照すると、具体的な手順は以下のとおりである。
システムコントローラ２１は、順方向電流Ｉｆを白色光モードでの使用範囲の最小値Ｉ_ｍｉｎに設定する（ステップＳ１８）。この順方向電流Ｉｆの最小値Ｉ_ｍｉｎは、処理対象のＬＥＤの放射束が白色光モードでの使用範囲の最小値Ｆ_ｍｉｎとなるときの電流値である。
システムコントローラ２１は、現在モード（白色光モード）において処理対象のＬＥＤの放射束が使用範囲の最小値Ｆ_ｍｉｎとなるときの電流値Ｉ_ｍｉｎが、順方向電流Ｉｆの調整可能範囲の最小値Ｉ_ＭＩＮと実質的に同一であるか否か判断する（ステップＳ２０）。なお、「実質的に同一」とは、Ｉ_ｍｉｎとＩ_ＭＩＮの差分が無視できる程度に小さい場合も含まれる。

Ｉ_ｍｉｎ＝Ｉ_ＭＩＮではない場合には（ステップＳ２０：ＮＯ）、Ｉ_ｍｉｎ＞Ｉ_ＭＩＮであり、処理対象のＬＥＤの放射束の使用範囲の最小値を低下させる余地があることを意味するため、（ＩＩ）の処理を終了する。
他方、Ｉ_ｍｉｎ＝Ｉ_ＭＩＮである場合には（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、処理対象のＬＥＤの放射束の使用範囲の最小値を低下させる余地を確保するため、冷却強度を低下させる。例えば、図２に示した例では、ＵＶＬＥＤ光を出射するＵＶＬＥＤに対してＩ_ｍｉｎ＝Ｉ_ＭＩＮとなっているため、このＵＶＬＥＤの調整可能範囲の最小値Ｆ_ＭＩＮを低下させるようにＵＶＬＥＤに対する冷却強度を低下させる。
具体的には、ＬＥＤ冷却部の現在の冷却強度が最小であるか判断する（ステップＳ２２）。現在の冷却強度が最小である場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、冷却強度をそれ以上小さくすることはできないため、（ＩＩ）の処理を終了する。

現在の冷却強度が最小でない場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、システムコントローラ２１は、冷却強度を新たに設定する。その場合、処理対象のＬＥＤの現在光量Ｌ_ＣＵＲが初期光量Ｌ_ＩＮＴ以上であって（Ｌ_ＩＮＴ≦Ｌ_ＣＵＲ）、かつその差が所定の閾値Ｔｈ以下となるまで冷却強度を段階的に下げる（ステップＳ２４～Ｓ２８の繰り返し）。閾値Ｔｈは、例えば初期光量Ｌ_ＩＮＴの数％とする。なお、冷却強度を一段階下げる度に所定時間経過するのを待機するのは（ステップＳ２８：ＮＯ）、処理対象のＬＥＤの光量が安定するまで時間が必要となるためである。
冷却強度を段階的に下げてステップＳ２４の条件を満たした場合には（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、システムコントローラ２１は、その時点での冷却強度の値（冷却設定値）をメモリ２３に保存して（ＩＩ）の処理を終了する（ステップＳ３０）。メンテナンス後のシステム稼働時には、システムコントローラ２１は、当該冷却設定値をメモリ２３から読み出して冷却装置を動作させる。
以上が、図５のフローチャートの説明である。

次に、図６～図８を参照して、ＬＥＤ光量改善処理の実施例について説明する。
図６～図８はそれぞれ、ＬＥＤ光量改善の第１例～第３例を説明する図である。各図の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図２と同様の形式で記載されている。すなわち、ＵＶＬＥＤ光（ＵＶ）、青色ＬＥＤ光（Ｂｌｕｅ）、緑色ＬＥＤ光（Ｇｒｅｅｎ）、アンバーＬＥＤ光（Ａｍｂｅｒ）、及び、赤色ＬＥＤ光（Ｒｅｄ）の各ＬＥＤ光の放射束［ｍＷ］を示している。各ＬＥＤ光の放射束の調整可能範囲を細線で表示し、調整可能範囲のうち白色光モードの照明光を得るための各ＬＥＤ光の放射束の使用範囲を太線で表示してある。使用範囲では、放射束比率は、赤色を「１」とした場合に、｛ＵＶ：青色：緑色：アンバー：赤色｝＝｛０．５４：０．３３：０．６７：０．２８：１．００｝となるように調整される。

また、図２を参照して説明したように、赤色ＬＥＤ光の調整可能範囲の最大値Ｆ_ＭＡＸを赤色ＬＥＤ光の白色光モードでの使用範囲の最大値とし、ＵＶＬＥＤ光の調整可能範囲の最小値Ｆ_ＭＩＮをＵＶＬＥＤ光の白色光モードでの使用範囲の最小値とする。この場合、ＵＶＬＥＤ光の放射束の使用範囲の幅によって実質的に、得られる白色光（照明光）の光量可変範囲が規定される。

