JP2001078175A - 蛍光観察装置 - Google Patents

蛍光観察装置

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JP2001078175A
JP2001078175A JP2000114702A JP2000114702A JP2001078175A JP 2001078175 A JP2001078175 A JP 2001078175A JP 2000114702 A JP2000114702 A JP 2000114702A JP 2000114702 A JP2000114702 A JP 2000114702A JP 2001078175 A JP2001078175 A JP 2001078175A
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excitation light
light
fluorescence observation
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Tomonari Sendai
知成 千代
Katsumi Hayashi
克巳 林
Kazuo Hakamata
和男 袴田
Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Yoji Okazaki
洋二 岡崎
Kenji Matsumoto
研司 松本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光観察装置の光源において、半導体レー
ザの構成材料およびその駆動方式の設定を最適化するこ
とにより、強度の高い励起光を発生させる。 【解決手段】 励起光光源１７から発せられた励起光Ｌ
ｅを生体組織１に照射する励起光照射手段２００と、こ
の励起光の照射により生体組織１から発生した蛍光を測
光する蛍光測光手段３００とを備えてなる蛍光観察装置
において、励起光光源１７にＧａＮ系の半導体レーザを
用いるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、励起光の照射によ
り生体等から発せられる蛍光を測光し診断等に供する情
報を提供する蛍光観察装置に関し、詳細には半導体レー
ザを励起光光源として用いた蛍光観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、励起光の照射により生体等か
ら発生する蛍光の強度およびスペクトルを取得し、診断
に供する情報を得る診断装置等が知られている。これら
の診断装置は、生体組織に診断用励起光を照射した際に
発生する蛍光を検出する方式、あるいは蛍光診断薬を予
め吸収させた生体組織に励起光を照射することにより発
生した蛍光を検出する方式等があり、内視鏡、コルポス
コープおよび手術用顕微鏡等に組み込まれ蛍光画像の観
察に利用されている。
【０００３】例えば、特開平９−３２７４３３号におい
ては、呼吸器官および胃腸器官から自家蛍光を発生させ
る為の励起光光源として水銀ランプを使用し、この水銀
ランプから発生した励起光の照射により生体組織から発
生した自家蛍光を検出することにより病変組織を検出す
るシステムが開示されている。生体組織から蛍光を発生
させるための励起光は、紫外から可視光の短波長領域に
属する波長であることが望ましく水銀ランプはこの波長
領域において高出力を得やすい。
【０００４】また、特開昭５９−４０８３０号において
は、励起光光源にエキシマ・ダイレーザを用い、この光
源から発せられる励起光を腫瘍親和性のある光感受性物
質を予め投与した生体組織に照射し、前記生体組織から
発生した蛍光を観察する装置が開示されている。上記技
術は、生体組織から１／６０秒毎に画像を得て、生体組
織を動画像として観察する装置で、通常像と蛍光像とを
動画像として同時に観察することができる装置である。
蛍光像の観察は、エキシマ・ダイレーザが発する励起光
を、１／６０秒毎にパルス幅３０ｎｓｅｃで被写体とな
る生体組織に照射して、この励起光の照射により生体組
織から発生した蛍光を蛍光像用の高感度撮像素子により
撮像することにより動画像を得ており、一方、通常画像
の観察は、前記パルス幅３０ｎｓｅｃで１／６０秒毎に
行われるエキシマ・ダイレーザの照射期間を避けて白色
光を１／６０秒毎の周期で被写体となる生体組織に照射
することにより得られる像を通常像用の撮像素子により
撮像し動画像を得ている。
【０００５】ここで、エキシマ・ダイレーザのパルス発
光は、その発光時間が３０ｎｓｅｃであってもピーク尖
頭値の極めて高いパルス光として出力されるので、その
照射を受けた生体組織から発生する蛍光の発光強度は良
好な診断情報を得るのに十分な強度となり、また励起光
が生体組織へ照射されてから生体組織が蛍光を発生する
までの時間遅れは殆ど無く励起光の照射と蛍光の発生は
ほぼ同時と考えられるので、励起光の照射および蛍光像
の撮像と、白色光の照射および通常像の撮像との時間帯
が重複することはない。さらに蛍光像の撮像は通常像の
撮像の垂直ブランキング期間内に行われ短時間なので、
戸外の光および室内照明等の背景光がノイズとして蛍光
像と共に撮像される割合は極小さい。
【０００６】上記のようにエキシマ・ダイレーザおよび
水銀ランプは励起光光源として有利な点も多いが、装置
が極めて大掛かりでコストも極めて高く、近年小型で低
価格な半導体レーザを励起光光源として用いることが検
討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザは、紫外から可視光の短波長領域に属する波長の
光を発生することが望まれる励起光光源として用いるに
は発光する光の強度が弱く、またパルス発振させて連続
最大定格出力値以上のピーク尖頭値を発生させようとす
るとＣＯＤ（光損傷：Catastrophic Optical Damage）
と呼ばれる現象が生じ、半導体レーザの活性層の端面が
破壊されてしまう。この現象は半導体レーザの活性層の
端面の欠陥が非発光再結合中心となり、非発光再結合の
エネルギーが格子の熱振動に消費され発熱し、この熱に
より端面温度が上昇し転移が増殖することにより更にバ
ンドギャップが狭まり、バンドギャップが狭まるとさら
に光を吸収して熱を発生し端面の温度上昇を促進して熱
暴走が生じついには端面の溶融を引き起こすものであ
る。特に励起光光源に使用される紫外近傍の波長領域の
光を発生するエネルギーギャップの大きい半導体レーザ
においては、大きな電流を注入して光出力を高めたり、
連続最大定格出力値以上のピーク尖頭値を備えたパルス
光を安定して発生させたりすることは難しい。
【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、半導体レーザの構成材料およびその駆動方式
の設定を最適化することにより、紫外から可視光の短波
長領域に属する波長を持つ強度の高い光、例えば、光強
度が高い連続光や、光強度が高いパルス状の光や、ピー
ク尖頭値の高いパルス光を励起光として発生させること
ができる小型で低価格な蛍光観察装置を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の蛍光観察装置
は、光源から発せられた励起光を生体等の試料に照射す
る励起光照射手段と、励起光の照射により試料から発生
した蛍光を測光する蛍光測光手段とを備えてなる蛍光観
察装置において、光源としてＧａＮ系の半導体レーザを
用いたことを特徴とするものである。
【００１０】前記励起光照射手段は、光源から発せられ
た連続状の励起光を生体等の試料に照射するものとする
ことができる。
【００１１】前記励起光照射手段は、光源から発せられ
たパルス状の励起光を生体等の試料に照射するものとす
ることができる。
【００１２】前記ＧａＮ系の半導体レーザは、ＩｎＧａ
Ｎ系の半導体レーザとすることができ、その場合半導体
レーザの活性層は、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸構
造とすることができる。
【００１３】前記半導体レーザは、パルス注入電流によ
り該半導体レーザの連続最大出力値以上のピーク尖頭値
を有するパルス状の励起光を出力せしめられるものとす
