JP2007244527A - 内視鏡用光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続される内視鏡の種類や個体差により励起光の光量が低下するのを防ぐことができる内視鏡用光源装置を提供すること。
【解決手段】光源プロセッサ装置２０の励起光源２０２から発した励起光は、ファイバー束２０４に導かれ、コリメートレンズ２０５によりほぼ平行光に変換され、ダイクロイックミラー２０６で反射され、集光レンズ２０７で集光されてライトガイド１０１に入射する。コリメートレンズは、一端の内周にねじが形成された鏡筒２１１内に固定され、ファイバー束の射出端は、外周にねじ及びギヤが形成されて鏡筒に螺合する筒状の保持体２１２に取り付けられている。焦点調整用モータ２１３の回転軸に取り付けられたピニオン２１４は保持体２１２の外周のギヤに噛合している。制御部２１は、励起光源２０２を点灯させ、撮像素子１１から出力される光量が最大となるよう焦点調整用モータを駆動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内視鏡内に引き通されたライトガイドへ白色光と励起光とを供給するための内視鏡用光源装置に関する。

生体組織は、特定の波長の光が照射されると、励起して蛍光を発する。また、腫瘍や癌などの病変が生じている異常な生体組織は、正常な生体組織よりも弱い蛍光を発する。この反応現象を利用して生体組織に生じた異状を検出する内視鏡システムが開発されている。

この種の内視鏡システムは、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される内視鏡システムの光源装置は、白色光源２１から発した白色光と励起光源２２から発した励起光とをライトガイド１２に入射させるため、白色光の光路内にダイクロイックミラー２４を備えている。白色光は、ダイクロイックミラー２４を透過してライトガイドに入射し、このライトガイドに導かれて内視鏡先端まで導かれ、体腔内を照明する。一方、励起光は、ダイクロイックミラーで反射されてライトガイドに入射し、このライトガイドに導かれて内視鏡先端まで導かれ、体腔壁に照射されて体腔壁下の生体組織を励起し、蛍光を生じさせる。

この種の内視鏡システムの光源装置は、白色光及び励起光を集光レンズを用いて収束光にしてライトガイドの端面に入射させている。なお、白色光は発光点が大きく波長幅も広いため、集光点でも比較的広い領域に広がるが、励起光は一般にレーザー等の点光源から発し、ダイクロイックミラーで反射される成分はほぼ単波長であるため、集光レンズにより非常に小さな領域に集光する。

特開２００２−０６５６０２号公報 （図１）

しかしながら、従来の内視鏡用光源装置では、励起光の集光位置が予め設定された位置に固定されるため、接続される内視鏡の種類の違い、及び個体差によりライトガイドに対する励起光の最適な取り込み位置が変化した場合にも、これに合わせて集光位置を移動させることができず、励起光の光量が低下するという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、接続される内視鏡の種類や個体差により励起光の光量が低下するのを防ぐことができる内視鏡用光源装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる内視鏡用光源装置は、体腔内を照明するための白色光を発する白色光源と、体腔壁の生体組織を励起させて蛍光を発生させるための励起光を発する励起光源と、励起光の光路と白色光の光路とが交差する位置に配置され、励起光と白色光とのいずれか一方を反射させ、他方を透過させることにより互いに異なる方向から入射する励起光と白色光とを同一方向に向けるダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーにより同一方向に向けられた光を内視鏡の挿入部に引き通されたライトガイドの端面に集光させる集光レンズと、励起光源とダイクロイックミラーとの間に設けられ、ライトガイドに対する励起光の収束度合いを調整する焦点調整機構と、キャリブレーション時にライトガイドの先端から射出される励起光の光量を測定して当該光量が最大となるよう焦点調整機構を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

励起光源とダイクロイックミラーとの間の光路中に、励起光源から発した励起光をガイドする光ファイバーと、光ファイバーから発散光として射出する励起光をほぼ平行光にするコリメートレンズとを備える場合には、焦点調整機構は、光ファイバーの射出端をコリメートレンズに対して相対的に光軸方向に移動させることが望ましい。

