JP2008062477A

JP2008062477A - 蛍光被写体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2008062477A
Application number: JP2006241928A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suga; 武志菅; Nobuyuki Suda; 信行須田; Tomonori Sato; 智徳佐藤; Yukichi Hanayama; 雄吉花山
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Corp; Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-03-21
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: EP1897906A1; CN101138887B; EP1897906B1; JP5185515B2; CN101138887A; US7799244B2; US20080171483A1

Abstract

【課題】蛍光ノイズの発生やプラスチックの劣化がなく安価な蛍光被写体を提供する。
【解決手段】プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に非加熱で圧縮成形して製造される。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光内視鏡システムのカラーバランス調整用基準被写体等として用いられる蛍光被写体およびその製造方法に関する。

従来、「マトリックス材料：プラスチック」＋「分散材料：蛍光粉体」からなる蛍光被写体（蛍光を発し、かつ光を反射する被写体）としては、たとえばフッ素系樹脂に無機りん光物質を含有する蛍光フッ素系樹脂組成物なるものを300℃以上の温度で焼結加工してもポリマーが劣化することなく、またフッ素系樹脂の耐電圧を損なうことなく、励起放射に暴露された場合にこの蛍光フッ素系樹脂組成物が放射光を放射するもの（特許文献１）や、型に混合粉末を充填し圧縮して密度を調整（空孔率が30〜50％）した後、型から圧粉体を抜き出しセラミックスプレートの上で大気圧焼結したもの（特許文献２）が知られている。

また、蛍光被写体を蛍光内視鏡システムのカラーバランス調整に用いることが知られている（特許文献３）。
特開2000-154294号公報米国特許第5462705号特開2005-131129号公報

特許文献１、２に記載のものは、ともに、加熱溶融や加熱硬化といった熱処理工程（成形工程）が不可欠であるため、熱処理工程で変性しない無機蛍光粉体を選択する必要がある。また、特許文献２に記載のものでは、無機蛍光粉体を分離・凝集させないための分散剤を添加するため、分散剤による蛍光ノイズの発生やプラスチックの劣化を誘発する恐れがある。また、熱処理工程が必要なため、コスト増になる。特許文献３に記載のものでは、蛍光被写体の材料に関する記載がない。一般的な蛍光材料は、光を照射すると蛍光強度が低下する（退色）という問題がある。

本発明の目的は、蛍光ノイズの発生やプラスチックの劣化がなく安価な蛍光被写体を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の蛍光被写体は、
（１）プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に非加熱で圧縮成形して製造されることを特徴とする。

成形加工が非加熱であるため、ZnS:Mnのような熱変性を起こしやすい無機蛍光粉体を利用することができる。また、混合処理の際に分散剤を必要としないため、材料の劣化を誘起せず、蛍光ノイズの発生を防ぐことができる。
（２）前記プラスチック粉体はフッ素樹脂粉体であり、空孔率30％以下となるように圧縮成形することを特徴とする。
（３）前記プラスチック粉体はフッ素樹脂粉体であり、加圧5MPa以上で圧縮成形することを特徴とする。

密度を大きくすることにより、焼結することなく、被写体として使用するのに十分な強度を得ることができる。
（４）前記無機蛍光粉体の平均粒子径は、前記フッ素樹脂粉体の平均粒子径以下であることを特徴とする。

これによって、無機蛍光粉体のフッ素樹脂粉体に対する絶対個数を増すことにより分散性を向上させることができる。
（５）前記フッ素樹脂粉体はPTFEであり、前記無機蛍光粉体はZnS:Mn，Y₃Al₅O₁₂:Ce，(Y,Gd)₃Al₅O₁₂:Ceの中から選択される一つの物質であり、前記無機蛍光粉体の重量は前記PTFEの重量の0.1％〜13％であることを特徴とする。

これによって、蛍光内視鏡システムにおいて照明光を照射した際に、被写体から発生する蛍光強度と反射光強度の比を0.1〜10とすることができ、電気ノイズ等の影響を受けず、蛍光内視鏡のカラーバランス調整を高精度に行うことができる。
（６）蛍光内視鏡システムのカラーバランス調整用基準被写体として用いられる蛍光被写体において、プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に圧縮成形して製造されることを特徴とする。
（７）蛍光顕微鏡システムのカラーバランス調整用基準被写体として用いられる蛍光被写体において、プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に圧縮成形して製造されることを特徴とする。
（８）前記プラスチック粉体と前記無機蛍光粉体とを混合した後に非加熱で圧縮成形して製造されることを特徴とする。