ることができる。
【００１４】また、前記半導体レーザは、該半導体レー
ザの単位時間当たりのパルス発振出力の積分値が該半導
体レーザの単位時間当たりの連続最大出力の積分値以下
となるように駆動されるものとすることが好ましい。
【００１５】また、前記半導体レーザは、所定の温度以
下に温調する温調手段を備えることができる。
【００１６】また、前記半導体レーザは、ブロードエリ
ア型の半導体レーザまたは面発光型の半導体レーザとす
ることができる。
【００１７】また、前記半導体レーザは、アレイ型の半
導体レーザとすることができる。
【００１８】また、前記蛍光観察装置は、試料に間欠的
に可視光を照射する可視光照射手段と、可視光により照
明された試料の通常の像を撮像する通常像撮像手段とを
更に備え、可視光の非照射期間にパルス状の励起光が照
射されるものとすることができる。
【００１９】また、前記励起光の照射は、通常像撮像手
段の垂直ブランキング期間内に行われるものとすること
ができる。
【００２０】また、前記パルス状の励起光は、複数のパ
ルスから形成されたものとすることができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明の蛍光観察装置によれば、光源か
ら発せられた励起光を生体等の試料に照射することによ
りこの試料から発生した蛍光を測光するにあたり、光源
としてＧａＮ系の半導体レーザを用いたことにより、紫
外から可視光の短波長領域に属する波長において、強度
の高い励起光を容易に得ることができ、蛍光観察装置を
小型で低価格なものとすることができる。なぜなら、Ｇ
ａＮ系の材料は、融点が１０００℃と他の材料、例えば
ＺｎＳｅ（融点４００〜５００℃）やＧａＡｓ（融点７
００℃前後）に比べて非常に高いので、非発光再結合が
起きても素子の破壊を免れることができ、また熱伝導係
数も他の材料、例えばＺｎＳｅやＧａＡｓに比べて非常
に大きく素子内で発生した熱はすみやかに外部に吸収さ
れ端面温度の上昇による転移の増殖を抑制することがで
きるからである。さらに、ＧａＮ系の材料は、共有結合
ライクの構造となっているため、転移の易動度が他の材
料、例えばＺｎＳｅ（イオン結合）やＧａＡｓ（イオン
結合と共有結合の中間的結合）に比べて極端に小さく非
発光再結合が起きても転移の増殖に起因する熱暴走の発
生を阻止することができる。
【００２２】なお、前記励起光照射手段を、光源から発
せられた連続状の励起光を生体等の試料に照射するもの
とすれば、出力の大きな励起光を少ない駆動電流で高効
率に発生させることができる。
【００２３】また、前記励起光照射手段を、光源から発
せられたパルス状の励起光を生体等の試料に照射するも
のとすれば、出力の大きなパルス状の励起光やピーク尖
頭値の高いパルス状の励起光を発生させることができ
る。なぜなら、ＧａＮ系の材料は、融点が１０００℃と
他の材料、例えばＺｎＳｅ（融点４００〜５００℃）や
ＧａＡｓ（融点７００℃前後）に比べて非常に高いの
で、非発光再結合が起きても素子の破壊を免れることが
でき、また熱伝導係数も他の材料、例えばＺｎＳｅやＧ
ａＡｓに比べて非常に大きく素子内で発生した熱はすみ
やかに外部に吸収され端面温度の上昇による転移の増殖
を抑制することができるからである。さらに、ＧａＮ系
の材料は、共有結合ライクの構造となっているため、転
移の易動度が他の材料、例えばＺｎＳｅ（イオン結合）
やＧａＡｓ（イオン結合と共有結合の中間的結合）に比
べて極端に小さく非発光再結合が起きても転移の増殖に
起因する熱暴走の発生を阻止することができる。
【００２４】また、前記ＧａＮ系の半導体レーザを、Ｉ
ｎＧａＮ系の半導体レーザとすれば、キャリアが非発光
再結合中心となる格子欠陥に捕獲される前にＩｎ（イン
ジウム）等の組成不均一により形成された局在準位に不
可避的に捕獲され、そこで効率的に発光再結合されるた
め、転移等の欠陥が存在しても非発光再結合中心とはな
らず、注入した電流が光に変換されずに熱の発生を引き
起こすことを避けることができるので、活性層内に転移
等の欠陥が存在してもＣＯＤ（光損傷）の発生を防止す
ることができる。
【００２５】また、前記半導体レーザの活性層を、Ｉｎ
ＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸構造とすれば、量子井戸の
中に量子準位ができミニバンドの中にキャリアが集中す
るようになり、発光再結合の効率が良くなって発振閾値
電流が低下するので、大きな光出力を少ない駆動電流に
より得ることができるようになる。
【００２６】また、前記半導体レーザを、該半導体レー
ザの単位時間当りのパルス発振出力が該半導体レーザの
単位時間当りの連続最大出力以下となるように駆動され
るものとすれば、熱損傷を起こさずに安定的にピーク尖
頭値の高いパルス発光を継続することができる。
【００２７】また、前記半導体レーザを、所定の温度以
下に温調すれば、発振閾値電流を低下させることができ
ると共に、端面温度の上昇による転移の増殖を抑制する
ことができるので、最大出力が熱飽和で限定されずによ
り高い出力またはピークパワーを得ることができ寿命も
大幅に延ばすことができる。
【００２８】また、前記半導体レーザを、ブロードエリ
ア型の半導体レーザまたは面発光型の半導体レーザとす
ればより安価に高出力の励起光光源を得ることができ
る。
【００２９】また、前記半導体レーザをアレイ型の半導
体レーザとすれば、複数の場所から発生するレーザ光の
光出力を積算した出力値を持つ励起光を発生させること
ができるのでより安価に高出力の励起光光源を得ること
ができる。
【００３０】また、前記蛍光観察装置が、前記可視光照
射手段と、通常像撮像手段とを更に備え、可視光の非照
射期間にパルス状の励起光を照射するようにすれば、可
視光と励起光とが干渉しないようにそれぞれの光を生体
等の試料に照射することができ、より正確に蛍光像と通
常像とを撮像することができる。
【００３１】また、前記励起光の照射を通常像撮像手段
の垂直ブランキング期間内に行うようにすれば、通常像
の撮像を妨げることなく生体組織に励起光を照射するこ
とができる。
【００３２】また、前記パルス状の励起光を、複数のパ
ルスから形成されたものとすれば、例えば前記パルス状
の励起光がＱスイッチ等によるパルス駆動によって得ら
れた１つのパルスから形成されたものである場合には、
この１つのパルスと同等の出力を複数のパルスの出力の
和として得ることができるのでパルスの尖塔値を下げる
ことができ、半導体レーザの寿命を延ばすことができる
と共に、レーザ駆動用ドライバ回路の負担が軽減され、
より一層の装置コスト低減と小型化が可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について図面を用いて説明する。
【００３４】図１は、本発明を適用した第1の実施の形
態による蛍光観察装置の概略構成を示す図である。
【００３５】第１の実施の形態による蛍光観察装置は、
励起光および可視光（白色光）の光源を備えた光源部１
００と、光源部１００から導かれた白色光Ｗｈを生体組
織へ照射することにより得られる通常の像を撮像し、同
様に光源部１００から導かれた励起光Ｌｅを生体組織へ
照射することにより得られる蛍光の像を光ファイバによ
り伝搬する屈曲自在な内視鏡先端部２００と、内視鏡先
端部２００で得られた上記通常像と蛍光像とを画像信号
として取り込み記憶する画像取込部３００と、画像取込
部３００によって記憶された画像信号を入力し演算して
癌組織と正常組織とを識別し、その結果を画像信号とし
て記憶し出力する演算機能と記憶機能とを備えた画像演
算メモリ１３と、画像演算メモリ１３から出力された画
像信号をビデオ信号に変換し出力するビデオ信号処理回
路１４と、ビデオ信号処理回路１４によって出力された
ビデオ信号を画像として表示する表示部１５と、励起光
Ｌｅの照射、白色光Ｗｈの照射、通常像の読取り、蛍光
像の読取り等のタイミングを制御するコントロール部１
６とから構成されている。
【００３６】光源部１００の白色光光源１９には、コン
トロール部１６により制御される白色光電源２０が接続
され、該白色光光源１９は１／６０秒周期で白色光Ｗｈ
を発生し、その白色光Ｗｈは白色集光レンズ２２により
集光されて、多成分ガラスファイバで形成され光源部１