具体的には、以下のような構成が考えられる。すなわち、コリメートレンズを、一端の内周にねじが形成された鏡筒内に固定し、光ファイバーの射出端を、外周にねじ及びギヤが形成された筒状の保持体に取り付ける。そして、保持体のねじを鏡筒のねじに螺合させることにより保持体を鏡筒に取り付ける。焦点調整機構は、焦点調整用モータを備え、モータの回転軸に取り付けられたピニオンをギヤに噛合させ、モータを回転駆動することにより、保持体を鏡筒に対して回転させ、ねじ送りにより光ファイバーの射出端をコリメートレンズに対して光軸方向に移動させる。

キャリブレーション時には、内視鏡用光源装置に接続された内視鏡の先端を調整用の治具に挿入し、ライトガイドを介して先端部から照射される励起光を反射させて内視鏡内の撮像素子に導く。制御部は、接続された内視鏡に内蔵された撮像素子の出力に基づいて励起光の光量を測定し、これに基づいて励起光の収束度合いを決定することが望ましい。

本発明によれば、内視鏡が接続されてキャリブレーションが実行される際に、励起光の収束度合いを調整してライトガイドに対して励起光の集光位置を光軸方向に調整することができ、接続される内視鏡の種類や個体差によらず、励起光の光量が最大になるよう調整することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の内視鏡用光源装置は、蛍光観察が可能な一般的な内視鏡システムに適用される。そこで、一般的な内視鏡システムの全体的な構成について簡単に説明し、その後、実施形態の内視鏡用光源装置について説明する。

図１は、蛍光内視鏡システムの外観図である。図１に示されるように、内視鏡システムは、電子内視鏡１０、光源プロセッサ装置２０、及び、表示装置３０を備えている。光源プロセッサ装置２０は、電子内視鏡１０に白色光及び励起光を入射させる内視鏡光源装置の機能を含んでいる。

電子内視鏡１０は、体腔内に挿入するために細長く形成された挿入部１０ａ、その挿入部１０ａの先端部分を湾曲操作するためのアングルノブ等を有する操作部１０ｂ、操作部１０ｂと光源プロセッサ装置２０とを接続するために操作部１０ｂから延びるケーブル部１０ｃ、及び、ケーブル部１０ｃの先端を光源プロセッサ装置２０に着脱自在に装着するためのコネクタ部１０ｄに区分される。

そして、この電子内視鏡１０は、挿入部１０ａの内部に対物光学系及び撮像素子を備えている。対物光学系は、挿入部１０ａの先端に対向した被写体の像を形成し、撮像素子は、対物光学系によって形成された像を撮像して画像データに変換する。画像データは、挿入部１０ａ、操作部１０ｂ、ケーブル部１０ｃ、及び、コネクタ部１０ｄ内に順に引き通された信号線を通じて光源プロセッサ装置２０へ伝送される。

また、この電子内視鏡１０は、照明光及び励起光を内視鏡先端に伝送するため、束ねられた可撓な光ファイバからなるライトガイドを備えている。ライトガイドは、挿入部１０ａ、操作部１０ｂ、ケーブル部１０ｃ、及び、コネクタ部１０ｄ内に順に引き通されており、コネクタ部１０ｄが光源プロセッサ装置２０に装着されている場合、ライトガイドの基端は、光源プロセッサ装置２０内で白色光及び励起光の集光位置に配置される。

図２は、実施形態の光源プロセッサ装置２０の概略的な構成を示すブロック図である。光源プロセッサ装置２０は、光源プロセッサ装置２０全体を制御する制御部２１、電子内視鏡１０のライトガイドへ白色光を供給する白色光源２０１、ライトガイドへ励起光を供給する励起光源２０２、ライトガイドに対する励起光の収束度合いを調整する焦点調整機構２１０、及び、電子内視鏡１０の撮像素子１１から出力される画像データを処理するための画像処理部２２を備えている。

