JP2007044249A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内視鏡観察において、視認しやすい観察画像を得る。
【解決手段】 内視鏡装置にファイバスコープを設けるとともに、ファイバスコープの先端部１０Ａに、光拡散樹脂によって覆われた発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｅをスコープ先端部に設ける。このとき、被写体のある前方へ向けて白色光を放出する発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄと、発光ダイオード１５Ｂに向けて赤色光を放出する発光ダイオード１５Ｅによって光源を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、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。

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接眼レンズ、あるいはモニタ上で観察することができる。

光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプとともに、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。
特許第３３１５８０９号公報

白色発光ダイオードは、一般的に青色発光ダイオードと蛍光物質との組み合わせによって白色光を放出するため、青色（４８０ｎｍ）波長領域付近にピークをもつスペクトル特性（分光分布特性）を有し、赤色側の長波長領域のスペクトルは相対的に小さい。一方、器官内壁は血色であり、分光反射率は赤色側の長波長領域の光をより多く反射する特性をもつ。そのため、白色発光ダイオードを使用する場合、赤色波長領域の反射光が十分得られず、赤味を帯びた被写体部分は観察画像において暗く映し出されてしまう。

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備えた内視鏡装置であり、被写体を照明するためスコープ先端部に配置され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させる発光制御手段とを備える。複数の発光ダイオードは、光拡散樹脂によって充填されており、スコープ挿入方向である前方、スコープ先端面が向く方向へ向けて光を放射する白色発光ダイオードを備える。そして、本発明では、赤色に応じた長波長領域の光を、白色発光ダイオードに向けて放射する特定発光ダイオードが備えられる。例えば、特定発光ダイオードとして赤色発光ダイオードが適用される。また、特定発光ダイオードの数、および白色発光ダイオードの数は任意である。

赤色成分に応じた長波長領域の光が白色発光ダイオードに入射すると、光拡散樹脂によって長波長領域の光が、白色光に混じってスコープ前方へ向けて放射し、器官内壁を照射する。その結果、器官内壁に反射する光が多くなり、反射光となってイメージファイバ先端部あるいは撮像素子に到達し、観察画像においては赤味を帯びた部分が明るく映し出される。また、長波長の光を単独で被写体へ照射しないため、従来のスペクトルが均一化された光源を使用した時と同じ映像が得られる。

白色発光ダイオードのタイプは、砲弾型、板型、通称「チッフ゜タイフ゜」と呼ばれる物など任意であるが、スコープ先端部のサイズ、仕様要求などの条件から、スコープ先端面に沿って配置するのが望ましい。したがって、白色発光ダイオードを全体的に光拡散樹脂によって覆い、特定発光ダイオードの光を白色発光ダイオードの側面に入射させるように特定発光ダイオードを配置させるのがよい。

例えば、特定発光ダイオードが板状に形成されている場合、側面から長波長の光を入射させるため、ダイオードを支持する基板に対して垂直に取付けるのがよい。すなわち、特定発光ダイオードの光の射出面がスコープ先端面に略垂直となるように、特定発光ダイオードを配置すればよい。

特定発光ダイオードを白色発光ダイオードに対して補助的な役割とすれば、従来型のスコープをそのまま適用して特定発光ダイオードを配置するのがよい。したがって、複数の白色発光ダイオードが規則的に所定の間隔をもって配置される構成のスコープに対し、特定発光ダイオードを、そのうちの少なくとも１つの白色発光ダイオードの傍に配置すればよい。

照射光のうち、長波長領域の光の割合を条件に応じて適宜設定できるのがよい。したがって、白色発光ダイオードと特定発光ダイオードとを、発光制御手段に対して並列的に接続し、特定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ればよい。オペレータが任意に設定するため、例えば可変抵抗器の抵抗値を設定するための抵抗値設定手段が設けられる。

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、観察映像が立体的に視認され、あるいは注目部分が視認されやすいように構成されている。

本発明によれば、内視鏡観察において、視認しやすい観察画像を得ることができる。

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。

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。図２は、スコープ先端部の正面図である。図３は、一部の発光ダイオードの配置を示した図である。

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には発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｅが設けられている。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〜１５Ｅを点灯させる。