００に接続された白色光ライトガイド２５−１に入射さ
れる。
【００３７】一方、光源部１００の励起光光源１７に
は、多重量子井戸構造ＩｎＧａＮ半導体レーザ（活性層
ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ）が用いられ、コントロール部
１６により制御されるＬＤ電源１８によってパルス駆動
されることにより１／６０秒周期でパルス状の励起光Ｌ
ｅを発生し、その励起光Ｌｅは励起光集光レンズ２１に
より集光されて石英ガラスファイバで形成され光源部に
接続された励起光ライトガイド２５−２に入射される。
【００３８】なお、上記励起光光源１７に用いられる半
導体レーザは、連続最大出力（連続最大定格出力）Ｐｍ
ａｘ（ｍＷ）、連続最大動作電流Ｉｍａｘ（ｍＡ）、発
振波長４１０ｎｍ（シングルモード）、発振閾値電流Ｉ
ｔｈ（ｍＡ）（Ｉｔｈ＜Ｉｍａｘ）である（図２参
照）。その構造および組成は概略図３に示すような構成
からなるものである。
【００３９】また、上記白色光ライトガイド２５−１と
励起光ライトガイド２５−２とはバンドルされており、
ケーブル状に一体化されている。
【００４０】内視鏡先端部２００には、上記ケーブル状
に一体化された白色光ライトガイド２５−１および励起
光ライトガイド２５−２が挿入され照明レンズ５を介し
て試料１（生態組織１）に向けて励起光Ｌｅまたは白色
光Ｗｈが照射されるように配設されている。白色光Ｗｈ
の照射により照明された生態組織１の像（通常像）は通
常観察用対物レンズ６によって通常観察用ＣＣＤ撮像素
子７の受光面に結像され、通常観察用ＣＣＤ撮像素子７
により電気的な画像信号に変換されてＣＣＤケーブル２
７により画像取込部３００に伝送される。一方、励起光
Ｌｅが照射されたときに試料１から発生する蛍光Ｋｅの
像（蛍光像）は蛍光観察用対物レンズ４によって蛍光像
イメージファイバ２６の端面Ｋｉに結像され、その像は
蛍光像イメージファイバ２６内を伝搬して画像取込部３
００に接続された蛍光像イメージファイバ２６の他方の
端面Ｋｏに導かれる。
【００４１】画像取込部３００には、ＣＣＤケーブル２
７によって伝送された電気的な画像信号をＡ／Ｄ変換す
る通常観察用Ａ／Ｄ変換器８とＡ／Ｄ変換された画像を
記憶する通常画像メモリ９とが通常像の観察用に備えら
れ、一方蛍光像の観察用としては、蛍光像イメージファ
イバ２６の端面Ｋｏに導かれた蛍光像を、波長４１０ｎ
ｍ近傍以下の波長を遮断する励起光カットフィルタ２４
を介して蛍光用集光レンズ２３により蛍光観察用高感度
撮像素子１０の受光面に結像させるように構成された光
学系と、蛍光観察用高感度撮像素子１０（冷却型裏面照
射ＣＣＤ）と、蛍光観察用高感度撮像素子１０によって
受光され変換された電気的な画像信号をＡ／Ｄ変換する
蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器１１と、Ａ／Ｄ変換された画像
を記憶する蛍光画像ｈ１メモリ１２−１、蛍光画像ｈ２
メモリ１２−２および蛍光画像ｈ３メモリ１２−３から
なる蛍光画像メモリ１２とが備えられている。
【００４２】なお、上記蛍光観察用高感度撮像素子１０
の受光面には、図４に示すような波長領域ｈ１（４３０
ｎｍ近傍から４４５ｎｍ近傍の間）、波長領域ｈ２（４
４５ｎｍ近傍から５２０ｎｍ近傍の間）、波長領域ｈ３
（５２０ｎｍ近傍から７００ｎｍ近傍の間）のみをそれ
ぞれ透過させる特性を備えた３種類のフィルタの集合体
からなる図５に示すようなカラーモザイクフィルタ１０
ａがオンチップされており、蛍光像は図４に示す３つの
領域の波長帯域に分離されて受光される。
【００４３】次に、上記第１の実施の形態における作用
について説明する。
【００４４】第１の実施の形態の蛍光観察装置は図６に
示すタイミングチャートに従ってコントローラ１６によ
り制御されている。図６のタイミングチャートに示され
るように、白色光光源１９から発せられた白色光Ｗｈ
は、白色光集光レンズ２２および白色光ライトガイド２
５−１を介して内視鏡先端部２００に導かれ照明レンズ
５を介して生体組織１を照明する。白色光Ｗｈによって
照明された生体組織１の像は、通常観察用対物レンズ６
により通常観察用ＣＣＤ撮像素子７の受光面上に結像さ
れ、通常観察用ＣＣＤ撮像素子７を構成する、光を電荷
に変換する多数の感光素子からなる感光部に露光され信
号電荷に変換されて蓄積される。白色光Ｗｈの照明が終
了すると、感光部に蓄積された信号電荷は通常観察用Ｃ
ＣＤ撮像素子７を構成する回路によって電気的な画像信
号に変換されて読み出され、通常観察用Ａ／Ｄ変換器８
によりデジタル値に変換されて通常画像メモリ９に記憶
される。
【００４５】上記白色光Ｗｈの照射が終了すると、次に
励起光光源１７から発せられたパルス状の励起光Ｌｅ
が、励起光集光レンズ２１および励起光ライトガイド２
５−２を介して内視鏡先端部２００に導かれ照明レンズ
５を介して生体組織１に向って照射される。
【００４６】励起光Ｌｅの照射により生体組織１から発
せられた蛍光は蛍光観察用対物レンズ４によって蛍光像
イメージファイバ２６の端面Ｋｉに結像され他方の端面
Ｋｏに伝搬される。端面Ｋｏに伝搬された蛍光像は励起
光カットフィルタ２４により測定対象となる蛍光Ｋｅに
混入する励起光Ｌｅが除去され、蛍光集光レンズ２３に
よってモザイクフィルタ１０ａがオンチップされた蛍光
観察用高感度撮像素子１０の受光面上に結像され、蛍光
観察用高感度撮像素子１０の感光部に露光されて信号電
荷として蓄積される。励起光Ｌｅのパルス状の照射が終
了すると、感光部に蓄積された信号電荷は蛍光観察用高
感度撮像素子１０を構成する回路によって電気的な画像
信号に変換されて読み出され、蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器
１１によりデジタル値に変換されて、蛍光画像ｈ１メモ
リ１２−１、蛍光画像ｈ２メモリ１２−２および蛍光画
像ｈ３メモリ１２−３に記憶される。
【００４７】このとき、モザイクフィルタ１０ａのｈ１
フィルタを透過し蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器１１によりデ
ジタル値に変換された蛍光の強度値は蛍光画像ｈ１メモ
リ１２−１に記憶され、ｈ２フィルタを透過し蛍光観察
用Ａ／Ｄ変換器１１によりデジタル値に変換された蛍光
の強度値は蛍光画像ｈ２メモリ１２−２に記憶され、ｈ
３フィルタを透過し蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器１１により
デジタル値に変換された蛍光の強度値は蛍光画像ｈ３メ
モリ１２−３に記憶される。
【００４８】ここで、励起光光源１７に用いられる多重
量子井戸構造ＩｎＧａＮ半導体レーザ（活性層ＩｎＧａ
Ｎ／ＩｎＧａＮ）の動作条件について詳細を説明する。
【００４９】この半導体レーザは、単位時間当りの発振
出力の積分値が単位時間当りの連続最大出力の積分値以
下で駆動され、且つ、連続最大出力以上のピーク尖頭値
を得るようにパルス発振デューティ比が設定されてお
り、連続最大出力がＰｍａｘ（ｍＷ）の上記半導体レー
ザを１／６０秒の周期でパルス動作させるときの各単パ
ルスの単位時間当りの発振出力の積分値に相当するエネ
ルギーＥを、単位時間当りの連続最大出力の積分値Ｊ以
下の値に設定する必要がある。ここで、単位時間は１／
６０秒となるので、以下に示す条件を満たすことが必要
となる。
【００５０】 単パルスの上記エネルギーＥ（ｍＪ）≦Ｐｍａｘ／６０ 従って、例えば矩形波の電流の注入により発せられる矩
形波のパルス幅を０．５ｍｓｅｃにするには、ピーク尖
頭値は下記の値に設定される（図７（ａ）参照）。
【００５１】ピーク尖頭値Ｐｐ（ｍＷ）≦（１０００／
０．５）×（Ｐｍａｘ／６０） ∴ピーク尖頭値Ｐｐ（ｍＷ）≦（２０００／６０）×
（Ｐｍａｘ／６０） ここで、 （２０００／６０）×（Ｐｍａｘ／６０）≒３３．３×
Ｐｍａｘ また、矩形波で駆動する場合のピーク尖頭値をＰｐ（ｍ
Ｗ）（Ｐｐ＞Ｐｍａｘ）にするには、パルス幅が下記の
値となるようにデューティ比が設定される（図７（ｂ）
参照）。
【００５２】パルス幅Ｗｄ（ｓｅｃ）≦（１／Ｐｐ）×
（Ｐｍａｘ／６０） ∴パルス幅Ｗｄ（ｓｅｃ）≦Ｐｍａｘ／（６０×Ｐｐ） ここで、図８に示すようにＩｎＧａＮは同一温度におけ