蛍光体として無機蛍光粉体を用いることで、退色のレベルが小さく、長期間安定した蛍光発光特性を得ることができる。またプラスチック粉体としてフッ素系樹脂を用いることで、任意の照射光に対して化学的に安定した特性と、任意の光を反射する特性を得ることができる。よって、蛍光内視鏡システムや蛍光顕微鏡システムのカラーバランス調整用の蛍光被写体として最適である。

蛍光内視鏡システム等では生体の微弱な蛍光を観察するため、蛍光被写体の蛍光強度も微弱に設定する必要がある。一般的な蛍光粉体は蛍光強度が強すぎるため、蛍光内視鏡システム等で使用できる無機蛍光粉体はZnS:Mn等に限定される。本発明では、成形加工が非加熱であるため、ZnS:Mnのような熱変性を起こしやすい無機蛍光粉体を利用できる。また、混合処理の際に分散剤を必要としないため、材料の劣化を誘起せず、蛍光ノイズの発生を防ぐことができる。また、非加熱であるため、製造コストも低くできる。

また、上記目的を達成するため、本発明の蛍光被写体の製造方法は、
（９）プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に非加熱で圧縮成形することを特徴とする。

本発明によれば、蛍光ノイズの発生やプラスチックの劣化がなく安価な蛍光被写体を提供することができる。

（実施例１）
本実施例は、プラスチック粉体として、自己融着性が高く、任意の照射光に対して化学的に安定、任意の光を反射するPTFE（三井・デュポンフロロケミカル社製テフロン（登録商標）PTFE 7A）粉体を用い、無機蛍光粉体としてマンガン付活硫化亜鉛ZnS:Mnを用いた。

混合比率はPTFEに対しZnS:Mnが1.0wt%である。ZnS:MnをPTFEに均質に分散させるため、PTFEの平均粒径30μmに対し、平均粒径6μmのZnS:Mnを使用した。ZnS:MnをPTFE の5分の１の平均粒径にすることにより、PTFEに対し絶対個数を増やし分散性を向上させた。PTFE粉体の粒子径を1000μｍ以下のものを使うことにより、PTFE粉体の総表面積を増加させることで自己融着性を高め、強度向上を図っている。混合には回転刃を有する造粒装置を使用し、毎分1,200回転-5分間で混合処理を行った。

その後、図１に示すように鏡面仕上げを施した金属板１の上にステンレス製型２をセットし、型２の中に混合粉末３を詰め、上部よりステンレス製パンチ４に図示しない油圧ジャッキにて１５MPaの加圧をすることにより圧粉を行った。金属板１の鏡面が転写された面が被写体としての機能面となる。型２から抜き出し、製作した圧粉体を測定したところ、密度1.8g/cc以上、空孔率10％以下であった。
（実施例２）
本実施例は、プラスチック粉体、無機蛍光粉体それぞれに、実施例１と同じ材料を用いた。

混合比率はPTFEに対しZnS:Mnが0.3wt%である。ZnS:MnをPTFEに均質に分散させるため、PTFEの平均粒径30μmに対し、平均粒径6μmのZnS:Mnを使用した。ZnS:MnをPTFE の5分の１の平均粒径にすることにより、PTFEに対し絶対個数を増やし分散性を向上させた。PTFE粉体の粒子径を1000μｍ以下のものを使うことにより、PTFE粉体の総表面積を増加させることで自己融着性を高め、強度向上を図っている。混合には回転刃を有する造粒装置を使用し、毎分1,200回転-5分間で混合処理を行った。

その後、実施例１と同様の方法で圧粉を行った。製作した圧粉体を測定したところ、密度1.9g/cc以上、空孔率10％以下であった。
（実施例３）
実施例１〜２の蛍光被写体は、蛍光内視鏡システムのカラーバランス調整用基準被写体として用いることができる。

図２に、本実施例の蛍光内視鏡システムを示す。蛍光内視鏡システムは、画像を表示するモニタ５、光源装置６、画像処理装置７、内視鏡８から構成される。光源装置６から内視鏡8を経由して、狭帯域の緑、狭帯域の赤、蛍光を励起する励起光の３色の照明光を被写体に時系列に照射する。被写体からの緑の反射光、赤の反射光、被写体の蛍光の３色を内視鏡先端9に搭載された撮像装置で時系列に画像信号に変換し、画像処理装置7で画像処理を行い、前記３色をカラー化した画像をモニタ5に表示する。

光源装置6には、狭帯域の緑を生成する光学フィルタ（波長540〜560nmのみを透過、透過率0.8％）、狭帯域の赤を生成する光学フィルタ（波長600〜620nmのみを透過、透過率0.8％）、蛍光を励起する励起光を生成する光学フィルタ(波長400〜440nmのみを透過、透過率90％)、光を集光するレンズが入っている。