（第１例）
図６（ａ）は、各ＬＥＤが劣化する前の各ＬＥＤ光の放射束の調整可能範囲と使用範囲の一例を示している。この例では、得られる照明光の光量可変範囲が１０．１６［ｄＢ］である。

ここで、赤色ＬＥＤ光が劣化して放射束の調整可能範囲の最大値が３５３［ｍＷ］から２８２［ｍＷ］に低下した場合を想定する。その場合、図６（ｂ）に示すように、上記放射束比率を維持するために、ＵＶＬＥＤ光、青色ＬＥＤ光、緑色ＬＥＤ光、アンバーＬＥＤ光の放射束の使用範囲の最大値を低下させるように制御される。その結果、照明光の光量可変範囲が１０．１６［ｄＢ］から８．２２［ｄＢ］に低下する。

そこで、ＬＥＤ光量改善処理を実行することで、赤色ＬＥＤに対する冷却強度を上げて赤色ＬＥＤ光の光量を改善させる。すると、赤色ＬＥＤ光の調整可能範囲の最大値が２８２［ｍＷ］から３１２［ｍＷ］に増加するため、白色光モードでの赤色ＬＥＤ光の放射束の使用範囲の最大値も増加させることができる。それによって、図６（ｃ）に示すように、上記放射束比率を維持した上で、ＵＶＬＥＤ光、青色ＬＥＤ光、緑色ＬＥＤ光、アンバーＬＥＤ光の放射束の使用範囲の最大値を増加させることができる。その結果、照明光の光量可変範囲が８．２２［ｄＢ］から９．３３［ｄＢ］に増加（改善）する。

（第２例）
図７（ａ）は、各ＬＥＤが劣化する前の各ＬＥＤ光の放射束の調整可能範囲と使用範囲の一例を示している。この例では、得られる照明光の光量可変範囲が１０．１６［ｄＢ］である。

ここで、緑色ＬＥＤ光が劣化して放射束の使用範囲の最大値が２３６［ｍＷ］から２０４［ｍＷ］に低下した場合を想定する。その場合、図７（ｂ）に示すように、緑色ＬＥＤ光の使用範囲の最大値の低下は、上記放射束比率を維持するために他のＬＥＤ光の使用範囲の最大値に影響する。その結果、照明光の光量可変範囲が１０．１６［ｄＢ］から８．８６［ｄＢ］に低下する。

そこで、ＬＥＤ光量改善処理を実行することで、緑色ＬＥＤに対する冷却強度を上げて光量を改善させる。すると、緑色ＬＥＤ光の使用範囲の最大値が２０４［ｍＷ］から２０９［ｍＷ］に増加する。それによって、図７（ｃ）に示すように、上記放射束比率を維持した上で、ＵＶＬＥＤ光、青色ＬＥＤ光、アンバーＬＥＤ光、赤色ＬＥＤ光の放射束の使用範囲の最大値を増加させることができる。その結果、照明光の光量可変範囲が８．８６［ｄＢ］から９．２７［ｄＢ］に増加（改善）する。

（第３例）
図８（ａ）は、各ＬＥＤが劣化する前の各ＬＥＤ光の放射束の調整可能範囲と使用範囲の一例を示している。この例では、各ＬＥＤのビニングが中央値である場合に得られる照明光の光量可変範囲が１０．８０［ｄＢ］であるとする。

ここで、ビニングにより、中央値よりも高放射束のＵＶＬＥＤと中央値よりも低放射束の赤色ＬＥＤとが組み合わされた場合を想定する。その場合、図８（ｂ）に示すように、ＵＶＬＥＤ光の放射束の調整可能範囲が中央値の場合よりも全体的に上側にシフトし（５７～５８６［ｍＷ］→６１～６３０［ｍＷ］）、赤色ＬＥＤ光の放射束の調整可能範囲が中央値の場合よりも全体的に下側にシフトする（１５～３６６［ｍＷ］→１４～３４０［ｍＷ］）。そのため、他のＬＥＤ光の使用範囲が狭められる結果、照明光の光量可変範囲が１０．８０［ｄＢ］から９．５２［ｄＢ］に低下する。

そこで、ＬＥＤ光量改善処理を実行することで、ＵＶＬＥＤに対する冷却強度を下げて光量を低下させるとともに、赤色ＬＥＤに対する冷却強度を上げて光量を増加させる。すると、図８（ｃ）に示すように、ＵＶＬＥＤ光の使用範囲の最小値が６１［ｍＷ］から６０［ｍＷ］に低下するとともに、赤色ＬＥＤ光の使用範囲の最大値が３４０［ｍＷ］から３７６［ｍＷ］に増加するため、上記放射束比率を維持した上で、青色ＬＥＤ光、緑色ＬＥＤ光、アンバーＬＥＤ光の放射束の使用範囲を拡げる（最大値を増加させ、最小値を減少させる）ことができる。その結果、照明光の光量可変範囲が９．５２［ｄＢ］から１０．６３［ｄＢ］に増加（改善）する。