図２に示すように、発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｅのうち４つの発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄは、スコープ先端部１０Ａの先端面１０Ｓ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１８の周囲に等間隔で配置される。一方、発光ダイオード１５Ｅは、発光ダイオード１５Ｂの傍に対向するように配置されている。発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄは、白色光を放射する白色発光ダイオードで構成され、一方で発光ダイオード１５Ｅは、赤色光を放射する赤色発光ダイオードで構成されている。

発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｅが点灯すると、発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｅから放射された光は、それぞれ配光レンズ（図示せず）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に光が照射する。

観察部位で反射した光が対物レンズ１８を通ると、被写体像が先端部１２Ａに形成される。イメージファイバ１２は、通常はガラスファイバーで構成されるが、コスト的に有利な面からプラスチックファイバが用いられるようになってきている。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導かれ、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。

発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｅは板状に形成されており、スコープ先端面１０に沿って配置されている。図３には、発光ダイオード１５Ｂと発光ダイオード１５Ｅの配置関係が示されており、エポキシ樹脂などの光拡散樹脂ＲＢは、ダイオード素子１５ＢＴ、１５ＥＴを全体的に覆うように充填される。ここでは、それ以外の発光ダイオードについては図示を省略している。

発光ダイオード１５Ｂは、ダイオード素子１５ＢＴが基板１９と対向するように配置され、発光ダイオード１５Ｂの底面１５ＢＶが基板１９に接している。そして、ダイオード素子１５ＢＴの表面１５ＢＥにリードフレーム１５ＢＲが接続されている。したがって、発光ダイオード１５Ｂは、スコープ先端部１０Ａの前方方向、すなわちスコープ１０の挿入方向に向けて放射面１５ＢＳから光を射出する。それとともに、光拡散樹脂ＲＢにより、発光ダイオード１５Ｂはスコープ先端部１０Ａの周囲に向けて側面１５ＢＷ側から光を放射する。他の白色光を放射する発光ダイオード１５Ｂ〜１５Ｄについても同様である。

一方、赤色光を放射する発光ダイオード１５Ｅは、ダイオード素子１５ＥＴの光射出方向は、基板１９に沿った方向、すなわちスコープ先端部１０Ａに沿った方向に一致し、発光ダイオード１５Ａの側面側が基板１９と対向するように取付けられている。また、ダイオード素子１５ＥＴの光射出方向が発光ダイオード１５Ｂの側面１５ＢＷを向くように、発光ダイオード１５Ｅは発光ダイオード１５Ｂの傍に配置されている。そのため、発光ダイオード１５Ｅの放射面１５ＥＳから放射した光は、発光ダイオード１５Ｂに入射する。発光ダイオード１５Ｂは光拡散樹脂ＲＢによって充填されているため、入射した光の一部は発光ダイオード１５Ｂの放射面１５ＢＳおよび側面１５ＢＷから放射する。なお、発光ダイオード１５Ｅの側面には反射板１５ＥＮが設けられており、発光ダイオード１５Ｅは、放射面１５ＥＳの方向に沿って光の広がりのある指向特性を有する。

上記構成により、発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄからは、発光ダイオード１５Ｅからの射出光が混合された照射光が放射される。

図４は、点灯駆動部１６の回路図である。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〜１５Ｄ側へ出力される。

発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄと発光ダイオード１５Ｅとは、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〜１５Ｄ、発光ダイオード１５Ｅへ流れる。発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄには抵抗値Ｒｒｅｆをもつ抵抗３９が接続され、発光ダイオード１５Ｅ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１５Ｄと抵抗３９との間にある接続点３７から電源コントローラ３２側へ回路が分岐する。

電源コントローラ３２は、接続点３７つまり電源コントローラ３２のＰＩＮ１の電圧をモニタしてＤＣ／ＤＣコンバータとしての出力電圧を安定させる用に動作する。例えば東光製のＴＫ１１８４０Ｌなどがある。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〜１５Ｄの順方向電圧をＶＦ₁、ＶＦ₂、ＶＦ₃、ＶＦ₄、ＶＦ₅、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＋ＶＦ₅＝Ｖｒｅｆ＋ＶＦ₁＋ＶＦ₂＋ＶＦ₃＋ＶＦ₄
（１）