制御部２１は、操作盤上の切替スイッチが操作されることによって、体腔壁のカラー画像により観察する通常観察モードと、体腔壁の蛍光画像に基づいて得られた特殊観察画像を観察する特殊観察モードとの何れか一方に観察モードを切り替える。なお、制御部２１は、光源プロセッサ装置２０の電源が投入され、電子内視鏡１０が接続された後に所定のスイッチが押されると、後述のキャリブレーションを実行する。

制御部２１は、通常観察モードでは、電子内視鏡１０の挿入部１０ａが挿入された体腔内を照明するための白色光を電子内視鏡１０内のライトガイドに入射させ、特殊観察モードでは、体腔内を照明するための白色光と、体腔壁下の生体組織を励起させるための励起光とをライトガイドに交互に入射させる。

画像処理部２２は、通常観察モードでは、電子内視鏡１０の撮像素子１１から出力される画像データを処理して表示装置３０に出力する。表示装置３０は、入力された画像データに基づいて、体腔内の通常画像を表示する。

一方、特殊観察モードでは、画像処理部２２は、挿入部１０ａの先端から白色光が射出されている期間に撮像素子１１から取得される参照画像データと、挿入部１０ａの先端から励起光が射出されている期間に撮像素子１１から取得される蛍光画像データとを交互に取得する。そして、画像処理部２２は、一組の参照画像データと蛍光画像データとを取得する毎に、参照画像データと蛍光画像データとを比較し、参照画像データの輝度に対する蛍光画像データの輝度の割合が一定の値より低い画素を病変部と特定し、これらの画素を例えば赤色で表示する患部画像データを生成する。そして、患部画像データを参照画像データに合成することにより、白色光により照明された体腔内の画像に病変部を赤色で重ねて表示する特殊観察画像データを順次生成して表示装置３０に出力する。表示装置３０は、入力された特殊観察画像データに基づいて、体腔内の画像に病変部が赤色で表示された特殊観察画像を表示する。

図３は、光源プロセッサ装置２０内の光学系部分を模式的に示す説明図である。光学系は、体腔内を照明するための白色光を発するハロゲンランプ等を利用した白色光源２０１と、体腔壁の生体組織を励起させて蛍光を発生させるための励起光を発するレーザーを利用した励起光源２０２と、電子内視鏡１０の挿入部１０ａに引き通されたライトガイド１０１に対して白色光と励起光とを選択的に入射させる光源アダプター３００とを備えている。

白色光源２０１から発した平行な白色光は、アフォーカル光学系２０３によりビーム径が縮小されて光源アダプター３００に入射する。一方、励起光源２０２から発した励起光は、ファイバー束２０４に導かれ、コリメートレンズ２０５によりほぼ平行光に変換されて光源アダプター３００に入射する。

励起光の光路と白色光の光路とは交差するよう構成されている。そして、光源アダプター３００には、これらの白色光の光路と励起光の光路との交差位置に配置され、励起光を反射させ、白色光を透過させることにより互いに異なる方向から入射する励起光と白色光とを同一方向に向けるダイクロイックミラー２０６と、ダイクロイックミラー２０６を透過した白色光及びダイクロイックミラー２０６で反射された励起光を集光してライトガイド１０１に入射させる集光レンズ２０７と、特殊観察モードで白色光を断続的に透過させるロータリーシャッター２０８と、このロータリーシャッター２０８を回転駆動するシャッター用モータ２０９とが配置されている。

ライトガイド１０１に対する励起光の収束度合いを調整する焦点調整機構２１０は、励起光源２０２とダイクロイックミラー２０６との間に設けられ、ファイバー束２０４の射出端をコリメートレンズ２０５に対して相対的に光軸方向に移動させる機能を持つ。コリメートレンズ２０５は、図３中左側となる一端の内周にねじが形成された鏡筒２１１内に固定されている。また、ファイバー束２０４の射出端は、外周にねじ及びギヤが形成された筒状の保持体２１２に取り付けられている。そして、保持体２１２のねじを鏡筒２１１のねじに螺合させることにより、保持体２１２が鏡筒２１１に取り付けられている。焦点調整機構２１０は、焦点調整用モータ２１３を備え、このモータ２１３の回転軸に取り付けられたピニオン２１４を保持体２１２の外周に形成されたギヤに噛合させている。