る転位の易動度がＩｎＧａＡｓＰやＧａＡｓに比べて１
０桁程度低い値となっており、さらに活性層をＩｎＧａ
Ｎ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造とすることにより発振
の条件が緩和されているので（発振閾値電流を低下させ
温度依存性を小さくして発光効率が高められたので）上
記のように、連続最大出力よりも高いピーク尖頭値で発
振させてもＣＯＤ（光損傷：Catastrophic Optical Dam
age）が起こらず、ピーク尖頭値が高いパルスの発振を
安定的に継続させることができる。また、パルス駆動す
ることにより熱の発生が断続的になり放熱時間が増すの
で、結晶の発熱によりＭｇ等のドーピング材が熱拡散し
て活性層を横切り短絡することによる劣化を防ぐことが
でき素子の寿命を延ばすことができる。
【００５３】また、図６のタイミングチャートに示され
るように、通常像と蛍光像とを１／６０秒毎に取り込
み、動画像を得るには、生体組織１への励起光Ｌｅの照
射と白色光Ｗｈの照射とは１／６０秒の中で重複しない
ように時間を設定しそれぞれの光を露光する必要があ
る。例えば、励起光Ｌｅの生体組織への照射と生体組織
から発生する蛍光の露光は、白色光Ｗｈ光の照射が停止
され通常観察用ＣＣＤ撮像素子７が垂直ブランキング期
間となっている間に実施するようなタイミングを設定す
る必要がある。そして、それぞれの撮像素子によって露
光され感光部に蓄積された信号電荷を読み出す場合に
は、一旦蓄積された信号電荷を撮像素子を構成する感光
部外の他の回路へ移動し退避させ、この退避した信号電
荷を読み出すことにより、次の周期の信号電荷の読出し
が始まるまでの約１／６０秒間の余裕時間の間に信号電
荷を読み出すことができるので、ノイズの少ない画像信
号を得ることができる。
【００５４】蛍光画像ｈ１メモリ１２−１、蛍光画像ｈ
２メモリ１２−２および蛍光画像ｈ３メモリ１２−３に
記憶された画像信号の値は、画像演算メモリ１３に出力
され以下のような演算処理が施される。
【００５５】図９に拡大して示すようにモザイクフィル
タ１０ａは４つの微小領域を備えた行列状の多数の区画
からなり、例えば区画Ｍ１１の中の４つの微小領域Ｍ１
１（１，１）、Ｍ１１（１，２）、Ｍ１１（２，１）、
Ｍ１１（２，２）には、図４に示すような波長領域ｈ
１、波長領域ｈ２、波長領域ｈ３のみをそれぞれ透過さ
せるフィルタ特性を備えたｈ１フィルタ、ｈ２フィル
タ、ｈ３フィルタが配設され、微小領域Ｍ１１（１，
１）にはｈ１フィルタ、微小領域Ｍ１１（１，２）およ
びＭ１１（２，１）にはｈ２フィルタ、微小領域Ｍ１１
（２，２）にはｈ３フィルタが対応している。ここで、
一般に、癌組織と正常組織とのプロファイルを比較する
と、図４に示すように波長領域ｈ２において正常組織は
癌組織と異なるプロファイルを有することが知られてい
るので、波長領域ｈ２における蛍光強度を全波長領域の
蛍光強度で除算することにより、癌組織と正常組織との
識別が可能となる。すなわち、モザイクフィルタ１０ａ
の区画Ｍ１１の中の４つの微小領域Ｍ１１（１，１）、
Ｍ１１（１，２）、Ｍ１１（２，１）、Ｍ１１（２，
２）に対応する個々の感光素子から得られる蛍光の強度
値をそれぞれＤ１１（１，１）、Ｄ１１（１，２）、Ｄ
１１（２，１）、Ｄ１１（２，２）とすると、区画Ｍ１
１における識別値ＤＤ１１は以下のように表される。す
なわち、 ＤＤ１１＝ｈ２フィルタを透過した蛍光強度／全波長領域の蛍光強度 ＝ｈ２フィルタを透過した蛍光強度／（ｈ１フィルタを透過した蛍 光強度＋ｈ２フィルタを透過した蛍光強度＋ｈ３フィルタを透過した蛍光強度） ＝[｛Ｄ１１（１，２）＋Ｄ１１（２，１）｝／２]／[Ｄ１１（１ ，１）＋｛Ｄ１１（１，２）＋Ｄ１１（２，１）｝／２＋Ｄ１１（２，２）] このようにして求められた値をモザイクフィルタ１０ａ
の全ての区画、すなわちＭ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１
４・・・に対応させて演算し、あらかじめ癌組織または
正常組織と判定された生体組織から上記と同様の手法に
よって求めた、基準識別値ＳＴと比較することにより癌
組織または正常組織との差異の度合いを値として求める
ことができ、その結果は識別差異値ＳＳとして画像演算
メモリ１３に記憶される。すなわち、区画Ｍｘｙにおけ
る識別差異値ＳＳの値は以下の式によって求められる。
【００５６】ＳＳ（ｘ、ｙ）＝ＤＤｘｙ−ＳＴ 上記のようにして求められた識別差異値ＳＳは画像演算
メモリ１３から出力され、通常画像メモリ９から出力さ
れる通常画像の画像信号の値と共にビデオ信号処理回路
１４に入力され、１画面に通常画像と蛍光画像とが同時
に表示されるように信号処理が施されて病変部の診断に
供する情報として表示器１５に出力され表示される。
【００５７】なお、図１０に示すように１段ペルチェ素
子２８を励起光光源１７に密着して配設し多重量子井戸
構造ＩｎＧａＮ半導体レーザ（活性層ＩｎＧａＮ／Ｉｎ
ＧａＮ）の動作温度を１０℃以下に冷却すれば発振閾値
電流は温度に依存して低下するので半導体レーザの寿命
を大幅に延ばすことができると共に、最大出力が熱飽和
で限定されずに、より高いピーク尖頭値を得ることがで
きる。さらに複数段のペルチェ素子を用いて−２０℃ま
で冷却すれば上記の効果をさらに高めることができる。
【００５８】なお、上記第１の実施の形態では半導体レ
ーザを多重量子井戸構造ＩｎＧａＮ半導体レーザ（活性
層ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ）としたが、ＩｎＧａＮ半導
体レーザおよび他のＧａＮ系半導体レーザにおいても従
来より優れた上記のような効果を得ることができる。
【００５９】図１１は本発明による蛍光観察装置の第２
の実施の形態を示す概略構成図であり、生体組織に予め
光感受性色素であるフォトフリンを吸収させておき、
このフォトフリンを吸収させた生体組織に励起光を照
射することにより生体組織から発せられる蛍光の発光状
態の差により病変部の局在を診断する蛍光内視鏡に本発
明を適用したものである。
【００６０】第２の実施の形態においては、励起光光源
１７は発振波長４００ｎｍの多重量子井戸構造ＩｎＧａ
Ｎ半導体レーザ（活性層ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ）が用
いられ、発振閾値電流Ｉｔｈ（ｍＡ）以上のＤＣバイア
ス電流を加えながらパルス動作されている。
【００６１】また、上記半導体レーザのパルス発振は、
図１２に示すようにＤＣバイアス電流により発生するＬ
ＥＤ光（自然放出光）の単位時間当り（１／６０秒当
り）の出力の積分値Ｂｏと単位時間当りのパルス発振出
力の積分値Ｅｏが、単位時間当りの連続最大出力の積分
値Ｊｏ以下になるように駆動され、かつ連続最大出力以
上のピーク尖頭値を得るようにパルス発振デューティ比
が設定されている。すなわち、 Ｅｏ＋Ｂｏ≦Ｊｏ となるようにパルス発振デューティ比が設定されてい
る。
【００６２】さらに、上記半導体レーザは紫外領域〜可
視領域の波長を発振することが可能なので、想定する光
感受性色素の励起波長に応じて最適な波長を選択するこ
とができる。
【００６３】なお、第２の実施の形態においては、内視
鏡先端部２００にはＣＣＤを備えておらず通常像と蛍光
像とは共にイメージファイバ２５により画像取込部３０
０に伝搬される。画像取込部３００には、モータ３０に
より回転される円盤状のフィルタ２９と、白色光Ｗｈで
照明された生体組織１の像を撮像する通常観察用ＣＣＤ
撮像素子７と励起光Ｌｅの照射により生体組織１から発
生した蛍光を撮像する蛍光観察用高感度撮像素子８が備
えられている。
【００６４】フィルタ２９は図１３に示すように、通常
像の観察に必要な波長領域の光を反射する反射領域２９
−１および蛍光像の観察に必要な波長領域の光を透過す
る透過領域２９−２を備えている。その他の構成は実施
例１と同様である。
【００６５】上記構成による第２の実施の形態の作用は
第１の実施の形態と同様に図６に示すタイミングチャー
トに従ってコントローラ１６により制御されており、白
色光Ｗｈで生体組織１が照明されているときに得られる
通常像はフィルタ２９の反射領域２９−１によって反射