したがって、ｉ₁、ｉ₂は以下の関係式を満たす。

Ｖｏｕｔ＝ｉ₂×ＲＡ＋ＶＦ₅
＝ｉ₁×Ｒｒｅｆ＋ＶＦ₁＋ＶＦ₂＋ＶＦ₃＋ＶＦ₄ （２）

ＶＦ₁〜ＶＦ₅が略同一値であることから、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〜１５Ｄと１５Ｅとに流れる電流に違いが生じ、一方の経路の発光ダイオード側に多く電流が流れ、他方の経路の発光ダイオード側に対しては電流量が少なくなる。したがって、赤色光を発光する発光ダイオード１５Ｅの発光強度を大きくすることにより、赤色成分が多い光が観察部位に照射する。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可能である。

図５は、白色光を発光する発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄの分光分布特性を示した図である。

図５に示すように、発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄの分光分布特性は、青色成分の波長領域にピークをもつスペクトル曲線で表され、赤色成分に応じた長波長領域のスペクトルが小さい。したがって、赤色光を発光する発光ダイオード１５Ｅを点灯させることで、赤色成分に応じた波長領域の光のスペクトル成分が多くなる。赤色である器官内壁の分光反射特性は、長波長領域の光を主に反射する特性を有することから、赤色成分に応じた長波長領域の反射光がイメージファイバ１２によって十分伝達され、赤色部分の画像の輝度が大きくなる。

白色光を放射する発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄ、赤色光を放射する発光ダイオード１５Ｅを構成するダイオードの数は適宜任意に定めればよい。また、発光ダイオード１５Ｅの構成は、砲弾型など他のタイプのものでもよい。発光ダイオード１５Ａ〜１５Ｄについても同様である。

次に、図６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、電子内視鏡装置に発光ダイオードが適用される。

図６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。

内視鏡装置は、撮像素子３１を備えたビデオスコープ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、５つの発光ダイオード１５’Ａ、１５’Ｂ，１５’Ｃ、１５’Ｄ、１５’Ｅ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する。第１の実施形態と同様、発光ダイオード１５’Ａ〜１５’Ｄは白色発光ダイオードで構成され、発光ダイオード１５’Ｅは赤色発光ダイオードで構成される。

第１の実施形態において、プラスチックファイバーをイメージファイバとして使用した場合、図７に示すプラスチックファイバーの分光透過特性から明らかなように、赤色の波長域を透過しやすい。よって、赤色のＬＥＤで照射することで観察画像として認識しやすく、赤色のＬＥＤに関しては比較的少ない輝度の照明でも充分である。さらには、赤い光に反射しない病変部に対しても明るさ向上によって診断画像が見やすい。

第１の実施形態である内視鏡装置のブロック図である。 スコープ先端部の正面図である。 一部の発光ダイオードの配置を示した図である。 点灯駆動部の回路図である。 白色光を発光する発光ダイオードの分光分布特性を示した図である。 第２の実施形態である内視鏡装置のブロック図である。 プラスチックファイバーの分光透過特性を示した図である。

符号の説明

１０ ファイバスコープ
１０Ａ スコープ先端部
１０Ｓ スコープ先端面
１２ イメージファイバ
１５Ａ〜１５Ｄ 白色発光ダイオード
１５’Ａ〜１５’Ｄ 白色発光ダイオード
１５Ｅ、１５’Ｅ 赤色発光ダイオード（特定発光ダイオード）
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
６０ プロセッサ
ＲＢ 光拡散樹脂

Claims (6)

1. 被写体を照明するためスコープ先端部に配置され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させる発光制御手段とを備え、
   前記複数の発光ダイオードが、
   光拡散樹脂によって充填され、前方へ向けて光を放射する白色発光ダイオードと、
   赤色に応じた長波長領域の光を、前記白色発光ダイオードに向けて放射する特定発光ダイオードとを有することを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記白色発光ダイオードが、表面全体的に前記光拡散樹脂によって覆われており、
   前記特定発光ダイオードの光が前記白色発光ダイオードの側面へ入射するように、前記特定発光ダイオードが配置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。
3. 前記特定発光ダイオードが、光の射出面を有し、
   前記射出面がスコープ先端面に略垂直となるように、前記特定発光ダイオードが配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
4. 前記白色発光ダイオードが、規則的に所定の間隔をもって配置される複数の発光ダイオードとして構成され、
   前記特定発光ダイオードが、そのうちの少なくとも１つの白色発光ダイオードの傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
5. 前記白色発光ダイオードと前記特定発光ダイオードとが、前記発光制御手段に対して並列的に接続されるとともに、
   前記特定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１に記載の内視鏡装置。
6. 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５に記載の内視鏡装置。
   
   

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