焦点調整用モータ２１３は、キャリブレーション時に制御部２１により回転駆動され、保持体２１２を鏡筒２１１に対して回転させ、ねじ送りによりファイバー束２０４の射出端をコリメートレンズ２０５に対して光軸方向に移動させる。これにより、コリメートレンズ２０５を透過した励起光の収束度が変化し、結果的に集光レンズ２０７を透過してライトガイド１０１に向かう励起光の収束度を変化させ、その集光位置を光軸方向に調整することが可能となる。

次に、光源プロセッサ装置２０の具体的な構成を図４〜図６に基づいて説明する。図４は、光源プロセッサ装置２０の全体構成を示す断面図、図５は、光源アダプター３００の斜視図、図６は、光源アダプター３００のダイクロイックミラー２０６を保持するミラーボックス部分の断面図である。

光源プロセッサ装置２０の筐体内には、図中左側に電源ユニット２３が配置され、図中右側には底面に配置されたベース２４上に、アフォーカル光学系２０３の２枚のレンズを保持するレンズ支持台２５、光源アダプター３００が固定されている。白色光源２０１は、図示せぬ光源支持台によりベース２４に支持されている。光源プロセッサ装置２０の筐体の前面には、電子内視鏡１０のコネクタ部１０ｄに設けられた図示せぬ信号コネクタが嵌合する信号コネクタ受け２６と、同じくコネクタ部１０ｄから突出するライトガイド１０１が挿入されるガイド筒２７とが設けられている。

光源アダプター３００の構成については、図４に加えて、図５及び図６をも参照して説明する。光源アダプター３００は、図４及び図５に示すように、光源プロセッサ装置２０内でベース２４に固定されたアダプター本体３１０と、このアダプター本体３１０に水平方向に沿って設けられたガイドレール３１１にガイドされてアフォーカル光学系２０３の光軸に対して垂直な方向にスライド可能な移動ステージ３２０とを備えている。アダプター本体３１０には、ステージ移動用モータ３１２(図６参照)が設けられ、このモータの回転軸に固着されたピニオン３１２ａが移動ステージ３２０の上端に形成されたラック３２１に噛合している。

移動ステージ３２０には、図５に示されるように、ダイクロイックミラー２０６が装着されたミラーボックス部３２２が形成されると共に、このミラーボックス部３２２を中央にして一方側にはロータリーシャッター２０８を回転駆動するモータ２０９が収納されたモータ収納部３２３が形成され、他方側には断面円形の光路孔３２４が移動ステージ３２０を貫通して形成されている。ロータリーシャッター２０８は、中心角約１６０°の扇形の開口が形成された円板である。

ステージ移動用モータ３１２を回転させることにより、移動ステージ３２０をガイドレール３１１に沿って水平方向に移動させ、ダイクロイックミラー２０６を白色光と励起光との交差位置と、交差位置から外れた待避位置との間で移動させることができる。

ミラーボックス部３２２は、図６に示すように、ダイクロイックミラー２０６で反射される励起光がダイクロイックミラー２０６に向けて通る第１の開口３２２ａと、ダイクロイックミラー２０６により白色光と同一方向に向けられた光が透過する第２の開口３２２ｂとを有している。

ファイバー束２０４は、図５に示すようにコネクタＣ１を介して励起光源２０２に接続され、コネクタＣ２により保持体２１２に接続されている。コリメートレンズ２０５を保持する鏡筒２１１は、図５に示すように外形は直方体状であり、内部に断面円形の孔が貫通している。鏡筒２１１は、図示せぬ支持機構によりアダプター本体３１０、あるいは、アダプター本体が固定されたベース２４に固定されている。

図６に拡大して示すように、鏡筒２１１の上端内周には、ねじが形成され、これが保持体２１２先端の外周に形成されたねじに螺合している。また、鏡筒２１１の周壁の１面には、焦点調整用モータ２１３が固着されており、このモータの回転軸に固定されたピニオン２１４が保持体２１２の上端に形成されたギヤに噛合している。焦点調整用モータ２１３を回転駆動することにより、ファイバー束２０４の射出端とコリメートレンズ２０５との距離が変化し、集光レンズ２０７により形成される励起光の集光位置が集光レンズ２０７の光軸方向に変位する。