され通常観察用ＣＣＤ撮像素子７の受光面に結像され
る。一方、励起光Ｌｅが生体組織１を照射しているとき
に得られる蛍光像はフィルタ２９の透過領域２９−２を
透過して蛍光観察用高感度撮像素子１０の受光面に結像
される。通常観察用ＣＣＤ撮像素子７の受光面に結像さ
れた通常像は信号電荷に変換され、さらに画像信号に変
換されて通常観察用Ａ／Ｄ変換器８に出力され、通常観
察用Ａ／Ｄ変換器８によってデジタル値に変換されて通
常画像メモリ９に記憶される。一方、蛍光観察用高感度
撮像素子１０の受光面に結像された蛍光像は信号電荷に
変換され、さらに画像信号に変換されて蛍光観察用Ａ／
Ｄ変換器１１に出力され、蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器１１
によってデジタル値に変換されて蛍光画像メモリ１２に
記憶される。
【００６６】通常画像メモリ９および蛍光画像メモリ１
２に記憶された画像信号はビデオ信号処理回路１４に入
力され、１画面に通常画像と蛍光画像とが同時に表示さ
れるように信号処理され、病変部の局在を診断する情報
として表示器１５に出力され表示される。その他の構成
および作用は第１の実施の形態と同様である。
【００６７】なお、前記第１の実施の形態に補足して説
明したペルチェ素子２８を励起光光源１７に密着して配
設する温調方式は、冷却による結露を防ぐために、図１
４に示すようにペルチェ素子２８から延びる冷却板２８
ａに半導体レーザ４２を密着させて固定し、この半導体
レーザ４２をカバー２８ｂによって密閉し、その内部に
窒素を封入する方式とすることが好ましい。
【００６８】図１５は本発明による蛍光観察装置の第３
の実施の形態を示す概略構成図であり、第１の実施の形
態と共通の機能を有する構成については第１の実施の形
態と同一の符号を用いて示したものである。
【００６９】第３の実施の形態における蛍光観察装置８
００は、蛍光観察用高感度撮像素子１０の受光面上にオ
ンチップされるモザイクフィルタの構成を変更し、第１
の実施の形態の構成に含まれていた蛍光画像ｈ３メモリ
１２−３を除いたものであり、その他の構成は第１の実
施の形態の構成と同様である。第３の実施の形態におけ
るモザイクフィルタ１０ｂは、図１６に示されるような
波長領域ｈ１（４３０ｎｍ近傍から７４０ｎｍ近傍の
間）、波長領域ｈ２（４４５ｎｍ近傍から５２０ｎｍ近
傍の間）の光をそれぞれ透過させる特性を備えた２種類
のｈ１フィルタおよびｈ２フィルタを図１７に示すよう
な格子状に並べた集合体からなるものである。
【００７０】次に、上記第３の実施の形態における作用
について説明する。
【００７１】第３の実施の形態の蛍光観察装置８００は
図１８に示すタイミングチャートに従ってコントローラ
１６により制御されている。図１８のタイミングチャー
トに示されるように、同じ矩形波形状を持つ３つの分割
パルスから形成されたパルス状の励起光Ｌｅが励起光光
源１７から発せられ、励起光集光レンズ２１および励起
光ライトガイド２５−２を介して内視鏡先端部２００に
導かれて照明レンズ５を介して生体組織１に向って照射
される。
【００７２】励起光Ｌｅの照射により生体組織１から発
せられた蛍光は蛍光観察用対物レンズ４によって蛍光像
イメージファイバ２６の端面Ｋｉに結像され他方の端面
Ｋｏに伝搬される。端面Ｋｏに伝搬された蛍光像は励起
光カットフィルタ２４により測定対象となる蛍光Ｋｅに
混入する励起光Ｌｅが除去され、蛍光集光レンズ２３に
よってモザイクフィルタ１０ｂがオンチップされた蛍光
観察用高感度撮像素子１０の受光面上に結像され露光さ
れて、蛍光観察用高感度撮像素子１０の感光部に信号電
荷として蓄積される。パルス状の励起光Ｌｅの照射が終
了すると、感光部に蓄積された信号電荷は蛍光観察用高
感度撮像素子１０を構成する回路によって電気的な画像
信号に変換されて読み出され、蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器
１１によりデジタル値に変換されて、蛍光画像ｈ１メモ
リ１２−１および蛍光画像ｈ２メモリ１２−２に記憶さ
れる。
【００７３】このとき、モザイクフィルタ１０ｂのｈ１
フィルタを透過し蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器１１によりデ
ジタル値に変換された蛍光の強度値は蛍光画像ｈ１メモ
リ１２−１に記憶され、ｈ２フィルタを透過し蛍光観察
用Ａ／Ｄ変換器１１によりデジタル値に変換された蛍光
の強度値は蛍光画像ｈ２メモリ１２−２に記憶される。
【００７４】ここで、励起光光源１７に用いられる多重
量子井戸構造ＩｎＧａＮ半導体レーザ（活性層ＩｎＧａ
Ｎ／ＩｎＧａＮ）の動作条件について詳細を説明する。
【００７５】この半導体レーザは、単位時間当りの発振
出力の積分値が単位時間当りの連続最大出力の積分値以
下で駆動され、且つ、連続最大出力以上のピーク尖頭値
を得るようにパルス発振デューティ比が設定されてお
り、連続最大出力がＰｍａｘの上記半導体レーザを１／
６０秒の周期でパルス動作させるときのパルス状の励起
光の単位時間当りの発振出力の積分値に相当するエネル
ギーＥを単位時間当りの連続最大出力の積分値Ｊ以下の
値に設定する必要がある。ここで、単位時間は１／６０
秒（動画像の１フレーム分の時間）であり、連続最大出
力（連続発振における最大定格出力）はＰｍａｘ＝１０
ｍＷ、パルス状の励起光を形成する分割パルス数＝３と
すれば、以下に示す条件を満たすことが必要となる。
【００７６】各分割パルスのエネルギーＥ１（ｍＪ）≦
１０／６０／３ 従って、例えば矩形波である分割パルスのパルス幅Ｗｄ
を０．１μｓｅｃとすると、分割パルスのピーク尖頭値
Ｐｐは以下に示す条件を満たすことが必要となる。（図
１９参照）。
【００７７】ピーク尖頭値Ｐｐ(ｍＷ)≦Ｅ１／Ｗｄ＝
(１０／６０／３)×(１／０．１×１０−６) ∴ピーク尖頭値Ｐｐ(ｍＷ)≦（１／１８)×(１／１×１
０−７) ここで、 （１／１８)×(１／１×１０−７)(単位ｍＷ)≒５．６
×１０２(単位Ｗ) となり、実際に半導体レーザを駆動する場合には、半導
体レーザを破壊しないように、０〜１の間の適当な安全
係数αを上記値に乗じた値をピーク尖頭値として設定す
るので、 ピーク尖頭値Ｐｐ(Ｗ)≦α×５．６×１０２ となる。
【００７８】上記のようなパルス状の励起光の設定下に
おいて撮像され、蛍光画像ｈ１メモリ１２−１および蛍
光画像ｈ２メモリ１２−２に記憶された画像信号の値
は、画像演算メモリ１３に出力され画像演算メモリ１３
において以下のような演算処理が施される。
【００７９】図２０に拡大して示すようにモザイクフィ
ルタ１０ａは４つの微小領域を備えた行列状の多数の区
画からなり、例えば区画Ｍ１１の中の４つの微小領域に
は、図１６に示す波長領域ｈ１、波長領域ｈ２をそれぞ
れ透過させるフィルタ特性を備えたｈ１フィルタ、ｈ２
フィルタが配設され、微小領域Ｍ１１（１，１）および
Ｍ１１（２，２）にはｈ１フィルタ、微小領域Ｍ１１
（１，２）およびＭ１１（２，１）にはｈ２フィルタ、
が対応している。ここで、一般に、癌組織と正常組織と
のプロファイルを比較すると、図１６に示したように波
長領域ｈ１と波長領域ｈ２において正常組織と癌組織と
は異なるプロファイルを有することが知られているの
で、波長領域ｈ２における蛍光強度を全波長領域の蛍光
強度で除算することにより、癌組織と正常組織との識別
が可能となる。すなわち、モザイクフィルタ１０ｂの区
画Ｍ１１の中の４つの微小領域Ｍ１１（１，１）、Ｍ１
１（１，２）、Ｍ１１（２，１）、Ｍ１１（２，２）に
対応する個々の感光素子から得られる蛍光の強度値をそ
れぞれＤ１１（１，１）、Ｄ１１（１，２）、Ｄ１１
（２，１）、Ｄ１１（２，２）とすると、区画Ｍ１１に
おける識別値ＤＤ１１は以下のように表される。すなわ
ち、 ＤＤ１１＝ｈ２フィルタを透過した蛍光強度／全波長領域を透過した蛍光強 度 ＝ｈ２フィルタを透過した蛍光強度／ｈ１フィルタを透過した蛍光 強度 ＝[｛Ｄ１１（１，２）＋Ｄ１１（２，１）｝]／[Ｄ１１（１，１ ）＋Ｄ１１（２，２）] このようにして求められた値をモザイクフィルタ１０ｂ
の全ての区画、すなわちＭ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１