内視鏡先端9に搭載された撮像装置には励起光のみをカットするフィルタ（波長470〜690nmのみ透過、透過率90％）、被写体の像を結像するレンズが入っている。

これら光学部材の製造誤差により、同一の被写体を見た時にモニタで表示されるカラーバランス（赤、緑、蛍光の強度比）に誤差が発生する。そこで、本発明の蛍光被写体をカラーバランス調整用の基準被写体10として使用し、内視鏡8からの映像信号（赤、緑、蛍光の強度比）が目標のカラーバランス値となるように、画像処理装置7で電気的に補正をかける（電気的に信号を増減させる）ことができる。

カラーバランス調整で電気的な補正をかけるためには、被写体からの反射光強度と蛍光強度の比は1/10〜10の範囲にあることが望ましい。この範囲外になると、画像処理装置７の電気ノイズ、カラーバランス取得時の外光（部屋の明かりなど）の影響を受け、光強度を正確に測定することができず、カラーバランス調整の誤差が発生する。

前記実施例１の蛍光被写体は、ZnS:Mnを1wt%分散させることにより、被写体からの緑の反射光強度：赤の反射光強度：蛍光強度＝1：1：0.75となり、画像処理装置７で電気的に補正をかけることができカラーバランス調整が可能である。また、反射光の拡散性、被写体強度も問題ないものが得られている。

また、前記実施例２の蛍光被写体は、ZnS:Mnを0.3wt%分散させることにより、被写体からの緑の反射光強度：赤の反射光強度：蛍光強度＝1：1：0.3となり、画像処理装置で電気的に補正をかけることができカラーバランス調整が可能である。また、反射光の拡散性、被写体強度も問題ないものが得られている。

蛍光被写体は図３に示すようなメカ構造とすることによって、さらなる強度向上を図り、外力による破損を防止することができる。蛍光被写体10をメカ枠１１に接着固定し、メカ枠11は外光を低減するメカ枠12に接着固定されている。このメカ枠に内視鏡先端９を挿入し、カラーバランス調整を行う。蛍光被写体10はメカ枠11に接着固定されているために、強度が増し、不要な外力がかかりにくい構造となっている。なお、PTFE粉体と蛍光粉体をメカ枠１１と一体成型することで製造してもよい。また、メカ枠12は内視鏡先端9を挿入する開口を小さく設定しているため、カラーバランス取得時の外光を遮断する効果を持つと同時に、メカ枠12の開口部側からの不要な外力がかかりにくい効果をもつ。メカ枠１１、１２は金属、プラスチック、ダンボールなどを用いればよく、内面は黒色塗装しておくことが望ましい。

図４は図３の変形例を示し、透明部材１３をメカ枠11に接着固定した構造となっている。この構造とすることで、蛍光被写体10はメカ枠１１と透明部材13で密封されるため、蛍光被写体10に不要な外力がかからない構造となっている。透明部材13としてはガラス、透明樹脂、樹脂コートなどを用いることができる。

実施例１と同一の方法でZnS:Mnを0.1wt%分散させて製造した蛍光被写体の場合、被写体からの緑の反射光強度：赤の反射光強度：蛍光強度＝1：1：0.１となる。また、実施例１と同一の方法でZnS:Mnを13wt%分散させて製造した蛍光被写体の場合、被写体からの緑の反射光強度：赤の反射光強度：蛍光強度＝1：1：10となる。よって、蛍光体重量比率は0.1ｗｔ％〜13wt%が望ましい。

本発明は上記の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
・無機蛍光体の種類を変えることで、紫外、または赤外領域など、使用波長が異なる蛍光内視鏡システムのカラーバランス調整用途に使用してもよい。無機蛍光体は、安全性、蛍光強度の観点から、マンガン付活硫化亜鉛ZnS:Mn、セリウム付活アルミン酸イットリウム・ガドリニウム（Y,Gd)₃Al₅O₁₂:Ce、セリウム付活アルミン酸イットリウムY₃Al₅O₁₂:Ceから選択することが望ましい。
・反射光を用いずに、励起光のみを照射し、蛍光を複数波長領域で観察・カラー画像化する蛍光内視鏡システムに本発明の蛍光被写体を用いてもよい。
・蛍光被写体に混入する無機蛍光体は複数種類でもよい。それにより、任意の蛍光スペクトルを実現できるため、複数種類の蛍光内視鏡システムで使用することが可能となる。
・蛍光被写体には、顔料等の色素を混入してもよい。それにより、複数反射光の強度比を一定に保つことが可能となり、任意の反射光のカラーバランス調整も可能となる。
・本発明の「蛍光」の定義は「燐光」を含む。よって、燐光の無機粉体を用いてもよい。
・本発明の蛍光被写体は、蛍光顕微鏡システムのカラーバランス調整用基準被写体としても用いることができる。