制御部２１は、特殊観察モードでは、ダイクロイックミラー２０６が励起光と白色光との交差位置に配置されるようステージ移動用モータ３１２を駆動し、シャッター用モータ２０９によりロータリーシャッター２０８を回転駆動する。これにより、白色光を断続的にダイクロイックミラー２０６に入射させ、白色光が入射する間は励起光源２０４をオフし、白色光が遮断される間に励起光源２０４をオンすることにより、白色光と励起光とを交互にライトガイド１０１に入射させる。

一方、通常観察モードでは、制御部２１は、ステージ移動用モータ３１２を駆動することにより、ダイクロイックミラー２０６が待避位置に配置するよう移動ステージ３２０を移動させる。これにより、白色光の光路からダイクロイックミラー２０６とロータリーシャッター２０８とが待避し、光路孔３２４が集光レンズ２０７の光軸上に配置される。したがって、白色光源２０１を点灯することにより、白色光を連続的にライトガイド１０１に入射させることができる。

光源プロセッサ装置２０に電子内視鏡を接続して使用する際には、最初にキャリブレーションを実行する。キャリブレーションでは、接続された内視鏡の挿入部１０ａの先端を図７に示すような調整用のホワイトバランス治具４０に挿入し、各光源を点灯して撮像素子の出力を測定して各種の調整を行う。図７はホワイトバランス治具４０の構成を示し、(A)は平面図、(B)は側面図、(C)は平面断面図、(D)は側面断面図である。これらの図に示されるように、ホワイトバランス治具４０は、一端に開口し内面に白色の塗装がなされた箱状部４１と、この箱状部４１に連続して形成された板状部４２とを有する。ホワイトバランス治具４０は、板状部４２をボルト５０で固定部５１に取り付けることにより固定されている。

次に、上記のホワイトバランス治具４０を用いたキャリブレーションの処理について図８に示すフローチャートに基づいて説明する。使用者が電子内視鏡１０を光源プロセッサ装置２０に接続して光源プロセッサ装置２０の電源をオンする。その後、キャリブレーションが必要な場合には、ホワイトバランス治具４０に内視鏡挿入部１０ａの先端を挿入し(S01)、光源プロセッサ装置２０に設けられた図示せぬホワイトバランス取得スイッチを押す(S02)。これにより、図中破線で囲まれたキャリブレーションの自動処理が実行される。

制御部２１は、白色光源２０１を点灯させる。内視鏡先端から照射される白色光は、ホワイトバランス治具４０内で反射されて内視鏡内の撮像素子１１に戻り、撮像素子１１は、受光した光に対応する信号を画像処理部２２に送る。制御部２１は、画像処理部２２により処理された信号からホワイトバランスを取得し(S03)、これに基づいて色調整を行う。

色調整が終了すると、制御部２１は、励起光源２０２を点灯させ(S04)、焦点調整用モータ２１３を所定の方向に回転駆動させながら、撮像素子１１から出力される撮像画像の光量を測定し、その値をメモリに格納する(S05)。焦点調整用モータ２１３を回転させると、ライトガイド１０１に対する励起光の集光点の位置が変化するため、測定される光量も変化する。そこで、制御部２１は、この光量変化が増加傾向か否かを判断する(S06)。

増加傾向でない場合(S06, NO)には、焦点調整用モータ２１３の回転方向を逆転させ(S07)、S05及びS06の処理を繰り返す。光量が増加傾向である場合(S06, YES)には、焦点調整用モータ２１３を同一方向に回転させながら光量を測定し(S08)、測定した光量とメモリに格納した光量とを比較して大きい方の値をメモリに格納する(S09)。

光量が最大値をとり、かつ、増加のピークであると判断されると(S10, YES)、焦点調整用モータ２１３を停止し、キャリブレーションを終了してシステムを始動する(S11)。光量が最大値でないか、あるいは、最大値であっても増加のピークが検出されていなければ(S10, NO)、S06に戻って処理が繰り返される。