４・・・に対応させて演算し、あらかじめ癌組織または
正常組織と判定された生体組織から上記と同様の手法に
よって求めた基準識別値ＳＴと比較することにより癌組
織または正常組織との差異の度合いを値として求めるこ
とができ、その結果は識別差異値ＳＳとして画像演算メ
モリ１３に記憶される。
【００８０】上記のようにして求められた識別差異値Ｓ
Ｓは画像演算メモリ１３から出力され、通常画像メモリ
９から出力される通常画像の画像信号の値と共にビデオ
信号処理回路１４に入力され信号処理が施されて、通常
画像と蛍光画像とがそれぞれ異なる表示器１５ａおよび
表示器１５ｂに表示される。その他の作用については第
１の実施の形態と同様である。
【００８１】なお、上記第３の実施の形態においては、
同じ矩形波形状を持つ３つの分割パルスから形成される
パルス状の励起光を生体組織１に照射する例を示した
が、パルス状の励起光は３つの分割パルスから形成され
るものに限らず、複数の分割パルスから形成されるもの
であればよく、さらにパルス形状およびピーク尖頭値等
が各分割パルス毎に異なっていてもかまわない。
【００８２】また、上記第１から第３の実施の形態にお
ける生体組織へのパルス状の励起光の照射は必ずしも通
常観察用ＣＣＤ撮像素子７の垂直ブランキング期間に行
う必要はないが、パルス状の励起光の照射を通常観察用
ＣＣＤ撮像素子７の垂直ブランキング期間に行えば、１
フレーム１／６０秒の期間内に蛍光像と通常像とをより
高い品質で撮像することができる図２１は本発明による
蛍光観察装置の第４の実施の形態を示す概略構成図であ
り、第１の実施の形態と共通の機能を有する構成につい
ては第１の実施の形態と同一の符号を用いて示したもの
である。
【００８３】第４の実施の形態における蛍光観察装置８
００は、第１の実施の形態において撮像素子の受光面上
にオンチップされたモザイクフィルタの構成を変更し、
通常像と蛍光像とを共に撮像素子１０によって撮像する
ように構成したものであり、内視鏡先端部２００の通常
観察用対物レンズ６、通常観察用ＣＣＤ撮像素子７、Ｃ
ＣＤケーブル２７および画像取込部３００の通常観察用
Ａ／Ｄ変換器８、通常画像メモリ９等の通常像観察用の
構成要素等は取り除かれ、その他の構成を第１の実施の
形態の構成と同様にしたものである。
【００８４】モザイクフィルタ１０ｃは、第３の実施例
において説明した図１６に示されるような波長領域ｈ１
（４３０ｎｍ近傍から７５０ｎｍ近傍の間）、波長領域
ｈ２（４４５ｎｍ近傍から５２０ｎｍ近傍の間）の光を
それぞれ透過させる特性を備えた２種類のｈ１、ｈ２フ
ィルタおよび可視光（白色光）を透過させるｈ３フィル
タが図２２に拡大して示すような格子状に並んだ集合体
からなるものである。区画Ｍ１１における微小領域Ｍ１
１（１，１）にはｈ１フィルタ、微小領域Ｍ１１（１，
２）およびＭ１１（２，１）にはｈ２フィルタ、微小領
域Ｍ１１（２，２）にはｈ３フィルタが対応している。
【００８５】次に、上記第４の実施の形態における作用
について説明する。
【００８６】ｈ１フィルタおよびｈ２フィルタを通して
撮像素子１０によって撮像され出力された画像信号は、
Ａ／Ｄ変換器１１によってデジタル値に変換され蛍光画
像ｈ１メモリ１２−１および蛍光画像ｈ２メモリ１２−
２に一旦記憶された後、画像演算メモリ１３に出力され
画像演算メモリ１３において以下のような演算処理が施
される。
【００８７】すなわち、モザイクフィルタ１０ｃの区画
Ｍ１１の中の４つの微小領域に対応する撮像素子１０の
個々の感光素子から得られる光の受光強度値を表す画像
信号をそれぞれＤ１１（１，１）、Ｄ１１（１，２）、
Ｄ１１（２，１）、Ｄ１１（２，２）とすると、 ＤＤ１１＝ｈ２フィルタを透過した蛍光強度／全波長領域を透過した蛍光強 度 ＝ｈ２フィルタを透過した蛍光強度／ｈ１フィルタを透過した蛍光 強度 ＝[｛Ｄ１１（１，２）＋Ｄ１１（２，１）｝／２]／[Ｄ１１（１ ，１）] このようにして求められた値をモザイクフィルタ１０ｂ
の全ての区画、すなわちＭ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１
４・・・に対応させて演算し、あらかじめ癌組織または
正常組織と判定された生体組織から求めた基準識別値Ｓ
Ｔと比較することにより癌組織または正常組織との差異
の度合いを値として求めることができ、その結果は識別
差異値ＳＳとして画像演算メモリ１３に記憶される。
【００８８】一方、ｈ３フィルタを透過した可視光の強
度はＭ１１（２，２）に対応する感光素子から得られる
信号電荷は、蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器１１によりデジタ
ル値に変換された画像信号Ｄ１１（２，２）は蛍光画像
ｈ３メモリ１２−３に一旦記憶され画像演算メモリ１３
に出力され記憶される。
【００８９】上記のようにして求められ画像演算メモリ
１３に記憶された識別差異値ＳＳと可視光によって照明
された通常像を表す画像信号の値とは共にビデオ信号処
理回路１４に入力され信号処理が施されて通常画像と蛍
光画像とがそれぞれ異なる表示器１５ａおよび表示器１
５ｂに表示される。その他の作用については第１の実施
の形態と同様である。
【００９０】また、上記第４の実施の形態において、モ
ザイクフィルタ１０ｃをオンチップした撮像素子１０を
図２３に示すように内視鏡先端部２００に配置し、蛍光
観察用対物レンズ４によって結像された蛍光像を、蛍光
像イメージファイバ２６を介さずに撮像素子１０によっ
て直接撮像するようにすることもできる。なお、上記生
体組織１の像を撮像する光学系は、撮像素子１０を内視
鏡先端部２００に容易に収容できるようにするために、
蛍光観察用対物レンズ４によって伝播される生体組織１
の像をプリズム３１によって略９０度折り曲げて撮像素
子１０上に結像させるように構成されている。
【００９１】図２４は本発明による蛍光観察装置の第５
の実施の形態を示す概略構成図であり、第１の実施の形
態と共通の機能を有する構成については第１の実施の形
態と同一の符号を用いて示したものである。
【００９２】第５の実施の形態における蛍光観察装置８
００は、励起光光源１７として量子井戸構造ＩｎＧａＮ
半導体レーザ（発光層ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ）を１０
本備え、また通常観察用ＣＣＤ撮像素子７が内視鏡先端
部２００に容易に収容できるように、生体組織１の像を
伝播させる光路をプリズム４１によって略９０度折り曲
げて通常観察用ＣＣＤ撮像素子７上に結像させるように
したものであり、その他の構成は第１の実施の形態の構
成と同様である。
【００９３】なお、１０本の半導体レーザから構成され
る励起光光源１７は、図２５に示すように各半導体レー
ザ４２の射出口にマイクロレンズ４３が装着され、各半
導体レーザ４２から射出された励起光Ｌｅをマイクロレ
ンズ４３によって平行光束として射出するものである。
そして、この平行光束として射出された励起光Ｌｅは励
起光集光レンズ２１によって集光され励起光ライトガイ
ド２５−２の端面Ｒｉに入射される。
【００９４】次に、上記第５の実施の形態における作用
について説明する。
【００９５】上記第１から第４の実施の形態において
は、コントロール部１６によって半導体レーザをパルス
駆動させ、１／６０秒周期でパルス状の励起光Ｌｅを照
射する例を示したが、第５の実施の形態においては半導
体レーザをパルス駆動させずに、すなわちＱスイッチ等
の手法により連続最大出力（連続最大定格出力）を超え
る出力を発生させるパルス駆動は行わずに、連続発振駆
動（以後ＣＷ駆動と呼ぶ）させることにより連続最大出
力以内の出力でレーザを発振させている状態と、レーザ
の発振を停止させている状態とを交互に作り出すことに
より（またはＣＷ駆動のＯＮ／ＯＦＦを行うことによ
り）パルス状の励起光を発生させている。
【００９６】第５の実施の形態の蛍光観察装置は図２６
に示すタイミングチャートに従ってコントローラ１６に
より制御されており、白色光光源１９から発せられた白
色光（可視光）はフレーム１の期間において約１／３０
秒間生体組織１を照射し、この白色光Ｗｈにより照明さ
れた通常像を受光した通常観察用ＣＣＤ撮像素子７から