以上説明したように、実施形態の電子内視鏡システム１によれば、電子内視鏡用プロセッサ２００の光源装置２０の複数のＬＥＤの各々を個別に冷却可能とする冷却装置を設け、個々のＬＥＤの放射束の調整可能範囲を増加又は減少可能とする構成とした。その上で、電子内視鏡用プロセッサ２００のシステムコントローラ２１は、照明光が目標とするスペクトルの光となるように複数のＬＥＤから出射される各光の放射束比率を所定の値に制御するとともに、各ＬＥＤから出射される光の放射束の調整可能範囲（可変範囲）が初期の可変範囲に近くなるように光源装置２０の冷却装置による冷却強度を制御する。そのため、ＬＥＤの経時劣化やビニングにより調整可能範囲が変動する場合であっても冷却強度を制御することで、照明光の光量可変範囲の低下を抑制することができ、光源装置２０の長寿命化を図ることができる。

以上、本発明の電子内視鏡システムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
例えば、上述した実施形態では、発光素子がＬＥＤである場合について説明したが、発光素子としてレーザダイオードを適用することもできる。レーザダイオードについても一般に、出射光に対する温度依存性がある（低温になるほど光出力が増加する）ため、ＬＥＤに代えて適用することができる。

１…電子内視鏡システム
１００…電子スコープ
１０２…ＬＣＢ
１０４…配光レンズ
１０６…対物レンズ
１０８…撮像素子
１０８ａ…カットフィルタ
１０８ｂ…ベイヤ配列カラーフィルタ
１５２…ドライバ信号処理回路
１５４…メモリ
２００…電子内視鏡用プロセッサ
２０…光源装置
２０Ｈ…筐体
２０１…ＵＶＬＥＤ
２０２…青色ＬＥＤ
２０３…緑色ＬＥＤ
２０４…アンバーＬＥＤ
２０５…赤色ＬＥＤ
ＴＳ…温度センサ
２０１ａ…ＵＶＬＥＤ冷却部
２０２ａ…青色ＬＥＤ冷却部
２０３ａ…緑色ＬＥＤ冷却部
２０４ａ…アンバーＬＥＤ冷却部
２０５ａ…赤色ＬＥＤ冷却部
２１０…ＬＥＤ駆動部
２１１…全反射ミラー
２１２～２１５…ダイクロイックミラー
２１６…ハーフミラー
２２０…光検出器
２１…システムコントローラ
２２…画像処理ユニット
２３…メモリ
２４…操作パネル
２５…電源部
３００…モニタ

Claims (6)

1. 生体組織の撮像画像を処理するように構成された内視鏡用プロセッサであって、
   互いに異なる波長帯域の光を出射する複数の発光素子を有し、前記複数の発光素子が出射する光を合成することで前記生体組織の照明のための照明光を出射する光源装置と、
   前記複数の発光素子の各々を個別に冷却するように構成された冷却装置と、
   前記照明光が目標とするスペクトルの光となるように前記複数の発光素子から出射される各光の放射束比率を所定の値に制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、各発光素子から出射される光の放射束の可変範囲が変動前の可変範囲に近くなるように前記冷却装置による冷却強度を制御する、
   内視鏡用プロセッサ。
2. 前記制御部は、前記複数の発光素子のうち、各発光素子の調整可能な順方向電流の範囲である調整可能電流の最大値の電流を流す条件下において、現在出射する光の放射束が初期の放射束よりも所定値以上低下した発光素子が存在する場合には、当該発光素子に対する冷却強度が増加するように前記冷却装置を制御する、
   請求項１に記載された内視鏡用プロセッサ。
3. 前記制御部は、前記複数の発光素子について、前記目標とするスペクトルの光を得るための出射光の放射束の最小値と、発光素子の調整可能な放射束の最小値との差分が所定値以下である発光素子が存在する場合には、当該発光素子に対する冷却強度が減少するように前記冷却装置を制御する、
   請求項１又は２に記載された内視鏡用プロセッサ。
4. 前記複数の発光素子の各々の素子温度を測定する複数の温度センサを備え、
   各発光素子の素子温度が所定の許容範囲内を超えないように前記冷却装置を制御する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載された内視鏡用プロセッサ。
5. 前記目標とするスペクトルの光が白色光である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載された内視鏡用プロセッサ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載された内視鏡用プロセッサと、前記内視鏡用プロセッサに接続された内視鏡スコープと、を含む内視鏡システム。

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