上記のキャリブレーションを実行することにより、撮像素子１１のホワイトバランスをとると共に、ライトガイド１０１を通して内視鏡先端から照射される励起光の光量を最大にすることができる。すなわち、接続される電子内視鏡の種類や、個体差によりライトガイドに対する最適な取り込み位置が変化した場合にも、接続された内視鏡に応じて最適な取り込み位置に励起光の集光位置を調整することができるため、種類や個体差によらず、照射される励起光の光量を常に最大に保つことができる。

一般的な内視鏡システムの外観図である。 実施形態の光源プロセッサ装置の概略的な構成を示すブロック図である。 実施形態の光源プロセッサ装置の光学系の説明図である。 実施形態の光源プロセッサ装置の全体構成を示す断面図である。 実施形態の光源プロセッサ装置の光源アダプターの斜視図である。 実施形態の光源プロセッサ装置のミラーボックス部分の断面図である。 ホワイトバランス治具の構成を示し、(A)は平面図、(B)は側面図、(C)は平面断面図、(D)は側面断面図である。 実施形態の光源プロセッサ装置のホワイトバランス及び励起光の集光位置調整の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 電子内視鏡
１０ａ 挿入部
１０ｂ 操作部
１０ｃ ケーブル部
１０ｄ コネクタ部
１０１ ライトガイド
２０ 光源プロセッサ装置(内視鏡用光源装置)
２１ 制御部
２２ 画像処理部
２０１ 白色光源
２０２ 励起光源
２０３ アフォーカル光学系
２０４ 光ファイバ束
２０５ コリメートレンズ
２０６ ダイクロイックミラー
２０７ 集光レンズ
２１０ 焦点調整機構
２１１ 鏡筒
２１２ 保持体
２１３ 焦点調整用モータ
２１４ ピニオン
３００ 光源アダプター
３１０ アダプター本体
３２０ 移動ステージ
３２２ ミラーボックス部

Claims (4)

1. 体腔内を照明するための白色光を発する白色光源と、
   体腔壁の生体組織を励起させて蛍光を発生させるための励起光を発する励起光源と、
   前記励起光の光路と前記白色光の光路とが交差する位置に配置され、励起光と白色光とのいずれか一方を反射させ、他方を透過させることにより互いに異なる方向から入射する励起光と白色光とを同一方向に向けるダイクロイックミラーと、
   該ダイクロイックミラーにより同一方向に向けられた光を内視鏡の挿入部に引き通されたライトガイドの端面に集光させる集光レンズと、
   前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間に設けられ、前記ライトガイドに対する前記励起光の収束度合いを調整する焦点調整機構と、
   キャリブレーション時に前記ライトガイドの先端から射出される励起光の光量を測定して当該光量が最大となるよう前記焦点調整機構を制御する制御部とを備えることを特徴とする内視鏡用光源装置。
2. 前記励起光源と前記ダイクロイックミラーとの間の光路中に、前記励起光源から発した励起光をガイドする光ファイバーと、該光ファイバーから発散光として射出する励起光をほぼ平行光にするコリメートレンズとを備え、前記焦点調整機構は、前記光ファイバーの射出端を前記コリメートレンズに対して相対的に光軸方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
3. 前記コリメートレンズは、一端の内周にねじが形成された鏡筒内に固定され、前記光ファイバーの射出端は、外周にねじ及びギヤが形成された筒状の保持体に取り付けられ、該保持体のねじを前記鏡筒のねじに螺合させることにより前記保持体が前記鏡筒に取り付けられ、前記焦点調整機構は、焦点調整用モータを備え、該モータの回転軸に取り付けられたピニオンを前記ギヤに噛合させ、該モータを回転駆動することにより、前記保持体を前記鏡筒に対して回転させ、ねじ送りにより前記光ファイバーの射出端を前記コリメートレンズに対して光軸方向に移動させることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡用光源装置。
4. 前記制御部は、接続された内視鏡に内蔵された撮像素子の出力から前記励起光の光量を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内視鏡用光源装置。