はフレーム２の期間において受光した蛍光像が画像信号
として読み出される。
【００９７】一方、励起光光源１７から発せられたＣＷ
駆動による励起光はフレーム２の期間において約１／３
０秒間生体組織１を照射し、この励起光Ｌｅの照射によ
って生体組織１から発生した蛍光は、モザイクフィルタ
１０ａがオンチップされた蛍光観察用高感度撮像素子１
０の受光面上に結像され露光されて、蛍光観察用高感度
撮像素子１０の感光部に信号電荷として蓄積される。励
起光Ｌｅのパルス状の照射が終了すると、感光部に蓄積
された信号電荷はフレーム３の期間内に蛍光観察用高感
度撮像素子１０を構成する回路によって電気的な画像信
号に変換されて読み出される。
【００９８】このように白色光Ｗｈと励起光Ｌｅとを約
１／３０秒間づつ生体組織１に交互に照射することによ
り蛍光像および通常像を１フレーム／（１／１５）秒の
動画像として撮像することができる。その他の作用は第
１の実施の形態と同様である。
【００９９】また、蛍光観察用高感度撮像素子１０の受
光面にオンチップされたモザイクフィルタ１０ａの代わ
りに、波長領域ｈ１（４３０ｎｍ近傍から４４５ｎｍ近
傍の間）、波長領域ｈ２（４４５ｎｍ近傍から５２０ｎ
ｍ近傍の間）、波長領域ｈ３（５２０ｎｍ近傍から７５
０ｎｍ近傍の間）の光をそれぞれ透過させる、モザイク
フィルタ１０ａと同等の波長透過特性を備えた扇形状の
ｈ１、ｈ２およびｈ３フィルタを１２０度分づつ結合さ
せた図２７に示すような回転フィルタ４４を、図２８に
示すようにモータ４５の回転軸に取り付けて蛍光観察用
高感度撮像素子１０と蛍光用集光レンズ２３との間に配
置し、１／３０秒で一回転する速さで回転させることに
より、図２６のタイミングチャートのフレーム２、フレ
ーム４等の偶数フレームのときに蛍光観察用高感度撮像
素子１０の受光面に入射する蛍光を時分割的に分光し撮
像することもできる。
【０１００】また、回転フィルタ４４の代わりに、上記
と同様の波長透過特性を備えた扇形状のｈ１、ｈ２およ
びｈ３フィルタをそれぞれ６０度分づつ結合させ、さら
に可視光を透過させる半円状のｈ４フィルタを結合させ
た図２９に示すような回転フィルタ４４´をモータ４５
に取り付け蛍光観察用高感度撮像素子１０と蛍光用集光
レンズ２３との間に配置し１／１５秒で一回転する速さ
で回転させることにより、図２６のタイミングチャート
のフレーム２、フレーム４等の偶数フレームのときに蛍
光観察用高感度撮像素子１０の受光面に入射する蛍光を
ｈ１、ｈ２およびｈ３フィルタによって時分割的に分光
し蛍光像を撮像する共に、フレーム１、フレーム３等の
奇数フレームのときにｈ４フィルタによって可視光の波
長領域を透過させ通常像を撮像することもできる。な
お、上記の場合には通常像を撮像するための通常観察用
対物レンズ６、通常観察用ＣＣＤ撮像素子７等の構成要
素は不要となり、回転フィルタ４４´中のｈ４フィルタ
を通して蛍光観察用高感度撮像素子１０によって撮像さ
れ出力された通常像を表す画像信号は通常観察用Ａ／Ｄ
変換器８に入力され通常画像メモリ９を経由してビデオ
信号処理回路１４に出力される。
【０１０１】図３０は本発明による蛍光観察装置の第６
の実施の形態の概略構成図であり、第５の実施の形態と
共通の機能を有する構成については第５の実施の形態と
同一の符号を用いて示したものである。
【０１０２】第６の実施の形態における蛍光観察装置の
光源部１００には、モータ４６の回転軸に固定された光
源回転フィルタ４７が励起光集光レンズ２１と励起光光
源１７との間に配設されており、その他の構成は第５の
実施の形態と同様であるなお、光源回転フィルタ４７
は、４３０ｎｍ近傍から７５０ｎｍ近傍の間の光を透過
させるｆ１フィルタと光を遮断するｆ２フィルタとが図
３１に示すように半円状に１８０度分づつ結合されたも
のであり、モータ４６により１／１５秒で１回転する速
度で回転している。
【０１０３】次に、上記第６の実施の形態における作用
について説明する。
【０１０４】上記第５の実施の形態においては、１０本
のＩｎＧａＮ半導体レーザからなる励起光光源１７をＣ
Ｗ駆動させることにより連続最大出力以内でレーザを発
振させている状態と、レーザの発振を停止させている状
態とを交互に作り出すことにより（またはＣＷ駆動のＯ
Ｎ／ＯＦＦを行うことにより）パルス状の励起光を発生
させていたが、第６の実施の形態においては１０本のＩ
ｎＧａＮ半導体レーザを常にＣＷ駆動させ、すなわちＣ
Ｗ駆動のＯＮ／ＯＦＦをせず常にＯＮの状態で駆動さ
せ、光源回転フィルタ４７を１／１５秒で１回転させる
ことにより、パルス状の励起光を発生させている。
【０１０５】そして光源部１００の白色光光源１９およ
び励起光光源１７は、前記と同様に図２６に示すタイミ
ングチャートに従ってコントローラ１６により制御さ
れ、白色光光源１９から発せられた白色光Ｗｈはフレー
ム１の期間を含む奇数フレームにおいて約１／３０秒間
生体組織１を照射し、一方、励起光光源１７から常にＣ
Ｗ駆動により射出されてる励起光は光源回転フィルタ４
７によりフレーム２の期間を含む偶数フレームにおいて
約１／３０秒間生体組織１を照射する。
【０１０６】このように白色光Ｗｈと励起光Ｌｅとを交
互に約１／３０秒間づつ生体組織１に照射することによ
り蛍光像および通常像を１フレーム／（１／１５）秒の
動画像として撮像することができる。その他の作用は第
５の実施の形態と同様である。
【０１０７】図３２は本発明による蛍光観察装置の第７
の実施の形態の概略構成図であり、第１の実施の形態と
共通の機能を有する構成については第１の実施の形態と
同一の符号を用いて示したものである。
【０１０８】第７の実施の形態における蛍光観察装置８
００は、第１の実施の形態における白色光Ｗｈを生体組
織１に照射するための白色光光源等の構成要素と通常像
を撮像する通常観察用ＣＣＤ等の構成要素とを取り除い
た構成からなる。
【０１０９】次に、上記第７の実施の形態における作用
について説明する。
【０１１０】上記第１から第６の実施の形態において
は、パルス状の励起光Ｌｅを生体組織１に照射していた
が、第７の実施の形態においては図３３のタイミングチ
ャートに示すように励起光光源１７の半導体レーザを常
にＣＷ駆動させることにより、すなわちＣＷ駆動のＯＮ
／ＯＦＦを行うことなく、かつ上記第６の実施の形態の
ように半導体レーザから発生した励起光を間欠的に遮断
することなく連続状の励起光を生体等の試料に照射する
ものであり、蛍光像のみが撮像され表示される。その他
の作用については第１の実施の形態と同様である。
【０１１１】なお、前記第１から第７の各実施の形態に
おいては、活性層がＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井
戸構造のＩｎＧａＮ半導体レーザを励起光光源として用
いた例を主に示したが、上記半導体レーザとしてその他
のＩｎＧａＮ系の半導体レーザあるいはＧａＮ系の半導
体レーザを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１１２】また、前記半導体レーザとしてＧａＮブロ
ードエリア型半導体レーザやＧａＮ面発光型半導体レー
ザを用いてもよい。これらの半導体レーザを用いること
により安価で高出力な励起光光源を得ることができる。
また、１個の半導体レーザで出力が不足する場合は、複
数のレーザ発光点を持つアレイ型半導体レーザを用いた
り、第５の実施の形態に示したように複数個の半導体レ
ーザを並列に駆動して所望の出力を得ることもできる。
【０１１３】また、前記第１の実施の形態において説明
した温調方式は、その他の各実施の形態にも適用するこ
とができ同様の効果を得ることができる。
【０１１４】また、前記実施の形態においては、本発明
による蛍光観察装置を内視鏡へ適用し癌組織を診断する
例を主に説明したが、本発明による蛍光観察装置は手術
用顕微鏡およびコルポスコープ等に適用することもでき
癌組織以外の病変組織の診断にも応用することができ
る。
【０１１５】上記のように本発明によれば、半導体レー
ザの構成材料およびその駆動方式の設定等を最適化する
ことにより、高出力な励起光を照射することができる光
源を備えた蛍光観察装置を小型化および低価格化するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による蛍光観察装置