以上説明したように、本発明の蛍光被写体およびその製造方法は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、以下に示す特徴を備えている。
（１）前記フッ素樹脂粉体の粒子径が1000μｍ以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の蛍光被写体。

これによって、粒子の総表面積を増加させることで自己融着性を高め、強度向上を図ることができる。
（２）前記無機蛍光粉体の平均粒子径が1〜100μｍ、前記フッ素樹脂粉体の平均粒子径が1〜1000μｍであることを特徴とする請求項２〜５に記載の蛍光被写体。
（３）請求項２〜５に記載の蛍光被写体の製造方法。
（４）前記プラスチック粉体はフッ素樹脂粉体であり、空孔率30％以下または密度1.7g/cc以上となるように、もしくは加圧5MPa以上で圧縮成形したことを特徴とする請求項８に記載の蛍光被写体。
（５）前記無機蛍光粉体の平均粒子径は、フッ素樹脂粉体の平均粒子径よりも小さいことを特徴とする（４）項に記載の蛍光被写体。
（６）前記フッ素樹脂粉体はPTFE、前記無機蛍光粉体はZnS:Mn，Y₃Al₅O₁₂:Ce，(Y,Gd)₃Al₅O₁₂:Ceの中から選択される一つの物質であり、前記無機蛍光粉体の重量はPTFEの重量の0.1％〜13％であることを特徴とする（４）項に記載の蛍光被写体。
（７）前記蛍光被写体から発生する蛍光強度と反射光強度の比が0.1〜10であることを特徴とする請求項６〜８に記載の蛍光被写体。
（８）前記蛍光被写体がメカ枠で保持されていることを特徴とする請求項８に記載の蛍光被写体。
（９）前記蛍光被写体がメカ枠と透明部材で保持されていることを特徴とする請求項８に記載の蛍光被写体。
（１０）前記混合には造粒装置を使用し、混合時間は毎分300〜3,000回転で20分間以下とすることを特徴とする請求項９に記載の蛍光被写体の製造方法。

これによって、分散性をさらに向上させることができる。

実施例１、２の蛍光被写体を製造する装置の構成を示す図である。実施例３の蛍光内視鏡システムを示す図である。実施例３の蛍光被写体のメカ構造を示す図である。実施例３の蛍光被写体のメカ構造の変形例を示す図である。

符号の説明

１金属板
２ステンレス製型
３混合粉末
４ステンレス製パンチ
５モニタ
６光源装置
７画像処理装置
８内視鏡
９内視鏡先端
１０蛍光被写体
１１、１２メカ枠
１３透明部材

Claims

プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に非加熱で圧縮成形して製造されることを特徴とする蛍光被写体。
前記プラスチック粉体はフッ素樹脂粉体であり、空孔率30％以下となるように圧縮成形することを特徴とする請求項１に記載の蛍光被写体。
前記プラスチック粉体はフッ素樹脂粉体であり、加圧5MPa以上で圧縮成形することを特徴とする請求項１に記載の蛍光被写体。
前記無機蛍光粉体の平均粒子径は、前記フッ素樹脂粉体の平均粒子径以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の蛍光被写体。
前記フッ素樹脂粉体はPTFEであり、前記無機蛍光粉体はZnS:Mn，Y₃Al₅O₁₂:Ce，(Y,Gd)₃Al₅O₁₂:Ceの中から選択される一つの物質であり、前記無機蛍光粉体の重量は前記PTFEの重量の0.1％〜13％であることを特徴とする請求項２または３に記載の蛍光被写体。
蛍光内視鏡システムのカラーバランス調整用基準被写体として用いられる蛍光被写体において、プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に圧縮成形して製造されることを特徴とする蛍光被写体。
蛍光顕微鏡システムのカラーバランス調整用基準被写体として用いられる蛍光被写体において、プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に圧縮成形して製造されることを特徴とする蛍光被写体。
前記プラスチック粉体と前記無機蛍光粉体とを混合した後に非加熱で圧縮成形して製造されることを特徴とする請求項６または７に記載の蛍光被写体。
プラスチック粉体と無機蛍光粉体とを混合した後に非加熱で圧縮成形することを特徴とする蛍光被写体の製造方法。