の概略構成図
【図２】半導体レーザの特性を示す図
【図３】半導体レーザの内部構造を示す図
【図４】測定波長領域および生体組織から発生する蛍光
のプロファイルを示す図
【図５】モザイクフィルタ１０ａの構造を示す図
【図６】励起光と白色光の照射のタイミングを示すタイ
ミングチャート図
【図７】（ａ）パルス幅０．５ｍｍで半導体レーザを駆
動する条件を示した図 （ｂ）ピーク尖頭値２００ｍＷで半導体レーザを駆動す
る条件を示した図
【図８】転位の温度依存性を示した図
【図９】モザイクフィルタ１０ａの拡大図
【図１０】光源をペルチェ素子で冷却する構成とした図
【図１１】本発明の第２の実施の形態による蛍光観察装
置の概略構成図
【図１２】ＬＥＤ光出力値、連続最大出力値およびピー
ク尖頭値の関係を示す図
【図１３】円盤形状のフィルタの構造を示す図
【図１４】半導体レーザの温調手段の詳細を示す図
【図１５】第３の実施の形態の概略構成を示す図
【図１６】波長領域ｈ１と波長領域ｈ２とを示す図
【図１７】モザイクフィルタ１０ｂの構成を示す図
【図１８】励起光と白色光の照射のタイミングを示すタ
イミングチャート図
【図１９】連続最大出力値と分割パルスのピーク尖頭値
との関係を示す図
【図２０】モザイクフィルタ１０ｂの拡大図
【図２１】本発明の第４の実施の形態による蛍光観察装
置の概略構成を示す図
【図２２】モザイクフィルタ１０ｃの拡大図
【図２３】撮像素子を内視鏡先端部に配置した構造を示
す図
【図２４】本発明の第５の実施の形態による蛍光観察装
置の概略構成を示す図
【図２５】１０本の半導体レーザから構成される励起光
光源の構造を示す図
【図２６】励起光と白色光の照射のタイミングを示すタ
イミングチャート図
【図２７】３つのフィルタからなる回転フィルタの構成
を示す図
【図２８】回転フィルタが配置される位置を示す図
【図２９】４つのフィルタからなる回転フィルタの構成
を示す図
【図３０】本発明の第６の実施の形態による蛍光観察装
置の概略構成を示す図
【図３１】光源回転フィルタの構成を示す図
【図３２】本発明の第７の実施の形態による蛍光観察装
置の概略構成を示す図
【図３３】励起光照射のタイミングを示すタイミングチ
ャート図
【符号の説明】 １ 試料 ４ 蛍光観察用対物レンズ ５ 照明レンズ ６ 通常観察用対物レンズ ７ 通常観察用ＣＣＤ ８ 通常観察用Ａ／Ｄ変換器 ９ 通常画像メモリ １０ 蛍光観察用高感度撮像素子 １１ 蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器 １２ 蛍光画像メモリ １３ 画像演算メモリ １４ ビデオ信号処理回路 １５ 表示部 １６ コントロール部 １７ 励起光光源 １８ ＬＤ電源 １９ 白色光光源 ２０ 白色光電源 ２１ 励起集光レンズ ２２ 白色集光レンズ ２３ 蛍光用集光レンズ ２４ 励起光カットフィルタ ２５−１ 白色光ライトガイド ２５−２ 励起光ライトガイド ２６ 蛍光像イメージファイバ ２７ ＣＣＤケーブル １００ 光源部 ２００ 内視鏡先端部 ３００ 画像取込部 Ｗｈ 白色光 Ｌｅ 励起光 Ｋｉ 端面 Ｋｏ 端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 21/00 Ｇ０２Ｂ 21/00 23/24 23/24 Ｂ 23/26 23/26 Ｂ Ｈ０１Ｓ 5/024 Ｈ０１Ｓ 5/024 5/18 5/18 5/343 5/343 5/40 5/40 (72)発明者 袴田 和男 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 早川 利郎 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 岡崎 洋二 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 松本 研司 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 Ｆターム(参考） 2H040 BA00 CA02 CA11 GA01 GA10 2H052 AC12 AC26 AC30 AC34 AF14 4C061 AA01 BB02 BB05 CC06 LL02 LL08 NN01 QQ02 QQ04 QQ07 QQ09 RR04 RR26 XX02 5C054 AA01 CA04 CA06 CB03 CC07 EB05 GA04 GB01 HA12 5F073 AA45 AA74 AB05 AB16 AB21 AB27 AB28 BA09 CA07 FA25 GA21

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から発せられた励起光を生体等の
    試料に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射に
    より前記試料から発生した蛍光を測光する蛍光測光手段
    とを備えてなる蛍光観察装置において、 前記光源としてＧａＮ系の半導体レーザを用いたことを
    特徴とする蛍光観察装置。
  2. 【請求項２】 前記励起光照射手段が光源から発せられ
    た連続状の励起光を生体等の試料に照射するものである
    ことを特徴とする請求項１記載の蛍光観察装置。
  3. 【請求項３】 前記励起光照射手段が光源から発せられ
    たパルス状の励起光を生体等の試料に照射するものであ
    ることを特徴とする請求項１記載の蛍光観察装置。
  4. 【請求項４】 前記ＧａＮ系の半導体レーザがＩｎＧａ
    Ｎ系の半導体レーザであることを特徴とする請求項１か
    ら３のいずれか１項記載の蛍光観察装置。
  5. 【請求項５】 前記半導体レーザの活性層がＩｎＧａＮ
    ／ＩｎＧａＮ量子井戸構造であることを特徴とする請求
    項４記載の蛍光観察装置。
  6. 【請求項６】 前記半導体レーザが、パルス注入電流に
    より該半導体レーザの連続最大出力値以上のピーク尖頭
    値を有するパルス状の励起光を出力せしめられるもので
    あることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記
    載の蛍光観察装置。
  7. 【請求項７】 前記半導体レーザが、該半導体レーザの
    単位時間当たりのパルス発振出力の積分値が該半導体レ
    ーザの単位時間当たりの連続最大出力の積分値以下とな
    るように駆動されるものであることを特徴とする請求項
    ６記載の蛍光観察装置。
  8. 【請求項８】 前記半導体レーザを所定の温度以下に温
    調する温調手段を備えてなることを特徴とする請求項１
    から７のいずれか１項記載の蛍光観察装置。
  9. 【請求項９】 前記半導体レーザがブロードエリア型の
    半導体レーザであることを特徴とする請求項１から８の
    いずれか１項記載の蛍光観察装置。
  10. 【請求項１０】 前記半導体レーザが面発光型の半導体
    レーザであることを特徴とする請求項１から８のいずれ
    か１項記載の蛍光観察装置。
  11. 【請求項１１】 前記半導体レーザがアレイ型の半導体
    レーザであることを特徴とする請求項１から１０のいず
    れか１項記載の蛍光観察装置。
  12. 【請求項１２】 前記蛍光観察装置が、前記試料に間欠
    的に可視光を照射する可視光照射手段と、前記可視光に
    より照明された前記試料の通常の像を撮像する通常像撮
    像手段とを更に備え、前記可視光の非照射期間に前記パ
    ルス状の励起光が照射されることを特徴とする請求項３
    から１１のいずれか１項記載の蛍光観察装置。
  13. 【請求項１３】 前記励起光の照射が前記通常像撮像手
    段の垂直ブランキング期間内に行われることを特徴とす
    る請求項１２記載の蛍光観察装置。
  14. 【請求項１４】 前記パルス状の励起光が、複数のパル
    スから形成されたものであることを特徴とする請求項３
    から１３のいずれか１項記載の蛍光観察装置。
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